ディーゼルエンジンのスート検出装置及びディーゼルエンジンの排気浄化装置
【課題】構成が簡単で部品点数も少なく、設置スペースの確保が容易でディーゼルエンジンの排気浄化フィルタに捕集されたスート量を検出することができるディーゼルエンジンのスート検出装置を提供する。
【解決手段】グロープラグ２４は棒状のヒータ部２６の先端より基端側に所定間隔で配置された一対の電極２８，２９を備えている。グロープラグ２４は、先端が燃焼室１５に臨むように、かつ燃焼室１５で発生して一対の電極２８，２９間に付着したスートがディーゼルエンジン１１の最高出力状態においても燃えないように電極２８，２９間が燃焼室１５の壁面１５ａよりも引っ込んだ位置となるように設けられている。また、電極２８，２９間の電気抵抗を計測する電気抵抗計測手段３０の計測結果から両電極２８，２９間に付着したスート量を演算するＥＣＵ３１を備えている。
【解決手段】グロープラグ２４は棒状のヒータ部２６の先端より基端側に所定間隔で配置された一対の電極２８，２９を備えている。グロープラグ２４は、先端が燃焼室１５に臨むように、かつ燃焼室１５で発生して一対の電極２８，２９間に付着したスートがディーゼルエンジン１１の最高出力状態においても燃えないように電極２８，２９間が燃焼室１５の壁面１５ａよりも引っ込んだ位置となるように設けられている。また、電極２８，２９間の電気抵抗を計測する電気抵抗計測手段３０の計測結果から両電極２８，２９間に付着したスート量を演算するＥＣＵ３１を備えている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ディーゼルエンジンのスート検出装置及びディーゼルエンジンの排気浄化装置に係り、詳しくはディーゼルエンジン用排気浄化フィルタの再生時期を検出するのに適したディーゼルエンジンのスート検出装置及びディーゼルエンジンの排気浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ディーゼルエンジンの排出ガス（排気）中には、ディーゼルパティキュレートと呼ばれるカーボン微粒子が含まれており、このカーボン微粒子を補集する排気浄化フィルタが排気系に設けられている。排気浄化フィルタは、カーボン微粒子の捕集量が予め設定された所定量以上になったときに、その捕集したカーボン微粒子を燃焼除去することにより再生する必要がある。
【０００３】
排気浄化フィルタに捕集されたカーボン微粒子の捕集量を検出する方法として、ディーゼルエンジンの排気ガス中に含まれるスート（すす）の量あるいはスモーク濃度を検出して、その値から排気浄化フィルタにおける捕集量を推定することが考えられる。
【０００４】
従来、ディーゼルエンジンの排気ガス中に含まれるスモークの濃度を検出するためのスモークセンサとして、図５に示すように、本体６１内に２本の石英ガラス棒６２，６４を有し、一方の石英ガラス棒６２に導入された光がプリズム６８及び検出窓６７を経て石英ガラス棒６４に導入される構成の装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。そして、検出窓６７に被検出用の排気ガスが導入され、光導入用の光ファイバ（図示せず）からの検出光は石英ガラス棒６２からプリズム６８を介して石英ガラス棒６４に通され、排気ガス中のスモーク濃度に応じて石英ガラス棒６４に接続される光ファイバ（図示せず）に接続される光検出器の受光量が変化し、スモーク濃度を知ることができる。ヒータ７０，７２が発光面、受光面に近接して設けられ、発光面及び受光面に付着したカーボン粒子の焼却をすることができるようになっている。
【０００５】
また、このスモークセンサは、一端が排気通路に開口され、他端が車両走行風が導入されるベンチュリに開口された排気ガス取り出し通路に配設される。そして、スモークセンサ上流の排気ガス取り出し通路に、排気ガスをスモークセンサに導入する位置と、大気を導入する位置とで切り替わる切替弁を設け、排気ガス導入時のセンサ出力と大気導入時のセンサ出力とに基づいてスモーク濃度を検出する。
【特許文献１】特開平４−１８４１５２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１のスモークセンサは、ディーゼルエンジンの排気ガス中のスモーク濃度を減少するため、排気ガス中のスモーク濃度を検出し、スモーク濃度が所定の限度以下となるように燃料噴射量を制御するために使用される。したがって、排気浄化フィルタにおける捕集量を推定するためには、ディーゼルエンジン駆動時におけるスモーク濃度を積算して、捕集量を推定する必要がある。スモーク濃度はディーゼルエンジンの駆動状態によって変化するため、燃料噴射毎にスモーク濃度を検出して積算する必要がある。また、スモークがスモークセンサに付着しないようにする構成が必要となり、排気浄化フィルタのカーボン微粒子の捕集量が排気浄化フィルタの再生時期に達したことを検出するために必要な装置を構成する部品点数が多くなり、構成が複雑になる。
【０００７】
本発明は、前記従来の問題に鑑みてなされたものであって、その第１の目的は、構成が簡単で部品点数も少なく、設置スペースの確保が容易でディーゼルエンジンの排気浄化フィルタに捕集されたスート量を検出することができるディーゼルエンジンのスート検出装置を提供することにある。また、第２の目的は排気浄化フィルタの適切な再生時期を判断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。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記の目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、棒状のヒータ部の先端より基端側に所定間隔で配置された一対の電極を備え、先端がディーゼルエンジンの燃焼室に臨むように、かつ前記電極間が前記燃焼室の壁面よりも引っ込んだ位置となるように設けられたグロープラグと、前記一対の電極間の電気抵抗を計測する電気抵抗計測手段と、前記電気抵抗計測手段の計測結果から両電極間に付着したスート量を演算する演算手段とを備えている。
【０００９】
この発明では、グロープラグのヒータ部に設けられた一対の電極間にディーゼルエンジンの燃焼室で発生したスートの一部が付着する。電気抵抗計測手段によって一対の電極間の抵抗が計測される。電極間の電気抵抗は電極間に付着したスート量と所定の関係にある。演算手段は、計測された電極間の電気抵抗に基づいて電極間に付着したスート量を演算する。電極間に付着したスート量は排気浄化フィルタに捕集されるスート量と所定の関係があり、排気浄化フィルタに捕集されたスート量が排気浄化フィルタを再生すべき量に達したか否かを、電極間に付着したスート量を検出することにより判断することが可能になる。したがって、排気浄化フィルタを適切な時期に再生することが可能になる。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記演算手段で演算されたスート量に基づいて、排気通路に設けられた排気浄化フィルタの再生時期になったか否かを判断する再生時期判断手段と、少なくとも前記再生時期判断手段に基づき、排気浄化フィルタの再生が完了された場合に前記ヒータ部内に設けられた通電発熱体に通電して前記電極間に付着しているスートを燃焼除去するように前記通電発熱体の発熱を制御する発熱制御手段とをさらに備えている。
【００１１】
この発明では、再生時期判断手段が電極間に付着したスート量に基づいて排気浄化フィルタの再生時期を判断する。そして、発熱制御手段は、少なくとも排気浄化フィルタの再生が完了された場合にグロープラグの通電発熱体に通電指令を出力して通電発熱体を発熱させ、電極間に付着しているスートが燃焼除去される。したがって、排気浄化フィルタの再生が完了しても電極間に付着したスートを除去せずに、電極間の電気抵抗を計測してスートの付着量を演算して排気浄化フィルタの再生時期を判断する場合に比較して、排気浄化フィルタの再生時期の判断が容易になる。
