JPH0763039A - 排気ガス浄化装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】再生に関連する各種パラメータの変動にかかわ
らず、パティキュレ−トの燃焼効率が良好な排気ガス浄
化装置を提供する。 【構成】フィルタ再生時の最高温度を検出し、この最高
温度に基づいて次回の再生時におけるパティキュレ−ト
捕集量（制御定数）の変更が必要かどうかを判定し（１
１８１、１１８４）、判定結果に基づいて、次回の再生
に使用されるパティキュレ−ト捕集量（制御定数）を修
正する（１１８２、１１８５）。このようにすれば、パ
ティキュレ−ト燃焼効率をフィルタ損傷を招かない範囲
で向上することができる。

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】特開平４−６６７１７号公報は、フィル
タに捕集されたパティキュレ−トを燃焼させてフィルタ
を再生するために、フィルタに近接して配設されたヒー
タ（電熱手段）に所定の給電電力で所定時間だけ通電し
て、フィルタ及びパティキュレ−トを加熱し、パティキ
ュレ−トを燃焼し、これによりフィルタを再生すること
を開示している。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記したフィルタ再生
方式では、再生直前におけるパティキュレ−ト捕集量の
ばらつき、ヒータの抵抗値のばらつきや経年変化、フィ
ルタへのアッシュの堆積量のばらつき、給気流量の変
動、給気の温度変動などの各種の要因により、パティキ
ュレ−ト燃焼効率（フィルタ再生率）が変動してしま
う。

【０００４】本発明者らは、パティキュレ−ト燃焼効率
（フィルタの再生率）が再生中におけるフィルタの最高
温度に深く依存することを発見した。定性的に考えて
も、再生時のフィルタの最高温度が高いということは良
好な燃焼を意味しており、再生率が良好となるであろう
ことがわかる。また、再生時のフィルタの最高温度が低
いということは燃焼不良を意味しており、再生率が不良
となるであろうことがわかる。

【０００５】一方、上記最高温度の上昇が所定の限界温
度（例えばコージェライトを素材とするフィルタでは大
体１０００℃）を超えると、フィルタ２にクラックや溶
損が生じる場合がある。また、通常、ガス温度を測定す
る温度センサの検出温度がこの限界温度を超えない場合
でも、フィルタの局所温度が限界温度を超える場合もあ
り、これを防ぐには上記限界温度よりある程度低い温度
範囲でのフィルタ再生が望ましい。

【０００６】結局、フィルタその他に悪影響が生じない
範囲で再生時の最高温度ができるだけ高くなるように給
気流量や給電電力を制御することが好ましいが、上記し
た各種ばらつきの存在のため、それは実際には困難であ
った。本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、
再生に関連する各種パラメータの変動にかかわらず、パ
ティキュレ−トの燃焼効率が良好な排気ガス浄化装置を
提供することを、解決すべき課題としている。

【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、ディ−ゼルエンジンの排気経路に配設されて前記
ディ−ゼルエンジンから排出されるパティキュレートを
補集するフィルタと、前記フィルタの近傍に配設されて
通電によりパティキュレ−トを燃焼させる電熱手段と、
前記フィルタの再生時に前記フィルタに給気する給気手
段と、前記フィルタの温度に関連する状態量を検出する
フィルタ温度検出手段と、前記給気手段の運転及び前記
電熱手段への通電を指令して前記フィルタの再生を制御
する制御手段とを備える排気ガス浄化装置において、前
記制御手段は、前記フィルタの再生時に検出した前記フ
ィルタの最高温度に基づいて今後の再生時における制御
定数の変更が必要かどうかを判定する再生結果判定手段
と、前記判定結果を出力する判定結果出力手段とを備え
ることを特徴としている。

【０００８】好適な態様において、前記制御手段は、前
記判定結果に基づいて、その後の再生に使用される制御
定数を修正する制御定数修正手段を備える。なお上記制
御定数として、給気流量、給電電力、パティキュレ−ト
捕集量などが採用可能である。

【０００９】

【作用及び発明の効果】温度検出手段はフィルタ再生時
におけるフィルタの最高温度に対応する状態量を検出
し、再生結果判定手段は、検出したこの最高温度に基づ
いて今後の再生時における制御定数の修正が必要かどう
かを判定し、判定結果出力手段はこの判定結果を出力す
る。好適な態様において、制御定数修正手段は、判定結
果に基づいて、その後の再生に使用される制御定数を修
正する。

