JPH07189656A

JPH07189656A - 内燃機関の排気浄化装置

Info

Publication number: JPH07189656A
Application number: JP5350254A
Authority: JP
Inventors: Tsukasa Kuboshima; 司窪島; Hajime Suguro; 肇勝呂; Kanehito Nakamura; 兼仁中村
Original assignee: NipponDenso Co Ltd
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1993-12-28
Filing date: 1993-12-28
Publication date: 1995-07-28
Anticipated expiration: 2017-07-22
Also published as: JP3303495B2

Abstract

(57)【要約】【目的】パティキュレート捕集時のエンジン運転状態
を検知し，的確な再生処理を行なう排気浄化装置の提
供。【構成】パティキュレートのトラッパ１１と，パティ
キュレートの捕集状態を検出する状況検出手段２１と，
内燃機関５１の運転状況を検知する運転検出手段２２
と，パティキュレートを燃焼させるための昇温手段１５
と，コントローラ４０とを有する内燃機関５１の排気浄
化装置１である。コントローラ４０はパティキュレート
捕集中の内燃機関５１の運転履歴や現在の運転状態に基
づいて，昇温手段１５を操作する。内燃機関５１の運転
状態に応じてパティキュレートを分離捕集すると好適で
ある。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は，排気中に含まれるパテ
ィキュレートを捕集，除去する内燃機関の排気浄化装置
に関する。

【０００２】

【従来技術】自動車等の内燃機関，特にディーゼル機関
の排気中には，カーボンを主成分とする排気微粒子（パ
ティキュレート）が含まれており，排気黒煙の原因とな
っている。そのため，ディーゼル機関の排気通路に，ハ
ニカム状セラミックあるいはワイヤメッシュ等によるパ
ティキュレートフィルタを配設し，パティキュレートを
このフィルタによって除去する排気浄化装置が設けられ
る。

【０００３】しかしながら，時間の経過と共に，フィル
タに付着したパティキュレートによってフィルタが目詰
まりし，その結果，排気管内の圧力が上昇し，機関の出
力低下と燃費率の悪化をもたらすことになる。このた
め，フィルタの目詰まりを自動的に検知し，捕集された
パティキュレートを燃焼してフィルタを再生させる方法
が提案されている。例えば，機関の上流に吸気を絞る弁
などを設け，吸気量を絞りこむことにより機関の排気温
度を上昇させ，これによってパティキュレートを燃焼さ
せる方法が提案されている（特開昭５７−１７９３４８
号公報参照）。

【０００４】更に，パティキュレートフィルタに供給さ
れる排気の温度を上昇させるためにフィルタ上流の排気
通路にウォームアップ用の触媒コンバータ（貴金属酸化
触媒コンバータ）を配設する方法も提案されている（特
開昭６１−１１２７１６号公報参照）。また，フィルタ
を排気通路から切り離し，電気式ヒータ等により，パテ
ィキュレートを燃焼してフィルタを再生させる方法もあ
る。

【０００５】

【解決しようとする課題】しかしながら，上記従来の排
気浄化装置におけるフィルタの再生方法には次のような
問題点がある。従来の排気浄化装置は，エンジンの運転
状況や捕集されたパティキュレートの性状を把握し，エ
ンジン状況とパティキュレートの性状に合わせた適切な
燃焼制御を行なっていないことである。

【０００６】パティキュレートには，着火温度の高い難
燃性のパティキュレートがあり，また着火温度の比較的
低い良燃性のパティキュレートがある。しかし一律に再
生処理を行なっているため，必要以上にパティキュレー
トの着火温度を上昇させたり，着火温度に達しない無駄
な昇温操作を行なったりする。

【０００７】そして，機関の上流において吸気を絞りこ
み排気を昇温する方法は，過度に機関の吸気を絞るとエ
ンジンの出力が低下し，燃費率が悪化し，また，排出さ
れるパティキュレートが大幅に上昇するという問題もあ
り，不適切な昇温操作はこのような不具合を発生させ
る。

【０００８】一方，吸気の絞りが過小である場合には，
排気の温度上昇が不足し，フィルタの再生が不可能とな
り，無駄な昇温操作をしたことになる。また，フィルタ
の上流にウォームアップ用の触媒コンバータを設ける方
法では，ウォームアップ触媒を活性化するためには一定
値以上に温度を上昇させる必要があり，そのため，同様
に機関の吸気を絞り込み，排気を昇温させる必要があ
り，この場合も運転状況に合った制御を行なわないとエ
ンジンの出力低下等を招くこととなる。

【０００９】本発明は，かかる従来の問題点に鑑みて，
捕集されたパティキュレートの性状とエンジンの運転状
態に適合した効果的な再生処理を行ない，徒にエンジン
の出力を低下させるようなことがない内燃機関の排気浄
化装置を提供しようとするものである。

【００１０】

【課題の解決手段】本発明は，内燃機関の排気通路に介
装され排気中のパティキュレートを捕集する酸化触媒付
きのトラッパと，該トラッパに捕集されたパティキュレ
ートの捕集状態を検出する状況検出手段と，内燃機関の
運転状態を検知する運転検出手段と，パティキュレート
を燃焼させるための昇温手段と，該昇温手段を操作し，
トラッパを再生させるコントローラとを有する内燃機関
の排気浄化装置であって，上記コントローラは，上記運
転検出手段に接続されており，パティキュレート捕集中
における内燃機関の運転履歴に応じて排出された難燃性
パティキュレートと良燃性パティキュレートとの割合や
現在の内燃機関の運転状態により上記昇温手段を操作す
ることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置にある。

