JPS6034718A - 微粒子捕集装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の利用分野］ 本発明は、エンジンの排気中に含まれる微粒子を捕集す
る微粒子捕集装置、特にフィルタに捕集された微粒子が
ヒータにより着火燃焼されることによりフィルタの再使
用が可能となる微粒子捕集装置に関するものである。

［１’を景技術］ ディーゼルエンジンにおいてはその排気中に微粒子が含
まれることがある。この微粒子は燃料の不完全燃焼など
により発生し、カーボン、炭化水素、金属等から成り、
可燃性を有する。

そして上記微粒子が含まれる排気が車両からそのまま排
出されると、排気が黒色煙状となり、また不快な臭いを
伴なう。

従って、この様な排気をそのままエンジンから排出させ
ることは清浄で快適な環境を保つ上で不都合である。

この種の装置では、排気中に含まれた微粒子がフィルタ
により捕集されて排気の清浄化が行なわれている拳 またフィルタに所定量の微粒子が捕集蓄積されてエンジ
ンの出力が低下する前の所定時期に最上流の捕集微粒子
がヒータにより着火される。そしてその着火微粒子が火
種となって下流の捕集微粒子が排気中の酸素により自己
燃焼する。この燃焼によりフィルタの再生が終了し、微
粒子の捕集が再び可能となる。

従来のこの種の装置においては、フィルタに所定量へ微
粒子が捕集蓄積されてエンジンの出力が低下する前の所
定時期となると、直ちに捕集微粒子がヒータにより着火
されてフィルタの再生が開始されていた。

したがって従来においては、トラップが暖められないう
ちにフィルタに捕集された微粒子の燃焼が開始され場合
が生ずるので、トラップ部分に熱応力が発生する。その
結果、トラップが破損し、あるいはその耐久性が低下す
るという問題があった。

［発明の目的］ 本発明は上記事情に鑑みて為されたものであり、その目
的は、トラップの破損あるいはその耐久性の低下を招く
ことのない微粒子捕集装置を提供することにある。

［発明の概要］ ！二記［１的を達成する為に本発明は、エンジンの排気
中に含まれる微粒子を捕集するフィルタとフィルタに捕
集された微粒子に着火するヒータとを含むトラップと、
トラップの温度を検出する温度検出手段と、トラップの
温度が所定値を越えたときにヒータに対する着火電流の
供給を開始する電源回路と、を有する、ことを特徴とす
る。

［発明の実施例〕 以下図面に基づいて本発明に係る装置の実施例を説明す
る。

第１図には本実施例装置の全体構成が示されている。

同図においてディーゼルエンジン１０の吸気側には吸気
絞り弁１２が設けられており、吸気絞り弁１２はアクチ
ュエータ１４により駆動されている。更にディーゼルエ
ンジンＩＯに対する燃料噴射量を制御する燃料噴射弁１
６が設けられており、また排気を吸気側に環流するＥＧ
Ｒ弁１８が吸排気間に設けられている・ そしてディーゼルエンジンｌＯの排気経路中にトラップ
２０が設けられている・ このトラップ２０のケーシング２２は両端が絞り込まれ
た断面略楕円形の柱状に形成されている。このケーシン
グ２２内にＪマフィルタ２４が先順されている。そして
フィルタ２４はディーゼルエンジンｌＯの排気中に含ま
れる微粒子（パティキュレート）を捕集でき、その微粒
子はフィルタ２４の排気入口から出口方向へ徐々にｖｉ
積する。

またケーシング２２内でフィルタ２４のディーゼルエン
ジンｌＯ側端面にはフィルタ２４に捕集された微粒子を
着火するヒータ２６が設けられている。

なお、木実雄側の上記フィルタ２４には発泡セラミック
が用いられており、フィルタ２４は互いに連通する多数
の楕円状空孔を有する三次元網目構造・ｎ・格とされて
いる。