【００１０】以上説明したように本発明の排気ガス浄化
装置では、再生時のフィルタの最高温度により再生動作
に関連する制御定数の修正が必要かどうかを判定し、修
正が必要な場合にそれを出力するので、次回の再生にお
けるパティキュレ−ト燃焼効率をフィルタ損傷を招かな
い範囲で向上することができる。また上記変形態様で
は、判定結果に基づいて、その後の再生に使用される制
御定数を自動的に修正するので、その後の再生動作にお
けるパティキュレ−ト燃焼効率をフィルタ損傷を招かな
い範囲で向上することができる。

【００１１】

【実施例】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、フィルタ上流側圧力検出用の圧力セ
ンサ７、フィルタ上流側の温度センサ６、ヒータ（本発
明でいう電熱手段）１１、フィルタ２、フィルタ下流側
の温度センサ（本発明でいう温度検出手段）１９、フィ
ルタ下流側圧力検出用の圧力センサ１７が順番に配置さ
れている。なお、本実施例では下流側の温度センサ１９
をフィルタ最高温度検出のための手段すなわち本発明で
いう温度検出手段としたが、その代わりに、上流側の温
度センサ６を本発明でいう温度検出手段としてもよい。

【００１２】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は電磁弁１４を通じて給気用のブロワ（本発明で
いう給気手段）１３の出口に連結されている。一方、上
記したヒータ１１、ブロワ１３のモータＭはコントロー
ラ（本発明でいう再生結果判定手段、判定結果出力手
段、制御定数修正手段、制御手段）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の出力信号はコントローラ８に出力される。

【００１３】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、リレースイッチ５
５、５６を開閉制御してヒータ１１、ブロワ１３を制御
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）。５は給電装置であって、商用
地上電源（図示せず）に接続されるプラグ５１、降圧ト
ランス５２、全波整流器５３からなり、全波整流器５３
から出力される直流電圧がヒータ１１及びブロワ駆動モ
ータＭの各高位端に印加され、ヒータ１１の低位端はス
イッチ５６を通じて接地され、ブロワ駆動モータＭの低
位端はスイッチ５５を通じて接地されている。なお、５
８はヒータ１１への印加電圧を分圧してコントローラ８
へ出力する分圧回路であり、５９はヒータ１１への通電
電流を検出してコントローラ８へ出力する電流センサで
あり、コントローラ１１はこれら電流と電圧の積により
ヒータ１１の発熱量をモニタしている。

【００１４】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。

【００１５】ヒータ１１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。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。

【００１６】（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の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をエンジン停
止期間に外部電源から受電して手動操作による起動によ
り開始するものとする。再生開始直前に電磁弁１４は開
かれる。

【００１７】まず、エンジン運転中に実施されるフィル
タ再生判別ルーチン（ステップ１００〜１１１）及びエ
ンジン停止中に実施されるフィルタ再生実行ルーチン
（ステップ１１２〜１１８）からなるフィルタ再生ルー
チンを図２に示す。まず、エンジン２０の起動とともに
フィルタ再生判別ルーチンがスタートされ、ステップ１
００にて、圧力センサ７、１７が検出する排気圧力Ｐ
１，Ｐ２と、回転数センサ１８が検出するエンジン回転
数ｎと、温度センサ６が検出する排気ガス温度Ｔに基づ
いて、記憶マップに基づいてパティキュレ−ト捕集量Ｇ
を算出する。

【００１８】次に、ステップ１０８にて、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１１１に進む。ステップ
１１１では、フィルタ再生を指令するランプ９１を点灯
して、ルーチンを終了する。

【００１９】その後、運転者がフィルタ再生を指令する
ランプ９１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、上記フィルタ再生
実行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、次に、内蔵のタ
イマーを起動し（１１４）、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）、その後、本実施
例の要部である捕集量修正サブルーチン１１８を実行し
た後、再生を終了する。なお上記再生指令とともに、ス
イッチ５５、５６は所定のデューティ比及び所定のタイ
ミングで開閉制御されてブロワモータＭ及びヒータ１１
が駆動制御され、これにより給気流量及び通電電力が所
定のパターンとなるように制御される。

【００２０】上記したタイマー制御サブルーチンについ
て図３を参照して説明する。このタイマー制御サブルー
チンは、実際にヒータ１１やブロワ１３を駆動して再生
を実行するものであり、まず、放冷サブルーチン３０を
実行してフィルタ２を冷却する。この放冷サブルーチン
３０は、ヒータ１１へ通電することなくブロワ１３を駆
動し、フィルタ２を冷却するものであり、所定時間例え
ば２分間実施される。

