JPH04284115A - 内燃機関のフィルタ再生制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、排気ガス中のパティキ
ュレートを捕集するフィルタを内燃機関の排気系に備え
、フィルタ再生時、エアポンプより２次空気をフィルタ
に供給してパティキュレートを燃焼させるフィルタ再生
制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えばディーゼル機関の排気ガス中には
排気微粒子、即ちパティキュレートが含まれているため
、このパティキュレートを捕集するため機関の排気系に
フィルタを設けた内燃機関が知られている。

【０００３】このような内燃機関に装着されるフィルタ
は定期的に、捕集されたパティキュレートを焼却する、
所謂フィルタの再生処理を行わねばならないが、この再
生方法にあたっては、フィルタ端部に電気ヒータを設け
ると共に、フィルタ外部に電動のエアポンプを設け、フ
ィルタ再生時電気ヒータに通電しつつ、エアポンプより
フィルタ上流に空気（以下、燃料と混合される空気と区
別するため、これを２次空気と呼ぶ）を供給して、パテ
ィキュレートを燃焼するようにした排気浄化装置が知ら
れている。

【０００４】ところで上述したようなフィルタ再生時の
パティキュレートの燃焼には、適度の燃焼温度と適度の
２次空気量が必要であり、供給される酸素量が少なく燃
焼温度が低いとパティキュレートは充分焼却されず、逆
に酸素量が多すぎ燃焼温度が高すぎるとフィルタ自体が
溶損するという問題がある。即ち、このエアポンプから
の２次空気供給によってフィルタ再生を行う排気浄化装
置においては、パティキュレート燃焼に必要な所定重量
流量値だけの酸素が供給されるように制御されなければ
ならないが、実際には大気圧や大気温度の変化により、
重量流量の変化を受けやすくフィルタ再生条件が不安定
である。

【０００５】かかる問題に対し、例えば特開昭６０−１
９９０９号公報では、エアポンプ下流側に２次空気量制
御弁を設け、この弁制御を以て供給される空気量を制御
するようにした制御装置において、２次空気量制御弁上
流にエアポンプから供給された２次空気の一部を放出さ
せる逃がし弁を設け、この逃がし弁の調整によって２次
空気量制御弁上流の圧力を絶対圧で一定とし、大気圧や
大気温度の変化に拘わらず２次空気流量（重量流量）が
一定となるように２次空気量制御弁の弁開度を制御する
ようにしたフィルタ再生制御装置が開示されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上述したフィルタ再生
制御装置は、エアポンプによって２次空気を供給するタ
イプの従来装置にあって、比較的供給される２次空気量
の精度が高いものであるが、基本的にエアポンプの駆動
を制御せずに２次空気量制御弁の上流側の圧力を常に一
定に制御するため、逃がし弁を介してエアポンプの吐き
出し空気を外部に放出しており、エアポンプ駆動ロスが
ある。従ってこの装置においては燃費が悪化するなどの
問題がある。

【０００７】本発明はかかる問題に鑑み、フィルタ再生
時、エアポンプに駆動ロスを生じることなく所定重量の
２次空気を供給できるフィルタ再生制御装置を提供する
ことを目的とするものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本発明は、機関の排気系に設けられたフィルタによって
、排気ガス中のパティキュレートを捕集すると共に、該
フィルタに捕集されたパティキュレートを焼却するフィ
ルタ再生時、エアポンプによってフィルタ上流にパティ
キュレート燃焼のための再生用２次空気を供給する内燃
機関であって、図１に示すように、上記エアポンプの吸
込側圧力と吐出側圧力との差圧を検出する差圧検出手段
と、上記エアポンプの各駆動電圧に対応する上記差圧と
吐き出される２次空気量との特性関係を示すべく予め求
められるマップ手段と、上記差圧検出手段によって求め
られた差圧と目標とする２次空気量とから上記マップ手
段を用いてエアポンプの目標駆動電圧を求める目標エア
ポンプ駆動電圧演算手段と、得られた目標エアポンプ駆
動電圧と現在のバッテリ電圧とからエアポンプ駆動デュ
ーティ比を算出するデューティ比演算手段と、演算され
たデューティ比を以てエアポンプを駆動するエアポンプ
駆動手段とを有するフィルタ再生制御装置を提供する。

