JP3257233B2

JP3257233B2 - 内燃機関の排気微粒子処理装置

Info

Publication number: JP3257233B2
Application number: JP04390094A
Authority: JP
Inventors: 靖久北原
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1994-03-15
Filing date: 1994-03-15
Publication date: 2002-02-18
Anticipated expiration: 2017-02-18
Also published as: JPH07253012A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、内燃機関の排気中に含
まれる微粒子を捕集し、該捕集した微粒子を処理する排
気微粒子処理装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、環境保護の観点から、機関の
排気中に含まれる微粒子（パティキュレート「ＰＭ；Pa
rticulate Mattar」）が大気中に排出されるのを防止す
るために、排気系に設けたフィルタにより該微粒子を捕
集する排気微粒子処理装置が提案されている。しかし、
該捕集された排気微粒子がフィルタに堆積してフィルタ
に目詰まりが生じると、該フィルタが大きな通路抵抗と
なって排気圧力が増大することとなり、機関性能の低下
・燃費の悪化等を招く結果となるため、該捕集された排
気微粒子をフィルタから除去してフィルタを再生する必
要があるが、かかるフィルタの再生方法として、捕集さ
れた排気微粒子を電熱ヒータ等を介して着火させ燃焼伝
播により焼失させることが考えられている。

【０００３】かかる再生方法による従来の排気微粒子処
理装置としては、例えば、機関の運転状態を検出し、検
出された機関運転状態に基づき機関から排出される排気
微粒子の量を推定し、フィルタへ規定の排気微粒子が堆
積したら、排気通路に設けたバルブを閉じて、排気が持
ち去る熱量を抑制しつつ、再生に必要な酸素量を供給で
きる排気（再生用排気）流量に調節し、以って効率よく
フィルタを再生しようとするものがある（特願平５−５
４０３２号公報）。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】このような従来の装置
では、図６に示すように、フィルタの再生を開始する
と、フィルタに堆積したパティキュレートは電熱ヒータ
により加熱されて、まず、「伝播による燃焼」が進む。
この「伝播による燃焼」は、十分な酸素量が必要であ
り、かつ比較的短時間で終了する（図６の期間〔０〜ｔ
１〕が、伝播による燃焼期間に相当する）。

【０００５】しかし、「伝播による燃焼」だけでは、再
生を十分に行なうことは難しく、多少なりとも燃え残り
が発生する。このため、「伝播による燃焼」が終了した
後も、電熱ヒータによる加熱を続行してパティキュレー
トを燃焼させる必要がある。この電熱ヒータによる加熱
のときの燃焼を、「伝播による燃焼」と区別するため
「加熱による燃焼」と定義する（図６の期間〔ｔ１〜ｔ
２〕が、加熱による燃焼期間に相当する）。

【０００６】この「加熱による燃焼」のときも、再生用
排気が必要であるが、「加熱による燃焼」の進行は、
「伝播による燃焼」に比べ遅いため、要求される単位時
間当たりの再生用排気流量（即ち、再生用酸素供給量）
は、「伝播による燃焼」のときより少なくすべきであ
る。しかしながら、従来の装置にあっては、再生用排気
流量は、「伝播による燃焼」に必要な量に合わせて調整
していたため、「加熱による燃焼」のときには、余剰の
再生用排気が供給されることで熱量が持ち去られてしま
い、「加熱による燃焼」が良好に行なえなくなり、「伝
播による燃焼」の後の燃え残ったパティキュレートを効
果的に燃焼させることができないという問題があった。

【０００７】本発明は、かかる従来の問題に鑑みなされ
たもので、伝播による燃焼と、加熱による燃焼と、をそ
れぞれ良好に行なわせることができるようにして、以っ
てフィルタの再生効率をより一層高めるようにした内燃
機関の排気微粒子処理装置を提供することを目的とす
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】このため、請求項１に記
載の内燃機関の排気微粒子処理装置は、図１に示すよう
に、内燃機関の排気通路に介装されて、流入する排気中
の微粒子を捕集するフィルタＡと、該フィルタＡの再生
時期を検出する再生時期検出手段Ｂと、前記フィルタＡ
を昇温させるフィルタ昇温手段Ｃと、前記フィルタＡへ
流入する排気流量を減量制御する排気流入量制御手段Ｄ
と、を備え、前記再生時期検出手段Ｂにより再生時期が
検出されたときに、前記酸素流入量制御手段Ｄによりフ
ィルタＡへ流入する排気流量を減量制御し、前記フィル
タ昇温手段ＣによりフィルタＡを昇温させて、フィルタ
Ａの再生を行なうようにした内燃機関の排気微粒子処理
装置において、フィルタＡの再生時に、前記フィルタ昇
温手段Ｃの作動開始から伝播による燃焼が略終了するま
での所定時間内におけるフィルタＡへ流入する単位時間
当たりの酸素量に比べ、前記所定時間経過後から再生終
了までの間におけるフィルタＡへ流入する単位時間当た
りの酸素量が所定量少なくなるように、フィルタＡへ流
入する単位時間当たりの酸素量を減量補正する酸素流入
量制御手段Ｅを備えるようにした。