【００１１】本発明において最も注目すべきことは，内
燃機関の運転状態を検知する運転検出手段が設けられて
おり，コントローラに接続されていることである。そし
て，コントローラは，パティキュレート捕集中における
内燃機関の運転履歴に応じて排出された難燃性パティキ
ュレートと良燃性パティキュレートとの割合や現在の内
燃機関の運転状態により昇温手段を操作し，トラッパの
再生を行なう。

【００１２】なお，上記において，トラッパは単一のパ
ティキュレートフィルタで構成されるものの他，複数の
パティキュレートフィルタからなるものがある。また，
上記状況検出手段には，例えば，パティキュレートフィ
ルタの入口と出口の差圧と通気流量とからパティキュレ
ートフィルタの通気抵抗を求めてパティキュレートの捕
集状況を検知するものがある。

【００１３】また，昇温手段は，例えば，前記のように
内燃機関の吸気を絞って排気温を昇温させるものがあ
り，その他，排気の絞りこみによって昇温させるもの，
燃料の噴射遅角を変えるもの，燃料噴射量を変えるも
の，電気式ヒータによって昇温させるものなどがある。

【００１４】なお，トラッパは，難燃性のパティキュレ
ートと良燃性のパティキュレートとを分離捕集するため
の複数のパティキュレート捕集部を設け，排気を上記複
数の捕集部の中の異なった捕集部に導くことのできる切
換手段を設けると共に，再生時においては難燃性パティ
キュレートの捕集部が良燃性パティキュレートの下流に
位置するよう流路を形成すると好適である。

【００１５】即ち，良燃性パティキュレートは低い着火
温度で燃焼させることが可能であるから，昇温手段を過
度に操作する必要がない。一方，難燃性パティキュレー
トの捕集部は，良燃性パティキュレートの捕集部の下流
に位置させることができるから，これによって良燃性パ
ティキュレートの燃焼熱が下流に伝えられ，難燃性パテ
ィキュレートの着火が容易となるからである。

【００１６】なお，難燃性パティキュレートが排出され
るか，あるいは良燃性パティキュレートが排出されるか
は，内燃機関の運転状態から判断することができるか
ら，コントローラは運転検出手段の出力信号によりパテ
ィキュレートの性状を判断し，切換手段を操作してパテ
ィキュレートを別個の捕集部に分離捕集させることがで
きる。

【００１７】なお，異なった性状のパティキュレートを
分離し捕集するための複数の捕集部は，例えば，単一の
パティキュレートフィルタの相対する排気口側に形成す
ることができる。即ち，難燃性パティキュレートをパテ
ィキュレートフィルタの第１の排気口から流入させ，良
燃性パティキュレートをパティキュレートフィルタの第
２の排気口（上記第１の排気口の反対側）から流入させ
る。そうすると，難燃性パティキュレートは第１の排気
口側に堆積し，良燃性パティキュレートは第２の排気口
側に堆積し，分離して捕集される。そして，再生時に
は，第２の排気口側から第１の排気口側に向けて通気を
流通させるようにすれば，難燃性パティキュレートの捕
集部は良燃性パティキュレートの捕集部の下流側とする
ことができる。

【００１８】また，異なった性状のパティキュレートを
分離捕集する複数の捕集部の他の方法として，例えば別
体のパティキュレートフィルタを用いる方法がある。そ
して，切換手段は，排気を上記別個のパティキュレート
フィルタに別個に導くことができるよう配置した管路と
切換え弁等により構成する。そして，再生時には，難燃
性パティキュレートが捕集されたパティキュレートフィ
ルタを良燃性パティキュレートが捕集されたパティキュ
レートフィルタの下流となるよう切換え弁などにより管
路等を切換える。

【００１９】

【作用及び効果】内燃機関から排出されるパティキュレ
ートの性状は，内燃機関の運転条件によって異なったも
のとなる。例えば，ディーゼルエンジンの高負荷時に排
出されるパティキュレートは，ＳＯＯＴ分が多く高温で
ないと燃焼しないが，中・低負荷時に排出されるパティ
キュレートは，ＳＯＦ分が多く低温で燃焼する。

【００２０】本発明のコントローラは，運転検出手段の
出力信号によってパティキュレート捕集時における内燃
機関の運転履歴を知ることができるから，トラッパに捕
集されたパティキュレートの性状を判断することができ
る。従って，パティキュレートの性状に適合した効果的
なパティキュレートの燃焼制御を行なうことができる。

【００２１】また，コントローラは内燃機関の現在の運
転状態によって，現在の排気の温度等を判断することが
できる。例えば，内燃機関が低負荷，低速回転で運転さ
れる場合には，排気温度は低く，高負荷・高速回転で運
転される場合には排気温度は上昇する。従って，コント
ローラは，例えば機関の排気温度の上昇によってパティ
キュレートを燃焼させようとする場合，再生に適当な内
燃機関の運転状態であるか否かを判断し，これによって
適切な再生処理を行なうことができる。

【００２２】なお，本発明の排気浄化装置におけるトラ
ッパは，酸化触媒を担持しているから，パティキュレー
トの燃焼を促進する作用も有している。上記のように本
発明によれば，捕集されたパティキュレートの性状とエ
ンジンの運転状況に適合した効果的な再生処理を行な
い，徒にエンジンの出力を低下させるようなことがない
内燃機関の排気浄化装置を提供することができる。

