JP2838609B2

JP2838609B2 - 内燃機関の排気浄化装置

Info

Publication number: JP2838609B2
Application number: JP3236471A
Authority: JP
Inventors: 憲治木村; 守沖
Original assignee: Denso Corp; Toyota Motor Corp
Current assignee: Denso Corp; Toyota Motor Corp
Priority date: 1991-09-17
Filing date: 1991-09-17
Publication date: 1998-12-16
Anticipated expiration: 2013-12-16
Also published as: JPH0579318A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は内燃機関に設けられる排
気浄化装置に関し、特にディーゼル機関より排出される
ディーゼルパティキュレートを捕集するパティキュレー
トフィルタを備えた排気浄化装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えばディーゼル機関の排気中には排気
微粒子、即ちパティキュレートが多く含まれているた
め、機関の排気系にはこのパティキュレートを捕集する
ためのパティキュレートフィルタ（以下、フィルタと呼
ぶ）が装着されている。

【０００３】ところで、このフィルタは、使用に伴って
その内部に蓄積されるパティキュレートの量が増えると
通気性が次第に損なわれ、エンジン性能も低下すること
になるため、パティキュレート捕集量に応じて定期的に
再生されなければならない。

【０００４】ここでこのフィルタ再生とは、フィルタ端
部に設けられた電気ヒータに通電し、フィルタを加熱し
てその内部のパティキュレートに着火することを意味し
ており、この時フィルタにはフィルタ一端部から他端部
にかけてパティキュレートを燃焼のために再生用ガス
（例えば２次空気など）がフィルタ外部より供給される
ようになっている。

【０００５】しかしながら、一般的な排気浄化装置にお
いてフィルタの外周部は、フィルタ保持材やトラップ容
器などに近接しているために、パティキュレートの着火
熱がこれら周囲部品によって奪われ、パティキュレート
を燃焼するのに充分な温度まで上昇することができず、
この部分にパティキュレートの燃え残りを生じる傾向に
ある（尚、この燃え残りはフィルタの後端に近づく程増
える）。

【０００６】このような問題に対して特開昭５９−１０
１５１８号公報には、上述したようなパティキュレート
燃え残りを無くすため、又フィルタ温度の過上昇による
フィルタ溶損を防ぐため、フィルタのほぼ中心部（フィ
ルタ端面側より見たその中央部であって、かつフィルタ
長手方向中央位置）にフィルタ再生時のフィルタ内温度
を検出する温度センサを配し、その温度が所定温度より
も低くなった時にフィルタへの２次空気供給量を増やし
フィルタ内温度を高めて外周部にも充分の熱が伝達され
るようにし、また所定温度よりも高くなった時に２次空
気量を減じてフィルタ温度を低下させて溶損を防止し、
このようにしてフィルタ内温度を所定温度範囲内に制御
するディーゼル微粒子除去装置が開示されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来装置は温度センサを設置する場所がフィルタ再生時高
温となる領域であるために、温度センサ自体の耐久性や
耐熱性が問題となり、場合によってフィルタ再生不良の
恐れがあった。

【０００８】本発明は上述したような従来装置の現状に
鑑み、温度センサをフィルタ内部に設置することなく、
フィルタ外周部においても完全にパティキュレートの焼
却が達成され得るような排気浄化装置を提供することを
目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明では、内燃機関の排気系に設けられパティキ
ュレートを捕集するフィルタを備えると共に、フィルタ
再生時、フィルタ内に再生用ガスを供給しながらパティ
キュレートを着火・燃焼する内燃機関の排気浄化装置に
おいて、フィルタ圧損値を検出する手段と、再生中にお
いて検出されたフィルタ圧損値に基づきフィルタの部分
的な再生が終了したか否かを判断してフィルタの部分的
な再生が終了したと判断されたときにフィルタに供給さ
れる再生用ガスを増量するガス増量手段とを備えたこと
を特徴とする内燃機関の排気浄化装置が提供される。

【００１０】又、本発明では上記排気浄化装置に代わ
り、フィルタ圧損値を検出する手段と、再生中において
検出されたフィルタ圧損地の単位時間当たりの低下率を
演算する手段と、演算された該低下率が所定値以上の
時、フィルタに供給される再生用ガスを増量するガス増
量手段を備えた排気浄化装置も提供される。

