JPH05125924A - デイーゼル機関の排気浄化装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明はディーゼル機関の排気浄化装置に関
し、フィルタ外周部のフィルタ再生不良を低減すること
を目的とする。 【構成】 フィルタ１はその一端部１ａに端面ヒータ５
を有し、外周に複数の外周分割ヒータ６ａ，６ｂ，６ｃ
を備え、更に外周部の各点に温度センサ７ａ，７ｂ，７
ｃを備える。フィルタ再生時、端面ヒータ５は通電され
るが各温度センサ７ａ，７ｂ，７ｃによって検出される
フィルタ温度上昇度合に応じて、パティキュレート着火
温度に達することができない部分に対しては、制御回路
８が対応する外周分割ヒータによってフィルタ外周を加
熱させパティキュレートを着火させる。

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に設けら
れる排気浄化装置に関し、特に多数のフィルタセルから
成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多く含まれているた
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、フィルタと呼
ぶ）が装着されている。

【０００３】このフィルタは、例えば多孔質セラミック
材の隔壁によって画成された多数の細長いフィルタセル
から構成されており、各セルの一方の端部は栓部材によ
って閉じられ、その閉じ方向を交互に配置することで一
方のフィルタセルから流入した排気ガスは、隔壁を通っ
て隣接するフィルタセルに入りそのセルの開放端から流
出する。そしてこの隔壁通過の際において、排気ガス中
のパティキュレートが隔壁に捕捉されるようになってい
る。

【０００４】フィルタは、その使用に伴ってその内部に
蓄積されるパティキュレートの量が増えると通気性が次
第に損なわれ、機関性能も低下することになるため、パ
ティキュレート捕集量に応じて定期的に再生されなけれ
ばならない。ここで、このフィルタ再生処理とは、フィ
ルタの端面近傍に設けられた電気ヒータを加熱して、フ
ィルタ内のパティキュレートに着火・燃焼することを意
味しており、この時フィルタにはパティキュレート燃焼
伝播のため、例えば空気や排気ガスに代表されるような
再生用ガスが導かれるようになっている。

【０００５】ところで上述したフィルタ再生に関連し、
そのパティキュレートの焼却状態は、フィルタ外周部で
は外部への放熱量も多いために、例えばフィルタの一方
の端面側に電気ヒータを設け、この端面側から他方の端
面側に向けてパティキュレートを燃焼する排気浄化装置
の場合、フィルタ外周部分にパティキュレートの燃え残
り発生する傾向にある。そして捕集毎にこのような燃え
残り部分が徐々に拡大すると、フィルタ自体の捕集効率
を低下させるばかりか、その部位のパティキュレート蓄
積量が増加するために、仮に燃焼できた場合の発熱量が
大きくなり、フィルタを溶損してしまう恐れがある。

【０００６】このような排気浄化装置の問題点に対処
し、例えば特開平２−１２３２１９号公報には、上記端
面配置の電気ヒータに加えて、再生用ガス流動方向（又
は、フィルタ軸方向）に沿って複数に分割されかつフィ
ルタ外周を加熱する外周分割ヒータを設け、再生時にお
いては、まず再生用ガス流動方向、最上流側の外周分割
ヒータを通電した後、端面ヒータを通電し、次いで順次
下流側の外周分割ヒータに通電するようにして、パティ
キュレートの火炎が伝播しにくいフィルタ外周部分の再
生を改善しようとした排気浄化装置が開示されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、実際のフィ
ルタ再生においては、捕集毎のパティキュレート捕集量
やフィルタ内捕集分布に大きなバラツキがあり、又フィ
ルタ再生後のパティキュレート燃え残り状態によって、
毎回のフィルタ再生条件が異なるのが現状であって、特
にフィルタ外周部分に捕集されたパティキュレートの燃
焼に対しては、フィルタの他の部分の燃焼の影響を受け
易く、燃焼形態が再生毎に大きく変化する。