【０００９】

【作用】エアポンプから吐き出される２次空気量が目標
とする２次空気量となるようにエアポンプの目標駆動電
圧を決定し、この目標駆動電圧を達成するべくバッテリ
電圧をデューティ制御するため、エアポンプの駆動ロス
も少ない。

【００１０】

【実施例】図面を参照して本発明の実施例を説明する。 図２は、本発明の一実施例としてのフィルタ再生制御装
置の構成を示すものであって、フィルタ上下流に排気圧
力を検出する圧力センサを設け、更にこの２個のセンサ
間の出力特性差を補償する機構を備えた排気浄化システ
ムに本発明を適用したものである。

【００１１】図２に関し、１はパティキュレートを捕集
するフィルタ、２はパティキュレート捕集時、図示しな
いエンジン本体からの排気ガスをフィルタ１に導く排気
管、また３はフィルタ１再生時、排気ガスをフィルタ１
より迂回させるバイパス管である。

【００１２】排気管２及びバイパス管３の夫々の内部に
は、上述したようなパティキュレート捕集時とフィルタ
再生時の排気ガス流れを達成する第１排気制御弁４及び
第２排気制御弁５が設けられており、例えばパティキュ
レート捕集時には図に示したような弁位置を占め、フィ
ルタ再生時には弁周り点線で示したような位置を占める
ように制御回路（ＥＣＵ）６によって作動制御される。

【００１３】排気管２内部に配置される第１排気制御弁
４とフィルタ１との間には、フィルタ再生時、パティキ
ュレート燃焼のための再生用ガス（例えば２次空気）を
フィルタ１の排気上流側（以下、上流側と呼ぶ）に供給
する電動エアポンプ７が設けられており、これはフィル
タ１の前端に配置されるフィルタ再生用電気ヒータ８と
共に、バッテリ９より電力供給される。尚、１０，１１
は制御回路６によってオンオフされる半導体リレーであ
り、１２はエアポンプ用フィルタ、１３は排気ガスのエ
アポンプ７への逆流を防ぐストップ弁である。

【００１４】フィルタ１におけるパティキュレート捕集
状態を検出するため、フィルタ１の上・下流の排気管１
には夫々、圧力導入管１４及び１５が接続され、この排
気管領域での排気圧力を検出する圧力センサ１６（フィ
ルタ上流側）及び圧力センサ１７（フィルタ下流側）が
設けられる。

【００１５】また本実施例では、上述したセンサ出力特
性差補償機構として前出の圧力導入管１４，１５の途中
に制御回路６によって駆動されるロータリ式の圧力検出
ライン切り替えバルブ１８及び１９が夫々介装される。 この圧力検出ライン切り替えバルブ１８，１９は、セン
サ出力特性差検出の際各圧力センサ１６，１７へ大気圧
を導くものであって、その補正方法に関しては本発明と
直接関係ないため省略するが、以下の説明ではこの２個
の圧力センサ１６，１７の出力特性差は上記機構によっ
て予め補償されており、実質上センサ間には出力特性差
がないものとする。 尚、２０及び２１は圧力センサ用フィルタである。

【００１６】制御回路６の入力側には圧力センサ１６及
び１７からのアナログ信号の他、同様にフィルタの上・
下流に設けられる排気温センサ２２及び２３からのアナ
ログ信号、大気温センサ２４によって検出された大気温
度Ｔｏ　を示すアナログ信号、エアフローメータ（図示
せず）によって検出された吸入空気量Ｇａ　を示す信号
、エンジン回転数Ｎｅ　を示す信号など、現在の機関の
運転状態を示す各種信号が入力される。そして制御回路
６はこれら各種センサから得られた運転情報に基づいて
エンジン制御をしたり、フィルタ１に関すればフィルタ
再生時、電動エアポンプ７や電気ヒータ８を駆動する信
号を出力する。