【００１２】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の発明において、前記発熱制御手段は、前記電極間に付着したスートを、前記排気浄化フィルタの再生時期になるまでに複数回に分けて燃焼除去させるように前記通電発熱体の発熱を制御する。電極間に付着したスート量の増加に伴って電極間の電気抵抗は減少し、その減少割合は付着量の増加に伴って小さくなる。そのため、付着したスート量が少ない状態の方がスート量を精度良く演算することができる。この発明では、電極間に付着したスートを排気浄化フィルタの再生時期になるまでに複数回に分けて燃焼除去させるため、電極間に付着しているスート量が、排気浄化フィルタの再生が完了した場合にのみ除去を行う場合に比較して、多い場合でも半分以下の状態で電極間の電気抵抗が計測されるため、スート量を精度良く演算することができる。
【００１３】
請求項４に記載の発明は、請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の発明において、前記電気抵抗計測手段は、前記ディーゼルエンジンの吸気行程で前記電極間の電気抵抗の計測を行う。付着しているスート量が同じでも温度が変わると電気抵抗も変わる。燃焼室の温度は、圧縮行程や燃焼工程あるいは排気行程ではエンジンの出力により温度が変わるが、吸気行程では殆ど変わらない。この発明では、吸気行程で電極間の電気抵抗が計測されるため、他の行程で計測される場合に比較して計測結果の精度が高くなる。
【００１４】
請求項５に記載の発明は、ディーゼルエンジンの排気通路に設けられた排気浄化フィルタと、棒状のヒータ部の先端より基端側に所定間隔で配置された一対の電極を備え、先端が前記ディーゼルエンジンの燃焼室に臨むように、かつ前記電極間が前記燃焼室の壁面よりも引っ込んだ位置となるように設けられたグロープラグと、前記一対の電極間の電気抵抗を計測する電気抵抗計測手段と、前記電気抵抗計測手段の計測結果から両電極間に付着したスート量を演算する演算手段と、を備え、前記演算手段により算出されたスート量に基づき、前記排気浄化フィルタの再生時期を判断する。したがって、この発明では、排気浄化フィルタの適切な再生時期を判断することができる。
【発明の効果】
【００１５】
請求項１〜請求項４に記載の発明によれば、構成が簡単で部品点数も少なく、設置スペースの確保が容易でディーゼルエンジンの排気浄化フィルタに捕集されたスート量を検出することができる。請求項５に記載の発明によれば、排気浄化フィルタの適切な再生時期を判断することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明を具体化した一実施形態を図１〜図４にしたがって説明する。
図１（ａ）に示すように、ディーゼルエンジン１１は、複数のシリンダ１２ａ（図１（ａ）では１個のみ図示）が形成されたシリンダブロック１２と、シリンダヘッド１３とを備えている。各シリンダ１２ａ内にはピストン１４が往復動可能に設けられている。ピストン１４と、シリンダ１２ａ及びシリンダヘッド１３によって気筒毎に燃焼室１５が形成されている。シリンダヘッド１３には、燃料噴射ノズル１６がそのノズル部を燃焼室１５に露出させた状態で設けられ、燃料通路を通じて燃料噴射ポンプ（いずれも図示せず）から圧送された燃料が燃料噴射ノズル１６から燃焼室１５内へ噴射される。ピストン１４は燃焼室１５での吸気・圧縮行程後の燃焼膨張から得られる推進力によってシリンダ１２ａ内を往復運動し、ピストン１４の往復運動がコンロッド１７を介して図示しないクランクシャフト（出力軸）の回転運動に変換されて出力が得られる。
【００１７】
ディーゼルエンジン１１の燃焼室１５には吸気ポートに繋がる吸気通路１８と、排気ポートに繋がる排気通路１９とがそれぞれ接続されている。吸気通路１８にはその上流側から下流側に向かって順に、エアクリーナ２０、エアフローメータ２１及びスロットルバルブ２２が設けられている。
【００１８】
ディーゼルエンジン１１の排気系を構成する排気通路１９には、ディーゼルエンジン１１の排出ガス（排気）中に含まれるカーボン微粒子を補集する排気浄化フィルタ２３が設けられている。
【００１９】
シリンダヘッド１３には、先端が燃焼室１５内に配置された状態でグロープラグ２４が設けられている。グロープラグ２４は、棒状のヒータ部２６を備え、ヒータ部２６内の先端に通電発熱体２７（図１（ｂ）に図示）が設けられている。また、図１（ｂ）に示すように、グロープラグ２４は、ヒータ部２６の表面の先端より基端側に所定間隔で配置された一対の電極２８，２９を備えている。一対の電極２８，２９は、隙間Δを置いてヒータ部２６の周方向沿って互いに平行に延びるように形成されている。隙間Δは、例えば、０．５ｍｍ程度に設定される。各電極２８，２９はリード線２８ａ，２９ａを介して電気抵抗計測手段３０に電気的に接続されている。そして、一対の電極２８，２９間の電気抵抗を計測することにより、燃焼室で発生して一対の電極２８，２９間に付着したスートの量に対応する計測値が得られるようになっている。なお、燃焼室１５毎に設けられた全てのグロープラグ２４に電極２８，２９を設ける必要はなく、いずれか一つのグロープラグ２４に電極２８，２９を設けるだけでよい。また、シリンダヘッド１３には、その内部に図示しないウォータジャケットが形成されており、図示しないポンプにより内部を冷却水が循環している。このため、燃焼時における燃焼室内の温度は、シリンダヘッド壁面付近で急激に低下する。
【００２０】
グロープラグ２４は、先端が燃焼室１５に臨むように、かつ燃焼室１５で発生して一対の電極２８，２９間に付着したスート（図示せず）がディーゼルエンジン１１の最高出力状態においても燃えないように、シリンダヘッド１３のグロープラグ取付孔１３ａに固定された状態で、両電極２８，２９の隙間Δが燃焼室１５の壁面１５ａよりも取付孔１３ａ内に引っ込んだ位置となるように設けられている。この実施形態では一方の電極２８が燃焼室１５内に位置し、隙間Δ及び他方の電極２９が燃焼室１５の壁面１５ａよりも引っ込んだ位置となるように、グロープラグ２４がシリンダヘッド１３に設けられた取付孔１３ａに固定されている。この実施形態では、グロープラグ２４は、燃焼室１５の壁面１５ａと直交する状態（燃料噴射ノズル１６と平行に延びる状態）で設けられている。
【００２１】
電気抵抗計測手段３０は、ディーゼルエンジン１１の制御を行うＥＣＵ（電子制御ユニット）３１の入力側（入力インタフェイス）に接続されている。ＥＣＵ３１の入力側には、エアフローメータ２１、ディーゼルエンジン１１の水温を検出する水温センサ３２、アクセル開度センサ３３、エンジン回転速度センサ３４等が接続されており、各センサ類により検知されたデータはＥＣＵ３１に入力される。
【００２２】
グロープラグ２４のグローリレー２４ａは、ＥＣＵ３１の出力側（出力インタフェイス）に電気的に接続されている。ＥＣＵ３１は各センサ類から出力される検出信号に基づいてディーゼルエンジン１１の運転状態を判断し、排気浄化フィルタ２３の再生処理時以外は、標準燃焼状態となるように、スロットルバルブ２２等を制御する。「標準燃焼状態」とは、エンジンの運転状態に対応した適正な燃焼状態を意味する。
【００２３】
ＥＣＵ３１はマイクロコンピュータ３５を内蔵する。マイクロコンピュータ３５はメモリ（ＲＯＭおよびＲＡＭ）３６を備える。
メモリ３６には、水温センサ３２、エアフローメータ２１、アクセル開度センサ３３、エンジン回転速度センサ３４等の検出信号から把握される運転状態に基づいて、エンジン制御のために指令すべき各種指令値（制御値）の決定に用いられるマップ、式等が記憶されている。前記マップ、式等には、例えば燃料噴射量、スロットル開度などを決めるマップ、式等が含まれる。
【００２４】
メモリ３６には、排気浄化フィルタ２３の再生処理を行うためのプログラムが記憶されている。また、メモリ３６には、電極２８，２９間に通電した場合の電気抵抗計測手段３０の検出信号に基づいて電極２８，２９間に付着したスート量を演算するとともに、そのスート量に基づいて排気浄化フィルタ２３の再生時期になったか否かを判断するプログラムと、演算に必要なマップ又は関係式が記憶されている。さらに、メモリ３６には、電極２８，２９間に付着したスートを燃焼除去するために、通電発熱体２７に抵抗計測時よりも高電圧・大電流を通電し、電極２８，２９間に付着しているスートを燃焼除去するためのプログラムが記憶されている。
【００２５】