【００２３】

【実施例】

実施例１本発明の実施例にかかる排気浄化装置につき図１〜図７
を用いて説明する。本例は，図１に示すように，内燃機
関５１であるディーゼルエンジンの排気通路３１に介装
され排気８１中のパティキュレートを捕集する酸化触媒
付きのトラッパ１１と，トラッパ１１に捕集されたパテ
ィキュレートの捕集状態を検出する状況検出手段２１
と，内燃機関５１の運転状態を検知する運転検出手段２
２と，パティキュレートを燃焼させるための昇温手段１
５と，昇温手段１５を操作し，トラッパ１１を再生させ
るコントローラ４０とを有する内燃機関５１の排気浄化
装置１である。

【００２４】コントローラ４０は，運転検出手段２２に
接続されており，パティキュレート捕集中における内燃
機関５１の運転履歴や現在の内燃機関５１の運転状態に
基づいて昇温手段１５を操作する。そして，昇温手段１
５は，内燃機関５１の吸気通路３２に設けた吸気の絞り
弁１５０である。

【００２５】以下，それぞれについて詳説する。ディー
ゼルエンジンの排気通路３１に設けられたトラッパ１１
には，酸化触媒を担持したパティキュレートフィルタ１
１０が装着されている。上記パティキュレートフィルタ
１１０は，セラミック等の多孔質部材からなるハニカム
状格子により多数の排気流路１１１が形成されている。

【００２６】そして，上記多数の流路１１１は，入口又
は出口のいずれかが封鎖されており，入口が封鎖された
ものと出口が封鎖されたものとが交互に配置され市松模
様になっている。そのため，パティキュレートフィルタ
１１０を通る通気はジグザクの経路を経て流出する。

【００２７】また，流路１１１の表面には，γ−アルミ
ナ等のコート層が設けられ，その表面にはＰｔ，Ｐｄ，
Ｃｕなどの酸化触媒が担持されている。パティキュレー
トの捕集状況を検出する状況検出手段２１は，トラッパ
１１の入口と出口との圧力差を検出する差圧検出器２１
１とエンジン制御用ＥＣＵ４とＥＣＵ４内に設けられた
パティキュレート捕集検知プログラムにより構成されて
いる。

【００２８】パティキュレート捕集検知プログラムは，
トラッパ１１の差圧とエンジンの回転数と負荷状況とを
もとにパティキュレートの捕集量を判定するプログラム
である。なお，上記エンジンの回転数と負荷状況とは，
運転検出手段２２から知ることができる。また，コント
ローラ４０は，上記ＥＣＵ４とＥＣＵ内に設けられた再
生処理プログラムによって構成される。

【００２９】次に本例の排気浄化装置における再生制御
の概要について説明する。初めにパティキュレートの組
成と性状について説明する。パティキュレートフィルタ
に捕集されるパティキュレートの燃焼温度は，その組成
によって変化し，その大部分はＳＯＦ分とＳＯＯＴ分で
ある。そして，ＳＯＦ分（有機溶媒に溶解可能な成分）
が多いほどパティキュレートの燃焼温度が低く，ＳＯＯ
Ｔ分が多いほどパティキュレートの燃焼温度が高い。

【００３０】一方，パティキュレートに含まれるＳＯＦ
分の割合は，図２の斜線ゾーンに示すように，一般にエ
ンジン負荷が低いほど大きくなる。その理由は，低負荷
時では排気温度が低く，未燃焼の燃料成分等が多く排出
されるものと考えられる。

【００３１】本例の排気浄化装置は，パティキュレート
捕集中におけるエンジンの運転状態からパティキュレー
トの性状（ＳＯＦ分の含有率の大小）を判定し，これに
よって再生処理時における絞り弁１５０の絞り量を変え
る制御を行なう。絞り量の大小によりエンジンの排気温
度が増減するからである。

【００３２】次に上記制御の流れを，図３を用いて詳細
に説明する。初めに，ステップ６０１において，一定の
サンプリング時間毎に，運転検出手段２２からエンジン
の負荷状況を読み込む。そして，ステップ６０２におい
てエンジン負荷Ｔが図４に示す所定値Ｔ₀以上の領域１
ならば，ＥＣＵ４内の第１カウンタを歩進させ，所定Ｔ
₀に達しない領域２の場合には，第２カウンタを歩進さ
せる。図４において領域１は，難燃性のパティキュレー
トを生ずる高負荷領域，領域２は良燃性のパティキュレ
ートを生ずる低負荷領域である。

【００３３】次にステップ６０３において，差圧検出器
２１１からトラッパ１１の前後の差圧を読み込み，状況
検出手段２１によって前記のようにパティキュレートの
捕集量ｍを算出する。そして，ステップ６０４におい
て，上記捕集量ｍが予め設定された設定値ｍ₀（例えば
１０ｇ）に達したか否かを判定する。そしてｍ₀に達し
ない場合には，ｍ₀に達するまで上記ステップ６０１〜
６０４を繰り返し，ｍ₀に達した場合にはステップ６０
５に進む。

【００３４】なお，上記において，第２カウンタのカウ
ント数ｔ₂が大きく第１カウンタのカウント数ｔ₁が少
ないほどＳＯＦ分が多く，パティキュレートは良燃性で
あり，逆である場合にはパティキュレートは難燃性であ
る。続くステップ６０５において，運転検出手段２２に
よって再びエンジンの負荷状況を読み込み，負荷状況が
図５に示すＡ〜Ｃいずれの領域にあるかを検知する。

