JP3918619B2 - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の排出ガスに含まれる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を備える排気浄化装置に関し、詳しくは、パティキュレート堆積量を高精度に検出して、パティキュレートフィルタの再生を適切な時期に行うことができる排気浄化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
環境対策として、近年、ディーゼルエンジンから排出されるパティキュレート（粒子状物質）を低減するための装置が種々提案されている。その代表的なものに、ディーゼルパティキュレートフィルタ（以下ＤＰＦと称する）があり、排気管内に設置したＤＰＦの多孔質の隔壁を排出ガスが通過する際に、パティキュレートを捕集するように構成されている。パティキュレートは、そのまま堆積すると圧損が増大し、排気抵抗が増大して機関性能が低下することから、適正な時期に燃焼させて、ＤＰＦを再生する必要がある。再生は、例えば、バーナやヒータ等の加熱手段を用いたり、ポスト噴射や吸気を絞って排気温度を上昇させて、ＤＰＦをパティキュレートが燃焼可能な温度まで昇温することにより行われる。
【０００３】
この時、ＤＰＦの再生時期の決定を適切に行うことが重要で、ＤＰＦにパティキュレートが過剰に堆積すると、機関性能が低下するだけでなく、パティキュレートが再生時に急激に燃焼する。図７に示すように、パティキュレート燃焼量（ＰＭ燃焼量）が増加するほどＤＰＦ内温度が上昇するので、ＤＰＦ内温度が過度に上昇してＤＰＦが劣化するおそれがある。一方、ＤＰＦの過昇温を防止するために、再生頻度を多くして、ＤＰＦにパティキュレートが過剰に堆積しないようにすることもできるが、例えば、ＤＰＦの再生にポスト噴射を用いる場合には、ＤＰＦ昇温のために燃料を供給していることから、再生頻度が多くなるほど、燃料消費量が大きくなる不具合がある（図８参照）。
【０００４】
ＤＰＦの再生時期を決定するための従来技術として、例えば、特開２００１−２６３０４３には、ＤＰＦの上流と下流の差圧を検出する差圧センサを設けることが記載されている。パティキュレートの堆積量が増加すると、ＤＰＦ前後の差圧が増加するので、検出された差圧から堆積したパティキュレートの量を算出することができる。そして、その量が所定量を越えた時にバーナやヒータ等を用いてＤＰＦを加熱することにより、パティキュレートを燃焼させている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、差圧センサは個体ごとにゼロ点とセンサ感度の双方にバラツキがあり、また経時変化による誤差も生じる（図１０参照）。そのため、差圧からパティキュレートの堆積量を検出する際に十分な精度を確保することが難しかった。このため、差圧センサの検出値を補正し、精度良くパティキュレートの堆積量を検出することが要求されている。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、ＤＰＦを用いた排気浄化装置において、差圧を検出するセンサのゼロ点とセンサ感度の双方を較正することで、パティキュレートの堆積量を精度良く検出し、安全かつ確実な再生を可能とすることにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１の内燃機関の排気浄化装置は、内燃機関の排気管内に設置されて排気中のパティキュレートを捕集するパティキュレートフィルタと、
上記排気管内の上記パティキュレートフィルタの下流側に設置される圧力較正用デバイスと、
上記パティキュレートフィルタ側の圧力導入通路および上記圧力較正用デバイス側の圧力導入通路から導入される圧力を検出する圧力検出手段と、
上記圧力導入通路と上記圧力検出手段との連通を切換えて、上記圧力検出手段へ導入される圧力を、上記パティキュレートフィルタ側または上記圧力較正用デバイス側に選択的に切換える検出圧力切換え手段と、
上記検出圧力切換え手段の動作を制御するとともに、上記圧力検出手段の出力からパティキュレートの捕集状態を検出する捕集状態検出手段とを備えている。
【０００８】
上記捕集状態検出手段は、上記排気管内の排気流量を検出する排気流量検出手段と、上記圧力検出手段の出力を較正する圧力較正手段を有している。上記圧力較正手段は、上記排気流量検出手段で検出した排気流量を基に、上記検出圧力切換え手段を動作させて上記圧力導入通路を切換え、上記圧力検出手段で検出した上記圧力較正用デバイス側の圧力値に基づいて、上記圧力検出手段で検出した上記パティキュレートフィルタ側の圧力値の較正を行う。
【０００９】
上記構成によれば、パティキュレートが堆積せず、排気流量と差圧の関係が既知である上記圧力較正用デバイス側の検出圧力を基に、上記パティキュレートフィルタ側の検出圧力を較正するので、圧力検出手段の誤差をなくし、検出精度を大幅に向上することができる。また、上記検出圧力切換え手段を用いて、上記圧力検出手段に導入される圧力を上記パティキュレートフィルタ側または上記圧力較正用デバイス側に容易に切換えることができるので、上記圧力較正用デバイス側の圧力を検出するための手段を別途設ける必要がない。よって、簡易な構成で、精度よくパティキュレートの捕集状態を検出して、ＤＰＦの再生時期を適切に設定することができる。
【００１０】
請求項２の構成のように、上記圧力検出手段としては、上記パティキュレートフィルタおよび上記圧力較正用デバイスの前後差圧を検出する差圧検出手段を用いることができる。
【００１１】
