JPH08296427A - 排気微粒子浄化装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 電気ヒータに伝播燃焼期間も通電を行い、フ
ィルタ割れなく、かつ排気微粒子の燃え残りもなく、安
定かつ良好なフィルタの再生を行う。 【構成】 ディーゼルエンジンの排気ガス中に含まれる
排気微粒子を捕集するフィルタの再生において、フィル
タの一端面に設けられた電気ヒータへの通電を図に示す
特性によって行う。すなわち、フィルタに捕集された排
気微粒子を着火させる着火期間においては比較的高い電
力Ｐ_F を電気ヒータに供給し、着火期間経過後の再生期
間においては、始めは電力Ｐ₁ と低くし、そして徐々に
増加する電力を電気ヒータに供給する。

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、燃え残りが生じてしまうという問題がある。そ
こで、フィルタ周辺部の燃え残り対策として、電気ヒー
タを伝播燃焼期間も通電して、一定電力でフィルタのヒ
ータ側端面を加熱する方法が考えられる。しかしなが
ら、着火期間終了直後は、燃焼面はヒータ側端面に近い
ため、ヒータの加熱エネルギーは大半燃焼面に集中する
ことになり、再生温度が過大に上昇して、フィルタ割れ
という問題が生じる可能性がある。

【０００５】本発明は上記問題に鑑みてなされたもの
で、電気ヒータに伝播燃焼期間も通電を行って排気微粒
子の燃え残りをなくすようにするとともに、上記したフ
ィルタ割れの問題を生じないようにすることを目的とす
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（１）の排気通路に設けられ排気微粒子を捕集する
フィルタ（３）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（９、１７）とを備えた排気微
粒子浄化装置において、前記制御手段は、前記電気ヒー
タに供給される電力が、前記排気微粒子の着火後におい
て着火時の電力よりも低い電力から徐々に増加する電力
となるように前記電気ヒータへの通電を行うことを特徴
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
記電気ヒータに通電を行う通電手段（９）と、前記フィ
ルタの着火に必要な着火電力を前記電気ヒータに供給す
るように前記通電手段を制御する着火制御手段（１０
５）と、前記着火電力の供給後、前記着火に必要な電力
よりも低い電力から徐々に増加する電力を前記電気ヒー
タに供給するように前記通電手段を制御するヒータ電力
制御手段（１０８）とを備えたことを特徴としている。

【０００８】請求項３に記載の発明では、請求項２に記
載の排気微粒子浄化装置において、前記ヒータ電力制御
手段は、前記通電手段による通電をデューティ制御して
前記電気ヒータに供給される電力を徐々に増加させるも
のであることを特徴としている。なお、上記各手段のカ
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。

【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、電気ヒータに供給される電力を、排気微粒子の着火
後においても供給するようにし、その場合、着火時の電
力よりも低い電力から徐々に増加する電力としているか
ら、伝播燃焼に伴う燃焼面の移動に伴って燃焼面に適切
な加熱エネルギーを供給し再生温度の過不足を解消させ
て、排気微粒子の燃え残りをなくすとともに、フィルタ
割れのない安定した再生を行うことができる。

【００１０】

【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。

【００１１】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に
て捕集された排気微粒子の量が増加すると、目詰りを起
こすため、捕集量が所定量に達した時に、フィルタ３を
再生させる。このため、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に通
電を行って加熱し、捕集された排気微粒子に着火する。
さらに、この着火された排気微粒子を伝播燃焼させるた
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。
なお、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。

【００１２】また、フィルタ再生時に排気ガス流路を形
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。

【００１３】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。

【００１４】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２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。

【００１５】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。

【００１６】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。

【００１７】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９を駆動し、リレー接点を閉成してバッテリ８の
電圧が電気ヒータ５に印加されるようにする。さらに、
電気ヒータ５の加熱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。

【００１８】この電気ヒータ５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、
電気ヒータ５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、電気ヒータ５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。

