JPH0742537A

JPH0742537A - ディーゼルエンジンの排気浄化装置

Info

Publication number: JPH0742537A
Application number: JP5245631A
Authority: JP
Inventors: Nobushi Yasuura; 信史保浦; Hideji Yoshida; 秀治吉田; Keiichi Kato; 恵一加藤; Toshiharu Iwata; 俊晴岩田; Atsushi Suzuki; 淳志鈴木; Kiyoshi Obata; 喜代志小端; Kotaro Hayashi; 孝太郎林; Hiroyuki Taniguchi; 浩之谷口
Original assignee: Toyota Motor Corp; NipponDenso Co Ltd; Toyoda Automatic Loom Works Ltd
Current assignee: Toyota Industries Corp; Denso Corp; Toyota Motor Corp
Priority date: 1993-05-21
Filing date: 1993-09-30
Publication date: 1995-02-10

Abstract

(57)【要約】【目的】再生時の適合値再現精度を向上することがで
きるディーゼルエンジンの排気浄化装置を提供すること
にある。【構成】ディーゼルエンジン１の排気管３にパティキ
ュレート・フィルタ７及び電気ヒータ８が設けられ、吸
気管２にマスエアフローメータ５が設けられ、前圧セン
サ９及び後圧センサ１０によりパティキュレート・フィ
ルタ７の前後の差圧が検出される。吸気管２と排気管３
とが連通管１２にて接続され、連通管１２の途中にエア
ポンプ１３が設けられている。ＥＣＵ１５は、フローメ
ータ５による吸入空気量と前圧及び後圧センサ９，１０
によるフィルタ７の前後の差圧とからフィルタ７のパテ
ィキュレートの捕集量を求めるとともに、この捕集した
パティキュレートを燃焼させるに必要な空気量を求め、
同空気量となるようにフローメータ５を用いたフィード
バック制御によりエアポンプ１３を駆動する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明はディーゼルエンジンの
排気浄化装置に係り、詳しくは、排気ガス中のパティキ
ュレートを捕集するＤＰＦ（ディーゼル・パティキュレ
ート・フィルタ）と、捕集したパティキュレートを着火
するヒータとを備えたディーゼルエンジンの排気浄化装
置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ＤＰＦ（ディーゼル・パティキュレート
・フィルタ）はディーゼルエンジンの黒煙対策として直
接的で有効であるが、再生制御が課題である。再生方式
として電気ヒータで捕集したＰＭ（微粒子）に着火し、
エアポンプからの二次エアを供給して伝播燃焼させる電
気ヒータ式により再生を安定化している（例えば、特開
平４−３２５７０７号公報）。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、捕集量が多
いか二次エア流量が多いと再生温度が高くなり、逆では
低くなる。再生温度は高すぎればフィルタが溶損し、低
すぎれば燃え残りを生じ良好な再生は得られない。良好
な再生温度（８００℃前後）とするためには設計段階で
二次エア流量を捕集量に応じて適合するとともに製品段
階で適合値を精度よく再現するシステム作りが必要であ
る。

【０００４】そこで、この発明の目的は、再生時の適合
値再現精度を向上することができるディーゼルエンジン
の排気浄化装置を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】この発明は、ディーゼル
エンジンの排気系に設けられ、排気ガス中のパティキュ
レートを捕集するパティキュレート・フィルタと、前記
パティキュレート・フィルタに捕集されたパティキュレ
ートを着火するための加熱手段と、前記ディーゼルエン
ジンの吸気系に設けられた空気流量計と、前記パティキ
ュレート・フィルタの前後の差圧を検出するための圧力
センサと、前記ディーゼルエンジンの吸気系における空
気流量計の下流側と、前記ディーゼルエンジンの排気系
におけるパティキュレート・フィルタ及び加熱手段の上
流側とを連通する連通管と、前記連通管の途中に設けら
れたエアポンプとを備え、前記空気流量計による吸入空
気量と前記圧力センサによるパティキュレート・フィル
タの前後の差圧とから前記パティキュレート・フィルタ
のパティキュレートの捕集量を求めるとともに、この捕
集したパティキュレートを燃焼させるに必要な空気量を
求め、同空気量となるように前記空気流量計を用いたフ
ィードバック制御により前記エアポンプを駆動するよう
にしたディーゼルエンジンの排気浄化装置をその要旨と
するものである。

【０００６】

【作用】空気流量計による吸入空気量と圧力センサによ
るパティキュレート・フィルタの前後の差圧とからパテ
ィキュレート・フィルタのパティキュレートの捕集量が
求められるとともに、この捕集したパティキュレートを
燃焼させるに必要な空気量が求められる。そして、同空
気量となるように空気流量計を用いたフィードバック制
御によりエアポンプが駆動される。つまり、空気流量計
が特性のズレをもっているとパティキュレート捕集量の
算出にもズレが出るが、その後の空気流量計を用いたフ
ィードバック制御時にズレが相殺される。