【０００８】しかしながら、このような再生現状に対
し、上記排気浄化装置の再生方法では各ヒータが予め設
定された通電パターンによって通電制御されているため
に、例えばパティキュレート捕集量のバラツキによっ
て、再生時においては部分的な温度変化が予想されるの
にも拘わらず、同様な通電条件で各ヒータを通電してい
くと、ある部分では温度が過上昇したり、或は逆に加熱
が足りず燃え残りを多く生じたりして所謂、再生不良を
生じる恐れがある。

【０００９】本発明は上述したような従来の排気浄化装
置の問題点に鑑み、一方の端面側から他方の端面側にか
けてパティキュレート燃焼する場合において、フィルタ
外周部分の再生不良をなくすことを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本発明によれば、ディーゼル機関の排気通路に排気パテ
ィキュレートを捕集するフィルタを設けると共に、該フ
ィルタの一端部側にフィルタ再生時、フィルタを加熱す
る端面ヒータを設け、以てフィルタ再生時、フィルタ一
端部から他端部へと再生用ガスを供給しながら上記端面
ヒータを作動し、上記フィルタ一端部より他端部側へと
パティキュレートを燃焼伝播させる排気浄化装置におい
て、上記フィルタの外周に、上記再生用ガス流動方向に
沿って電気的に分割された複数の外周分割ヒータを設け
ると共に、該外周分割ヒータの夫々に対応してヒータ近
傍のフィルタ温度を検出する複数の温度検出手段を設
け、更にフィルタ再生時における各温度検出手段からの
検出温度に応じて上記外周分割ヒータを選択的に通電制
御する外周分割ヒータ通電制御手段を設ける。

【００１１】

【作用】例えば、フィルタ再生時において比較的緩慢に
フィルタ温度が上昇する部分は、パティキュレート燃焼
温度に達することができず再生不良部分となる可能性が
高い。

【００１２】本発明はフィルタ外周近傍の各地点で温度
検出手段によって検出された温度に応じて、加熱を必要
とするフィルタ外周部分に対しては、これに割り当てら
れた外周分割ヒータを通電させ、このヒータによってパ
ティキュレートに着火して再生不良を防止する。

【００１３】

【実施例】図面を参照して本発明の実施例を説明する。
図１及び図２は、本発明による排気浄化装置の主要な構
成要素であるフィルタの概略的縦断面及びその斜視外観
を示している。

【００１４】図１に関し、１はディーゼル機関の排気系
に装着されるフィルタを示し、図中の実線矢印は機関本
体から排出される排気ガスの流動方向を示している。本
図に部分的に示すように、このフィルタ１は、例えば多
孔質のセラミック材料から成るフィルタ隔壁２によって
画成された排気ガス流動方向に延びる多数のフィルタセ
ル３によって構成されており、各フィルタセル３の一方
の端部は必ず栓部材４によって閉じられている。

【００１５】フィルタ１は、以上のように構成された各
フィルタセル３を隣合うセルに関し栓部材４が交互に配
置されるように配した、所謂ハニカム構造体であって排
気ガスは、例えば図で左側の端部が開口したフィルタセ
ル３ａよりフィルタ１内に流入し、隔壁２を通過し、右
側の端部が開口した隣のフィルタセル３ｂより排気下流
側へと抜けていく。そしてこの隔壁２通過の際にフィル
タセル３ａの内壁に排気ガス中のパティキュレートが付
着することで、フィルタ１によるパティキュレート捕集
が実行されるのである。

【００１６】このようにして捕集されたパティキュレー
トを燃焼してフィルタ再生するため、その着火手段とし
てフィルタ１の一端部１ａには端面ヒータ５が設けられ
る。フィルタ再生時、この端面ヒータ５は通電されて発
熱し、フィルタセル３ａ内のパティキュレートに着火す
る。そしてこの端面１ａ近傍で発生したパティキュレー
ト火炎は、その時点線矢印方向にフィルタ１内を流れる
フィルタ再生用ガス（例えば、２次空気）によって、も
う一方の端部１ｂに向かって燃焼伝播し、この燃焼過程
によってフィルタ１内のパティキュレートが燃却される
のである。

