JPH01313612A - パティキュレートトラップ再燃焼装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、ディーゼルエンジン等の排気ガス中のパティ
キュレートを補薬するトラップを再生制御する装置に関
するものであり、特にディーゼルエンジンのパティキュ
レートトラップ（以下、単にトラップと称する）を再燃
焼する時のトラップ温度を制御する装置に関するもので
ある。

［従来の技術］ 従来のパティキュレートトラップの再燃焼装置で再燃焼
時のトラップ温度を制御するものとしては、例えば特開
昭５９−２０５１４号公報等が挙げられる。

まず、特開昭５９−２０５１４号公報では、トラップ前
面に設置した電気ヒーターに通電し、トラップ入口側の
温度センサによって入口側の温度が設定値に達したこと
を検知すると、パティキュレートの本格的な燃焼が開始
したと判定し、トラップ人口弁とトラップのバイパス管
に設けた弁とをそれぞれの弁開度を調整することによっ
てパテイキュレートの燃焼を継続させるために必要な一
定量の排気ガスをトラップに流すよう制御している。

［発明が解決しようとする課題］ 上記の特開昭５９−２０５１４号公報の場合には、トラ
ップの入口温度のガス導入時の設定値とトラップ内最高
温度及び再燃焼効率（燃焼残量＝排圧／単位時ｍ）との
関係が考慮されていないために次のような問題点があっ
た。

即ち、捕集量一定で導入ガス量一定の時、トラップへの
ガス導入時のトラップ入口温度とトラップ内最高温度及
び再燃焼効率との関係は第３図に示すような特性を示す
ものであり、口振とする再燃焼効率（８０％）を得るた
めに電気ヒーターによって昇温するトラップ入口温度を
Ｔ２以下にすると、トラップ内最高温度が上限温度Ｔｎ
を越えてトラップに亀裂等の破損を与えてしまうし、逆
に、トラップの破損を防止するためには、トラップ入口
温度をＴ１以下にする必要があり、この場合には再燃焼
効率は目標値（８０％）を確保できなくなる。

従って、本発明の目的は、トラップの再燃焼開始後、排
気ガスを導入する時のトラップ入口温度を最適に制御し
てトラップの溶損を防止するとともに再燃焼効率の犠牲
を最小限に抑えることに在る。

［課題を解決するための手段］ 上記の問題点を解決する手段として、本発明に係るパテ
ィキュレートトラップの再燃焼装置は、エンジンの排気
系に設けたパティキュレートトラップの入口温度センサ
と、該トラップの再燃焼工程開始後、排気ガス導入前に
該トラップの入口温度がトラップ溶損を起こさせない最
大の再燃焼効率を与える所定温度範囲に入るように所定
時間再燃焼用加熱手段を制御する制御手段と、を備えて
いる。

また、本発明では、該トラップの入口圧センナ及び前後
差圧センサとを更に備え、該制御手段が、該トラップの
再燃焼終了後に該入口圧及び前後差圧から該トラップと
固定絞りとの前後差圧比を演算し、この比が基準値を越
えた時に次回の再燃焼時における該所定温度範囲を規定
する上下限温度を共に上昇させる制御を行うこともでき
る。

［作　　用］ 以下、本発明のトラップ入口温度制御についてを第３図
乃至第６図を用いて説明する。

まず、第３図から分かることは、トラップ入口温度はト
ラップ破損を招く温度Ｔ１よりは高くできないので、こ
の温度Ｔ１付近に制御すれば再燃焼効率は最小限の減少
（破損を招かない温度の中では最大の再燃焼効率）に抑
えることができるということである。

これを更に詳しく説明すると、トラップ内温度の推移を
経時的に温度のグラフで表した第４図（ａ）、（ｂ）に
示す如く、トラップ入口温度■を上げ過ぎた場合（■≧
Ｔ２）、この状態で一定排気ガスを導入するとトラップ
の破損は出口側中央部付近に起こる。これは、トラップ
入口の温度が高いため、ここに排気ガスを導入するとパ
ティキュレートの再燃焼が急激に起こることと、この時
の熱発生率が高いことから排気ガスの流れによる熱量の
持ち去りが追い付かず、トラップ出口側中央部の排気ガ
スがトラップを通り抜ける部分の温度■が上がり過ぎる
ことに因る。一方、トラップ入口温度をＴ１より低く設
定し、この温度に達した直後から排気ガスを導入した場
合は、この温度が低いので第５図（ａ）、（ｂ）に示す
ようにトラップ内の最高温度部分■でもその温度はトラ
ップ破損温度Ｔｎには達しない、しかし、この場合、入
口温度が低いのでトラップ前面でのパティキュレートの
着火が不十分となり一般的に着火しにくい周辺部（第５
図（ａ）の■〜■）の再燃焼が不良となってトラップで
の再燃焼効率が低くなる。