【０００９】

【００１０】

【００１１】請求項２に記載の発明では、前記酸素流入
量制御手段Ｅを、フィルタＡに流入する排気流量を制御
する手段で構成した。請求項３に記載の発明では、前記
酸素流入量制御手段Ｅを、フィルタＡへ２次空気を供給
する２次空気供給手段を含んで構成するようにした。

【００１２】

【作用】上記の構成を備える請求項１に記載の内燃機関
の排気微粒子処理装置によれば、前記再生時期検出手段
により再生時期が検出されたときに、前記排気流入量制
御手段によりフィルタへ流入する排気流量を減量制御
し、フィルタを通過する排気により熱量が持ち去られる
のを抑制した状態で、前記フィルタ昇温手段を作動させ
てフィルタの再生を行なうが、この再生処理は、初期に
おいては再生（燃焼）が活発であるが、再生処理の進行
に応じて再生（燃焼）が不活発となり、再生（燃焼）に
必要な酸素量が減少することになる。このため、再生処
理の進行度合いに応じて、供給する酸素量を、前記酸素
流入量制御手段を介して減量補正するようにする。これ
により、フィルタの再生期間中を通して再生（燃焼）に
必要な酸素量に制御されることになるから、フィルタの
再生の最適化が図れ、以ってフィルタの再生が高効率で
行なわれる。

【００１３】ここで、前記酸素流入量制御手段の減量補
正を、前記フィルタ昇温手段の作動開始から所定時間内
におけるフィルタへ流入する単位時間当たりの酸素量に
比べ、前記所定時間経過後から再生終了までの間におけ
るフィルタへ流入する単位時間当たりの酸素量が所定量
少なくなるようにする。これにより、前記フィルタ昇温
手段の作動開始から所定時間内における捕集された微粒
子の燃焼が活発な再生初期には、該燃焼に見合った比較
的多めの酸素量を供給するようにして、当該燃焼の最適
化を図ることができると共に、前記所定時間経過後から
再生終了までの間における燃焼が比較的活発でないとき
には、該期間中に見合った比較的少なめの酸素量に減量
補正することで、当該期間中における燃焼の最適化を図
ることができ、以って比較的簡単な構成によりフィルタ
の再生が高効率で行なわれる。

【００１４】さらに、前記所定時間を、伝播による燃焼
が略終了する時間となるように設定し、前記フィルタ昇
温手段の作動後の再生初期の微粒子の燃焼において支配
的な「伝播による燃焼」の略終期とすることで、「伝播
による燃焼」の最適化と、その後の「加熱による燃焼」
の最適化と、を図ることができ、再生時の無駄が無くな
り、以ってフィルタの再生がより高効率で行なわれる。

【００１５】

【００１６】請求項２に記載の発明では、前記酸素流入
量制御手段を、フィルタに流入する排気流量を制御する
手段としたので、別個の酸素供給装置等を設ける必要が
なく、製品コスト等の増大を抑制することができる。請
求項３に記載の発明では、前記酸素流入量制御手段を、
フィルタへ２次空気を供給する２次空気供給手段を含ん
で構成するようにしたので、供給酸素量の制御精度が向
上すると共に、機関の運転状態の変化にも左右されない
ので、安定して最適なフィルタの再生処理を行なうこと
ができる。

【００１７】

【実施例】以下に、本発明の実施例を添付の図面に基づ
いて説明する。図２に、本発明の第１の実施例にかかる
排気微粒子処理装置の構成を示す。内燃機関１００のエ
キゾーストマニホールドに接続される排気通路１０１
は、その途中部分において、第１分岐通路１０２と第２
分岐通路１０３とに一旦分岐され、その後再び合流する
ように構成されている。

【００１８】前記第１分岐通路１０２には、フィルタケ
ース１０４に内装されて排気中のパティキュレートを捕
集するフィルタ１０５が介装されている。そして、該第
１分岐通路１０２の該フィルタケース１０４の排気下流
側には、フィルタ１０５への排気の流入量を制御する第
１流路切換弁１０６が介装されている。さらに、該第１
流路切換弁１０６をバイパスするバイパス通路１０７が
設けられ、該バイパス通路１０７には再生用排気流量調
整弁１０８が介装されている。

【００１９】なお、前記第２分岐通路１０３には、その
途中に、前記フィルタ１０５への排気の流入量を制御す
る第２流路切換弁１０９が介装されている。ここで、前
記再生用排気流量調整弁１０８は、フィルタ１０５の再
生中に該フィルタ１０５へ流入する排気流量を調整する
ためのものである。また、前記第２分岐通路１０３は、
フィルタ１０５の再生中に該フィルタ１０５をバイパス
させて排気するための通路である。

【００２０】なお、前記第１流路切換弁１０６と前記再
生用排気流量調整弁１０８とを開閉駆動する第１弁駆動
装置１１０と、第２流路切換弁１０９を開閉駆動する第
２弁駆動装置１１１が備えられる。これら第１弁駆動装
置１１０と第２弁駆動装置１１１とは、コントロールユ
ニット１１７からの駆動信号に基づいて制御される。前
記第１流路切換弁１０６と、前記再生用排気流量調整弁
１０８と、は別個の弁駆動装置により開閉駆動させるよ
うにしてもよい。

