JPH06330732A - 排気ガス浄化装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】パティキュレ−ト捕集量推定に用いる圧力セン
サの不良を検出可能な排気ガス浄化装置を提供する。 【構成】エンジンの回転数、排気ガス温度及び圧力に基
づいてフィルタのパティキュレ−ト捕集量Ｇを推定し、
圧力センサの不良を点検し、圧力センサが正常であれば
パティキュレ−ト捕集量Ｇに基づいてフィルタ再生ルー
チンを実施する。圧力センサのチェックは、エンジン回
転数と排気ガス圧力との関係に基づいて、エンジン回転
数が正常かどうかを調べる（１０２２、１０２４）こと
により実施する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ディーゼル機関の排気
中に含まれる微粒子成分（パティキュレ−ト）を捕集
し、再生する排気ガス浄化装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、ディ−ゼルエンジンの排気経路に
配設されたフィルタと、このフィルタに捕集されたパテ
ィキュレ−トを着火するためのヒータとを備え、例えば
フィルタ前後の差圧の増大により再生時期を判別してヒ
ータへの通電を開始し、再生を行っている。

【０００３】また、実公平２−１８２７５号公報は、フ
ィルタ温度を検出する温度センサを設け、この温度セン
サが所定のしきい温度以上に相当する温度信号を所定時
間以上継続出力する場合に、フィルタ再生完了と判定し
ている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記した
従来のフィルタ再生方式では、パティキュレ−ト捕集量
を上記したように単にフィルタの差圧だけで判定する場
合、エンジン運転条件例えばエンジン回転数や排気ガス
温度によってもフィルタ差圧が変動するために、推定パ
ティキュレ−ト捕集量の誤差が大きいという不具合があ
った。

【０００５】パティキュレ−ト捕集量を過少に推定する
と、再生時の最高温度の上昇によりフィルタ溶損、クラ
ックの可能性が生じ、パティキュレ−ト捕集量を過大に
推定すると、再生不良が生じてしまう。また、フィルタ
の差圧を検出する圧力センサが不良となると、パティキ
ュレ−ト捕集量の推定量の精度に誤差を生じ、上記と同
様にフィルタ溶損、クラック及び再生不良が生じてしま
う。

【０００６】本発明は上記各問題点に鑑みなされたもの
であり、簡単な装置構成により圧力センサの異常に伴う
フィルタ再生の失敗及びフィルタ損傷を回避可能な排気
ガス浄化装置を提供することをその目的としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の排気ガス浄化装
置は、図９のクレーム対応図に示すように、ディ−ゼル
エンジンの排気経路に配設されたフィルタと、前記エン
ジンの回転数を検出する回転数検出手段と、前記排気経
路中の排気ガス温度を検出する温度検出手段と、前記フ
ィルタ前後の圧力を検出する圧力検出手段と、検出され
た前記回転数、排気ガス温度及び圧力に基づいて前記フ
ィルタのパティキュレ−ト捕集量を推定する捕集量推定
手段と、前記フィルタの加熱により前記フィルタに捕集
されたパティキュレ−トを燃焼させて前記フィルタを再
生する電熱手段と、前記推定捕集量が所定レベルに達し
かどうかを判別する再生時期判別手段と、前記推定捕集
量が前記所定レベルに達した場合に発せられるフィルタ
再生指令の入力により前記電熱手段へ通電する通電制御
手段と、前記圧力と前記回転数との関係を記憶する記憶
手段と、前記電熱手段への通電を実施しないエンジン運
転期間に前記圧力検出手段から入力される前記圧力が前
記関係に適合するか否かを判別するとともに、非適合の
場合に前記圧力検出手段の異常を指示する異常警報を発
する圧力異常判別手段とを備えることを特徴としてい
る。

【０００８】

【作用】本発明では、フィルタ上流側の圧力（フィルタ
下流側の圧力又は大気圧を基準とする。以下、単に圧力
ともいう）のみならず、排気ガス温度及びエンジン回転
数に基づいてフィルタのパティキュレ−ト捕集量を推定
している。すなわち、上記圧力は、パティキュレ−ト捕
集量の他に、エンジンの運転状態、例えばエンジン回転
数や排気ガス温度によっても変動してしまうので、圧力
だけではパティキュレ−ト捕集量を正確に検出できな
い。本発明によれば、回転数、圧力、排気ガス温度に基
づいてパティキュレ−ト捕集量を決定しているので、パ
ティキュレ−ト捕集量を正確に検出できる。