ＥＣＵ３１は、電気抵抗計測手段３０の検出信号に基づいて電極２８，２９間に付着したスート量を演算する演算手段と、演算手段で演算されたスート量に基づいて排気浄化フィルタ２３の再生時期になったか否かを判断する再生時期判断手段とを構成する。また、ＥＣＵ３１は、再生時期判断手段が再生時期と判断し、少なくとも排気浄化フィルタ２３の再生が完了された場合にヒータ部２６内に設けられた通電発熱体２７に通電して電極２８，２９間に付着しているスートを燃焼除去するように通電発熱体２７の発熱を制御する発熱制御手段としても機能する。この実施形態では、ＥＣＵ３１は、電極２８，２９間に付着したスートを、排気浄化フィルタ２３の再生時期になるまでに複数回に分けて燃焼除去させるように通電発熱体２７の発熱を制御する。また、ＥＣＵ３１は、ディーゼルエンジン１１の吸気行程（この実施形態では吸気行程の終了時）において電気抵抗計測手段３０の検出信号を入力して、電極２８，２９間に付着しているスート量を演算する。即ち、電気抵抗計測手段３０は、ディーゼルエンジン１１の吸気行程において電極２８，２９間の電気抵抗の計測を行う。
【００２６】
次に前記のように構成された装置の作用を説明する。
ＥＣＵ３１は、エアフローメータ２１、水温センサ３２、アクセル開度センサ３３、エンジン回転速度センサ３４等の検出信号から把握される運転状態に基づいて、ディーゼルエンジン１１の運転状態に対応した適正な燃焼状態となるように、スロットルバルブ２２等を制御する。この制御は、排気浄化フィルタ２３の再生処理を行ってない状態で行われる。
【００２７】
グロープラグ２４は、ディーゼルエンジン１１の低温始動時において、燃料噴射ノズル１６より噴射される燃料の着火及び燃焼を促進させる役割をなすため、ＥＣＵ３１からの指令信号によりグローリレー２４ａを介して通電発熱体２７が通電状態に保持される。グロープラグ２４の種類にもよるが、通電発熱体２７の通電状態において、ヒータ部２６の先端の温度が１０００〜１２５０℃に達するものもある。
【００２８】
ディーゼルエンジン１１の運転状態において燃焼室１５で発生したスートは、排気ガスが排気通路１９に設けられた排気浄化フィルタ２３を通過する際に排気浄化フィルタ２３に捕集される。そして、スートの捕集量が予め設定された量になると、捕集されたスートを燃焼除去する再生処理を行う必要がある。
【００２９】
この実施形態の装置では、燃焼室１５で発生したスートの一部がグロープラグ２４のヒータ部２６の表面に形成された電極２８，２９間の隙間Δに付着する。隙間Δに付着するスートの付着量は、排気浄化フィルタ２３に捕集されるスートの量と所定の関係があるため、予め排気浄化フィルタ２３に再生処理を行う必要がある量スートが捕集されるまでに、電極２８，２９間に付着するスート量を試験で求めておく。そして、電極２８，２９間に付着したスート量を検出することにより、排気浄化フィルタ２３の再生時期になったか否かを判断して、再生時期になると排気浄化フィルタ２３の再生処理を行う。
【００３０】
次に図２のフローチャートにしたがって排気浄化フィルタ２３に付着したスート量の検出（演算）及び排気浄化フィルタ２３の再生時期になったか否かの判断手順を説明する。ＥＣＵ３１は、排気浄化フィルタ２３の再生処理が行われていない状態で、図２のフローチャートにしたがってスート量の検出（演算）を予め設定された所定時間毎に行う。この実施形態では所定時間は１分に設定されている。
【００３１】
ＥＣＵ３１は、ステップＳ１でディーゼルエンジン１１が吸気行程の終了時か否かを判断し、吸気行程の終了時であればステップＳ２に進み、電気抵抗計測手段３０の検出信号を入力して電極２８，２９間の電気抵抗を計測（検出）する。次にＥＣＵ３１はステップＳ３に進み、電気抵抗の計測値から電極２８，２９間に付着しているスート量を演算する。図３に示すように、電極２８，２９間へのスート付着量と、電極２８，２９間の電気抵抗とは一定の関係があり、ＥＣＵ３１はメモリ３６に記憶されているマップ又は関係式からスート付着量を演算する。電極２８，２９間に付着したスートは、温度が４５０℃以上になると燃焼するが、隙間Δの位置が燃焼室１５の壁面１５ａよりも引っ込んだ位置となるようにグロープラグ２４が設けられているため、電極２８，２９間に付着したスートは、ディーゼルエンジン１１が最高出力で駆動された状態でも燃焼温度に達することなく保持される。
【００３２】
次にＥＣＵ３１はステップＳ４に進み、電極２８，２９間に付着しているスート量が所定量以上か否かを判断する。この実施形態では、ＥＣＵ３１は、電極２８，２９間に付着したスートを、排気浄化フィルタ２３の再生時期になるまでに複数回（例えば、３回）に分けて燃焼除去させるため、所定量は排気浄化フィルタ２３の再生時期になるまでに電極２８，２９間に付着するスート量の１／Ｎ（Ｎは自然数でこの実施形態では３）に設定されている。ＥＣＵ３１は、スート量が所定量未満であれば作業を終了する。また、スート量が所定量以上であればステップＳ５に進み、図示しないカウンタのカウント値に１を加えた後、ステップＳ６に進む。
【００３３】
ＥＣＵ３１は、ステップＳ６でカウント値が所定値か否かを判断する。所定値は、前記複数回の回数であるＮである。ＥＣＵ３１は、カウント値が所定値でなければ、ステップＳ７に進み、電極２８，２９間に付着したスートを燃焼除去するため、グローリレー２４ａを所定時間オン状態にして通電発熱体２７を発熱させた後、作業を終了する。通電発熱体２７への通電時間（所定時間）は例えば５〜６秒程度である。
【００３４】
ＥＣＵ３１は、ステップＳ６でカウント値が所定値であれば、ステップＳ８に進み、排気浄化フィルタ２３が再生時期になったと判断し、排気浄化フィルタ２３の再生処理を行うとともに、電極２８，２９間に付着したスートを燃焼除去するため、グローリレー２４ａをオン状態にして通電発熱体２７を発熱させた後、作業を終了する。なお、排気浄化フィルタ２３の再生処理は、例えば公知の方法で行われる。
【００３５】
この実施形態では図４に示すように、排気浄化フィルタ２３へのスート捕集量が再生を必要とする量に達するまでに、グロープラグ２４の電極２８，２９間に付着したスートが３回に分けて燃焼除去される。なお、図４において、（ａ）及び（ｂ）では、スート量を表す縦軸の尺度が異なるように表されている。
【００３６】
グロープラグ２４に付着したスート量から排気浄化フィルタ２３に捕集されたスート量を推定する代わりに、排気浄化フィルタ２３に一対の電極を設けて、排気浄化フィルタ２３に捕集されたスート量を検出する構成が考えられる。しかし、その場合は、排気浄化フィルタ２３に対するスートの付着状態にはムラがあり、捕集量の検出精度が悪くなって再生時期の精度が低くなる。また、排気浄化フィルタ２３に電極を設けた場合は、電極２８，２９とその周辺構造よりなるスートの検出手段が故障したとしても、検出手段のみの交換が難しく、排気浄化フィルタ２３毎交換するとコストが高くなる。一方、電極２８，２９が設けられたグロープラグ２４の場合は、電極２８，２９をグロープラグ２４毎交換してもコストは安い。
【００３７】
この実施形態によれば、以下に示す効果を得ることができる。
（１）棒状のヒータ部２６の先端より基端側に所定間隔で配置された一対の電極２８，２９を備えたグロープラグ２４を用いて、電極２８，２９間の電気抵抗を電気抵抗計測手段３０で計測し、その計測結果から両電極２８，２９間に付着したスート量を演算する演算手段（ＥＣＵ３１）を備えている。したがって、構成が簡単で部品点数も少なく、設置スペースの確保が容易でディーゼルエンジン１１の排気浄化フィルタ２３に付着したスート量を検出することができる。また、電極２８，２９間に付着したスート量は排気浄化フィルタ２３に捕集されるスート量と所定の関係があり、排気浄化フィルタ２３に捕集されたスート量が排気浄化フィルタ２３を再生すべき量に達したか否かを、電極２８，２９間に付着したスート量を検出することにより判断することが可能になる。したがって、排気浄化フィルタ２３を適切な時期に再生することが可能になる。
【００３８】
（２）グロープラグ２４は、ヒータ部２６の先端がディーゼルエンジン１１の燃焼室１５に臨むように、かつ燃焼室１５で発生して一対の電極２８，２９間に付着したスートがディーゼルエンジン１１の最高出力状態においても燃えないように電極２８，２９間が燃焼室１５の壁面１５ａよりも引っ込んだ位置となるように設けられている。したがって、一旦電極２８，２９間に付着したスートは通電発熱体２７に通電して積極的に燃焼除去するまで保持されるため、スート量を精度良く検出することができる。
【００３９】
