JPH0626327A

JPH0626327A - 内燃機関の排気浄化装置

Info

Publication number: JPH0626327A
Application number: JP4179888A
Authority: JP
Inventors: Kotaro Hayashi; 孝太郎林
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1992-07-07
Filing date: 1992-07-07
Publication date: 1994-02-01

Abstract

(57)【要約】【目的】機関の運転状態が過渡的に変化しても、正し
くパティキュレートフィルタの再生時期を判断すること
が可能な内燃機関の排気浄化装置の提供を目的とする。【構成】フィルタで排気ガス中のパティキュレートを
捕集し、捕集中のフィルタの圧力損失値によって再生時
期を判断し、再生時には再生手段によりパティキュレー
トを着火、燃焼させて再生を行う排気浄化装置におい
て、検出された圧力損失値を数分間に渡って平均化処理
した値が所定値以上になった時に再生時期と判定するよ
うに構成する。この結果、機関の運転状況に係わらず正
確に再生時期判断が行える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は内燃機関の排気浄化装置
に関し、特に、ディーゼル機関の排気ガス中に含まれる
パティキュレートを捕集除去するフィルタの再生時期を
正しく判断することができる内燃機関の排気浄化装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】自動車等の内燃機関、特に、ディーゼル
機関の排気ガス中には、カーボンを主成分とする排気微
粒子（パティキュレート）が含まれており、排気黒煙の
原因となっている。環境汚染の観点からはこのパティキ
ュレートは除去することが望ましく、近年、ディーゼル
機関の排気通路にセラミック製のフィルタを配置し、デ
ィーゼルパティキュレートをこのフィルタによって除去
することが提案されている。

【０００３】ディーゼル機関の排気通路に配置されたセ
ラミック製のフィルタによってディーゼルパティキュレ
ートを除去するように構成された排気浄化装置では、パ
ティキュレートフィルタの使用に伴ってその内部に捕集
されるパティキュレートの量が増えると、通気性が次第
に失われて機関性能が低下することになるため、パティ
キュレートがある程度捕集されたフィルタを定期的に再
生させる必要がある。このフィルタの再生は、電気ヒー
タに通電したり、バーナーに点火したりして、フィルタ
に捕集されたパティキュレートに着火し、再生用ガス、
例えば２次空気を供給してこれを燃焼させることによっ
て行われる。

【０００４】この再生時期の判断は、機関の走行距離、
機関の運転時間等を基にして行われることもあるが、一
般に、従来の内燃機関の排気浄化装置では、パティキュ
レートフィルタの通気性が失われてフィルタの上流側の
排気ガスの圧力が下流側の圧力よりも所定値以上に大き
くなった時（圧力損失が所定値以上になった時）を圧力
センサによって検出し、パティキュレートの再生処理が
行われるようになっている。

【０００５】このパティキュレートフィルタの再生時期
の判断に際して、単に検出した圧力損失値は機関の運転
状況に応じて変化するので、検出したフィルタの圧力損
失値に対して、機関の吸入空気量、排気温度によりこれ
を補正し、補正後の圧力損失値によってフィルタの詰ま
りを演算して再生時期を判断するディーゼルパティキュ
レート捕集量測定装置の提案がある（特開昭60-47973号
公報参照) 。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開昭
60-47973号公報のディーゼルパティキュレート捕集量測
定装置では、機関の運転状態が過渡的に変化する場合の
対策がなされていないので、未だ正確な再生時期判断が
難しいという問題点がある。特に、機関の加減速等の過
渡状態においては、補正された圧力損失値の算出にお
い、瞬時ではあるが真値と大きく異なることがあり、場
合によっては未だ再生時期ではないにも係わらず、再生
時期と誤判断してしまうことがあり、その結果、フィル
タ再生が中途半端になってその後の再生が不安定になる
という問題点がある。

