JP2536561B2 - パティキュレ―トトラップの再燃焼装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はディーゼルエンジン等の排気ガス中のパティ
キュレート（微粒子）を捕集するトラップを再燃焼する
装置に関するものであり、特にパティキュレートトラッ
プ（以下、単にトラップと略称する）の再燃焼時の開始
時期を制御する装置に関するものである。

〔従来の技術〕

トラップは、パティキュレートの捕集が進むと徐々に
目詰まりを起こし、エンジンの出力低下や燃費悪化を招
くので、これを防ぐため、捕集が進むとパティキュレー
トを再燃焼させる必要がある。

このようなトラップの捕集状態を検出するための装置
として、車両の走行距離やエンジンの積算回転数等が設
定値を越えた時をもって判定するもの（例えば特開昭59
-20513号公報）があるが、これはエンジンの運転状態を
全く考慮していないので誤差が大きく実用的でない。

別のトラップ捕集状態を検出する方式としては、トラ
ップの入口側排気圧と出口側排気圧との前後差圧が大き
くなって行くことに着目して、トラップの前後差圧を検
出し、この検出した差圧が一定差圧値に達した時にトラ
ップの捕集は完了したと判定してトラップを再燃焼させ
るものが考えられる。

このようなトラップの前後差圧に基づいてトラップの
再燃焼を開始させる装置としては、特開昭56-115809号
公報に開示されたものがある。

この特開昭56-115809号公報では、トラップの前後差
圧（圧力損失）を検出し、この検出した差圧と予め設定
した差圧とを比較することにより、前後差圧が設定差圧
に達した時にバーナーを点火してトラップの再燃焼を開
始し、タイマによって設定された時間が経過したときに
再燃焼を終わらせている。

このような再燃焼方式では、エンジンの回転数や負荷
を考慮せずに前後差圧のみで再燃焼の開始判定を行って
いるため、トラップの目詰まりを正確に検出することが
できず、再燃焼の開始が早すぎてトラップを傷めたり、
遅すぎてパティキュレートを充分燃焼することができな
い。

そこで、特開昭59-126019号公報では、トラップの前
後差圧に加えて、エンジン回転数及びエンジン負荷（又
はこれらとエンジン回転数及び負荷の変化率）を考慮
し、前後差圧が設定差圧に達した時に再燃焼を開始させ
ている。

また、特開昭60-108520号公報では、トラップの前後
差圧とトラップ下流の固定絞り（例えばサイレンサー）
の前後差圧との比を監視し、その比が一定値を越えた時
をトラップ捕集完了時と判定してトラップの再燃焼を開
始させている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

このような特開昭59-126019号公報に記載された従来
のパティキュレートトラップの再燃焼装置では、トラッ
プの目詰まりを正確に判断できない排気圧の低いエンジ
ンの低回転数領域及び低負荷領域等をトラップの再燃焼
制御から外すためにエンジン回転数と負荷を考慮したに
過ぎず、これらのパラメータを差圧と相関付けるための
ものではなかった。このため、この特開昭59-126019号
公報の装置も特開昭56-115809号公報の装置と同様に正
確な再燃焼制御が実現できない。

更に上記のようにエンジンの低回転数領域及び低負荷
領域に限らず、全領域を考慮するためにエンジン回転数
及び負荷に対する前後差圧（圧力損失）マップを記憶し
ておき、現在のエンジン回転数及び負荷に対応した前後
差圧を実際の差圧が越えた時を以てトラップ再燃焼の開
始を行うことも既に知られているが、エンジン回転数及
び負荷に対する圧力損失は時間遅れを伴うため定常状態
での圧力損失マップでは誤差が大きくなってしまう。

一方、特開昭60-108520号公報の場合には、トラップ
及び固定絞り双方の前後差圧を測定するが、固定絞りの
位置が排気ガスの温度の影響を受けるため排気下流側に
行く程、固定絞りの前後差圧は低くなってしまうととも
にこの低下分は排気ガス量やガス温度により変化するた
め、補正することが困難な誤差を含むことになる。