あるいは、請求項３の構成のように、上記圧力検出手段を、上記記パティキュレートフィルタおよび上記圧力較正用デバイスの上流圧力を検出する圧力検出手段としてもよい。
【００１２】
請求項４の構成において、上記圧力較正手段は、上記圧力検出手段が通常時は上記パティキュレートフィルタ側の圧力を検出し、上記排気流量検出手段で検出した排気流量が所定値を越えた場合に一時的に上記圧力較正用デバイス側の圧力を検出するように、上記検出圧力切換え手段を動作させるものとする。排気流量が少ないと、パティキュレートの堆積量変化に対する差圧変化が小さく、誤差が大きくなるため、排気流量が所定値より大きい場合において、本発明による検出圧力の較正を行うことで、パティキュレートの捕集状態をより精度よく検出することが可能になる。
【００１３】
請求項５の構成では、上記圧力較正用デバイスを消音器とする。消音器を利用することで、圧力較正用の新たなデバイスを設ける必要がなく、構成を簡易にできる。
【００１４】
請求項６の構成では、上記圧力較正手段は、上記排気流量検出手段で検出した排気流量が０である時に上記圧力検出手段の出力が０となるように、上記圧力検出手段の出力を較正するものとする。
【００１５】
排気流量が０であれば、ＤＰＦの前後差圧は０になるので、この時の上記圧力検出手段の出力から随時ゼロ点を較正することで、個々の差圧センサのバラツキや、経時変化により生じる検出誤差を低減し、十分な検出精度を長期に渡り確保することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の第１の実施の形態を図１に基づいて説明する。図１はディーゼルエンジンの排気浄化装置の全体構成を示すもので、排気管５内には、マフラ（消音器）３の上流側に、ディーゼルパティキュレートフィルタ２（ＤＰＦ）が設置されている。ＤＰＦ２は公知の構成で、例えば、コーディエライト等の耐熱性セラミックスをハニカム構造に成形して、多孔性の隔壁で区画された多数のセルの入口または出口を互い違いに目封じしてなる。エンジンからの排出ガスは、入口側が開口しているセルからＤＰＦ２内に入り、多孔性の隔壁を通過する際にパティキュレートが捕集される。
【００１７】
排出ガスは、その後、ＤＰＦ２下流に位置するマフラ３を通過し、大気中に放出される。マフラ３には、パティキュレートが捕集された後の排出ガスが流入するため、パティキュレートが堆積することはなく、排気流量と前後差圧の関係が常に既知である。そのため、本実施の形態では、このマフラ３を、ＤＰＦ２の圧力較正用デバイスとして使用し、所定の条件で検出したマフラ３の前後差圧を基に、ＤＰＦ２の前後差圧の検出値を較正して、パティキュレート堆積量を算出する。
【００１８】
ＤＰＦ２とマフラ３の前後差圧は、圧力検出手段である差圧センサ１で検出する。差圧センサ１の一端側には、ＤＰＦ２とマフラ３の間の排気管５ｂが、圧力導入通路としての圧力取込管６１を介して接続されており、差圧センサ１の他端側には、圧力導入通路としての圧力取込管６２を介して検出圧力切換え手段である三方弁４が接続されている。三方弁４は、圧力導入通路としての圧力取込管７１を介してＤＰＦ２の上流の排気管５ａに、また、圧力導入通路としての圧力取込管７２を介してマフラ３の下流の排気管５ｃに、それぞれ接続している。
【００１９】
三方弁４は、ＥＣＵ８からの信号によって駆動されて、圧力取込管６２を、圧力取込管７１および圧力取込管７２のいずれか一方に選択的に連通させる構成となっている。差圧センサ１の一端側には、排気管５ｂ内の圧力が常に導入されるので、例えば、三方弁４をＤＰＦ２に連通する圧力取込管７１側に切換えることによって、ＤＰＦ２の前後差圧を、マフラ３に連通する圧力取込管７２側に切換えることによって、マフラ３の前後差圧を差圧センサ１で検出することができる。
【００２０】
差圧センサ１の出力は、捕集状態検出手段となるＥＣＵ８に送られ、ＥＣＵ８は、マフラ３の前後差圧に基づくＤＰＦ２の前後差圧の較正や、パティキュレートの堆積量の算出等の演算を行う。パティキュレート堆積量に対する、ＤＰＦ２の前後差圧とＤＰＦ２を通過する排気流量との関係を図２に示す。図２のように、ある排気流量に対して、パティキュレート堆積量の増加に伴い差圧が増加することから、この関係を利用してパティキュレート堆積量を算出することができる。ただし、パティキュレート堆積量が同一（多または少）であっても、排気流量によって差圧が変動するため、ＤＰＦ２の前後差圧からのみではパティキュレート堆積量を正確に検出することができない。特に、排気流量が多くなると排気流量変化に対する差圧変化が増大する傾向にある。
【００２１】
ＥＣＵ８は、図示しない各種センサからの信号により排気流量を算出する排気流量検出手段と、排気流量が所定値を越えた場合に、三方弁４を切換えて、マフラ３の前後差圧を検出し、これを基にセンサ出力値の較正を行う圧力較正手段を有している。マフラ３はＤＰＦ２の下流に位置するため、パティキュレートは堆積せず、排気流量と差圧の関係が常に既知である。よって、ある排気流量に対する差圧センサ１の出力値から、センサ感度を知り、ＤＰＦ２の前後差圧検出時の出力を較正することができる。圧力較正手段は、また、差圧ゼロの時の差圧センサ１の出力（ゼロ点）の較正を行い、排気流量がゼロとなる状態を排気流量検出手段で検出し、その時の差圧センサ１出力からゼロ点を較正する。このＥＣＵ８の作動の一例を図３に示すフローチャートを用いて説明する。
【００２２】
