JP2546304B2 - パティキュレー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生する装
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、単にトラップを略称する）の再燃焼時の排気ガ
ス流量を制御する装置に関するものである。

〔従来の技術〕

従来のパティキュレートトラップの再燃焼装置で再燃
焼時の排気ガス流量を制御するものとしては、例えば実
開昭59−17213号、特開昭59−20514号公報、特開昭59−
85417号公報等が挙げられる。

まず、実開昭59−17213号公報では、パティキュレー
トトラップにはバイパスバルブのみを設け、その入口側
にはバルブを設けていない。そして、パティキュレート
の捕集はバイパスバルブを閉じることにより行い、トラ
ップの再生時期を検出するとバイパスバルブを開けると
ともにトラップ前面に設けた電気ヒーターに通電して既
に捕集されたパティキュレートへの着火を行う。この通
電は所定時間行い、この後、バイパスバルブをゆっくり
と閉じることにより再びトラップへ排気ガスを導入し、
パティキュレートの燃焼伝播を図っている。

また、特開昭59−20514号公報では、トラップに入口
バルブ及びバイパスバルブ双方を設け、トラップの再生
時期には、トラップ前面に設けた電気ヒーターに通電す
るとともに、入口バルブを閉じ、バイパスバルブを開
く。そしてトラップ入口側の温度センサで検出される排
気ガス温度が所定値を越えてパティキュレートへの着火
が検出された時には、トラップの導入ガス量を一定に制
御するため、エンジン回転数及び負荷に応じた入口バル
ブ開度及びバイパスバルブ開度をメモリから読み出して
入口バルブ及びバイパスバルブ双方を制御している。

更に、特開昭59−85417号公報では、トラップへ流入
する排気ガスの温度がパティキュレート再燃焼温度以上
で且つトラップから排出される排気ガスの温度がトラッ
プを溶損させない温度以下になるようにスロットルバル
ブ及び／又はバイパスバルブの開度を制御して電気ヒー
ターを通過する排気ガス流量を制御している。

〔発明が解決しようとする問題点〕

このような従来のパティキュレートトラップの再燃焼
装置は、次の問題点を有している。

まず、実開昭59−17213号公報の場合には、トラップ
の再燃焼制御はバイパスバルブの開度制御によるもので
はなく、バイパスバルブを開→閉へ滑らかに制御し、排
気ガス流量のトラップへの導入を徐々に増やして行く方
式を採用しているため、トラップへのガス流量を特に制
御しておらず、流入ガス量が多過ぎて、ヒーターによる
着火後にトラップ出口側への燃焼伝播が行われずに途中
で消えてしまうことがあった。これは、ヒーターによる
着火後にガスを導入し燃焼伝播を図るためには、或る最
適流量のガスが必要とされるからである。

また、特開昭59−20514号公報の場合には、再燃焼時
の排気ガス流量を一定にしたので、着火し易いガス流量
では再燃焼のピーク時にガス流量が不足しトラップ温度
が溶損限界をオーバーする一方、ピーク時の温度を溶損
限界以下に抑えるために逆にガス流量を増大させると再
燃焼が不十分となる問題点がある。

即ち、第５図のグラフに示すように、再燃焼可能なパ
ティキュレート捕集量の下では、ガス流量が少なければ
再燃焼効率（一定時間内でパティキュレートが再燃焼し
た割合）を上げることはできるものの、トラップ出口温
度は溶損限界を越えてしまいトラップの破損に至る。一
方、ガス流量を多くすればトラップ出口温度を溶損限界
以下に抑えることは可能であるが、再燃焼効率は非常に
低くなってしまい再燃焼期間が短くなってしまうことに
なる。

更に、特開昭59−85417号公報では、トラップの出口
温度を検出してガス流量をフィードバック制御するの
で、タイムラグによりトラップの実際の内部温度はその
出口温度と異なっており、出口温度に合わせてガス流量
を制御した場合、出口温度が低くて実際の内部温度が高
いときはガス量が少な過ぎて溶損を招くような問題があ
り、実際には出口温度検出による内部温度制御は、出口
温度を検出してからでは遅いという点から不可能である
という問題点があった。