【０００９】推定捕集量が所定レベルに達した場合に電
熱手段に通電を指令し（フィルタ再生指令を発し）、電
熱手段はフィルタのパティキュレ−トに着火し、フィル
タを再生する。更に本発明では、パティキュレ−ト捕集
量推定に用いた回転数検出手段及び圧力検出手段を用い
て、非再生時（非通電時）にエンジンの回転数と排気ガ
ス圧力との関係を検出し、検出した回転数と排気ガス圧
力との関係が予め記憶しているエンジン回転数と排気ガ
ス圧力との関係に適合しているかどうかを調べ、非適合
の場合に圧力検出手段を異常と判別する。

【００１０】

【発明の効果】以上説明したように本発明の排気ガス浄
化装置では、エンジン回転数、排気ガス温度及び排気ガ
スの圧力に基づいてフィルタのパティキュレ−ト捕集量
を推定しているので、高精度にパティキュレ−ト捕集量
を推定することができ、フィルタの損傷や再生不良を防
止することができる他、パティキュレ−ト捕集量推定に
用いた回転数検出手段及び圧力検出手段から得たデータ
を予め記憶するデータと比較することにより圧力検出手
段の異常も点検することができ、その結果として、構成
を複雑化することなく、圧力検出手段の異常に起因する
パティキュレ−ト捕集量の誤推定を防止し、パティキュ
レ−ト捕集量の誤推定に基づくフィルタ損傷や再生不良
を抑止することができる。

【００１１】

【実施例】

（実施例１）本発明の排気ガス浄化装置の一実施例を図
１に示す。この排気ガス浄化装置は両端密閉のフィルタ
収容ケース１を有し、フィルタ収容ケース１内にはその
上流側から下流側へ、排気圧検出用の上流側圧力センサ
７、温度センサ６（本発明でいう温度検出手段）、ヒー
タ（本発明でいう電熱手段）１１、フィルタ２、フィル
タ下流圧力検出用の下流側圧力センサ１７が順番に配置
されている。フィルタ収容ケース１の上流側の端壁には
ディーゼルエンジン２０の排気管３が配設されており、
排気管３の途中から送気管１０が分岐されている。送気
管１０は給気用のブロワ１３の出口に連結されている。

【００１２】一方、上記したヒータ１１、ブロワ１３は
コントローラ８により駆動制御され、また、ディーゼル
エンジン２０に装着された回転数センサ１８及びアクセ
ル開度センサ１９の信号はコントローラ８に出力され
る。フィルタ２はハニカムセラミックフィルタ（日本碍
子ｋｋ製、直径５．６６インチ×長さ６インチ）であっ
て、コ−ジェライトを素材として円柱形状に焼成されて
いる。フィルタ２はその両端面を貫通する多数の通気孔
を有し、隣接する通気孔の一方は上流端で封栓され、そ
の他方は下流端で封栓されている。排気ガスは隣接する
通気孔間の多孔性隔壁を透過し、パティキュレ−トだけ
が通気孔内に捕集される。フィルタ２の両端面はケース
１の両端面に所定距離を隔てて対面している。

【００１３】ヒータ３はニクロム線を素材とする電熱抵
抗体からなり、フィルタ２の再生時上流側に当たる端面
に近接配置されている。コントローラ８はＡ／Ｄコンバ
ータ内蔵マイコン（図示せず）を具備しており、各種デ
ータを処理して、ヒータ１１、ブロワ１３を制御して再
生を実行するともに、異常発生時に異常警報ランプ９を
点灯する（異常信号を出力する）。

【００１４】以下、この装置の動作を説明する。 （パティキュレ−ト捕集動作）ディ−ゼルエンジン２０
から排出された排気ガスは排気管３を通じてケース１内
に導入され、排気ガス中のパティキュレ−トはフィルタ
２で捕集され、浄化された排気ガスは尾管４から外部に
排出される。

【００１５】（フィルタ再生動作）次に、このフィルタ
２の再生動作を図２〜図７に示すフローチャートに従っ
て説明する。なお、この装置ではフィルタ再生動作はエ
ンジン停止期間に行うものとする。図２はフィルタ判別
ルーチンであって、まず、ステップ１００にて、圧力セ
ンサ７、１７が検出する排気圧力Ｐ１，Ｐ２と、回転数
センサ１８が検出するエンジン回転数ｎと、排気ガス温
度Ｔを検出する温度センサ６に基づいて、パティキュレ
−ト捕集量Ｇを算出する。