そこで、本発明では、トラップ入口温度を温度Ｔ１に近
づけるため、第６図に示すようにトラップ入口温度がＴ
１とＴｌ’の間に収まるよう制御を行う、これにより、
第７図（＆）、（ｂ）に示すように、トラップ前面だけ
でなくその周辺部まで均等にＴ１に昇温し、この後トラ
ップに排気ガスを導入して本格的再燃焼を開始させるの
で、パティキュレートの急激な再燃焼を起こさせず、従
ってトラップ内の最高温度を破損温度まで上昇させずに
トラップ周辺部も十分着火するよう予熱して効率のよい
再燃焼を行っている。

一方、再燃焼時のトラップ内最高温度を破損温度以下に
抑えることによる代償としてパティキュレートが燃え残
ることになるが、再燃焼を繰り返すにつれて燃え残りの
パティキュレート中のドライカーボン量が多くなり徐々
に燃えにくくなってしまう点を解決する必要がある。

ここで、第８図に示すように、トラップ１の入口圧（対
大気）をＰ、トラップ１の圧力損失（前後差圧）を２１
、トラップ１の下流に接続された固定絞り２の圧力損失
をＰ２とすると、再燃焼工程を繰り返した時、再燃焼効
率が１００％であれば第９図に示すようにＰ　ｒ　／　
Ｐ　２は再燃焼によって捕集前の特性Ａに戻るが、通常
は第９図に示すように燃え残りが生ずる。

これを第１０図及び第１１図に基づいて更に説明すると
、第１０図の点線に示すようにパティキュレート中のド
ライカーボン量の割合が多い程、一定の再燃焼速度を得
るためのトラップ入口温度は高くしなければならない、
従って、パティキュレート中のドライカーボン量とトラ
ップ入口温度との関係は第１１図の如くドライカーボン
量が多い程、トラップ入口温度は高く設定しなければな
らない。

そこで、本発明では更に、再燃焼終了後のＰｌ／Ｐ２を
センサから検出して演算し、Ｐ＋／Ｐ２≧Ｋ（点線特性
Ｂの傾きであり一定値）に該当する第９図の斜線部と判
定すると、燃え残りが多いとして次回の再燃焼時のトラ
ップ前面温度の上記所定温度範囲を規定する上下限温度
を共に上昇させて再燃焼速度を上げるＩＩＩ御を行って
いる。

Ｅ実施例］ 以下、本願発明に係るパティキュレートトラップの再燃
焼装置の実施例を説明する。

第１図は本発明の一実施例を示したもので、１はトラッ
プ、２は排気サイレンサー等の固定絞り、３は排気管、
４はトラップ１の入口側前面に取り付けられた電気ヒー
ター、５は電気ヒーター４の電源Ｂを投入するためのヒ
ーターリレー、６はトラップｌの入口側に設置された温
度センサ、７はトラップ１へ流入するエンジンからの排
気ガスを開閉するトラップ入口バルブ、８はトラップ１
を側路するバイパス管、９はバイパス管８への排気ガス
流を開閉するバイパスバルブ、１ｏ及び１１はバルブ７
及び９をバキュームポンプ■Ｐがらの負圧により開閉制
御するバキュームスイッチングバルブ（ＶＳＶ）　、１
２はトラップ１の入口側圧力（対大気圧）を検出する入
口圧センナ、１３はトラップ１の圧力損失、即ち前後差
圧を検出する差圧センナ、そして１４は、センサ６．１
２及び１３の検出信号に応答してヒーターリレー５及び
スイッチングバルブ１０．１１に制御信号を送る制御手
段としてのコントローラ（ＣＰＵ）である。

尚、固定絞り２は、トラップ１に所定Ｉのパティキュレ
ートが捕集された状態における排気抵抗とほぼ同等の排
気抵抗を有するように絞り量が定められており、トラッ
プ゛１に所定量のパティキュレートが捕集された状態で
の検出精度を向上させるとともに消音器又は消熱器とし
ても作用するものである。

第２図はコントローラ１４で実行されるプログラムのフ
ローチャートを示す図で、この第２図のフローチャート
を参照しながら、以下、第１図のパティキュレートトラ
ップの再燃焼装置の動作を説明する。

