JPH07139337A - 排気ガス浄化装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】再生動作に支障を生じることなく負荷電力を削
減して直流電源装置の小型化を実現した排気ガス浄化装
置を提供する。 【構成】ディ−ゼルエンジンの着火用ヒータ９、触媒ヒ
ータ９ａ及び給気手段９ａは、スイッチ手段５５〜５７
及び直流電源装置５を通じて外部の商用交流電源から給
電される。直流電源装置５は商用交流電源の電圧を降圧
整流して着火用ヒータ９及び給気手段１３に印加する。
制御手段８は、再生開始直後の給気手段１３の起動時に
着火用ヒータ９及び触媒ヒータ９ａへ給電する初期電力
を停止する。このようにすれば、直流電源装置５が供給
すべき最大負荷電力が低減でき、直流電源装置５が具備
するトランス５２やスイッチングインバータや整流回路
５３などの回路要素を小型軽量化することができる。

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】例えば特開昭４−３２５７０７号公報に
開示されるように、この種の排気ガス浄化装置では、フ
ィルタに捕集されたパティキュレ−トが一定量となる度
に、ヒータ及びブロワを駆動してパティキュレ−トを燃
焼させ、フィルタを再生している。なお、これらヒータ
及びブロワ駆動用の電力（以下、再生電力という）は車
載バッテリの容量に対しかなり大きいので、この再生電
力を地上の商用交流電源から給電することも提案されて
いる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ここで、ヒータは、排
気ガス経路中に内設されるのでカーボンを主成分とする
パティキュレ−トで汚染されてその地絡絶縁抵抗が低下
し易く、そのためにヒータは低電圧で駆動することが好
ましい。もちろんヒータ自体を絶縁セラミックなどで完
全に囲包することも可能であるが、ヒータからフィルタ
への伝熱抵抗が大幅に増大してしまう。したがって、上
記直流電源装置は、１００〜２００ＶＡＣの商用交流電
源を降圧するトランス又はスイッチングインバータを備
えることが望ましい。

【０００４】しかしながら、再生電力は例えば１ｋＷと
いった大電力であり、そのためトランスは大重量であ
り、スイッチングインバータも大電力仕様とする必要が
ある。また、どこでも再生できるという利便を考慮する
と、直流電源装置を車載するのが好適であるが、このよ
うな大重量で体格が大きいトランスや、衝撃や熱に弱い
スイッチングインバータを車載するのは不利であった。

【０００５】本発明は上記問題点に鑑みなされたもので
あり、再生動作に支障を生じることなく負荷電力を削減
して直流電源装置の小型化を実現した排気ガス浄化装置
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、車載のディ−ゼルエンジンの排気経路に配設され
たフィルタと、前記フィルタに捕集されたパティキュレ
−トを燃焼させる着火用ヒータと、モータを有し前記フ
ィルタに給気する給気手段と、外部の商用交流電源から
の電力を降圧整流して前記着火用ヒータ及び給気手段へ
給電する直流電源装置と、前記着火用ヒータ及び給気手
段への給電を制御するスイッチ手段と、前記スイッチ手
段の開閉を所定順序で制御して前記パティキュレ−トの
燃焼による前記フィルタの再生を行う制御手段とを備え
る排気ガス浄化装置において、前記制御手段は、前記再
生開始直後の前記給気手段の起動時に前記着火用ヒータ
へ給電する初期電力をその後に着火用ヒータに給電する
電力より削減するか又は遮断するものであることを特徴
としている。

【０００７】好適な態様において、フィルタ再生時に前
記フィルタから生じる再生煙を分解する触媒を担持する
とともにフィルタ再生時に前記スイッチ手段を通じて前
記直流電源装置から給電されて前記触媒を加熱する触媒
ヒータを備え、前記制御手段は、前記再生開始直後の前
記給気手段の起動時に前記触媒ヒータへ給電する初期電
力を、その後に触媒ヒータに給電する電力より削減する
か又は遮断するものである。

