JP2002285825A - ディーゼルパティキュレートフィルタ装置の制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ディーゼルパティキュレートフィルタ装置に
おけるフィルタ再生中に、この再生処理が中断された時
であっても、フィルタに残存するＰＭの異常燃焼が発生
するの防止して、フィルタの焼損や溶損を防止できるデ
ィーゼルパティキュレートフィルタ装置の制御方法を提
供する。 【解決手段】 ＰＭ捕集用のフィルタ１２側通路とバイ
パス通路１６とを切り換える切り換えバルブ１５とを備
えたディーゼルパティキュレートフィルタ装置１０にお
いて、前記フィルタ１２の再生操作を中断した時に、フ
ィルタ１２の加熱を中止すると共に、該再生中断後から
所定の判定時間を経過するか、又は、排ガス状態が所定
の異常燃焼回避状態になるまで、前記切り換えバルブ１
５をフィルタ側閉のまま保持する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ディーゼルエンジ
ン等の内燃機関のパティキュレート（ＰＭ）を捕集する
ディーゼルパティキュレートフィルタ装置（ＤＰＦ装
置）の制御方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】車載等のディーゼルエンジンから排出さ
れる排ガス中には、パティキュレート（ＰＭ：微粒子状
物質）と呼ばれる微粒子状物質が含まれており、これを
除去するために、ディーゼルパティキュレートフィルタ
装置（ＤＰＦ装置）が用いられる。

【０００３】このディーゼルパティキュレートフィルタ
装置の一例を、図１に示す。このディーゼルパティキュ
レートフィルタ装置１０は、エンジンの排気通路２に接
続され、ケース１１内にパティキュレート（ＰＭ）捕集
用のフィルタ１２を有しており、このフィルタ１２で、
排ガス中のＰＭを捕集する。

【０００４】このフィルタ１２は、切り換えバルブ１５
をフィルタ側開かつバイパス側閉として、排ガスＧをフ
ィルタ１２に流入させＰＭの捕集を行うが、このＰＭ捕
集が継続されると、捕集したＰＭにより目詰まりが生じ
て、エンジンの排気圧力が上昇してくるので、フィルタ
１２の目詰まりが所定の程度を超えた時に、フィルタ１
２の再生処理が行われる。

【０００５】この再生処理は、切り換えバルブ１５をフ
ィルタ側開からバイパス通路側開に切り換えて、排ガス
Ｇをバイパス通路１６側に流通させると共に、フィルタ
１２の周囲等に設けられた再生用ヒータ１３等で加熱
し、捕集したＰＭを燃焼して除去し、この目詰まりを解
消している。

【０００６】なお、この再生時においては、排ガスＧは
バイパス通路１６を通過し、排ガスＧ中のＰＭは捕集さ
れないので、この図１のディーゼルパティキュレートフ
ィルタ装置１０では、アイドリング運転等の排ガスＧ中
のＰＭが少ない運転状態に限って再生を行うように構成
される。

【０００７】そして、このフィルタ１２は、窒化ケイ素
やアルミナ等の無機繊維等で形成されるが、１０００℃
以上になると焼損や溶損が生じるので、再生時のフィル
タ１２における燃焼温度は１０００℃以下に抑えること
が重要となっている。

【０００８】そのため、再生時に、切り換えバルブ１５
に設けられた燃焼空気用穴を通過して供給される排ガス
は、捕集されたＰＭが急激に燃焼して、異常な温度上昇
が発生しないように、その流量等がコントロールされて
いる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
再生制御においては、この再生中に、例えば、バッテリ
ー電圧の異常、手動ＯＦＦ、走行等で、再生中断が行わ
れた時には、切り換えバルブ１５が、バイパス側開から
フィルタ側開に切り換わり、フィルタ１２に排ガスＧが
流入するように制御されている。

【００１０】この再生中断時に、エンジンの運転状態が
高回転であったり、負荷がある状態であれば、フィルタ
１２に蓄積された熱が排ガスにより持ち去られて、フィ
ルタ温度がＰＭ燃焼温度より低下するためや、排ガス中
の酸素濃度が低く、酸欠となっているために、フィルタ
１２に残存しているＰＭの燃焼は中断される。

