JP3470564B2

JP3470564B2 - 内燃機関の排気微粒子処理装置

Info

Publication number: JP3470564B2
Application number: JP23621297A
Authority: JP
Inventors: 靖久北原
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1997-09-01
Filing date: 1997-09-01
Publication date: 2003-11-25
Anticipated expiration: 2017-09-01
Also published as: JPH1181979A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関から排出
される排気微粒子を捕集するフィルタを備えた内燃機関
の排気微粒子処理装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、排気中の水分等を除去する装置と
して、例えば、特開平８−１０９８２４号公報に開示さ
れるようなものがあり、このものは、排気中の水分（排
気凝縮水）等を遠心力等を利用した物理学的な手段によ
って除去するようにしていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の装置にあっては、遠心力等を利用するもので
あるから、前記物理的な手段において水分等が十分凝縮
されていなければ良好に分離・除去することができない
という惧れがある。このため、上記従来の装置で除去さ
れず排気微粒子を捕集するフィルタ近傍で凝縮され液化
する惧れがあり、例えば、低排気温度運転条件で連続し
て微粒子（以下、ＰＭとも言う）を捕集していると、低
沸点物質（例えば、排気凝縮水や低沸点ＨＣ等）がフィ
ルタに堆積し、背圧が急上昇等して運転性が悪化する惧
れがある（図１２参照）。

【０００４】更に、背圧でフィルタ再生時期を検知する
場合は、再生時期を正確に検知できなくなると言った惧
れもある。本発明は、このような従来の実情に鑑みなさ
れたもので、低沸点物質（例えば、排気凝縮水や低沸点
ＨＣ等）がフィルタに堆積することによる背圧上昇を抑
制できるようにして、以って運転性を良好に維持できる
ようにすると共にフィルタ再生時期を正確に検知等でき
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。

【０００５】

【課題を解決するための手段】このため、請求項１に記
載の発明では、図１に示すように、内燃機関の排気通路
に、排気微粒子を捕集するフィルタを介装した内燃機関
の排気微粒子処理装置であって、フィルタに低沸点物質
が所定以上堆積した場合には、フィルタ昇温手段を介し
て前記フィルタを第１の所定温度まで昇温させ、前記低
沸点物質を前記フィルタから蒸発させる一方、フィルタ
に低沸点物質が所定以上堆積した場合であって、かつ、
フィルタの排気微粒子堆積量を検出し、これがフィルタ
の通常の再生時期を定める堆積量よりも少ない、排気微
粒子の伝播燃焼によるフィルタの再生の可否を定める再
生可能量に達した場合には、前記フィルタ昇温手段を介
して前記フィルタを排気微粒子の燃焼開始温度以上の第
２の所定温度に昇温させるように構成した。

【０００６】かかる構成とすれば、低排気温度運転条件
で所定以上連続して運転（ＰＭを捕集）して（言い換え
れば排気をフィルタに流入させて）いるような場合で、
フィルタに低沸点物質（排気凝縮水や低沸点ＨＣ等）が
所定以上堆積した場合には、フィルタ昇温手段を介して
排気凝縮水や低沸点ＨＣ等の低沸点物質が蒸発する温度
以上にフィルタを昇温させるようにしたので、フィルタ
に堆積している排気凝縮水や低沸点ＨＣ等を蒸発させる
ことができ、以って排気凝縮水や低沸点ＨＣ等がフィル
タに堆積し、背圧が急上昇等して運転性が悪化したり、
フィルタ再生時期を正確に検知できなくなる等の惧れを
抑制することができることとなる。また、フィルタに低
沸点物質が所定以上堆積した場合で、かつ、通常のフィ
ルタ再生時期を定める排気微粒子堆積量には満たないも
ののフィルタが再生可能な状態となっている場合には、
排気微粒子の燃焼開始温度（再生温度）以上にフィルタ
を昇温させるようにしたので、低沸点物質を蒸発させる
のと同時にフィルタの再生をも行なわせることができ
る。従って、低沸点物質がフィルタに堆積し、背圧が急
上昇等して運転性が悪化したり、フィルタの再生時期を
正確に検知できなくなる等の惧れを抑制することができ
るのは勿論、フィルタ再生と、低沸点物質の蒸発のため
の処理と、を別個に行なわなくて済むのでエネルギ消費
等を一層削減できると共に、フィルタが完全に再生時期
となる頻度が削減されるので極力背圧を低く抑えておく
ことができ、以って燃費や運転性を一層改善することが
できる。