【０００７】

【実施例】

（第１実施例）以下、この発明を具体化した一実施例を
図面に従って説明する。

【０００８】図１には、本実施例のディーゼルエンジン
の排気浄化装置の全体概略図を示す。ディーゼルエンジ
ン１には吸気管２と排気管３とが接続されている。吸気
管２の最上流部にはエアクリーナ４が設けられ、エアク
リーナ４を通して空気が吸気管２内に吸入される。又、
吸気管２にはマスエアフローメータ５が配置され、マス
エアフローメータ５によりディーゼルエンジン１の吸入
空気の質量流量が検出される。

【０００９】又、ディーゼルエンジン１の排気管３には
排気浄化装置６が設けられ、排気浄化装置６はＤＰＦ
（ディーゼル・パティキュレート・フィルタ）７と電気
ヒータ８とを備えている。そして、ＤＰＦ７により排気
ガス中のパティキュレート成分が捕集される。ＤＰＦ７
の上流側端部には、電気ヒータ８が配置され、電気ヒー
タ８により捕集されたパティキュレートが着火される。

【００１０】さらに、排気管３には、ＤＰＦ７の上流側
圧力を検出する前圧センサ９とＤＰＦ７の下流側圧力を
検出する後圧センサ１０とが配置されている。さらに
は、排気管３には、ＤＰＦ７への流入排気ガス温度を検
出する排気温センサ１１が配設されている。

【００１１】又、吸気管２におけるマスエアフローメー
タ５の下流側と、排気管３における排気浄化装置６の上
流側とは、連通管１２にて連通している。連通管１２の
途中には電動式のエアポンプ１３が設けられている。こ
のエアポンプ１３はＤＰＦ７に捕集されたパティキュレ
ートを燃焼させる時の酸素供給のためのものである。排
気管３における連通管１２の開口部には、電磁式の開閉
バルブ１４が設けられ、この開閉バルブ１４により連通
管１２の開口部が開閉されるようになっている。つま
り、開閉バルブ１４を閉じることにより、エアポンプ１
３の吐出側には排気ガスの圧力がエアポンプ１３に加わ
るのが防止される。又、開閉バルブ１４を開けることに
より、エアポンプ１３の駆動に伴う二次空気の排気管３
内への供給が許容されるようになっている。

【００１２】電子制御ユニット（以下、ＥＣＵという）
１５には、マスエアフローメータ５と前圧センサ９と後
圧センサ１０と排気温センサ１１とが接続されている。
そして、ＥＣＵ１５は各センサ５，９，１０，１１から
の信号入力により、吸気ガスの質量流量、ＤＰＦ７の上
流側圧力、ＤＰＦ７の下流側圧力、ＤＰＦ７への流入排
気ガス温度をそれぞれ検知する。

【００１３】又、ＥＣＵ１５は電気ヒータ８とエアポン
プ１３と開閉バルブ１４と接続されている。そして、Ｅ
ＣＵ１５は電気ヒータ８の通電制御とエアポンプ１３の
駆動制御と開閉バルブ１４の開閉制御を行うようになっ
ている。

【００１４】次に、このように構成したディーゼルエン
ジンの排気浄化装置の作用を説明する。ディーゼルパテ
ィキュレートシステムにおいて、パティキュレート捕集
量が多い、または、エア供給量が多いと、ＤＰＦ７に捕
集されたパティキュレートの燃焼温度が高くなり、ＤＰ
Ｆ７の割れや溶損が発生してしまう。逆に、パティキュ
レート捕集量が少ない、または、エア供給量（酸素供給
量）が少ないと、ＤＰＦ７に捕集されたパティキュレー
トの燃焼温度が低くなり、パティキュレートの燃え残り
が発生してしまう。

【００１５】従って、パティキュレートの燃焼温度を適
切（８００°Ｃ前後）に保ち、良好な再生を実現するた
めには、正確なパティキュレートの捕集量検出と、再生
時の正確なエア流量制御が必要である。

【００１６】まず、パティキュレート捕集量検出時のＥ
ＣＵ１５における作動を説明する。図２に示すように、
パティキュレート捕集量ＰＴとＤＰＦ７の圧力損失Ｒと
の間には特定の関係があることが分かっている。ここ
で、ＤＰＦ７の圧力損失Ｒは、ＤＰＦ７の両端の発生差
圧△ＰとＤＰＦ７を通過する気体の体積流量Ｑから算出
できる。又、ＤＰＦ７を通過する気体の体積流量Ｑは、
ディーゼルエンジン１の排気ガスの質量流量が吸入空気
の質量流量ＧＡにほぼ等しいため、質量流量ＧＡを排気
温ＴＥＸと排気圧（前圧）ＰＥＭ１で体積流量Ｑに換算
して算出する。

【００１７】以上の関係を数式で表すと次のようにな
る。Ｑ＝ＧＡ・（ＴＥＸ／ＰＥＭ１）・Ｋ・・・（１）Ｒ＝ΔＰ／Ｑ・・・（２）ＰＴ＝ｆ（Ｒ）・・・（３）ただし、式中のＫは、物理的に決まる定数である。

【００１８】以下、パティキュレート捕集時のＥＣＵ１
５の再生時期判定ルーチンを、図４のフローチャートに
従って説明する。本ルーチンは、例えば１秒毎に定期的
に実行されるものである。