【００１１】しかしながら、この再生中断時が、アイド
リング等の低回転、低負荷運転状態にある場合には、酸
素濃度が比較的高い排ガスが、再生により、ＰＭが燃焼
を開始する温度（約６００℃）以上の高温になっている
フィルタ部に流入し、ＰＭ燃焼が継続されると共に、豊
富な酸素により暴発的な燃焼を起こしてしまうことにな
る。

【００１２】この再生中断時の異常燃焼により、フィル
タ部の温度が１０００℃を超える状態となるので、フィ
ルタ１２の焼損や溶損が発生してしまうという問題があ
る。

【００１３】そして、この再生処理は、排ガス中のＰＭ
が少ないアイドリング等の低回転、低負荷のエンジン運
転状態で行われることが多いので、この問題の解決は特
に重要となる。

【００１４】本発明は、上述の従来技術の問題を解決す
るためになされたものであり、その目的は、ディーゼル
パティキュレートフィルタ装置におけるフィルタ再生中
に、この再生処理が中断された時であっても、フィルタ
に残存するＰＭの異常燃焼が発生するの防止して、フィ
ルタの焼損や溶損を防止できるディーゼルパティキュレ
ートフィルタ装置の制御方法を提供することにある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】以上のような目的を達成
するためのディーゼルパティキュレートフィルタ装置の
制御方法は、次に示すように構成される。

【００１６】１）エンジンの排気通路に接続され、排ガ
ス中のパティキュレートを捕集するフィルタと、該フィ
ルタを迂回するバイパス通路と、前記フィルタを加熱す
る加熱手段と、排ガスの通路を前記フィルタ側と前記バ
イパス通路側とに切り換える切り換えバルブと、前記加
熱手段と前記切り換えバルブを制御する制御手段とを備
えたディーゼルパティキュレートフィルタ装置におい
て、前記フィルタに捕集されたパティキュレートを取り
除く再生操作を中断した時に、前記加熱手段による加熱
を中止すると共に、該再生中断後から所定の判定時間を
経過するか、又は、排ガス状態が所定の異常燃焼回避状
態になるまで、前記切り換えバルブをフィルタ側閉かつ
バイパス通路側開のまま保持する再生中断時の異常燃焼
防止制御を行うように構成される。

【００１７】つまり、再生の中断時に、ＰＭ（パティキ
ュレート）燃焼用の加熱手段（再生用ヒータやバーナー
等）によるフィルタ加熱を中止するが、排ガス通路の切
り替えバルブに関しては、再生中断後所定の時間を経過
するか、排ガス状態が所定の異常燃焼回避状態になるま
で、排ガスがフィルタに流入する側に切り替えないよう
にしたものである。

【００１８】これにより、再生によりフィルタが昇温さ
れた後で、再生中はフィルタ側と別に設けられたバイパ
ス通路を通過していた排ガスが、再生中断によって、フ
ィルタ側に流れることで、高温状態にあるフィルタに残
存しているＰＭに酸素が豊富に供給されて異常高温にな
ることを防ぐ。

【００１９】この異常燃焼回避状態とは、排ガスを中断
直後のフィルタに流入させても、フィルタに残存するＰ
Ｍが燃焼しない状態をいい、この状態にあるか否かは、
次のようにして判定される。

【００２０】２）前記異常燃焼回避状態が、高回転又は
高負荷のエンジン運転状態であり、エンジン回転数が所
定の判定回転数以上であるか、又は、負荷が所定の判定
負荷以上であるかの少なくとも一方である場合に、前記
異常燃焼回避状態にあると判定する。

【００２１】高回転又は高負荷の時には、排ガス量が多
く、フィルタから熱を奪って、フィルタ温度を低下させ
るので、ＰＭの燃焼が起こらなくなり、また、酸素濃度
も低下するので、ＰＭの異常燃焼が発生しない。従っ
て、この状態を異常燃焼回避状態とする。

