JP2012012983A - Diesel particulate filter system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、エンジンの排気ガスを浄化するディーゼルパティキュレートフィルタに係り、構造が単純で、広範囲な昇温ができ、PM量が検出できるディーゼルパティキュレートフィルタシステムに関する。 The present invention relates to a diesel particulate filter that purifies exhaust gas from an engine, and relates to a diesel particulate filter system that has a simple structure, can raise temperature over a wide range, and can detect the amount of PM.
ディーゼルエンジンなどのエンジンを搭載した車両では、エンジンの排気管にディーゼルパティキュレートフィルタ(Diesel Particulate Filter;以下、DPFという)を設置し、排気ガスに含まれる粒子状物質(Particurate Matter)を捕集している。DPFは、コージライト、炭化ケイ素(SiC)などからなるハニカム細孔状(四角い細孔のものでもよい)の構造を有し、PMを一時的に捕集する部材である。 In vehicles equipped with engines such as diesel engines, a diesel particulate filter (DPF) is installed in the exhaust pipe of the engine to collect particulate matter (particurate matter) contained in the exhaust gas. ing. The DPF is a member that temporarily collects PM, having a honeycomb pore structure (or a square pore structure) made of cordierite, silicon carbide (SiC), or the like.
DPFに捕集されたPMが多く蓄積すると、エンジンの排圧が上昇しエンジン特性の低下をきたす。そこで、DPFを昇温することにより、蓄積したPMを燃焼させて除去する必要がある。この動作をDPF再生という。 When a large amount of PM trapped in the DPF accumulates, the exhaust pressure of the engine rises and the engine characteristics deteriorate. Therefore, it is necessary to burn and remove the accumulated PM by raising the temperature of the DPF. This operation is called DPF regeneration.
DPF再生の手段として、燃料噴射によって排気温度を上昇させることでDPFを昇温するもの、DPFの上流にバーナーを設けておきバーナーの火力でDPFを昇温するもの、DPFに電気ヒータを内蔵させておき電気ヒータでDPFを昇温するものなどがある。 As means for regenerating DPF, the DPF is heated by raising the exhaust temperature by fuel injection, the burner is provided upstream of the DPF and the DPF is heated by the burner's thermal power, and the DPF has a built-in electric heater. There is an electric heater that raises the temperature of the DPF.
しかし、燃料噴射やバーナーの燃焼を行うと、燃料消費量が増大すると共に、排出されるCO2が多くなる。したがって、電気ヒータによるDPF昇温が経済性、環境保護の観点から好ましい。ただし、電気ヒータを電熱線で構成した場合、DPFの内部に電熱線を組み込む構造が複雑であること、電熱線の直近周辺のみが昇温され、DPF内部全体を広範囲に昇温できないこと、大きな電力を必要とすることなどの課題が残る。 However, when fuel injection or burner combustion is performed, the amount of fuel consumed increases and the amount of CO 2 emitted increases. Therefore, it is preferable to raise the DPF temperature with an electric heater from the viewpoints of economy and environmental protection. However, when the electric heater is composed of a heating wire, the structure for incorporating the heating wire inside the DPF is complicated, the temperature in the immediate vicinity of the heating wire is raised, and the entire DPF cannot be heated in a wide range, Issues such as the need for electric power remain.
一方、DPF再生の時期を判定する手段として、車両の走行距離が所定値に達するごとにDPF再生時期とするもの、DPFの上流と下流の排気ガス圧力の差(差圧)が域値に達するとDPF再生時期とするものなどがある。しかし、DPF再生時期を車両の走行距離から判定したり、差圧から判定するのはPM量を検出するのが困難であるからである。これらの手段でDPF再生の時期を判定する場合は、PM量が多すぎにならないうちに早めにDPF再生が行われるように、域値が設定されるため、必要以上に頻繁にDPF再生が行われることになり、DPF再生手段がいずれであっても、エネルギの無駄が多くなる。 On the other hand, as means for determining the DPF regeneration timing, the DPF regeneration timing is used every time the travel distance of the vehicle reaches a predetermined value, and the difference (differential pressure) between the exhaust gas pressure upstream and downstream of the DPF reaches the threshold value. Then, there are things that make the DPF regeneration time. However, the DPF regeneration timing is determined from the travel distance of the vehicle or from the differential pressure because it is difficult to detect the PM amount. When the DPF regeneration timing is determined by these means, the threshold value is set so that the DPF regeneration is performed early before the PM amount becomes too large, so the DPF regeneration is performed more frequently than necessary. As a result, energy is wasted regardless of the DPF regeneration means.
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、構造が単純で、広範囲な昇温ができ、PM量が検出できるディーゼルパティキュレートフィルタシステムを提供することにある。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a diesel particulate filter system that solves the above problems, has a simple structure, can raise the temperature over a wide range, and can detect the amount of PM.