【００１１】

【作用】フィルタ再生の際のパティキュレート火炎の伝
播は、その温度や通気性のためにまずフィルタ中央部の
パティキュレートが燃焼され、次いでその火炎がフィル
タ外周部へと伝播していく。従ってフィルタ再生中のフ
ィルタ圧損値、或はその変化（単位時間当たりの低下
率）を求め、フィルタ中央部の再生が終了したと判断さ
れる所定値以下になった時に、再生用ガスを増量するこ
とによりフィルタ内温度を高め、火炎のフィルタ外周部
への伝播を確実にする。

【００１２】

【実施例】図面を参照して本発明の実施例を説明する。
本発明による排気浄化装置の概略的構成を示す図１に関
し、１はパティキュレートを捕集する交互プラグ配置の
ハニカムフィルタ（以下、フィルタ１と略す）、２はパ
ティキュレート捕集時、エンジン本体３からの排気ガス
をフィルタ１に導く排気管、また４はフィルタ１再生
時、排気ガスをフィルタ１より迂回させるバイパス管で
ある。尚、図１は順流システムを示しているが２次空気
を排ガスの流れ方向と逆に流しパティキュレート捕集側
と逆のフィルタ端面に電気ヒータを設け、再生する逆流
再生システムにおいても本発明は適応可能である。

【００１３】フィルタ１より排気上流側において、排気
管２及びバイパス管４の接続部には、上述したようなパ
ティキュレート捕集時とフィルタ再生時の排気ガス流れ
を達成する排気制御弁５が設けられており、フィルタ再
生時には排気ガスをフィルタ１より迂回させるべく図示
した位置を占めるように制御回路（ＥＣＵ）６によって
作動制御される。

【００１４】排気管２内部に配置される排気制御弁５と
フィルタ１との間には、フィルタ再生時、パティキュレ
ート燃焼のための再生用ガス（ここでは２次空気）をフ
ィルタ１の排気上流側（以下、上流側と呼ぶ）に供給す
る流量可変型の電動エアポンプ７が設けられており、こ
れはフィルタ１の前端に配置されるフィルタ再生用電気
ヒータ８と共に、バッテリ９より電力供給される。尚、
これらフィルタ再生のための要素に関し、１０は制御回
路６によってオンオフされるヒータリレーである。

【００１５】本実施例では、フィルタ１におけるパティ
キュレート捕集状態を検出してその再生時期を判断する
ため、また後述する本発明のフィルタ再生処理を実行す
るため、電動エアポンプ７からの２次空気供給口１１と
フィルタ１との間には、圧力導入管１２が接続され、フ
ィルタ背圧Ｐ₀（即ち、フィルタ圧損値）を検出する圧
力センサ１３が設けられる。

【００１６】尚、この背圧検出に関し、図示した実施例
では構成をシンプルにするために、フィルタ前に１個の
圧力センサのみを示したが、実際にはより正確な圧損値
検出のために、フィルタ１の前後に圧力センサを夫々設
け、その各センサによって検出される圧力からその差を
演算することがより好ましい。又、この再生時期判断パ
ラメータに関しては、上記圧損値による判断に限定され
るものではなく、この他にエンジン回転数の積算等があ
る。

【００１７】ところで、制御回路６の入力側には上記圧
力センサ１３からのアナログ信号の他、吸入空気量やエ
ンジン回転数、エンジン温度を示す信号など、現在の機
関の運転状態を示す各種信号が入力される。そして制御
回路６はこれら各種センサから得られた運転情報に基づ
いてエンジン制御をしたり、フィルタ１に関すれば圧力
センサ１３によって検出された圧損値Ｐ₀の大きさに基
づいてフィルタ再生時期を判断したり、電動エアポンプ
７や電気ヒータ８を駆動制御するフィルタ再生処理を実
行する。

【００１８】以下、図２及び図３を参照して、本発明に
よる排気浄化装置のフィルタ再生処理に関する制御装置
６の作動例を説明する。図２は、上述したように、例え
ば圧力センサ１３によって検出されたフィルタ圧損値Ｐ
₀などによって現在フィルタ１が再生処理を必要として
いるか否かを判定し、必要な場合、２次空気供給量を制
御しながらフィルタを完全再生するフローチャートであ
る。

