JPS636737B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、デイーゼル機関の排ガス浄化装置
に関する。

近年、デイーゼル機関の排ガスの浄化対策の確
立は急務とされてきている。デイーゼル機関の排
ガス中の有害成分のうちNO_xの低減のためには、
EGRすなわち排気管から排ガスの一部（数％〜
約30％）を吸引して吸気管内へ還流することが最
も有力であるがまた一方でEGRを行うと還流排
ガス中に含まれてくる炭素質の微粒子が吸気に混
入されるために、機関の摺動部分の摩耗、オイル
中のカーボン量の増加或いはオイル性状の劣化が
相当大きく現われることが問題となつている。

この発明は、デイーゼル機関のEGRにより
NO_x低減をはかるさいの上記問題を有利に解決
することを目的とするものである。

すなわちこの発明のデイーゼル機関の排ガス浄
化装置は、排気管から吸気管へ至る排ガス還流用
の流路に設けた可燃性微粒子を捕捉するフイルタ
と、上記フイルタを加熱するための発熱抵抗体
と、該フイルタの温度を検出する温度検出器と、
上記吸気管への排ガスの還流量を調節するバルブ
が開状態である場合に、上記温度検出器により検
出された温度が、上記フイルタが捕捉した上記可
燃性微粒子の燃焼可能な下限温度以下となつたと
きに上記発熱抵抗体への通電を開始するととも
に、該下限温度よりも高い所定の設定温度となつ
たところで上記発熱抵抗体への通電を遮断する電
電制御装置とからなることを特徴とするものであ
る。

ここでフイルタは、金属質のものとしての耐熱
金属の網やフアイバの集合体（たとえばスチール
ウール）、セラミツク質のものとしてはコーデイ
エライト、ムライト、アルミナ、安定化ジルコニ
ア、フオルステライト、ステアタイト、窒化硅素
などの非導電性のものの外、導電性を呈する二硅
化モリブデン、炭化硅素質セラミツクの、多孔質
体（たとえばハニカム構造としたもの）または曲
折する連通空〓を内在する海綿状体もしくは線状
素体の規則的もしくは不規則的な集合体などが広
く使用できる。

また発熱抵抗体としては、フイルタを少くとも
部分的に可燃性微粒子の燃焼温度以上に効率的に
通電加熱しうるものであればどのような構造とし
てもよいが、フイルタを少くとも部分的に600℃
まで加熱しうることが望ましい。発熱抵抗体はフ
イルタとは別にかつフイルタ内にあるいはその入
口側表面部近傍に設けることができるが、フイル
タの素材に導電性材料（金属または導電性セラミ
ツク）を用いてフイルタ自体に発熱抵抗体を兼ね
させることもフイルタのケーシングとの電気的絶
縁に注意を払うことにより可能である。いづれに
せよ還流排ガス量は比較的少量であるので消費電
力は少なくてすむのである。

発熱抵抗体への通電制御装置は、EGRバルブ
が開状態である場合に発熱抵抗体への通電を制御
するものであつて、EGRバルブの開度を制御す
るEGR制御装置のEGRバルブ開状態信号に基づ
いて発熱抵抗体への電通を制御するよう動作した
り、また、EGR制御も兼ねたマイクロコンピユ
ータからのEGRバルブ開状態信号に基づいて発
熱抵抗体への通電を制御するよう動作するもので
あつてもよい。

発熱抵抗体への通電制御法のうち、最も簡単で
かつ有利なのは、発熱抵抗体への通電回路中に設
けたスイツチのオン・オフのくりかえしによるス
イツチング制御である。フイルタにカーボンが或
程度付着しているときは発熱抵抗体により適当な
インターバルのあと加熱をうけて一旦焼燃温度に
達つするとその焼燃反応熱によつて自助的に燃焼
が継続され、このことはフイルターに酸化反応触
媒作用性を附与しておくと特に効果的となる。触
媒作用性の附与はまたカーボンの燃焼開始温度を
100℃以上も低下させる効果ももたらす。オン・
オフ制御回路はタイマ回路を用いそのデユーテイ
比がフイルタの温度を検知するセンサの信号に応
じてもしくは、予め設定した運転条件に対応する
デユーテイ比を運転条件に応じて与えるようにす
ることができる。またこれらの混用も可能であ
る。