【００１７】以下、図３及び図４を参照して、本発明に
よるフィルタ再生制御装置の作動を具体的に説明する。

【００１８】図３及び図４に示すフローチャートは、現
在フィルタ１がフィルタ再生条件を満たすか否かを判断
し、再生条件を満たす時、本発明の特徴たるフィルタ再
生処理を実行するための制御回路６の作動を説明するも
のであって、例えば５０ｍｓｅｃなどの所定時間毎に処
理される時間割り込みルーチンとする。

【００１９】図３に関し、まずステップ３１からステッ
プ３４にかけて各種フラグＦ１　，Ｆ２　，Ｆ３　，Ｆ
４　が０にリセットされているか否かを判定する。これ
らのフラグは、本ルーチンの後出ステップにおいて１に
セットされるものであって、その具体的処理内容は後述
するが、本ルーチンが最初に実行される時点においては
予め０に初期化されているものとする。

【００２０】ステップ３１〜３４の夫々においてＹｅｓ
と判定された場合、ルーチンはステップ３５に進み、こ
こで初めてフィルタ再生時期か否かが判定される。即ち
具体的には、ここで圧力センサ１６，１７によってフィ
ルタ上下流の排気圧力を検出し、その差、即ちフィルタ
圧損ΔＰを求め、フィルタ再生を要すると判断される所
定値以上の時に再生時期（Ｙｅｓ）と判定する。

【００２１】フィルタ再生時期と判定されたならば、ル
ーチンは次にステップ３６に進み、第１排気制御弁４と
第２排気制御弁５の夫々に駆動信号を出力して、図２の
点線位置を占めるようにし、排気ガスの全量をフィルタ
１からバイパスさせる。またこのステップ３６では同時
に制御弁位置切り替えフラグＦ４　を１にセットする。 尚、ステップ３５でＮｏ、即ちフィルタ再生時期でない
場合には、後述するフィルタ再生処理は実行されないた
め、以下のステップをスキップして本ルーチンを終了す
る。

【００２２】ところで実際には、上記第１、第２排気制
御弁４，５の位置替えにはある程度の時間（２〜３秒）
を要する。従ってステップ３６に続くステップ３７では
、制御弁の位置替えが終了したか否かを、例えば上記位
置替え時間の経過を見ることにより判断する。そして切
り替えが完了したと判定されたならば（Ｙｅｓ）、ルー
チンはステップ３８に進み、上記制御弁位置切り替えフ
ラグＦ４　を０にリセットし、逆に切り替え中の場合（
Ｎｏ）、以下のステップをスキップして本ルーチンを終
了する。尚、ステップ３７でＮｏの場合、次のルーチン
ではステップ３４でＮｏと判定されることになり（フラ
グＦ４　は１にセットされているため）、ステップ３５
，３６をスキップして再度、制御弁位置切り替え完了か
否かの判定がなされることになる。

【００２３】フラグＦ４　をリセットする処理に加え、
ステップ３８では圧力センサ１６によってフィルタ上流
側の圧力が検出される。即ち、第１排気制御弁４の位置
が切り替わった後のフィルタ上流側圧力は、エアポンプ
７が駆動されるまではその時の大気圧Ｐｏ　を示すため
、この時のフィルタ上流側圧力を検出することにより、
これと等しいエアポンプ７の吸込側圧力を求めるもので
ある。加えて、ステップ３８では大気温センサ２４によ
ってその時の大気温度Ｔｏ　が検出される。