【００３５】図５において，領域Ａは，エンジンの吸気
を絞って再生処理を行なうのには適さない領域，領域Ｂ
は吸気を絞って再生処理を行なうことのできる領域，領
域Ｃは吸気を絞ることなく再生処理が実行できる領域を
表す。なお，同図における指標１はエンジン最高回転数
及び最大負荷を示すものである。

【００３６】上記Ａ〜Ｃ領域が持つ意味についてより詳
しく説明する。エンジンが低負荷で低回転（領域Ａ）で
ある場合には，エンジンの排気温度が低く（例えば２５
０℃以下），吸気を大幅に絞ってもパティキュレートの
燃焼温度まで上昇させるのは困難であり，またこの運転
領域では排出されるパティキュレート量も少ない。従っ
て，この場合には，再生処理を行なわない。

【００３７】この状況において，エンジンの吸気を絞る
と，図６に示すようにエンジンの排気温度Ｔが上昇する
が，一方燃料の消費量Ｕも増加し，それに伴ってパティ
キュレートの排出量も増大し，フィルタを良好に再生す
ることは困難である。一方，エンジンが高負荷で高回転
（図５，領域Ｃ）である場合には，排気温度が高く（例
えば４００℃以上），パティキュレートの燃焼温度以上
となるから，あえて吸気を絞らなくても再生処理が可能
である。

【００３８】そして，エンジンが中負荷，中回転（図
５，領域Ｂ）の場合には，吸気の量を絞ることにより，
パティキュレートを燃焼させ，再生処理が可能である。
それ故，ステップ６０６において，領域Ａと判定された
場合には，ステップ６０７において吸気の絞りを行なわ
ずステップ６０５に戻り条件が満たされるのを待つ。

【００３９】ここで領域Ｃである場合には，ステップ６
０９に進み吸気の絞りをゼロとして再生処理を行なう。
ステップ６０６において，領域Ｂにあると判定された場
合には，ステップ６０８に進み，適切な絞り量ｆを算出
する。ステップ６０８における絞り量ｆの決定方法につ
いて説明する。

【００４０】ここで，注目すべきことは，第１に，図７
に示すように，パティキュレートの性状によって絞り量
の大きさを変えることである。前記のように，第１カウ
ンタのカウント数ｔ₁のウエイトが大きいほどパティキ
ュレートの燃焼温度は高く，第１カウンタのカウント数
ｔ₁のウエイトが小さいほどパティキュレートの燃焼温
度は低い。

【００４１】そこで本例においては，第１，第２カウン
タの合計カウント数（ｔ₁＋ｔ₂）に対する第１カウン
タのカウント数ｔ₁の比率Ｒを算出し，図７の実線ｆ₃
に示すように，比率Ｒが大きいほど絞り量を増加させて
いる。従来は，同図破線ｆ₄に示すように，このような
絞り量の変化は行なっていない。

【００４２】そして，ステップ６１０において，上記絞
り量ｆに基づいて，絞り弁１５０を操作する。そしてス
テップ６１１において，ステップ６０３と同様の方法で
パティキュレートの捕集量ｍを算出する。そして，ステ
ップ６１２において，上記捕集量ｍが所定値ｍ₁（例え
ば０．５ｇ）以下に低下した場合には，ステップ６１３
において再生を完了させ，ＥＣＵのカウンタをリセット
する。捕集量ｍが上記ｍ₁以上である場合にはステップ
６０５に戻り，上記完了条件（ｍ＜ｍ₁）が満たされる
まで再生を継続する。

【００４３】上記のように，本例では，捕集されたパテ
ィキュレートの性状と現在のエンジンの運転状況に適応
させて適切な再生処理を行なう。従って，不適切な吸気
絞り操作や過大な吸気絞り操作を行なうことなく排気浄
化装置の再生を行なうことができる。そして，燃費率も
良好に維持し，不適切にエンジンの出力低下を招くこと
もない。上記のように，本例によれば，捕集されたパテ
ィキュレートの性状に適合させ，また現在のエンジン状
態に適合した効果的な再生処理を行ない，徒にエンジン
の出力を低下させるようなことのない内燃機関の排気浄
化装置を提供することができる。

【００４４】実施例２本例は，図８に示すように，実施例１において，エンジ
ンが低負荷で長時間運転した場合に再生処理の方法を若
干変更したもう１つの実施例である。即ち，図８に示す
ように，長時間にわたって低負荷でエンジンを作動させ
た場合には，再生処理の初めの一定時間（例えば５分
間）だけ，通常の絞り量ｆ₁から絞り量ｆ₂に増大さ
せ，排気を高温（例えば６００℃位）にし，その後に実
施例１と同様の絞り量ｆ₁に復元させる。

【００４５】エンジンを低負荷で運転するとＳＯＦ分を
多く含んだパティキュレートが発生し，このＳＯＦ分に
よって酸化触媒の表面が覆われてしまい，触媒性能が低
下するという問題がある。このため，パティキュレート
の燃焼が困難になるが，本例のように再生の最初の一定
時間だけ排気温度を上げる操作をすることにより，触媒
表面のＳＯＦ分を燃焼させて触媒の能力を回復すること
ができる。その他については，実施例１と同様である。

