(57)【要約】【課題】排気粒子捕集器に対し格別の圧力検出手段を設けることなく排気粒子捕集器の目詰まり度を判断することができるエンジンを提供する。【解決手段】可変ノズルを備えた排気タービンにより過給圧が目標制御される過給装置と排気粒子捕集器とを備えたエンジンに於いて、可変ノズルの開度により排気粒子捕集器の目詰まり度を判断する。また該目詰まり度が所定の限界値に達したときにはエンジン運転を目詰まり解消のための再生運転モードに切り換える。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
可変ノズルを備えた排気タービンにより過給圧が目標制御される過給装置と排気粒子捕集器とを備えたエンジンにして、前記可変ノズルの開度により前記排気粒子捕集器の目詰まり度を判断するようになっていることを特徴とするエンジン。
【請求項２】
前記可変ノズル開度が所定の限界値まで減小したとき前記排気粒子捕集器を再生する運転モードに切り換えられるようになっていることを特徴とする請求項１に記載のエンジン。
【請求項３】
前記可変ノズル開度が前記限界値より所定の偏差だけ復したとき前記再生モードへの切換えを終了するようになっていることを特徴とする請求項２に記載のエンジン。
【請求項４】
運転開始時に前記可変ノズルの開度検定を行うようになっていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のエンジン。
【請求項５】
前記開度検定は前記可変ノズルのアクチュエータに可変ノズル全閉を指令して前記アクチュエータの変位を実測することにより行われることを特徴とする請求項４に記載のエンジン。
【請求項６】
前記開度検定に基づいて前記可変ノズル開度の前記限界値を修正するようになっていることを特徴とする請求項４または５に記載のエンジン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関（以下エンジンという）に係り、特にエンジンの排気系に設けられた粒子捕集器の目詰まりを判断することに係わる。
【背景技術】
【０００２】
エンジンの排気系に排気中の粒子を捕集する粒子捕集器が設けられた場合、粒子捕集器はエンジンがある期間運転されると捕集された粒子の蓄積により目詰まりを生じるので、蓄積された粒子を燃焼により消失させる等の再生が必要となる。粒子捕集器に蓄積された粒子を燃焼させて粒子捕集器を再生させることについては、燃焼用空気を供給する電動式エアポンプの電動機を、低周波デューティ信号を出力するマイコンと、高周波パルス信号を出力する高周波パルス信号発生回路からの低周波デューティ信号と高周波パルス信号との論理積をとって出力するゲートを備えた制御回路により制御することが、下記の特許文献１に記載されている。また下記の特許文献２には、排気ガス浄化装置の目詰まり度を判断すべく、排気ガス浄化装置の上流側と下流側の圧力を圧力検出手段により検出し、それぞれの圧力の比を演算し、該比を逐次平均することにより目詰まり度を判断することが記載されている。
【特許文献１】特開平７-１５０９３０
【特許文献２】特開平９-１３９４７
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
排気ガス浄化装置の上流側と下流側とに圧力検出手段が設けられれば、上記特許文献２の方法に限らず、種々の要領にて排気ガス浄化装置の目詰まりを判断することができる。しかし、排気ガス浄化装置の上流側と下流側とに圧力検出手段を設けるには、それなりのコストを要する。
【０００４】
本発明は、そのような格別の圧力検出手段を要することなく、排気粒子捕集器の目詰まりを判断することができるエンジンを提供することを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記の課題を解決するものとして、本発明は、可変ノズルを備えた排気タービンにより過給圧が目標制御される過給装置と排気粒子捕集器とを備えたエンジンにして、前記可変ノズルの開度により前記排気粒子捕集器の目詰まり度を判断するようになっていることを特徴とするエンジンを提案するものである。
【０００６】
かかるエンジンは、前記可変ノズル開度が所定の限界値まで減小したとき前記排気粒子捕集器を再生する運転モードに切り換えられるようになっていてよい。この場合、前記可変ノズル開度が前記限界値より所定の偏差だけ復したとき前記再生モードへの切換えを終了するようになっていてよい。
【０００７】