ＥＣＵ８は、まず、エンジン始動直前や停止直後といった排気流量がゼロとなる状態の差圧センサ１出力からゼロ点を較正する。図３（ａ）はゼロ点較正処理のフローチャートで、ＥＣＵ８において所定の周期で実行される。図３（ａ）において、ゼロ点較正処理がスタートすると、ステップ１００で、エンジンのＩＧ（イグニッション）スイッチがＯＮ直前またはＯＦＦ直後であるか否かを判別し、ＩＧスイッチがＯＮ直前またはＯＦＦ直後でなければ、直ちに本処理を終了する。ＩＧスイッチがＯＮ直前またはＯＦＦ直後であれば、ステップ１０１に進み、差圧センサ１の出力Ｐout （ｋＰａ）を読み込む。三方弁４は、通常時には、圧力取込管６２と圧力取込管７１を連通させてＤＰＦ２の前後差圧を検出するように通路を切換えているので、差圧センサ１は、排気流量ゼロの時のＤＰＦ２の前後差圧を検出することになる。次に、ステップ１０２で、差圧センサ１ゼロ点Ｐo （ｋＰａ）を排気流量ゼロの時の差圧センサ１出力Ｐout とし、ＥＣＵ８内のメモリに記録する。図４の排気流量−差圧特性において、点線は、差圧センサ１の出力、実線は差圧真値である。
【００２３】
図３（ｂ）は、センサ感度較正処理のフローチャートで、ＥＣＵ８において所定の周期で実行される。図３（ｂ）のセンサ感度較正処理がスタートすると、まず、ステップ１０３で排気流量Ｖexを算出する。排気流量Ｖexは、吸気量ｇａ（ｇ／sec ）を、排気温度Ｔex（℃）、差圧Ｐ（ｋＰａ）を用いて、体積流量に換算することにより求められ、具体的には、下記式（１）からＤＰＦ２・マフラ３を流れる排気流量Ｖex（Ｌ／min ）を算出することができる。この時の差圧Ｐ（ｋＰａ）には、前回のセンサ感度較正処理時に較正された差圧Ｐ（ｋＰａ）を用いる。
Ｖex＝６０×２２．４×（ｇａ／２８．８）×｛１０１．３／（１０１．３＋Ｐ）｝×｛（２７３＋Ｔex）／２７３｝・・・（１）
【００２４】
ステップ１０４では、算出された排気流量Ｖexを基に、差圧センサ１の感度較正を実行するか否かを判断する。具体的には、排気流量Ｖex＞所定値（例えば、５００Ｌ／min ）であり、かつ排気流量Ｖex変動量＜所定値（例えば、５０（Ｌ／min ）／sec ）の時に感度較正を実行するものとする。これは、排気流量Ｖexが所定値以下、または排気流量Ｖex変動量が所定値以上であると、本処理による較正の精度を十分高くすることが難しいためで、上記条件を満足する場合のみ、ステップ１０５へ進んでそれ以降の較正処理を実行することで、検出精度をより高めることができる。なお、上記所定値は一例であり、適宜変更することができる。上記条件を満足しない場合は、ステップ１１１へ進む。
【００２５】
感度較正を実行する場合は、ステップ１０５で、差圧センサ１でマフラ３の前後差圧を検出するために、３方弁４を、圧力取込管６２と圧力取込管７２が連通するように切り換える。ステップ１０６で、差圧センサ１出力Ｐout （ｋＰａ）を読み込み、次いで、ステップ１０７で、上記ステップ１０３で算出した排気流量Ｖex（Ｌ／min ）に対応する既知のマフラ前後差圧Ｐｍ（ｋＰａ）を算出する。次に、ステップ１０８で、差圧センサ１出力Ｐout （ｋＰａ）と、マフラ前後差圧Ｐｍ（ｋＰａ）から、差圧センサ１感度Ａを算出する。図５に示すように、排気流量Ｖex（Ｌ／min ）が既知であれば、これに対応する既知のマフラ前後差圧Ｐｍ（ｋＰａ）と差圧センサ１出力Ｐout （ｋＰａ）を基に差圧センサ１感度Ａを知ることができる。具体的には、下記式（２）に基づいて差圧センサ１感度Ａを算出し、この算出した差圧センサ１感度Ａを、ＥＣＵ８内のメモリに記録する。
差圧センサ１感度Ａ＝Ｐｍ／Ｐout ・・・（２）
【００２６】
次いで、ステップ１０９で、３方弁４を、差圧センサ１がＤＰＦ２の前後差圧を検出するように切り換える。ステップ１１０で、差圧センサ１出力Ｐout （ｋＰａ）を読み込み、ステップ１１１で、差圧センサ１出力Ｐout （ｋＰａ）を、上記ステップ１０２で記録した差圧センサ１ゼロ点Ｐo （ｋＰａ）、ステップ１０８で記録した差圧センサ１感度Ａを用いて較正する。具体的には、下記式（３）に基づいて較正後差圧Ｐを算出し、ＥＣＵ８内のメモリに記録する。
較正後差圧Ｐ＝感度Ａ×Ｐout −Ｐo ・・・（３）
【００２７】
このようにして、ゼロ点較正処理を行うとともに、マフラ３前後差圧を基に差圧センサ感度較正処理を行うことで、ＤＰＦ２の差圧Ｐを精度よく検出することができる。ＥＣＵ８は、さらに、この較正後差圧Ｐを基に、予め記録してあるマップから、パティキュレートの堆積量を算出する。そして、パティキュレートの堆積量が所定量に達した時に再生信号を出力することで、適正な時期にＤＰＦ再生を行うことができ、安全かつ確実なＤＰＦ再生が可能になる。
【００２８】
図６に本発明の第２の実施の形態を示す。本実施の形態では、圧力検出手段となる差圧センサ１の役割を圧力計１１で代替しており、ＤＰＦ２またはマフラ３の前後差圧を検出する代わりに、ＤＰＦ２またはマフラ３の上流の圧力を検出する。圧力計１１には圧力導入通路となる圧力取り込み管６３を介して、検出圧力切換え手段である切換え弁４１が接続されている。切換え弁４１には、ＤＰＦ２の上流の排気管５ａ、マフラ３の上流の排気管５ｂが、それぞれ圧力導入通路となる圧力取り込み管７３、７４を介して接続されている。この構成においても、圧力計１１の出力を基に、ＥＣＵ８で、ゼロ点較正処理およびセンサ感度較正処理を行って、パティキュレートの捕集状態を精度よく検出することができる。そのフローチャートを図９に示す。
【００２９】
図９（ａ）はゼロ点較正処理のフローチャートで、ＥＣＵ８において所定の周期で実行される。図９（ａ）において、ゼロ点較正処理がスタートすると、ステップ２００で、エンジンのＩＧ（イグニッション）スイッチがＯＮ直前またはＯＦＦ直後であるか否かを判別し、ＩＧスイッチがＯＮ直前またはＯＦＦ直後でなければ、本処理を終了する。ＩＧスイッチがＯＮ直前またはＯＦＦ直後であれば、ステップ２０１に進み、大気圧Ｐatm （ｋＰａ）を読み込む。次に、ステップ２０２で、圧力計１１ゼロ点Ｐo （ｋＰａ）を大気圧Ｐatm （ｋＰａ）とし、ＥＣＵ８内のメモリに記録する。