【００４６】実施例３本例は，図９に示すように，実施例１又は実施例２にお
いて，図４に示した領域１，２を４つの領域３〜６に分
けると共に，図３の制御フローにおけるステップ６０２
におけるＥＣＵ４のカウンタを２個から４個に増加し，
絞り量ｆを計算するステップ６０８のアルゴリズムを変
更したもう１つの実施例である。

【００４７】即ち，本例においては，パティキュレート
捕集時におけるエンジンの運転状況を図９の４区分と
し，これをＥＣＵ４の４つのカウンタで別個にカウント
させる（図３ステップ６０２）。これによってパティキ
ュレート捕集時におけるエンジンの運転履歴をよりきめ
細かく把握する。

【００４８】そして，再生時における絞り量ｆ（図３，
ステップ６０８）を次式により算出する。ｆ＝ａｔ₃＋ｂｔ₄＋ｃｔ₅＋ｄｔ₆・・・・・（１）上記においては，ａ，ｂ，ｃ，ｄは，ａ＜ｂ＜ｃ＜ｄな
る定数であり，ｔ₃〜ｔ₆は，それぞれの添字３〜６が
示す図９の領域に対応するカウンタにカウントされたカ
ウント数である。即ち，添字の大きい領域ほどパティキ
ュレートの難燃性がより強いから，絞り量算出のための
重み（ａ〜ｄ）を大きくする。

【００４９】上記のように，パティキュレート捕集時に
おける運転履歴をよりきめ細かく把握することにより，
パティキュレートの性状をより正確に把握し，これによ
ってより適切な再生処理が可能となる。なお，上記
（１）式のアルゴリズムは１例であり，データの蓄積に
より，より適切な式にブラッシュアップすることができ
る。その他については，実施例１，実施例２と同様であ
る。

【００５０】実施例４本例は，図１０に示すように，実施例１，実施例２又は
実施例３において，昇温手段１５の吸気絞り弁を排気絞
り弁１６０に変更したもう１つの実施例である。即ち，
本例においては，エンジンの排気量をトラッパ１１の下
流の排気絞り弁１６０で絞ることにより排気温度を上昇
させる。その他については実施例１，実施例２と同様で
ある。

【００５１】実施例５本例は，図１１，図１２に示すように，実施例１，実施
例２又は実施例３において，昇温手段を燃料噴射増量装
置１７とし（図１１），吸気の絞り量ｆに替えて燃料噴
射の増加量ｆとした（図１２）もう１つの実施例であ
る。即ち，本例においては，燃料噴射増量装置１７によ
って，燃料噴射量を変えることによりエンジンの排気温
度を変化させる。そして，図１２の制御フロー図のステ
ップ６１４〜６１７に示すように，実施例１，実施例２
の絞り量ｆ（図３，ステップ６０７〜６１０）に替えて
燃料噴射の増加量を制御する。その他については，実施
例１，実施例２又は実施例３と同様である。

【００５２】実施例６本例は，図１３，図１４に示すように，実施例１，実施
例２又は実施例３において，図１の昇温手段を燃料噴射
時期の遅角装置１８とし（図１３），図３の絞り量に替
えて噴射遅角量とした（図１４）もう１つの実施例であ
る。即ち，本例においては，図１４のステップ６２１〜
６２４に示すように，実施例１〜実施例３における絞り
量（図３，ステップ６０７〜６１０，図１２，ステップ
６１４〜６１７）に替えて燃料噴射遅角量を制御する。
その他については，実施例１又は実施例２と同様であ
る。

【００５３】実施例７本例は，図１５に示すように，実施例１，実施例２又は
実施例３において，昇温手段１５をエンジンの吸気絞り
弁１５０と燃料噴射遅角装置１７との複数としたもう１
つの実施例である。そして，図５に替えて図１６に示す
ように，現在のエンジンの運転状態をＤ，Ｅ，Ｅ′，Ｆ
の４つの領域に区分し，それぞれの領域Ｄ〜Ｆに対応し
て制御の態様を変化させる。

【００５４】即ち，図１９に示すように，ステップ６２
６においてエンジンの運転状態を領域Ｄ〜Ｆのいずれか
であるかを判定し，それに応じて次のように制御する。
領域Ｄにある場合は，前記領域Ｃ（図５）と同様に再生
処理に不適当と判断し，ステップ６２７に進み，昇温手
段１５を操作しない（図１３，ステップ６０７に相
当）。領域Ｆにある場合には，ステップ６３０に進み，
この場合は，前記領域Ｃ（図５）と同様に昇温手段１５
を作動させなくても再生可能であるから同様に昇温手段
１５を作動させない（図３，ステップ６０９に相当）。

【００５５】そして，領域Ｅ，Ｅ′にある場合には，昇
温手段１５を作動させて再生処理を行なう。まず比較的
中高負荷のＥ′領域の場合には，ステップ６３２に進
み，燃料噴射遅角装置１７を作動させて昇温する。燃料
噴射を遅角した場合の昇温量は，吸気絞り時より小さい
が，燃費等の悪化も小さいため，比較的高温の領域Ｅ′
では，噴射遅角のみを行なう。

【００５６】そして，中低負荷のＥ領域の場合には，昇
温量を大きくする必要があるため，ステップ６３３に進
み，燃料噴射遅角装置１７と絞り弁１５０の両方を作動
させて昇温する。その他の制御フローについては，実施
例１の図３と同様である。その他に，ついては，実施例
１，実施例２，実施例３と同様である。

