JPH06330730A - 排気ガス浄化装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】簡単な構成で確実にフィルタ損傷を検出可能な
排気ガス浄化装置を提供する。 【構成】エンジンの回転数、排気ガス温度及び圧力に基
づいてフィルタのパティキュレ−ト捕集量Ｇを推定し
（１００）、前回の再生終了時点以降の累積回転数を積
算し（１０１）、過去複数回の累積回転数の平均値を算
出し（１０２）、算出した平均値を中心として累積回転
数範囲を設定する（１０３）。今回算出した累積回転数
がこの累積回転数範囲内かどうかを調べ（１０４、１１
０）、範囲内ならフィルタ正常、範囲外ならフィルタ異
常と判定する。

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】従来、ディ−ゼルエンジンの排気経路に
配設されたフィルタと、このフィルタに捕集されたパテ
ィキュレ−トを着火するためのヒータとを備え、例えば
フィルタ前後の差圧の増大により再生時期を判別してヒ
ータへの通電を開始し、再生を行っている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記した
従来のフィルタ再生方式では、フィルタにクラックが生
じたり溶損が生じたりして、パティキュレ−ト捕集量を
正確に検出したり、確実に再生できなくなる可能性があ
り、このようなフィルタの損傷を看過すると、パティキ
ュレ−ト捕集効率の低下、フィルタの一層の損傷、エン
ジンの不調といった障害を招いてしまう可能性がある。

【０００４】たとえば、フィルタにクラックや溶損が生
じると、このクラックを通じて排気ガス及びパティキュ
レ−トが漏れたり、フィルタの圧力損失が減少したり、
局部的にパティキュレ−トが集中捕集されてその部分の
フィルタが更に溶損したりする可能性がある。更に、パ
ティキュレ−ト捕集量の推定誤差が増大して再生不良が
生じる可能性がある。すなわち、フィルタの異常により
パティキュレ−ト捕集量を過大に推定すると、着火失
敗、再生不良が生じ、逆にパティキュレ−ト捕集量を過
少に推定すると、クラックなどの破損が生じる可能性が
ある。

【０００５】このようなフィルタのクラックや溶損、フ
ィルタの周囲のシール部のシール不良を早期に発見する
ために、定期的に排気ガス浄化装置を分解点検したり、
何らかの複雑な監視装置を増設したりすることも考えら
れるが、このような装置の頻繁な分解点検、及び装置構
成の複雑化は実用上、実現困難である。本発明は上記問
題点に鑑みなされたものであり、装置構成の複雑化を回
避しつつ、フィルタ異常を確実に検出でき、フィルタ異
常に伴う上記障害を未然に防止し得る排気ガス浄化装置
を提供することを、その解決すべき課題としている。

【０００６】

【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、図６のクレーム対応図に示すように、ディ−ゼル
エンジンの排気経路に配設されたフィルタと、前記フィ
ルタのパティキュレ−ト捕集量を推定する捕集量推定手
段と、前記フィルタの加熱により前記フィルタに捕集さ
れたパティキュレ−トを燃焼させて前記フィルタを再生
する電熱手段と、前記推定捕集量が所定レベルに達した
かどうかを判別する再生時期判別手段と、前記推定捕集
量が所定レベルに達した場合に発せられるフィルタ再生
指令の入力により前記電熱手段へ通電する通電制御手段
と、前回の再生終了時点以降の累積回転数を算出する累
積回転数算出手段と、前記フィルタ再生時期の到来毎に
算出された過去の複数の前記累積回転数に基づいて累積
回転数の許容範囲を指定する範囲指定手段と、今回の累
積回転数が前記累積回転数範囲に下限に達する前に前記
推定捕集量が所定レベルに達した場合、又は、前記今回
の累積回転数が前記累積回転数範囲の上限に達したにも
かかわらず前記推定捕集量が所定レベルに達しない場合
に、フィルタの異常を指示する異常警報を出力するフィ
ルタ異常判別手段とを備えることを特徴としている。

【０００７】

【作用】推定パティキュレ−ト捕集量が所定レベルに達
すると、電熱手段に通電を指令し、電熱手段はフィルタ
のパティキュレ−トに着火し、フィルタが再生される。
前回の再生終了時点以降の累積回転数が所定の最小値に
達する前にフィルタ再生が指令される場合、及び、上記
累積回転数が所定の最大値に達した後もフィルタ再生が
指令されない場合に、フィルタが異常であると判定す
る。