【００１７】以上のように構成されるフィルタ１におい
て、本実施例によれば、図２に具体的に示すように、フ
ィルタ軸線Ｘ方向に沿ってフィルタ１の外周には電気的
に互いに独立した３つの外周分割ヒータ６ａ，６ｂ，６
ｃが順に設けられる。又、更にこの外周分割ヒータ６
ａ，６ｂ，６ｃに近接した各フィルタ外周部分には、こ
の部分のフィルタ温度を検出する３つの温度センサ（又
は、熱電対）７ａ，７ｂ，７ｃが各外周分割ヒータ６
ａ，６ｂ，６ｃに対応するように設けられ、各センサの
出力信号は、制御回路（ＥＣＵ）８に入力される。

【００１８】図２に示すように、各外周分割ヒータ６
ａ，６ｂ，６ｃは、制御回路８からの駆動信号によって
バッテリ９からの電源をオンオフ制御するヒータリレー
１０ａ，１０ｂ，１０ｃに夫々接続されており、制御回
路８は各温度センサ７ａ，７ｂ，７ｃによって検出され
たフィルタ内部の温度変化状況に応じて各外周分割ヒー
タ６ａ，６ｂ，６ｃへの通電を制御する。尚、当然なが
ら上述した端面ヒータ５も同様にヒータリレー１１に接
続されており、制御回路８はフィルタ再生時、必ず端面
ヒータ５に通電するべくヒータリレー１１を駆動する。

【００１９】以上のようにしてフィルタ再生時、端面ヒ
ータ５が通電されフィルタ端部１ａにおいてパティキュ
レートに着火すると、その火炎は再生用ガスの流れに乗
ってフィルタ他端部１ｂ側へと徐々に燃焼伝播するが、
例えばフィルタ内部の特定部位においてその時の温度変
化を見た場合、理想的には、ヒータ通電開始後、火炎到
達まである程度の時間を要し、火炎到達で温度カーブが
比較的急激に立ち上がることになり、例えば図３に示し
たように、ある地点でパティキュレート燃焼可能温度
（例えば、約６００℃）を超えるような場合には、少な
くともこの地点ではパティキュレートが燃焼しているこ
とが確実となる。

【００２０】しかしながら、実際のフィルタ再生におい
ては、パティキュレート捕集分布等により、総てのフィ
ルタ部位において必ずしもこのような理想カーブを描い
て温度変化するとは限らず、このようなカーブを示さな
い場合に対処して、制御回路８は各外周分割ヒータ６
ａ，６ｂ，６ｃを通電制御することになる。

【００２１】以下、外周分割ヒータ６ａの通電制御に関
する制御回路８の作動に例をとり、本実施例における通
電制御を説明する。図４は、例えば端面ヒータ５への通
電が開始された際に、制御回路８によって実行開始され
得る外周分割ヒータ６ａの通電制御フローチャートであ
って、当然ながら制御回路８のメモリには、他の外周分
割ヒータ６ｂ，６ｃも制御する同様なるプログラムが格
納されている。

【００２２】図４に関し、まずステップ４１では温度セ
ンサ７ａからの出力信号を取り込むことによって、この
センサ設置場所におけるフィルタ温度Ｔａを検出すると
共に、このルーチンスタート時点では０に初期化されて
いるタイマカウンタｎをインクリメントする。

