JPH04259620A - 内燃機関の排気浄化装置 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は内燃機関に設けられる排
気浄化装置に関し、特にディーゼル機関より排出される
ディーゼルパティキュレートを捕集するパティキュレー
トフィルタを備えた排気浄化装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えばディーゼル機関の排気中には排気
微粒子、即ちパティキュレートが含まれているため、機
関の排気系にはこのパティキュレートを捕集するための
パティキュレートフィルタ（以下、フィルタとも呼ぶ）
が装着されている。

【０００３】ところでパティキュレートフィルタは一般
に通気性の良い、例えばセラミック材から形成されてお
り、排気ガスがこのフィルタを通過するときパティキュ
レートがフィルタ隔壁に捕集される構造になっている。 従ってフィルタは使用するにつれパティキュレート捕集
量が増加すると通気性が次第に損なわれ背圧が上昇する
ことになるため、定期的に再生されなければならない。

【０００４】そしてこのフィルタ再生にあたっては、例
えばフィルタ端部に電気ヒータを配置すると共に、フィ
ルタに再生用ガス（２次空気）を供給する電動ポンプを
フィルタ外部に設け、フィルタ再生時、電気ヒータに通
電することによりパティキュレートに着火し、その火炎
を電動ポンプから供給される再生用ガス（２次空気）で
もってフィルタ下流側へと伝播させ、以てフィルタ全域
に亙ってパティキュレートを焼却する排気浄化装置が既
に知られている（実開昭６３−１３８４１７号公報参照
）。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで上述した電気
ヒータや電動ポンプへの供給電力は、通常、車両に搭載
されるバッテリによって賄われることになるが、このバ
ッテリ電圧は一般に車両の運転条件（例えばエンジン回
転数）の変化によって変動している。そして上述したよ
うな従来装置においては、電気ヒータや電動ポンプに対
してそのままバッテリ電圧を印加する構成となっている
ために、供給電力が変動してヒータの発熱量や再生用ガ
スの吐出量がフィルタ再生毎に変動し、例えば供給電力
過大時においてヒータ線が溶断したり、火炎が吹き消え
たりする恐れがあった。又、供給電力過小時にはパティ
キュレート着火困難となったり火炎が充分伝播しなかっ
たりしてフィルタ再生不良となるような恐れがあり、フ
ィルタの再生条件が一定しない。

【０００６】本発明は以上の問題に鑑み提供されるもの
であって、常に一定したフィルタ再生状態が得られるよ
うな排気浄化装置を提出することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的のため本発明に
よれば、内燃機関の排気系に設けられパティキュレート
を捕集するフィルタを備えると共にフィルタ端部に電気
ヒータを配して、これを通電することによりフィルタに
捕集されたパティキュレートを焼却してフィルタ再生す
る排気浄化装置は、フィルタ再生時、上記電気ヒータに
電力を供給するバッテリの電圧を検出するバッテリ電圧
検出手段と、検出された上記バッテリ電圧と予め定めら
れた所定ヒータ電圧とにより電気ヒータに供給される電
力のデューティ比を求めるデューティ比演算手段と、得
られたデューティ比により電気ヒータに供給されるバッ
テリ通電時間をデューティ制御して電気ヒータに一定電
力を供給する一定電力供給手段を有する。

【０００８】又、本発明ではフィルタ再生時にフィルタ
に再生用ガスを供給する電動ポンプを設けた排気浄化装
置は、フィルタ再生時、上記電動ポンプに電力を供給す
るバッテリの電圧を検出するバッテリ電圧検出手段と、
検出された上記バッテリ電圧と予め定められた所定電動
ポンプ電圧とにより電動ポンプに供給される電力のデュ
ーティ比を求めるデューティ比演算手段と、得られたデ
ューティ比により電動ポンプに供給されるバッテリ通電
時間をデューティ制御して電動ポンプに一定電力を供給
する一定電力供給手段を有する排気浄化装置が提供され
る。