【００５７】実施例８本例は，図１７，図１８に示すように，実施例７におい
て，燃料噴射遅角装置に替えて，燃料噴射増量装置１８
としたもう１つの実施例である。即ち，図１７に示すよ
うに，図１９の昇温手段の操作（ステップ６３２，６３
３）における遅角装置（遅角量）を増量装置１８（噴射
量増量）に変更する（ステップ６２８，６２９）。そ
の他については，実施例７と同様である。

【００５８】実施例９本例は，実施例１又は実施例２において，難燃性パティ
キュレートと良燃性パティキュレートとを分離捕集し，
難燃性パティキュレートの捕集部を良燃性パティキュレ
ートの捕集部の下流に位置させて再生処理するようにし
たもう１つの実施例である。

【００５９】即ち，図２０に示すように，トラッパ１１
は難燃性パティキュレートと良燃性パティキュレートと
を分離捕集するめたの複数の捕集部１１５，１１６を有
しており，排気８１を上記異なる捕集部１１５，１１６
へ導く排気通路３１の切換手段３２を有すると共に，ト
ラッパ１１の再生時においては上記切換手段３２を操作
することにより難燃性パティキュレートの捕集部１１５
が良燃性パティキュレートの捕集部１１６の下流に位置
することができるよう構成されており，コントローラ４
０は内燃機関５１の運転状態に応じて排気８１を別個の
捕集部１１５，１１６に導入するよう上記切換手段３２
を操作し，再生時においては難燃性パティキュレートの
捕集部１１５が良燃性パティキュレートの捕集部１１６
の下流に位置するよう流通路を形成する。

【００６０】そして，上記２つの捕集部１１５，１１６
は，単一のパティキュレートフィルタ１１０における相
対する排気口１１７，１１８側に形成されており，上記
切換手段３２は，上記パティキュレートフィルタ１１０
に対する排気８１の流入口を反転させる切換え弁３２０
である。

【００６１】以下上記について補足説明を付加する。図
２０に示すように，内燃機関５１（ディーゼルエンジ
ン）の下流には，エンジンに連結された第１排気管３１
１と，切換え弁３２０と，第１排気管３１１からパティ
キュレートフィルタ１１０の相対する排気口１１７，１
１８に連結される第２，第３排気管３１２，３１３と，
該第２，第３排気管３１２，３１３に連結された排出管
３１４とが配設されている。

【００６２】上記切換え弁３２０は，例えばバタフライ
型の切換え弁であり，第１ポジションにある場合には，
排気８１はエンジン−第１排気管３１１−第２排気管３
１２−フィルタ１１０−第３排気管３１３−排出管３１
４の順に流れる。また，切換え弁３２０が，図２０に示
す第２ポジションにある場合には，排気８１は，エンジ
ン−第１排気管３１１−第３排気管３１３−フィルタ１
１０−第２排気管３１２−排出管３１４の順に流れる。

【００６３】即ち，切換え弁３２０のポジションを切換
えることにより，排気８１が流入するフィルタ１１０の
排気口１１７，１１８を切換えることができる。そして
コントローラ４０は，図４に示す領域１（高負荷）の場
合に，切換え弁３２０を第１ポジションとし，領域２
（低負荷）の場合に第２ポジションとする。

【００６４】そして，パティキュレートフィルタ１１０
は，ハニカム状格子により，多数の流路が形成され，そ
の入口又は出口が交互に封止されているため，排気８１
の流入方向を切換えることにより，フィルタ１１０内の
相異なる通路壁側に捕集される（捕集部１１５，１１６
の形成）。即ち，図２２に示すように，フィルタ１１０
の通路壁１１９の片側にエンジン低負荷時の良燃性パテ
ィキュレート８２１（ＳＯＦ分大）が，他方に高負荷時
の難燃性パティキュレート８２２（ＳＯＯＴ分大）が補
足される。

【００６５】次に，図２１を用いて，本例の排気浄化装
置１の制御の流れを説明する。初めにステップ６４１に
おいて，一定のサンプリング時間毎に運転検出手段２２
からエンジンの負荷状態を読込む。そして，ステップ６
４２において，上記運転状態が図４の領域１（負荷Ｔ≧
Ｔ₀）にあるか否かを判定する。

【００６６】そして，是（ＹＥＳ）であれば，ステップ
６４３に進み，切換え弁３２０を第１ポジションに切換
えると共に，ＥＣＵ４内の第１カウンタのカウント値を
歩進させる。そして，ステップ６４２の判定結果が否
（ＮＯ）であれば，ステップ６４４に進み，切換え弁３
２０を第２ポジションに切換えると共にＥＣＵ４内の第
２カウンタのカウント値を歩進させる。

【００６７】そして，図３と同様にステップ６０４，６
０５でパティキュレート捕集量ｍが予め設定された設定
値ｍ₀以上である（ＹＥＳ）と判定されたら，次のステ
ップ６４５以下の再生プロセスに進行し，そうでない場
合（ＮＯ）はステップ６４１に戻る。ステップ６０５で
是（ＹＥＳ）の場合は，ステップ６４５に進み，上記切
換え弁３２０を第２ポジションに切換える。

【００６８】そして，実施例１と同様にステップ６０
５，６０６にて絞り弁１５０を絞って再生のために昇温
する。そうすると，第２ポジションにおいて上流に位置
する良燃性パティキュレート（捕集部１１６）が低温で
燃焼し，その際に発生する燃焼熱によって下流側の難燃
性パティキュレート（捕集部１１５）も極めて良好に燃
焼する。