（３）ＥＣＵ３１は演算したスート量に基づいて排気浄化フィルタ２３の再生時期になったか否かを判断し、少なくとも排気浄化フィルタ２３の再生を完了した場合にヒータ部２６内に設けられた通電発熱体２７に通電して電極２８，２９間に付着しているスートを燃焼除去するように通電発熱体２７の発熱を制御する。したがって、排気浄化フィルタ２３の再生時期を過ぎても電極２８，２９間に付着したスートを除去せずに、電極２８，２９間の電気抵抗を計測してスートの付着量を演算して排気浄化フィルタ２３の再生時期を判断する場合に比較して、排気浄化フィルタ２３の再生時期の判断が容易になる。
【００４０】
（４）図３に示すように、電極２８，２９間に付着したスート量の増加に伴って電極２８，２９間の電気抵抗は減少し、その減少割合は付着量の増加に伴って小さくなるため、付着したスート量が少ない状態の方がスート量を精度良く演算することができる。ＥＣＵ３１は、電極２８，２９間に付着したスートを、排気浄化フィルタ２３の再生時期になるまでに複数回に分けて燃焼除去させるように通電発熱体２７の発熱を制御する。したがって、電極２８，２９間に付着しているスート量が、排気浄化フィルタ２３の再生を完了した場合にのみ除去を行う場合に比較して、多い場合でも半分以下の状態で電極２８，２９間の電気抵抗が計測されるため、スート量を精度良く演算することができる。
【００４１】
（５）電極２８，２９間に付着しているスート量が同じでも温度が変わると電気抵抗も変わる。燃焼室１５の温度は、圧縮行程や燃焼工程あるいは排気行程ではエンジンの出力により温度が大きく変わるが、吸気行程では殆ど変わらない。ディーゼルエンジン１１の吸気行程で電極２８，２９間の電気抵抗が計測されるため、他の行程で計測される場合に比較して計測結果の精度が高くなる。
【００４２】
実施形態は前記に限定されるものではなく、例えば、次のように具体化してもよい。
○ 排気浄化フィルタ２３の再生時期までに行う電極２８，２９間に付着したスートの燃焼除去回数は３回に限らず、２回や１回、あるいは４回以上としてもよい。回数は、電極２８，２９間に付着するスートの量によって適宜設定される。
【００４３】
○ 電極２８，２９間に付着したスートの燃焼除去回数が所定回数になることに基づいて排気浄化フィルタ２３の再生時期を判断する代わりに、電極２８，２９間の電気抵抗に基づいて演算されたスート量の積算値に基づいて再生時期を判断する構成としてもよい。例えば、電極２８，２９間の電気抵抗に基づいて演算されたスート量の積算値を更新してメモリ３６に記憶しておき、積算値と予め設定された排気浄化フィルタ２３の再生時期に対応する値とを比較して再生時期を判断するようにしてもよい。
【００４４】
○ 電極２８，２９間の電気抵抗の計測時期は、吸気行程の終了時に限らず、吸気行程の開始時や吸気行程の任意の時期に設定しても良い。また、吸気行程以外の行程中としてもよいが、ディーゼルエンジン１１の運転状況によらず温度変化の少ない吸気行程中に行うのが好ましい。
【００４５】
○ 電極２８，２９間の電気抵抗の計測間隔は１分間隔に限らず、１分より長い間隔あるいは短い間隔に設定してもよい。
○ 計測間隔は一定に限らず、例えば、スートの燃焼除去回数を複数回に分けて行う場合、各回の途中までは１分間隔より大きな間隔とし、後半を１分間隔に設定してもよい。
【００４６】
○ 排気浄化フィルタ２３は、カーボン微粒子（ＰＭ）の捕集を行うＤＰＦ（ディーゼル・パティキュレイト・フィルタ）に限らず、ＰＭ及びＮＯｘを同時に低減するＤＰＮＲ（ディーゼル・パティキュレイト・ＮＯｘ・リダクションシステム）と呼ばれる触媒を備えたフィルタであってもよい。また、ＰＭ（粒子状物質）除去処理用のフィルタ（ＤＰＦ）と触媒装置とをそれぞれ独立して排気系に設けた構成としてもよい。
【００４７】
○ グロープラグ２４は、燃焼室１５の壁面１５ａと直交する状態（燃料噴射ノズル１６と平行に延びる状態）で設けられる配置に限らず、壁面１５ａと斜めに交差する状態で設けられる配置にしてもよい。この場合も、電極間の隙間の最も突出した部分の温度が、スートの燃焼温度以下になるように配置すればよい。
【００４８】
○ ディーゼルエンジン１１は、直接噴射式に限らず、副室式（渦流室式）のディーゼルエンジンに適用してもよい。
○ 排気再循環装置（ＥＧＲ装置）が装備されているディーゼルエンジンに適用してもよい。
【００４９】
以下の技術的思想（発明）は前記実施形態から把握できる。
（１）請求項１に記載の発明において、前記演算手段で演算されたスート量に基づいて前記排気浄化フィルタの再生時期になったか否かを判断する再生時期判断手段をさらに備え、前記再生時期判断手段は、前記演算手段で演算されたスート量の積算値と、予め設定された前記再生時期に対応する積算値とを比較して再生時期を判断する。
【００５０】
（２）ディーゼルエンジンの排気通路に設けられた排気浄化フィルタに捕集されたカーボン微粒子を燃焼除去する排気浄化フィルタの再生時期確認方法であって、
グロープラグの棒状のヒータ部表面に一対の電極を設け、前記ヒータ部の先端がディーゼルエンジンの燃焼室に臨むように、かつ前記燃焼室で発生して前記一対の電極間に付着したスートが前記ディーゼルエンジンの最高出力状態においても燃えないように前記電極間が前記燃焼室の壁面よりも引っ込んだ位置となるようにグロープラグを設け、前記一対の電極間の電気抵抗を計測してその計測結果から両電極間に付着したスート量を演算し、そのスート量と予め求めた前記排気浄化フィルタのスート捕集量との関係から前記排気浄化フィルタの再生時期か否かを判断する排気浄化フィルタの再生時期確認方法。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】（ａ）は一実施形態のディーゼルエンジンシステムの概略構成図、（ｂ）は電極の位置を示すグロープラグの部分模式図。
【図２】排気浄化フィルタの再生時期検出手順を示すフローチャート。
【図３】スート付着量と電極間の電気抵抗の関係を示すグラフ。
【図４】（ａ）はＤＰＦへのスート付着量とエンジン運転時間との関係を示すグラフ、（ｂ）はグロープラグの電極間へのスート付着量とエンジン運転時間との関係を示すグラフ。
【図５】従来技術の断面図。
【符号の説明】
【００５２】
１１…ディーゼルエンジン、１５…燃焼室、１５ａ…壁面、１９…排気通路、２３…排気浄化フィルタ、２４…グロープラグ、２６…ヒータ部、２７…通電発熱体、２８，２９…電極、３０…電気抵抗計測手段、３１…演算手段、再生時期判断手段及び発熱制御手段としてのＥＣＵ。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ディーゼルエンジンのスート検出装置及びディーゼルエンジンの排気浄化装置に係り、詳しくはディーゼルエンジン用排気浄化フィルタの再生時期を検出するのに適したディーゼルエンジンのスート検出装置及びディーゼルエンジンの排気浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ディーゼルエンジンの排出ガス（排気）中には、ディーゼルパティキュレートと呼ばれるカーボン微粒子が含まれており、このカーボン微粒子を補集する排気浄化フィルタが排気系に設けられている。排気浄化フィルタは、カーボン微粒子の捕集量が予め設定された所定量以上になったときに、その捕集したカーボン微粒子を燃焼除去することにより再生する必要がある。
【０００３】
排気浄化フィルタに捕集されたカーボン微粒子の捕集量を検出する方法として、ディーゼルエンジンの排気ガス中に含まれるスート（すす）の量あるいはスモーク濃度を検出して、その値から排気浄化フィルタにおける捕集量を推定することが考えられる。
【０００４】
従来、ディーゼルエンジンの排気ガス中に含まれるスモークの濃度を検出するためのスモークセンサとして、図５に示すように、本体６１内に２本の石英ガラス棒６２，６４を有し、一方の石英ガラス棒６２に導入された光がプリズム６８及び検出窓６７を経て石英ガラス棒６４に導入される構成の装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。そして、検出窓６７に被検出用の排気ガスが導入され、光導入用の光ファイバ（図示せず）からの検出光は石英ガラス棒６２からプリズム６８を介して石英ガラス棒６４に通され、排気ガス中のスモーク濃度に応じて石英ガラス棒６４に接続される光ファイバ（図示せず）に接続される光検出器の受光量が変化し、スモーク濃度を知ることができる。ヒータ７０，７２が発光面、受光面に近接して設けられ、発光面及び受光面に付着したカーボン粒子の焼却をすることができるようになっている。