【００２３】次いでステップ４２では今回検出された温
度Ｔａを前回検出されたフィルタ温度Ｔａｂと比較し
て、前回よりもフィルタ温度が増加したか否かを判定す
る。尚、このフィルタ温度Ｔａｂもこのルーチンスター
ト時点では０℃に初期化されている。そして本ステップ
４２で前回よりも温度上昇したと判定されたならば（Ｙ
ｅｓ：尚、変化なしの場合も含む）、ルーチンは次にス
テップ４３に進み、今回検出された温度Ｔａが、図５の
（Ａ）に示すようなパティキュレート燃焼を裏付ける所
定温度ａ未満にあるか否かを判定する。

【００２４】そして本ステップ４３でＮｏ、即ち上記所
定温度ａ以上であり、ここではパティキュレートが燃焼
していると判定されたならば、ルーチンは以下のステッ
プをスキップしてステップ５３に進み、タイマカウンタ
ｎ、フィルタ温度Ｔａｂを夫々０に初期化して本ルーチ
ンを終了する。

【００２５】ところで一般に、フィルタ再生時において
フィルタ内部をパティキュレート火炎伝播する速度は、
使用されるフィルタ１の大きさや標準的なパティキュレ
ート捕集量、或は再生用ガス供給量などによってある程
度の値に一定化してくる。従って、例えば図５の（Ｂ）
に示すように、徐々に温度上昇しているが、その上昇勾
配が緩やかで、ともすると上記所定温度ａの到達が望め
そうにもないと予想される場合には、外周分割ヒータで
以て加熱しその温度上昇を助けてやる必要がある。

【００２６】従ってステップ４３でＹｅｓと判定された
場合、即ち前回よりも温度上昇があって、未だ所定温度
ａに到達していない状態では、ステップ４４で、今回の
タイマカウンタ値ｎが、通常の再生で昇温に要する時間
ｔａ（図５参照）に相当するタイマカウンタ値ｎａ未満
であるか否かを判定し、図５（Ｂ）に示すように通常昇
温時間ｔａ経過しているのにも拘わらず所定温度ａに到
達していない場合（Ｎｏ）、ルーチンはステップ４７に
進み、対応する外周分割ヒータ７ａを加熱するべくヒー
タリレーをオン作動する信号を出力する。

【００２７】又、未だ昇温時間ｔａ経過しておらず現在
昇温の状態であるならば（Ｙｅｓ）、引き続き温度検出
を続行する必要があるため、ステップ４５に進み、ある
程度の時間（例えば、２秒）を経過させた後、ステップ
４６に進み、今回検出された温度Ｔａを、前回の温度Ｔ
ａｂとして記憶した後にステップ４１に戻り、再度温度
検出する（以下、同じ）。

【００２８】ところで再度ステップ４２に戻り、前回の
温度Ｔａｂよりも今回の温度Ｔａが小さくなり、フィル
タ温度が減少するような場合には（Ｎｏ）、図５の
（Ｃ）に示すように、端面ヒータ５のみではピーク温度
が上記所定温度ａに達せず、温度が下がり始めた状態に
なるため、この時も同様にルーチンはステップ４７に進
み、外周分割ヒータ７ａを通電することになる。

【００２９】ステップ４７では上述したヒータ通電処理
の他、今回検出された温度Ｔａを前回の温度Ｔａｂとし
て置き換える処理がなされ、次いでステップ４８でステ
ップ４５と同様に所定時間（例えば、２秒）を経過させ
た後、ステップ４９で通電開始後の新たなフィルタ温度
Ｔａを読み込み、タイマカウンタｎをインクリメントす
る処理を実行し、続くステップ５０では先に述べたステ
ップ４３と同様に、今回検出された温度Ｔａが所定温度
ａ未満にあるか否かを判定する。