また、かかるエンジンは、運転開始時に前記可変ノズルの開度検定を行うようになっていてよい。この開度検定は前記可変ノズルのアクチュエータに可変ノズル全閉を指令して該アクチュエータの変位を実測することにより行われてよい。また、かかる開度検定に基づいて可変ノズル開度の前記限界値が修正されるようになっていてよい。
【発明の効果】
【０００８】
過給装置の排気タービンが可変ノズルを備え、過給圧が目標制御されるようになっていると、排気系に設けられた排気粒子捕集器の目詰まりが昂じて排気タービンの背圧が上昇してくるに連れて排気タービンの出力が出にくくなるので、可変ノズルをより大きく絞る（即ち閉じる）よう、可変ノズル開度は低下していく。そこで、可変ノズルの開度により排気粒子捕集器の目詰まり度を判断することができる。
【０００９】
可変ノズル開度が所定の限界値まで減小したときエンジン運転がそれを再生する運転モードに切り換えられるようになっていれば、排気粒子捕集器の目詰まり度が所定の限界に達したとき、自動的にその再生を行うことができる。また、可変ノズル開度が前記限界値より所定の偏差だけ復したとき再生モードへの切換えを終了するようになっていれば、排気粒子捕集器の目詰まりの解消の度合を同じく可変ノズル開度の変化により判断して、エンジン運転を再生モードから通常の運転に復帰させることができる。
【００１０】
運転開始時に可変ノズルの開度検定を行うようになっていれば、可変ノズルの開閉機構に遊びがあり、またそれが気温や可変ノズル開閉機構の作動に伴う磨耗により変化したときにも、可変ノズル開度が所定の限界値まで低下することによる排気粒子捕集器の目詰まり度の判断を常に予定通りに正確に行うことができる。開度検定が可変ノズルのアクチュエータに可変ノズル全閉を指令してアクチュエータの変位を実測することにより行われれば、可変ノズル開度が所定の限界値まで減小した状態、即ち、可変ノズルが大きく絞られた（閉じられた）状態に近い全閉という明確な開度に照らして可変ノズル開閉機構を正確に検定することができる。そして、かかる開度検定に基づいて可変ノズル開度の前記限界値を修正するようになっていれば、検定結果をその目的に対し的確に反映させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
添付の図１は、本発明のエンジンを車輌用ディーゼルエンジンに於いて実施した一つの実施の形態を示す概略図である。図に於いて、１０は４気筒のディーゼルエンジンであり、４つに分岐した吸気マニホールド１２を経て吸気を供給され、４つの燃料噴射弁１４にて燃料を噴射され、４つの気筒から排気を集める排気マニホールド１６を経て排気が排出されるようになっている。排気は排気マニホールド１６から排気管１８により可変ノズル２０を備えた排気タービン２２へ該排気ノズルを経て供給されるようになっている。排気タービン２２を出た排気は、排気粒子捕集器２４に通され、必要なら更に他の排気浄化装置を経て大気へ排出される。
【００１２】
吸気はエアクリーナ２６を経て過給コンプレッサ２８に取り入れられ、該過給コンプレッサが排気タービン２２により駆動されることによって加圧され、吸気管３０を経て吸気マニホールド１２よりエンジンの気筒へ供給される。
【００１３】
ＥＣＵ３２はマイクロコンピュータを備えた電子式制御装置であり、運転者による図には示されていないアクセルペダルの踏込量を検出するアクセル開度センサからのアクセル開度を示す信号、図には示されていない車速センサからの車速を示す信号、エンジン回転速度センサ３４からのエンジン回転速度を示す信号、吸気圧センサ３６からの吸気管３０内に於ける吸気圧（過給圧）を示す信号を受け、そこに組み込まれた制御プログラムに基づいて制御演算を行い、燃料噴射量を算出して燃料噴射弁１４を作動させ、また目標過給圧を算出し、これと吸気圧センサ３６にて検出された実過給圧とを比較し、実過給圧を目標過給圧に一致させるように可変ノズル２０の開度を制御する。
【００１４】
図２は図１に於ける排気タービン２２と可変ノズル２０の組合せの如き可変ノズル型排気タービンの一つの基本的構造の例を幾分解図的に示す概略図である。排気タービンは、回転軸３８により担持されてその中心軸線の周りに図にて時計回り方向に回転するタービンロータ４０と、これを包囲するハウジング４２とを有している。ハウジング４２は排気導入口４４よりタービンロータへ向けて排気を導入し、それを環状室空間４６によりタービンロータの周りに配分し、これより該環状室空間内に配置された可動ベーン４８の列によりそれらの間に形成された可変ノズル５０を経て排気をタービンロータの周りに吹き付けるようになっている。可動ベーン４８はベーン軸５２により担持され、該ベーン軸がハウジング４２により回動可能に支持されていることにより、該ベーン軸の軸心の周りに傾動し、これによって可変ノズル５０の開度をその傾きと共に変えるようになっている。