【００３０】
図９（ｂ）は、センサ感度較正処理のフローチャートで、ＥＣＵ８において所定の周期で実行される。図９（ｂ）のセンサ感度較正処理がスタートすると、まず、ステップ２０３で排気流量Ｖexを算出する。排気流量Ｖexは、吸気量ｇａ（ｇ／sec ）を、排気温度Ｔex（℃）、前回の処理で算出した較正後差圧Ｐ（ｋＰａ）を用いて、下記式（１）からＤＰＦ２・マフラ３を流れる排気流量Ｖex（Ｌ／min ）を算出する。
Ｖex＝６０×２２．４×（ｇａ／２８．８）×｛１０１．３／（１０１．３＋Ｐ）｝×｛（２７３＋Ｔex）／２７３｝・・・（１）
【００３１】
ステップ２０４では、算出された排気流量Ｖexを基に、感度較正を実行するか否かを判断する。具体的には、排気流量Ｖex＞所定値（例えば、５００Ｌ／min ）であり、かつ排気流量Ｖex変動量＜所定値（例えば、５０（Ｌ／min ）／sec ）の時に感度較正を実行するものとする。上記条件を満足しない場合は、ステップ１１１へ進む。感度較正を実行する場合は、ステップ２０５で、圧力計１１でマフラ３の上流圧力を検出するために、切換え弁４１を、圧力取込管６３と圧力取込管７４が連通するように切り換える。ステップ２０６で、算出した排気流量Ｖex（Ｌ／min ）に対応する既知のマフラ前後差圧Ｐｍ（ｋＰａ）を算出する。
【００３２】
ステップ２０７で、較正前の前後差圧Ｐout （ｋＰａ）を、マフラ３の上流圧力Ｐａ（ｋＰａ）、既知である排気流量Ｖex（Ｌ／min ）から算出したマフラ前後差圧Ｐｍ（ｋＰａ）、大気圧Ｐatm から、下記式（４）に基づいて算出する。
Ｐout ＝Ｐａ−Ｐｍ−Ｐatm ・・・（４）
次いで、ステップ２０８で、較正前の前後差圧Ｐout （ｋＰａ）と、既知のマフラ前後差圧Ｐｍ（ｋＰａ）から、下記式（５）に基づいて圧力計１１感度Ａを算出し、ＥＣＵ８内のメモリに記録する。
圧力計１１感度Ａ＝Ｐｍ／Ｐout ・・・（５）
【００３３】
次いで、ステップ２０９で、切換え弁４を、圧力計１１がＤＰＦ２上流圧力を検出するように切り換える。ステップ２１０で、圧力計１１出力Ｐａ（ｋＰａ）を読み込み、較正前の前後差圧Ｐout （ｋＰａ）を算出する。さらに、ステップ２１１で、較正前の前後差圧Ｐout （ｋＰａ）を、上記ステップ２０２で記録した圧力計１１ゼロ点Ｐo （ｋＰａ）、ステップ２０８で記録した圧力計１１感度Ａを用いて、下記式（６）に基づいて較正し、較正後差圧ＰとしてＥＣＵ８内のメモリに記録する。
較正後差圧Ｐ＝感度Ａ×Ｐout −Ｐo ・・・（６）
【００３４】
本実施の形態によっても、ゼロ点較正処理を行うとともに、センサ感度較正処理を行うことで、ＤＰＦ２の差圧Ｐを精度よく検出し、適正な時期にＤＰＦ再生を安全かつ確実に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態における内燃機関の排気浄化装置の全体概略構成図である。
【図２】パティキュレート堆積量に対する、排気流量と差圧の関係を示す図である。
【図３】（ａ）はＥＣＵによるゼロ点較正処理のフローチャート、（ｂ）は差圧センサ感度較正処理のフローチャートを示す図である。
【図４】ゼロ点較正処理における排気流量と差圧の関係を示す図である。
【図５】センサ感度較正処理における排気流量と差圧の関係を示す図である。
【図６】本発明の第２の実施の形態における内燃機関の排気浄化装置の全体概略構成図である。
【図７】パティキュレート燃焼量とＤＰＦ内温度の関係を示す図である。
【図８】パティキュレート燃焼量とＤＰＦ内温度の関係を示す図である。
【図９】（ａ）はＥＣＵによるゼロ点較正処理のフローチャート、（ｂ）はセンサ感度較正処理のフローチャートを示す図である。
【図１０】ゼロ点、センサ感度のずれによる差圧センサの誤差を示す図である。
【符号の説明】
１ 差圧センサ（圧力検出手段）
１１ 圧力計（圧力検出手段）
２ ＤＰＦ（パティキュレートフィルタ）
３ マフラ（消音器）
４ 三方弁（検出圧力切換え手段）
４１ 切換え弁（検出圧力切換え手段）
５ 排気管
５ａ、５ｂ、５ｃ 排気管
６１、６２、６３ 圧力取込管（圧力導入通路）
７１、７２、７３、７４ 圧力取込管（圧力導入通路）
８ ＥＣＵ（捕集状態検出手段）
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の排出ガスに含まれる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を備える排気浄化装置に関し、詳しくは、パティキュレート堆積量を高精度に検出して、パティキュレートフィルタの再生を適切な時期に行うことができる排気浄化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
環境対策として、近年、ディーゼルエンジンから排出されるパティキュレート（粒子状物質）を低減するための装置が種々提案されている。その代表的なものに、ディーゼルパティキュレートフィルタ（以下ＤＰＦと称する）があり、排気管内に設置したＤＰＦの多孔質の隔壁を排出ガスが通過する際に、パティキュレートを捕集するように構成されている。パティキュレートは、そのまま堆積すると圧損が増大し、排気抵抗が増大して機関性能が低下することから、適正な時期に燃焼させて、ＤＰＦを再生する必要がある。再生は、例えば、バーナやヒータ等の加熱手段を用いたり、ポスト噴射や吸気を絞って排気温度を上昇させて、ＤＰＦをパティキュレートが燃焼可能な温度まで昇温することにより行われる。