【０００８】好適な態様において、前記直流電源装置
は、商用交流電源の交流電圧を降圧するトランスと、前
記トランスの出力電圧を整流する整流回路とを備える。

【０００９】

【作用及び発明の効果】本発明の排気ガス浄化装置で
は、ディ−ゼルエンジンの着火用ヒータ及び給気手段
は、スイッチ手段及び直流電源装置を通じて外部の商用
交流電源から給電される。直流電源装置は商用交流電源
の電圧を降圧整流して着火用ヒータ及び給気手段に印加
する。本発明では特に、制御手段が、再生開始直後の給
気手段の起動時に着火用ヒータへ給電する初期電力を、
その後に着火用ヒータに給電する電力より削減するか又
は遮断する。

【００１０】給気手段のモータ起動時には起動後の負荷
電流の数倍以上の起動電流が流れるので、このようにす
れば、直流電源装置が供給すべき最大負荷電力が低減で
き、直流電源装置が具備するトランスやスイッチングイ
ンバータや整流回路などの回路要素を小型軽量化するこ
とができる。好適な態様において、フィルタ再生煙分解
用の触媒をフィルタ再生時に加熱する触媒ヒータに給電
する電力も、再生開始直後の給気手段の起動時に削減さ
れる。このようにすれば、一層、直流電源装置の小型軽
量化を実現することができる。また、これにより、排気
ガス浄化装置の装置構成が複雑化することも、再生に支
障が生じることもない。

【００１１】

【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ディーゼルエンジン１
９の上流側の排気管３と下流側の排気管４との間に介設
された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７、温度センサ６、着火用ヒータ９、フ
ィルタ２、触媒ヒータ９ａ、フィルタ下流圧力検出用の
下流側圧力センサ１７が順番に配置されている。排気管
３の途中から送気管３０が分岐されており、送気管３０
は電磁弁１４を通じて給気用のブロワ１３の出口に連結
され、給気用のブロワ１３の入口は空気流量センサ１５
を通じて外部に開口している。

【００１２】一方、上記した着火用ヒータ９、ブロワ１
３のモータＭはコントローラ８により駆動制御され、ま
た、ディーゼルエンジン１９に装着された回転数センサ
１８の出力信号はコントローラ（本発明でいう制御手
段）８に出力される。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、スイッチ
５５〜５７を開閉制御して着火用ヒータ９、ブロワ１３
及び触媒ヒータ９ａを制御するともに、異常発生時に異
常警報ランプ８０を点灯する。なお、コントローラ８
は、空気流量センサ１５の信号に基づいてブロワ１３に
印加する電圧をデューティ比制御（フィードバック制
御）することにより、ブロワ１３の給気流量を目標レベ
ルに精密制御している。８１は再生指示用のランプであ
る。

【００１３】５は直流電源装置であって、２００Ｖ又は
１００Ｖの商用地上電源（図示せず）に接続されるプラ
グ５１、降圧トランス５２、全波整流器５３からなり、
全波整流器５３から出力される直流電圧が半導体電力ス
イッチ５５〜５７を通じて着火用ヒータ９、ブロワ駆動
モータＭ及び触媒ヒータ９ａに供給される。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、多孔性コ−
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セル（通気孔）
を有し、これらセルは、セラミックからなるプラグによ
り下流側開口端を封栓された上流側セルと、上記プラグ
により上流側開口端を封栓された下流側セルとからな
り、これら上流側セル及び下流側セルは多孔性コ−ジェ
ライトからなる多孔性隔壁を隔てて交互に配置されてい
る。これにより、排気ガスは上流側セルから多孔性隔壁
を通じて隣接する下流側セルに透過し、パティキュレ−
トだけが多孔性隔壁に捕集される。

【００１４】触媒ヒータ９ａは、触媒粒子を担持するセ
ラミックハニカムからなるホルダと、このホルダに支持
される電熱線とからなる。この電熱線はカンタル線を素
材として形成されている。着火用ヒータ９は、上記した
触媒ヒータ９ａとほとんど同一素材、同一構造を採用し
ているが、ただ触媒粒子は担持していない。着火用ヒー
タ９は、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。

【００１５】以下、この排気ガス浄化装置の動作を説明
する。 （パティキュレ−ト捕集動作）ディ−ゼルエンジン１９
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。