【００１９】まず、ＥＣＵ１５はステップ１００で再生
中かどうかの判定を行い、再生中の場合は、本ルーチン
は実行されずに処理を終える。又、再生中でない場合
は、以下のステップ１０１以降に進む。

【００２０】ＥＣＵ１５はステップ１０１で開閉バルブ
１４を閉弁側に駆動し、ディーゼルエンジン１の排気ガ
スの圧力がエアポンプ１３に加わるのを防止する。そし
て、ＥＣＵ１５はステップ１０２以降で再生時期判定を
行なう。

【００２１】ＥＣＵ１５はステップ１０２でマスエアフ
ローメータ５の吸入空気質量流量ＧＡと排気温センサ１
１の排気温ＴＥＸと前圧センサ９の排気圧ＰＥＭ１か
ら、上記（１）式に従って、ＤＰＦ７を通過する排気ガ
スの体積流量Ｑを求める。

【００２２】次に、ＥＣＵ１５はステップ１０３で前圧
センサ９の排気圧（前圧）ＰＥＭ１と後圧センサ１０の
排気圧（後圧）ＰＥＭ２から、ＤＰＦ７の前後差圧△Ｐ
を△Ｐ＝ＰＥＭ１−ＰＥＭ２と求める。

【００２３】そして、ＥＣＵ１５はステップ１０４でス
テップ１０２において求めた排気ガス体積流量Ｑとステ
ップ１０３で求めた差圧△Ｐから、上記（２）式に従っ
て、ＤＰＦ７での圧力損失Ｒを求める。

【００２４】さらに、ＥＣＵ１５はステップ１０５で図
２の特性図からパティキュレート捕集量ＰＴを算出す
る。引き続き、ＥＣＵ１５はステップ１０６でステップ
１０５において算出したパティキュレート捕集量ＰＴと
設定値（限界値）とを比較し、ＰＴが設定値より大きい
場合は、再生が必要なためステップ１０７で再生要求フ
ラグをセットし処理を終える。一方、ＥＣＵ１５はパテ
ィキュレート捕集量ＰＴが設定値より小さい場合は、ス
テップ１０８で再生要求フラグをクリアし処理を終え
る。

【００２５】このような再生時期判定ルーチンで再生が
必要と判定された場合は、ＥＣＵ１５は次のようにし
て、再生制御を行なう。即ち、電気ヒータ８によりＤＰ
Ｆ７の捕集されたパティキュレートに着火し、エアポン
プ１３の駆動により燃焼に必要な酸素をエアとして供給
し、パティキュレートの燃焼を制御する。尚、本実施例
では、再生中は、ディーゼルエンジン１は停止状態にあ
るものとする。

【００２６】再生時のＥＣＵ１５における再生制御ルー
チンを図５に従って説明する。本ルーチンは、例えば
０．１秒毎に定期的に実行されるものである。まず、Ｅ
ＣＵ１５はステップ２００で、再生要求フラグがセット
されているかどうかの判定を行い、セットされていない
場合は、まだ再生時期ではないので、処理を終える。
又、セットされている場合は、ステップ２０１以降に進
み、再生制御の処理を行なう。

【００２７】ＥＣＵ１５はステップ２０１でパティキュ
レートが燃焼し終えるのに十分な時間（再生時間）が経
過したかどうか判定し、再生時間が経過した場合はステ
ップ２０７に進み、再生が完了したとして再生要求フラ
グをクリアする。一方、ＥＣＵ１５は再生時間が経過し
てない場合は、ステップ２０２以降で再生制御の処理を
行なう。

【００２８】ＥＣＵ１５はステップ２０２で、開閉バル
ブ１４を開弁側に駆動する。これにより、エアポンプ１
３が、エアクリーナ４、マスエアフローメータ５を通し
て空気を吸入し、ＤＰＦ７にパティキュレート燃焼用の
空気を供給する経路が形成される。

【００２９】次に、ＥＣＵ１５はステップ２０３で、こ
こでは詳細には述べないが、電気ヒータ８への通電を行
なう。これにより、ＤＰＦ７に捕集されたパティキュレ
ートが着火する。

【００３０】そして、ＥＣＵ１５はステップ２０４から
ステップ２０６で、エアポンプ１３の空気流量フィード
バック制御を行なう。ＤＰＦ７に捕集されたパティキュ
レートの燃焼は、時間当たりに供給される酸素分子の量
で制御されるため、酸素比率が一定である空気の質量流
量を制御することで結果的に酸素量が制御され、燃焼が
制御できることになる。本実施例では、マスエアフロー
メータ５により供給エアの質量流量のフィードバック制
御を実現する。

【００３１】まず、ＥＣＵ１５はステップ２０４で、再
生のために必要な空気流量（質量流量）Ｇｒとマスエア
フローメータ５からの実際に流れている空気流量（質量
流量）Ｇを比較し、流量誤差ｅをｅ＝Ｇｒ−Ｇ・・・（４）と求める。