【００６９】その他の制御フローについては，実施例１
又は実施例２と同様である。なお，上記において，パテ
ィキュレート捕集時における切換え弁３２０の切換え操
作は，切換えの頻発やハンチングを回避するために，図
４における領域間の移行状態が一定時間（例えば１０秒
間）以上継続した場合に行なう。

【００７０】また，本例によれば，フィルタ１１０の壁
の両面（図２２）を有効利用するため，排気８１を一方
向に流通させフィルタ１１０の壁の片面だけを利用する
場合（実施例１〜実施例８）に比べるとパティキュレー
トと酸化触媒との接触面積も倍増し，結果的にパティキ
ュレートの燃焼時間が大幅に短縮される。また，フィル
タ１１０の作動面積が倍になるから，同量のパティキュ
レートの燃焼に対する触媒の使用度が半減し，触媒の耐
久時間が大幅に向上するという効果がある。

【００７１】実施例１０本例は，図２３に示すように，実施例９においてトラッ
パ１１の複数の捕集部を２つの異なるパティキュレート
フィルタ１１０，１２０とし，差圧検出器２１１を下流
に配設した難燃性パティキュレート用のフィルタ１２０
に設けたもう１つの実施例である。

【００７２】即ち，エンジン５１に連結された第１排気
管３１１から，第４，第５排気管３１５，３１６を分岐
させ，一方の第４排気管３１５には第１フィルタ１１０
が配設されている。そして，第４，第５排気管３１５，
３１６が下流で再び合体した第６排気管３１７に第２フ
ィルタ１２０が配設されている。

【００７３】そして切換え弁３２１は，その第２ポジシ
ョンにおいて第１排気管３１１と第４排気管３１５とを
連結し，図２３に示す第１ポジションにおいて第１排気
管３１１と第５排気管３１６とを連結する。そして，パ
ティキュレート捕集中におけるエンジンの運転状態が図
４の領域２にある場合には，切換え弁３２１を第２ポジ
ションに切換えて，第１フィルタ１１０に良燃性のパテ
ィキュレートを捕集する。

【００７４】一方，エンジンの運転状態が図４の領域１
にある場合には，切換え弁３２１を第１ポジションに切
換えて，第２フィルタ１２０に難燃性パティキュレート
を捕集する。そして，再生時には，切換え弁３２１を第
２ポジションに切換えて，第１フィルタ１１０を第２フ
ィルタ１２０の上流に位置させる。その結果，低温で着
火する第１フィルタ１１０のパティキュレートの燃焼熱
の作用により，第２フィルタ１２０の難燃性パティキュ
レートも容易に着火，燃焼する。その他については，実
施例９と同様である。

【００７５】実施例１１本例は，図２４に示すように，実施例１，実施例２又は
実施例３において内燃機関５１の下流のトラッパ１１の
上流に排気温度センサ３３を設けたもう１つの実施例で
ある。そして，上記排気温度センサ３３で検出した排気
温度ｔに応じて，昇温手段１５（絞り弁１５０）を作動
させて再生処理を行なうかどうか，あるいは再生処理を
行なわないかどうかを決定する。

【００７６】即ち，実施例１〜実施例３においては，エ
ンジンの現在の運転状況が図５に示すＡ〜Ｃいずれの領
域にあるかに対応して再生処理のあり方を決めていた
が，本例においては，それを排気温度ｔによって行な
う。即ち，再生の制御フローは，図２５に示すように，
ステップ６５１において，排気温度センサ３３によって
排気温度ｔを測定し，ステップ６５２で低温（ｔ＜
ｔ₁）か，高温（ｔ＞ｔ₂）か，中温（ｔ₁≦ｔ≦
ｔ₂）かを判定する（例えば，ｔ₁＝２５０℃，ｔ₂＝
４００℃）。

【００７７】そして，低温の場合には，再生処理を行な
わず（ステップ６５３），高温の場合は昇温手段１５
（絞り弁１５０）を使用せず再生処理を行ない（ステッ
プ６５５），中温の場合のみステップ６５４に進み，昇
温手段１５を用いて再生処理を行なう。上記のように，
本例は，排気温度ｔを直接測定して再生の制御方法を決
めるから，より的確に再生処理を行なうことができる。

【００７８】即ち，図５における領域区分（Ａ〜Ｃ）に
よれば，同一領域であってもエンジン始動直後の低温時
や，高負荷運転後の高温時などにおいて，排気温度が通
常と異なり，若干制御の的確性に欠ける場合があるが，
本例においては，そのような問題はない。その他につい
ては，実施例１，実施例２又は実施例３と同様である。

【００７９】実施例１２本例は，図２６に示すように，実施例１１において，排
気温度センサ３３をトラッパ１１の下流側に設けるよう
にしたもう１つの実施例である。本例においては，排気
温度センサ３３を実施例１１と同様の用途に用いること
ができるほか，再生処理開始後におけるトラッパ１１下
流の排気温度ｔ′を監視し，これを制御に反映させるこ
とができる。

【００８０】例えば，エンジンを最大負荷運転し，再生
処理を行なうと，エンジンの排気が高温な上，パティキ
ュレートの燃焼熱によりフィルタ１１０が異常高温とな
ることがある。そうするとフィルタ１１０及び触媒の耐
久性が大幅に低下するという不具合が生ずる。本例では
このような状態を，トラッパ１１の下流の排気温度ｔ′
から知ることができる。

