JPH08296426A - 排気微粒子浄化装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 フィルタ外周部での排気微粒子の燃え残りを
なくすように電気ヒータの通電制御を行う。 【構成】 排気微粒子を捕集するフィルタ３のヒータ側
端面に、中心ヒータ５ａと周辺ヒータ５ｂを設け、フィ
ルタ３の再生時に、中心ヒータ５ａと周辺ヒータ５ｂに
同時に通電を行って排気微粒子を着火させ、この着火後
の伝播燃焼時に中心ヒータ５ａへの通電を停止させ、ま
た周辺ヒータ５ｂへの通電を維持する。この伝播燃焼時
には図示しないエアポンプからの二次エアがフィルタ３
に供給されており、周辺ヒータ５ｂからの加熱エネルギ
ーが二次エアによって燃焼面に運ばれるため、フィルタ
外周部での排気微粒子の燃え残りをなくすことができ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ディーゼルエンジンの
排気ガス中に含まれる排気微粒子（パティキュレート）
をフィルタを用いて捕集し、その捕集した排気微粒子を
燃焼させてフィルタを再生させる排気微粒子浄化装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】この種の排気微粒子浄化装置において
は、ディーゼルエンジンの排気通路に配置されたフィル
タにより排気ガス中の排気微粒子を捕集し、捕集した排
気微粒子の捕集量を検出して再生時期を判定し、フィル
タに付着した排気微粒子を燃焼してフィルタの再生を行
うようにしている。

【０００３】このフィルタの再生は、まずフィルタのヒ
ータ側端面に設けられた電気ヒータに所定の着火期間通
電を行って排気微粒子に着火し、着火期間終了後ヒータ
通電を遮断し、エアポンプでフィルタに二次エアを送っ
て燃焼面をヒータ側端面からフィルタの他端まで伝播燃
焼させることによって行われる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、そのフ
ィルタの再生において、フィルタの外周周辺部はフィル
タケースを経て外気へ放熱するため周辺部の再生温度が
低下し、燃え残りが生じることがある。そして、一旦燃
え残りが発生すると、次の捕集で外周部の捕集量が増加
する。従って、捕集再生が繰り返されると、周辺部での
捕集量が増加し、それが限界を越えると、周辺部でも再
生燃焼が行われる。この時の再生温度（ピーク値）は外
周部より少し内側に入った部分で中心部より相当高い再
生温度となるため、フィルタ割れの可能性がある。

【０００５】本発明は上記問題に鑑みてなされたもの
で、フィルタ外周部での排気微粒子の燃え残りをなくす
ように電気ヒータへの通電制御を行うことを目的とす
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１に記載の発明においては、ディーゼルエン
ジンの排気通路に設けられ排気微粒子を捕集するフィル
タ（１）と、このフィルタの一端面側に設けられ捕集さ
れた排気微粒子を加熱し着火させる電気ヒータ（５）
と、着火された排気微粒子を伝播燃焼させるために二次
エアを供給するエア供給手段（６、７、１２）と、前記
フィルタの再生時に、前記電気ヒータ及びエア供給手段
を制御して前記フィルタに捕集された排気微粒子を燃焼
させる制御手段（１７、９）とを備えた排気微粒子浄化
装置において、前記電気ヒータは、前記フィルタ一端面
側の中心部を加熱する中心ヒータ（５ａ）と周辺部を加
熱する周辺ヒータ（５ｂ）とを有して構成され、前記制
御手段は、前記排気微粒子を着火させた後の伝播燃焼期
間において、前記周辺ヒータへの通電を行うとともに前
記中心ヒータへの通電を停止することを特徴としてい
る。

【０００７】請求項２に記載の発明では、請求項１に記
載の排気微粒子浄化装置において、前記制御手段は、前
記排気微粒子を着火させる着火期間において、前記中心
ヒータと周辺ヒータに同時に通電を行うことを特徴とし
ている。請求項３に記載の発明では、請求項１又は２に
記載の排気微粒子浄化装置において、前記制御手段は、
前記エア供給手段を作動させている間前記周辺ヒータへ
の通電を維持するものであることを特徴としている。