【００２１】次に、予熱サブルーチン４０を所定時間だ
け実行してフィルタ２を着火温度より低い所定温度まで
昇温する。この予熱サブルーチンは、フィルタ２に悪影
響が出ない昇温速度でヒータ１１へ通電し、ブロワ１３
を着火後より低給気流量で運転し、フィルタ２を均一か
つ急速に昇温する動作である。次に、着火燃焼サブルー
チン５０を実行してパティキュレ−トを燃焼させる。

【００２２】まず、給気流量を増大しつつヒータ１１に
所定時間通電してフィルタ２を更に昇温してパティキュ
レ−トに着火し、燃焼させる。なお、この着火燃焼サブ
ルーチンの終了は、その開始から一定時間後としてもよ
く、又は着火温度（例えば６００℃）到達時点から一定
時間後としてもよい。また、着火燃焼サブルーチン５０
の開始から終了までのフィルタ温度変化特性を記憶して
おき、検出したフィルタ温度がこの特性に追従するよう
に通電電力や給気流量を制御することもできる。この着
火燃焼サブルーチン５０の終了の決定時又はそれ以前に
ヒータ１１への通電は遮断される。

【００２３】次に、冷却サブルーチン６０を実行してフ
ィルタ２を冷却し、このタイマー制御サブルーチンを終
了する。上記した冷却サブルーチン６０を図４を参照し
て説明する。まず、ブロワ１３はオンしたまま、ヒータ
１１をオフし（６００）、フィルタ２へ外部空気を所定
流量で導入し、フィルタ２を冷却する。

【００２４】次に、温度センサ１９の出力信号を読み取
って、フィルタ２から出た空気温度Ｔを検出し（６０
２）、空気温度Ｔが４００℃未満になるまで待機し（６
０４）、空気温度ＴがＴｃ＝４００℃未満になればブロ
ワ１３をオフして、この冷却サブルーチン６０を終了す
る（６０６）。次に、本実施例の特徴の一つをなす再生
結果判定サブルーチン１５０について図５及び図６を参
照して説明する。なお、このサブルーチン１５０は割り
込みルーチンであって、所定時間経過毎に実施される。

【００２５】まず、現在再生中であることを示す再生フ
ラグが立っているかどうかを調べ（１５１）、立ってい
ればステップ１５４へ進み、立っていなければブロワ１
３が運転中かどうかを調べ（１５２）、運転中でなけれ
ばメインルーチンにリターンしてこのサブルーチン１５
０を終了する。ステップ１５２にてブロワ１３が運転中
であれば、再生が開始されたものとして再生フラグを立
て（１５３）、温度センサ１９の出力信号に基づいてフ
ィルタ温度Ｔを読み込み（１５４）、読み込んだフィル
タ温度Ｔがレジスタに記憶中の記憶温度Ｔｍより高いか
どうかを調べ（１５５）、高くなければメインルーチン
へリターンし、高ければ読み込んだフィルタ温度Ｔを新
しい記憶温度Ｔｍとして記憶する（１５６）。

【００２６】次に、ブロワ１３がオンしているかどうか
を調べ（１５７）、オンしていればまだ再生中であると
してメインルーチンにリターンし、オフしていればもう
再生は終了したものとして再生フラグを０にリセットし
て（１５８）、ステップ１５９へ進む。ステップ１５９
では、今回の再生期間におけるフィルタ２の最高温度で
ある記憶温度Ｔｍが９００℃を超過したかどうかを調
べ、超過したら最高温度が高温過ぎると判定してＥＲフ
ラグを内蔵のＥＲシフトレジスタ（図示せず）にメモリ
し（１６０）、最高温度が９００℃以下であればステッ
プ１６１へ進む。

【００２７】ステップ１６１では、今回の再生期間にお
けるフィルタ２の最高温度である記憶温度Ｔｍが６００
℃未満かどうかを調べ、未満であれば最高温度が低過ぎ
ると判定してＵＲフラグを内蔵のＵＲシフトレジスタ
（図示せず）にメモリし（１６２）、最高温度が６００
℃以上であれば再生は良好としてステップ１６３へ進
む。

【００２８】なお、上記両シフトレジスタはそれぞれ２
０ビットを有し、フィルタ再生を１回実施する度に１回
シフトするものとする。したがって、このシフトレジス
タは過去２０回の再生結果を記憶する。ステップ１６３
では、上記ＵＲシフトレジスタの記憶を調べ、過去２０
回の再生中、最高温度が低温過ぎることを示すＵＲフラ
グが１０回を超えて発生したかどうかを調べ、１０回を
超えて発生したのなら低温警報Ｕを出力し（１６４）、
そうでなければこのサブルーチンを終了してメインルー
チンにリターンする。