【００２１】ここにおいて、前記第１流路切換弁１０
６、コントロールユニット１１７が本発明にかかる排気
流入量制御手段を構成する。また、前記第１分岐通路１
０２，前記第１流路切換弁１０６、前記第２分岐通路１
０３，前記第２流路切換弁１０９、及び前記バイパス通
路１０７，前記再生用排気流量調整弁１０８、コントロ
ールユニット１１７等が、本発明にかかる酸素流入量制
御手段を構成する。

【００２２】前記フィルタ１０５の排気上流側には、フ
ィルタ１０５に捕集されたパティキュレートを加熱して
燃焼させるための電熱ヒータ１１２が設けられている。
そして、該電熱ヒータ１１２を駆動するためのヒータ駆
動回路１１３が設けられている。かかるヒータ駆動回路
１１３は、コントロールユニット１１７からの駆動信号
に基づいて制御されるようになっている。

【００２３】ここにおいて、前記電熱ヒータ１１２が、
本発明にかかるフィルタ昇温手段を構成する。また、前
記機関の負荷（基本噴射量Ｔｐ，アクセル開度Ｃ／Ｌ，
スロットル開度ＴＶＯ等）、機関回転速度、冷却水温等
の機関の運転状態を検出する機関運転状態検出手段１１
４が設けられる。かかる運転状態検出手段１１４は、通
常機関制御に使用されるスロットルセンサ、クランク角
センサ、水温センサ等を利用することができる。

【００２４】そして、機関１００からのパティキュレー
ト排出量を検出・推定する排出量検出手段１１５と、フ
ィルタへのパティキュレートの堆積量を推定し、再生時
期、再生終了時期の判断を行なう堆積量検出手段１１６
が備えられる。かかる排出量検出手段１１５と堆積量検
出手段１１６は、後述するように、ＣＰＵ，ＲＯＭ，Ｒ
ＡＭ，Ａ／Ｄ変換器及び入出力インタフェイス等を含ん
で構成されるマイクロコンピュータ等から構成されるコ
ントロールユニット１１７が、ソフト的に備えるもので
ある。

【００２５】かかる構成を有する本実施例のフィルタ再
生の作用について、以下に説明する。フィルタ１０５でパティキュレートを捕集する場合
は、第１流路切換弁１０６を第１弁駆動装置１１０を介
して開弁させると共に、第２流路切換弁１０９を第２弁
駆動装置１１１を介して閉弁させておいて、フィルタ１
０５に排気を通過させるようにする。

【００２６】フィルタ１０５が再生時期となった場合
には、まず、フィルタ１０５の下流側の第１流路切換弁
１０６を第１弁駆動装置１１０を介して閉弁させると共
に、前記再生用排気流量調整弁１０８を開弁し、かつ、
第２流路切換弁１０９を第２弁駆動装置１１１を介して
開弁する。これにより、第１分岐通路１０２側の通路抵
抗が増加するので、フィルタ１０５には、所定量ｖ１に
制限された排気のみが流入することになり、後述するよ
うに「伝播による燃焼」の最適化が図れると共に、排気
抵抗の増大が抑制され、フィルタ再生時の運転性の悪化
が防止される。

【００２７】かかる状態で、電熱ヒータ１１２をヒー
タ駆動回路１１３を介して通電加熱して、フィルタの再
生を開始する。電熱ヒータ１１２への通電後、「伝播に
よる燃焼」が進行している間（即ち、図６に示すよう
に、再生開始０から燃焼伝播が終了するまでの時刻ｔ１
までの間。なお、図８，図９に示すように、かかるｔ１
は再生時の運転領域に応じて変化する。）は、再生用排
気流量調整弁１０８を開弁させていることにより、「伝
播による燃焼」に必要な量の再生用排気がフィルタ１０
５へ流入され、以って「伝播による燃焼」が最適化さ
れ、フィルタ１０５の再生が良好に行なわれることにな
る。

【００２８】「伝播による燃焼」が終了した後から、
再生が終了するまでの間（即ち、ｔ１から再生が終了す
る時刻ｔ２までの間）は、再生用排気流量調整弁１０８
を閉じる。これにより、第１分岐通路１０２側の通路抵
抗が、「伝播による燃焼」時に比べて増加するので、図
５，図７に示すように、「加熱による燃焼」に必要な量
（ｖ２）に制限された再生用排気（前述したように、
「伝播による燃焼」に必要な排気流量より少ない量であ
る。）がフィルタ１０５へ流入することになる。つま
り、第１流路切換弁１０６と、再生用排気流量調整弁１
０８と、から洩れる排気により、「加熱による燃焼」に
必要な酸素が供給されることになる。なお、再生時期の
検出については、アクセル開度と機関回転速度等を検出
する運転状態検出手段１１４の検出信号に基づいて、排
出量検出手段１１５が、図１０に示す運転領域＆パティ
キュレート排出量の検索マップを参照し、機関からのパ
ティキュレートの排出量を検出する。