【０００８】上記した各手段のカッコ内の符号は、後述
する実施例記載の具体的手段との対応関係を示すもので
ある。なお、フィルタの周辺部加熱用と中心部加熱用に
電気ヒータを分離したものとしては、特開平５ー１４１
２２５号公報に示すものがあるが、このものは着火時
に、分離した両電気ヒータへの通電を時間的にずらし、
着火時の着火性を良好にするようにしたものであって、
上記したように、伝播燃焼時に周辺部加熱用の周辺ヒー
タのみに通電を行って伝播燃焼時の周辺部の燃え残りを
なくすようにした本発明とは、その目的及び構成におい
て相違している。

【０００９】

【発明の作用効果】請求項１乃至３に記載の発明によれ
ば、排気微粒子を着火させた後の伝播燃焼期間におい
て、周辺ヒータへの通電を行うとともに中心ヒータへの
通電を停止するようにしている。従って、伝播燃焼時に
おいて、周辺ヒータへの通電による加熱エネルギーが二
次エアによって燃焼面に運ばれ、外周部での放熱分が補
充されるため、外周部での再生温度の低下が防止され、
外周部での排気微粒子の燃え残りを解消することができ
る。

【００１０】また、この伝播燃焼時に中心ヒータへの通
電を停止させているから、熱がこもり易い中心部に対し
て過剰な加熱エネルギーの注入を防止し、フィルタの過
昇温によるクラックの発生を防止することができる。

【００１１】

【実施例】以下、本発明を図に示す実施例について説明
する。図１は、本発明の一実施例を示す排気微粒子浄化
装置の全体構成図である。ディーゼルエンジン１の排気
管２には、フィルタ３を有するフィルタケース４が設け
られており、フィルタケース４のフィルタ入口４ａから
フィルタ３内を排気ガスが通過していくことにより、排
気ガス中の排気微粒子がフィルタ３に捕集される。ま
た、フィルタ３を通過した排気ガスはフィルタ出口４ｂ
から図示しないマフラを介して放出される。

【００１２】このフィルタ３は、交互に栓詰めされたセ
ラミック材によるハニカム状のセル構造となっており、
各セルの壁面には数ミクロンの細孔が多数形成され、排
気ガスがその細孔を通過する際に、排気ガス中の排気微
粒子を壁面にトラップして濾過する。このフィルタ３の
ヒータ側端面には電気ヒータ５が設けられており、この
電気ヒータ５により捕集された排気微粒子を加熱し着火
させる。

【００１３】図２に、フィルタ３のヒータ側端面の断面
構造を示す。フィルタ３は上述したように両端面が交互
に栓詰めされたハニカム状のセル構造となっており、栓
詰部３ａに電気ヒータ５のヒータ線（ニクロム線）５’
が埋設されている。この電気ヒータ５への通電は、バッ
テリ８からヒータリレー９を介したバッテリ電圧の供給
にて行われる。なお、この図１中には、電気ヒータ５及
びヒータリレー９がそれぞれ１つずつしか示されていな
いが、フィルタ３の周辺部と中心部とを分離して加熱す
るため、電気ヒータ５及びヒータリレー９はそれぞれ周
辺部用と中心部用に２つ設けられている。この点につい
ては、後述する。

【００１４】また、フィルタ再生時の伝播燃焼を行うた
めフィルタ３に二次エアを供給するエアポンプ（Ａ／
Ｐ）６が設けられている。このエアポンプ６からの二次
エアはエア導入管７を介してフィルタ３に供給される。
また、フィルタ再生時の排気ガス流路を形成するため、
バイパス管１０が設けられている。このバイパス管１０
への流路とフィルタ３への流路との選択は、排気切換弁
１１の切換えによって行われる。また、上記したエア導
入管７からの二次エアの供給は、エア切換弁１２の切換
えによって行われる。なお、排気切換弁１１、エア切換
弁１２は、それぞれ図示しないアクチュエータにより切
換駆動されるものであり、そのアクチュエータは後述す
るＥＣＵ１７からの駆動信号を受けて作動する。