通常のパティキュレート捕集時は、排気ガスをトラップ
１の側にのみ流すようにコントローラ１４は入ロバルプ
７及びバイパスバルブ９を第１図に示す通り制御する。

そして再燃焼時期に達したか否かを判定する（第２図の
ステップＳ１）、この再燃焼時期の判定方法は種々在る
が、以下にその一例を示す。

コントローラ１４は常に入口圧センサ１２及び差圧セン
サ１３の出力信号Ｐ及びＰｌをそれぞれ入力し、これら
の信号から、第８図に示す通り、■固定絞り２の前後差
圧Ｐ　２　＝　Ｐ　−Ｐ　１を演算し、これに基づいて
■トラップ１の前後差圧ＰＩ　と固定絞り２の前後差圧
Ｐ２との比ＰＩ／Ｐ２＝Ｐｌ／（Ｐ　−Ｐ＋）を演算す
る。このようにして得られた前後差圧比ＰＩ／Ｐ２は、
パティキュレートの捕集状君と関係が無い固定絞り２を
基準としてトラップ１にどのくらいパティキュレートが
捕集されたかを示すものであり、従って第９図に示すよ
うに、予め捕集量と前後差圧比ＰＩ／Ｐ２との特性曲線
Ｃを求めておけば、この曲線Ｃの傾きに′を許容最大捕
集状態を示す値と考えることができる。従って、この値
に′をコントローラ１４に記憶しておき、この基準値に
′を、演算して得た実際の前後差圧比ＰＩ／Ｐ２と比較
して、基準値に′≦Ｐ＋／Ｐ２となった時をパティキュ
レートの捕集完了状態と判断してトラップｌの再燃焼工
程を開始させる。

このトラップ１の再燃焼工程開始後、コントローラ１４
は、バイパスバルブ９を開き、トラップ１の入ロバルプ
７を閉じるとともにヒーターリレー５を介して電気ヒー
ター４に通電しトラップ入口温度を上昇させる（同ステ
ップＳ２）、バルブ７．９の制御は、それぞれ組合わさ
れたスイッチジグバルブ１０及び１１のソレノイドに一
定のデユーティ比をコントローラ１４から与えることに
より為される。

次に、コントローラ１４はトラップ入口温度センサ６か
らトラップ入口温度Ｔを読み込み、第６図に示すように
温度ＴがＴｌ　　（上限温度）を越えた時、電気ヒータ
ー４をオフにし、温度ＴがＴｌ’（下限温度）迄低下す
ると電気ヒーター４をオンにする。このオン／オフを繰
り返すことによってＴｌ’＜Ｔ＜ＴＩの温度制御を行う
　（同ステップ８３〜Ｓ６）、尚、この場合のＴＩ’は
Ｔ１に近く設定されるもので、理想的にはＴ１＝７１’
の関係、即ち入口温度ＴをＴ１に制御することである。

この温度制御はトラップ１の入口部分全体をＴ１に近づ
けるためのものであるので、予め実験で求めた所定時間
行う必要がある（同ステップＳ７）。

続いて、コントローラ１４は、トラップ１に流れる排気
ガス量を一定（これは第３図の特性を与える排気ガス量
）にするためトラップ入口バルブ８を所定開度開くよう
に制御しく同ステップＳ８）、次に排気ガス定量導入を
保持するために設定されたトラップ前後差圧Ｐａと実際
の前後差圧ＰＬ　とを比較して（同ステップＳ９）　、
Ｐｌ−Ｐａになるようにバイパスバルブ９の開度を制御
する（同ステップ５ＩＯ）。

こうしてコントローラ１４はパティキュレートの再燃焼
工程を継続し、電気ヒーター４をオンにした後の所定時
間経過をチエツクしく同ステップ５ｌｌ）、経過したと
判定するとヒーター４をオフにする　（同ステップ５１
２）、そしてトラップ入口バルブ８を開度固定した後、
所定時間経過すると（同ステップ５１３）、）ラップ入
ロバルプ８を全開にし、バイパスバルブ９を全閉にして
（同ステップ３１４）、第１図に示す通常のパティキュ
レート捕集の状態に戻し再燃焼を終了する。

尚、このトラップ導入ガス流量の制御はその他の方法を
用いてもよく、トラップ内部の温度上昇率に応じてバイ
パスバルブ開度を変更してもよい（本出願人による特願
昭６２−３１３８２０号）。

次に第９〜第１１図に示した最適トラップ入口温度を実
現するためのアルゴリズム（第１図のＡで示す）を第１
２図のフローチャートにより説明する。

第２図のステップＳ１４の後、コントローラ１４は、ま
ず、トラップ入口温度の設定値がＴ１（上限温度）、Ｔ
ｌ’　（下限温度）となっているか否かをチエツクしく
第１０図のステップ５２１）、Ｔ１１．ｒ′１′でない
時はＴＩ、ＴＩ’に戻す（同ステップ５２２）、これは
、前回の再燃焼時にＴ１、Ｔｌ’より高い温度（例えば
、第３図に示すＴ２に近い温度）が設定されていて、次
の再燃焼時のパティキュレート中のドライカーボン量が
少ない、つまり前回迄の燃え残りがない時、この高い温
度設定のまま再燃焼を開始して、不必要な高温で再燃焼
を行いトラップ破損を起こさせることを避けるためであ
る。

