JPH04265412A - 内燃機関の排気微粒子捕集装置 - 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】この発明は、内燃機関、特にディ
ーゼル機関の排気ガス中のパティキュレートを捕集する
のに適した排気微粒子捕集装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ディーゼル機関の排気ガス中のパティキ
ュレートを捕集する装置はケース内にハニカム構造の多
孔性セラミックよりなるフィルタを配置して構成される
。排気ガスは多孔性セラミックを通過する際に捕集され
る。捕集されたパティキュレートを焼却し再生するため
、再生時期の到来をフィルタの前後圧力の差等によって
検出し、ケース内に配置されたヒータを通電し、かつ燃
焼用の二次空気を導入する。ヒータからの熱によってフ
ィルタに捕集されたパティキュレートは着火され、燃焼
除去される。

【０００３】パティキュレートの再生の過程でエンジン
が停止された場合、パティキュレートの再生が不十分と
なるおそれがある。特開昭５９−１５５５２６号公報で
は再生作動中にイグニッションキースイッチがＯＦＦ　
された場合に、イグニッションキースイッチが再度ＯＮ
されたときに残りの再生を開始する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ヒータがフィルタの片
側（入口側又は出口側）に設けられているため、再生は
フィルタの端面側から軸方向に向かって進行する。従っ
て、フィルタの再生中にエンジンを停止した場合はフィ
ルタのヒータ側端面は再生が進んでいても、中央部の再
生は進行していない場合がある（図７参照）。このよう
な状態においてエンジン再始動時にフィルタ端面のヒー
タを駆動してもヒータがパティキュレートから遠くなる
ため着火、燃焼が効果的に行われないおそれがある。こ
の発明は再生過程の途中でエンジンが停止された場合に
おいてフィルタ再生を確実に行うことができるようにす
ることを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】この発明によれば、図１
に示すように、ケース１６内に配置されるフィルタ１８
と、ケース中におけるフィルタに対面して設けられる主
ヒータ手段２０と、再生時期を判別する手段Ａと、再生
時期と判別したときに主ヒータ手段２０を駆動する再生
手段Ｂとを有した内燃機関の排気微粒子捕集装置におい
て、再生作動中にエンジンが停止されたことを判別する
手段Ｃと、再生途中でエンジンが停止された場合再始動
時にフィルタの再生を続行する再再生手段を有し、該再
再生手段はフィルタの軸方向中間部に設けられる補助ヒ
ータ手段４７と、フィルタの温度検出手段４４と、温度
検出手段４４が検出する温度が所定値より上昇しない場
合に補助ヒータ手段４７を作動する手段Ｄとを具備する
内燃機関の微粒子捕集装置が提供される。

【０００６】

【作用】再生中エンジン停止判別手段Ｃは再生手段Ｂに
よる再生作動中にエンジンが停止されたことを判別する
。再生途中でエンジンが停止された場合、温度検出手段
４４が検出する温度が所定値まで上昇しない場合、補助
ヒータ作動手段Ｄは補助ヒータ手段４７を作動せしめる
。

【０００７】

【実施例】図２において、１０はディーゼル機関の本体
、１２は排気管、１３はエンジンの冷却水温度を検出す
るセンサである。微粒子捕集装置１４は排気管１２に接
続される筒状ケース１６と、ケース１６内に配置される
フィルタ１８と、主ヒータ装置２０とを備える。フィル
タ１８は、例えば、ハニカム構造の多孔性セラミックよ
り構成され、図示しないが、周知のように多数の軸方向
通路を有し、軸方向通路は入口側が開放し、出口側が閉
鎖したものと、入口側が閉鎖し、出口側が開放したもの
とが横断面で千鳥状に配置され、入口側が開放し出口側
が閉鎖した通路から入った排気ガスは多孔性側壁を介し
て入口側が閉鎖し、出口側が開放した通路に導かれる。 多孔性側壁の通過の際に排気ガス中のパティキュレート
が捕集される。