以下実施例にもとづいて更に説明する。

まず第１図は本発明、デイーゼル機関（以下エ
ンジンと呼ぶ。）の排ガス浄化装置の第１実施例
を用いたEGRシステムを示すもので、１はフイ
ルタ２内に装備された発熱抵抗体４への通電を制
御する加熱用リレー３の通電制御装置、５はフイ
ルタ２の温度を検知するセンサーである熱電対、
６はエンジンの排気管、即ち排気マニホールド、
７は同じく吸気管即ち吸気マニホールド、８は排
気マニホールド６から吸気マニホールド７へ返還
される排ガスの量をコントロールするコントロー
ルバルブ（以下EGRバルブと呼ぶ。）、９はEGR
バルブ８のダイアフラム室内の圧力をコントロー
ルすることによりEGRバルブ８の開口量をコン
トロールするスリーウエイソレノイドバルブ、１
０はバツテリ１１からの電源をオン・オフ制御し
て通電制御装置１に入力する電源リレー、１２は
エンジン回転センサ１３とエンジン冷却水水温セ
ンサ１４及びエンジン負荷センサ１５からのエン
ジンの状況情報を得て前記スリーウエイソレノイ
ドバルブ９をコントロールするEGR制御装置、
１６はエンジン負荷センサ１５を連動するアクセ
ルレバーを具えた燃料噴射ポンプ、そしてMSは
EGRシステム全体の電源系統をオン・オフする
メインスイツチである。

更に通電制御装置１は第２図で示すようにオペ
レーシヨンアンプ１８が備えられており、端子ａ
に加えられる電源電圧が抵抗R₁とR₂または抵抗
R₁とR₂とR₃とによつて分圧されて決る２種の基
準電圧Vrefが作られて非反転入力側に入力され
ている。そして端子ｄ，ｅより反転入力側に入力
される熱電対からの温度情報信号によつて、例え
ば温度が500℃以下であればオペレーシヨンアン
プ１８の出力が高レベルになり端子ｂ，ｃに接続
された加熱用リレー３がオン状態となり、加熱の
結果、温度が例えば900℃を上まわれば加熱用リ
レー３をオフ状態とするように構成されている。

更に第３図、第４図で示すようにフイルタ２は
例えばポリウレタンフオームをセラミツクの泥漿
にドブ漬け、これを引き上げた後乾燥・焼成した
セラミツクの海綿状体からなり排気マニホールド
６側には、例えばシーズタイプヒータ等の発熱抵
抗体４が埋設される凹部２ｂが放射状に穿設さ
れ、そしてその中心には熱電対５が固定されてい
る。

以上説明したように構成された本実施例は、次
に述べるように作用する。

まずメインスイツチMSがオンされ、エンジン
が始動されると、EGR制御装置１２によつてエ
ンジンの回転数センサ１３、エンジン冷却水水温
センサ１４、及びエンジン負荷センサ１５によつ
て得られる情報から最適排ガス反還量が定めら
れ、それに相応するEGRバルブ８の開口量を定
める為にスリーウエイソレノイド９をコントロー
ルして吸気マニホールド７のベンチユリ部で発生
する負圧がEGRバルブ８のダイアフラム室に加
えられる。そしてEGRバルブ８が開かれ排気マ
ニホールド６から排出される排ガスEGがフイル
タ２を介して吸気マニホールド７に還流される
と、EGR制御装置１２により電源リレー１０が
オンされ、通電制御装置１に電源が供給され装置
１が作動する。その結果、熱電対５で側定される
温度が予め設定された下限温度よりも低ければ加
熱用リレー３がオンされ発熱抵抗体４に通電さ
れ、予め設定された上限温度よりも高ければ、同
リレー３がオフされ、逐次フイルタ２が加熱され
る。そしてフイルタ２が加熱されることによりフ
イルタ２に溜つた可燃性微粒子が燃焼し排ガス
EGの流れが円滑になる。

本実施例においては、EGRバルブ８が閉じて
いて、排気マニホールド６から排出される排ガス
EGがフイルタ２を介して吸気マニホールド７に
還流されない場合、すなわち、フイルタ２に可燃
性微粒子が溜る可能性がない場合には、発熱抵抗
体４への通電が行われないため、無駄な電力を消
費するのが防止される。また、発熱抵抗体４への
通電・遮断制御には、フイルタ２の温度が500℃
以下のときに通電を開始し、900℃以上となると
その通電を遮断するヒステリシス特性を持たせた
から、フイルタが周期的に500℃以上の高い温度
まで上昇することとなり、フイルタ温度が高いと
可燃性微粒子の燃焼速度が早いため、例えば、エ
ンジンが高負荷低回転の状態であるときのよう
に、可燃性微粒子がフイルタ２に大量に溜る場合
にもその可燃性微粒子が完全に燃焼する利点があ
る。