【０００８】すなわち、フィルタ（フィルタとフィルタ
が嵌装されるケースとの間のシール部を含む）に損傷が
なければ、上記累積回転数とパティキュレ−ト捕集量と
は大体比例するものとみなせる。したがって、累積回転
数が所定の最小値に達する前にフィルタ再生が指令され
るのは、例えばフィルタの溶損などによりその圧力損失
が増大するためと考えることができる。一方、累積回転
数が所定の最大値に達した後もフィルタ再生が指令され
ないのは、例えばフィルタのクラックやシール部の異常
などによりその圧力損失が減少するためと考えられる。

【０００９】ただし、各車両毎の特性ばらつきのため
に、車両個々の累積回転数とパティキュレ−ト捕集量と
の関係は微妙に異なる。そこで、このばらつきを相殺す
るために、直前のフィルタ再生指令入力時点での累積回
転数（前回の累積回転数）から、その所定回数前までの
各フィルタ再生指令入力時点での累積回転数（所定回数
前までの各累積回転数）に基づいて累積回転数範囲を設
定する。

【００１０】例えば、各累積回転数の平均値を算出して
平均累積回転数とし、この平均累積回転数を中心として
累積回転数範囲を設定する（すなわち、この累積回転数
範囲の下限値を上記所定の最小値とし、この累積回転数
範囲の上限値を上記所定の最大値とする）。そして、今
回のフィルタ再生指令入力時点の累積回転数が前記累積
回転数範囲から逸脱する場合にフィルタ異常と判別す
る。

【００１１】このようにすれば、車両毎（正確に言えば
各車両搭載の排気ガス浄化装置毎）の累積回転数とパテ
ィキュレ−ト捕集量との関係のばらつきを補正でき、確
実にフィルタ異常を検出することができる。

【００１２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の排気ガス
浄化装置では、各再生終了時点以降の累積回転数に基づ
いて（例えば、各累積回転数の平均値（平均累積回転
数））累積回転数範囲を決定し、この累積回転数範囲外
でにある期間にフィルタ再生が指令される場合にフィル
タが異常であると判別しているので、簡単な構成により
確実にフィルタ異常を発見することができる。

【００１３】

【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、排気圧検出用の上流側圧力センサ
（本発明でいう圧力検出手段）７、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
タ下流圧力検出用の下流側圧力センサ（本発明でいう圧
力検出手段）１７が順番に配置されている。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は給気用のブロワ
１３の出口に連結されている。

【００１４】一方、上記したヒータ１１、ブロワ１３は
コントローラ（本発明でいう捕集量推定手段、再生時期
判別手段、通電制御手段、回転数積算手段、フィルタ異
常判別手段）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の信号はコ
ントローラ８に出力される。コントローラ８は、入力さ
れるデータに基づいて再生動作を制御し、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）。

【００１５】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。

【００１６】ヒータ３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。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、各種デ
ータを処理して、ヒータ１１、ブロワ１３を制御して再
生を実行するともに、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）。

【００１７】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。

【００１８】（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〜図４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。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。

【００１９】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１００に
て、圧力センサ７、１７が検出する排気圧力Ｐ１，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、パ
ティキュレ−ト捕集量を算出する。このパティキュレ−
ト捕集量Ｇの算出を、図３のサブルーチンにて詳細に説
明する。

【００２０】まず、ステップ１００１にて、排気圧力Ｐ
１，Ｐ２、回転数ｎ及び排気ガス温度Ｔを入力する。次
に、ステップ１００２にて、フィルタ２の圧力損失（測
定差圧）ΔＰ＝Ｐ１−Ｐ２に対する回転数ｎ、排気ガス
温度Ｔの影響を排除するために、以下の補正式により、
補正差圧ΔＰｅｑｉを求める。

【００２１】 ΔＰｅｑｉ＝ΔＰ×（５２３／Ｔ）×（２６００／ｎ） 排気ガス温度Ｔは絶対温度であり、回転数ｎの単位はｒ
ｐｍである。すなわち、上式により測定差圧ΔＰを絶対
温度Ｔが５２３で、回転数ｎが２６００の場合の補正差
圧ΔＰｅｑｉに補正する。したがって、本実施例では、
測定差圧ΔＰは排気ガス温度Ｔ又は回転数ｎの変動に対
して逆比例するものと近似している。この補正差圧ΔＰ
ｅｑｉは本実施例では５０ｍｓｅｃ毎に算出する。