【０００８】微粒子捕集装置１４の手前において排気管
にバタフライ型の第１の切替弁２４が設けられ、第１の
切替弁２４の上流の排気管１２より排気ガスバイパス通
路２６が取り出される。バイパス通路２６に第２の切替
弁２８が設けられる。第１の切替弁２４はアクチュエー
タ３０によって、第２の切替弁２８はアクチュエータ３
２によって開閉駆動される。通常時は図示のようにアク
チュエータ３０，３２　は第１の切替弁２４を開放し、
第２の切替弁２８を閉鎖し、これによりエンジン１０か
らの排気ガスは微粒子捕集装置１４に導入される。

【０００９】二次空気ポンプ３４は二次空気導入通路３
６を介して第１の切替弁２４の下流で微粒子捕集装置１
４の上流の排気管１２に接続される。二次空気ポンプ３
４は通常時は停止しているが、フィルタ１８の再生時に
は燃焼用の二次空気の導入を排気管１２に行う。３８は
逆流防止用の逆止弁である。上流側圧力センサ４０がフ
ィルタの上流側に、下流側圧力センサ４２がフィルタ１
８の下流側に夫々設けられる。圧力センサ４０，４２　
により検出される上流側圧力、下流圧力よりフィルタの
圧力損失、換言すればパティキュレート捕集量を把握し
、再生必要時期を知ることができる。

【００１０】温度センサ４４（例えば、熱電対）はその
検出端がフィルタ１８の軸方向の中心で、かつ半径方向
の中心部に位置しており、再生時のフィルタ１８の中心
部の温度を知ることができる。補助ヒータ４７がフィル
タの軸線方向における中間位置でかつその外周に配置さ
れる（図３参照）　。補助ヒータ４７の前後はクッショ
ン材４８が充填される。制御回路５０はマイクロコンピ
ュータとして構成され、フィルタ１８の前後圧力損失よ
りパティキュレート１８の再生必要時を判断し、切替弁
２４，２８　、主ヒータ２０、二次空気ポンプ３４、補
助ヒータ４７の作動制御を行う。また、この発明に従っ
て、エンジンが再生の途中で停止された場合に再始動時
のフィルタの再生制御を行う。

【００１１】図４、図５、図６はこの発明の実施例の再
生制御のための制御回路５０の動作を説明するフローチ
ャートである。図４はエンジンのイグニッションキース
イッチ（図示せず）のＯＮによって実行開始されるメイ
ンルーチンにおけるこの発明の関連部分を示す。ステッ
プ７０〜７６はこの発明に関連するイニシャライズ部分
であり、ステップ７０ではフラグＦＢがセットされる。 このフラグは始動時を検出するためのフラグである。ス
テップ７２では切替弁２４，２８　は排気ガスが微粒子
捕集装置１４に導かれる通常位置をとるように制御され
る。即ち、第１切替弁２４は開放、第２切替弁２８は閉
鎖位置とする信号がアクチュエータ３０，３２　に印加
される。ステップ７４ではエアポンプ３４をＯＦＦ　と
する信号が出力される。ステップ７６ではタイマＴがク
リヤされる。このタイマＴは再生開始又は再再生からの
経過時間を計測するソフトウエア上のタイマである。

【００１２】ステップ８０では前回この処理をしてから
所定時間、例えば、５０ミリ秒が経過しているか否か判
別される。この５０ミリ秒はポンプ駆動用のデューティ
信号の一サイクルとなる。５０ｍｓ経過していないと判
断されるときは他のメインルーチン処理を実行する。ス
テップ８０で５０ｍｓ経過したと判断されるときはステ
ップ８２に進み、再生処理ルーチンが実行される。５０
ｍｓ毎に実行されるステップ８２の詳細は図５，６　に
示す。ステップ９０ではＦＢ＝１か否か判別される。イ
グニッションキースイッチのＯＮ直後とすれば、ＦＢ＝
１（ステップ７０）　であるからステップ９２に進み、
ＦＡ＝１から否か判別される。このフラグＦＡを格納す
るメモリは不揮発であり、このＦＡ＝１の状態は前回の
エンジンの停止がフィルタ再生途中にも係わらず行われ
たことを表す。