【００１９】まずステップ２１ではフィルタ１の圧損値
Ｐ₀やエンジン回転数積算値などの情報によって、捕集
されたパティキュレート量がフィルタ再生を必要とする
ほどの量となったか否か、即ち現在フィルタ再生時期か
否かを判定する。そして再生時期と判定された場合（Ｙ
ｅｓ）のみ、ステップ２２に進み、排気制御弁５を図１
に示すような位置に作動させ、エンジン本体３からの排
気ガスをバイパスさせる。

【００２０】次にステップ２３では、電動エアポンプ７
の駆動信号を制御回路６より出力してフィルタ１に２次
空気を供給開始する。尚、この時、電動エアポンプ７に
よって供給される２次空気流量Ｑは、その流量を以てフ
ィルタ１の上流端で発したパティキュレートの火炎が途
中で吹き消えず、少なくともフィルタ中央部の燃焼がほ
ぼフィルタ後端に達するのを確実にするような、実験的
に求められ得る所定値ａ（例えば、５０リットル／ｍｉ
ｎ．）を維持するように作動制御される。

【００２１】そして続くステップ２４では、圧力センサ
１３によってフィルタ再生開始時点でのフィルタ圧損値
Ｐ₀を検出し、次いでステップ２５ではフィルタ１に捕
集されたパティキュレートに着火するために電気ヒータ
８に通電するべく、ヒータリレー１０駆動信号を出力
し、この通電は続くステップ２６，２７に示すようにパ
ティキュレート着火を確実とするべく一定時間ｔに亙っ
て継続される。

【００２２】ところで、以上のようにしてフィルタ前端
から後端にかけてのパティキュレートの燃焼が進行する
と、これに伴ってフィルタ圧損値Ｐは次第に減少し、フ
ィルタ中央部の燃焼が後端に達した際、或は達する直前
には、ある程度の低い値を持つようになる。従って、ス
テップ２７で電気ヒータ８をＯＦＦとした後は、ステッ
プ２８で圧損値Ｐの変化（Ｐ₀−Ｐ）／Ｐ但し、
Ｐ₀：再生開始時の圧損値；Ｐ：現在の圧損値を求
め、これがフィルタ中央部燃焼が後端に到達したと判断
され得る所定値α（例えば、３）以上になったか否かを
判定する。尚、ステップ２８は、単にその時の圧損値Ｐ
を求め、それが所定値α′以下か否かを判断するように
しても良い（この場合、先の所定値αと所定値α′との
関係は、α′＝Ｐ₀／（１＋α）となる）。

【００２３】そしてステップ２８でＹｅｓと判定され、
フィルタ中央部の燃焼が後端に達したならば、続くステ
ップ２９において、電動エアポンプ７からの２次空気供
給量Ｑをそれまでの２次空気流量ａから所定値ｂ（例え
ば、１００リットル／ｍｉｎ．）へと増加させる駆動信
号を出力する。

【００２４】この結果、図３に示すように、燃え残り部
となるフィルタ外周部に対しては、それまでよりも多く
の酸素が供給されることになり（フィルタ内温度の上
昇）、この領域のパティキュレートに対してはそれまで
のパティキュレート燃焼条件よりも良い条件下で燃焼さ
れ、フィルタ外部への放熱にもかかわらずフィルタ再生
が達成されることになる。

【００２５】そしてこの２次空気供給の増量処理は所定
時間ｔ′に亙って実行され、ステップ３０で所定時間経
過したと判断されたならば（Ｙｅｓ）、次にステップ３
１にて電動エアポンプ７の駆動を停止する処理をして、
本ルーチンを終了するのである。

【００２６】図４は上述したフィルタ再生処理によるフ
ィルタ外周部とフィルタ中央部の温度変化をグラフ化し
たものである。この図から明らかなように、２次空気流
量増加後のフィルタ中央部については、既にある程度の
パティキュレートが焼却されているために、この部分に
おいては過度の温度上昇はなく、フィルタに大きな負荷
を与えることがなく溶損の問題も回避される。

【００２７】図５に図２実施例とは異なる実施例を示
す。即ち、上述したフィルタ再生処理例が、フィルタ再
生開始時の圧損値Ｐ₀からの圧損値変化量（換言すれ
ば、再生中の圧損値Ｐ）を見てパティキュレート燃焼の
フィルタ後端到達を検知したものであるのに対し、本実
施例はフィルタ中央部の火炎がフィルタ後端に到達した
際に、図６に示すようにフィルタ圧損値Ｐが急激に低下
するのを利用し、単位時間当たりの圧損値変化を見るこ
とにより上記燃焼到達を検知するものである。