上記目的を達成するために本発明は、粒子状物質を捕集するための炭化ケイ素からなる多孔状のフィルタ本体と、前記フィルタ本体の外周に接し、互いに対向する2つの電極と、前記2つの電極間に交流電流を印加したときの応答信号の変化に基づいて前記フィルタ本体に蓄積された粒子状物質の量を検出する検出回路と、前記2つの電極間に直流電流を印加して前記フィルタ本体を昇温させることにより、前記フィルタ本体に蓄積された粒子状物質を焼却する昇温回路とを備えたものである。 In order to achieve the above object, the present invention provides a porous filter body made of silicon carbide for collecting particulate matter, two electrodes in contact with the outer periphery of the filter body and facing each other, and the two A detection circuit for detecting the amount of particulate matter accumulated in the filter body based on a change in response signal when an alternating current is applied between the electrodes, and a direct current between the two electrodes to apply the filter A temperature raising circuit for incinerating the particulate matter accumulated in the filter body by raising the temperature of the body.
前記昇温回路は、リターダの回生電流を直流化して前記2つの電極間に印加してもよい。 The temperature raising circuit may convert the regenerative current of the retarder into a direct current and apply it between the two electrodes.
本発明は次の如き優れた効果を発揮する。 The present invention exhibits the following excellent effects.
(1)構造が単純である。 (1) The structure is simple.
(2)広範囲な昇温ができる。 (2) A wide range of temperature increases can be achieved.
(3)PM量が検出できる。 (3) The PM amount can be detected.
以下、本発明の一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
図1に示されるように、本発明に係るDPFシステム1は、PMを捕集するための炭化ケイ素からなる多孔状のフィルタ本体2と、フィルタ本体2の外周に接し、互いに対向する2つの電極3,4と、2つの電極3,4間に交流電流を印加したときの応答信号の変化に基づいてフィルタ本体2に蓄積されたPM量を検出する検出回路5と、2つの電極3,4間に直流電流を印加してフィルタ本体2を昇温させることにより、フィルタ本体2に蓄積されたPMを焼却する昇温回路6とを備える。
As shown in FIG. 1, a
フィルタ本体2の構造は、従来からあるものと同じ構造でよい。フィルタ本体2の材質は、フィルタ本体2それ自体を電熱ヒータとするために、電流をよく流す炭化ケイ素がよい(特許文献1〜3参照)。
The structure of the
電極3,4は、フィルタ本体2を挟んで互いに対向するよう、フィルタ本体2の上下に配置される。電極3,4は、フィルタ本体2の中を偏らずに広範囲に電流が流れるよう、フィルタ本体2の上下面にそれぞれ全面的に密着する平面電極とする。
The
検出回路5は、1乃至複数の周波数の交流電流を発生する交流電源(高周波発振器)と負荷の静電容量変化を電気的に検出する回路とからなる電源兼検出部7と、交流重畳と直流遮断のための交流結合用コンデンサ8とを有する。
The
昇温回路6は、直流電源からなり、昇温回路6と電極3とを繋ぐ配線の途中に、交流結合用コンデンサ8が接続される。交流結合用コンデンサ8と昇温回路6の接続点9よりも昇温回路6側に、交流遮断のためのインダクタを挿入してもよい。
The temperature raising circuit 6 is composed of a DC power source, and an AC coupling capacitor 8 is connected in the middle of the wiring connecting the temperature raising circuit 6 and the
図2に示されるように、本発明が適用される車両にあっては、エンジン21に接続された排気管22に、DPF23が設置されている。DPF23の内部は図示しないが、DPF23は、排気管22に取り付けられた金属製のハウジング内に図1のフィルタ本体2が収容されたものである。電極3,4は、ハウジングに対して電気的に絶縁されて設けられる。
As shown in FIG. 2, in a vehicle to which the present invention is applied, a
電極3,4に接続された配線24,25は、回路ユニット26に接続されている。回路ユニット26は、図1の昇温回路6、検出回路5、接続点9を一箇所にまとめたものである。DPF再生の制御は、図示しない電子制御装置(ECU)が行う。したがって、回路ユニット26は、ECUの周辺に配置するのがよい。このため、配線24,25は、DPF23からECUの周辺まで引き回して設けられる。
The
図示しないが、本発明が適用される車両には、従来からあるリターダが設けられている。図1の昇温回路6は、リターダの回生電流を直流化回路により直流化して2つの電極3,4間に印加するように構成されている。
Although not shown, a conventional retarder is provided in a vehicle to which the present invention is applied. The temperature raising circuit 6 in FIG. 1 is configured so that the regenerative current of the retarder is converted into a direct current by a direct current circuit and applied between the two