【０００９】

【作用】フィルタ再生時、バッテリと電気ヒータ或は電
動ポンプとの通電時間がバッテリ電圧から求められたデ
ューティ比によりデューティ制御されるため、供給電力
量はバッテリ電圧変動に関係なく一定化し、従って、ヒ
ータの発熱量や再生用ガス吐出量を一定することができ
、フィルタ再生状態の変動を小さくすることができる。

【００１０】

【実施例】図面を参照して本発明の実施例を説明する。 図１は本発明の第１実施例として、フィルタに設けられ
る電気ヒータへの電力供給を定常化する排気浄化装置を
示している。図において、１ａ，１ｂは並列に配置され
その夫々がパティキュレートを捕集するように形成され
る２つのフィルタ、２はパティキュレート捕集時、図示
しないエンジン本体からの排気ガスをフィルタ１を介し
て最終的にマフラ３へと導く排気管である。

【００１１】図示するように排気管２はフィルタ１ａ，
１ｂに対応してフィルタ上流で分岐し、再度合流するよ
うになっている。またフィルタ１ａ，１ｂより排気上流
側の排気管２部分には、フィルタ再生時、エンジン本体
からの排気ガスをフィルタ１ａ，１ｂを介することなく
直接、マフラ３へと導くバイパス管４が接続され、その
途中には上述した排気ガス流れを達成するための第１制
御弁５が設けられる。

【００１２】更に排気管２とバイパス管４の接続部（フ
ィルタ上流側）よりもフィルタ側には、フィルタ再生時
において、フィルタを経由した後の再生用ガス（本例の
場合、２次空気）を外部に放出するガス放出管６が接続
され、この接続部にも第２制御弁７が設けられる。

【００１３】フィルタ１ａ，１ｂの排気下流側の端部に
は、フィルタ再生時捕集されたパティキュレートに着火
するための電気ヒータ８ａ，８ｂが設けられる。又、排
気ガスの合流部よりも排気下流側には、フィルタ再生時
において夫々のフィルタ１ａ，１ｂにパティキュレート
燃焼のための再生用ガス、即ち２次空気を供給する電動
ポンプ９が設けられる。従って本実施例では、フィルタ
再生時においては再生用ガスがパティキュレート捕集時
と異なりフィルタ１ａ，１ｂ内を逆流することになり、
この再生用ガスの排気管２への吐出口より排気下流側に
は、再生用ガス流動を阻止する第３制御弁１０が設けら
れる。

【００１４】本実施例によれば図示した２つのフィルタ
１ａ，１ｂは、その再生にあたって、まず一方の電気ヒ
ータを通電して再生した後、残りの電気ヒータを通電し
て他方のフィルタを再生するというように、順に再生処
理される。従って、各フィルタ１ａ，１ｂの電気ヒータ
８ａ，８ｂより再生用ガス上流側（又は排気下流側）に
は、再生用ガスのフィルタ導入を制御するための第４制
御弁１１及び第５制御弁１２が設けられる。

【００１５】上述したこれらの制御弁５，７，１０，１
１及び１２は圧力応動型のアクチュエータによって駆動
されるようになっており、各アクチュエータへの圧力（
負圧）導入は、制御回路（ＥＣＵ）１３　によってオン
オフされる負圧切換弁（ＶＳＶ）１４，　１５，　１６
　及び１７によって制御される。 尚、図１に示した各制御弁に関し、夫々の実線位置はパ
ティキュレート捕集時の弁位置を示し、点線位置はフィ
ルタ１ａの再生時の弁位置を示している（フィルタ１ｂ
の再生時は第４・第５制御弁の位置は逆となる）。

【００１６】本実施例によれば各電気ヒータ８ａ，８ｂ
は、リレー１８と半導体リレー１９を介してバッテリ２
０に接続されており、リレー１８はフィルタ再生時にお
いて、制御回路１３により駆動されて、いずれか一方の
電気ヒータ８ａ又は８ｂへの電力供給を決定する。又、
半導体リレー１９は同様に制御回路１３によって駆動さ
れ、後述するデューティ比Ｄに基づいて電気ヒータ８ａ
又は８ｂへのバッテリ２０通電時間をデユーティ制御し
、電気ヒータ８ａ，８ｂに対して予め定められた定常電
力を供給するものである。