【００２４】次にステップ３９では半導体リレー１１に
駆動信号を出力する処理が行われ電気ヒータ８への通電
が開始されると共に、ヒータ通電フラグＦ３　が１にセ
ットされる。この電気ヒータ８への通電処理は所定時間
（例えば３分間）に亙って実行されるものであり、従っ
てステップ３９に続くステップ４０では、通電開始時期
からの経過時間を見て、上記所定時間が経過したか否か
、即ち通電終了時期か否かが判定される。そしてステッ
プ４０現在通電終了時期と判定されたならば（Ｙｅｓ）
、ステップ４１でヒータ通電フラグＦ３　が０にリセッ
トされ、逆に引き続きヒータ通電が続行される場合（Ｎ
ｏ）、ステップ４１をスキップすることになる。尚、ス
テップ４１をスキップした場合、本ルーチン終了後、次
のルーチンのステップ３３でＮｏと判定されることにな
り、この場合ステップ３５〜３８をスキップして、引き
続きステップ３９でヒータ通電処理が続行され、再度ス
テップ４０で通電終了時期判定が行われる。

【００２５】図３に続くステップ４２では、先のステッ
プ３２と同様に、再びフラグＦ２　が０にリセットされ
ているか否かが判定される。このフラグは後述するエア
ポンプ駆動に伴って、セットされるものであり、ここで
は仮にＹｅｓと判定されたとして、次のステップ４３を
説明する。

【００２６】ステップ４３では、エアポンプ７の吐出側
圧力Ｐｈ　を求めるためにエアポンプ７を一時、予め定
められた標準的作動条件のもとでモデル駆動する処理が
実行される。即ち、具体的には例えば、フィルタ圧損Δ
Ｐが標準状態（所定量のパティキュレートを捕集した状
態）で、かつ大気圧及び大気温度が夫々標準的な値Ｐｓ
ｔｄ，Ｔｓｔｄを示し（例えば　７６０ｍｍＨｇ、　２
９３°Ｋ）、かつバッテリ電圧ＢＨが標準値の状態にお
いて、エアポンプ７により目標２次空気量Ｖｓｔｄの空
気供給が達成されるような標準的な駆動デューティ比Ｄ
ｓｔｄを以てエアポンプ７を駆動する。尚、この駆動デ
ューティ比Ｄｓｔｄは予め実験などによって求めておく
。又、本ステップ４３では上述したエアポンプモデル駆
動処理の他、エアポンプモデル駆動フラグＦ１　を１に
セットする処理がなされる。

【００２７】ところで、上述したような標準的デューテ
ィ比Ｄｓｔｄを以てエアポンプ７駆動が開始されても、
即座にはエアポンプからの２次空気吐出が安定するわけ
ではなく、吐き出しの安定には通電開始後、通常２〜３
秒を要する。従ってステップ４３に続くステップ４４で
は、エアポンプ７からの２次空気吐出量が安定したか否
かを、例えば通電後の時間経過を見ることで判定し、安
定したと判定された場合（Ｙｅｓ）、ルーチンはステッ
プ４５に進み、エアポンプモデル駆動フラグＦ１　を０
にリセットする処理を実行する。又、逆に本ステップ４
４でＮｏと判定された場合には、エアポンプ７からの空
気吐き出しが未だ安定していないと判断されるため、以
下のステップをスキップして次のルーチンに進むことに
なる。そして次のルーチンでは、先のステップ４３でフ
ラグＦ１　が１にセットされているため、ステップ３１
でＮｏと判定され、ステップ３９〜４１又はステップ３
９及び４０の処理を実行した後（ステップ３２〜３８は
スキップ）、ステップ４２でＹｅｓの判定（ここではま
だＦ２　＝０）、ステップ４３で引き続きエアポンプ７
のモデル駆動を継続して、再度ステップ４４で２次空気
吐き出しが安定したか否かの判定が繰り返されることに
なる（以下、同じ）。