【００１５】さらに、フィルタ３の捕集量を検出するた
めに、フィルタ入口４ａの圧力を検出する圧力センサ１
３、フィルタ出口４ｂの圧力を検出する圧力センサ１
４、排気温度を検出する排気温センサ１５、及びディー
ゼルエンジン１の吸気流量を検出する吸気流量センサ１
６が設けられている。これら各センサからの信号は電子
制御ユニット（ＥＣＵ）１７に入力される。このＥＣＵ
１７は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ｉ／Ｏ回路等で構成
されたマイクロコンピュータシステムを備えたものであ
る。そして、後述するように、排気微粒子の捕集量を検
出して再生時期を判定し、この再生時期判定時にフィル
タ３を再生させる演算処理を実行する。このＥＣＵ１７
は、キースイッチ１８のオンにより上記演算処理を行
う。

【００１６】図３に、電気ヒータ５とヒータリレー９の
構成を示す。図に示すように、電気ヒータ５は、フィル
タ３の中心部に配設された中心ヒータ５ａと周辺部に配
設された周辺ヒータ５ｂとから構成されている。また、
中心ヒータ５ａと周辺ヒータ５ｂに通電を行うための中
心ヒータリレー９ａと周辺ヒータリレー９ｂが設けられ
ている。

【００１７】上記構成において、その作動を、ＥＣＵ１
７におけるＣＰＵの演算処理を示す図４のフローチャー
トに従って説明する。まず、センサ１３〜１６からのセ
ンサ信号を取り込み（ステップ１０１）、次に捕集制御
を行う（ステップ１０２）。具体的には、排気切換弁１
１をフィルタ入口４ａ側に開きバイパス管１０を閉じる
ように排気切換弁駆動信号を出力し、ディーゼルエンジ
ン１の排気ガスがフィルタ３に導入されるようにする。

【００１８】次に、ステップ１０１にて取り込んだセン
サ信号を基に、捕集量を以下のようにして算出する（ス
テップ１０３）。まず、圧力センサ１３にて検出した圧
力Ｐ１から圧力センサ１４にて検出した圧力Ｐ２を引く
ことによりフィルタ３の差圧ΔＰ（＝Ｐ１−Ｐ２）を求
め、続いて吸気流量センサ１６にて検出した吸気流量Ｇ
ａおよび排気温センサ１５にて検出した排気温Ｔｅｘか
ら、排気ガスの排気体積流量ＶをＶ＝ｆ（Ｇａ、Ｔｅ
ｘ）により求める。そして、フィルタ差圧ΔＰおよび排
気体積流量Ｖから、排気微粒子の捕集量Ｃをｇ（ΔＰ、
Ｖ）にて求める。この関数ｇは、基本的には差圧ΔＰを
排気体積流量Ｖで割った値を求めるように設定されたも
のである。この関数を用いて求められた値は通気抵抗、
すなわちフィルタの目詰まり量を示すものであり、それ
を捕集量Ｃとしている。

【００１９】次に、この捕集量Ｃが予め定めた設定値
（すなわち再生が必要となる限界値）Ｃ_O に達したか否
かを判定する（ステップ１０４）。そして、捕集量Ｃが
所定値Ｃ_O に達するまでは上記処理を繰り返す。従っ
て、この状態においては、フィルタ３での捕集が進めら
れる。また、ヒータリレー９、エアポンプ６は駆動され
ず、エア切換弁１２もエア導入管７を閉じている。