【００１７】この他、制御回路１３にはフィルタ再生時
期を検出するため、車両の運転状態を検出する各種セン
サ（例えばエンジン回転数センサなど）２１や図示しな
いが排気圧センサ等が接続されており、制御回路１３は
予め定められたフィルタ再生条件を満たした際、上述し
た各制御弁５，７，１０，１１及び１２の弁位置が図１
点線位置を占めるように各ＶＳＶ１４，　１６（又は１
５）及び１７に対して駆動信号を出力し、同時に電動ポ
ンプ９やリレー１８、半導体リレー１９に対しても駆動
信号を出力する。

【００１８】制御回路１３はＣＰＵ、メモリ（ＲＡＭ，
　ＲＯＭ）、入出力ポート、バスから成るマイクロコン
ピュータより構成されており、バッテリ２０によって作
動する。 又、その内部にはバッテリ電圧Ｖｂを検出する供給電圧
検出部が設けられており、後述する排気浄化装置の作動
を制御する。

【００１９】図２はフィルタ再生に関する制御回路１３
の作動例を説明するフローチャート図である。尚、この
フローチャートは、フィルタ１ａの再生について説明す
るものであり、図示しないがフィルタ１ａの再生が終了
した後、同様なプログラムでフィルタ１ｂに対しても再
生処理される。又、このフローチャートは所定時間間隔
毎に実行される時間割り込みルーチンとする。

【００２０】図２に関し、ステップ３１では現在フィル
タ再生処理フラグＦａが０にリセットされているか否か
が判定され、再生中でない場合　（Ｙｅｓ）、ルーチン
はそのままステップ３２に進む。尚、このフラグＦａは
エンジンスタート時点では０に初期化されている。

【００２１】ステップ３２では運転状態を検出する各種
センサ２１や排気圧センサの信号を読み込み、現在フィ
ルタ再生時期か否かが判定される。そしてフィルタ再生
時期　（Ｙｅｓ）と判定されたならば、ルーチンはステ
ップ３３へと進み、フィルタ再生処理フラグＦａを１に
セットすると共に、電動ポンプ９、電気ヒータ８ａ、各
ＶＳＶ１４，　１５，１６　及び１７への所定時間作動
のためのタイマカウンタＣａをスタートさせる。尚、こ
のステップ３３でのフラグＦａセット後の処理ルーチン
では、フィルタ１ａの再生処理が終了するまでステップ
３１でＮｏと判定されることになり、この場合上述した
ステップ３２及び３３をスキップしてステップ３４へと
進む。又、ステップ３２でＮｏ、即ち現在フィルタ再生
時期にあらずと判定された場合には、以下のステップを
スキップして本ルーチンを終了する。

【００２２】ステップ３４ではフィルタ１ａの再生に関
係する各制御弁（第１制御弁５、第２制御弁７、第３制
御弁１０及び第５制御弁１２）を作動させるため、対応
するＶＳＶ１４，１６　及び１７を作動する信号を出力
すると共にリレー１８を作動させ、バッテリ２０からの
電力が電気ヒータ８ａに導かれるようにし、更に再生用
ガス供給のため電動ポンプ９を作動開始させる信号を出
力する。

【００２３】次にステップ３５では前述したように制御
回路１３内の供給電圧検出部においてバッテリ電圧Ｖｂ
を検出する。そして続くステップ３６では、図３に示す
ように、検出されたバッテリ電圧Ｖｂと、所定のヒータ
電圧Ｖｈ（一定値）とにより、現在のバッテリ電圧Ｖｂ
に対する所定ヒータ電圧Ｖｈの割合、即ち電気ヒータ通
電時間をデューティ制御するためのデューティ比Ｄを決
定する（Ｄ＝　１００×Ｖｈ／Ｖｂ）。