【０００５】
また、このスモークセンサは、一端が排気通路に開口され、他端が車両走行風が導入されるベンチュリに開口された排気ガス取り出し通路に配設される。そして、スモークセンサ上流の排気ガス取り出し通路に、排気ガスをスモークセンサに導入する位置と、大気を導入する位置とで切り替わる切替弁を設け、排気ガス導入時のセンサ出力と大気導入時のセンサ出力とに基づいてスモーク濃度を検出する。
【特許文献１】特開平４−１８４１５２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１のスモークセンサは、ディーゼルエンジンの排気ガス中のスモーク濃度を減少するため、排気ガス中のスモーク濃度を検出し、スモーク濃度が所定の限度以下となるように燃料噴射量を制御するために使用される。したがって、排気浄化フィルタにおける捕集量を推定するためには、ディーゼルエンジン駆動時におけるスモーク濃度を積算して、捕集量を推定する必要がある。スモーク濃度はディーゼルエンジンの駆動状態によって変化するため、燃料噴射毎にスモーク濃度を検出して積算する必要がある。また、スモークがスモークセンサに付着しないようにする構成が必要となり、排気浄化フィルタのカーボン微粒子の捕集量が排気浄化フィルタの再生時期に達したことを検出するために必要な装置を構成する部品点数が多くなり、構成が複雑になる。
【０００７】
本発明は、前記従来の問題に鑑みてなされたものであって、その第１の目的は、構成が簡単で部品点数も少なく、設置スペースの確保が容易でディーゼルエンジンの排気浄化フィルタに捕集されたスート量を検出することができるディーゼルエンジンのスート検出装置を提供することにある。また、第２の目的は排気浄化フィルタの適切な再生時期を判断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。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記の目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、棒状のヒータ部の先端より基端側に所定間隔で配置された一対の電極を備え、先端がディーゼルエンジンの燃焼室に臨むように、かつ前記電極間が前記燃焼室の壁面よりも引っ込んだ位置となるように設けられたグロープラグと、前記一対の電極間の電気抵抗を計測する電気抵抗計測手段と、前記電気抵抗計測手段の計測結果から両電極間に付着したスート量を演算する演算手段とを備えている。
【０００９】
この発明では、グロープラグのヒータ部に設けられた一対の電極間にディーゼルエンジンの燃焼室で発生したスートの一部が付着する。電気抵抗計測手段によって一対の電極間の抵抗が計測される。電極間の電気抵抗は電極間に付着したスート量と所定の関係にある。演算手段は、計測された電極間の電気抵抗に基づいて電極間に付着したスート量を演算する。電極間に付着したスート量は排気浄化フィルタに捕集されるスート量と所定の関係があり、排気浄化フィルタに捕集されたスート量が排気浄化フィルタを再生すべき量に達したか否かを、電極間に付着したスート量を検出することにより判断することが可能になる。したがって、排気浄化フィルタを適切な時期に再生することが可能になる。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記演算手段で演算されたスート量に基づいて、排気通路に設けられた排気浄化フィルタの再生時期になったか否かを判断する再生時期判断手段と、少なくとも前記再生時期判断手段に基づき、排気浄化フィルタの再生が完了された場合に前記ヒータ部内に設けられた通電発熱体に通電して前記電極間に付着しているスートを燃焼除去するように前記通電発熱体の発熱を制御する発熱制御手段とをさらに備えている。
【００１１】
この発明では、再生時期判断手段が電極間に付着したスート量に基づいて排気浄化フィルタの再生時期を判断する。そして、発熱制御手段は、少なくとも排気浄化フィルタの再生が完了された場合にグロープラグの通電発熱体に通電指令を出力して通電発熱体を発熱させ、電極間に付着しているスートが燃焼除去される。したがって、排気浄化フィルタの再生が完了しても電極間に付着したスートを除去せずに、電極間の電気抵抗を計測してスートの付着量を演算して排気浄化フィルタの再生時期を判断する場合に比較して、排気浄化フィルタの再生時期の判断が容易になる。
【００１２】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の発明において、前記発熱制御手段は、前記電極間に付着したスートを、前記排気浄化フィルタの再生時期になるまでに複数回に分けて燃焼除去させるように前記通電発熱体の発熱を制御する。電極間に付着したスート量の増加に伴って電極間の電気抵抗は減少し、その減少割合は付着量の増加に伴って小さくなる。そのため、付着したスート量が少ない状態の方がスート量を精度良く演算することができる。この発明では、電極間に付着したスートを排気浄化フィルタの再生時期になるまでに複数回に分けて燃焼除去させるため、電極間に付着しているスート量が、排気浄化フィルタの再生が完了した場合にのみ除去を行う場合に比較して、多い場合でも半分以下の状態で電極間の電気抵抗が計測されるため、スート量を精度良く演算することができる。
【００１３】
請求項４に記載の発明は、請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の発明において、前記電気抵抗計測手段は、前記ディーゼルエンジンの吸気行程で前記電極間の電気抵抗の計測を行う。付着しているスート量が同じでも温度が変わると電気抵抗も変わる。燃焼室の温度は、圧縮行程や燃焼工程あるいは排気行程ではエンジンの出力により温度が変わるが、吸気行程では殆ど変わらない。この発明では、吸気行程で電極間の電気抵抗が計測されるため、他の行程で計測される場合に比較して計測結果の精度が高くなる。
【００１４】
請求項５に記載の発明は、ディーゼルエンジンの排気通路に設けられた排気浄化フィルタと、棒状のヒータ部の先端より基端側に所定間隔で配置された一対の電極を備え、先端が前記ディーゼルエンジンの燃焼室に臨むように、かつ前記電極間が前記燃焼室の壁面よりも引っ込んだ位置となるように設けられたグロープラグと、前記一対の電極間の電気抵抗を計測する電気抵抗計測手段と、前記電気抵抗計測手段の計測結果から両電極間に付着したスート量を演算する演算手段と、を備え、前記演算手段により算出されたスート量に基づき、前記排気浄化フィルタの再生時期を判断する。したがって、この発明では、排気浄化フィルタの適切な再生時期を判断することができる。
【発明の効果】
【００１５】
請求項１〜請求項４に記載の発明によれば、構成が簡単で部品点数も少なく、設置スペースの確保が容易でディーゼルエンジンの排気浄化フィルタに捕集されたスート量を検出することができる。請求項５に記載の発明によれば、排気浄化フィルタの適切な再生時期を判断することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明を具体化した一実施形態を図１〜図４にしたがって説明する。
図１（ａ）に示すように、ディーゼルエンジン１１は、複数のシリンダ１２ａ（図１（ａ）では１個のみ図示）が形成されたシリンダブロック１２と、シリンダヘッド１３とを備えている。各シリンダ１２ａ内にはピストン１４が往復動可能に設けられている。ピストン１４と、シリンダ１２ａ及びシリンダヘッド１３によって気筒毎に燃焼室１５が形成されている。シリンダヘッド１３には、燃料噴射ノズル１６がそのノズル部を燃焼室１５に露出させた状態で設けられ、燃料通路を通じて燃料噴射ポンプ（いずれも図示せず）から圧送された燃料が燃料噴射ノズル１６から燃焼室１５内へ噴射される。ピストン１４は燃焼室１５での吸気・圧縮行程後の燃焼膨張から得られる推進力によってシリンダ１２ａ内を往復運動し、ピストン１４の往復運動がコンロッド１７を介して図示しないクランクシャフト（出力軸）の回転運動に変換されて出力が得られる。
【００１７】
ディーゼルエンジン１１の燃焼室１５には吸気ポートに繋がる吸気通路１８と、排気ポートに繋がる排気通路１９とがそれぞれ接続されている。吸気通路１８にはその上流側から下流側に向かって順に、エアクリーナ２０、エアフローメータ２１及びスロットルバルブ２２が設けられている。