【００２０】この後、フィルタ３にて捕集された排気微
粒子の量が大きくなり、捕集量Ｃが所定値Ｃ_O に達する
と、ステップ１０４にて再生開始が判定される。この再
生開始判定により、まず着火制御を行う（ステップ１０
５）。具体的には、フィルタ入口４ａを閉じバイパス管
１０への通路を開くように排気切換弁１１を切換駆動す
るための排気切換弁駆動信号を出力する。また、ヒータ
リレー９ａ、９ｂを駆動し、それぞれのリレー接点を閉
成してバッテリ８の電圧が中心ヒータ５ａと周辺ヒータ
５ｂに同時に印加されるようにする。さらに、着火時間
を計測するタイマｔ_F を０にリセットする。このタイマ
ｔ_F （および後述するタイマｔ_R ）は図示しない計数処
理によって値が更新される。

【００２１】この着火時の中心ヒータ５ａと周辺ヒータ
５ｂへの通電は、タイマｔ_F が一定の着火時間に対応す
るｔ_FOに達するまで行われ、中心ヒータ５ａと周辺ヒー
タ５ｂは通電によって発熱する。この場合、フィルタ３
に捕集された排気微粒子を加熱して着火させるために
は、６００℃程度の着火温度まで加熱する必要があり、
中心ヒータ５ａと周辺ヒータ５ｂに一定の着火期間ｔ_FO
だけ通電を行うことによって、着火温度を越えるように
することができる。

【００２２】そして、タイマｔ_F の値がｔ_FOに達したこ
とを判定する（ステップ１０６）と、着火終了として次
の再生制御を行う（ステップ１０７）。この再生制御で
は、エア切換弁１２を開くようにエア切換弁駆動信号を
出力し、さらにエアポンプ６に駆動電圧を印加してエア
ポンプ６を作動させる。また、フィルタ３の再生時間を
計測するタイマｔ_R を０にリセットする。従って、この
再生制御により、エアポンプ６から二次エアがエア導入
管７を介してフィルタに供給され、再生が開始する。さ
らに、中心ヒータリレー９ａの駆動をＯＦＦし、中心ヒ
ータ５ａへの通電を停止させる このことにより、エアポンプ６から二次エアが導入さ
れ、フィルタ３の着火面がフィルタ入口４ａに近い端面
から他方の端面に向かって移動する伝播燃焼が開始され
る。

【００２３】また、この伝播燃焼時において、フィルタ
３の外周部はフィルタケース４を通して大気へ放熱され
るため、再生温度は中心部の再生温度より低下しようと
するが、周辺ヒータ５ｂへの通電が維持されているた
め、その加熱エネルギーが二次エアによって燃焼面に運
ばれ、外周部での放熱分が補充される。従って、外周部
での再生温度の低下が防止され、外周部での排気微粒子
の燃え残りを解消することができる。

【００２４】また、この伝播燃焼時に中心ヒータ５ａへ
の通電を停止させることにより、熱がこもり易い中心部
に対して過剰な加熱エネルギーの注入を防止し、フィル
タ３の過昇温によるクラックの発生を防止することがで
きる。その後、再生時間ｔ_R がｔ_ROに達し、再生終了時
間になると、再生終了としてステップ１０８の判定がＹ
ＥＳになり、周辺ヒータ５ｂおよびエアポンプ６の作動
を停止させるとともに、エア切換弁１２を閉じるように
エア切換弁駆動信号を出力する再生終了制御を行い（ス
テップ１０９）、ステップ１０１に戻って、フィルタ３
の捕集を再開させる。

【００２５】図５に、フィルタ再生時における、中心ヒ
ータリレー９ａ、周辺ヒータリレー９ｂおよびエアポン
プ６の作動タイミングを示す。なお、上記実施例では、
バイパス管１０を設けて行うものを示したが、排気管２
に並列に２つの分岐流路を設け、それぞれにフィルタを
設けて、捕集と再生を交互に行う、いわゆるデュアルタ
イプの排気微粒子浄化装置にも本発明を適用することが
できる。