【００１５】
より詳細には、各ベーン軸５２の一端部にはベーン回動レバー５４が取り付けられており、その自由端部に設けられた短円筒形のカムフォロワ５６がユニソンリング５８の内周縁に沿って形成されたカム溝６０に係合しており、このユニソンリング５８が、アクチュエータ６２により、ユニソンリング駆動レバー６４を経て回動されることにより、各ベーン回動レバー５４が一斉に傾動されるようになっている。ユニソンリング駆動レバー６４はその中央部６６にてハウジングより枢支されて傾動し、その一端にてはアクチュエータ６２の作動ロッド６８と枢動連結部７０にて連結され、その自由端部にてはそこに設けられた短円筒形のカムフォロワ７２によりユニソンリング５８の外縁部に設けられたカム溝７４に係合している。
【００１６】
上記の例の如く、各可動ベーン４８のベーン回動レバー５４がその自由端部にてカムフォロワ５６によりユニソンリングのカム溝６０に係合し、またユニソンリング駆動レバー６４がその自由端部にてカムフォロワ７２によりユニソンリングのカム溝７４に係合することによって、各可動ベーンの傾動角がアクチュエータ６２により変えられるようになっていると、カムフォロワ５６とカム溝６０の係合およびカムフォロワ７２とカム溝７４の係合には不可避的に或る程度の遊びが伴い、またそれは気温や可変ノズル開閉機構の作動に伴う磨耗により変化するので、図１の電子式制御装置３２の如き制御装置より可変ノズルへ出される開度指令は、そのような遊びに対する修正を含んだものであるのが好ましい。
【００１７】
そのような指令修正のためには、個別の製品についての可変ノズル開度の検定が必要である。そのためには、一例として、運転開始時毎にアクチュエータ６２をその作動ロッド６８が点線にて示されている状態となるよう作動させ、可変ノズル開度が零となるよう可動ベーン４８を点線にて示されている如く全閉位置へもたらし、そのときのアクチュエータの作動ロッド６８の位置を可変ノズル開度零の位置として検定すればよい。
【００１８】
図３は、上に説明した運転開始時の可変ノズル開度検定を伴って、本発明によるエンジンが、排気粒子捕集器の目詰まり度を判断しつつ、また該目詰まり度が所定の限界に達したときにはそれを再生しつつ、運転される要領を、ディーゼルエンジンの場合の一つの実施の形態について示すフローチャートである。
【００１９】
制御が開始されると、ステップ１０にてフラグＦ１が１であるか否かが判断される。このフラグは後述のステップ４０にて１にセットされるものであり、この種の制御に於いては、かかるフラグは制御の開始時に一度 ０にリセットされるので、運転開始後制御が初めてこのステップに至ったときには答はノーであり、制御はステップ２０へ進む。ステップ２０に於いては、上記のアクチュエータ６２の如き可変ノズル開閉手段を作動させて可変ノズルを全閉とすることが行われる。次いで制御はステップ３０へ進み、上記の遊びの如き可変ノズル開閉の偏差がチェックされ、可変ノズル開度指令に対する修正値ΔＲoが求められる。修正値ΔＲoは後述のステップ１１０および１５０に於いて使用される。その後制御はステップ４０へ進み、フラグＦ１が１にセットされる。従って、その後は、制御はステップ２０〜４０をバイパスして行われる。
【００２０】
ステップ５０に於いては、アクセル開度、車速、機関回転速度より燃料噴射量および目標過給圧Ｐstを算出することが行われる。
【００２１】
次いで、制御はステップ６０へ進み、図１の過給圧センサ３６の如き過給圧センサにより実測された実過給圧Ｐsが上に算出された目標過給圧Ｐstより低いか否かが判断される。答がイエスであれば、制御はステップ７０へ進み、現在の可変ノズル開度を少しずつ減少させることが行われる。これは、現在の可変ノズル開度をＲvとすれば、このフローチャートを通る１回の制御毎に、それを微小開度δＲだけ小さくすることである。逆に、ステップ６０の答がノーであれば、制御はステップ８０へ進み、実過給圧Ｐsが上に算出された目標過給圧Ｐstより高いか否かが判断される。答がイエスであれば、制御はステップ９０へ進み、現在の可変ノズル開度を少しずつ増大させることが行われる。これは、現在の可変ノズル開度をＲvとすれば、このフローチャートを通る１回の制御毎に、それを微小開度δＲだけ大きくすることである。ステップ８０の答がノーであれば、これは実過給圧Ｐsが上に算出された目標過給圧Ｐstに一致したことを示すので、制御はそのままステップ１００へ進む。
【００２２】