【００１８】
ディーゼルエンジン１１の排気系を構成する排気通路１９には、ディーゼルエンジン１１の排出ガス（排気）中に含まれるカーボン微粒子を補集する排気浄化フィルタ２３が設けられている。
【００１９】
シリンダヘッド１３には、先端が燃焼室１５内に配置された状態でグロープラグ２４が設けられている。グロープラグ２４は、棒状のヒータ部２６を備え、ヒータ部２６内の先端に通電発熱体２７（図１（ｂ）に図示）が設けられている。また、図１（ｂ）に示すように、グロープラグ２４は、ヒータ部２６の表面の先端より基端側に所定間隔で配置された一対の電極２８，２９を備えている。一対の電極２８，２９は、隙間Δを置いてヒータ部２６の周方向沿って互いに平行に延びるように形成されている。隙間Δは、例えば、０．５ｍｍ程度に設定される。各電極２８，２９はリード線２８ａ，２９ａを介して電気抵抗計測手段３０に電気的に接続されている。そして、一対の電極２８，２９間の電気抵抗を計測することにより、燃焼室で発生して一対の電極２８，２９間に付着したスートの量に対応する計測値が得られるようになっている。なお、燃焼室１５毎に設けられた全てのグロープラグ２４に電極２８，２９を設ける必要はなく、いずれか一つのグロープラグ２４に電極２８，２９を設けるだけでよい。また、シリンダヘッド１３には、その内部に図示しないウォータジャケットが形成されており、図示しないポンプにより内部を冷却水が循環している。このため、燃焼時における燃焼室内の温度は、シリンダヘッド壁面付近で急激に低下する。
【００２０】
グロープラグ２４は、先端が燃焼室１５に臨むように、かつ燃焼室１５で発生して一対の電極２８，２９間に付着したスート（図示せず）がディーゼルエンジン１１の最高出力状態においても燃えないように、シリンダヘッド１３のグロープラグ取付孔１３ａに固定された状態で、両電極２８，２９の隙間Δが燃焼室１５の壁面１５ａよりも取付孔１３ａ内に引っ込んだ位置となるように設けられている。この実施形態では一方の電極２８が燃焼室１５内に位置し、隙間Δ及び他方の電極２９が燃焼室１５の壁面１５ａよりも引っ込んだ位置となるように、グロープラグ２４がシリンダヘッド１３に設けられた取付孔１３ａに固定されている。この実施形態では、グロープラグ２４は、燃焼室１５の壁面１５ａと直交する状態（燃料噴射ノズル１６と平行に延びる状態）で設けられている。
【００２１】
電気抵抗計測手段３０は、ディーゼルエンジン１１の制御を行うＥＣＵ（電子制御ユニット）３１の入力側（入力インタフェイス）に接続されている。ＥＣＵ３１の入力側には、エアフローメータ２１、ディーゼルエンジン１１の水温を検出する水温センサ３２、アクセル開度センサ３３、エンジン回転速度センサ３４等が接続されており、各センサ類により検知されたデータはＥＣＵ３１に入力される。
【００２２】
グロープラグ２４のグローリレー２４ａは、ＥＣＵ３１の出力側（出力インタフェイス）に電気的に接続されている。ＥＣＵ３１は各センサ類から出力される検出信号に基づいてディーゼルエンジン１１の運転状態を判断し、排気浄化フィルタ２３の再生処理時以外は、標準燃焼状態となるように、スロットルバルブ２２等を制御する。「標準燃焼状態」とは、エンジンの運転状態に対応した適正な燃焼状態を意味する。
【００２３】
ＥＣＵ３１はマイクロコンピュータ３５を内蔵する。マイクロコンピュータ３５はメモリ（ＲＯＭおよびＲＡＭ）３６を備える。
メモリ３６には、水温センサ３２、エアフローメータ２１、アクセル開度センサ３３、エンジン回転速度センサ３４等の検出信号から把握される運転状態に基づいて、エンジン制御のために指令すべき各種指令値（制御値）の決定に用いられるマップ、式等が記憶されている。前記マップ、式等には、例えば燃料噴射量、スロットル開度などを決めるマップ、式等が含まれる。
【００２４】
メモリ３６には、排気浄化フィルタ２３の再生処理を行うためのプログラムが記憶されている。また、メモリ３６には、電極２８，２９間に通電した場合の電気抵抗計測手段３０の検出信号に基づいて電極２８，２９間に付着したスート量を演算するとともに、そのスート量に基づいて排気浄化フィルタ２３の再生時期になったか否かを判断するプログラムと、演算に必要なマップ又は関係式が記憶されている。さらに、メモリ３６には、電極２８，２９間に付着したスートを燃焼除去するために、通電発熱体２７に抵抗計測時よりも高電圧・大電流を通電し、電極２８，２９間に付着しているスートを燃焼除去するためのプログラムが記憶されている。
【００２５】
ＥＣＵ３１は、電気抵抗計測手段３０の検出信号に基づいて電極２８，２９間に付着したスート量を演算する演算手段と、演算手段で演算されたスート量に基づいて排気浄化フィルタ２３の再生時期になったか否かを判断する再生時期判断手段とを構成する。また、ＥＣＵ３１は、再生時期判断手段が再生時期と判断し、少なくとも排気浄化フィルタ２３の再生が完了された場合にヒータ部２６内に設けられた通電発熱体２７に通電して電極２８，２９間に付着しているスートを燃焼除去するように通電発熱体２７の発熱を制御する発熱制御手段としても機能する。この実施形態では、ＥＣＵ３１は、電極２８，２９間に付着したスートを、排気浄化フィルタ２３の再生時期になるまでに複数回に分けて燃焼除去させるように通電発熱体２７の発熱を制御する。また、ＥＣＵ３１は、ディーゼルエンジン１１の吸気行程（この実施形態では吸気行程の終了時）において電気抵抗計測手段３０の検出信号を入力して、電極２８，２９間に付着しているスート量を演算する。即ち、電気抵抗計測手段３０は、ディーゼルエンジン１１の吸気行程において電極２８，２９間の電気抵抗の計測を行う。
【００２６】
次に前記のように構成された装置の作用を説明する。
ＥＣＵ３１は、エアフローメータ２１、水温センサ３２、アクセル開度センサ３３、エンジン回転速度センサ３４等の検出信号から把握される運転状態に基づいて、ディーゼルエンジン１１の運転状態に対応した適正な燃焼状態となるように、スロットルバルブ２２等を制御する。この制御は、排気浄化フィルタ２３の再生処理を行ってない状態で行われる。
【００２７】
グロープラグ２４は、ディーゼルエンジン１１の低温始動時において、燃料噴射ノズル１６より噴射される燃料の着火及び燃焼を促進させる役割をなすため、ＥＣＵ３１からの指令信号によりグローリレー２４ａを介して通電発熱体２７が通電状態に保持される。グロープラグ２４の種類にもよるが、通電発熱体２７の通電状態において、ヒータ部２６の先端の温度が１０００〜１２５０℃に達するものもある。
【００２８】
ディーゼルエンジン１１の運転状態において燃焼室１５で発生したスートは、排気ガスが排気通路１９に設けられた排気浄化フィルタ２３を通過する際に排気浄化フィルタ２３に捕集される。そして、スートの捕集量が予め設定された量になると、捕集されたスートを燃焼除去する再生処理を行う必要がある。
【００２９】
この実施形態の装置では、燃焼室１５で発生したスートの一部がグロープラグ２４のヒータ部２６の表面に形成された電極２８，２９間の隙間Δに付着する。隙間Δに付着するスートの付着量は、排気浄化フィルタ２３に捕集されるスートの量と所定の関係があるため、予め排気浄化フィルタ２３に再生処理を行う必要がある量スートが捕集されるまでに、電極２８，２９間に付着するスート量を試験で求めておく。そして、電極２８，２９間に付着したスート量を検出することにより、排気浄化フィルタ２３の再生時期になったか否かを判断して、再生時期になると排気浄化フィルタ２３の再生処理を行う。
【００３０】
次に図２のフローチャートにしたがって排気浄化フィルタ２３に付着したスート量の検出（演算）及び排気浄化フィルタ２３の再生時期になったか否かの判断手順を説明する。ＥＣＵ３１は、排気浄化フィルタ２３の再生処理が行われていない状態で、図２のフローチャートにしたがってスート量の検出（演算）を予め設定された所定時間毎に行う。この実施形態では所定時間は１分に設定されている。
【００３１】