【００２６】また、電気ヒータ５ａ、５ｂの電力をバッ
テリ８の端子電圧の変動に係わらず所定値とするため、
ヒータリレー９ａ、９ｂのそれぞれのＯＮ期間の中でバ
ッテリ電圧に応じてＯＮ−ＯＦＦのデューティ比を制御
するデューティ制御を行うようにしてもよい。さらに、
上記実施例では、着火期間において、中心ヒータリレー
９ａ、周辺ヒータリレー９ｂを同時にＯＮさせて着火を
行うものを示したが、特開平５ー１４１２２５号公報に
示すもののように、時間的にずらしてＯＮさせ、着火性
を良好にしてもよく、また中心ヒータリレー９ａにみＯ
Ｎさせて着火を行うようにしてもよい。

【００２７】なお、上記実施例において、図４のフロー
チャートに示す各ステップは、それぞれの機能を実現す
る機能実現手段として把握されるものであり、例えば、
ステップ１０３は排気微粒子の捕集量を検出する捕集量
検出手段として、またステップ１０４は再生時期判定手
段として把握されるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示すディーゼルエンジンの
排気浄化装置の全体構成図である。

【図２】フィルタ３のヒータ側端面の断面構造を示す断
面図である。

【図３】電気ヒータ５とヒータリレー９の構成を示す構
成図である。

【図４】図１中のＥＣＵ１７におけるＣＰＵの演算処理
を示すフローチャートである。

【図５】フィルタ再生時における、中心ヒータリレー９
ａ、周辺ヒータリレー９ｂおよびエアポンプ６の作動タ
イミングを示す図である。である。

【符号の説明】 １…ディーゼルエンジン、２…排気管、３…フィルタ、
４…フィルタケース、５…電気ヒータ、５ａ…中心ヒー
タ、５ｂ…周辺ヒータ、６…エアポンプ、９…ヒータリ
レー、９ａ…中心ヒータリレー、９ｂ…周辺ヒータリレ
ー、１１…排気切換弁、１２…エア切換弁、１３、１４
…圧力センサ、１５…排気温センサ、１６…吸気流量セ
ンサ、１７…ＥＣＵ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 森田 尚治 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 日本電 装株式会社内 (72)発明者 影山 照高 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 日本電 装株式会社内 (72)発明者 近藤 寿治 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 日本電 装株式会社内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ディーゼルエンジンの排気通路に設けら
   れ排気微粒子を捕集するフィルタと、 このフィルタの一端面側に設けられ捕集された排気微粒
   子を加熱し着火させる電気ヒータと、 着火された排気微粒子を伝播燃焼させるために二次エア
   を供給するエア供給手段と、 前記フィルタの再生時に、前記電気ヒータ及びエア供給
   手段を制御して前記フィルタに捕集された排気微粒子を
   燃焼させる制御手段とを備えた排気微粒子浄化装置にお
   いて、 前記電気ヒータは、前記フィルタ一端面側の中心部を加
   熱する中心ヒータと周辺部を加熱する周辺ヒータとを有
   して構成され、 前記制御手段は、前記排気微粒子を着火させた後の伝播
   燃焼期間において、前記周辺ヒータへの通電を行うとと
   もに前記中心ヒータへの通電を停止することを特徴とす
   る排気微粒子浄化装置。
2. 【請求項２】 前記制御手段は、前記排気微粒子を着火
   させる着火期間において、前記中心ヒータと周辺ヒータ
   に同時に通電を行うことを特徴とする請求項１に記載の
   排気微粒子浄化装置。
3. 【請求項３】 前記制御手段は、前記エア供給手段を作
   動させている間前記周辺ヒータへの通電を維持するもの
   であることを特徴とする請求項１又は２に記載の排気微
   粒子浄化装置。