【００３２】次に、ＥＣＵ１５はステップ２０５でステ
ップ２０４において求めた流量誤差ｅが「０」になるよ
うに、誤差ＰＩＤフィードバック制御を用いて、エアポ
ンプ１３の駆動デューティ値Ｄuty を算出する。ここで
の、誤差ＰＩＤフィードバック制御の方法は、例えば、
比例ゲインＫ_Pと積分ゲインＫ_Iと微分ゲインＫ_Dを用
いてＤuty （ｉ）＝Ｋ_P・ｅ（ｉ）＋Ｋ_I・ｅ_I（ｉ）＋Ｋ_D（ｉ）・ｅ
_D（ｉ）ただし、ｅ_I（ｉ）＝ｅ_I（ｉ−１）＋ｅ（ｉ）ｅ_D（ｉ）＝ｅ（ｉ）−ｅ（ｉ−１）の計算により実現される。各項の添え字は、ｉは現時
刻、ｉ−１は前回時刻を表す。

【００３３】そして、ＥＣＵ１５はステップ２０６でス
テップ２０５において求めたデューティ値Ｄuty に従っ
てエアポンプ１３の駆動信号を出力する。上述の実施例
に従って再生時期判定、再生制御を行なった場合の効果
について以下に説明する。

【００３４】図３に、マスエアフローメータ５における
流量に対する検出電圧特性を示す。ここで、中心特性に
対し、流量が少な目になるマスエアフローメータＡと流
量が多めになるマスエアフローメータＢという、特性バ
ラツキを考える。

【００３５】まず、本実施例によらず、再生時期判定の
捕集量検出をマスエアフローメータＢで行い、再生時の
エアポンプ１３の流量検出をマスエアフローメータＡ
で、別々に行った場合を考える。捕集量検出時は、実際
の吸入空気流量が中心特性値Ｇ２からズレて、ＧＢ２の
ように多めになっているので、圧力損失ＲはＥＣＵ１５
が（２）式より感知した値より実際は少な目であり、再
生時期判定したときには、実際に捕集量は図４ステップ
１０６の設定値より少な目になる。又、再生時のエアポ
ンプ１３の流量検出時は、実際にエア流量が中心特性値
Ｇ１からズレて、ＧＡ１のように少な目になっているの
で、実際のエア流量は少な目に制御される。従って、少
な目のパティキュレート捕集量に少な目のエア供給量な
のでパティキュレートの燃焼温度は低下し、燃焼が途中
で立ち消え、燃え残りが発生しやすくなる。

【００３６】逆に、再生時期判定の捕集量検出をマスエ
アフローメータＡで行い、再生時のエアポンプ１３の流
量検出をマスフローメータＢで、別々に行った場合は、
多目のパティキュレート捕集量に多目のエア流量とな
り、パティキュレートの燃焼温度は上昇し、ＤＰＦ７の
割れや溶損が発生しやすくなる。

【００３７】一方、本実施例のように、再生時期判定の
捕集量検出と、再生時のエアポンプの流量検出を同一の
マスフローメータＢで行った場合を考える。捕集量検出
時は、上述と同様に実際の吸入空気量が中心特性値ＧＢ
２からズレて、ＧＢ２のように多めになっているので、
圧力損失ＲはＥＣＵ１５が（２）式より感知した値より
実際には少な目であり、再生時期判定したときには、実
際の捕集量は図４のステップ１０６の設定値より少な目
になる。又、再生時のエアポンプの流量検出時は、実際
のエア流量が中心特性値Ｇ１からズレ、ＧＢ１のように
多目になっているので、実際のエア流量は多目に制御さ
れる。従って、少な目のパティキュレート捕集量に多目
のエア供給量なので、マスエアフローメータのズレは、
相殺する方向に回復され、良好なパティキュレートの燃
焼が達成される。

【００３８】又、再生時期判定の捕集検出と、再生時の
エアポンプの流量検出を同一のマスエアフローメータＡ
で行った場合は、多目のパティキュレート捕集量に少な
目のエア供給量なので、同様に、マスフローメータのズ
レは、相殺する方向に回復され、良好なパティキュレー
トの燃焼が達成される。

【００３９】このように本実施例では、ディーゼルエン
ジン１の排気系に排気ガス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７と、パティキュレー
ト・フィルタ７に捕集されたパティキュレートを着火す
るための電気ヒータ８（加熱手段）とを設ける。又、デ
ィーゼルエンジン１の吸気系にマスエアフローメータ５
（質量流量計）を設けるともに、パティキュレート・フ
ィルタ７の前後の差圧を検出するための前圧及び後圧セ
ンサ９，１０（圧力センサ）を設ける。さらに、ディー
ゼルエンジン１の吸気系におけるマスエアフローメータ
５の下流側と、ディーゼルエンジン１の排気系における
パティキュレート・フィルタ７及び電気ヒータ８の上流
側とを連通する連通管１２を設け、この連通管１２の途
中にエアポンプ１３を設ける。そして、ＥＣＵ１５は、
マスエアフローメータ５による吸入空気量と前圧及び後
圧センサ９，１０によるパティキュレート・フィルタ７
の前後の差圧とからパティキュレート・フィルタ７のパ
ティキュレートの捕集量を求める。さらに、ＥＣＵ１５
は、この捕集したパティキュレートを燃焼させるに必要
な空気量を求め、同空気量となるようにマスエアフロー
メータ５を用いたフィードバック制御によりエアポンプ
１３を駆動するようにした。