【００２９】また、堆積量検出手段１１６では、運転状
態検出手段１１４と排出量検出手段１１５との検出結果
に基づいて、フィルタ１０５へのパティキュレートの堆
積量を検出する。そして、該堆積量検出手段１１６で
は、堆積量が所定量以上になると、フィルタ１０５の再
生時期と再生終了時期とを判断し、該判断結果に基づい
て再生を開始させるようになっている。したがって、か
かる堆積量検出手段１１６が、本発明にかかる再生時期
検出手段を構成する。

【００３０】次に、図３，図４に示すフローチャートに
従って説明することにする。ステップ（図では、Ｓと記
してある。以下同様）１では、機関回転速度、機関負荷
等の信号を読み込む。該ステップ１が、運転状態検出手
段１１４を構成する。ステップ２では、機関１００から
の単位時間当たりのパティキュレート総排出量を、図１
０の運転領域＆パティキュレート排出量検索マップを参
照して、検索により求める。当該ステップ２が、排出量
検出手段１１５を構成する。

【００３１】ステップ３では、フィルタ１０５が再生中
であるか否かを判断する。再生中の場合はステップ１５
へ進み、非再生中の場合にはステップ４へ進む。ステッ
プ４では、フィルタ１０５へのパティキュレート堆積量
βを、ステップ２で求めたパティキュレート総排出量
（積算量）より求める。ステップ５では、フィルタ１０
５へのパティキュレート堆積量βが、再生時期である再
生可能堆積量βＲｅを越えたか否かを判断する。パティ
キュレート堆積量βが再生可能堆積量βＲｅを越え、再
生時期が来たと判断されるとステップ６へ進み、再生時
期ではないと判断されるとステップ１へ進む。

【００３２】ステップ６では、再生フラグを付けてフィ
ルタ１０５が再生中であることを示す。ステップ７で
は、フィルタ１０５側の第１流路切換弁１０６を、第１
弁駆動装置１１０を介して閉弁する。ステップ８では、
第２排気通路１０３側の第２流路切換弁１０９を、第２
弁駆動装置１１１を介して開弁させる。

【００３３】そして、図４に示すフローチャートＡへ進
む。フローチャートＡでは、以下に説明するステップ１
３〜ステップ１９が実行される。ステップ１３では、
「伝播による燃焼」のための再生用排気量に制御するた
めの再生用排気流量調整弁１０８を、第１弁駆動装置１
１０を介して開く。ステップ１４では、ヒータ駆動回路
１１３を介して電熱ヒータ１１２への所定の再生電力供
給を開始する。

【００３４】ステップ１５では、図８に示す運転状態と
「伝播による燃焼」の終了時間の関係を示すマップか
ら、再生時の運転状態における「伝播による燃焼」が終
了する時間ｔ１を検索する。図８，９に示すように、運
転領域１の場合には、ｔ１＝ｔ１１となり、運転領域２
の場合には、ｔ１＝ｔ１２となる。なお、運転領域１
は、運転領域２に比べ、排気中の酸素濃度が運転領域２
に比べ高いために、運転領域１の方が速く燃焼が終了す
ることになるから、ｔ１１＜ｔ１２の関係にある。

【００３５】ステップ１６では、電熱ヒータ１１２の通
電時間ｔが、「伝播による燃焼」の終了時間ｔ１となっ
たか否かを判断する。なお、図８示す運転領域１での再
生であれば、ステップ１５の検索結果に基づいて、ｔ１
はｔ１１に設定され、運転領域２での再生であれば、ｔ
１はｔ１２に設定される。ステップ１７では、図６に示
すように、電熱ヒータ１１２の通電時間ｔが、ｔ１（運
転領域１ならばｔ１１）を経過したので、伝播によるパ
ティキュレートの燃焼は終了したものと判断して、再生
用排気流量調整弁１０８を閉じる。これにより、再生用
排気流量を図７に示すようにＶ１からＶ２へ減少させ
て、図５に示すように「加熱による燃焼」に最適な再生
用排気流量Ｖ２に調整する。この再生用排気流量の調整
により、図５に示すように、「伝播による燃焼」時と、
「加熱による燃焼」時の夫々のパティキュレート燃焼速
度の最適化を図ることが可能となる。

【００３６】ステップ１８では、電熱ヒータ１１２の通
電時間ｔが、所定時間ｔ２が経過したか否かを判断す
る。ステップ１９では、所定時間ｔ２が経過したので、
電熱ヒータ１１２の通電加熱を停止する。以上、ステッ
プ１３〜ステップ１９（フローチャートＡ）が終了する
と、その後は、再び図３に示すフローチャートのステッ
プ９へ戻る。

【００３７】ステップ９では、フィルタ１０５側の第１
流路切換弁１０６を、第１弁駆動装置１１０を介して開
く。ステップ１０では、第２排気通路１０３側の第２流
路切換弁１０９を、第２弁駆動装置１１１を介して閉じ
る。ステップ１１では、フィルタ１０５の再生が終了し
たので、フィルタ１０５へのパティキュレート堆積量を
０にリセットする。