従って、本発明の目的は、トラップの溶損を招くこと
なく高い再燃焼効率を有するパティキュレートトラップ
の再燃焼装置を実現することに在る。

〔問題点を解決するための手段〕

上記の問題点を解決する手段として、本発明に係るパ
ティキュレートトラップの再燃焼装置は、エンジンの排
気系に設けたパティキュレートトラップの内部温度セン
サ及び前後差圧センサと、再燃焼工程開始後、該トラッ
プの入口バルブを所定開度に固定し該差圧が基準値にな
るようにバイパスバルブを開度制御する間、該内部温度
の上昇率が所定値を越えたとき該基準値をより高い基準
値に変更する制御手段と、を備えている。

〔作用〕

本発明においては、パティキュレートトラップの再燃
焼時期が来て通常の如く電気ヒーター等によりトラップ
の再燃焼工程を開始させた後、制御手段は、トラップの
入口バルブを所定開度に固定しトラップに設けた前後差
圧センサで検出した差圧が基準値になるようにトラップ
のバイパスバルブを開度制御するが、この場合、トラッ
プの内部温度センサによって検出された内部温度の上昇
率が所定値を越えたとき、トラップ内での再燃焼が着実
に進行し始めたと判定して上記の差圧基準値をより高い
別の基準値に変更し、この変更された基準値に従って再
度バイパスバルブを開度制御し燃焼伝播を図っている。

これにより、再燃焼開始における排気ガス流量を２段
階に分け、再燃焼の開始時においては着火しやすいガス
流量を導入し、再燃焼が着実に進行し始めた時には、即
ち充分な着火が得られた時には、ガス流量を増加させて
再燃焼時のピーク温度を抑えることにより、再燃焼効率
の工場と溶損防止を両立させている。

〔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は排気管、３は排気管２に接続されエンジン
（図示せず）からトラップ１への排気ガスをバイパスす
るバイパス管、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、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の内部の温度を検出する内部温度セン
サ、９はバイパス管３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）12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）、13はトラップ１の圧力損
失、即ち前後差圧Ｐを検出する差圧センサ、そして14
は、センサ６、８、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。

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図に示すように制御す
る。

まず、コントローラ14はトラップ１を再燃焼する前
に、距離センサ（図示せず）からの距離信号に基づき車
両が一定距離走行する毎にトラップ１が再燃焼すべき時
期に来ているか否かを判定する（第２図ステップS1）。
これは、車両が一定距離走行することによりパティキュ
レートがトラップ１に溜り、トラップ再生の一つの目安
になるからである。一定走行距離の代わりに、特開昭59
−85417号公報又は上記の特開昭59−20514号公報等に示
されているようにエンジン回転数センサーの出力信号に
より回転数の一定積算値を上記と同様の目安にしてもよ
く、またトラップ１の排圧の上昇を感知して再燃焼時期
を判断してもよい。これらはいずれも周知の技術であ
る。

再燃焼時期に達した時点で、コントローラ14は、バイ
パスバルブ９を全開し、トラップ１の入口バルブ７を全
閉す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S2）。こ
れにより、トラップ１の捕集（トラップ）状態が解除さ
れるとともに、再燃焼工程が開始される。

再燃焼工程開始後、トラップ１が着火したか否かを検
出するため、コントローラ14はトラップ１の入口側に設
けた入口温度センサ６の出力を所定値と比較する（同ス
テップS3）。そして入口温度が所定値を越えていない場
合には、所定値を越えるまでステップS3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着火検出と判定
し、入口バルブ７を所定開度に固定するように制御する
と同時にトラップ１の前後差圧を差圧センサ13から入力
する（同ステップS4）。入口バルブ７の開度制御は、ス
イッチングバルブ10のデューティソレノイドに一定のデ
ューティ比を与えることにより行われる。

入口バルブ７を所定開度に固定（通過面積一定）した
だけでは、再燃焼時の進行具合や着火状態が車両の運転
状況により変動した場合、再燃焼が不完全に終わった
り、全く再燃焼せずに終了したり（この場合は、燃え残
りが次の再燃焼時期までにドライ化して益々再燃焼が困
難となる）、或いは再燃焼が過度に行われることがある
（この場合は、トラップの焼損を招く）ため、良好な再
燃焼のためにはトラップ１のガス流量が一定の最適値に
維持されなければならない。

そこで、入口バルブ７を所定開度に固定し、トラップ
１の前後差圧Ｐを検出した後、この前後差圧信号を受け
たコントローラ14は、予め記憶した（最適流量に対応す
る）基準差圧P₁と比較し（同ステップS5）、差圧Ｐがそ
の基準値P₁に至っていないときはバイパスバルブ９の開
度を変化させるように制御する（同ステップS6）。