【００２２】３）また、上記のディーゼルパティキュレ
ートフィルタ装置の制御方法において、前記負荷が所定
の判定負荷以上であるか否かの判定を、エンジンの燃料
噴射の燃料制御棒のラック位置センサで検出したラック
電圧が所定の電圧以上であるか否か、又は、アクセル開
度センサで検出されたアクセル開度が所定の判定開度以
上であるか否かの少なくとも一方の判定で行うように構
成される。

【００２３】この負荷の検出は、燃料の噴射量に対応す
る燃料制御棒（コントロールラック）のラック位置セン
サで検出したラック電圧や、アクセル開度センサで検出
されたアクセル開度等で行うことができる。

【００２４】４）あるいは、前記のディーゼルパティキ
ュレートフィルタ装置の制御方法において、前記異常燃
焼回避状態が、排ガス中の酸素濃度が低いエンジン運転
状態であり、酸素濃度センサで検出した排ガス中の酸素
濃度が所定の判定値以下である場合に、前記異常燃焼回
避状態にあると判定する。

【００２５】排気経路に酸素濃度センサを備えている場
合には、直接、排ガス中の酸素濃度で判定することがで
きる。

【００２６】５）又は、前記異常燃焼回避状態が、排ガ
スの温度が高いか、又は吸気量が多いエンジン運転状態
であり、排ガス温度が所定の判定値以上であるか、吸気
量が所定の判定値以上である場合に、前記異常燃焼回避
状態にあると判定する。

【００２７】排ガス温度が高い場合は酸素濃度が低く、
また、吸気量が多い場合には高負荷又は高回転の運転状
態であるので、排ガス温度や吸気量でも判定できる。

【００２８】この吸気量はエアーマスセンサの検出値や
吸気絞り弁の制御用の数値等から求められる。

【００２９】６）そして、上記のディーゼルパティキュ
レートフィルタ装置の制御方法において、前記所定の判
定時間が２分であるとして構成される。

【００３０】フィルタは再生時にＰＭの燃焼により高温
になるが、フィルタの再生中断後の経過時間により、次
第に冷却されていき、酸素が供給されても、残存してい
るＰＭが燃焼を開始しない温度（約６００℃）以下にな
る。この温度以下になるまでの時間から、所定の判定時
間が決まるが、この値は、実験や計測等により、求めら
れる値である。通常は、１００ｓ〜１５０ｓ，好ましく
は２分（１２０ｓ）程度である。

【００３１】

【発明の実施の形態】以下、図面を用いて、本発明に係
る実施の形態のディーゼルパティキュレートフィルタ装
置の制御方法について説明する。

【００３２】図１は本発明の実施の形態のディーゼルパ
ティキュレートフィルタ装置の構成を示す図で、図２は
異常燃焼防止制御フローの一例を示す図である。図３は
再生中断時でも、所定の時間が経過するまで、切り換え
バルブをバイパス側開に維持する場合のエンジンの運転
状態を示す図である。

【００３３】図１に示すように、このディーゼルパティ
キュレートフィルタ装置（ＤＰＦ装置）１０は、エンジ
ンの排気通路２に接続され、ケース１１内にパティキュ
レート（ＰＭ）捕集用のフィルタ１２を有して形成され
る。

【００３４】このフィルタ１２には、フィルタ１２を加
熱するための再生用ヒータ１３が配設されており、この
再生用ヒータ１３には、リレー１３ｂを介してバッテリ
ー等の電源１３ａから電力を供給できるように構成され
る。

【００３５】また、ケース１１の排ガス入口部１４と、
ケース１１の下流側の排気通路３とを接続し、フィルタ
１２を迂回するバイパス通路１６を設け、この排ガス入
口部１４には、フィルタ１２への通路とバイパス通路１
６とを切り換えるための切り換えバルブ１５が配置され
る。

【００３６】この切り換えバルブ１５には、フィルタ側
閉のフィルタ再生時においても、ＰＭの燃焼用の酸素を
供給するために、排ガスＧの一部を流通させる燃焼空気
用穴が設けられており、コントローラ５のバルブ制御を
受けるバルブ駆動ユニット１５ａにより、フィルタ側開
でバイパス側形閉と、バイパス側開でフィルタ側閉とに
切り換わるように構成される。