【００３８】ステップ１２では、フィルタ１０５の再生
が終了したので、再生フラグ１を外して、本フローを終
了する。このように、本実施例によれば、再生用排気流
量調節弁１０８の開閉により、「加熱による燃焼」時の
再生用排気流量Ｖ２を、「伝播による燃焼」時に必要な
再生用排気流量Ｖ１より、少なくするようにした。この
ため、捕集されたパティキュレート（微粒子）量が多
く、再生が活発に行われる再生初期において支配的な
「伝播による燃焼」の間は、該燃焼に見合った再生用排
気流量Ｖ１を供給して、熱量が持ち去られるのを抑制し
つつ「伝播による燃焼」の最適化を図ることができる一
方で、該「伝播による燃焼」によりフィルタ１０５に堆
積しているパティキュレート量が減り、燃え残ったパテ
ィキュレートを「加熱による燃焼」で燃焼させるときに
は、再生用排気流量Ｖ２に減量調整して電熱ヒータ１１
２の昇温作用を妨げないようにして、「加熱による燃
焼」の最適化を図り、完全にパティキュレートを焼き切
ることができるので、フィルタ１０５の再生を簡単な構
成により最適化することができる。

【００３９】なお、本実施例では、第１流路切換弁１０
６、バイパス通路１０７、及び再生用排気流量調整弁１
０８を、フィルタ１０５の下流側に設けて構成したが、
勿論フィルタ１０５の上流側の第１分岐通路１０２に設
けるようにして構わない。また、図２に示す第１の実施
例の構成において、バイパス通路１０７を、フィルタ１
０５の上流側と下流側とを連結してフィルタ１０５をバ
イパスするように配置することも可能である。つまり、
第１の実施例における各弁・通路の配置に限らず、フィ
ルタ１０５へ流入する排気（酸素）の流量を、伝播によ
る燃焼時にフィルタ１０５へ流入する排気流量に比べ、
加熱による燃焼時にフィルタ１０５へ流入する排気流量
を低減することができれば如何なる配置であって構わな
い。したがって、バイパス通路１０７，再生用排気流量
調整弁１０８を設けずに、第１流路切換弁１０６或いは
第２流路切換弁１０９の開度を変更させて、フィルタ１
０５へ流入する排気流量を可変制御することも可能であ
る。この場合には、より構成を簡略化することができ
る。

【００４０】なお、本実施例では、開閉弁を用いて説明
したが、これに代えてオリフィスを採用し、オリフィス
径を可変制御するようにしても、本実施例同様の効果が
得られる。次に、本発明にかかる第２の実施例について
説明する。図１１に、本発明の第２の実施例にかかる排
気微粒子処理装置の全体構成を示す。

【００４１】内燃機関１００のエキゾーストマニホール
ドに接続される排気通路１０１は、その途中部分におい
て、第１分岐通路１０２と第２分岐通路１０３とに一旦
分岐した後、再び合流するように構成されている。該第
１分岐通路１０２には、フィルタケース１０４に内装さ
れて排気中のパティキュレートを捕集するフィルタ１０
５が介装されている。そして、該第１分岐通路１０２の
該フィルタケース１０４の排気上流側には、フィルタ１
０５への排気の流入量を制御する第１流路切換弁１０６
Ａが介装されている。

【００４２】そして、前記フィルタ１０５を再生する際
に、フィルタ１０５へ再生用２次空気を供給するための
エアポンプ１２０が備えられており、該エアポンプ１２
０からの再生用２次空気は、前記第１流路切換弁１０６
Ａとフィルタ１０５との間に開口する２次空気供給通路
１２１を介して供給されるようになっている。なお、エ
アポンプ１２０は、コントロールユニット１１７からの
信号により制御されるポンプ駆動装置１２２を介して駆
動されるようになっている。

【００４３】また、前記第２分岐通路１０３には、その
途中に、前記フィルタ１０５への排気の流入量を制御す
る第２流路切換弁１０９Ａが介装されている。かかる第
２分岐通路１０３は、フィルタ１０５の再生中に該フィ
ルタ１０５をバイパスさせて排気するための通路であ
る。なお、前記第１流路切換弁１０６Ａを開閉駆動する
第１弁駆動装置１１０Ａと、第２流路切換弁１０９Ａを
開閉駆動する第２弁駆動装置１１１Ａが備えられる。こ
れら第１弁駆動装置１１０Ａと第２弁駆動装置１１１Ａ
とは、コントロールユニット１１７からの駆動信号に基
づいて制御される。

【００４４】ここにおいて、前記第１流路切換弁１０６
Ａ、コントロールユニット１１７が本発明にかかる排気
流入量制御手段を構成する。また、前記エアポンプ１２
０，前記２次空気供給通路１２１、コントロールユニッ
ト１１７等が、本発明にかかる酸素流入量制御手段を構
成する。そして、前記フィルタ１０５の排気上流側に
は、フィルタ１０５に捕集されたパティキュレートを加
熱して燃焼させるための電熱ヒータ１１２が設けられる
と共に、該電熱ヒータ１１２を駆動するためのヒータ駆
動回路１１３が備えられている。かかるヒータ駆動回路
１１３は、コントロールユニット１１７からの駆動信号
に基づいて制御されるようになっている。