【００２２】次に、ステップ１００３にて、過去におい
て５０ｍｓｅｃ毎に入力された各補正差圧ΔＰｅｑｉの
内、直前の６４個の各算出値の平均を求め、これを平均
補正差圧ΔＰｅｑｍとする。次に、ステップ１００４に
て、マイコン式のコントローラ８内蔵のメモリ（図示せ
ず）に記憶され、平均補正差圧ΔＰｅｑｍと捕集量Ｇと
の関係を記憶するテーブルから、捕集量Ｇをサーチして
メインルーチンにリターンする。

【００２３】次に、ステップ１０１にて回転数ｎを積算
して累積回転数を算出する。なお、回転数ｎを積算する
カウンタは後述するステップ１１６にてリセットされた
後、ステップ１００１で読み取った回転数ｎに前回のス
テップ１００１開始時点から今回のステップ１００１開
始時点までの時間Δｔを掛け、この積算値ｎ×Δｔを前
回までの積算値（累積回転数）に加算して、今回の累積
回転数とすることにより実施される。

【００２４】次のステップ１０２では、ステップ１０１
にて過去ｎ（ここで５回）回算出した５個の累積回転数
の平均値を求めて、これを平均累積回転数とする。な
お、最初の４回のルーチンでは所定の定数値を平均累積
回転数として採用する。次のステップ１０３では、ステ
ップ１０２にて算出した平均累積回転数から上下に所定
値だけ離れた値を下限、上限としてエンジン再生に好適
な累積回転数範囲を指定する。

【００２５】次のステップ１０４では、ステップ１０１
にて求めた累積回転数が上記累積回転数範囲の上限を超
過しているかどうかを調べ、超過していればクラックや
シール不良などで再生指令が遅延しているものとしてフ
ィルタ異常と判別し、異常警報ランプ９を点灯する（１
０６）。一方、ステップ１０４にて累積回転数が累積回
転数範囲の上限を超過していなければ、フィルタ２が正
常と判別し、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１１０に進む。

【００２６】ステップ１１０では、ステップ１０１で求
めた累積回転数が上記累積回転数範囲の下限に達したか
どうかを調べ、達していない場合には例えばエンジンオ
イルアッシュや燃え残りなどにより異常に圧力損失が増
大したなどの理由によりフィルタ２が不良であると判別
し、異常警報ランプ９を点灯する（１０６）。ステップ
１１０にて累積回転数が累積回転数範囲の下限に達して
いれば、フィルタ正常と判別し、フィルタ再生時期を表
示するランプ９１を点灯して、ルーチンを終了する。

【００２７】その後、運転者がランプ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（フィルタ再生を指令すると）、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）、再生終了
後、コントローラ８内のマイコン（図示せず）に内蔵さ
れる回転数積算カウンタを０にリセットして（１１
８）、終了する。

【００２８】上記したタイマー制御サブルーチンについ
て図４を参照しつつ以下に説明する。このサブルーチン
は、ブロワ１３への通電開始からの時間をパラメータと
して通電、送風制御を行うものであり、まず送風後、時
間Ｔａ（ここでは１分）経過したら（１１６１）、通電
を開始する（１１６２）。次に、通電開始後、時間Ｔｂ
（ここでは３分）経過したら（１１６３）、ヒータ１１
への通電電力を着火電力から燃焼持続電力に切り換える
（１１６４）。次に、Ｔｂ経過後、時間Ｔｃ（ここでは
１５分）経過したら（１１６５）、通電を停止する（１
１６６）。次に、通電停止後、時間Ｔｄ（ここでは１０
分）経過したら（１１６７）、送風を停止する（１１６
８）。

【００２９】図５にこのサブルーチン中におけるタイミ
ングチャートを示す。以上に説明した本実施例の制御方
式によれば、フィルタ２の損傷に起因するパティキュレ
−トの未再生やフィルタ２の更なる損傷を防止すること
ができる。上記ルーチンにおいて、ステップ１００は本
発明でいう捕集量推定手段であり、ステップ１０８は本
発明でいう再生時期判別手段であり、ステップ１１２〜
１１６でいう通電制御手段であり、ステップ１０２は回
転数積算手段であり、ステップ１０４、１１０はフィル
タ異常判別手段である。