【００３７】また、コントローラ５は、目詰まりの検出
やエンジン、車両情報やエマージェンシー情報を入力し
ながら、リレー１３ｂやバルブ駆動ユニット１５ａを制
御し、再生用ヒータへの電流供給のＯＮ／ＯＦＦや排ガ
スＧの流入経路の切り換えを行う。

【００３８】このディーゼルパティキュレートフィルタ
装置１０では、ＰＭ捕集時には、切り換えバルブ１５を
フィルタ側開にして、排ガスＧを排ガス入口部１４から
フィルタ１２の外側からフィルタ１２を通過させてＰＭ
を捕集して、浄化された排ガスＧｃを排気通路３に排出
する。

【００３９】そして、この装置１０の前後の排気圧力の
差圧や圧力比の変化等により目詰まり検知を行い、フィ
ルタ再生時期になったら再生運転を行う。この再生は、
切り換えバルブ１５を捕集側であるフィルタ側開から再
生側であるバイパス側開に切り換えて、フィルタ１２に
排ガスＧが流入しないようにして行う。

【００４０】この再生時においては、排ガスＧはバイパ
ス通路１６を通過して排気通路３に流れるため、排ガス
Ｇ中のパティキュレート（ＰＭ）は捕集されないので、
このディーゼルパティキュレートフィルタ装置１０で
は、アイドリング運転等の排ガスＧ中のＰＭが少ない運
転状態に限って再生運転を行うように構成される。

【００４１】そして、本発明においては、更に、再生中
において、空吹かし、走行、その他の何らかの異常等で
再生を中断する場合が生じた時に、エンジン回転センサ
で検出されるエンジン回転数Ｎｅと、燃料調整棒（コン
トロールラック）のラック位置センサで検出されるラッ
ク電圧Ｖｒとから、現在の運転状態がアイドル運転状態
等の低回転、低負荷の運転状態（図３のＡ）にあると判
定した場合に、切り換えバルブ１５のフィルタ側開への
操作を所定の時間の間行わないようにする再生中断時の
異常燃焼防止制御を行って、フィルタ１２において異常
燃焼が発生するのを防止する。

【００４２】この再生中断時の異常燃焼防止制御は、図
２に示すようなフローに従って実施される制御であり、
エンジンの運転中にエンジンの運転制御と並行して周期
的に呼び出され繰り返し実行される。

【００４３】そして、この図２の再生中断時の異常燃焼
防止制御フローがスタートすると、ステップＳ１１でフ
ィルタ１２が再生中であるか否かを判定し、再生中でな
ければ、そのままリターンし、再生中であれば、更に、
ステップＳ１２で再生中断が生じたか否かを判定する。

【００４４】このステップＳ１２の再生中断の判定で、
再生中断が生じていなければ、ステップＳ１１に戻り、
再生中断が生じていれば、次のステップＳ２０の自己着
火防止制御に移る。

【００４５】このステップＳ２０では、先ず、ステップ
Ｓ２１で、リレー１３ｂをＯＦＦにして、再生用ヒータ
（加熱手段）１３への通電を中止する。

【００４６】次に、ステップＳ２２の再生中断後所定の
判定時間（例えば２分）以内か否かの判定と、ステップ
Ｓ２３のエンジン回転数Ｎｅが所定の回転数α（ｒｐ
ｍ）以下であるかの判定と、ステップＳ２４のラック電
圧Ｖｒがβ（Ｖ）以下であるかの判定とにより、再生中
断後所定の判定時間（２分）以内で、エンジン回転数Ｎ
ｅがα（ｒｐｍ）以下で、かつ、ラック電圧Ｖｒがβ
（Ｖ）以下の場合、即ち，図３の斜線部分（Ａ）にある
場合は、異常燃焼回避状態（Ｂ）ではないと判定して、
ステップＳ２５に行き、切り換えバルブ１５をバイパス
側開に保持し、排ガスＧをバイパスさせてフィルタ１２
に流入させないようにする。