【０００７】そこで、本発明は前記従来のパティキュレ
ートフィルタの再生時期の判断技術の有する課題を解消
し、機関の運転状態が過渡的に変化しても、正しくパテ
ィキュレートフィルタの再生時期を判断することが可能
な内燃機関の排気浄化装置を提供することを目的とす
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成する本発
明は、内燃機関の排気ガス通路中に設けたフィルタによ
って排気ガス中のパティキュレートを捕集し、捕集中の
前記フィルタの圧力損失値を検出することによって再生
時期を判断し、再生手段によりフィルタを再生する排気
浄化装置において、検出された圧力損失値を数分間に渡
って平均化処理した値が所定値以上になった時に再生時
期と判定することを特徴とするものである。

【０００９】

【作用】本発明の内燃機関の排気浄化装置によれば、検
出された圧力損失値を数分間に渡って平均化処理した値
が所定値以上になった時に再生時期と判定される。

【００１０】

【実施例】以下添付図面を用いて本発明の実施例を詳細
に説明する。図１は、電気ヒータＨが取り付けられ、排
気ガス中のパティキュレートを捕集するためのパティキ
ュレートフィルタ５を備えた本発明の一実施例のディー
ゼル機関１の排気浄化装置２０の全体構成図である。図
１において、３は排気ガス通路２の一部に設けられたパ
ティキュレートフィルタ５を収納するためのケーシン
グ、４はシール材、６は２次空気供給通路、７は燃焼ガ
ス排出通路、８はパティキュレートフィルタ５をバイパ
スする排気バイパス通路、９は２次空気を供給するエア
ポンプ、１１はバッテリ、１００は制御回路、Ｓは電気
ヒータＨに通電するためのヒータスイッチ、ＳＰ１はパ
ティキュレートフィルタ５の排気ガス流入側の通路２内
に設けられた圧力センサ、ＳＰ２はパティキュレートフ
ィルタ５の排気ガス流出側の通路２内に設けられた圧力
センサ、ＳＴはパティキュレートフィルタ５の入口側に
設けられた温度センサ、Ｖ１は排気通路２と排気バイパ
ス通路８とを切り換える切換弁、Ｖ２は排気バイパス通
路８の出口に設けられた出口切換弁、Ｖ３は燃焼ガス排
出通路７の開閉弁、Ｖ４は２次空気供給通路６の開閉弁
である。また、図１には図示されていないが、ディーゼ
ル機関１の吸気通路側には、吸入空気量Ｇａを検出する
ための吸入空気量センサが設けられている。

【００１１】パティキュレートフィルタ５は多孔性物質
からなるハニカム状の隔壁を備えたハニカム状フィルタ
であり、一般に円筒状でその内部に隔壁で囲まれた多数
の直方体状の通路がある。そして、この通路の隣接する
ものは、排気ガスの流入側と排気ガスの流出側で交互に
セラミック製の閉塞材によって栓詰めされて閉通路とな
っている。

【００１２】制御回路１００は、例えば、アナログ信号
入力用のインタフェースＩＮａ、ディジタル信号入力用
のインタフェースＩＮｄ、アナログ信号をディジタル信
号に変換するコンバータＡ／Ｄ、各種演算処理を行う中
央処理装置ＣＰＵ、ランダムアクセスメモリＲＡＭ、読
み出し専用メモリＲＯＭ、出力回路ＯＵＴ、およびこれ
らを接続するバスライン１１１等を含むマイクロコンピ
ュータによって構成されるが、その構成の詳細な動作説
明については省略する。制御回路１００のアナログ信号
入力用のインタフェースＩＮａには、パティキュレート
フィルタ５の排気ガス経路の上流側と下流側の排気ガス
の圧力を検出する圧力センサＳＰ１，ＳＰ２からの圧力
検出信号、温度センサＳＴからのフィルタ入口温度検出
信号、図示しない回転数センサからの機関回転数信号Ｎ
ｅや吸入空気量信号Ｇａ等が入力され、ディジタル信号
入力用のインタフェースＩＮｄには、キースイッチ（図
示せず）からの信号等が入力される。