【００３０】また、本実施例では、過去５回の累積回転
数（本実施例では前回の再生終了時点から今回の再生指
令出力時点までの累積回転数）の平均値に基づいて決定
した累積回転数範囲外の時点にて、フィルタ再生指令が
出力される場合に、フィルタ異常としているので、簡単
確実にフィルタ不良を判定することができる。なお、上
記過去５回の累積回転数の代わりに初期の５回分の累積
回転数の平均値に基づいて、累積回転数範囲外の時点を
決定してもよく、初期の５回分の累積回転数と最近の５
回分の累積回転数との比較結果を反映してもよい。

【００３１】以上説明したように本実施例では、フィル
タ上流側の排気ガス圧力のみならず、排気ガス温度及び
エンジン回転数に基づいてフィルタ２のパティキュレ−
ト捕集量を推定している。すなわち、排気ガス圧力は、
フィルタ２のパティキュレ−ト捕集量の他に、エンジン
２０の運転状態、例えばエンジン回転数や排気ガス温度
によっても変動してしまうので、圧力だけではパティキ
ュレ−ト捕集量を正確に検出できない。本実施例によれ
ば、回転数、圧力、排気ガス温度に基づいてパティキュ
レ−ト捕集量を決定しているので、パティキュレ−ト捕
集量を正確に検出でき、このため、パティキュレ−ト捕
集量の過大推定や過少推定に起因するフィルタの損傷や
再生不良を防止することができる。

【００３２】すなわち、パティキュレ−ト捕集量を過大
に推定すると、着火不良や再生不良が生じ、パティキュ
レ−ト捕集量を過少に推定すると、フィルタ２の損傷を
招いてしまう。この問題は本実施例による上記パティキ
ュレ−ト捕集量推定方式により格段に改善される。ま
た、このパティキュレ−ト捕集量の推定に用いたエンジ
ン回転数を用い、前回の再生終了時点以降の累積回転数
が所定の累積回転数範囲外にある期間にフィルタ再生が
指令される場合にフィルタが異常であると判別している
ので、簡単な構成により確実にフィルタ異常を発見する
ことができる。

【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】その再生動作を示すフローチャート、

【図３】その再生動作を示すフローチャート、

【図４】その再生動作を示すフローチャート、

【図５】その再生モードを示すタイミングチャート、

【図６】クレーム対応図。

【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
（圧力検出手段）、８はコントローラ（捕集量検出手
段、再生時期判別手段、回転数積算手段、平均累積回転
数算出手段、範囲指定手段、通電制御手段、フィルタ異
常判別手段）、１１はヒータ（電熱手段）、１８は回転
数センサ（回転数検出手段）。

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【手続補正書】

【提出日】平成６年１月１２日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１３

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１３】

【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、排気圧検出用の上流側圧力センサ
（本発明でいう圧力検出手段）７、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
タ下流圧力検出用の下流側圧力センサ（本発明でいう圧
力検出手段）１７が順番に配置されている。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はバルブ１４を介
して給気用のブロワ１３の出口に連結されている。

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１４

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１４】一方、上記したヒータ１１、ブロワ１３及
びバルブ１４はコントローラ（本発明でいう捕集量推定
手段、再生時期判別手段、通電制御手段、回転数積算手
段、フィルタ異常判別手段）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の信号はコントローラ８に出力される。コントロー
ラ８は、入力されるデータに基づいて再生動作を制御
し、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）。

【手続補正３】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図１

【補正方法】変更

【補正内容】

【図１】

Claims (1)

【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
   れたフィルタと、前記フィルタのパティキュレ−ト捕集
   量を推定する捕集量推定手段と、前記フィルタの加熱に
   より前記フィルタに捕集されたパティキュレ−トを燃焼
   させて前記フィルタを再生する電熱手段と、前記推定捕
   集量が所定レベルに達したかどうかを判別する再生時期
   判別手段と、前記推定捕集量が所定レベルに達した場合
   に発せられるフィルタ再生指令の入力により前記電熱手
   段へ通電する通電制御手段と、前回の再生終了時点以降
   の累積回転数を算出する累積回転数算出手段と、前記フ
   ィルタ再生時期の到来毎に算出された過去の複数の前記
   累積回転数に基づいて累積回転数の許容範囲を指定する
   範囲指定手段と、今回の累積回転数が前記累積回転数範
   囲に下限に達する前に前記推定捕集量が所定レベルに達
   した場合、又は、前記今回の累積回転数が前記累積回転
   数範囲の上限に達したにもかかわらず前記推定捕集量が
   所定レベルに達しない場合に、フィルタの異常を指示す
   る異常警報を出力するフィルタ異常判別手段とを備える
   ことを特徴とする排気ガス浄化装置。