【００４５】ここにおいて、前記電熱ヒータ１１２が、
本発明にかかるフィルタ昇温手段を構成する。また、前
記機関の負荷、回転速度、冷却水温等の機関の運転状態
を検出する機関運転状態検出手段１１４が設けられてい
る。さらに、機関からのパティキュレート排出量を検知
・推定する排出量検出手段１１５と、フィルタ１０５へ
のパティキュレートの堆積量を推定・検出し、そのパテ
ィキュレートの堆積量に基づいてフィルタ１０５の再生
時期、再生終了時期の設定を行なう堆積量検出手段１１
６が備えられる。かかる排出量検出手段１１５と堆積量
検出手段１１６は、コントロールユニット１１７内のマ
イクロコンピュータ等がソフト的に備えるものである。

【００４６】ここで、第２の実施例の作用について説明
する。フィルタ１０５にパティキュレートを捕集させる場合
は、第１流路切換弁１０６Ａを第１弁駆動装置１１０Ａ
を介して開弁させ、第２流路切換弁１０９Ａを第２弁駆
動装置１１１Ａを介して閉弁させておいて、フィルタ１
０５に排気を通過させるようにする。

【００４７】フィルタ１０５にパティキュレートが堆
積し、フィルタ１０５の再生時期となった場合には、ま
ず、フィルタ１０５の上流側の第１流路切換弁１０６Ａ
を第１弁駆動装置１１０Ａを介して閉弁させ、かつ、第
２流路切換弁１０９Ａを第２弁駆動装置１１１Ａを介し
て開弁する。これにより、第２分岐通路１０３側の通気
抵抗が大幅に低下する一方で、第１分岐通路１０２側の
通路抵抗が増加するので、略全量の排気が、第２分岐通
路１０３側を流れるようになる。なお、このように流路
を切換えることで、再生時の排圧増大による機関１００
の運転性の悪化は防止されることになる。

【００４８】かかる状態で、電熱ヒータ１１２をヒー
タ駆動回路１１３を介して通電加熱して、フィルタを再
生する。電熱ヒータ１１２への通電後、「伝播による燃
焼」が進行している間（即ち、図１４に示すように、再
生開始から燃焼伝播が終了するまでの時間ｔ１までの
間。）は、エアポンプ１２０から、図１４，図１６に示
すように「伝播による燃焼」に必要な再生用２次空気Ｖ
１を供給する。これにより、「伝播による燃焼」による
フィルタ１０５の再生が良好に行なわれることになる。

【００４９】「伝播による燃焼」が終了した後から、
再生が終了するまでの間（即ち、ｔ１から再生が終了す
るまでの間）は、エアポンプ１２０から、「加熱による
燃焼」に必要な再生用２次空気Ｖ２が供給される。この
ように、エアポンプ１２０により酸素濃度の安定した２
次空気を供給するようにしたので、供給される酸素濃度
が高精度に制御されて、伝播と加熱による燃焼が良好に
行なえるのは勿論、更に、酸素濃度が、第１の実施例の
ように、機関１００の運転状態によって左右されること
がないので、安定して高再生効率を得ることができる。

【００５０】なお、再生時期・再生終了時期の検出につ
いては、第１の実施例と同様であるので説明を省略す
る。次に、図１２，図１３に示すフローチャートに従っ
て第２の実施例におけるコントロールユニット１１７が
行なうフィルタの再生制御について説明する。なお、図
１２に示すステップ１〜ステップ８は、第１の実施例で
説明した図３のフローチャートと同様であるので説明を
省略する。

【００５１】ステップ８以降は、第２の実施例では、図
１３に示すフローチャートＢへ、旦進むことになる。即
ち、フローチャートＢでは、ステップ６でフィルタ１０
５の再生時期であると判断し、ステップ７で第１流路切
換弁１０６を閉弁し、ステップ８で第２流路切換弁１０
９を開弁させた後、以下のようにして、ステップ２０〜
ステップ２６を実行する。

【００５２】ステップ２０では、図１６に示すように、
「伝播による燃焼」に必要な再生用２次空気量Ｖ１を、
エアポンプ１２０から供給する。該エアポンプ１２０
は、コントロールユニット１１７からの信号に基づい
て、ポンプ駆動装置１２２を介して駆動される。ステッ
プ２１では、ヒータ駆動回路１１３を介して電熱ヒータ
１１２への所定の再生電力の供給を開始する。

【００５３】ステップ２２では、電熱ヒータ１１２の通
電時間ｔが、「伝播による燃焼」の終了時間ｔ１となっ
たか否かを判断する。本実施例の場合は、エアポンプ１
２０によって再生用２次空気量を供給する構成であるた
め、第１の実施例のように運転状態の変化によって「伝
播による燃焼に必要な時間」が左右されないので、図１
５に示すように、ｔ＝ｔ１のときには「伝播による燃
焼」が終了したと判断することができる。

【００５４】ステップ２３では、図１５に示すように、
電熱ヒータ１１２の通電時間ｔが、ｔ１を経過したの
で、伝播によるパティキュレートの燃焼は終了したもの
と判断して、図１６に示すように、再生用２次空気の供
給量をポンプ駆動装置１２２を介してＶ１からＶ２へ減
少させて、「加熱による燃焼」に最適な再生用排気流量
に調整する。この再生用２次空気の供給量の調整によ
り、図１４に示すように、「伝播による燃焼」時と、
「加熱による燃焼」時と、に応じた再生用２次空気が供
給されるので、夫々の燃焼時においてパティキュレート
燃焼速度の最適化を図ることが可能となり、以ってフィ
ルタ１０５の良好な再生が行なえる。