次に第５図、第６図は上記フイルタ２が炭化硅
素質（SiC）セラミツクの海綿状体で形成された
ものを示し、フイルタ２は横断面が方形に成形さ
れ、対向する側面には電極２Ｃが固着され電極２
Ｃにはリード線２ｄが接続されている。また、フ
イルタ２内には、絶縁碍管に封入された熱電対５
がリード線を外部に取り出され埋設されている。
そしてフイルタ２及び電極２Ｃは外側を耐熱性の
絶縁材２ｅで覆われケース２ｆに収納されてい
る。

この様に構成されたフイルタ２は、炭化硅素質
セラミツクが導電性を有し、そして海綿状体フイ
ルタの嵩寸法を用いたみかけの抵抗率は0.5Ω
cm³／cm程度となるので電極２ｃ間に電圧が印加さ
れた場合にはセラミツク自体が発熱し900℃以上
の高温に達するので、フイルタ２に捕捉された可
燃性微粒子が燃焼される。

またフイルタ２は炭化硅素質セラミツク以外に
他に導電性を有するセラミツク、例えば二硅化モ
リブデン質（MoSi₂）セラミツクでもよく、海綿
状体に成形されたもののみならず多孔質ハニカム
構造体に焼成されたものでもよい。

そして第７図に示す第３実施例は通電制御装置
１にマイクロコンピユータを使用したもので、
EGR制御装置１２と兼用されている。

図においてマイクロコンピユータのＩ／Ｏイン
ターフエース２０の入力ポートには、各Ａ／Ｄ変
換器５ａ，１３ａ，１４ａ，１５ａを介してそれ
ぞれ、フイルタ２にセツトされた熱電対５、エン
ジン回転数センサ１３、エンジン冷却水水温セン
サ１４及びエンジン負荷センサ１５が接続され、
各センサのアナログ情報がＡ／Ｄ変換器５ａ，１
３ａ，１４ａ，１５ａによつてデジタル情報に変
換されてＩ／Ｏインターフエース２０に入力され
る。２１はマイクロコンピユータの中枢をなす中
央処理装置（CPU）で、外部クロツク信号発生
回路２１より入力されるクロツクパルスに同期し
て各種演算処理が行なわれる。そしてCPU２１
はRead Only Memory（ROM）２２に格納され
た制御プログラムによつてＩ／Ｏインターフエー
ス２０より入力される信号、後記する出力された
信号の制御及びデータの処理およびRandom
Access Memory（RAM）２３へのデータのスト
ア、読み出しを行なう。またCPU２１からは
Ｉ／Ｏインターフエース２０を介して発熱抵抗体
４への通電を制御する加熱用リレー３のドライバ
ー回路３ａ及び前述のEGRバルブ８を制御する
スリーウエイソレノイドバルブ９のドライバー回
路９ａを作動する信号が出力されるように構成さ
れている。

この様に構成された第２実施例は、第８図のゼ
ネラルフローチヤートで示されるメインルーチン
の制御プログラムによつて制御される。第８図に
ついて説明すれば、まずステツプ29は、CPU２
１内のレジスタ、RAM２３等がクリアされ、必
要とされるイニシアルデータ等が書き込まれる処
理を示す。

ステツプ30は各センサ１３，１４，１５より情
報を取り込むための処理を示す。

ルーチン３１は、各センサ１３，１４，１５よ
り取り込まれた情報により排ガスEGの返還量を
定め、EGRバルブ８の開口量を制御するスリー
ウエイソレノイドバルブ９をコントロールする信
号を出力する複数のステツプよりなる処理を示す
もの。

ステツプ32は前記ルーチン３１でEGRバルブ
８が開かれたか否かを判定しまだ開かれていなけ
れば、ステツプ30に戻り、開かれていれば次のル
ーチン３３に移行する処理を示す。

ルーチン３３は排ガスEGが返還されることに
よりフイルタ２に捕捉されるカーボンを燃焼する
為の制御を行なう複数のステツプよりなる処理を
示す。

この様なステツプ及びルーチンからなる制御プ
ログラムはメインスイツチMSがオンされCPU２
１に通電されエンジンがスタートされると、ステ
ツプ29でCPU２１内のレジスタ、RAM２３がイ
ニシアライズされ続いてステツプ３０で各センサ
１３，１４，１５からの情報がCPU内に取り込
まれ、そしてルーチン３１内で排ガスEGの返還
に必要な処理が行なわれ、その結果EGRバルブ
８の開口量が最適値に制御され、この時エンジン
の状況を検知する各センサの情報より排ガスEG
の返還が停止されればフイルタを加熱する必要が
ないのでステツプ30にジヤンプし、バルブ８が開
かれていれば更にルーチン３３にて排ガスEGの
処理が常に円滑に行なわれるよう排ガスEGの返
還によつてフイルタ２に捕捉されるカーボンを燃
焼すべくフイルタ２を加熱し、フイルタ２の目詰
りを防ぐ為の処理が行なわれる。