【０００３】
この時、ＤＰＦの再生時期の決定を適切に行うことが重要で、ＤＰＦにパティキュレートが過剰に堆積すると、機関性能が低下するだけでなく、パティキュレートが再生時に急激に燃焼する。図７に示すように、パティキュレート燃焼量（ＰＭ燃焼量）が増加するほどＤＰＦ内温度が上昇するので、ＤＰＦ内温度が過度に上昇してＤＰＦが劣化するおそれがある。一方、ＤＰＦの過昇温を防止するために、再生頻度を多くして、ＤＰＦにパティキュレートが過剰に堆積しないようにすることもできるが、例えば、ＤＰＦの再生にポスト噴射を用いる場合には、ＤＰＦ昇温のために燃料を供給していることから、再生頻度が多くなるほど、燃料消費量が大きくなる不具合がある（図８参照）。
【０００４】
ＤＰＦの再生時期を決定するための従来技術として、例えば、特開２００１−２６３０４３には、ＤＰＦの上流と下流の差圧を検出する差圧センサを設けることが記載されている。パティキュレートの堆積量が増加すると、ＤＰＦ前後の差圧が増加するので、検出された差圧から堆積したパティキュレートの量を算出することができる。そして、その量が所定量を越えた時にバーナやヒータ等を用いてＤＰＦを加熱することにより、パティキュレートを燃焼させている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、差圧センサは個体ごとにゼロ点とセンサ感度の双方にバラツキがあり、また経時変化による誤差も生じる（図１０参照）。そのため、差圧からパティキュレートの堆積量を検出する際に十分な精度を確保することが難しかった。このため、差圧センサの検出値を補正し、精度良くパティキュレートの堆積量を検出することが要求されている。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、ＤＰＦを用いた排気浄化装置において、差圧を検出するセンサのゼロ点とセンサ感度の双方を較正することで、パティキュレートの堆積量を精度良く検出し、安全かつ確実な再生を可能とすることにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１の内燃機関の排気浄化装置は、内燃機関の排気管内に設置されて排気中のパティキュレートを捕集するパティキュレートフィルタと、
上記排気管内の上記パティキュレートフィルタの下流側に設置される圧力較正用デバイスと、
上記パティキュレートフィルタ側の圧力導入通路および上記圧力較正用デバイス側の圧力導入通路から導入される圧力を検出する圧力検出手段と、
上記圧力導入通路と上記圧力検出手段との連通を切換えて、上記圧力検出手段へ導入される圧力を、上記パティキュレートフィルタ側または上記圧力較正用デバイス側に選択的に切換える検出圧力切換え手段と、
上記検出圧力切換え手段の動作を制御するとともに、上記圧力検出手段の出力からパティキュレートの捕集状態を検出する捕集状態検出手段とを備えている。
【０００８】
上記捕集状態検出手段は、上記排気管内の排気流量を検出する排気流量検出手段と、上記圧力検出手段の出力を較正する圧力較正手段を有している。上記圧力較正手段は、上記排気流量検出手段で検出した排気流量を基に、上記検出圧力切換え手段を動作させて上記圧力導入通路を切換え、上記圧力検出手段で検出した上記圧力較正用デバイス側の圧力値に基づいて、上記圧力検出手段で検出した上記パティキュレートフィルタ側の圧力値の較正を行う。
【０００９】
上記構成によれば、パティキュレートが堆積せず、排気流量と差圧の関係が既知である上記圧力較正用デバイス側の検出圧力を基に、上記パティキュレートフィルタ側の検出圧力を較正するので、圧力検出手段の誤差をなくし、検出精度を大幅に向上することができる。また、上記検出圧力切換え手段を用いて、上記圧力検出手段に導入される圧力を上記パティキュレートフィルタ側または上記圧力較正用デバイス側に容易に切換えることができるので、上記圧力較正用デバイス側の圧力を検出するための手段を別途設ける必要がない。よって、簡易な構成で、精度よくパティキュレートの捕集状態を検出して、ＤＰＦの再生時期を適切に設定することができる。
【００１０】
請求項２の構成のように、上記圧力検出手段としては、上記パティキュレートフィルタおよび上記圧力較正用デバイスの前後差圧を検出する差圧検出手段を用いることができる。
【００１１】
あるいは、請求項３の構成のように、上記圧力検出手段を、上記記パティキュレートフィルタおよび上記圧力較正用デバイスの上流圧力を検出する圧力検出手段としてもよい。
【００１２】
請求項４の構成において、上記圧力較正手段は、上記圧力検出手段が通常時は上記パティキュレートフィルタ側の圧力を検出し、上記排気流量検出手段で検出した排気流量が所定値を越えた場合に一時的に上記圧力較正用デバイス側の圧力を検出するように、上記検出圧力切換え手段を動作させるものとする。排気流量が少ないと、パティキュレートの堆積量変化に対する差圧変化が小さく、誤差が大きくなるため、排気流量が所定値より大きい場合において、本発明による検出圧力の較正を行うことで、パティキュレートの捕集状態をより精度よく検出することが可能になる。
【００１３】
請求項５の構成では、上記圧力較正用デバイスを消音器とする。消音器を利用することで、圧力較正用の新たなデバイスを設ける必要がなく、構成を簡易にできる。
【００１４】
請求項６の構成では、上記圧力較正手段は、上記排気流量検出手段で検出した排気流量が０である時に上記圧力検出手段の出力が０となるように、上記圧力検出手段の出力を較正するものとする。
【００１５】