【００２９】一方、ステップ１６３においてＵＲフラグ
の累積発生回数が１０回以下であれば、上記ＥＲシフト
レジスタの記憶を調べ（１６５）、過去２０回の再生
中、最高温度が高温過ぎることを示すＥＲフラグが１０
回を超えて発生したかどうかを調べ、１０回を超えて発
生したのなら高温警報Ｅを出力し（１６６）、そうでな
ければこのサブルーチンを終了してメインルーチンにリ
ターンする。

【００３０】次に、本実施例の特徴の他の一つをなす捕
集量修正サブルーチン１１８（図２参照）について図７
を参照して説明する。まず、高温警報フラグＥが立って
いるかどうかを調べ（１１８１）、立っていればパティ
キュレ−ト捕集量のしきい値Ｇｔ（図２参照）の値を、
一定量ΔＧだけ削減し（１１８２）、高温警報フラグＥ
を０にリセットして（１１８３）、ステップ１１８７に
進む。

【００３１】ステップ１１８１にて高温警報フラグＥが
立っていなければ、低温警報フラグＵが立っているかど
うかを調べ（１１８４）、立っていればパティキュレ−
ト捕集量のしきい値Ｇｔ（図２参照）の値を、一定量Δ
Ｇだけ増加し（１１８５）、低温警報フラグＵを０にリ
セットして（１１８６）、ステップ１１８７に進む。ま
た、ステップ１１８４にて低温警報フラグＵが立ってい
なければステップ１１８７に進む。

【００３２】ステップ１１８７では、ステップ１１８
２、１１８５によるパティキュレ−ト捕集量のしきい値
（再生実施しきい値）Ｇｔの修正により、Ｇｔが予め記
憶する許容範囲を逸脱していないかどうかを調べ、逸脱
していなければこのサブルーチンを終了し、逸脱してい
れば、再生実施状況不良を示す警報Ｋを出力して、運転
者の注意を喚起する。

【００３３】以上説明したように本実施例では、フィル
タの再生時に検出したフィルタの最高温度に基づいて次
回の再生開始直前のパティキュレ−ト捕集量（本発明で
いう制御定数）Ｇを決定するので、前回のフィルタの最
高温度が低温の場合にはパティキュレ−トの増加により
フィルタの最高温度は高温となり、逆に、前回のフィル
タの最高温度が高温の場合にはパティキュレ−トの削減
によりフィルタの最高温度は低温となり、フィルタの最
高温度を最適範囲に保持する学習機能を有するという極
めて優れた効果を奏することができる。

【００３４】なお、ステップ１５１〜１６３及び１６５
は本発明でいう再生結果判定手段を構成し、ステップ１
６４、１６６は本発明でいう判定結果出力手段を構成
し、ステップ１１８２、１１８５は本発明でいう制御定
数修正手段を構成している。

【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】図その再生動作を示すフローチャート、

【図３】図２のタイマ制御サブルーチンを示すフローチ
ャート、

【図４】図３の冷却サブルーチンを示すフローチャー
ト、

【図５】再生結果判定サブルーチンを示すフローチャー
ト、

【図６】再生結果判定サブルーチンを示すフローチャー
ト、

【図７】図２の捕集量修正サブルーチンを示すフローチ
ャート、

【符号の説明】

２はフィルタ、６は温度センサ、７、１７は圧力セン
サ、８はコントローラ（再生結果判定手段、判定結果出
力手段、制御定数修正手段、制御手段）、１１はヒータ
（電熱手段）、１９は温度センサ（温度検出手段）。

Claims (2)

【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
   て前記ディ−ゼルエンジンから排出されるパティキュレ
   ートを補集するフィルタと、前記フィルタの近傍に配設
   されて通電によりパティキュレ−トを燃焼させる電熱手
   段と、前記フィルタの再生時に前記フィルタに給気する
   給気手段と、前記フィルタの温度に関連する状態量を検
   出するフィルタ温度検出手段と、前記給気手段の運転及
   び前記電熱手段への通電を指令して前記フィルタの再生
   を制御する制御手段とを備える排気ガス浄化装置におい
   て、 前記制御手段は、前記フィルタの再生時に検出した前記
   フィルタの最高温度に基づいて今後の再生時における制
   御定数の変更が必要かどうかを判定する再生結果判定手
   段と、前記判定結果を出力する判定結果出力手段とを備
   えることを特徴とする排気ガス浄化装置。
2. 【請求項２】前記制御手段は、前記判定結果に基づい
   て、その後の再生に使用される制御定数を修正する制御
   定数修正手段を備える請求項１記載の排気ガス浄化装
   置。