【００１６】このパティキュレ−ト捕集量Ｇの算出を、
図４のサブルーチンにて詳細に説明する。まず、ステッ
プ１００１にて、排気圧力Ｐ１，Ｐ２、回転数ｎ及び排
気ガス温度Ｔを入力する。次に、ステップ１００２に
て、フィルタ２の圧力損失（差圧）ΔＰ＝Ｐ１−Ｐ２に
対する回転数ｎ、排気ガス温度Ｔの影響を排除するため
に、以下の補正式により、補正差圧ΔＰｅｑｉを求め
る。

【００１７】 ΔＰｅｑｉ＝ΔＰ×（５２３／Ｔ）×（２６００／ｎ） 排気ガス温度Ｔは絶対温度であり、回転数ｎの単位はｒ
ｐｍである。すなわち、上式により測定差圧ΔＰを、絶
対温度Ｔが５２３で、回転数ｎが２６００の場合の差圧
に相当する補正差圧ΔＰｅｑｉを算出する。したがっ
て、本実施例では、差圧は排気ガス温度Ｔ又は回転数ｎ
の変動に対して逆比例するものと近似している。この補
正差圧ΔＰｅｑｉは５０ｍｓｅｃ毎に算出する。

【００１８】次に、ステップ１００３にて、補正差圧Δ
Ｐｅｑｉの直前６４個の各算出値の平均を求め、これを
平均補正差圧ΔＰｅｑｍとする。次に、ステップ１００
４にて、マイコン式のコントローラ８内蔵のメモリ（図
示せず）に格納されて平均補正差圧ΔＰｅｑｍと捕集量
Ｇとの関係を記憶するテーブルから、捕集量Ｇをサーチ
する。

【００１９】次に、ステップ１０１にて回転数ｎを積算
して累積回転数を算出する。なお、回転数ｎを積算する
カウンタは後述するステップ１１８にてリセットされた
後、ステップ１００１で読み取った回転数ｎに前回のス
テップ１００１開始時点から今回のステップ１００１開
始時点までの時間Δｔを掛け、この積算値ｎ×Δｔを前
回までの積算値（累積回転数）に加算して、今回の累積
回転数とすることにより実施される。

【００２０】また、ステップ１０１では、前回のフィル
タ再生終了後の累積エンジン運転時間（以下、単に稼働
時間という）もカウントする。この稼働時間は、エンジ
ン運転中は作動するタイマ（図示せず）を用い、このタ
イマはステップ１１８にてリセットされる。更に、ステ
ップ１０１にて平均累積回転数を算出する。この平均累
積回転数は、過去ｎ（ここで５回）回算出した５個の上
記累積回転数の平均値（移動平均値）を求めて、これを
平均累積回転数とする。なお、最初の４回のルーチンで
は所定の定数値を平均累積回転数として採用する。

【００２１】次のステップ１０２では、圧力センサ７、
１７の点検を行うための圧力点検サブルーチンを実行す
る。この圧力点検サブルーチンを図５のフローチャート
を参照して説明する。まず、エンジン回転数が７５０〜
２５００ｒｐｍかどうかを調べ（１０２１）、ＮＯなら
ステップ１０２３に迂回し、ＹＥＳなら圧力センサ７か
ら出力されるフィルタ上流圧力Ｐｆが７５０〜１３００
ｍＨｇで、かつ、圧力センサ７１から出力されるフィル
タ下流圧力Ｐｂが７００〜７８０ｍＨｇとなるかどうか
を調べる（１０２２）。予めの調査により、エンジン回
転数が７５０〜２５００ｒｐｍであれば、フィルタ２へ
のパティキュレ−ト捕集量の予想される変動範囲におい
て、フィルタ上流圧力Ｐｆが７５０〜１３００ｍＨｇ、
フィルタ下流圧力Ｐｂが７００〜７８０ｍＨｇとなるこ
とが分かっている。したがって、ステップ１０２２の判
別条件を満足する場合にのみ、圧力センサ７、１７は正
常として、ステップ１０２３に進み、そうでなければス
テップ１０２５に進む。

【００２２】ステップ１０２３では、エンジン回転数が
７５０ｒｐｍから２５００ｒｐｍまで連続的に変化した
かどうかを調べ、ＮＯならステップ１０２３を迂回して
ステップ１０２９に進み、ＹＥＳなら、この回転数変化
によるフィルタ上流圧力の変化ΔＰｆが７０ｍＨｇ以上
で、かつ、フィルタ下流圧力Ｐｂの変化ΔＰｂが２０ｍ
Ｈｇ以上となるかどうかを調べる（１０２４）。予めの
調査により、エンジン回転数が７５０ｒｐｍから２５０
０ｒｐｍへ連続的に増大する場合、ΔＰｆは７０ｍＨｇ
以上、ΔＰｂは２０ｍＨｇ以上となることがわかってい
る。したがって、ステップ１０２４の判別条件を満足す
る場合にのみ、圧力センサ７、１７は正常として、後述
のタイマを０にリセットし（１０２９）、メインルーチ
ンにリターンし、そうでなければステップ１０２５に進
む。