【００１３】前回のエンジンの停止がフィルタ再生途中
にも行われなかったとすれば、ＦＢ＝０であり、ステッ
プ９４に進み、第１圧力センサ４０により計測されるフ
ィルタ上流圧力Ｐ１から第２圧力センサ４２により計測
される下流圧力Ｐ２を引いたもの（フィルタ１８の前後
圧力損失に相当）が所定値Ａより大きいか否か判別され
る。Ｐ１−Ｐ２≦Ａのときはフィルタ１８は未だ再生時
期が到来していないと判断し、ステップ９６　　に進み
、フラグＦＢはクリヤされる。 ５０ｍｓ後に図５の処理に回って来たときステップ９０
ではＦＢ＝０であるため（ステップ９６）　、ステップ
９４に流れる。

【００１４】エンジンの作動の継続によりパティキュレ
ートの捕集量が多くなると、フィルタの入口と出口での
圧力差が大きくなり、ステップ９４でＰ１−Ｐ２＞Ａと
判断され、フィルタ１８の再生時期が到来したと判断さ
れる。このときはステップ１００　に進み、主ヒータ２
０がＯＮとされ、ステップ１０２　では切替弁２４，２
８　は排気ガスがバイパス通路２６に導かれる再生位置
をとるように制御される。即ち、第１切替弁２４は閉鎖
、第２切替弁２８は開放位置とする信号がアクチュエー
タ３０，３２　に印加される。そのため、エンジン２　
らの排気ガスの流れは微粒子捕集装置１４に対して遮断
され、その再生を行うことができる。

【００１５】ステップ１０４　ではエアポンプ３４がＯ
Ｎとされる。この場合、エアポンプ３４はデューティ駆
動であり、エアポンプ３４は二次空気量に応じたデュー
ティ比でパルス駆動される。即ち、エンジンの運転条件
（回転数、負荷）に応じて最適の二次空気量が得られる
ようにエアポンプの作動デューティ比ＤＵＴＹのデータ
がマップＭＡＰ　に格納され、周知の補間演算によって
、現在の回転数、負荷に見合ったデューティ比ＤＵＴＹ
の算出が行われ、このデューティ比を持ったパルス信号
でエアポンプ３４は駆動される。

【００１６】ステップ１０６　では再生作動の経過時間
を計測するタイマＴがａ（＝５０ｍｓ）だけインクリメ
ントされる。 ステップ１１０　ではＴ＞Ｔ１、即ち、再生開始から所
定時間Ｔ１（例えば２分）経過したか否か判別される。 この所定時間Ｔ１は再生開始によって主ヒータ２０を作
動させた後フィルタ１８に捕集されたパティキュレート
の着火せしめることができるまでの時間より充分余裕を
みて設定される。ステップ１１０　でＴ≦Ｔ１のとき、
即ち、再生開始に必要なヒータＯＮ時間が未経過のとき
はステップ１１２　以下を迂回し、ステップ１１４　に
進み、フラグＦＡをセットする。 このフラグＦＡは再生時にエンジンが停止したときを検
出する。即ち、ＦＡの値はバックアップＲＡＭ　に格納
されており、再生中にイグニッションキースイッチがＯ
ＦＦ　されても、イグニッションキースイッチをＯＦＦ
　とする瞬間のＦＡの値は消失することなく維持される
。即ち、再生作動が未完了のときはステップ１１０，１
１６を介してステップ１１４　を通過し、フラグＦＡに
１が入れられるので、この状態でイグニッションキース
イッチがＯＦＦ　されてもＦＡ＝１の状態は消失せず、
次にエンジンの始動によりイグニッションキースイッチ
がＯＮされ、図５，６　のルーチンが実行開始されたと
きＦＡ＝１の状態が残るので、後で説明する再再生処理
を行うことができる。