次にトラップ入口圧Ｐとトラップ前後差圧Ｐ。

をそれぞれのセンサ１２．１３から読み込み、ｐ２＝ｐ
−ｐ、を演算する　（同ステップ８２３）。

そして、Ｐ　１／　Ｐ　２≧Ｋか否か判定しく同ステッ
プＳ２４＞、ＰＬ／Ｐ２＜Ｋの時はパティキュレートの
燃え残りは少ないので次回の再燃焼時のトラップ入口設
定温度ＴＩ、Ｔｌ’は共に変更する必要はなく、このプ
ログラムを終了するが、一方、ＰＩ／Ｐ２≧にと判定す
ると、次回の設定温度を、パティキュレートの燃え残り
を有効に再燃焼するためにそれぞれＴ１をＴ３に、Ｔｌ
’をＴ３’にそれぞれ上昇してプログラムを終了する。

この場合、燃え残りが多いときの燃焼速度は遅いのでＴ
１→Ｔ３、Ｔｌ’→Ｔ３′にそれぞれ高くしてもトラッ
プ内の最高温度はトラップ破損温度にはならない。

［発明の効果］ 以上のように、本願発明に係るパティキュレートトラッ
プの再燃焼装置では、再燃焼開始後、排気ガス導入前に
トラップ入口温度がトラップ破損を起こさせない最大の
再燃焼効率を与える所定温度範囲に入るように所定時間
制御するように構成したので、排気ガス導入による実質
的な再燃焼工程の前段階としてトラップの入口部全体を
均等に予熱することができ、再燃焼を広い範囲にわたっ
て破損を生じさせることなく効率よく行うことができる
。

また、更に再燃焼終了後にトラップの入口圧と前後差圧
からトラップと固定絞りとの前後差圧比を演算し、これ
が基準値を越えた時に次回の再燃焼時における上記の所
定温度範囲の上下限値を共に上昇させるように構成した
ので、上記の制御に加えてパティキュレートの累積的な
燃え残りを再燃焼させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に係るパティキュレートトラップの再
燃焼装置の一実施例を示すハードウェア構成図、 第２図は、本発明において第１図に示したコントローラ
で実行されるプログラムのフローチャート図、 第３図は、トラップの入口と内部の温度及び再燃焼効率
との関係を示すグラフ図、 第４図、第５図及び第７図は、トラップ内温度の推移を
経時的に示すグラフ図、 第６図は、本発明におけるトラップ入口温度の所定制御
範囲を示すグラフ図、 第８図は、トラップ及び固定絞りとそれぞれの差圧との
関係を示す概念図、 第９図は、再燃焼前後のパティキュレート捕集量をトラ
ップ前後差圧及び固定絞り前後差圧との関係で示すグラ
フ図、 第１０図は、パティキュレート中のドライカーボン量と
再燃焼速度及びトラップ入口温度との関係を示すグラフ
図、 第１１図は、パティキュレート中のドライカーボン量と
最適トラップ入口温度との関係を示すグラフ図、 第１２図は、本発明において、第１図に示すコントロー
ラが実行する別のプログラムのフローチャート図、であ
る。 第１図において、１はトラップ、２は固定絞り、３は排
気管、４は電気ヒーター、５はトラップ前面温度センサ
、１２は入口圧センサ、１３は前後差圧センサ、１４は
コントローラ、をそれぞれ示す。 尚、図中、同一符号は同一部分を示す。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）　エンジンの排気系に設けたパティキュレートト
   ラップの入口温度センサと、該トラップの再燃焼工程開
   始後、排気ガス導入前に該トラップの入口温度がトラッ
   プ溶損を起こさせない最大の再燃焼効率を与える所定温
   度範囲に入るように所定時間再燃焼用加熱手段を制御す
   る制御手段と、を備えたことを特徴とするパティキュレ
   ートトラップの再燃焼装置。
2. （２）　該トラップの入口圧センサ及び前後差圧センサ
   とを更に備え、該制御手段が、該トラップの再燃焼終了
   後に該入口圧及び前後差圧から該トラップと固定絞りと
   の前後差圧比を演算し、この比が基準値を越えた時に次
   回の再燃焼時における該所定温度範囲を規定する上下限
   温度を共に上昇させる請求項１記載のパティキュレート
   トラップの再燃焼装置。