【００８１】即ち，図２７に示すように，トラッパ１１
下流の排気温度がｔ′予め設定した限界温度ｔ_L（例え
ば８００℃）を越えた場合には，絞り弁１５０の絞り量
を増大させる。そうすると，エンジンの最大負荷運転時
の排気中の酸素濃度（通常３％程度）が更に低下し，そ
の結果酸素不足状態となり，パティキュレートの燃焼を
抑制する。

【００８２】その結果，図２７に示すように，トラッパ
１１下流の排気温度ｔ′は再び低下し，フィルタ１１０
の寿命低下などを回避することができる。その他につい
ては，実施例１１と同様である。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１の排気浄化装置のシステム構成図。

【図２】エンジン負荷状態と排出パティキュレートとの
相関図。

【図３】実施例１の排気浄化装置の制御フロー図。

【図４】実施例１の排気浄化装置におけるパティキュレ
ート捕集中におけるエンジン運転状態の区分図。

【図５】実施例１の排気浄化装置における操作条件を決
めるエンジンの運転状態の区分図。

【図６】吸気絞り量と排気温度Ｔ及び燃料消費量Ｕとの
相関図。

【図７】実施例１の排気浄化装置における昇温手段の操
作態様と従来装置の操作態様との比較図。

【図８】実施例２の排気浄化装置の制御モードの推移
図。

【図９】実施例３の排気浄化装置におけるパティキュレ
ート捕集中におけるエンジン運転状態の区分図。

【図１０】実施例４の排気浄化装置のシステム構成図。

【図１１】実施例５の排気浄化装置のシステム構成図。

【図１２】実施例５の排気浄化装置の制御フロー図。

【図１３】実施例６の排気浄化装置のシステム構成図。

【図１４】実施例６の排気浄化装置の制御フロー図。

【図１５】実施例７の排気浄化装置のシステム構成図。

【図１６】実施例７の排気浄化装置の操作条件を決める
エンジンの運転状態の区分図。

【図１７】実施例８の排気浄化装置の制御フロー図。

【図１８】実施例８の排気浄化装置のシステム構成図。

【図１９】実施例７の排気浄化装置の制御フロー図。

【図２０】実施例９の排気浄化装置のシステム構成図。

【図２１】実施例９の排気浄化装置の制御フロー図。

【図２２】実施例９のパティキュレートフィルタの通路
壁へのパティキュレートの付着状態図。

【図２３】実施例１０の排気浄化装置のシステム構成
図。

【図２４】実施例１１の排気浄化装置のシステム構成
図。

【図２５】実施例１１の排気浄化装置の制御フロー図。

【図２６】実施例１２の排気浄化装置のシステム構成
図。

【図２７】実施例１２の排気浄化装置におけるトラッパ
下流の排気温度ｔ′及び吸気絞り量ｆの推移図。

【符号の説明】

１．．．排気浄化装置，１１．．．トラッパ，１５．．．昇温手段，２１．．．状況検出手段，２２．．．運転検出手段，４０．．．コントローラ，５１．．．内燃機関，

───────────────────────────────────────────────────── 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Ｂ０１Ｄ 46/42 Ｂ 7446−4ＤＺＡＢＡ 7446−4Ｄ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】内燃機関の排気通路に介装され排気中の
パティキュレートを捕集する酸化触媒付きのトラッパ
と，該トラッパに捕集されたパティキュレートの捕集状
態を検出する状況検出手段と，内燃機関の運転状態を検
知する運転検出手段と，パティキュレートを燃焼させる
ための昇温手段と，該昇温手段を操作し，トラッパを再
生させるコントローラとを有する内燃機関の排気浄化装
置であって，上記コントローラは，上記運転検出手段に
接続されており，パティキュレート捕集中における内燃
機関の運転履歴に応じて排出された難燃性パティキュレ
ートと良燃性パティキュレートとの割合や現在の内燃機
関の運転状態により上記昇温手段を操作することを特徴
とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】請求項１において，上記トラッパは難燃
性パティキュレートと良燃性パティキュレートを分離捕
集するための複数のパティキュレート捕集部を有してお
り，また，排気を上記の異なる捕集部に導く排気通路の
切換手段を有すると共に，トラッパの再生時においては
難燃性パティキュレートの捕集部が良燃性パティキュレ
ートの捕集部の下流に位置することができるよう流通路
が構成されており，上記コントローラは，内燃機関の運
転状態に応じて排気を別個の捕集部に導入するよう上記
切換手段を操作し，再生時においては難燃性パティキュ
レートの捕集部が良燃性パティキュレートの下流に位置
するよう流通路を形成することを特徴とする内燃機関の
排気浄化装置。
【請求項３】請求項２において，難燃性パティキュレ
ートの捕集部と良燃性パティキュレートの捕集部とは，
単一のパティキュレートフィルタにおける相対する排気
口側に形成されていると共に，パティキュレートフィル
タに対する排気の流入口を反転させる排気通路の切換手
段が設けられており，コントローラは内燃機関の運転状
態に応じてパティキュレートフィルタに対する排気の流
入口を反転させることを特徴とする内燃機関の排気浄化
装置。
【請求項４】請求項２において，難燃性パティキュレ
ートの捕集部と良燃性パティキュレートの捕集部とは，
別体のパティキュレートフィルタであることを特徴とす
る内燃機関の排気浄化装置。
【請求項５】請求項１〜請求項３又は請求項４におい
て，昇温手段は，内燃機関の吸気通路に設けた吸気の絞
り手段であることを特徴とする内燃機関の排気浄化装
置。