【００５５】ステップ２４では、電熱ヒータ１１２の通
電時間ｔが、所定時間ｔ２が経過したか否かを判断す
る。ステップ２５では、所定時間ｔ２が経過したので、
「加熱による燃焼」が終了したとして、再生用２次空気
の供給を停止する。ステップ２６では、電熱ヒータ１１
２の通電加熱を停止する。

【００５６】以上、ステップ２０〜ステップ２６（フロ
ーチャートＢ）が終了すると、その後は、再び図１２に
示すフローチャートのステップ９へ進む。ステップ９で
は、フィルタ１０５側の第１流路切換弁１０６を、第１
弁駆動装置１１０を介して開く。これにより、排気がフ
ィルタ１０５を通過するので、パティキュレートがフィ
ルタ１０５に捕集が再び開始される。

【００５７】ステップ１０では、第２排気通路１０３側
の第２流路切換弁１０９を、第２弁駆動装置１１１を介
して閉じる。これは、第２排気通路１０３側への排気の
流入を禁止して、フィルタ１０５側に排気を流し、パテ
ィキュレートを効果的に捕集するためである。ステップ
１１では、フィルタ１０５の再生が終了したので、フィ
ルタ１０５へのパティキュレート堆積量を０にリセット
する。

【００５８】ステップ１２では、フィルタ１０５の再生
が終了したので、再生フラグ１を外す。このように、本
実施例によれば、「加熱による燃焼」時の再生用２次空
気Ｖ２を、「伝播による燃焼」時に必要な再生用２次空
気Ｖ１より、少なくするようにしたので、「伝播による
燃焼」の間は、該燃焼に見合った再生用２次空気Ｖ１を
供給して、熱量が持ち去られるのを抑制しつつ「伝播に
よる燃焼」の最適化を図ることができる一方で、該「伝
播による燃焼」で燃え残ったパティキュレートを「加熱
による燃焼」で燃焼させるときには、再生用２次空気Ｖ
２に減量調整して電熱ヒータ１１２の昇温作用を妨げな
いようにして、「加熱による燃焼」の最適化を図り、完
全にパティキュレートを焼き切ることができるので、フ
ィルタ１０５の再生を最適化することができる。

【００５９】更に、本実施例では、エアポンプ１２０に
より２次空気を供給するようにしたので、供給される酸
素濃度を高精度に制御でき、また酸素濃度が、第１の実
施例のように、機関１００の運転状態によって左右され
ることがないので、安定して高再生効率を得ることがで
きる。なお、第２の実施例では、エアポンプ１２０によ
って再生用２次空気を供給するものについて説明した
が、過給機を備える内燃機関にあっては、該過給機の圧
縮空気の一部を導き再生用２次空気として利用するよう
な構成にしてもよい。

【００６０】ところで、上記各実施例では、理解の容易
のために、再生処理を「伝播による燃焼期間」と「加熱
による燃焼期間」との２つに分け、夫々の期間における
再生を最適化するものの代表例として説明したが、これ
に限定されるものではなく、再生に必要な酸素量を、再
生の進行度合いに応じて徐々に（例えば、経時的に、無
段階に若しくは多数のステップに分けて）変化（減量）
させて、再生期間中を通して再生の最適化を図るように
してもよい。この場合において、第１の実施例では、各
弁を開度制御可能な弁で構成するのが好ましい。

【００６１】また、上記各実施例では、理解の容易のた
めに、明確に再生処理を「伝播による燃焼期間」と「加
熱による燃焼期間」との２つに分けて説明したが、フィ
ルタの大きさ、形状、熱容量等、或いは運転状態によ
り、「伝播による燃焼期間」と「加熱による燃焼期間」
とが明確に区別できない場合もあり、この場合には、伝
播による燃焼時間ｔ１を、厳密に伝播による燃焼時間に
設定せず、要求する再生特性が得られるように、適宜設
定するようにして構わない。

【００６２】そして、上記各実施例では、酸素供給量を
再生時間の短縮を優先するために、各燃焼期間における
燃焼速度が最大となるように減量制御するものとして説
明したが、これに限らず、フィルタの耐久性等を考慮す
る場合には、これに応じたフィルタの再生が行なえるよ
うに、酸素量を適宜修正するようにしてもよい。また、
「伝播による燃焼期間」と「加熱による燃焼期間」との
判別は、上記各実施例以外の方法以外にも、例えば、フ
ィルタ内部や排気下流近傍に温度センサを設け、該温度
センサの出力に基づいて判別するようにしてもよい。

【００６３】

【発明の効果】以上説明してきたように、請求項１に記
載の内燃機関の排気微粒子処理装置によれば、フィルタ
の再生処理の進行度合いに応じて供給する酸素量を減量
補正するようにしたので、フィルタの再生期間中を通し
て再生（燃焼）の最適化を図ることができ、以ってフィ
ルタの再生を高効率で行なうことができる。