また木実雄側の上記ヒータ２６は第２図に示される様に
端子２８−１．２８−２に接続された電熱ｆｉ３０−１
．３ｏ−２，３ｏ−３，３０−４゜３０−５．３０−６
．３ｏ−７，３ｏ−８を有している。なお、ヒータ２６
は車両のボディに接地されている・ このヒータ２６には電源回路から着火電流が供給されて
おり、その電源回路は！！０１図においてチ璽ツバ回路
３２及びＥＣＵ３４から構成されている。チ、ツバ回路
３２は電源主回路を構成するものでバッテリ３６の出力
電流をチゴツプするスイッチングトランジスタ３８．４
０から成り、そのチョップ動作はマイクロコンピュータ
を中心として構成されたＥＣＵ３４により制御されてい
る。

更に第１図においてトラップ２０をへイバスして排気通
路４２が形成されており、この排気通路４２には排気流
量調節弁４４が設けられている。

この排気流量：Ａ節介４４はダイヤフラム４６により開
閉駆動されており、ダイヤフラム４６はｖＳＶ４８．５
０により駆動されている。モしてｖＳＶ４８は図示され
ていないバキュームポンプに連結され、またＶＳＶ５０
は大気に開放されており、両者はＥＣＵ３４により制御
されている。

以上の様にＥＣＵ３４はディーゼルエンジン１０、ヒー
タ２６．排気流量調節弁４４の制御を行なっているが、
それらの制御を行なうためにＥＣＵ３４には各種の検出
信号が供給されている。

第１図において、吸気絞り弁１２の開度が開度センサ５
２によりまたディーゼルエンジンｔｏ＋７）吸気側圧力
が圧力センサ５４により、更にエンジン水温が温度セン
サ５６により、そしてエンジン負荷が負荷センサ５８に
より各々検出されている。

またディーゼルエンジン１０の回転数が回転数センサ６
０により、更に車速が車速センサ６２により、そして排
気中の酸素濃度が０２センサ６４により各々検出されて
いる。

更にディーゼルエンジン１０からトラップ２゜へ排出さ
れる排気の温度が温度センサ６６により、またその圧力
が圧力センサ６８により各々検出されている。そしてヘ
ッドライトの点消灯を行なうライトコントロールスイッ
チ７０の操作の有無が操作センサ７２により検出されて
いる。

ＥＣＵ３４は以上の開度センサ５２．圧力センサ５４、
温度センサ５６、負荷センサ５８、回転数センサ６０．
車速センサ８２．０２センサ６４、温度センサ６６、圧
力センサ６８．操作センサ７２の各種検出信号に基づい
てディーゼルエンジンｌＯの制御を行なえる様に、また
以下の制御を行なえる様に構成されている。

ＥＣＵ３４はフィルタ２４の圧力損失が所定値を越えた
ときにチョッパ回路３２がヒータ２６に着火電流を供給
する様にチョッパ回路３２を制御できる。

本実雄側番とおいてこの制御は負荷センサ５８、回転数
センサ６０、圧力センサ６８の検出信号に基づいて行な
われている。

ＥＣＵ３４のＲＯＭ中には第３図の特性Ｐが格納されて
おり、同図において横軸にはエンジン回転数検出値Ｎが
、また縦軸にはエンジン負荷検出値が各々とられている
。ＥＣＵ３４は負荷センサ５８、回転数センサ６０の検
出信号から特性Ｐを利用して排圧基準値ＰＯをめ、この
基準４＠　Ｐ　Ｏを圧力センサ６８の検出値が越えたと
きにチョッパ回路３２がヒータ２６に着火電流を供給す
る様にチョッパ回路３２の制御を行なうことが可能であ
る。

またＥＣＵ３４は、トラップ２ｏが排気により暖められ
るまでヒータ２６に対する着火電流の供給を禁止し、暖
められたときに着火電流の供給を初めて開始する様にチ
ョッパ回路３２を制御できる。

この制御には温度センサ６６及び温度センサ５６の検出
信号が利用されており、ＥＣＵ３４はディーゼルエンジ
ン１ｏの始動後所定時間が経過し、トランプ２ｏに供給
される排気の温度が所定値以」−となったことを温度セ
ンサ６６の検出信号により確認し、更にエンジン冷却水
の温度が所定値以」−となったことを確認したときにト
ラップ２０が暖まったと判断してヒータ２６に対する着
火電流の供給を開始制御できる。