【００１３】通常の排気ガス中のパティキュレート捕集
時には、各弁Ｖ１〜Ｖ４は破線の位置に制御されてお
り、ディーゼル機関１から排出された排気ガスは、ケー
シング３に内蔵されたパティキュレートフィルタ５によ
ってパティキュレートが除去され、図示しないマフラを
介して大気中に放出される。一方、本発明ではパティキ
ュレートフィルタ５の排気ガス流入側（上流側）の圧力
と排気ガス流出側（下流側）との圧力差（圧力損失）が
後述する再生時期判定値を越えて大きくなった時に、制
御回路１００は弁Ｖ１〜Ｖ４を破線の位置から実線の位
置に切り換える切換制御を行ってパティキュレートフィ
ルタ５の再生動作が行われる。そして、このパティキュ
レートの捕集動作からいつフィルタ５の再生動作に切り
換えるか、あるいは、フィルタ再生時のヒータスイッチ
Ｓのオンオフ制御およびエアポンプ９からの２次空気の
流量の制御が制御回路１００によって行われる。

【００１４】ここで、制御回路１００によるパティキュ
レートフィルタの再生時期の判断について、図２のフロ
ーチャートを用いて説明する。図２に示すルーチンは所
定時間、例えば５０ms毎に実行されるものとする。ステ
ップ３０１では機関開始直後か否かが判定され、機関始
動開始直の時(YES) はステップ３０２において圧力セン
サＳＰ１，ＳＰ２の較正（キャリブレーション）が行わ
れ、機関始動開始直後でない時(NO)はステップ３０２に
進まずにステップ３０３に進む。ステップ３０３ではフ
ィルタ５の上流側と下流側に設けられた圧力センサＳＰ
１，ＳＰ２の検出値ＰＵ，ＰＤ、内燃機関の吸入空気量
Ｇａ、およびフィルタの入口温度Ｔが読み込まれる。

【００１５】続くステップ３０４では圧力センサＳＰ
１，ＳＰ２の検出値ＰＵ，ＰＤの差から圧力損失値ΔＰ
が演算される。演算された圧力損失値ΔＰは、吸入空気
量Ｇａやフィルタ入口温度Ｔによる影響を受けた真の値
ではないので、この圧力損失値ΔＰはステップ３０５に
おいて、この時の吸入空気量Ｇａとフィルタ入口温度Ｔ
によって以下に示す補正式により補正される。但し、こ
の式におけるＴ′は使用頻度が最も高い条件における標
準的なフィルタ入口温度であり、同様に、Ｇａ′は使用
頻度が最も高い条件における標準的な吸入空気量であっ
て、これらの値は予め制御回路１００に入力されている
ものである。

【００１６】 ΔＰ１＝ ΔＰ×（Ｔ′／Ｔ）×（Ｇａ′／Ｇａ）補正された圧力損失値ΔＰ１は５０ms毎に算出される
が、この値にはノイズ等の影響が重畳されている可能性
がある。そこで、ステップ３０６において、補正された
圧力損失値ΔＰ１は１０回程度のなまし処理を受けて補
正され、ノイズの影響が取り除かれる。

【００１７】ところが、以上のような２回の補正を受け
た圧力損失値ΔＰ２の値と、予め定められた再生開始圧
力損失基準値ΔＰｒとによって再生時期を判断すると、
機関の過渡時等の運転状態の時に補正算出誤差が生じ易
く、誤判定を起こしてしまう可能性が高い。この誤差を
生じる主な理由は、検出された圧力損失値ΔＰ、吸入空
気量Ｇａおよびフィルタ入口温度Ｔの各々に、異なった
検出遅れがあるからである。

【００１８】そこで、本発明ではこの圧力損失値ΔＰ２
に対して長期間、例えば、２〜３分間の平均化あるいは
なまし処理を行い、得られた補正値ΔＰ３を用いて予め
定められた再生開始圧力損失基準値ΔＰｒとの比較を行
って再生時期が判断されるようにしている。図２の実施
例におけるステップ３０７から３１１がこの平均化処理
に相当するものである。即ち、ステップ３０７ではステ
ップ３０６で演算された圧力損失値ΔＰ２を累積して累
積圧力損失値ΔＰ２′を演算し、ステップ３０８で累積
回数Ｎを計数し、ステップ３１０で累積回数Ｎが３００
０になったか否かを判定する。累積回数Ｎが３０００未
満の時(NO)はこのルーチンを終了し、累積回数Ｎが３０
００に達した時(YES) はステップ３１０に進んで累積圧
力損失値ΔＰ２′を３０００で除算して算術移動平均値
ΔＰ３を演算する。この実施例では５０ms×３０００＝
２分３０秒の間の圧力損失値ΔＰ２の平均値ΔＰ３が演
算によって求められる。続くステップ３１１は累積回数
Ｎを０にするものである。