ＥＣＵ３１は、ステップＳ１でディーゼルエンジン１１が吸気行程の終了時か否かを判断し、吸気行程の終了時であればステップＳ２に進み、電気抵抗計測手段３０の検出信号を入力して電極２８，２９間の電気抵抗を計測（検出）する。次にＥＣＵ３１はステップＳ３に進み、電気抵抗の計測値から電極２８，２９間に付着しているスート量を演算する。図３に示すように、電極２８，２９間へのスート付着量と、電極２８，２９間の電気抵抗とは一定の関係があり、ＥＣＵ３１はメモリ３６に記憶されているマップ又は関係式からスート付着量を演算する。電極２８，２９間に付着したスートは、温度が４５０℃以上になると燃焼するが、隙間Δの位置が燃焼室１５の壁面１５ａよりも引っ込んだ位置となるようにグロープラグ２４が設けられているため、電極２８，２９間に付着したスートは、ディーゼルエンジン１１が最高出力で駆動された状態でも燃焼温度に達することなく保持される。
【００３２】
次にＥＣＵ３１はステップＳ４に進み、電極２８，２９間に付着しているスート量が所定量以上か否かを判断する。この実施形態では、ＥＣＵ３１は、電極２８，２９間に付着したスートを、排気浄化フィルタ２３の再生時期になるまでに複数回（例えば、３回）に分けて燃焼除去させるため、所定量は排気浄化フィルタ２３の再生時期になるまでに電極２８，２９間に付着するスート量の１／Ｎ（Ｎは自然数でこの実施形態では３）に設定されている。ＥＣＵ３１は、スート量が所定量未満であれば作業を終了する。また、スート量が所定量以上であればステップＳ５に進み、図示しないカウンタのカウント値に１を加えた後、ステップＳ６に進む。
【００３３】
ＥＣＵ３１は、ステップＳ６でカウント値が所定値か否かを判断する。所定値は、前記複数回の回数であるＮである。ＥＣＵ３１は、カウント値が所定値でなければ、ステップＳ７に進み、電極２８，２９間に付着したスートを燃焼除去するため、グローリレー２４ａを所定時間オン状態にして通電発熱体２７を発熱させた後、作業を終了する。通電発熱体２７への通電時間（所定時間）は例えば５〜６秒程度である。
【００３４】
ＥＣＵ３１は、ステップＳ６でカウント値が所定値であれば、ステップＳ８に進み、排気浄化フィルタ２３が再生時期になったと判断し、排気浄化フィルタ２３の再生処理を行うとともに、電極２８，２９間に付着したスートを燃焼除去するため、グローリレー２４ａをオン状態にして通電発熱体２７を発熱させた後、作業を終了する。なお、排気浄化フィルタ２３の再生処理は、例えば公知の方法で行われる。
【００３５】
この実施形態では図４に示すように、排気浄化フィルタ２３へのスート捕集量が再生を必要とする量に達するまでに、グロープラグ２４の電極２８，２９間に付着したスートが３回に分けて燃焼除去される。なお、図４において、（ａ）及び（ｂ）では、スート量を表す縦軸の尺度が異なるように表されている。
【００３６】
グロープラグ２４に付着したスート量から排気浄化フィルタ２３に捕集されたスート量を推定する代わりに、排気浄化フィルタ２３に一対の電極を設けて、排気浄化フィルタ２３に捕集されたスート量を検出する構成が考えられる。しかし、その場合は、排気浄化フィルタ２３に対するスートの付着状態にはムラがあり、捕集量の検出精度が悪くなって再生時期の精度が低くなる。また、排気浄化フィルタ２３に電極を設けた場合は、電極２８，２９とその周辺構造よりなるスートの検出手段が故障したとしても、検出手段のみの交換が難しく、排気浄化フィルタ２３毎交換するとコストが高くなる。一方、電極２８，２９が設けられたグロープラグ２４の場合は、電極２８，２９をグロープラグ２４毎交換してもコストは安い。
【００３７】
この実施形態によれば、以下に示す効果を得ることができる。
（１）棒状のヒータ部２６の先端より基端側に所定間隔で配置された一対の電極２８，２９を備えたグロープラグ２４を用いて、電極２８，２９間の電気抵抗を電気抵抗計測手段３０で計測し、その計測結果から両電極２８，２９間に付着したスート量を演算する演算手段（ＥＣＵ３１）を備えている。したがって、構成が簡単で部品点数も少なく、設置スペースの確保が容易でディーゼルエンジン１１の排気浄化フィルタ２３に付着したスート量を検出することができる。また、電極２８，２９間に付着したスート量は排気浄化フィルタ２３に捕集されるスート量と所定の関係があり、排気浄化フィルタ２３に捕集されたスート量が排気浄化フィルタ２３を再生すべき量に達したか否かを、電極２８，２９間に付着したスート量を検出することにより判断することが可能になる。したがって、排気浄化フィルタ２３を適切な時期に再生することが可能になる。
【００３８】
（２）グロープラグ２４は、ヒータ部２６の先端がディーゼルエンジン１１の燃焼室１５に臨むように、かつ燃焼室１５で発生して一対の電極２８，２９間に付着したスートがディーゼルエンジン１１の最高出力状態においても燃えないように電極２８，２９間が燃焼室１５の壁面１５ａよりも引っ込んだ位置となるように設けられている。したがって、一旦電極２８，２９間に付着したスートは通電発熱体２７に通電して積極的に燃焼除去するまで保持されるため、スート量を精度良く検出することができる。
【００３９】
（３）ＥＣＵ３１は演算したスート量に基づいて排気浄化フィルタ２３の再生時期になったか否かを判断し、少なくとも排気浄化フィルタ２３の再生を完了した場合にヒータ部２６内に設けられた通電発熱体２７に通電して電極２８，２９間に付着しているスートを燃焼除去するように通電発熱体２７の発熱を制御する。したがって、排気浄化フィルタ２３の再生時期を過ぎても電極２８，２９間に付着したスートを除去せずに、電極２８，２９間の電気抵抗を計測してスートの付着量を演算して排気浄化フィルタ２３の再生時期を判断する場合に比較して、排気浄化フィルタ２３の再生時期の判断が容易になる。
【００４０】
（４）図３に示すように、電極２８，２９間に付着したスート量の増加に伴って電極２８，２９間の電気抵抗は減少し、その減少割合は付着量の増加に伴って小さくなるため、付着したスート量が少ない状態の方がスート量を精度良く演算することができる。ＥＣＵ３１は、電極２８，２９間に付着したスートを、排気浄化フィルタ２３の再生時期になるまでに複数回に分けて燃焼除去させるように通電発熱体２７の発熱を制御する。したがって、電極２８，２９間に付着しているスート量が、排気浄化フィルタ２３の再生を完了した場合にのみ除去を行う場合に比較して、多い場合でも半分以下の状態で電極２８，２９間の電気抵抗が計測されるため、スート量を精度良く演算することができる。
【００４１】
（５）電極２８，２９間に付着しているスート量が同じでも温度が変わると電気抵抗も変わる。燃焼室１５の温度は、圧縮行程や燃焼工程あるいは排気行程ではエンジンの出力により温度が大きく変わるが、吸気行程では殆ど変わらない。ディーゼルエンジン１１の吸気行程で電極２８，２９間の電気抵抗が計測されるため、他の行程で計測される場合に比較して計測結果の精度が高くなる。
【００４２】
実施形態は前記に限定されるものではなく、例えば、次のように具体化してもよい。
○ 排気浄化フィルタ２３の再生時期までに行う電極２８，２９間に付着したスートの燃焼除去回数は３回に限らず、２回や１回、あるいは４回以上としてもよい。回数は、電極２８，２９間に付着するスートの量によって適宜設定される。
【００４３】
○ 電極２８，２９間に付着したスートの燃焼除去回数が所定回数になることに基づいて排気浄化フィルタ２３の再生時期を判断する代わりに、電極２８，２９間の電気抵抗に基づいて演算されたスート量の積算値に基づいて再生時期を判断する構成としてもよい。例えば、電極２８，２９間の電気抵抗に基づいて演算されたスート量の積算値を更新してメモリ３６に記憶しておき、積算値と予め設定された排気浄化フィルタ２３の再生時期に対応する値とを比較して再生時期を判断するようにしてもよい。
【００４４】
○ 電極２８，２９間の電気抵抗の計測時期は、吸気行程の終了時に限らず、吸気行程の開始時や吸気行程の任意の時期に設定しても良い。また、吸気行程以外の行程中としてもよいが、ディーゼルエンジン１１の運転状況によらず温度変化の少ない吸気行程中に行うのが好ましい。
【００４５】
○ 電極２８，２９間の電気抵抗の計測間隔は１分間隔に限らず、１分より長い間隔あるいは短い間隔に設定してもよい。
○ 計測間隔は一定に限らず、例えば、スートの燃焼除去回数を複数回に分けて行う場合、各回の途中までは１分間隔より大きな間隔とし、後半を１分間隔に設定してもよい。
【００４６】
○ 排気浄化フィルタ２３は、カーボン微粒子（ＰＭ）の捕集を行うＤＰＦ（ディーゼル・パティキュレイト・フィルタ）に限らず、ＰＭ及びＮＯｘを同時に低減するＤＰＮＲ（ディーゼル・パティキュレイト・ＮＯｘ・リダクションシステム）と呼ばれる触媒を備えたフィルタであってもよい。また、ＰＭ（粒子状物質）除去処理用のフィルタ（ＤＰＦ）と触媒装置とをそれぞれ独立して排気系に設けた構成としてもよい。