なお、ヒータ２６に対する着火電流の開始制御に際し、
ＥＣＵ３４は車速の積算値及びエンジン回転数の精ｒＬ
値（例えば２０万回転）が各々所定の値を越えて圧力セ
ンサ６８が誤動作していないことを予め確認できる。

そしてＥＣＵ３４はヒータ２６により着火した捕集微粒
子の燃焼が良好に行なわれる様に排気流量調節弁４４の
開度を調整してトラップ２０を流れる排気の流速を制御
している。

またＥＣＵ３４はこのとｊ０２センサ６４、温度センサ
６６の検出信号に応じ排気流量調節弁４４の開度調整に
よりトラップ２０を流れる排気の流速を低減してトラッ
プ２０の溶損を防止できる。

更にＥＣＵ３４はヘッドランプ点灯時には電源電圧に相
関す・る値となる様に上記着火電流の値を制御している
。

本実施例においては、バッテリ３６の出力電圧がエンジ
ン回転数に依存するので、回転数センサ６０の検出信号
すなわちエンジン回転数に応じてヒータ２６に供給され
る着火電流の値が制御されている。すなわち、エンジン
回転数が低いときには着火電流のデユーティ比りが減少
されてその値が低減され、またエンジン回転数が高いと
きにはそのデユーティ比りが高められてその（ａが増加
される。このとき１着火電流の値Ｉはそのデューティ比
りにより第４図の特性１００に従って制御される。その
結果、バッテリ３６の山方電圧はほぼ一定に制御される
。

またＥＣＵ３４は、ヘッドランプ点灯時にはヒータ２６
に対する着火電流の値を徐々に増減制御できる。

本実施例のＥＣＵ３４は操作センサ７２の検出信号によ
りヘッドランプの点灯状態を検知しており、ｔ５５図の
特性１０２により示される様に着火電流のデユーティ比
りを時間の経過と共に徐々に増減制御している。更にＥ
ＣＵ３４は電熱１ｌｉ３０−１，３０−２．３０−３．
３０−４．３０−５．３０−６．３０−７．３０−８が
所定の順序で１木ずつ通電される様に、また最後の電熱
線３０が非通電とされるときにはその着火電流の値が徐
々に減少される様に、チョッパ回路３２のスイッチング
トランジスタ３８．４０をデユーティ制御できる。

本実施例は以上の構成から成り、以下その作用を説明す
る。

第６図にはＥＣＵ３４の処理全体を説明するメインルー
チンが示されておりディーゼルエンジンｌＯの制御処理
（ステップ２−００）、１−ラップ２０の再生処理を含
む処理が繰り返して行なわれている。

上記ステップ２００では、アクセルペダルの踏込量すな
わち噴射ポンプのレバー開度とエンジン回転数とに基づ
いて燃ネ４の基本噴射量及び噴射時期がまずめられてい
る。そしてエンジン冷却水温度、吸気温度等に基づいて
基本噴射量及び噴射時期に対して補正が行なわれ、それ
らを利用することによりディーゼルエンジン１０の出力
制御が行なわれている。

ディーゼルエンジン１０の運転中、排気流量調節ｊｆ、
　４４が閉じられて排気がトラップ２０側に導かれれて
おり、したがって排気中に含まれる微粒子はフィルタ２
４の上流面から下流方向へ向って徐々にフィルタ２４内
に捕集され、フィルタ２４に蓄積される。

その結果車両からは微粒子が含まれない清浄な刀スが排
出され、周囲に悪影響を与えることが防止される。

また上記ステップ２０２においてはまず第７図の処理が
行なわれる。

この第７図の処理では、以下の様にしてフィルタ２４に
所定量の微粒子が捕集されたか否がが判定される。

ｔ５７図においてＥＣＵ３４はフィルタ２４の、圧力損
失が所定値を越えたか否かを判定するために、負荷セン
サ５８、回転数センサ６０の検出信号からｔ５３図の特
性Ｐを利用して基準値ＰＯをめ、この基準値ＰＯを圧力
センサ６８の検出値が越えたか否かを判定する（ステッ
プ３００）。

このとき圧力センサ６８の検出値が基準値ＰＯを越えた
と判定されたときにはフィルタ２４の圧力損失が所定値
を越えてフィルタ２４に所定量の微１’＋了が抽ｉｌさ
れており、ディーゼルエンジン１０の山男損失がある程
度まで増加している。