【００６４】そして、前記酸素流入量制御手段の減量補
正を、前記フィルタ昇温手段の作動開始から所定時間内
におけるフィルタへ流入する単位時間当たりの酸素量に
比べ、前記所定時間経過後から再生終了までの間におけ
るフィルタへ流入する単位時間当たりの酸素量が所定量
少なくなるようにしたので、前記フィルタ昇温手段の作
動開始から所定時間内における捕集された微粒子の燃焼
が活発な期間中は、該燃焼に見合った比較的多めの酸素
量を供給するようにすることで、当該燃焼の最適化を図
ることができると共に、前記所定時間経過後から再生終
了までの間における燃焼が比較的活発でないときには、
該期間中に見合った比較的少なめの酸素量に減量補正す
ることにより、当該期間中における燃焼の最適化を図る
ことができるので、以って簡単な構成によりフィルタの
再生を高効率で行なうことができる。

【００６５】さらに、前記所定時間を、伝播による燃焼
が略終了する時間となるように設定し、前記フィルタ昇
温手段の作動開始から所定時間内の微粒子の燃焼におい
て支配的な「伝播による燃焼」の略終期とすることで、
「伝播による燃焼」の最適化と、その後の「加熱による
燃焼」の最適化と、を図ることができ、再生時の無駄が
無くなり、以ってフィルタの再生を高効率で行なうこと
ができる。

【００６６】請求項２に記載の発明によれば、前記酸素
流入量制御手段を、フィルタに流入する排気流量を制御
する手段としたので、別個の酸素供給装置等を設ける必
要がなく、製品コスト等の増大を抑制することができ
る。

【００６７】請求項３に記載の発明によれば、前記酸素
流入量制御手段を、フィルタへ２次空気を供給する２次
空気供給手段を含んで構成するようにしたので、供給酸
素量の制御精度が向上すると共に、機関の運転状態の変
化にも左右されないので、安定して最適なフィルタの再
生処理を行なうことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のクレーム対応図

【図２】本発明の第１の実施例における内燃機関の排気
微粒子処理装置の全体構成図

【図３】同上実施例における再生制御を説明するフロー
チャート

【図４】同上実施例における再生制御を説明するフロー
チャートＡ

【図５】同上実施例におけるＰＭ燃焼時の燃焼速度と再
生排気流量の関係を説明する図

【図６】同上実施例における通電加熱時間とＰＭの燃焼
速度の関係を説明する図

【図７】同上実施例における通電時間と再生用排気流量
の関係を説明する図

【図８】同上実施例における運転状態と燃焼終了時間の
関係を説明する図

【図９】同上実施例における再生時の運転状態と伝播に
よる燃焼終了時間の関係を説明する図

【図１０】同上実施例における運転領域とパティキュレ
ート排出量の検索マップを示す図

【図１１】本発明の第２の実施例における内燃機関の排
気微粒子処理装置の全体構成図

【図１２】同上実施例における再生制御を説明するフロ
ーチャート

【図１３】同上実施例における再生制御を説明するフロ
ーチャートＢ

【図１４】同上実施例におけるＰＭ燃焼時の燃焼速度と
再生用２次空気流量の関係を説明する図

【図１５】同上実施例における通電時間とＰＭの燃焼速
度の関係を説明する図

【図１６】同上実施例における通電時間と再生用２次空
気流量の関係を説明する図

【符号の説明】

１００内燃機関１０１排気通路１０２第１分岐通路１０３第２分岐通路１０５フィルタ１０６第１流路切換弁１０７バイパス通路１０８再生用排気流量調整弁１０９第２流路切換弁１１２電熱ヒータ１１７コントロールユニット１２０エアポンプ

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】内燃機関の排気通路に介装されて、流入す
る排気中の微粒子を捕集するフィルタと、該フィルタの再生時期を検出する再生時期検出手段と、前記フィルタを昇温させるフィルタ昇温手段と、前記フィルタへ流入する排気流量を減量制御する排気流
入量制御手段と、を備え、前記再生時期検出手段により再生時期が検出されたとき
に、前記排気流入量制御手段によりフィルタへ流入する
排気流量を減量制御すると共に、前記フィルタ昇温手段
によりフィルタを昇温させて、フィルタの再生を行なう
ようにした内燃機関の排気微粒子処理装置において、フィルタの再生時に、前記フィルタ昇温手段の作動開始
から伝播による燃焼が略終了するまでの所定時間内にお
けるフィルタへ流入する単位時間当たりの酸素量に比
べ、前記所定時間経過後から再生終了までの間における
フィルタへ流入する単位時間当たりの酸素量が所定量少
なくなるように、フィルタへ流入する単位時間当たりの
酸素量を減量補正する酸素流入量制御手段を備えたこと
を特徴とする内燃機関の排気微粒子処理装置。
【請求項２】前記酸素流入量制御手段が、フィルタに流
入する排気流量を制御する手段であることを特徴とする
請求項１に記載の内燃機関の排気微粒子処理装置。
【請求項３】前記酸素流入量制御手段が、フィルタへ２
次空気を供給する２次空気供給手段を含んで構成された
ことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気微粒
子処理装置。