【００１９】ステップ３１２では、このようにして求め
られた２分３０秒の間の圧力損失値ΔＰ２の平均値ΔＰ
３を用いて、予め定められた再生開始圧力損失基準値Δ
Ｐｒとの比較が行われる。そして、ΔＰ３＜ΔＰｒの場
合(NO)はそのままこのルーチンを終了し、ΔＰ３≧ΔＰ
ｒの場合(YES) はステップ３１３に進んで再生時期信号
が出力される。

【００２０】なお、前述の実施例では、圧力損失値ΔＰ
２の平均値ΔＰ３を２分３０秒の間で演算したが、２分
間にする時はＮ＝２４００とし、３分間にする時はＮ＝
３６００とすれば良い。次に、図３から図５を用いて図
２の実施例の効果を説明する。図３はステップ３０４に
おける実測圧力損失値ΔＰの値の時間変化の一例を示す
ものであり、図に示す記号Ｘの部分は機関の加速状態、
Ｙの部分は機関のアイドル状態を示している。

【００２１】図４は実測圧力損失値ΔＰが図３のように
変化する場合のステップ３０５における吸入空気量Ｇａ
とフィルタ入口温度Ｔによる補正を受けた後の圧力損失
値ΔＰ１の変化の様子を示すものである。この図から分
かるように、吸入空気量Ｇａとフィルタ入口温度Ｔによ
る補正を実行しただけでは、圧力損失値ΔＰ１にはひげ
状のピークが残るので、この圧力損失値ΔＰ１によって
再生開始時期を判断すると、ピークによる誤差が生じる
ことが分かる。

【００２２】図５は、ステップ３１０における２分３０
秒（Ｎ＝３０００）の時の圧力損失値ΔＰ２の平均値Δ
Ｐ３（実線で示す）を、３０秒（Ｎ＝６００）の時の圧
力損失値ΔＰ２の平均値ΔＰ３（破線で示す）と比較し
て示すものである。このように、平均化処理の時間が２
分を超えると、平均値ΔＰ３には変動がなくなるので、
この値によって再生開始時期を判断すると、ピークによ
る誤差が生じないことが分かる。

【００２３】このように、本発明では、補正ΔＰ２の値
の多数データを頻度処理した平均値ΔＰ３を使用して再
生開始時期を判定するため、過渡条件以外のその他の検
出誤差の影響も受けにくくなり、判定精度が向上する。
更に、捕集量は数分間のオーダーでは急激に上昇、ある
いは下降することはないので、数分間のオーダーで平均
化処理を行っても再生時期の判定精度が悪化することは
無い。

【００２４】ところで、フィルタ入口温度Ｔが一定の時
の吸入空気量Ｇａ（ｇ／ｓ）に対するフィルタの圧力損
失値ΔＰ（mmHg) の変化は、図６に示すようにリニアに
変化する。一方、吸入空気量Ｇａが一定の時のフィルタ
入口温度Ｔ（Ｋ）に対するフィルタの圧力損失値ΔＰ
（mmHg) の変化は、図７に示すように最初はリニアに変
化するが、ある直線Ｌを超えた温度域では飽和状態にな
ることが分かった。この領域でそのまま補正すると、補
正ΔＰ２の値に誤差が生じて真値からずれてしまうこと
になる。従って、図７の直線Ｌと各特性の交点の温度を
Ｔｃとし、この温度Ｔｃを現在より１回前のフィルタの
圧力損失値ΔＰ２より判断して補正すれば、再生時期の
判断が一層正確になる。

【００２５】図８はこの補正を考慮したフローチャート
を示すものであり、図２に示したフローチャートにおけ
るステップ３０３とステップ３０４の間に温度補正手順
を追加したものである。従って、図８のフローチャート
の手順における図２のフローチャートの手順と同じもの
には同じステップ番号を付してその説明を省略し、新た
に追加された部分のみについて説明する。