更にルーチン３３で示されるフイルタ加熱のル
ーチンについて詳述すれば、第９図のフローチヤ
ートで示すプログラムによつて処理される。

このフローチヤートの各ステツプについて説明
すればステツプ330は、本ルーチンにジヤンプし
た場合のもとのプログラムの番地、即ちCPU２
１内のプログラムカウンタの内容をそのまま
CPU２１内のスタツクポインタに移しかえてそ
して本ルーチン３３の先頭のプログラム番地を前
記プログラムカウンタに入力する処理を示す。

ステツプ331は、フイルタ２に固定された熱電
対５よりフイルタ２の温度を入力しRAM内の所
定個所にストアする処理を示す。

ステツプ332は、上記ステツプ331で読み込まれ
た温度が例えば500℃以上であるか否かを判断し
その結果によつて、プログラムの分岐を行う処理
を示す。

ステツプ333は、加熱用リレー３をオンしフイ
ルタ２を加熱する処理を示す。

ステツプ334は、ソフトタイマであるRAM２
３内に設けられたカウンタCTをインクリメント
する処理を示す。

ステツプ335は、カウンタCTが所定の数Ｎに達
したか否か、即ちフイルタ２を所定時間以上加熱
したか否かを判断する処理を示す。

ステツプ336は、加熱時間が長時間であれば断
線等の異常があるとして図示していない警報装置
を作動する処理を示す。

ステツプ337は、フイルタ２の温度が上限値例
えば900℃以上であるか否かを判断する処理を示
す。

ステツプ338は、加熱用リレー３をオフし、フ
イルタ２の加熱を中止する処理を示す。

ステツプ339は、前記ソフトタイマであるカウ
ンタCTをリセツトする処理を示す。

ステツプ340は、本ルーチンで使用したプログ
ラムカウンタ内容をステツプ330でスタツクポイ
ンタに記憶された内容にして第８図で示すメイン
ルーチンにジヤンプする処理を示す。

この様な各ステツプからなるフイルタ加熱のル
ーチン３３のプログラムをその流れに沿つて説明
すれば、メインルーチンよりジヤンプしたプログ
ラムは、ステツプ330で本ルーチン３３の処理終
了後に戻る番地をスタツクポインタに記憶した
後、ステツプ331でフイルタ温度を入力し、ステ
ツプ332でフイルタ温度が500℃以上であるか否か
を判断し、500℃以下であれば（スタート直後は
500℃以下である。）フイルタ２に捕捉された可燃
性微粒子は燃焼される温度に達していないのでフ
イルタ２を加熱するステツプ333に移し、ステツ
プ334にてカウンタCTをインクリメントし、ステ
ツプ335にて所定加熱時間、即ちカウンタCTの値
がＮ以上に達したか否かを判断し、Ｎ以下であれ
ばステツプ340で示すメインルーチンにジヤンプ
する為の処理に移り、又Ｎ以上であれば異常を報
知する警報装置を作動した後ステツプ340に移る。

そしてフイルタ２がすでに加熱されている場合
ステツプ332にてフイルタ温度が500℃以上であれ
ばフイルタ２に捕捉された可燃性微粒子はフイル
タ２の加熱により燃焼中であると判断しステツプ
337に分岐してフイルタ２が900℃よりも高い温度
に加熱されていれば、可燃性微粒子はその反応熱
によつて自助的に燃焼するので加熱用リレー３の
出力をオフするステツプ338に移り、続いてステ
ツプ339にてカウンタをリセツトしてステツプ340
に移る。又900℃以下であれば可燃性微粒子を燃
焼する為には、尚フイルタ２の加熱が必要であ
り、加熱用リレー３をオフするステツプ338に移
ることなくステツプ334に移り以下前述した処理
を行なう。