【００２８】しかして、その処理手順及び内容は図２の
フローチャートに類似するものであるが、図２のステッ
プ２４でのフィルタ再生開始時の圧損値Ｐ₀検出が無く
なる代わりに、ステップ５７において、単位時間Δｔ当
たりの圧損値変化量ΔＰを演算し、この変化が所定値β
以上か否かの判定がなされ、Ｙｅｓの場合、続くステッ
プ５８でそれまでの２次空気供給量ｃからｄ（図６参
照）に増加する処理がなされるのみである。尚、その他
のステップは前述した第１実施例の各ステップに同様な
ためここでは説明を省略する。

【００２９】以上本発明を二実施例に代表して説明した
が、これらの実施例に共通してフィルタ圧損値を再生用
ガス増量時期判断のためのパラメータとするため、フィ
ルタ内温度をパラメータとするのに比較して増量開始の
応答性が良い。即ち、実際にはフィルタ中央部と外周部
とではかなりの温度差があるために、従来のようなフィ
ルタ中心部での温度制御では、温度上昇に対処して２次
空気供給量を減じた場合、フィルタ外周部において失火
する可能性があり、その制御が複雑であったのに対し、
本実施例では制御自体もシンプル化が可能である。

【００３０】尚、後者の実施例は単にフィルタ中央部が
抜けた（パティキュレート火炎が後端に到達した）瞬間
を狙って、再生条件を変えたものであるが、これに対し
前者の実施例は再生開始時のフィルタ圧損値を基準とし
ているために、その時のパティキュレート捕集状況、即
ち圧損値Ｐ₀の大小に応じてステップ２８での所定値α
を変化させ、２次空気増量開始時期を最適化することも
可能である。

【００３１】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、フ
ィルタ内温度を検出することなく再生用ガス増量時期を
判定できるために、フィルタ内に温度センサを設ける必
要がなく、熱衝撃による誤検出に伴うフィルタ誤再生や
再生不良がない。

【００３２】加えて、本発明によれば、フィルタ中央部
から外周部へとスムーズな火炎伝播が達成され、フィル
タ溶損を防止しつつフィルタ外周部の燃え残りを極力低
減することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による排気浄化装置の概略的構成図であ
る。

【図２】本発明によるフィルタ再生処理のためのフロー
チャート図である。

【図３】本発明によるフィルタのパティキュレート燃焼
状態を示し、（Ａ）は２次空気増量直前、（Ｂ）は増量
後のフィルタ再生状態を夫々示す図である。

【図４】本発明によるフィルタ再生時のフィルタ内温度
変化を示す図である。

【図５】図２とは異なる別実施例としてのフィルタ再生
処理フローチャート図である。

【図６】フィルタ再生時の圧損値変化及びこれに対応す
る２次空気供給量変化を示した図である。

【符号の説明】

１…フィルタ６…制御回路７…電動エアポンプ８…電気ヒータ１３…圧力センサ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開平４−109019（ＪＰ，Ａ) 特開昭60−108520（ＪＰ，Ａ) 特開平４−246224（ＪＰ，Ａ) 特開昭63−147915（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) F01N 3/02 301 - 341

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】内燃機関の排気系に設けられパティキュ
レートを捕集するフィルタを備えると共に、フィルタ再
生時、フィルタ内に再生用ガスを供給しながらパティキ
ュレートを着火・燃焼する内燃機関の排気浄化装置にお
いて、フィルタ圧損値を検出する手段と、再生中において検出
されたフィルタ圧損値に基づきフィルタの部分的な再生
が終了したか否かを判断してフィルタの部分的な再生が
終了したと判断されたときにフィルタに供給される再生
用ガスを増量するガス増量手段とを備えたことを特徴と
する内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】内燃機関の排気系に設けられパティキュ
レートを捕集するフィルタを備えると共に、フィルタ再
生時、フィルタ内に再生用ガスを供給しながらパティキ
ュレートを着火・燃焼する内燃機関の排気浄化装置にお
いて、フィルタ圧損値を検出する手段と、再生中において検出
されたフィルタ圧損値の単位時間当たりの低下率を演算
する手段と、演算された該低下率が所定値以上の時、フ
ィルタに供給される再生用ガスを増量するガス増量手段
を備えたことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。