【００１６】（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。再生開始直前に電磁弁１４は開
かれる。

【００１７】このフィルタ再生動作は、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１０
０〜１１１）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１１２〜１１６）からな
る。まず、エンジン１９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、記憶マップ
に基づいてパティキュレ−ト捕集量を算出する。

【００１８】次に、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１１１に進む。ステップ
１１１では、フィルタ再生を指令するランプ８１を点灯
して、ルーチンを終了する。

【００１９】その後、運転者がフィルタ再生を指令する
ランプ８１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、上記フィルタ再生
実行ルーチンが開始される。このフィルタ再生実行ルー
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モータＭ及び着火用ヒー
タ９への通電を所定の順序で行い（１１６）、再生を終
了する（１１８）。

【００２０】このタイマー制御サブルーチンについて図
３を参照して説明する。このサブルーチンは、タイマー
に基づいて通電、送風制御を行うものであり、以下、前
期放冷モード、予熱モード、着火モード、燃焼伝播モー
ド、後期放冷モードの順に制御動作を実行する。 （前期放冷モード）まずステップ１１６１にて、ブロワ
１３へ通電して給気流量を２００リットル／分と大きく
設定し、一分間送風し、フィルタ２や着火用ヒータ９を
常温にまで冷却する。これは、エンジン排気ガスなどに
よる加熱でフィルタ２や着火用ヒータ９の初期温度がば
らつくと、着火時期や最高温度がばらついてしまうから
である。

【００２１】更に、この期間には、着火用ヒータ９及び
触媒ヒータ９ａへの通電を禁止（又はその後の通電電力
より削減）し、それにより全負荷電力を低減し、直流電
源装置５の小型化を図っている。 （予熱モード）次のステップ１１６２にて、ヒータ９へ
０．９ｋＷ及び触媒ヒータ９ａに０．９ｋＷの電力を給
電し、ブロワ１３の給気流量を２００リットル／分のま
まとし、１０分間継続する（１１６３）。この大給気流
量の送風によりフィルタ２の各部は均一に予熱される。 （着火モード）次のステップ１１６４にて、着火用ヒー
タ９への給電電力を２ｋＷに増大し、触媒ヒータ９ａへ
の給電電力を０．３ｋＷに低減し、ブロワ１３の給気流
量を２０リットル／分に大幅削減し、３分間継続する
（１１６５）。この加熱電力増大、給気流量低減により
フィルタ２の前端面のパティキュレ−トの温度が急上昇
し、着火する。 （燃焼伝播モード）次のステップ１１６６にて、ヒータ
９への給電電力を１．２ｋＷに小幅削減し、かつ、ブロ
ワ１３の給気流量を２０リットル／分のままとし、２２
分間継続する（１１６７）。これにより、フィルタ２の
前端面から下流方向へ燃焼が進行する。

【００２２】ただ、この実施例では、給気流量が少ない
ためにパティキュレ−ト燃焼に伴う発熱量はそれほど大
きくなく、かつ、いわゆる風圧が弱いので気流方向へ延
焼しにくくなり、更に、燃焼がフィルタ２の下流側へ進
むにつれて熱収支が放熱側に傾くために温度が低下し、
フィルタ２の径方向中心部下流側では燃焼持続温度（約
６００℃）以下となって燃焼が停止する。

【００２３】この燃焼停止により、従来のようにフィル
タ２の径方向中心部が下流側端面まで燃焼が進み、空気
抵抗が減少して給気流量が径方向中心部を素通りするこ
とが防止できる。そのため、フィルタ２の径方向中間部
の中流部は酸素の供給により下流部直前まで充分に燃焼
持続し、また、フィルタ２の外周部上流側も同様の理由
でその中流部直前まで燃焼持続する。

【００２４】すなわち、この燃焼伝播モードによれば、
フィルタ２の径方向中心部下流側がフィルタ２の下流側
端面まで燃焼し尽くしてフィルタ２の径方向中心部の空
気抵抗が低下し、給気流量が径方向中心部を素通りする
ことにより、径方向中間部及び外周部に充分な酸素が供
給されずに、延焼が遅滞するのを防ぐことができる。 （後期放冷モード）次のステップ１１６８にて、着火用
ヒータヒータ９及び触媒ヒータ９ａへの給電電力を停止
するとともに、ブロワ１３の給気流量を９０リットル／
分に増大し、１０分間継続する（１１６９）。