【００２８】エアポンプ７からの空気吐き出しが安定し
、ステップ４５でフラグＦ１　がリセットされたならば
、次にルーチンはステップ４６に進み、圧力センサ１６
によってエアポンプ吐出側圧力Ｐｈ　が検出される。そ
して続くステップ４７においては、先のステップ３８で
求められたエアポンプ吸込側圧力（大気圧）Ｐｏ　と、
このエアポンプ吐出側圧力Ｐｈ　とにより差圧Ｐ＝Ｐｈ
　−Ｐｏ　を求めて、更に前述の標準的な目標２次空気
量Ｖｓｔｄを先のステップ３８で求めた実際の大気圧Ｐ
ｏ　、大気温度Ｔｏ　で補正した実際の目標２次空気量
Ｖｏ　＝Ｖｓｔｄ×（Ｐｓｔｄ／Ｐｏ）・（Ｔｏ／Ｔｓ
ｔｄ）とから、例えば図５に示すような、エアポンプ７
の各駆動電圧Ｖに対応する差圧Ｐ（＝Ｐｈ　−Ｐｏ　）
と吐出空気流量との関係を示すマップを用いて、差圧Ｐ
を以て駆動されるエアポンプ７において目標２次空気量
Ｖｏ　を達成するような目標駆動電圧Ｖｐ（例えば、図
５では２０Ｖ）を演算する。尚、この演算に使用される
マップは、エアポンプ７に対応して予め実験的に求めら
れているものである。

【００２９】以上のようにしてエアポンプ７の目標駆動
電圧Ｖｐ　が求められたならば、次にステップ４８では
バッテリ９の電圧ＢＨを読み込み、両電圧Ｖｐ　，ＢＨ
から、エアポンプ駆動デューティ比Ｄ（＝　１００×Ｖ
ｐ／ＢＨ）、即ち半導体リレー１０のＯＮ時間％を演算
する。そして続くステップ４９では、演算されたデュー
ティ比Ｄによるエアポンプ７の駆動が実行開始されると
共に、エアポンプ駆動フラグＦ２　が１にセットされる
。

【００３０】ところで、本実施例によれば上述したよう
なデューティ比Ｄの算出は、例えば１００ｍｓｅｃのよ
うに所定時間毎に実行され、エアポンプ７の吐出圧力Ｐ
ｈ　やバッテリ電圧ＢＨの変化に応じて、順次更新され
る。従って、ステップ４９のエアポンプ駆動処理に続く
ステップ５０では、デューティ比Ｄによるエアポンプ７
駆動開始からの経過時間を見て、上記所定時間が経過し
たか否かが判定される。そして本ステップ５０でＹｅｓ
、即ち次のデューティ比演算時期と判断したら、ルーチ
ンはステップ５１に進みデューティ比Ｄによるエアポン
プ駆動フラグＦ２　を０にリセットして、再びステップ
４６に戻りエアポンプ吐出圧力Ｐｈ　を求め、以下同様
に新たなデューティ比Ｄを求める処理を実行する。

【００３１】一方、ステップ５０でＮｏ、即ち未だ新た
なデューティ比演算時期と判定されない場合、ルーチン
はステップ５２に進む。尚、このように来るべきデュー
ティ比演算時期を待つような場合には（フラグＦ２　＝
１の状態）、続くステップ５２の処理を実行した後、次
のルーチンに進み、ステップ３２でＮｏと判定され、更
にステップ３９〜４１又はステップ３９，４０の処理を
実行した後、ステップ４２でＮｏと判定され、エアポン
プモデル駆動処理及びデューティ比演算処理の各ステッ
プ４３〜４８をスキップして引き続きステップ４９でエ
アポンプ駆動処理が続行されることになる。