【００１９】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。

【００２０】従って、この二次エアの導入により、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。次
に、電気ヒータ５の印加電力Ｐ_R を再生時間ｔ_R に応じ
て制御するヒータ電力制御を行う（ステップ１０８）。
ＥＣＵ１７内のＲＯＭには、図３に示す再生制御を開始
した時点からの再生時間ｔ_R とヒータ電力Ｐ_R との関係
がＲＯＭにテーブルとして記憶されている。このテーブ
ルに従い、再生時間ｔ_R に応じたヒータ電力Ｐ_R を求め
て、ヒータ電力Ｐ_R に応じたヒータリレー９のデューテ
ィ制御を行う。

【００２１】すなわち、求められたヒータ電力Ｐ_R に応
じてヒータリレー９のＯＮとＯＦＦの繰り返しデューテ
ィ比を制御し、電気ヒータ５に印加されるバッテリ９の
平均電力を制御する。例えば、繰り返し周期一定でヒー
タリレー９を制御する場合には、そのＯＮ時間をヒータ
電力Ｐ_R に比例して決めるようにする。この図３に従っ
たヒータ電力制御により、再生制御の開始時点（図３の
ｔ₁ 時点）ではヒータ電力Ｐ_R は比較的低い電力Ｐ₁ と
なり、再生時間の経過に伴って次第にヒータ電力Ｐ_R が
増加し、再生制御の終了時点（図３のｔ₂ 時点）ではＰ
₂ の最大電力に達することになる。

【００２２】このようなヒータ電力制御により、再生時
の伝播燃焼がフィルタ３の入口端面から始まった再生開
始直後においては、ヒータ加熱電力が小さく再生温度の
過上昇によるフィルタ割れを防ぐことができる。また、
燃焼面が入口端面から遠ざかり、放熱面積が増加してい
くにつれてヒータ加熱電力が増加する。従って、電気ヒ
ータ５の加熱エネルギーが二次エアによって燃焼面に運
ばれ、燃焼面はフィルタ入口端面から出口端面に達する
まで適切な加熱エネルギーを受けることができ、排気微
粒子の燃焼を良好にして燃え残りをなくすことができ
る。

【００２３】なお、着火期間においては、短期間に捕集
された排気微粒子に着火するため、電気ヒータ５に比較
的大きなヒータ電力Ｐ_F を印加するようにしている。上
記のステップ１０８によるヒータ電力制御は、再生期間
が終了するまで繰り返し行われ、再生時間ｔ_R がｔ_ROに
達し、再生終了時間（図３のｔ₂ 時点）になると、再生
終了としてステップ１０９の判定がＹＥＳになり、電気
ヒータ５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１１０）、ス
テップ１０１に戻って、フィルタ３の捕集を再開させ
る。

【００２４】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。また、上
記実施例において、図２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】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３】ヒータ電力Ｐ_R の変化特性を示す特性図であ
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、６…エアポン
プ、９…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 吉田 秀治 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 戸谷 隆之 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、 前記制御手段は、前記電気ヒータに供給される電力が、
   前記排気微粒子の着火後において着火時の電力よりも低
   い電力から徐々に増加する電力となるように前記電気ヒ
   ータへの通電を行う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、 前記電気ヒータに通電を行う通電手段と、 前記フィルタの着火に必要な着火電力を前記電気ヒータ
   に供給するように前記通電手段を制御する着火制御手段
   と、 前記着火電力の供給後、前記着火に必要な電力よりも低
   い電力から徐々に増加する電力を前記電気ヒータに供給
   するように前記通電手段を制御するヒータ電力制御手段
   とを備えた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】 前記ヒータ電力制御手段は、前記通電手
   段による通電をデューティ制御して前記電気ヒータに供
   給される電力を徐々に増加させるものであることを特徴
   とする請求項２に記載の排気微粒子浄化装置。