【００２５】このように給気流量を大幅に増大すると、
酸素供給量の増大、特に径方向中心部下流側への酸素供
給量の増大により、径方向中心部下流側にて燃焼が再開
され、また、径方向中間部下流側や外周部中流、下流側
での燃焼も加速され、急速かつ各部均一に再生が行われ
る。その後、各部のパティキュレ−トの燃焼が終了した
後、大給気流量によりフィルタ２が冷却された後、ブロ
ワ１３をオフし（１１７０）、再生が終了する。

【００２６】なお、着火用ヒータ９への通電によりフィ
ルタ２が２００℃以上に加熱されると、パティキュレ−
ト中のＳＯＦ（主にエンジンオイルに由来）が脱離を開
始し、再生煙となる。この時、触媒ヒータ９ａは上記通
電により約５００℃に加熱されており、この再生煙は触
媒粒子により分解される。以上説明したように、本実施
例では、ブロワ１３の起動が完了してブロワ１３が目標
回転数で回転するようになった後で、着火用ヒータ９及
び触媒ヒータ９ａに通電するようにしているので、直流
電源装置５の容量を削減し、降圧トランス５２や整流回
路５３の小型軽量化を実現することができる。

【００２７】また、上記の着火用ヒータ９及び触媒ヒー
タ９ａへの通電遅延により、再生開始初期（時間Ｔａ）
にはブロワ１３だけが駆動されてフィルタ２に外気を給
気することとなり、もしフィルタ２が排気ガスにより高
温であっても冷却されて低温となる。したがって、エン
ジン１９の運転停止からの時間に応じてブロワ１３の運
転前のフィルタ２の温度がばらついても、着火用ヒータ
９への通電開始時にはフィルタ２の温度は一定化するこ
とができ、着火後のパティキュレ−ト温度のばらつき、
フィルタ２の温度のばらつきを低減することができる。

【００２８】なお上記実施例では、直流電源装置５をト
ランス降圧形式としたが、スイッチングインバータを用
いたトランスレス形式とすることもできる。

【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】再生動作を示すフローチャート、

【図３】再生動作を示すフローチャート。

【符号の説明】

２はフィルタ、８はコントローラ（制御手段）、９は着
火用ヒータ、９ａは触媒ヒータ、１３はブロワ（給気手
段）、５５〜５７はスイッチ（スイッチ手段）。

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｆ０１Ｎ 3/24 Ｌ 9/00 ＺＡＢ Ｚ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】車載のディ−ゼルエンジンの排気経路に配
   設されたフィルタと、前記フィルタに捕集されたパティ
   キュレ−トを燃焼させる着火用ヒータと、モータを有し
   前記フィルタに給気する給気手段と、外部の商用交流電
   源からの電力を降圧整流して前記着火用ヒータ及び給気
   手段へ給電する直流電源装置と、前記着火用ヒータ及び
   給気手段への給電を制御するスイッチ手段と、前記スイ
   ッチ手段の開閉を所定順序で制御して前記パティキュレ
   −トの燃焼による前記フィルタの再生を行う制御手段と
   を備える排気ガス浄化装置において、 前記制御手段は、前記再生開始直後の前記給気手段の起
   動時に前記着火用ヒータへ給電する初期電力をその後に
   着火用ヒータに給電する電力より削減するか又は遮断す
   るものであることを特徴とする排気ガス浄化装置。
2. 【請求項２】フィルタ再生時に前記フィルタから生じる
   再生煙を分解する触媒を担持するとともにフィルタ再生
   時に前記スイッチ手段を通じて前記直流電源装置から給
   電されて前記触媒を加熱する触媒ヒータを備え、前記制
   御手段は、前記再生開始直後の前記給気手段の起動時に
   前記触媒ヒータへ給電する初期電力を、その後に触媒ヒ
   ータに給電する電力より削減するか又は遮断するもので
   ある請求項１記載の排気ガス浄化装置。
3. 【請求項３】前記直流電源装置は、商用交流電源の交流
   電圧を降圧するトランスと、前記トランスの出力電圧を
   整流する整流回路とを備える請求項１記載の排気ガス浄
   化装置。