従って、本願発明の目的は、エンジンの排気系に設け
られ下流に固定絞りを付けたパティキュレートトラップ
の再燃焼制御装置において、固定絞りの前後差圧を直接
測定することなく再燃焼時期を判定できる手段を実現す
ることに在る。

〔問題点を解決するための手段〕

上記の目的を達成するため、本発明に係るパティキュ
レートトラップの再燃焼装置では、エンジンの排気系に
設けられたパティキュレートトラップの下流に接続され
た固定絞りと、該トラップの入口圧センサ及び前後差圧
センサと、該入口圧と前後差圧から該トラップと固定絞
りとの前後差圧比を演算し、この比が基準値を越えた時
に該トラップの再燃焼を開始させる制御手段と、を備え
ている。

〔作用〕

本発明の作用原理を第３図及び第４図を用いて説明す
る。

図示のように、エンジンの排気系に設けられたパティ
キュレートトラップ１の下流側に接続された固定絞り２
の前後差圧をＰ₂とすると、 入口圧Ｐ＝P₁＋P₂ となり、トラップ１の入口圧（対大気）Ｐとトラップ１
の圧力損失、即ち前後差圧P₁を検出すれば、トラップ１
の下流側に接続され出口圧力がほぼ大気圧に等しい固定
絞り２の圧力損失、即ち前後差圧P₂＝Ｐ−P₁が求められ
る。

この固定絞り２の前後差圧P₂は一定であるのに対し、
トラップ１の前後差圧P₁はパティキュレートの捕集状態
に応じて変化するので、両者の比P₁／P₂は第４図に示す
ように変化し、この比P₁／P₂の基準となる一定値（傾
き）Ｋを予め求めておき、実際に求めたP₁／P₂がその基
準値Ｋを越えた時にトラップ１の再燃焼を開始させれば
よいことが分かる。

従って、本発明では、入口圧Ｐを入口圧センサにより
検出し、トラップ１の前後差圧P₁を差圧センサにより検
出し、制御手段ではこれらの検出値から、トラップ１と
固定絞り２との前後差圧比を上記のように演算し、この
比が基準値を越えた時にトラップ１の再燃焼を開始させ
るように制御を行う。

〔実施例〕

以下、本願発明に係るパティキュレートトラップの再
燃焼装置の実施例を説明する。

第１図は本発明の一実施例を示したもので、１はトラ
ップ、２は排気サイレンサー等の固定絞り、３は排気
管、４はトラップ１の入口側前面に取り付けられた電気
ヒーター、５は電気ヒーター４の電源Ｂを投入するため
のヒーターリレー、６はトラップ１の入口側に設置され
た温度センサー、７はトラップ１へ流入するエンジンか
らの排気ガスを開閉するトラップ入口バルブ、８はトラ
ップ１を側路するバイパス管、９はバイパス管８への排
気ガス流を開閉するバイパスバルブ、10及び11はバルブ
７及び９をバキュームポンプVPからの負圧により開閉制
御するバキュームスイッチングバルブ（VSV）、12はト
ラップ１の入口側圧力（対大気圧）を検出する入口圧セ
ンサ、13はトラップ１の圧力損失、即ち前後差圧を検出
する差圧センサ、そして14は、センサ６、12及び13の検
出信号に応答してヒーターリレー５及びスイッチングバ
ルブ10、11に制御信号を送る制御手段としてのコントロ
ーラ（CPU）である。尚、固定絞り２は、トラップ１に
所定量のパティキュレートが捕集された状態における排
気抵抗とほぼ同等の排気抵抗を有するように絞り量が定
められており、トラップ１に所定量のパティキュレート
が捕集された状態での検出精度を向上させるとともに消
音器又は消熱器としても作用するものである。

第２図はコントローラ14で実行されるプログラムのフ
ローチャートを示す図で、この第２図のフローチャート
を参照しながら、以下、第１図のパティキュレートトラ
ップの再燃焼装置の動作を説明する。