【００１７】ステップ１１０　でＴ＞Ｔ１のとき、即ち
、再生開始時点が必要なヒータＯＮ時間が経過したとき
はステップ１１２　に進み、主ヒータ２０をＯＦＦ　す
るべき指令が出力される。ステップ１１６　ではＴ＞Ｔ
２、即ち、再生開始から所定時間Ｔ２（＞Ｔ１で例えば
２０分）経過したか否か判別される。この所定時間Ｔ２
はフィルタ１８に捕集されたパティキュレートの完全焼
却に必要となる時間より充分余裕をみて設定される。ス
テップ１１６　でＴ≦Ｔ２、即ち、再生開始から所定時
間Ｔ２が未経過のときは、ステップ１１４　に進み、Ｆ
Ａ＝１とする。

【００１８】ステップ１１６　でＴ＞Ｔ２、即ち、再生
開始から所定時間Ｔ２が経過した再生終了時は、次回の
再生に備えるためステップ１１８　以下に進み、ステッ
プ１１８　では切替弁２４，２８　は通常位置（切替弁
２４は開、切替弁２８は閉）　とされ、ステップ１２０
　ではエアポンプ３４がＯＦＦ　され、ステップ１２２
　ではフラグＦＡ，ＦＢ　がクリヤされ、ステップ１２
４　ではタイマＴがクリヤされる。

【００１９】再生作動中はステップ１１０　でＮｏと判
定されるか、ステップ１１６　でＮｏと判定されるため
、ステップ１１４　に進み、ＦＡ＝１とされる。この状
態でイグニッションキースイッチをＯＦＦ　とすると、
再生作動も同時に停止される。しかし、フラグＦＡはバ
ックアップされているので、ＦＡ＝１は維持され、再生
の途中でエンジンが停止されたことを知らしめることが
できる。次に、再始動のためイグニッションキースイッ
チがＯＮされ、図５，６　のルーチンを実行するときス
テップ９０でＦＢ＝１（ステップ７０）　、ステップ９
２でＦＡ＝１であるためステップ１２９　以下の再再生
ルーチンに進み、（ステップ１２９　で始動完了（エン
ジンが完全に回っているか）か否か判別され、Ｙｅｓ　
のときはステップ１３０　に進み、水温ＴＨＷ　が所定
値（例えば４０°Ｃ）より大きいか否か判別される。Ｔ
ＨＷ　≦４０°Ｃ　のときは再再生に適さないので以下
のステップを迂回する。

【００２０】ＴＨＷ　＞４０°Ｃ　のときは再再生可能
であり、ステップ１３２　〜１３８　に進む。このステ
ップ１３２　〜１３８　は通常の再生におけるステップ
１００　〜１０６　と同様であり、主ヒータ２０がＯＮ
され、切替弁２４は閉、切替弁２８は開とされ、エアポ
ンプ３４がＯＮされ、タイマＴはインクリメントされる
。ステップ１４０　ではＴ＞Ｔ１、即ち、再再生の開始
から所定時間Ｔ１（例えば２分）経過したか否か判別さ
れる。Ｔ１が経過していないときは以下の出力を迂回し
、メインルーチンに復帰する。Ｔ＞Ｔ１のときはステッ
プ１４２　に進み、主ヒータ２０をＯＦＦ　する。ステ
ップ１４４　では温度センサ４４により検出されるフィ
ルタの温度ＴＦが所定値ａ（例えば４５０　°Ｃ）より
大きいか否か判別される。この所定値ａはフィルタに捕
集されたパティキュレートに着火している場合に得られ
る温度に応じて決定される。ＴＦ＞ａのとき、即ち、再
再生において主ヒータからの熱でパティキュレートの着
火燃焼が行われていると判断されるときはステップ１４
６　以下に進み、ステップ１４６　ではＴ＞Ｔ２、即ち
、再再生の開始から所定時間Ｔ２が経過したか否か、即
ち、再再生が完了したか否か判別される。未経過のとき
は以下のステップを迂回して、メインルーチンに復帰す
る。再再生の完了（Ｔ＞Ｔ２）のときは前述ステップ１
１８　以下のステップが実行され、切替弁２４は開、切
替弁２８は閉、エアポンプ３４はＯＦＦ　、フラグＦＡ
，ＦＢ，Ｔ　はクリヤされる。