【００２６】この実施例では、ステップ３０３において
フィルタ５の上流側と下流側に設けられた圧力センサＳ
Ｐ１，ＳＰ２の検出値ＰＵ，ＰＤ、内燃機関の吸入空気
量Ｇａ、およびフィルタの入口温度Ｔが読み込まれた後
のステップ９０１において、ΔＰ２−Ｔｃの関係マップ
（図９に示すΔＰ２−Ｔｃの関係をマップ化したもの）
から境界温度Ｔｃ（°Ｋ）を補間演算して求める。そし
て、ステップ９０２において、今回読み込んだフィルタ
入口温度Ｔがこの境界温度Ｔｃよりも大きいか否かを判
定し、Ｔ≦Ｔｃの時(NO)はそのままステップ３０４に進
み、Ｔ＞Ｔｃの時(YES) はステップ９０３に進んでフィ
ルタ入口温度Ｔをこの境界温度Ｔｃでガードしてステッ
プ３０４に進むようにする。

【００２７】この結果、フィルタ入口温度Ｔの最大値は
境界温度Ｔｃよりも大きくなることが無いので、再生時
期の判断に誤差が生じる恐れが少なくなる。図１０は、
実測圧力損失値ΔＰが図３のように変化する場合の圧力
損失値ΔＰ２を、３０秒にわたって平均化処理した時
に、図８のステップ９０１〜ステップ９０３の処理を実
行した時（実線）と実行しない時（破線）の結果を比較
して示すものである。この図から分かるように、図８の
ステップ９０１〜ステップ９０３の補正処理を実行すれ
ば、図３において記号Ｘで示す機関の加速状態（過渡状
態）の時に、圧力損失値ΔＰ３の真値からのずれを防止
することができる。

【００２８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
機関の運転状態が過渡的に変化しても、正しくパティキ
ュレートフィルタの再生時期を判断することが可能とな
り、再生時期判定の精度が向上するという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の内燃機関の排気浄化装置の一実施例の
全体構成を示すシステム図である。

【図２】図１の制御回路の再生時期判断の手順の一実施
例を示すフローチャート図である。

【図３】図２のステップ３０４における実測ΔＰの値の
変化例を示す波形図である。

【図４】実測圧力損失値ΔＰが図３のように変化する場
合の図２のステップ３０５における吸入空気量Ｇａとフ
ィルタ入口温度Ｔによる補正を受けた後の圧力損失値Δ
Ｐ１の変化の様子を示す波形図である。

【図５】実測圧力損失値ΔＰが図３のように変化する場
合の図２のステップ３１０における平均値ΔＰ３の変化
を、Ｎ＝６００の場合の同値と比較して示す波形図であ
る。

【図６】フィルタ入口温度Ｔが一定の時の吸入空気量−
フィルタ圧力損失特性図である。

【図７】吸入空気量Ｇａが一定の時のフィルタ入口温度
−フィルタ圧力損失特性図である。

【図８】本発明の別の実施例の再生時期判断の手順を示
すフローチャート図である。

【図９】境界温度Ｔｃを演算するためのΔＰ２−Ｔｃの
関係マップに対応する特性図である。

【図１０】図８のフローチャートに基づいた平均化処理
の効果を示す特性図である。

【符号の説明】

１…ディーゼル機関２…排気ガス通路３…ケーシング５…パティキュレートフィルタ６…２次空気供給通路７…燃焼ガス排出通路８…バイパス通路９…エアポンプ１１…バッテリ２０…本発明の一実施例の排気浄化装置１００…制御回路Ｈ…電気ヒータＳ…ヒータスイッチＳＰ１，ＳＰ２…圧力センサＳＴ…温度センサＶ１〜Ｖ４…弁

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】内燃機関の排気ガス通路中に設けたフィ
ルタによって排気ガス中のパティキュレートを捕集し、
捕集中の前記フィルタの圧力損失値を検出することによ
って再生時期を判断し、再生手段によりフィルタを再生
する排気浄化装置において、検出された圧力損失値を数分間に渡って平均化処理した
値が所定値以上になった時に再生時期と判定することを
特徴とする内燃機関の排気浄化装置。