【００４７】このステップＳ２５の制御により、フィル
タ１２の冷却が進行する前に、アイドリング運転等の低
回転、低負荷運転状態（Ａ）で排出される酸素濃度が比
較的高い排ガスＧが、フィルタ１２に流入するのを防止
して、自己着火によりＰＭの異常燃焼が発生するのを防
止する。

【００４８】また、再生中断後所定の判定時間（２分）
を超えた時は、フィルタ１２の冷却が進み、フィルタ温
度が下がっているため、排ガスＧがフィルタ１２に流入
しても異常な燃焼が起きる恐れがないので、ステップＳ
２６で、切り換えバルブ１５をフィルタ側開に切り換え
て、排ガスＧをフィルタ１２に流入させる。

【００４９】また、エンジン回転数Ｎｅが所定の回転数
α（ｒｐｍ）を超えているか、ラック電圧Ｖｒがβ
（Ｖ）を超えている時は異常燃焼回避状態（図３のＢ）
にあり、排ガスＧによる熱の持ち去りでフィルタ１２は
冷却され、この排ガスＧの流入があってもフィルタ１２
は再生時の温度から降温するので、あるいは、排ガス中
の酸素濃度が低く酸欠状態にあるので、ＰＭの燃焼が起
こらない。

【００５０】そのため、ステップＳ２６で、切り換えバ
ルブ１５をフィルタ側開に切り換えて排ガスＧをフィル
タ１２に流入させる。そして、このステップＳ２６の切
り換えバルブ１５の切り換え操作が終了したらリターン
し、この異常燃焼防止制御を終了する。

【００５１】以上の再生中断時の異常燃焼防止制御によ
れば、再生中に空吹かし、走行、何かの異常等で再生を
中断した場合に、再生用ヒータ１３への通電が中止でき
ると共に、更に、この時にエンジン回転数が所定の回転
数（α）以下で、且つ、ラック電圧が所定の電圧（β）
以下である低回転低負荷運転状態（Ａ）にあれば、切り
換えバルブ１５をバイパス側開に所定の時間（２分）保
持しておき、逆に、このエンジン回転数とラック電圧が
それぞれの判定値以上で、異常燃焼回避状態（Ｂ）にあ
れば、切り換えバルブ１５をフィルタ側開に切り換え
て、ＰＭ捕集を開始する。

【００５２】なお、上記の制御では、異常燃焼回避状態
（Ａ）の検知を、エンジン回転数Ｎｅと燃料調整棒（コ
ントロールラック）のラック位置センサで検出されるラ
ック電圧Ｖｒとで行っているが、ラック電圧Ｖｒの代わ
りにアクセル開度センサで検出されるアクセル開度、エ
アーフローセンサで検出される吸気量や噴射制御で使用
される燃料噴射量、吸気絞り量等の値を使用することも
できる。

【００５３】あるいは、排気通路に酸素濃度センサや、
排気温度センサ、フィルタ温度センサを配設している場
合には、これらのセンサで検出される酸素濃度と、排気
温度又はフィルタ温度とから、切り換えバルブ１５をバ
イパス側開に保持するエンジン運転状態、即ち、異常燃
焼回避状態（Ｂ）にあるか否かを判定することもでき
る。

【００５４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係るディ
ーゼルパティキュレートフィルタ装置の制御方法によれ
ば、再生中断時の異常燃焼防止制御を備えているので、
フィルタ再生中に、この再生を中断した場合には、ヒー
タへの通電を停止すると共に、この時のエンジンの運転
状態が、低回転低負荷運転等のＰＭ燃焼可能な排ガス排
出状態にあるか否かを判断して、ＰＭ燃焼可能な排ガス
排出状態である時には、フィルタが冷却するまで排ガス
をバイパス通路側に流すことができる。

【００５５】そして、再生中断後に所定に時間経過して
フィルタがＰＭ燃焼できない温度に冷却された時か、又
は、エンジンの運転状態がＰＭ燃焼できない排ガスを排
出する異常燃焼回避状態になった時に、フィルタ側に排
ガスを流してＰＭの捕集を開始することができる。