【００４０】つまり、マスエアフローメータ５が特性の
ズレをもっているとパティキュレート捕集量の算出にも
ズレが出るが、その後のマスエアフローメータ５を用い
たフィードバック制御時にズレが相殺される。

【００４１】その結果、センサ特性（空気流量計の特
性）のズレを相殺することができ、再生時の適合値再現
精度を向上することができることとなる。（第２実施例）次に、第２実施例を第１実施例との相違
点を中心に説明する。

【００４２】本実施例を図６に示す。第２実施例は、第
１実施例に比べ、マスエアフローメータ５をエアフロー
メータ（体積流量計）１６に置き換え、さらに、エアフ
ローメータ１６を通過する空気の温度を測定する吸気温
センサ１７とエアフローメータ１６を通過する空気の圧
力を測定する吸気圧センサ１８が追加されている。

【００４３】第２実施例においても、捕集量検出時の吸
入空気流量と再生時のエアポンプ流量を同一エアフロー
メータ１６を用いることにより、エアフローメータ１６
の特性のズレの相殺効果は発揮される。

【００４４】この場合、ＤＰＦ７を通過する排気ガス流
量（体積流量）Ｑは（１）式の代わりに、新たに追加さ
れた吸気温センサ１７からの吸入空気温度ＴＩＭと吸気
圧センサ１８からの吸入空気圧ＰＩＭを用いてＱ＝Ｑ０・（ＴＥＸ／ＴＩＭ）・（ＰＩＭ／ＰＥＭ１）・・・（５）ただし、Ｑ０はエアフローメータ１６の検出値。にて算
出される。

【００４５】又、再生時、エアフローメータ１６で検出
された空気流量（体積流量）Ｑを、実際の空気流量（質
量流量）Ｇに、（６）式のように換算する必要がある。Ｇ＝Ｑ・（ＰＩＭ／ＴＩＭ）・Ｋ０・・・（６）ただし、Ｋ０は、物理的に決まる定数である。

【００４６】以下、この発明の趣旨とは関係ないが、関
連する技術を説明する。（第３実施例）次に、第３実施例を説明する。

【００４７】図７には、本実施例の自動車に搭載される
ディーゼルエンジンの排気浄化装置におけるパティキュ
レート捕集量測定装置の全体概略図を示す。ディーゼル
エンジン１０１には吸気管１０２と排気管１０３とが接
続されている。吸気管１０２の最上流部にはエアクリー
ナ１０４が設けられ、エアクリーナ１０４を通して空気
が吸入管１０２内に吸入される。又、吸気管１０２には
マスエアフローメータ１０５が配置され、マスエアフロ
ーメータ１０５によりディーゼルエンジン１０１の吸入
空気の質量流量が検出される。ここで、ディーゼルエン
ジン１０１の吸入空気の質量流量は、排気ガスの質量流
量にほぼ等しくなる。

【００４８】又、ディーゼルエンジン１０１の排気管１
０３には排気浄化装置１０６が設けられ、排気浄化装置
１０６はＤＰＦ（ディーゼル・パティキュレート・フィ
ルタ）１０７と電気ヒータ１０８とを備えている。そし
て、ＤＰＦ１０７により排気ガス中のパティキュレート
成分が捕集される。ＤＰＦ１０７の上流側端部には、電
気ヒータ１０８が配置され、電気ヒータ１０８により捕
集されたパティキュレートが着火される。

【００４９】さらに、排気管１０３には、ＤＰＦ１０７
の上流側圧力を検出する前圧センサ１０９とＤＰＦ１０
７の下流側圧力を検出する後圧センサ１１０とが配置さ
れている。さらには、排気管１０３には、ＤＰＦ１０７
への流入排気ガス温度を検出する排気温センサ１１１が
配設されている。

【００５０】又、排気管１０３における電気ヒータ１０
８の上流側には空気供給管１１２の一端が接続され、空
気供給管１１２の他端には電動式のエアポンプ１１３が
設けられている。このエアポンプ１１３はＤＰＦ１０７
に捕集されたパティキュレートを燃焼させる時の酸素供
給のためのものである。排気管１０３における空気供給
管１１２の開口部には、電磁式の開閉バルブ１１４が設
けられ、この開閉バルブ１１４により空気供給管１１２
の開口部が開閉されるようになっている。つまり、開閉
バルブ１１４を閉じることにより、エアポンプ１１３の
吐出側には排気ガスの圧力がエアポンプ１１３に加わる
のが防止される。又、開閉バルブ１１４を開けることに
より、エアポンプ１１３の駆動に伴う二次空気の排気管
１０３内への供給が許容されるようになっている。

【００５１】又、ディーゼルエンジン１０１には回転数
センサ１１７が設けられている。電子制御ユニット（以
下、ＥＣＵという）１１５には、マスエアフローメータ
１０５と前圧センサ１０９と後圧センサ１１０と排気温
センサ１１１と回転数センサ１１７とが接続されてい
る。そして、ＥＣＵ１１５は各センサ１０５，１０９，
１１０，１１１，１１７からの信号入力により、吸気ガ
スの質量流量、ＤＰＦ１０７の上流側圧力、ＤＰＦ１０
７の下流側圧力、ＤＰＦ１０７への流入排気ガス温度、
ディーゼルエンジン１０１の駆動あるいは停止をそれぞ
れ検知する。