排気流量が０であれば、ＤＰＦの前後差圧は０になるので、この時の上記圧力検出手段の出力から随時ゼロ点を較正することで、個々の差圧センサのバラツキや、経時変化により生じる検出誤差を低減し、十分な検出精度を長期に渡り確保することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の第１の実施の形態を図１に基づいて説明する。図１はディーゼルエンジンの排気浄化装置の全体構成を示すもので、排気管５内には、マフラ（消音器）３の上流側に、ディーゼルパティキュレートフィルタ２（ＤＰＦ）が設置されている。ＤＰＦ２は公知の構成で、例えば、コーディエライト等の耐熱性セラミックスをハニカム構造に成形して、多孔性の隔壁で区画された多数のセルの入口または出口を互い違いに目封じしてなる。エンジンからの排出ガスは、入口側が開口しているセルからＤＰＦ２内に入り、多孔性の隔壁を通過する際にパティキュレートが捕集される。
【００１７】
排出ガスは、その後、ＤＰＦ２下流に位置するマフラ３を通過し、大気中に放出される。マフラ３には、パティキュレートが捕集された後の排出ガスが流入するため、パティキュレートが堆積することはなく、排気流量と前後差圧の関係が常に既知である。そのため、本実施の形態では、このマフラ３を、ＤＰＦ２の圧力較正用デバイスとして使用し、所定の条件で検出したマフラ３の前後差圧を基に、ＤＰＦ２の前後差圧の検出値を較正して、パティキュレート堆積量を算出する。
【００１８】
ＤＰＦ２とマフラ３の前後差圧は、圧力検出手段である差圧センサ１で検出する。差圧センサ１の一端側には、ＤＰＦ２とマフラ３の間の排気管５ｂが、圧力導入通路としての圧力取込管６１を介して接続されており、差圧センサ１の他端側には、圧力導入通路としての圧力取込管６２を介して検出圧力切換え手段である三方弁４が接続されている。三方弁４は、圧力導入通路としての圧力取込管７１を介してＤＰＦ２の上流の排気管５ａに、また、圧力導入通路としての圧力取込管７２を介してマフラ３の下流の排気管５ｃに、それぞれ接続している。
【００１９】
三方弁４は、ＥＣＵ８からの信号によって駆動されて、圧力取込管６２を、圧力取込管７１および圧力取込管７２のいずれか一方に選択的に連通させる構成となっている。差圧センサ１の一端側には、排気管５ｂ内の圧力が常に導入されるので、例えば、三方弁４をＤＰＦ２に連通する圧力取込管７１側に切換えることによって、ＤＰＦ２の前後差圧を、マフラ３に連通する圧力取込管７２側に切換えることによって、マフラ３の前後差圧を差圧センサ１で検出することができる。
【００２０】
差圧センサ１の出力は、捕集状態検出手段となるＥＣＵ８に送られ、ＥＣＵ８は、マフラ３の前後差圧に基づくＤＰＦ２の前後差圧の較正や、パティキュレートの堆積量の算出等の演算を行う。パティキュレート堆積量に対する、ＤＰＦ２の前後差圧とＤＰＦ２を通過する排気流量との関係を図２に示す。図２のように、ある排気流量に対して、パティキュレート堆積量の増加に伴い差圧が増加することから、この関係を利用してパティキュレート堆積量を算出することができる。ただし、パティキュレート堆積量が同一（多または少）であっても、排気流量によって差圧が変動するため、ＤＰＦ２の前後差圧からのみではパティキュレート堆積量を正確に検出することができない。特に、排気流量が多くなると排気流量変化に対する差圧変化が増大する傾向にある。
【００２１】
ＥＣＵ８は、図示しない各種センサからの信号により排気流量を算出する排気流量検出手段と、排気流量が所定値を越えた場合に、三方弁４を切換えて、マフラ３の前後差圧を検出し、これを基にセンサ出力値の較正を行う圧力較正手段を有している。マフラ３はＤＰＦ２の下流に位置するため、パティキュレートは堆積せず、排気流量と差圧の関係が常に既知である。よって、ある排気流量に対する差圧センサ１の出力値から、センサ感度を知り、ＤＰＦ２の前後差圧検出時の出力を較正することができる。圧力較正手段は、また、差圧ゼロの時の差圧センサ１の出力（ゼロ点）の較正を行い、排気流量がゼロとなる状態を排気流量検出手段で検出し、その時の差圧センサ１出力からゼロ点を較正する。このＥＣＵ８の作動の一例を図３に示すフローチャートを用いて説明する。
【００２２】
ＥＣＵ８は、まず、エンジン始動直前や停止直後といった排気流量がゼロとなる状態の差圧センサ１出力からゼロ点を較正する。図３（ａ）はゼロ点較正処理のフローチャートで、ＥＣＵ８において所定の周期で実行される。図３（ａ）において、ゼロ点較正処理がスタートすると、ステップ１００で、エンジンのＩＧ（イグニッション）スイッチがＯＮ直前またはＯＦＦ直後であるか否かを判別し、ＩＧスイッチがＯＮ直前またはＯＦＦ直後でなければ、直ちに本処理を終了する。ＩＧスイッチがＯＮ直前またはＯＦＦ直後であれば、ステップ１０１に進み、差圧センサ１の出力Ｐout （ｋＰａ）を読み込む。三方弁４は、通常時には、圧力取込管６２と圧力取込管７１を連通させてＤＰＦ２の前後差圧を検出するように通路を切換えているので、差圧センサ１は、排気流量ゼロの時のＤＰＦ２の前後差圧を検出することになる。次に、ステップ１０２で、差圧センサ１ゼロ点Ｐo （ｋＰａ）を排気流量ゼロの時の差圧センサ１出力Ｐout とし、ＥＣＵ８内のメモリに記録する。図４の排気流量−差圧特性において、点線は、差圧センサ１の出力、実線は差圧真値である。
【００２３】
図３（ｂ）は、センサ感度較正処理のフローチャートで、ＥＣＵ８において所定の周期で実行される。図３（ｂ）のセンサ感度較正処理がスタートすると、まず、ステップ１０３で排気流量Ｖexを算出する。排気流量Ｖexは、吸気量ｇａ（ｇ／sec ）を、排気温度Ｔex（℃）、差圧Ｐ（ｋＰａ）を用いて、体積流量に換算することにより求められ、具体的には、下記式（１）からＤＰＦ２・マフラ３を流れる排気流量Ｖex（Ｌ／min ）を算出することができる。この時の差圧Ｐ（ｋＰａ）には、前回のセンサ感度較正処理時に較正された差圧Ｐ（ｋＰａ）を用いる。