【００５６】従って、フィルタ再生中に再生中断が生じ
た場合において、フィルタ内に残存するＰＭが異常燃焼
して、フィルタが焼損や溶損することを防止できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態のディーゼルパティキュレ
ートフィルタ装置の構成図である。

【図２】自己着火防止制御のフローを示す図である。

【図３】所定の時間が経過するまで、切り換えバルブを
バイパス側開に維持する場合のエンジンの運転状態を示
す図である。

【符号の説明】

２，３ 排気通路 ５ コントローラ（制御手段） １０ ディーゼルパティキュレートフィルタ装置 １２ フィルタ １３ 再生用ヒータ １３ａ 電源 １５ 切り換えバルブ １６ バイパス通路 Ｇ 排ガス

フロントページの続き Ｆターム(参考） 3G090 AA01 BA04 CA04 CB13 CB24 DA10 DA18 DA20 DB03 4D058 JA02 JB06 JB24 MA42 MA51 MA52 MA54 QA01 QA19 QA23 SA08

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 エンジンの排気通路に接続され、排ガス
   中のパティキュレートを捕集するフィルタと、該フィル
   タを迂回するバイパス通路と、前記フィルタを加熱する
   加熱手段と、排ガスの通路を前記フィルタ側と前記バイ
   パス通路側とに切り換える切り換えバルブと、前記加熱
   手段と前記切り換えバルブを制御する制御手段とを備え
   たディーゼルパティキュレートフィルタ装置において、 前記フィルタに捕集されたパティキュレートを取り除く
   再生操作を中断した時に、前記加熱手段による加熱を中
   止すると共に、該再生中断後から所定の判定時間を経過
   するか、又は、排ガス状態が所定の異常燃焼回避状態に
   なるまで、前記切り換えバルブをフィルタ側閉かつバイ
   パス通路側開のまま保持する再生中断時の異常燃焼防止
   制御を行うことを特徴とするディーゼルパティキュレー
   トフィルタ装置の制御方法。
2. 【請求項２】 前記異常燃焼回避状態が、高回転又は高
   負荷のエンジン運転状態であり、エンジン回転数が所定
   の判定回転数以上であるか、又は、負荷が所定の判定負
   荷以上であるかの少なくとも一方である場合に、前記異
   常燃焼回避状態にあると判定することを特徴とする請求
   項１記載のディーゼルパティキュレートフィルタ装置の
   制御方法。
3. 【請求項３】 前記負荷が所定の判定負荷以上であるか
   否かの判定を、エンジンの燃料噴射の燃料制御棒のラッ
   ク位置センサで検出したラック電圧が所定の電圧以上で
   あるか否か、又は、アクセル開度センサで検出されたア
   クセル開度が所定の判定開度以上であるか否かの少なく
   とも一方の判定で行うことを特徴とする請求項２記載の
   ディーゼルパティキュレートフィルタ装置の制御方法。
4. 【請求項４】 前記異常燃焼回避状態が、排ガス中の酸
   素濃度が低いエンジン運転状態であり、酸素濃度センサ
   で検出した排ガス中の酸素濃度が所定の判定値以下であ
   る場合に、前記異常燃焼回避状態にあると判定すること
   を特徴とする請求項１記載のディーゼルパティキュレー
   トフィルタ装置の制御方法。
5. 【請求項５】 前記異常燃焼回避状態が、排ガスの温度
   が高いか、又は吸気量が多いエンジン運転状態であり、
   排ガス温度が所定の判定値以上であるか、吸気量が所定
   の判定値以上である場合に、前記異常燃焼回避状態にあ
   ると判定することを特徴とする請求項１記載のディーゼ
   ルパティキュレートフィルタ装置の制御方法。
6. 【請求項６】 前記所定の判定時間が１００ｓ〜１５０
   ｓであることを特徴とする請求項１記載のディーゼルパ
   ティキュレートフィルタ装置の制御方法。