【００２３】ステップ１０２５ではマイコン内蔵のタイ
マが作動中かどうかを調べ、作動中でなければこのタイ
マをスタートさせ（１０２６）、作動中ならステップ１
０２６に迂回してステップ１０２７に進む。これによ
り、圧力センサ７又は１７が異常な状態であればタイマ
がスタートすることになる。次のステップ１０２７で
は、上述のタイマが３秒を経過したかどうかを調べ、経
過していなければメインルーチンにリターンし、経過し
ていれば圧力センサ７又は１７の異常状態が３秒以上継
続したものとして、異常表示ランプ９を点灯し（１０２
８）、緊急再生用の臨時パティキュレ−ト捕集量Ｇ’の
算出、置換を実行するサブルーチンを実行してメインル
ーチンにリターンする。

【００２４】この臨時捕集量算出、置換サブルーチンを
図６を参照して説明する。まず、ステップ１０３１にて
ステップ１０１で算出した累積回転数が平均累積回転数
＋所定値α以上かどうかを調べ、以上であればフィルタ
再生時期に達したものと推定してステップ１０３４に進
む。一方、未満であれば、ステップ１０３２にてステッ
プ１０１で算出した稼働時間が平均稼働時間＋所定値β
以上かどうかを調べ、以上であればフィルタ再生時期に
達したものと推定してステップ１０３４に進む。なお、
平均稼働時間はステップ１０１にて平均累積回転数と同
様に各回の稼働時間の移動平均値として算出する。

【００２５】なお、上記したステップ１００では差圧Δ
Ｐを元にパティキュレ−ト捕集量Ｇを算出したが、圧力
センサ１７が異常の場合、圧力センサ７の値により差圧
ΔＰを置換することも可能である。このようにすれば、
圧力センサ７又は１７の一方又は両方が故障しても再生
時期を判別し、指令することができ、パティキュレ−ト
捕集量が過大となるのを警告することができる。

【００２６】次のステップ１０８では、サーチしたパテ
ィキュレ−ト捕集量Ｇが所定のしきい値Ｇｔを超過した
かどうかを調べ、超過しなければステップ１００にリタ
ーンし、超過したらステップ１０９に進んで再生指令表
示灯９１を点灯してルーチンを終了する。次に、フィル
タ再生ルーチンを図３を参照して説明する。

【００２７】運転者がフィルタ再生を指令するランプ９
１の点灯を視認し、エンジン停止状態にて再生スイッチ
（図示せず）をオンすると、フィルタ再生ルーチンが開
始される。このルーチンでは、まずステップ１１２にて
ブロワ１３を起動し、内蔵のタイマーを起動し（１１
４）、タイマー制御サブルーチンを実行して再生動作を
行い（１１６）、再生終了後、コントローラ８内のマイ
コン（図示せず）に内蔵される回転数積算カウンタ（累
積回転数積算用）及び稼働時間積算タイマ（エンジン稼
働時間積算用）をリセットする（１１８）。

【００２８】タイマー制御サブルーチンについて図７を
参照しつつ以下に説明する。このサブルーチンは、ブロ
ワ１３通電からの時間をパラメータとして通電、送風制
御を行うものであり、まずブロワ１３通電後、時間Ｔａ
（ここでは１分）経過したら（１１６１）、ヒータ１１
への予熱電力の通電を開始する（１１６２）。次に、ヒ
ータ１１通電後、時間Ｔｂ’経過したら通電電力を着火
電力に増大し、その後、ヒータ１１通電から時間Ｔｂ経
過したら（１１６３）、ヒータ１１への通電電力を着火
電力から燃焼持続電力に切り換える（１１６４）。次
に、Ｔｂ経過後、時間Ｔｃ（ここでは１５分）経過した
ら（１１６５）、通電を停止する（１１６６）。次に、
通電停止後、時間Ｔｄ（ここでは１０分）経過したら
（１１６７）、送風を停止する（１１６８）。

【００２９】図８にこのサブルーチン中におけるタイミ
ングチャートを示す。上記ルーチンにおいて、ステップ
１００は本発明でいう捕集量推定手段であり、ステップ
１０８は本発明でいう再生時期判別手段であり、ステッ
プ１１２〜１１６でいう通電制御手段であり、ステップ
１０２２、１０２４は記憶手段及び異常判別手段であ
る。