通常のパティキュレート捕集時は、排気ガスをトラッ
プ１の側にのみ流すようにコントローラ14は入口バルブ
７及びバイパスバルブ９を第１図に示す通り制御する。

この状態でコントローラ14は常に入口圧センサ12及び
差圧センサ13の出力信号Ｐ及びP₁をそれぞれ入力する
（第２図のステップS1）。

そして、これらの信号から、固定絞りの２の前後差
圧P₂＝Ｐ−P₁を演算し、これに基づいてトラップ１の
前後差圧P₁と固定絞り２の前後差圧P₂との比P₁／P₂＝P₁
／（Ｐ−P₁）を演算する（同ステップS2）。

このようにして得られた前後差圧比P₁／P₂は、パティ
キュレートの捕集状態と関係が無い固定絞り２を基準と
してトラップ１にどのくらいパティキュレートが捕集さ
れたかを示すものであり、従って第４図に示すように、
予め捕集量と前後差圧比P₁／P₂との関係を求めておけ
ば、傾きＫ＝B/Aを許容最大捕集状態を示す値と考える
ことができる。

従って、この値Ｋをコントローラ14に記憶しておき、
この基準値Ｋを、演算して得た実際の前後差圧比P₁／P₂
と比較する（同ステップS3）。

そして、基準値Ｋ≧比P₁／P₂となった時をパティキュ
レートの捕集完了状態と判断してトラップ１の再燃焼工
程を開始させる。

このトラップ１の再燃焼工程は種々良く知られている
が、第２図の実施例で説明すると、コントローラ14は、
バイパスバルブ９を開き、トラップ１の入口バルブ７を
閉じるとともにヒーターリレー５を介して電気ヒーター
４に通電しガス温度を上昇させる（同ステップS4）。バ
ルブ７、９の制御は、それぞれ組合わされたスイッチン
グバルブ10及び11のソレノイドに一定のデューティ比を
コントローラ14から与えることにより為される。

次に、トラップ１の入口温度センサー６の検出温度が
所定値（Ｔ）に達したか否か、をチェックし（同ステッ
プS5）、その所定値に達しないときには、所定値に達す
るまでステップS5を繰り返し、入口バルブ７が閉じてい
るためトラップ１の入口温度は必ず上昇して行きその所
定値を越えた時は、入口バルブ７を所定開度に固定する
ように制御する（同ステップS6）。

このようにして再燃焼工程を進め、入口温度がステッ
プS5で所定値に達してから所定時間経過した時（同ステ
ップS7）、電気ヒーター４をオフにし（同ステップS
8）、ヒーター４をオフにしてから更に所定時間経過し
た時（同ステップS9）、トラップ１の入口バルブ７を開
くとともにバイパスバルブ９を閉じることにより再燃焼
工程を終了する（同ステップS10）。

この後は、再びトラップ１によるパティキュレート捕
集状態に戻る。

〔発明の効果〕

以上のように、本願発明に係るパティキュレートトラ
ップの再燃焼装置では、トラップの入口圧と前後差圧を
検出し、これらの検出値に基づいてトラップ下流の固定
絞りの前後差圧を演算し、以てトラップと固定絞りの前
後差圧比に基づいて再燃焼開始を制御するように構成し
たので、実際に固定絞りの前後差圧を測定する必要がな
く、従って固定絞りの位置に起因した誤差を含まずに精
度の高いパティキュレートの捕集状態を検出することが
でき、常に目詰まりや破損を伴わない最適な状態にトラ
ップを再生することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に係るパティキュレートトラップの再
燃焼装置の一実施例を示すハードウェア構成図、 第２図は、本発明において第１図に示したコントローラ
で実行されるプログラムのフローチャート図、 第３図及び第４図は、本発明の作用原理を説明するため
の図、である。 第１図において、１はトラップ、２は固定絞り、３は排
気管、12は入口圧センサ、13は前後差圧センサ、14はコ
ントローラ、をそれぞれ示す。 尚、図中、同一符号は同一又は相当部分を示す。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】エンジンの排気系に設けられたパティキュ
   レートトラップの下流に接続された固定絞りと、該トラ
   ップの入口圧センサ及び前後差圧センサと、該入口圧及
   び前後差圧から該トラップと固定絞りとの前後差圧比を
   演算し、この比が基準値を越えた時に該トラップの再燃
   焼を開始させる制御手段と、を備えたことを特徴とする
   パティキュレートトラップの再燃焼装置。