この様に本ルーチン３３ではフイルタ２に捕捉
された可燃性微粒子の燃焼に必要な温度になるま
でフイルタ２を加熱し、フイルタ２がその温度に
達したならばフイルタ２の加熱を中止するように
制御され、また所定の時間加熱を指示する信号を
出力してもフイルタ温度が上昇しない場合は電気
系統に断線等の異常があると判断し警報を発する
ように制御される。

本実施例においても前記第１実施例と同様に、
フイルタ２に可燃性微粒子が溜る可能性がない場
合には、発熱抵抗体４への通電が行われないた
め、無駄な電力を消費するのが防止され、また、
発熱抵抗体４への通電・遮断制御にヒステリシス
特性を持たせ、フイルタの温度が周期的に所定の
高温度に上昇するようにしたから、可燃性微粒子
がフイルタ２に大量に溜る場合にもその可燃性微
粒子が完全に燃焼する利点がある。更に、本実施
例においては、発熱抵抗体４への通電を開始した
のち所定の時間が経過してもフイルタ２の温度が
上昇しないときにはこれを警告するようにしたか
ら、断線等の装置の異常を認識することができ、
これによりフイルタ２の目詰り、ひいてはエンジ
ン性能の低下等の発生を事前に回避することがで
きる利点がある。

以上説明したように本発明のデイーゼル機関の
排ガス浄化装置は、排気管から吸気管へ至る排ガ
ス還流用の流路に設けた可燃性微粒子を捕捉する
フイルタと、フイルタの温度を検出する温度検出
器と、吸気管への排ガスの還流量を調節するバル
ブが開状態である場合に、温度検出器により検出
された温度が、フイルタが捕捉した可燃性微粒子
の燃焼可能な下限温度以下となつたときに発熱抵
抗体への通電を開始するとともに、下限温度より
も高い所定の設定温度となつたところで発熱抵抗
体への通電を遮断する通電制御装置とから構成さ
れている。

よつて、本発明によればEGRの流路に設けた
フイルタに捕捉された可燃性微粒子を逐次燃焼す
るので、少い電力消費でフイルタの目詰りを無く
すことができ、常々円滑な排ガスの還流を行うこ
とができるとともに、還流排ガスが比較的高温と
されて吸気管に還流されることから、吸気系統に
オイル質の粘着物が付着するのを軽減し、更に冬
期等低温時は吸気を適度に暖めて燃料の霧化を助
け、排ガス中のHCやCOの量を低減させる効果も
もたらすことができる。

さらに、本発明によれば、EGRの作動中、つ
まり、排ガスの帰還量を調節するバルブが開かれ
てフイルタに可燃性微粒子が溜る可能性がある時
にのみ発熱抵抗体に通電されるため、発熱抵抗体
による無駄な電力の消費が防止され、また、通電
制御にヒステリシス特性が持たせたことから、フ
イルタ温度が、可燃性微粒子が燃焼可能な下限温
度よりも高い所定の設定温度にまで周期的に上昇
し、可燃性微粒子の燃焼速度が周期的に高くなる
ことにより、フイルタに大量の可燃性微粒子が流
通する場合にもこれが完全に燃焼し尽くされ、フ
イルタが目詰まりするのを低電力で確実に防止す
ることができる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明デイーゼル機関の排ガス浄化装
置の第１実施例を示す模式図、第２図は同じく通
電制御装置の回路図、第３図、第４図は同じくフ
イルタを示す断面説明図、第５図、第６図は同じ
く導電性のセラミツクを用いたフイルタを示す断
面説明図、第７図は第２実施例を示すブロツク
図、第８図、第９図は同じく制御プログラムを示
すフローチヤートである。 １……通電制御装置、２……フイルタ、４……
発熱抵抗体、５……熱電対、５ａ，１３ａ，１４
ａ，１５ａ……Ａ／Ｄ変換器、２０……Ｉ／Ｏイ
ンターフエース、２１……CPU。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 排気管から吸気管へ至る排ガス還流用の流路
   に設けた可燃性微粒子を捕捉するフイルタと、 上記フイルタを加熱するための発熱抵抗体と、 該フイルタの温度を検出する温度検出器と、 上記吸気管への排ガスの還流量を調節するバル
   ブが開状態である場合に、上記温度検出器により
   検出された温度が、上記フイルタが捕捉した上記
   可燃性微粒子の燃焼可能な下限温度以下となつた
   ときに上記発熱抵抗体への通電を開始するととも
   に、該下限温度よりも高い所定の設定温度となつ
   たところで上記発熱抵抗体への通電を遮断する通
   電制御装置と、 からなることを特徴とするデイーゼル機関の排ガ
   ス浄化装置。