【００４７】
○ グロープラグ２４は、燃焼室１５の壁面１５ａと直交する状態（燃料噴射ノズル１６と平行に延びる状態）で設けられる配置に限らず、壁面１５ａと斜めに交差する状態で設けられる配置にしてもよい。この場合も、電極間の隙間の最も突出した部分の温度が、スートの燃焼温度以下になるように配置すればよい。
【００４８】
○ ディーゼルエンジン１１は、直接噴射式に限らず、副室式（渦流室式）のディーゼルエンジンに適用してもよい。
○ 排気再循環装置（ＥＧＲ装置）が装備されているディーゼルエンジンに適用してもよい。
【００４９】
以下の技術的思想（発明）は前記実施形態から把握できる。
（１）請求項１に記載の発明において、前記演算手段で演算されたスート量に基づいて前記排気浄化フィルタの再生時期になったか否かを判断する再生時期判断手段をさらに備え、前記再生時期判断手段は、前記演算手段で演算されたスート量の積算値と、予め設定された前記再生時期に対応する積算値とを比較して再生時期を判断する。
【００５０】
（２）ディーゼルエンジンの排気通路に設けられた排気浄化フィルタに捕集されたカーボン微粒子を燃焼除去する排気浄化フィルタの再生時期確認方法であって、
グロープラグの棒状のヒータ部表面に一対の電極を設け、前記ヒータ部の先端がディーゼルエンジンの燃焼室に臨むように、かつ前記燃焼室で発生して前記一対の電極間に付着したスートが前記ディーゼルエンジンの最高出力状態においても燃えないように前記電極間が前記燃焼室の壁面よりも引っ込んだ位置となるようにグロープラグを設け、前記一対の電極間の電気抵抗を計測してその計測結果から両電極間に付着したスート量を演算し、そのスート量と予め求めた前記排気浄化フィルタのスート捕集量との関係から前記排気浄化フィルタの再生時期か否かを判断する排気浄化フィルタの再生時期確認方法。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】（ａ）は一実施形態のディーゼルエンジンシステムの概略構成図、（ｂ）は電極の位置を示すグロープラグの部分模式図。
【図２】排気浄化フィルタの再生時期検出手順を示すフローチャート。
【図３】スート付着量と電極間の電気抵抗の関係を示すグラフ。
【図４】（ａ）はＤＰＦへのスート付着量とエンジン運転時間との関係を示すグラフ、（ｂ）はグロープラグの電極間へのスート付着量とエンジン運転時間との関係を示すグラフ。
【図５】従来技術の断面図。
【符号の説明】
【００５２】
１１…ディーゼルエンジン、１５…燃焼室、１５ａ…壁面、１９…排気通路、２３…排気浄化フィルタ、２４…グロープラグ、２６…ヒータ部、２７…通電発熱体、２８，２９…電極、３０…電気抵抗計測手段、３１…演算手段、再生時期判断手段及び発熱制御手段としてのＥＣＵ。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
棒状のヒータ部の先端より基端側に所定間隔で配置された一対の電極を備え、先端がディーゼルエンジンの燃焼室に臨むように、かつ前記電極間が前記燃焼室の壁面よりも引っ込んだ位置となるように設けられたグロープラグと、
前記一対の電極間の電気抵抗を計測する電気抵抗計測手段と、
前記電気抵抗計測手段の計測結果から両電極間に付着したスート量を演算する演算手段と
を備えていることを特徴とするディーゼルエンジンのスート検出装置。
【請求項２】
前記演算手段で演算されたスート量に基づいて、排気通路に設けられた排気浄化フィルタの再生時期になったか否かを判断する再生時期判断手段と、少なくとも前記再生時期判断手段に基づき、排気浄化フィルタの再生が完了された場合に前記ヒータ部内に設けられた通電発熱体に通電して前記電極間に付着しているスートを燃焼除去するように前記通電発熱体の発熱を制御する発熱制御手段とをさらに備えている請求項１に記載のディーゼルエンジンのスート検出装置。
【請求項３】
前記発熱制御手段は、前記電極間に付着したスートを、前記排気浄化フィルタの再生時期になるまでに複数回に分けて燃焼除去させるように前記通電発熱体の発熱を制御する請求項２に記載のディーゼルエンジンのスート検出装置。
【請求項４】
前記電気抵抗計測手段は、前記ディーゼルエンジンの吸気行程で前記電極間の電気抵抗の計測を行う請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載のディーゼルエンジンのスート検出装置。
【請求項５】
ディーゼルエンジンの排気通路に設けられた排気浄化フィルタと、
棒状のヒータ部の先端より基端側に所定間隔で配置された一対の電極を備え、先端が前記ディーゼルエンジンの燃焼室に臨むように、かつ前記電極間が前記燃焼室の壁面よりも引っ込んだ位置となるように設けられたグロープラグと、
前記一対の電極間の電気抵抗を計測する電気抵抗計測手段と、
前記電気抵抗計測手段の計測結果から両電極間に付着したスート量を演算する演算手段と、
を備え、前記演算手段により算出されたスート量に基づき、前記排気浄化フィルタの再生時期を判断することを特徴とするディーゼルエンジンの排気浄化装置。
【請求項１】
棒状のヒータ部の先端より基端側に所定間隔で配置された一対の電極を備え、先端がディーゼルエンジンの燃焼室に臨むように、かつ前記電極間が前記燃焼室の壁面よりも引っ込んだ位置となるように設けられたグロープラグと、
前記一対の電極間の電気抵抗を計測する電気抵抗計測手段と、
前記電気抵抗計測手段の計測結果から両電極間に付着したスート量を演算する演算手段と
を備えていることを特徴とするディーゼルエンジンのスート検出装置。
【請求項２】
前記演算手段で演算されたスート量に基づいて、排気通路に設けられた排気浄化フィルタの再生時期になったか否かを判断する再生時期判断手段と、少なくとも前記再生時期判断手段に基づき、排気浄化フィルタの再生が完了された場合に前記ヒータ部内に設けられた通電発熱体に通電して前記電極間に付着しているスートを燃焼除去するように前記通電発熱体の発熱を制御する発熱制御手段とをさらに備えている請求項１に記載のディーゼルエンジンのスート検出装置。
【請求項３】
前記発熱制御手段は、前記電極間に付着したスートを、前記排気浄化フィルタの再生時期になるまでに複数回に分けて燃焼除去させるように前記通電発熱体の発熱を制御する請求項２に記載のディーゼルエンジンのスート検出装置。
【請求項４】
前記電気抵抗計測手段は、前記ディーゼルエンジンの吸気行程で前記電極間の電気抵抗の計測を行う請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載のディーゼルエンジンのスート検出装置。
【請求項５】
ディーゼルエンジンの排気通路に設けられた排気浄化フィルタと、
棒状のヒータ部の先端より基端側に所定間隔で配置された一対の電極を備え、先端が前記ディーゼルエンジンの燃焼室に臨むように、かつ前記電極間が前記燃焼室の壁面よりも引っ込んだ位置となるように設けられたグロープラグと、
前記一対の電極間の電気抵抗を計測する電気抵抗計測手段と、
前記電気抵抗計測手段の計測結果から両電極間に付着したスート量を演算する演算手段と、
を備え、前記演算手段により算出されたスート量に基づき、前記排気浄化フィルタの再生時期を判断することを特徴とするディーゼルエンジンの排気浄化装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２００８−２９８０４９（Ｐ２００８−２９８０４９Ａ）
【公開日】平成２０年１２月１１日（２００８．１２．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−１４８４８３（Ｐ２００７−１４８４８３）
【出願日】平成１９年６月４日（２００７．６．４）
【出願人】（０００００３２１８）株式会社豊田自動織機 (4,162)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年１２月１１日（２００８．１２．１１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年６月４日（２００７．６．４）
【出願人】（０００００３２１８）株式会社豊田自動織機 (4,162)
【Ｆターム（参考）】
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