【００３０】上記説明したように本実施例では、エンジ
ン回転数、排気ガス温度及び排気ガスの圧力に基づい
て、フィルタのパティキュレ−ト捕集量を正確に推定す
るとともに、検出した圧力が回転数と圧力との関係から
逸脱しているかどうかをチェックしているので、正確で
高い信頼性を有するフィルタ再生を実現でき、パティキ
ュレ−ト捕集量の推定の誤りに基づくフィルタの溶損や
クラック又は再生不良を防止できる。

【００３１】なお上記実施例よりも更に詳細なエンジン
回転数と圧力との関係をマップとして記憶し、このマッ
プから得られた基準の圧力と、検出圧力とを比較して圧
力センサの良、不良を検出することも可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の排気ガス浄化装置の一実施例を示すブ
ロック図、

【図２】その再生動作を示すフローチャート、

【図３】その再生動作を示すフローチャート、

【図４】その再生動作を示すフローチャート、

【図５】その再生動作を示すフローチャート、

【図６】その再生動作を示すフローチャート、

【図７】その再生動作を示すフローチャート、

【図８】その再生モードを示すタイミングチャート、

【図９】クレーム対応図。

【符号の説明】

２はフィルタ、６は温度センサ（温度検出手段）、７、
１７は圧力センサ（圧力検出手段）、８はコントローラ
（捕集量検出手段、再生時期判別手段、記憶手段、通電
制御手段、異常判別手段）、１１はヒータ（電熱手
段）、１８は回転数センサ（回転数検出手段）。

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【手続補正書】

【提出日】平成５年９月２０日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１１

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１１】

【実施例】 （実施例１）本発明の排気ガス浄化装置の一実施例を図
１に示す。この排気ガス浄化装置は両端密閉のフィルタ
収容ケース１を有し、フィルタ収容ケース１内にはその
上流側から下流側へ、排気圧検出用の上流側圧力センサ
７、温度センサ６（本発明でいう温度検出手段）、ヒー
タ（本発明でいう電熱手段）１１、フィルタ２、フィル
タ下流圧力検出用の下流側圧力センサ１７が順番に配置
されている。フィルタ収容ケース１の上流側の端壁には
ディーゼルエンジン２０の排気管３が配設されており、
排気管３の途中から送気管１０が分岐されている。送気
管１０は給気用のブロワ１３の出口にバルブ１４を通じ
て連結されている。

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１２

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１２】一方、上記したヒータ１１、ブロワ１３及
びバルブ１４はコントローラ８により駆動制御され、ま
た、ディーゼルエンジン２０に装着された回転数センサ
１８及びアクセル開度センサ１９の信号はコントローラ
８に出力される。フィルタ２はハニカムセラミックフィ
ルタ（日本碍子ｋｋ製、直径５．６６インチ×長さ６イ
ンチ）であって、コ−ジェライトを素材として円柱形状
に焼成されている。フィルタ２はその両端面を貫通する
多数の通気孔を有し、隣接する通気孔の一方は上流端で
封栓され、その他方は下流端で封栓されている。排気ガ
スは隣接する通気孔間の多孔性隔壁を透過し、パティキ
ュレ−トだけが通気孔内に捕集される。フィルタ２の両
端面はケース１の両端面に所定距離を隔てて対面してい
る。

【手続補正３】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図１

【補正方法】変更

【補正内容】

【図１】

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ディ−ゼルエンジンの排気経路に配設さ
   れたフィルタと、前記エンジンの回転数を検出する回転
   数検出手段と、前記排気経路中の排気ガス温度を検出す
   る温度検出手段と、前記フィルタ上流側の圧力を検出す
   る圧力検出手段と、検出された前記回転数、排気ガス温
   度及び圧力に基づいて前記フィルタのパティキュレ−ト
   捕集量を推定する捕集量推定手段と、前記フィルタの加
   熱により前記フィルタに捕集されたパティキュレ−トを
   燃焼させて前記フィルタを再生する電熱手段と、前記推
   定捕集量が所定レベルに達しかどうかを判別する再生時
   期判別手段と、前記推定捕集量が前記所定レベルに達し
   た場合に発せられるフィルタ再生指令の入力により前記
   電熱手段へ通電する通電制御手段と、前記圧力と前記回
   転数との関係を記憶する記憶手段と、前記電熱手段への
   通電を実施しないエンジン運転期間に前記圧力検出手段
   から入力される前記圧力が前記関係に適合するか否かを
   判別するとともに、非適合の場合に前記圧力検出手段の
   異常を指示する異常警報を発する圧力異常判別手段とを
   備えることを特徴とする排気ガス浄化装置。