【００３０】そして本ステップ５０でＹｅｓ、即ち未だ
パティキュレート燃焼可能温度に至らない場合には、図
５の（Ｃ）の所定温度ａ到達前の段階と、図５の（Ｄ）
に示す緩慢な上昇段階途中にある２つの場合が考えられ
る。従ってステップ５０に続くステップ５１では、上記
２つの場合のどちらであるかを判定するために、外周分
割ヒータ７ａ加熱補助の条件で所定温度ａに到達できる
標準的な昇温時間ｔｂを現在越えているのか否かを判定
する。即ち、ここでは現在のタイマカウンタｎが昇温時
間ｔｂに相当するタイマカウンタ値ｎｂより大きいか否
かを判定し、Ｙｅｓの場合には、図５（Ｄ）に示すよう
に、これ以上通電してもパティキュレートの着火は望め
ないと判断し、ステップ５２に進みバッテリを保護する
ために外周分割ヒータ７ａへの通電をオフとする。

【００３１】これに対してステップ５１でＮｏと判定さ
れた場合、これはまだ図５の（Ｃ）か、（Ｄ）の場合か
の判定がついていない状態を示すため、再度ステップ４
７に戻り、引き続き外周分割ヒータ７ａの通電を続行す
る処理をする。そしてこのように通電を続行すること
で、図５（Ｃ）のように、ｎ＞ｎｂでない時点で所定温
度ａの到達を見たならば、ルーチンはステップ５０でＮ
ｏと判定され、直ちにステップ５２でヒータ通電をオフ
とする処理が実行されることになる。

【００３２】以上のようにして外周分割ヒータ７ａによ
る加熱が終了したならば、ルーチンは最後の処理として
ステップ５３に進み、来るべき次回のフィルタ再生準備
のため、先に述べたようにタイマカウンタｎ及び前回の
検出温度Ｔｂを０に初期化して本ルーチンを終了するの
である。

【００３３】上述したように、本実施例では温度センサ
６ａを設置したフィルタ部位の温度変化形態を図５
（Ａ），（Ｂ），（Ｃ），（Ｄ）に示す４つのケースに
分け、その夫々に対応して外周分割ヒータ７ａの通電制
御を実行するため、この外周部分に捕集されたパティキ
ュレートの分布や捕集量に対応して適切なパティキュレ
ートの燃焼を達成することができる。又、本実施例では
図５（Ｄ）に示すように、外周分割ヒータ７ａ通電によ
ってパティキュレートを着火しようとしても、急激な温
度上昇が認められない場合には通電停止するために、バ
ッテリ９を保護することができる。

【００３４】尚、上述した外周分割ヒータ７ａへの通電
制御は、他の外周分割ヒータ７ｂ，７ｃにおいてもその
処理内容は基本的に同一であって、上述した制御ルーチ
ンにおいてステップ４４，５１のタイマカウンタｎａ，
ｎｂが変化するのみである。加えて、本発明による外周
ヒータの分割数及び温度センサ数は、図示した実施例に
限定されるものではなく、必要に応じて増減しても良
い。

【００３５】図６は、本発明による排気浄化装置例とし
て、上述したフィルタを排気通路に対して並置するデュ
アルフィルタタイプの排気浄化装置の概略的構成図であ
る。尚、本図においては、既に説明した装置構成要素と
同一なる要素は同一番号を付してあり、その説明は省略
する。

【００３６】図６に関し、その装置構成を簡単に説明す
ると、エンジン本体６１から排出された排気ガスは途中
より分岐されて並置された２つのフィルタ１に導かれる
ようになっており、ここでパティキュレートを捕集され
た後の排気ガスは、再び合流しマフラー６２へと流れる
ようになっている。

【００３７】各フィルタ１より上流側には、フィルタ再
生時、再生対象となるフィルタ１の分岐通路を遮断する
排気制御弁６３が設けられており、これらはＥＣＵ８に
よって駆動制御される負圧切換弁（ＶＳＶ）６４とアク
チュエータ６５によって開閉制御される。