Ｖex＝６０×２２．４×（ｇａ／２８．８）×｛１０１．３／（１０１．３＋Ｐ）｝×｛（２７３＋Ｔex）／２７３｝・・・（１）
【００２４】
ステップ１０４では、算出された排気流量Ｖexを基に、差圧センサ１の感度較正を実行するか否かを判断する。具体的には、排気流量Ｖex＞所定値（例えば、５００Ｌ／min ）であり、かつ排気流量Ｖex変動量＜所定値（例えば、５０（Ｌ／min ）／sec ）の時に感度較正を実行するものとする。これは、排気流量Ｖexが所定値以下、または排気流量Ｖex変動量が所定値以上であると、本処理による較正の精度を十分高くすることが難しいためで、上記条件を満足する場合のみ、ステップ１０５へ進んでそれ以降の較正処理を実行することで、検出精度をより高めることができる。なお、上記所定値は一例であり、適宜変更することができる。上記条件を満足しない場合は、ステップ１１１へ進む。
【００２５】
感度較正を実行する場合は、ステップ１０５で、差圧センサ１でマフラ３の前後差圧を検出するために、３方弁４を、圧力取込管６２と圧力取込管７２が連通するように切り換える。ステップ１０６で、差圧センサ１出力Ｐout （ｋＰａ）を読み込み、次いで、ステップ１０７で、上記ステップ１０３で算出した排気流量Ｖex（Ｌ／min ）に対応する既知のマフラ前後差圧Ｐｍ（ｋＰａ）を算出する。次に、ステップ１０８で、差圧センサ１出力Ｐout （ｋＰａ）と、マフラ前後差圧Ｐｍ（ｋＰａ）から、差圧センサ１感度Ａを算出する。図５に示すように、排気流量Ｖex（Ｌ／min ）が既知であれば、これに対応する既知のマフラ前後差圧Ｐｍ（ｋＰａ）と差圧センサ１出力Ｐout （ｋＰａ）を基に差圧センサ１感度Ａを知ることができる。具体的には、下記式（２）に基づいて差圧センサ１感度Ａを算出し、この算出した差圧センサ１感度Ａを、ＥＣＵ８内のメモリに記録する。
差圧センサ１感度Ａ＝Ｐｍ／Ｐout ・・・（２）
【００２６】
次いで、ステップ１０９で、３方弁４を、差圧センサ１がＤＰＦ２の前後差圧を検出するように切り換える。ステップ１１０で、差圧センサ１出力Ｐout （ｋＰａ）を読み込み、ステップ１１１で、差圧センサ１出力Ｐout （ｋＰａ）を、上記ステップ１０２で記録した差圧センサ１ゼロ点Ｐo （ｋＰａ）、ステップ１０８で記録した差圧センサ１感度Ａを用いて較正する。具体的には、下記式（３）に基づいて較正後差圧Ｐを算出し、ＥＣＵ８内のメモリに記録する。
較正後差圧Ｐ＝感度Ａ×Ｐout −Ｐo ・・・（３）
【００２７】
このようにして、ゼロ点較正処理を行うとともに、マフラ３前後差圧を基に差圧センサ感度較正処理を行うことで、ＤＰＦ２の差圧Ｐを精度よく検出することができる。ＥＣＵ８は、さらに、この較正後差圧Ｐを基に、予め記録してあるマップから、パティキュレートの堆積量を算出する。そして、パティキュレートの堆積量が所定量に達した時に再生信号を出力することで、適正な時期にＤＰＦ再生を行うことができ、安全かつ確実なＤＰＦ再生が可能になる。
【００２８】
図６に本発明の第２の実施の形態を示す。本実施の形態では、圧力検出手段となる差圧センサ１の役割を圧力計１１で代替しており、ＤＰＦ２またはマフラ３の前後差圧を検出する代わりに、ＤＰＦ２またはマフラ３の上流の圧力を検出する。圧力計１１には圧力導入通路となる圧力取り込み管６３を介して、検出圧力切換え手段である切換え弁４１が接続されている。切換え弁４１には、ＤＰＦ２の上流の排気管５ａ、マフラ３の上流の排気管５ｂが、それぞれ圧力導入通路となる圧力取り込み管７３、７４を介して接続されている。この構成においても、圧力計１１の出力を基に、ＥＣＵ８で、ゼロ点較正処理およびセンサ感度較正処理を行って、パティキュレートの捕集状態を精度よく検出することができる。そのフローチャートを図９に示す。
【００２９】
図９（ａ）はゼロ点較正処理のフローチャートで、ＥＣＵ８において所定の周期で実行される。図９（ａ）において、ゼロ点較正処理がスタートすると、ステップ２００で、エンジンのＩＧ（イグニッション）スイッチがＯＮ直前またはＯＦＦ直後であるか否かを判別し、ＩＧスイッチがＯＮ直前またはＯＦＦ直後でなければ、本処理を終了する。ＩＧスイッチがＯＮ直前またはＯＦＦ直後であれば、ステップ２０１に進み、大気圧Ｐatm （ｋＰａ）を読み込む。次に、ステップ２０２で、圧力計１１ゼロ点Ｐo （ｋＰａ）を大気圧Ｐatm （ｋＰａ）とし、ＥＣＵ８内のメモリに記録する。
【００３０】
図９（ｂ）は、センサ感度較正処理のフローチャートで、ＥＣＵ８において所定の周期で実行される。図９（ｂ）のセンサ感度較正処理がスタートすると、まず、ステップ２０３で排気流量Ｖexを算出する。排気流量Ｖexは、吸気量ｇａ（ｇ／sec ）を、排気温度Ｔex（℃）、前回の処理で算出した較正後差圧Ｐ（ｋＰａ）を用いて、下記式（１）からＤＰＦ２・マフラ３を流れる排気流量Ｖex（Ｌ／min ）を算出する。
Ｖex＝６０×２２．４×（ｇａ／２８．８）×｛１０１．３／（１０１．３＋Ｐ）｝×｛（２７３＋Ｔex）／２７３｝・・・（１）
【００３１】
ステップ２０４では、算出された排気流量Ｖexを基に、感度較正を実行するか否かを判断する。具体的には、排気流量Ｖex＞所定値（例えば、５００Ｌ／min ）であり、かつ排気流量Ｖex変動量＜所定値（例えば、５０（Ｌ／min ）／sec ）の時に感度較正を実行するものとする。上記条件を満足しない場合は、ステップ１１１へ進む。感度較正を実行する場合は、ステップ２０５で、圧力計１１でマフラ３の上流圧力を検出するために、切換え弁４１を、圧力取込管６３と圧力取込管７４が連通するように切り換える。ステップ２０６で、算出した排気流量Ｖex（Ｌ／min ）に対応する既知のマフラ前後差圧Ｐｍ（ｋＰａ）を算出する。