この場合、Ｐ＜P₁のときは、トラップ１への導入ガス
流量が最適流量より不足しているので、バイパスバルブ
９の開度を小さくする方向にバイパスバルブ９を制御
し、反対に、Ｐ＞P₁のときは、トラップ１への導入ガス
流量が最適流量より多いので、バイパスバルブ９の開度
を大きくする方向にバイパスバルブ９を制御する。

ここまでは本出願人に係る特願昭61−253477号で既に
提案されているが、上述したように排気ガス流量が一定
のままではトラップの溶損か又は低い再燃焼効率を招
く。

そこで、本発明では、トラップ１の前面から下流に向
かってトラップ内に挿入した内部温度センサ８で検出さ
れた内部温度の上昇率ΔT/Δｔが所定値ｋに達したか否
かをチェックし（同ステップS7）、所定値ｋに達してい
ない場合には、ステップS5に戻って所定値ｋを越えるま
でステップS5〜S7を繰り返す。

上昇率ΔT/Δｔ＞ｋとなった時には、トラップ１内で
の再燃焼が着実に進行し始めたと判断される。この様子
が第３図のグラフに示されており、図中、特性はトラ
ップ前面温度、特性はトラップ内部温度、特性はト
ラップ出口温度をそれぞれ示しており、トラップ入口バ
ルブの開度を固定して特性によるトラップ前面温度が
安定した後、特性によりトラップ内部温度が急速に上
昇していることが分かる。

従って、このままではトラップ１の溶損を招くので、
ガス流量を増大させる必要がある。そのためにトラップ
１の前後差圧Ｐの比較基準値をP₁からP₂に上げる（同ス
テップS8）。この様子が第４図のグラフに示されてい
る。尚、P₁からP₂に上げる方法は、ステップ状でもスロ
ープ状でも構わない。

この後、差圧センサ13からの出力により現在の差圧Ｐ
が、更新され基準差圧P₂に達したか否かがチェックされ
（同ステップS9）、達するまでバイパスバルブ９の開度
を小さく、即ちトラップ１へ流入する排気ガス流量を増
大させるようにバイパスバルブ９を制御する（同ステッ
プS10）。このステップS9、S10は、ステップS5、S6と比
較して基準ガス流量を上げたことと等価である。

このようにして増加したガス流量の状態でトラップ１
の溶損を防ぎながら再燃焼工程を進めることにより、電
気ヒーター４の通電が所定時間経過した時（同ステップ
S11）、電気ヒーター４をオフにし（同ステップS12）、
基準差圧をP₂に変更してから所定時間経過した時（同ス
テップS13）、トラップ１の入口バルブ７を全開すると
ともにバイパスバルブ９を全閉する（同ステップS1
4）。これはヒーター４をオフにしてからもトラップ１
の再燃焼は継続しており（第３図に示すようにトラップ
１の出口温度は上昇して行くことから分かる）、ステッ
プS14までは依然一定の制限されたガス流量が必要であ
るからである。

これにより再燃焼工程を終了し、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、再燃焼工程開始後、トラップ内
部温度の上昇率が所定値を越えたときトラップ前後差圧
の基準値をより高い基準値に変更してバイパスバルブの
開度を制御し、以てトラップへの排気ガス流量が少ない
方から多い方へ２段階に制御されるように構成したの
で、再燃焼の開始時には着火し易いガス流量を導入し、
再燃焼が確実に進行し始めた時にはガス流量を増加させ
てトラップのピーク温度を抑えることができ、トラップ
の再燃焼効率の向上と溶損の防止を両立させることがで
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、及び 第２図は、本発明において第１図に示したコントロール
ユニット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図は本発明の動作特性を説明するための
グラフ図、 第５図は排気ガス流量とトラップ出口温度及び再燃焼効
率との関係を示したグラフ図、である。 第１図において、１はパティキュレートトラップ、２は
排気管、４は電気ヒーター、７は入口バルブ、８は内部
温度センサ、９はバイパスバルブ、13は差圧センサ、14
はコントローラ、をそれぞれ示す。 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たパティキュレー
   トトラップの内部温度センサ及び前後差圧センサと、再
   燃焼工程開始後、該トラップの入口バルブを所定開度に
   固定し該差圧が基準値になるようにバイパスバルブを開
   度制御する間、該内部温度の上昇率が所定値を越えたと
   き該基準値をより高い基準値に変更する制御手段と、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。