【００５２】又、ＥＣＵ１１５は電気ヒータ１０８とエ
アポンプ１１３と開閉バルブ１１４と接続されている。
そして、ＥＣＵ１１５は電気ヒータ１０８の通電制御と
エアポンプ１１３の駆動制御と開閉バルブ１１４の開閉
制御を行うようになっている。

【００５３】さらに、ＥＣＵ１１５内にはＲＯＭ１１５
ａが内蔵され、ＲＯＭ１１５ａには図８に示す検量線Ｌ
A ，ＬB ，ＬC が記憶されている。又、ＥＣＵ１１５内
にはＥＥＰＲＯＭ１１５ｂが内蔵され、ＥＥＰＲＯＭ１
１５ｂにはＤＰＦ１０７にパティキュレートが捕集され
ていない初期状態における初期圧力損失値Ｒｏが記憶さ
れるようになっている。

【００５４】本実施例においては、前圧センサ１０９と
後圧センサ１１０にて圧力センサが構成され、ＥＣＵ１
１５にて捕集量算出手段が構成され、ＲＯＭ１１５ａに
て記憶手段が構成されている。又、本実施例ではＤＰＦ
１０７の前後の差圧ΔＰと排気ガスの体積流量Ｑとから
算出した圧力損失Ｒを目詰まり要素量としている。

【００５５】次に、このように構成したディーゼルエン
ジンの排気浄化装置におけるパティキュレート捕集量測
定装置の作用を説明する。ＤＰＦ１０７の圧力損失Ｒと
パティキュレート捕集量ＰＴの間には、図８のような関
係（検量線ＬA ，ＬB ，ＬC ）がある。即ち、パティキ
ュレートの捕集量ＰＴが多くなるほど、ＤＰＦ１０７が
目詰まり状態となり圧力損失Ｒは増加する。しかし、Ｄ
ＰＦ１０７の材質の不均一性、フィルタ構造の寸法上の
バラツキ等の特性バラツキにより、フィルタとしての濾
過特性にもバラツキを生じ、その結果、ＬA ，ＬB ，Ｌ
C に示すように、パティキュレートの検量線にもバラツ
キを生じる。この時、初期圧力損失（図中、ＲA ，ＲB
，ＲC ）のバラツキと検量線ＬA ，ＬB ，ＬC のバラ
ツキの間には図８のように相関関係があることが実験か
ら分かっている。

【００５６】本実施例では、車両組付け後、第１回目の
捕集開始時、一定時間（例えば、数分程度）内は初期圧
損記憶モードを設け、ＤＰＦ１０７の初期圧力損失Ｒｏ
を算出し、ＥＥＰＲＯＭ１１５ｂに記憶させる。そし
て、その後の捕集量検出時は、初期圧力損失Ｒｏと実際
のＤＰＦ１０７の圧力損失から、パティキュレート捕集
量ＰＴを求める。これにより、ＤＰＦ１０７のバラツキ
は吸収され、正確な捕集量検出が可能となる。

【００５７】以下、パティキュレート捕集時のＥＣＵ１
１５の再生時期判定ルーチンを、図９のフローチャート
に従って説明する。本ルーチンは、例えば、１秒毎に定
期的に実行されるものである。

【００５８】図９において、ＥＣＵ１１５はステップ３
００で再生中か否か判定し、再生中の場合は本ルーチン
は実行せずに処理を終える。又、再生中でない場合は、
ＥＣＵ１１５はステップ３０１以降に進む。

【００５９】ＥＣＵ１１５はステップ３０１で開閉バル
ブ１１４を閉弁側に駆動し、ディーゼルエンジン１０１
の排気ガスの圧力がエアポンプ１１３に加わるのを防止
する。

【００６０】そして、ＥＣＵ１１５はステップ３０２以
降で再生時期判定を行う。ＥＣＵ１１５はステップ３０
２でマスエアフローメータ１０５の吸入空気質量流量Ｇ
と排気温センサ１１１の排気温ＴＥＸと前圧センサ１０
９の排気圧ＰＥＭ１から次式に従って、ＤＰＦ１０７を
通過する排気ガスの体積流量Ｑを求める。

【００６１】Ｑ＝Ｇ・ＴＥＸ／ＰＥＭ１・Ｋ・・・（７）ただし、Ｋは物理的に決定される定数である。

【００６２】次に、ＥＣＵ１１５はステップ３０３で前
圧センサ１０９の前圧ＰＥＭ１と後圧センサ１１０の後
圧ＰＥＭ２から、ＤＰＦ１０７の前後差圧ΔＰを次式の
ように求める。

【００６３】 ΔＰ＝ＰＥＭ１−ＰＥＭ２・・・（８）そして、ＥＣＵ１１５はステップ３０４でステップ３０
２において求めた排気ガス体積流量Ｑとステップ３０３
において求めた差圧ΔＰから次式のようにＤＰＦ１０７
での圧力損失Ｒを求める。