【００２１】ＴＦ≦ａのとき、即ち、再再生において主
ヒータ２０からの熱でパティキュレートの着火燃焼に失
敗したと判断されるときはステップ１５０　以下に進む
。この時は再生の途中でイグニッションキースイッチが
ＯＦＦ　されたため、端面部分におけるパティキュレー
トの燃焼は行われたが、中心部に燃え残りがあって、主
ヒータでは燃焼しきれなかってと見なすことができる。 図７参照。ステップ１５０　ではＴ＞Ｔ３、即ち、再再
生の開始から所定時間Ｔ３（例えば５分）が経過したか
否か判別される。Ｔ３が経過していないときは以下のス
テップを迂回する。再再生の開始から所定時間Ｔ３が経
過したときはステップ１５２　に進み、補助ヒータ４７
がＯＮされる。補助ヒータ４７からの熱により中央部の
燃え残りのパティキュレートの焼却を効率的に行おうと
するものである。ステップ１５４　ではＴ＞Ｔ４、即ち
、再再生の開始から所定時間Ｔ４（例えば７分）が経過
したか否か判別される。Ｔ４が経過していないときは以
下のステップを迂回する。再再生の開始から所定時間Ｔ
４が経過したときは、ステップ１５６　で補助ヒータ４
７をＯＦＦ　した後、前述のステップ１４６　以下に進
む。

【００２２】第１の実施例では補助ヒータはフィルタ１
８とケース１６との間の環状の隙間に配置しているが、
図８のようにフィルタ自体の外周部に分散型の補助ヒー
タ４７ａ　を埋設することができる。

【００２３】

【発明の効果】この発明によれば、再生中にエンジンが
停止された場合に、再始動時に残りの再生を行う際に、
フィルタの温度が高まらないとき、フィルタの軸線方向
の中間部に設けた補助ヒータによって、前回の再生時に
焼却することができなかった部位における燃え残りのパ
ティキュレートを焼却することができ、効率的な捕集制
御を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１はこの発明の機能構成を示す線図である。

【図２】図２はこの発明の実施例の概略全体構成を示す
図である。

【図３】図３は図２のＩＩＩ−ＩＩＩ　線に沿う断面図
である。

【図４】図４はメインルーチンのフローチャートである
。

【図５】図５はフィルタの再生制御のため５０ｍｓ毎に
実行されるルーチンの一部を表すフローチャートである
。

【図６】図６は図５に継続するフローチャートの残りの
部分を示す。

【図７】図７は再生作動の途中でエンジンが停止した場
合のフィルタでのパティキュレートの燃焼状態を模式的
に表す図である。

【図８】図８（イ）　、（ロ）　は第２実施例における
補助ヒータの配置を示す概略的な側面図、断面図である
。

【符号の説明】

１０…ディーゼル機関 １２…排気管 １４…排気ガス微粒子浄化装置 １６…ケース １８…フィルタ ２０…主ヒータ ２６…バイパス通路 ２４，２８　…切替弁 ３０，３２　…アクチュエータ ３４…エアポンプ ４０，４２　…圧力センサ ４４…温度センサ ４７…補助ヒータ ５０…制御回路

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　ケース内に配置されるフィルタと、ケ
   ース中におけるフィルタに対向してに設けられる主ヒー
   タ手段と、再生時期を判別する手段と、再生時期と判別
   したときに主ヒータを駆動する再生手段とを有した内燃
   機関の排気微粒子捕集装置において、再生作動中にエン
   ジンが停止されたことを判別する手段と、再生途中でエ
   ンジンが停止された場合再始動時にフィルタの再生を続
   行する再再生手段を有し、該再再生手段はフィルタの軸
   方向中間部に設けられる補助ヒータ手段と、フィルタの
   温度検出手段と、温度検出手段が検出する温度が所定値
   より上昇しない場合に補助ヒータ手段を作動する手段と
   を具備する内燃機関の微粒子捕集装置。