次いでＥＣＵ３４は、ディーゼルエンジン１０の回転り
、積算値と車速積算値が各々設定値を越えたか否かを判
定する（ステップ３０２．３０４）。

ステップ３０２でディーゼルエンジンｌＯの回転数積算
値が設定値を越えていないと判定されたときにはステッ
プ３００の判定が、またステップ３０４で車速積算値が
設定、値を越えていないと判定されたときにはステップ
３００．３０２の判定が各々一旦無効とされる。

ステップ３０６ではステップ３０２．３０４で一旦無効
とされたステップ３００，３０２の判定に対して吟味が
行なわれる。なお、ステップ３００で使用される基準値
ＰＯが破壊されず、ステップ３０２，３０４で各々使用
される積算値が揮発するおそれのないときにはステップ
３０２．３０４．３０６は省略することが好ましい、ま
たステップ３００．３０２．３０４のいずれかの処理の
みで他のステップの処理を省略することも可能である。

この様にしてフィルタ２４に微粒子がある程度蓄積され
たことが検知された場合、引き続いて微粒子の捕集が進
められると、排気側での損失が増大してディーゼルエン
ジンｌＯの出力が低下するので、フィルタ２４に捕集さ
れた微粒子が以下の様にしてヒータ２６により着火され
て燃焼される。

本装置においては、ヒータ２６に対する着火電流の供給
は、ｉ・ラップ２０が排気により暖められるまで禁止さ
れ、暖められたときに初めて開始される。

第８図において、まずディーゼルエンジン１０が始動さ
れてから所定時間が経過して排気系が暖められたことが
確認される（ステップ４００）。

次いでトラップ２０にディーゼルエンジン１０からｔＡ
出される排気の温度が所定の温度以上であることが温度
センサ６６の検出信号により確認される（ステップ４０
２）。

更にディーゼルエンジン１０の冷却水温度が６０℃以」
二であることが温度センサ５６の検出信号により確認さ
れる（ステップ４０４）。

この様に本実施例では、ディーゼルエンジン１０の運転
が開始されてから所定時間経過し、排気が所定温度以上
となり、そして冷却水温が６０℃以上となったときにト
ラップ２０が暖められたとの判断が行なわれ、その後初
めてフィルタ２４に捕集された微粒子の着火燃焼処理が
開始される（ステップ４０Ｂ）。

なお、トラップ２０の温度あるいは排気系の温度を直接
検出する温度センサを設けてその検出信号によりトラッ
プ２０が暖められたことを確認する様にしても良い。

以上の様に本実施例では、トラップ２０が暖められてか
らフィルタ２４に捕集された微粒子の燃焼が開始される
ので、ケーシング２２、フィルタ２４に熱応力が発生す
ることが防止され、それらの破損が回避される。

次に上記ステップ４０６の処理についての説明を行なう
。

第９図においてステップ４０６の処理は、フィルタ２４
に捕集された微粒子の着火を制御する処理（ステップ５
００）と、排気流量調節弁４４の開度を調節制御する処
理（ステップ５０２）とに分かれ、画処理が同時に開始
される。

第１Ｏ図にはステップ５００の着火処理が示されており
、まずヘッドランプの点灯の有無が操作センサ７２の検
出信号により判断される（ステップ６００）。

そしてヘッドランプが点灯しているとの判定が行なわれ
た場合には、ディーゼルエンジンｌＯの回転数が高いか
あるいは低いかが回転数センサ６０の検出信号により判
定される０本実施例ではディーゼルエンジンｌＯの回転
数が１１００Ｏｒｐ以上のときには高いとの判定が、ま
た未満であるときには低いとの判定が行なわれている（
ステップ６０２）。

更に前記ステップ６００でヘッドライトが点灯していな
いと判定されたときにはヒータ２６に供給される着火電
流のデユーティ比が大きな値に設定され（ステップ６０
４）、またヘッドライト点灯時でエンジン回転数が高い
と判定されたときには着火電流のデユーティ比が中位の
値に設定され（ステップ６０６）、　そしてヘッドライ
ト点灯時でエンジン回転数が低いと判定されたときには
着火電流のデユーティ比が小さな値に設定される（ステ
ップ６０８）。