以上いずれにしても、次のステップ１００に於いては、フラグＦ２が１であるか否かが判断される。このフラグは後述のステップ１４０にて１にセットされるものであり、それまでこのステップの答はノーであり、制御はステップ１１０へ進む。ステップ１１０に於いては、現在の可変ノズル開度Ｒvが或る所定の限界値Ｒvcよりステップ３０にて求められた修正値ΔＲoを差し引いた値より大きいか否かが判断される。これは可変ノズル開度が所定の限界値Ｒvcまで減少したか否かをステップ３０にて検定した可変ノズル開閉偏差修正値ΔＲoを加味して判断することである。答がイエスであれば、このことは排気粒子捕集器の目詰まり度がまだ所定の限界に達していないことを示すので、制御はステップ１２０へ進み、通常のエンジン運転が行われる。
【００２３】
一方、ステップ１１０の答がノーであれば、これは排気粒子捕集器の目詰まり度が所定の限界に達したことを示すので、制御はステップ１３０ へ進み、燃料噴射量を増大させて排気ガス温度を高める等のエンジン運転を排気粒子捕集器（ＤＰＦ）の再生を促す運転モードに切り換えることが行われる。このときには、更に制御をステップ１４０へ進め、フラグＦ２が１にセットされる。
【００２４】
排気粒子捕集器再生モードのエンジン運転が開始されると、排気粒子捕集器の目詰まりは次第に解消されて行き、排気タービンの背圧が下がって排気タービンの出力が増し、実過給圧が上昇してくるので、制御はステップ６０よりステップ８０、９０を通って進むようになり、可変ノズル開度Ｒvは次第に増大してくる。排気粒子捕集器再生モード運転中は、フラグＦ２は１にセットされているので、制御はステップ１００よりステップ１５０ へ進み、可変ノズル開度Ｒvが修正値ΔＲoを加味した限界値Ｒvcより所定の再生偏差ΔＲr以上増大したか否かが判断される。答がノーである間、制御はステップ１３０へ進み、排気粒子捕集器再生モードによる運転が続けられるが、排気粒子捕集器の再生が進み、ステップ１５０の答がノーからイエスに転ずると、制御はステップ１６０ へ進み、フラグＦ２が０にリセットされる。従って、この後は制御はステップ１００よりステップ１１０へ進み、その答はイエスとなるので、制御はステップを１２０へ進むようになり、エンジンは通常運転に戻される。
【００２５】
図４は、エンジン運転の継続に伴う排気粒子捕集器の目詰まりの進行により可変ノズル開度Ｒvが減小し、それが修正値ΔＲoを加味した所定限界値Ｒvcまで減小したところで、排気粒子捕集器の再生が行われ、排気粒子捕集器の目詰まりが可変ノズル開度で見て再生偏差ΔＲrに対応するところまで回復したとき再生終了とされる上記のステップ６０〜１６０による制御によって排気粒子捕集器が目詰まり状態が変化する様子を、時間軸に対する可変ノズル開度にて例示したグラフである。
【００２６】
以上に於いては本発明を一つの実施の形態について詳細に説明したが、かかる実施の形態について本発明の範囲内にて種々の変更が可能であることは当業者にとって明らかであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明のエンジンを車輌用ディーゼルエンジンに於いて実施した一つの実施の形態を示す概略図。
【図２】可変ノズル型排気タービンの一つの基本的構造の例を幾分解図的に示す概略図。
【図３】本発明によるエンジンが、排気粒子捕集器の目詰まり度を判断しつつ、また該目詰まり度が所定の限界に達したときにはそれを再生しつつ、運転される要領を、ディーゼルエンジンの場合の一つの実施の形態について示すフローチャート。
【図４】エンジン運転の継続に伴う排気粒子捕集器の目詰まりの進行とそれが所定の限度に達したとき回復される様子を時間軸に対する可変ノズル開度にて例示したグラフ。
【符号の説明】
【００２８】
１０…４気筒のディーゼルエンジン、１２…吸気マニホールド、１４…燃料噴射弁、１６…排気マニホールド、１８…排気管、２０…可変ノズル、２２…排気タービン、２４…排気粒子捕集器、２６…エアクリーナ、２８…過給コンプレッサ、３０…吸気管、３２…電子式制御装置、３４…エンジン回転速度センサ、３６…吸気圧センサ、３８…回転軸、４０…タービンロータ、４２…ハウジング、４４…排気導入口、４６…環状室空間、４８…可動ベーン、５０…可変ノズル、５２…ベーン軸、５４…ベーン回動レバー、５６…カムフォロワ、５８…ユニソンリング、６０…カム溝、６２…アクチュエータ、６４…ユニソンリング駆動レバー、６６…レバー中央部、６８…アクチュエータの作動ロッド、７０…枢動連結部、７２…カムフォロワ、７４…カム溝
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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