【００６４】Ｒ＝ｆ（Ｑ，ΔＰ）・・・（９）実際には、ＤＰＦ１０７はその構造上、層流格子に近い
圧損特性を示すので、Ｒ＝ΔＰ／Ｑに極めて近い特性となることが分かっている。

【００６５】そして、ＥＣＵ１１５はステップ３０５以
降で、パティキュレート捕集量ＰＴを算出する。まず、
ＥＣＵ１１５はステップ３０５と３０６で初期圧損記憶
モードの判定を行う。つまり、ＥＣＵ１１５は車両組付
け後第１回目の捕集で、かつ、捕集後一定時間内は初期
圧損記憶モードであると判定する。そして、ＥＣＵ１１
５はステップ３０７で前述の（９）式により求めたＤＰ
Ｆ１０７の圧力損失Ｒを初期圧力損失値ＲｏとしてＥＣ
Ｕ１１５内のＥＥＰＲＯＭ１１５ｂに記憶し、本ルーチ
ンを終了する。尚、一定時間としては、数分程度が適当
である。

【００６６】一方、ＥＣＵ１１５はステップ３０５と３
０６で初期圧損記憶モードでないと判定した場合にはス
テップ３０８に移行する。ＥＣＵ１１５はステップ３０
８で初期圧力損失値Ｒｏと実際の圧力損失Ｒから、補間
演算等を用いて（１０）式のようにパティキュレート捕
集量ＰＴの算出を行う。

【００６７】ＰＴ＝ｆ（Ｒｏ，Ｒ）・・・（１０）つまり、例えば、図８において、初期圧力損失値Ｒｏが
ＲA ＜Ｒｏ＜ＲB であったとすれば、補正後の検量線Ｌ
ｏとしてその傾きθｏを検量線ＬA ，ＬB から補間して
求めるものである。

【００６８】ＥＣＵ１１５はステップ３０９でステップ
３０８において算出したパティキュレート捕集量ＰＴを
設定値（限界値）と比較し、設定値より大きい場合は、
再生が必要なためステップ３１０で再生要求フラグをセ
ットし処理を終える。又、ＥＣＵ１１５はパティキュレ
ート捕集量ＰＴが設定値より小さいとステップ３１１で
再生要求フラグをクリアし処理を終える。

【００６９】再生時期判定ルーチンで再生が必要と判定
された場合は次のようにして再生制御を行う。即ち、Ｅ
ＣＵ１１５は電気ヒータ１０８によりＤＰＦ１０７に捕
集されたパティキュレートに着火し、エアポンプ１１３
で燃焼に必要な酸素をエアとして供給し、パティキュレ
ートの燃焼を制御する。尚、本実施例では、再生は、回
転数センサ１１７によりディーゼルエンジン１０１が停
止状態であるときに行うものとする。

【００７０】再生時のＥＣＵ１１５における再生制御ル
ーチンを図１０に従って説明する。本ルーチンは、例え
ば０．１秒毎に定期的に実行されるものである。図１０
において、ＥＣＵ１１５はステップ４００で再生要求フ
ラグがセットされているかどうかの判定を行い、セット
されていない場合はまだ再生時期でないので処理を終え
る。又、セットされている場合は、ステップ４０１以降
に進み、再生制御の処理を行う。

【００７１】ＥＣＵ１１５はステップ４０１でパティキ
ュレートが燃焼し終えるのに十分な時間（再生時間）が
経過したかどうか判定し、再生時間が経過した場合はス
テップ４０５に移行して再生が終了したとして再生要求
フラグをクリアし本ルーチンの処理を終了する。又、Ｅ
ＣＵ１１５は再生時間が経過してない場合はステップ４
０２以降で再生制御の処理を行う。

【００７２】ＥＣＵ１１５はステップ４０２で開閉バル
ブ１１４を開弁側に駆動する。これにより、エアポンプ
１１３からＤＰＦ１０７にパティキュレート燃焼用のエ
アを供給する経路が形成される。

【００７３】次に、ＥＣＵ１１５はステップ４０３で、
ここでは詳細には述べないが、電気ヒータ１０８への通
電制御を行う。これにより、ＤＰＦ１０７に捕集された
パティキュレートが着火される。

【００７４】次に、ＥＣＵ１１５はステップ４０４でエ
アポンプ１１３のエア流量制御を行い本ルーチンを終了
する。このように本実施例のパティキュレート捕集量測
定装置では、ＤＰＦ１０７の前後の差圧ΔＰと排気ガス
の体積流量Ｑとから算出した圧力損失Ｒを目詰まり要素
量とし、ＤＰＦ（パティキュレート・フィルタ）１０７
にパティキュレートが捕集されていない初期状態におい
て、前圧センサ１０９と後圧センサ１１０（圧力セン
サ）によるＤＰＦ１０７の前後の差圧に基づいてＤＰＦ
１０７での圧力損失Ｒｏを求める。そして、以後のＥＣ
Ｕ１１５（捕集量算出手段）による捕集量検出時に、こ
の初期状態での圧力損失Ｒｏを用いてＲＯＭ１１５ａ
（記憶手段）に記憶した圧力損失と捕集量との関係を補
正しつつＤＰＦ１０７のパティキュレートの捕集量を求
めるようにした。つまり、初期目詰まり要素量のバラツ
キと検量線（目詰まり要素量と捕集量との関係）のバラ
ツキとの間には相関関係があるので、初期目詰まり要素
量から検量線を補正できる。よって、ＤＰＦ１０７の特
性のバラツキにより検量線にバラツキが生じてもパティ
キュレートの捕集量検出の精度を向上させることができ
ることとなる。