その後以上の様にして設定されたデユーティ比とされた
着火電流の供給が開始される（ステップ６１０．６１２
）。

そしてステップ６０８．６０８で設定されたデユーティ
比とされた着火電流の供給が開始された場合には、その
デユーティ比は第５図に示される様に次第に増加され、
また各電熱線３０−１．３０−２．３０−３．３０−４
．３０−５．３０−６．３０−７．３０−８は所定の順
序で点火される（ステップ６１４）　。

このときヒータ２６の点火時間が監視されており、所定
時間が経過したとの判定が行なわれると（ステップ６１
６）、ヒータ２６の点火が終了される（ステップ６０８
）、なお、このヒータ２６の点火終了時、各電熱線３０
−１．３０−２．３０−３．　３０−４．　３０−５　
、３　ｏ　−６、３〇　−７，３０−８の順次点灯が行
なわれていたときには、最後の電熱線３０に供給されて
いる着火電流のデユーティ比は第５図に示される様に徐
々に低減＃１１１Ｉ１１される。

次に第９図の前記ステップ５０２で行なわれる一Ｒ制御
処理について説明する。

フィルタ２４に捕集された微粒子がヒータ２６により着
火される際には、排気通路４２に設けられた排気流量ｔ
ｉＲ節弁４４が一時的に開かれて大部分のノｌ気が該排
気道Ｍ４２に流され、トラップ２０に流れる排気の量が
制限される。

これによりトラップ２ｏに流れる排気の流速が低減され
てフィルタ２４に捕集されている微粒子の着火及び燃焼
がスムーズに行なわれる。

また、排気中の酸素濃度が高くなった所定の排気温度条
件下では、排気流量ｔｔｔｔｍ弁４４が強制的に開Ｍｎ
される。この制御は次の理由により行なわれている。

フィルタ２４に十分な最の微粒子が捕集された状態で急
登板走行、高速走行等の高負荷運転が連続的に行なわれ
た場合、排％？１度は相当な高温となり、また排気中の
酸素濃度は燃料噴射量が多いので少ない。

この高負荷運転中にアクセルペダルが開放または半開き
程度に操作されると、排気中の酸素濃度はディーゼルエ
ンジンｌＯに多量の空気が供給されているので急激に増
加する。

したがって排気温度が相当な高温となっているところに
多量の酸素が供給されるので２着火されている捕集散粒
子は急激に燃焼する。

その結果、フィルタ２４が高温となってトラップ２０が
溶損する危険が生ずる。

このため本実施例では、排気が相当な高温であるという
排気温度条件下で排気中の酸素濃度が高まつたとＳには
、弁４４が強制的に開制御されトラップ２０を流れる排
気の量が低減される。なお、排気の温度は温度センサ６
６の検出信号から、また酸素濃度は０２センサ６４の検
出＠号から各々検知されている。

以上の着火処理（ステップ５０ｏ）及び弁制御処理（ス
テップ５０２）が行なわれることにより、まずフィルタ
２４に捕集蓄積されていた微粒子の排気最上流面の部分
が着火される。

そして捕集散粒子が可燃性であり排気中に十分な酸素が
含まれているので、着火された捕集散粒子が火種とされ
て捕集微粒子の燃焼が排気下流へ向って進行する。

この燃焼が終了すると、フィルタ２４には微粒子の残相
がなくなり、その結果トラップ２ｏでの圧力損失が初期
の損失まで減少する。すなわちトラップ２０の再生が行
なわれてその再使用が可能となる。

以上説明した様に本実施例によれば、フィルタ２４に微
粒子が所定量蓄積されてその圧力損失が所定値を越えた
ときに捕集微粒子が着火され、微粒子の捕集量とその圧
力損失とがほぼ正確に対応するので、最適な時期にトラ
ップ２ｏの再生処理を行なうことが可能である。

これに対し、エンジン回転数積算値、車両走行距離、エ
ンジン運転時間積算値などのみに依存してトラップ２０
の再生時期が決定される場合には、走行条件などの違い
により微粒子の捕集量が異なって再生時期に多量な微粒
子が蓄積されることがあり、このときに捕集微粒子が着
火されるとトラップ２０の温度が異常に上昇する。その
結果、トラップ２０が破損し、あるいはその耐久性が低
下する。