図3に示されるように、等価コンデンサ31は、図1のようにフィルタ本体2を電極3,4で挟んで構成されたコンデンサを表している。等価コンデンサ31は、フィルタ本体2に蓄積されたPM量に応じて静電容量が変化する。このため、電極3,4間に交流電流を印加したときの応答信号(振幅や位相)がPM量に応じて変化する。したがって、応答信号の変化を検出することで、PM量を検出することができる。
As shown in FIG. 3, the equivalent capacitor 31 represents a capacitor configured by sandwiching the
以下、本発明に係るDPFシステム1の動作を説明する。
Hereinafter, the operation of the
検出回路5は、エンジン21の運転中、定期的に電極3,4間に交流電流を印加し応答信号の変化を検出する。応答信号の変化は、フィルタ本体2に蓄積されたPM量に対応するので、あらかじめ実験により応答信号の変化に対してDPF再生時期を判定する閾値を設定しておくことにより、検出した応答信号の変化からDPF再生時期を判定することができる。
The
DPF再生時期になると、昇温回路6は、電極3,4間に直流電流を印加する。炭化ケイ素からなるフィルタ本体2は、半導体であり、直流電流が流れると発熱する。このようにしてフィルタ本体2をそれ自体の発熱によって昇温させることにより、フィルタ本体2に蓄積されたPMを焼却することができる。
At the DPF regeneration time, the temperature raising circuit 6 applies a direct current between the
以上説明したように、本発明によれば、フィルタ本体2の外周に接して互いに対向するように電極3,4を設けたので、フィルタ本体2の内部に電熱線あるいは電極を組み込まない構造となり、構造が単純で製造が容易となる。
As described above, according to the present invention, since the
本発明によれば、炭化ケイ素からなるフィルタ本体2自体に電流を流すので、電熱線を用いたものとは異なり、広範囲な昇温ができる。
According to the present invention, since a current flows through the
本発明によれば、電極3の全面から電極4の全面に向かってフィルタ本体2の中を均等に電流が流れることにより、図1のような温度分布が形成される。すなわち、中心部が最も高温の高温部Hとなり、その高温部Hの周辺が高温部Hに比べてやや温度が低い中温部Mとなる。中温部Mの周辺はさらに温度が低いが、それでもPMを焼却可能な高温である。PMが最も多く蓄積される場所は中心部であるので、中心部が高温部Hになることで、PMを効果的に焼却することができる。
According to the present invention, current flows uniformly in the
本発明によれば、電極3,4間に交流電流を印加することで、PM量が検出できる。
According to the present invention, the amount of PM can be detected by applying an alternating current between the
本発明によれば、電極3,4がフィルタ本体2の外周に設けられているので、電極3,4にPMが付着することがない。仮に、電極がフィルタ本体2の端面や内部にあると、排気ガスに触れるため、電極にPMが付着して圧力損失が増え、エンジン21の排圧上昇に繋がる。電極は電熱線ではなく、ヒータの効果がないため、電極に付着したPMは焼却できない。
According to the present invention, since the
本発明によれば、昇温回路6がリターダの回生電流を使用してフィルタ本体2を昇温するので、バッテリの負担を低減することができる。リターダは大きな発電量が得られるので、大電流が必要なフィルタ本体2の昇温に好適である。
According to the present invention, since the temperature raising circuit 6 raises the temperature of the
本発明によれば、電極3,4をPM量検出のための交流電流印加と昇温のための直流電流印加に兼用するので、目的別にそれぞれ電極を設ける場合に比べて、構成が簡素でコストが抑えられる。
According to the present invention, the
本発明によれば、検出回路5の交流電流と昇温回路6の直流電流を交流結合用コンデンサ8を介して重畳するので、接続点9から電極3,4までの配線は、直流電流用の配線と交流電流用の配線を別々に設けるよりも、経済的である。
According to the present invention, since the alternating current of the
1 DPFシステム
2 フィルタ本体
3、4 電極
5 検出回路
6 昇温回路
DESCRIPTION OF
Claims (2)
前記フィルタ本体の外周に接し、互いに対向する2つの電極と、
前記2つの電極間に交流電流を印加したときの応答信号の変化に基づいて前記フィルタ本体に蓄積された粒子状物質の量を検出する検出回路と、
前記2つの電極間に直流電流を印加して前記フィルタ本体を昇温させることにより、前記フィルタ本体に蓄積された粒子状物質を焼却する昇温回路とを備えた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システム。 A porous filter body made of silicon carbide for collecting particulate matter;
Two electrodes in contact with the outer periphery of the filter body and facing each other;
A detection circuit for detecting the amount of particulate matter accumulated in the filter body based on a change in a response signal when an alternating current is applied between the two electrodes;
Diesel particulates comprising: a temperature raising circuit for incinerating particulate matter accumulated in the filter body by applying a direct current between the two electrodes to raise the temperature of the filter body Filter system.
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