【００７５】この実施例の応用例としては、上述の実施
例では初期圧損記憶モード中にディーゼルエンジン１０
１を動作させるため、時間が小さいので極めて微少であ
るが、ＤＰＦ１０７でのパティキュレート捕集が進行す
るため、圧力損失Ｒも微少ながらも上昇してしまい、真
の初期圧損から若干のズレが生じる。そこで、図１１に
示すように、吸気管１０２におけるマスエアフローメー
タ１０５の下流側と、排気管１０３における電気ヒータ
１０８の上流側とを、連通管１１６にて連通し、その連
通管１１６の途中にエアポンプ１１３を配置する。この
ようにして、マスエアフローメータ１０５でＤＰＦ１０
７の再生燃焼酸素供給用エアポンプ１１３の空気流量も
計測できるように構成する。そして、車両組付け後第１
回捕集の前に初期圧損記憶モードを設け、ディーゼルエ
ンジン１０１の停止状態でエアポンプ１１３を動作さ
せ、上述の実施例と同様に初期圧力損失Ｒｏを演算し記
憶する。このように、初期圧損記憶モード中にディーゼ
ルエンジン１０１が停止しているため、ＤＰＦ１０７で
の捕集は進行せず、圧力損失Ｒは一定値であり、極めて
正確にＤＰＦ１０７の初期圧力損失Ｒｏを算出すること
が可能であり、従って、さらに正確な捕集量検出が実現
することができる。

【００７６】又、前記実施例では、ＤＰＦ１０７の前後
の差圧ΔＰと排気ガスの体積流量Ｑとから算出した圧力
損失Ｒを目詰まり要素量としたが、所定のエンジン回転
数におけるＤＰＦ１０７の前後の差圧ΔＰを目詰まり要
素量としたり、ＤＰＦ１０７の前後の差圧ΔＰが所定値
のときの排気ガスの体積流量Ｑを目詰まり要素量として
もよい。

【００７７】

【発明の効果】以上詳述したようにこの発明によれば、
再生時の適合値再現精度を向上することができる優れた
効果を発揮する。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施例のディーゼルエンジンの排気浄化装
置の全体概略図である。

【図２】圧力損失と捕集量の関係図である。

【図３】流量と検出電圧の関係図である。

【図４】作用を説明するためのフローチャートである。

【図５】作用を説明するためのフローチャートである。

【図６】第２実施例のディーゼルエンジンの排気浄化装
置の全体概略図である。

【図７】第３実施例のディーゼルエンジンの排気浄化装
置の全体概略図である。

【図８】圧力損失と捕集量の関係図である。

【図９】作用を説明するためのフローチャートである。

【図１０】作用を説明するためのフローチャートであ
る。

【図１１】第３実施例の応用例のディーゼルエンジンの
排気浄化装置の全体概略図である。

【符号の説明】

１ディーゼルエンジン５空気流量計としてのマスエアフローメータ７パティキュレート・フィルタ８加熱手段としての電気ヒータ９圧力センサとしての前圧センサ１０圧力センサとしての後圧センサ１２連通管１３エアポンプ１５ＥＣＵ

フロントページの続き (72)発明者吉田秀治愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地日本電装株式会社内 (72)発明者加藤恵一愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地日本電装株式会社内 (72)発明者岩田俊晴愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地日本電装株式会社内 (72)発明者鈴木淳志愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地日本電装株式会社内 (72)発明者小端喜代志愛知県豊田市トヨタ町１番地トヨタ自動車株式会社内 (72)発明者林孝太郎愛知県豊田市トヨタ町１番地トヨタ自動車株式会社内 (72)発明者谷口浩之愛知県刈谷市豊田町２丁目１番地株式会社豊田自動織機製作所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ディーゼルエンジンの排気系に設けら
れ、排気ガス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、前記パティキュレート・フィルタに捕集されたパティキ
ュレートを着火するための加熱手段と、前記ディーゼルエンジンの吸気系に設けられた空気流量
計と、前記パティキュレート・フィルタの前後の差圧を検出す
るための圧力センサと、前記ディーゼルエンジンの吸気系における空気流量計の
下流側と、前記ディーゼルエンジンの排気系におけるパ
ティキュレート・フィルタ及び加熱手段の上流側とを連
通する連通管と、前記連通管の途中に設けられたエアポンプとを備え、前記空気流量計による吸入空気量と前記圧力センサによ
るパティキュレート・フィルタの前後の差圧とから前記
パティキュレート・フィルタのパティキュレートの捕集
量を求めるとともに、この捕集したパティキュレートを
燃焼させるに必要な空気量を求め、同空気量となるよう
に前記空気流量計を用いたフィードバック制御により前
記エアポンプを駆動するようにしたことを特徴とするデ
ィーゼルエンジンの排気浄化装置。