この様に本実施例によれば、最適な時期にトラップ２０
の再生処理が行なわれるので、トラップ２０の破損を防
止でき、あるいはその耐久性を向上させることが可能で
ある。

なお、本実施例においては電気的な圧力センサ６８によ
り上記圧力損失が検出されていたが、トラップ２０の上
流側と下流側との間に管路を形成し、その管路中にトラ
ップ２０の上流側と下流側との間の圧力差が所定の値と
なったときに駆動されるダイ寸フラムなどの機械的なス
イッチを設け、これを上記圧力センサ６８に代えて使用
することもコスト低減などの観点から好適である。

また本実施例によれば、トラップ２０が暖まったことが
確認された後、それまでにフィルタ２４に抽免されてい
た微粒子が着火されるので、トランプ２０部分で大きな
温度差が生ずることが防止される。このためこの温度差
による熱応力でトラップ２０などが破損するという不都
合を回避でき、したがって装置の耐久性を向上させるこ
とがＤｒ能である。

さらに本実施例によれば、ヘッドランプの点灯時にトラ
ップ２０の再生処理が行なわれる場合には、バッテリ３
６の出力電圧に相関したデユーティ比の着火電流がヒー
タ２６に供給されるので、ヘッドランプの照度低下を防
止できる。このため夜間走行などが行なわれているとき
にトラップ２０の再生処理が開始されても良好な運転視
界が確保され、したがって安全運転が可能である。

なお、パンテリ３６の出力電圧を検出する電圧計を設け
てその検出信号に応じ着火電流のデユーティ比を制御す
る様に装置を構成することも好適である。

そして本実施例によれば、ヘッドランプの点灯時にトラ
ップ２０の再生処理が行なわれてヒータ２６に対する着
火電流がオン、オフされるなど急激に増減されるときに
は、その増減が徐々に行なわれるので、ヘッドランプに
対する供給電圧が急に変動することはない、このため、
ヘッドランプの点灯時にトラップ２０の再生が開始され
あるいは終了しても運転者に前照灯光のちらつきが視認
されることはない。したがって運転者が車両に対して不
安を感するこはない。

また本実施例によれば、排気が高温となる所定の排気温
度条件となっているときに排気中の酸素濃度が増加して
も、弁４４が強制的に開制御されてトラップ２０に流れ
る排気の量が制限されるので、トラップ２０に捕集され
た微粒子の異常燃焼を防止できる。このためトラップ２
０の溶損を防止でき、装置の信頼性を向上できる。

［発明の効果］ 以上説明した様に本発明によれば、トラップが暖まった
ことが確認された後捕集微粒子が着火されるので、トラ
ップ部分で大きな温度差が生ずることが防止される。こ
のためこの温度差による熱応力でトラップなどが破損し
あるいはその耐久性が低下することはなく、したがって
装置の信頼性を向上させることが可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る装置の全体構成説明図、第２図は
第１因におけるヒータの構成説明図、第３図は排圧基準
値の特性説明図、第４図は着火電流とそのデユーティ比
との関係を表わす特性図、第５図は経過時間に対するデ
ユーティ比の制御特性説明図、第６図、第７図、第８図
、第９図、第１０図はｔｊＳ１図におけるＥＣＵの制御
動作を説明するフローチャート図である。 ｌＯ・・・ｅディーゼルエンジン、 ２０−　φ・・トラップ。 ２４・・・Φフィルタ、 ２６０豐・・ヒータ、 ３２・・・・チョッパ回路、 ３４・−・・ＥＣＵ。 ５６．６６１・・温度センサ。 代理人　弁理士　中高　淳

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）、エンジンの排気中に含まれる微粒子を抽象する
   フィルタとフィルタに捕集された微粒子に着火するヒー
   タとを含むトラップと、トラップの温度を検出する温度
   検出手段と、トラップの温度が所定値を越えたときにヒ
   ータに対する着火電流の供給を開始する電源回路と、を
   有する、ことを特徴とする微粒子捕集装置。