【００３２】次にステップ５２ではエアポンプ７駆動開
始からの経過時間を見て、フィルタ再生に要するエアポ
ンプ駆動所定時間（例えば２０分）が経過したか否かが
判定される。そして本ステップ５２でＹｅｓ、即ちフィ
ルタ再生完了と判定された場合、ルーチンはステップ５
３に進みエアポンプ７の半導体リレー１０への駆動信号
出力を停止すると共に、エアポンプ駆動フラグＦ２　を
０にリセットして、本ルーチンを終了する。又、ステッ
プ５２でＮｏ、即ち未だフィルタ再生完了に至らない時
点では、ステップ５３をスキップして（Ｆ２　＝１の状
態は継続される）、本ルーチンを終了し、次のルーチン
のステップ４２でＮｏの判定の後、引き続きエアポンプ
駆動処理が続行されることになる。

【００３３】以上、本発明の一実施例を圧力センサ出力
特性補正機構を備えた排気浄化システムに例をとり説明
してきたが、本発明はこの適用例に限定されるものでは
なく、当然ながら圧力検出ライン切り替えバルブを備え
ない通常の排気浄化機構においても適用可能である。 又、上述したフローチャートではエアポンプの吸込側圧
力をフィルタ再生開始時のフィルタ上流側圧力センサの
検出値で代用しているが、圧力検出値の信頼性を増すた
め、エアポンプの吸い込み口に大気圧センサを設けるよ
うにして直接的に検出するようにしても良い。

【００３４】

【発明の効果】以上説明したように、本実施例によれば
エアポンプ駆動デューティ比Ｄを制御することによって
エアポンプ７からの吐出２次空気量それ自体を制御する
ため、従来装置のようにエアポンプからの空気の一部を
外部に放出するようなことはなく、エアポンプの駆動ロ
スが低減される。又、本発明におけるエアポンプ駆動デ
ューティ比は、その時のバッテリ電圧に応じて変化する
ため、バッテリ電圧が変化してもエアポンプによって吐
き出される２次空気量は目標値のままに保持される。ま
たこれに関連し、エアポンプの吸込側圧力と吐出側圧力
の差圧に変化が生じてもこれに対抗してエアポンプ駆動
電圧を変化させ、常に目標量の２次空気が供給されるよ
うにするため、フィルタ再生の進行に伴うフィルタ圧損
値変化に関係なく常に安定したフィルタ再生処理が実行
できる（従来は圧損値変化に伴って２次空気量が変化し
フィルタ再生不良となる場合もあった）。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のクレーム対応図である。

【図２】本発明の一実施例としてのフィルタ再生制御装
置の概略的構成図である。

【図３】図２の制御回路の作動を説明するフローチャー
トの前半部分を示す図である。

【図４】図３フローチャートに続く後半部分を示す図で
ある。

【図５】各駆動電圧下のエアポンプ差圧と２次空気量と
の関係を示し、本発明においてエアポンプの目標駆動電
圧を求める際に使用されるマップ図である。

【符号の説明】

１…フィルタ ６…制御回路 ７…エアポンプ ９…バッテリ １０…半導体リレー １６，１７…圧力センサ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　機関の排気系に設けられたフィルタに
   よって、排気ガス中のパティキュレートを捕集すると共
   に、該フィルタに捕集されたパティキュレートを焼却す
   るフィルタ再生時、エアポンプによってフィルタ上流に
   パティキュレート燃焼のための再生用２次空気を供給す
   る内燃機関において、上記エアポンプの吸込側圧力と吐
   出側圧力との差圧を検出する差圧検出手段と、上記エア
   ポンプの各駆動電圧に対応する上記差圧と吐き出される
   ２次空気量との特性関係を示すべく予め求められるマッ
   プ手段と、上記差圧検出手段によって求められた差圧と
   目標とする２次空気量とから上記マップ手段を用いてエ
   アポンプの目標駆動電圧を求める目標エアポンプ駆動電
   圧演算手段と、得られた目標エアポンプ駆動電圧と現在
   のバッテリ電圧とからエアポンプ駆動デューティ比を算
   出するデューティ比演算手段と、演算されたデューティ
   比を以てエアポンプを駆動するエアポンプ駆動手段とを
   有することを特徴とするフィルタ再生制御装置。