【００３２】
ステップ２０７で、較正前の前後差圧Ｐout （ｋＰａ）を、マフラ３の上流圧力Ｐａ（ｋＰａ）、既知である排気流量Ｖex（Ｌ／min ）から算出したマフラ前後差圧Ｐｍ（ｋＰａ）、大気圧Ｐatm から、下記式（４）に基づいて算出する。
Ｐout ＝Ｐａ−Ｐｍ−Ｐatm ・・・（４）
次いで、ステップ２０８で、較正前の前後差圧Ｐout （ｋＰａ）と、既知のマフラ前後差圧Ｐｍ（ｋＰａ）から、下記式（５）に基づいて圧力計１１感度Ａを算出し、ＥＣＵ８内のメモリに記録する。
圧力計１１感度Ａ＝Ｐｍ／Ｐout ・・・（５）
【００３３】
次いで、ステップ２０９で、切換え弁４を、圧力計１１がＤＰＦ２上流圧力を検出するように切り換える。ステップ２１０で、圧力計１１出力Ｐａ（ｋＰａ）を読み込み、較正前の前後差圧Ｐout （ｋＰａ）を算出する。さらに、ステップ２１１で、較正前の前後差圧Ｐout （ｋＰａ）を、上記ステップ２０２で記録した圧力計１１ゼロ点Ｐo （ｋＰａ）、ステップ２０８で記録した圧力計１１感度Ａを用いて、下記式（６）に基づいて較正し、較正後差圧ＰとしてＥＣＵ８内のメモリに記録する。
較正後差圧Ｐ＝感度Ａ×Ｐout −Ｐo ・・・（６）
【００３４】
本実施の形態によっても、ゼロ点較正処理を行うとともに、センサ感度較正処理を行うことで、ＤＰＦ２の差圧Ｐを精度よく検出し、適正な時期にＤＰＦ再生を安全かつ確実に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態における内燃機関の排気浄化装置の全体概略構成図である。
【図２】パティキュレート堆積量に対する、排気流量と差圧の関係を示す図である。
【図３】（ａ）はＥＣＵによるゼロ点較正処理のフローチャート、（ｂ）は差圧センサ感度較正処理のフローチャートを示す図である。
【図４】ゼロ点較正処理における排気流量と差圧の関係を示す図である。
【図５】センサ感度較正処理における排気流量と差圧の関係を示す図である。
【図６】本発明の第２の実施の形態における内燃機関の排気浄化装置の全体概略構成図である。
【図７】パティキュレート燃焼量とＤＰＦ内温度の関係を示す図である。
【図８】パティキュレート燃焼量とＤＰＦ内温度の関係を示す図である。
【図９】（ａ）はＥＣＵによるゼロ点較正処理のフローチャート、（ｂ）はセンサ感度較正処理のフローチャートを示す図である。
【図１０】ゼロ点、センサ感度のずれによる差圧センサの誤差を示す図である。
【符号の説明】
１ 差圧センサ（圧力検出手段）
１１ 圧力計（圧力検出手段）
２ ＤＰＦ（パティキュレートフィルタ）
３ マフラ（消音器）
４ 三方弁（検出圧力切換え手段）
４１ 切換え弁（検出圧力切換え手段）
５ 排気管
５ａ、５ｂ、５ｃ 排気管
６１、６２、６３ 圧力取込管（圧力導入通路）
７１、７２、７３、７４ 圧力取込管（圧力導入通路）
８ ＥＣＵ（捕集状態検出手段）
Claims (6)
- 内燃機関の排気管内に設置されて排気中のパティキュレートを捕集するパティキュレートフィルタと、
上記排気管内の上記パティキュレートフィルタの下流側に設置される圧力較正用デバイスと、
上記パティキュレートフィルタ側の圧力導入通路および上記圧力較正用デバイス側の圧力導入通路から導入される圧力を検出する圧力検出手段と、
上記圧力導入通路と上記圧力検出手段との連通を切換えて、上記圧力検出手段へ導入される圧力を、上記パティキュレートフィルタ側または上記圧力較正用デバイス側に選択的に切換える検出圧力切換え手段と、
上記検出圧力切換え手段の動作を制御するとともに、上記圧力検出手段の出力からパティキュレートの捕集状態を検出する捕集状態検出手段とを備え、
上記捕集状態検出手段が、上記排気管内の排気流量を検出する排気流量検出手段と、上記圧力検出手段の出力を較正する圧力較正手段を有しており、
上記圧力較正手段は、上記排気流量検出手段で検出した排気流量を基に、上記検出圧力切換え手段を動作させて、上記圧力導入通路を切換えるとともに、上記圧力検出手段で検出した上記圧力較正用デバイス側の圧力値に基づいて、上記圧力検出手段で検出した上記パティキュレートフィルタ側の圧力値の較正を行うことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。 - 上記圧力検出手段が、上記パティキュレートフィルタおよび上記圧力較正用デバイスの前後差圧を検出する差圧検出手段である請求項１記載の内燃機関の排気浄化装置。
- 上記圧力検出手段が、上記記パティキュレートフィルタおよび上記圧力較正用デバイスの上流圧力を検出する圧力検出手段である請求項１記載の内燃機関の排気浄化装置。
- 上記圧力較正手段は、上記圧力検出手段が通常時は上記パティキュレートフィルタ側の圧力を検出し、上記排気流量検出手段で検出した排気流量が所定値を越えた場合に一時的に上記圧力較正用デバイス側の圧力を検出するように、上記検出圧力切換え手段を動作させる請求項１ないし３のいずれか記載の内燃機関の排気浄化装置。
- 上記圧力較正用デバイスが、消音器である請求項１ないし４のいずれか記載の内燃機関の排気浄化装置。
- 上記圧力較正手段は、上記排気流量検出手段で検出した排気流量が０である時に上記圧力検出手段の出力が０となるように、上記圧力検出手段の出力を較正する請求項１ないし５のいずれか記載の内燃機関の排気浄化装置。
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