【００３８】又、この排気制御弁６３とフィルタ１の間
には、フィルタ再生時、その再生用ガスとしての２次空
気を供給されるようになっており、このため電動エアポ
ンプ６６と供給先を決定する切換弁６７が設けられ、夫
々ＥＣＵ８により駆動制御される。更に、既に述べたよ
うに、フィルタ周りには端面ヒータ５と外周分割ヒータ
６ａ，６ｂ，６ｃ及び温度センサ７ａ，７ｂ，７ｃが設
けられ、フィルタ再生時においては端面ヒータ５はリレ
ー１１によって通常の通電がなされ、又各外周分割ヒー
タ６ａ，６ｂ，６ｃには各温度センサ７ａ，７ｂ，７ｃ
によって検出されるフィルタ温度に基づいた通電制御が
なされる。

【００３９】以上、本発明をデュアルフィルタタイプの
排気浄化装置に例をとり説明したが、本発明による装置
はこれに限定されるものではなく、基本的に、フィルタ
の片側に端面ヒータを配し、フィルタ再生時、この端面
ヒータ側より再生用ガスを供給するものであればいかな
るフィルタを有する排気浄化装置においても適用可能で
ある。又、実施例ではパティキュレート捕集時の排気ガ
ス流動方向とフィルタ再生時の再生用ガス流動方向が同
じである順流再生方式の排気浄化装置を例にとったが、
当然逆流再生方式の排気浄化装置においても同様に適用
可能である。

【００４０】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、フ
ィルタ再生時、フィルタ外周近傍の各点で検出されたフ
ィルタ温度によって、加熱を必要とするフィルタ外周部
分に対しては、対応する外周分割ヒータに通電してパテ
ィキュレートの着火を確実とするために、パティキュレ
ート捕集分布や捕集量にバラツキがあっても、最適にフ
ィルタ再生することができる。

【００４１】又、フィルタ再生時、予め定められた通電
パターンによって外周分割ヒータを通電する従来の排気
浄化装置に比較して、不必要なヒータ通電を回避できる
ため消費電力が低減される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による排気浄化装置を構成するフィルタ
の部分的断面を示す図である。

【図２】図１のフィルタの外観斜視図を含む配線図であ
る。

【図３】フィルタ再生時のあるフィルタ部位の温度変化
を示した図である。

【図４】本発明のヒータ通電制御を実行するフローチャ
ート図である。

【図５】図４のフローチャートによって実行される各ヒ
ータ通電パターンを示した図であって、（Ａ）は外周分
割ヒータを作動させない場合、（Ｂ）は温度上昇が緩慢
なため外周分割ヒータを作動させる場合、（Ｃ）は温度
低下に対処して外周分割ヒータを通電した場合、（Ｄ）
は（Ｂ），（Ｃ）とするも温度上昇が緩慢なため通電停
止する場合を夫々示す図である。

【図６】本発明による排気浄化装置例としてのデュアル
フィルタタイプの排気浄化装置の概略的構成図である。

【符号の説明】

１…フィルタ ５…端面ヒータ ６ａ，６ｂ，６ｃ…外周分割ヒータ ７ａ，７ｂ，７ｃ…温度センサ ８…制御回路

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ディーゼル機関の排気通路に排気パティ
   キュレートを捕集するフィルタを設けると共に、該フィ
   ルタの一端部側にフィルタ再生時、フィルタを加熱する
   端面ヒータを設け、以てフィルタ再生時、フィルタ一端
   部から他端部へと再生用ガスを供給しながら上記端面ヒ
   ータを作動し、上記フィルタ一端部より他端部側へとパ
   ティキュレートを燃焼伝播させる排気浄化装置におい
   て、 上記フィルタの外周に、上記再生用ガス流動方向に沿っ
   て電気的に分割された複数の外周分割ヒータを設けると
   共に、該外周分割ヒータの夫々に対応してヒータ近傍の
   フィルタ温度を検出する複数の温度検出手段を設け、更
   にフィルタ再生時における各温度検出手段からの検出温
   度に応じて上記外周分割ヒータを選択的に通電制御する
   外周分割ヒータ通電制御手段を設けたことを特徴とする
   ディーゼル機関の排気浄化装置。