【００２４】次にステップ３７では以上のようにして決
定されたデューティ比Ｄを以て半導体リレー１９がオン
オフ作動するように駆動信号を出力する。この結果、実
際にバッテリ電圧Ｖｂは変動しても、その変動に応じて
デューティ比Ｄが刻々と変化し、電気ヒータ８ａに対し
ては１サイクル当たりの通電時間割合が変化するため（
例えば、図３に示すようにバッテリ電圧が高い場合には
デューティ比Ｄが小さくなり１サイクル中の通電時間が
短くなる）、従って電気ヒータ８ａには常時一定の電力
が供給されることになる。そして続くステップ３８では
タイマカウンタＣａの値をインクリメントし、ステップ
３９に進むことになる。

【００２５】ステップ３９では以上のようにして更新さ
れたカウンタＣａを見て、予め定められたフィルタ再生
処理時間が経過したか否か、即ちこの処理時間に相当す
る所定カウントＴ以上となったか否かを判定する。そし
て本ステップ３９でＹｅｓ　と判定された場合、ルーチ
ンはステップ４０に進み、各ＶＳＶ１４，　１６　及び
１７、電動ポンプ９及び半導体リレー１９への信号出力
を停止して、電気ヒータ８ａへの通電を停止し、同時に
フィルタ再生処理フラグＦａ、及びカウンタＣａを０に
リセットして本ルーチンを終了する。他方、ステップ３
９でＮｏの場合にはフィルタ再生処理がそのまま継続す
ることになるため、ステップ４０をスキップして本ルー
チンを終了することになる。

【００２６】以上フィルタ１ａの再生処理に関する制御
回路１３の一作動例を図２のフローチャートに基づいて
説明したが、当然フィルタ１ｂの電気ヒータ８ｂに対し
ても引き続き同様なプログラムを以て、バッテリ電圧の
変動に拘わらず一定の電力が供給される。尚、上述した
フローチャートでは、説明の都合上、フィルタ再生時間
を電気ヒータへの電力供給時間に一致させ、予め定めら
れた一定時間としたが、電気ヒータ電力供給停止時期を
フィルタ再生終了時期（即ち、制御弁や電動ポンプの作
動停止時期）よりも先行させ、再生終了時期を他の検出
手段（例えばパティキュレート火炎伝播終了を検出する
温度センサなど）で判定するようにしても良い。

【００２７】以上説明したように本発明の第１実施例に
よれば、フィルタ再生時に電気ヒータ８ａ，８ｂに対し
て一定の電力が供給されるため、バッテリ電圧Ｖｂの変
動に関係なく電気ヒータの発熱量を一定にすることがで
き、フィルタ１ａ，１ｂの再生状態の変動を従来の排気
浄化装置のそれに比べて少なくすることができる。尚、
図示した第１実施例は、電気ヒータをフィルタの排気下
流側に配し、電動ポンプより再生用２次空気を排気下流
側より逆流させる排気浄化装置を例にとったものである
が、本発明はこの実施例に限定されるものでなく、フィ
ルタを排気ガスの一部で再生したり、フィルタの排気上
流側より再生用ガスを送る順流再生方式の排気浄化装置
でも電気ヒータを備えるものであれば総て適用可能であ
る。又、当然ながらフィルタの数も第１実施例に限定さ
れるものではない。

【００２８】図４に本発明の第２実施例を示す。尚、図
示した構成要素に関し、第１実施例（図１）と同一なる
要素は同一番号を付し、その作用の説明は省略する。

【００２９】先の実施例が電気ヒータへの供給電力を一
定にする目的で提供されたのに対し、本実施例は電動ポ
ンプ９への供給電力を一定にするために提供される。即
ち、本実施例によれば電動ポンプ９への通電回路に半導
体リレー１９が設けられ、制御回路１３はフィルタ再生
時、検出されたバッテリ電圧Ｖｂと予め定められた一定
ポンプ電圧Ｖｐとによってデューティ比Ｄ′（Ｄ′＝　
１００×Ｖｐ／Ｖｂ）を求め、電動ポンプ９への供給電
力が一定になるように半導体リレー１９をオンオフ作動
させる（図５参照）。

【００３０】この結果、バッテリ電圧Ｖｂの変動に関係
なくフィルタ再生時に一定の再生用ガスが電動ポンプ９
から供給されることになり、再生用ガス供給のバラツキ
に伴うヒータの冷却や火炎吹き消え現象（吐出量過多の
場合）や、或は火炎伝播不良（吐出量過少の場合）とい
う不具合は解消されることになる。

【００３１】尚、この実施例に関連して、電動ポンプ９
への供給電力のデューティ制御を含めたフィルタ再生時
の制御回路１３の作動フローチャートは、図２フローチ
ャートとほぼ同様であるため、説明を省略する（異なる
のはステップ３６におけるＤ，ＶｈがＤ′，Ｖｐに変わ
るのみである）。

【００３２】以上本発明の実施例を、安定したフィルタ
再生状態を得るため、電気ヒータへの通電時間に対しデ
ューティ制御する場合と、電動ポンプへの通電時間に対
しデューティ制御する場合について説明したが、当然な
がら１つの排気浄化装置において、電気ヒータと電動ポ
ンプ、双方への通電に対し、デューティ比Ｄ，Ｄ′を演
算してデューティ制御するようにしても良い。この場合
、上述した排気浄化装置のフィルタ再生状態を更に安定
化することができ、フィルタ自体の耐久性、信頼性を更
に向上できる。

【００３３】

【発明の効果】以上説明したように本発明によればバッ
テリからの電気ヒータ及び／又は電動ポンプへの供給電
力がデューティ制御によって一定化するため、実際のバ
ッテリ電圧の変動とは無関係にヒータの発熱量や再生用
ガス吐出量を一定することができ、フィルタ再生状態の
変動を小さくすることができ、又フィルタ再生効率を最
大限に高めることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例である排気浄化装置の概略
的構成図である。

【図２】図１に示すフィルタ１ａに再生を実行する制御
回路の作動を説明するフローチャート図である。

【図３】図１実施例に関し、バッテリ電圧Ｖｂとヒータ
電圧Ｖｈの経時変化例を示し、図２のフローチャートに
おいて算出されるデューティ比Ｄとの関係を示す図であ
る。

【図４】本発明の第２実施例としての排気浄化装置の概
略的構成図である。

【図５】第２実施例に関し、バッテリ電圧Ｖｂとポンプ
電圧Ｖｐの経時変化例を示し、デューティ比Ｄ′との関
係を示す図である。

【符号の説明】

１ａ，１ｂ…パティキュレートフィルタ８ａ，８ｂ…電
気ヒータ ９…電動ポンプ １３…制御回路 １９…半導体リレー ２０…バッテリ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　内燃機関の排気系に設けられパティキ
   ュレートを捕集するフィルタを備えると共に該フィルタ
   の端部に電気ヒータを配して、これを通電することによ
   りフィルタに捕集されたパティキュレートを焼却してフ
   ィルタ再生する内燃機関の排気浄化装置において、フィ
   ルタ再生時、上記電気ヒータに電力を供給するバッテリ
   の電圧を検出するバッテリ電圧検出手段と、検出された
   上記バッテリ電圧と予め定められた所定ヒータ電圧とに
   より電気ヒータに供給される電力のデューティ比を求め
   るデューティ比演算手段と、得られたデューティ比によ
   り電気ヒータに供給されるバッテリ通電時間をデューテ
   ィ制御して電気ヒータに一定電力を供給する一定電力供
   給手段を有する排気浄化装置。
2. 【請求項２】　　内燃機関の排気系に設けられパティキ
   ュレートを捕集するフィルタを備えると共に、パティキ
   ュレートを焼却するフィルタ再生時にフィルタに再生用
   ガスを供給する電動ポンプを設けた内燃機関の排気浄化
   装置において、フィルタ再生時、上記電動ポンプに電力
   を供給するバッテリの電圧を検出するバッテリ電圧検出
   手段と、検出された上記バッテリ電圧と予め定められた
   所定電動ポンプ電圧とにより電動ポンプに供給される電
   力のデューティ比を求めるデューティ比演算手段と、得
   られたデューティ比により電動ポンプに供給されるバッ
   テリ通電時間をデューティ制御して電動ポンプに一定電
   力を供給する一定電力供給手段を有する排気浄化装置。