【０００７】なお、フィルタ昇温手段として、例えば電
熱ヒータ、燃焼器、後述する排気温度上昇手段等を用い
ることができる。請求項２に記載の発明では、前記第１
の所定温度が、前記低沸点物質が蒸発する温度であっ
て、かつ、前記フィルタに捕集された排気微粒子の燃焼
開始温度よりも低い温度であるように構成した。

【０００８】かかる構成とすれば、例えば、必要以上に
フィルタを昇温させることが防止されるので、フィルタ
昇温手段のエネルギ消費量を低く抑えることができる。
請求項３に記載の発明では、前記フィルタ昇温手段が、
電熱ヒータを含んで構成されるようにした。かかる構成
とすれば、比較的簡単な構成で、高精度にフィルタ温度
を制御すること等が可能となる。

【０００９】請求項４に記載の発明では、前記フィルタ
昇温手段が、内燃機関の排気温度を増大させる排気温度
上昇手段を含んで構成されるようにした。かかる構成と
すれば、電熱ヒータの代わりに、或いは電熱ヒータと併
せて使用することができ、以ってフィルタ昇温手段とし
ての選択自由度、フィルタの昇温能力の設定自由度を高
めること等ができることとなる。

【００１０】請求項５に記載の発明では、前記排気温度
上昇手段が、少なくとも吸気絞り、排気絞り、点火時期
遅角、空燃比のリッチ化のうちの１つを含んで構成され
るようにした。かかる構成とすれば、簡単な構成で、排
気温度上昇手段、延いてはフィルタ昇温手段を実現させ
ることが可能となる。

【００１１】

【００１２】

【００１３】請求項６に記載の発明では、フィルタに低
沸点物質が所定以上堆積した場合を、低排気温度運転条
件下で所定時間継続して排気をフィルタに流入させたこ
とに基づいて検出するように構成した。かかる構成とす
れば、簡単な構成で、良好にフィルタに低沸点物質が所
定以上堆積した場合を検出することができる。

【００１４】

【発明の効果】請求項１に記載の発明によれば、低排気
温度運転条件で所定以上連続して運転（ＰＭを捕集）し
ているような場合で、フィルタに低沸点物質（排気凝縮
水や低沸点ＨＣ等）が所定以上堆積した場合には、フィ
ルタ昇温手段を介して排気凝縮水や低沸点ＨＣ等の低沸
点物質が蒸発する温度以上にフィルタを昇温させるよう
にしたので、フィルタに堆積している排気凝縮水や低沸
点ＨＣ等を蒸発させることができ、以って排気凝縮水や
低沸点ＨＣ等がフィルタに堆積し、背圧が急上昇等して
運転性が悪化したり、フィルタ再生時期を正確に検知で
きなくなる等の惧れを抑制することができる。また、フ
ィルタに低沸点物質が所定以上堆積した場合で、かつ、
通常のフィルタ再生時期を定める排気微粒子堆積量には
満たないもののフィルタが再生可能な状態となっている
場合には、排気微粒子の燃焼開始温度（再生温度）以上
にフィルタを昇温させるようにしたので、低沸点物質を
蒸発させるのと同時にフィルタの再生をも行なわせるこ
とができる。従って、低沸点物質がフィルタに堆積し、
背圧が急上昇等して運転性が悪化したり、フィルタの再
生時期を正確に検知できなくなる等の惧れを抑制するこ
とができるのは勿論、フィルタ再生と、低沸点物質の蒸
発のための処理と、を別個に行なわなくて済むのでエネ
ルギ消費等を一層削減できると共に、フィルタが完全に
再生時期となる頻度が削減されるので極力背圧を低く抑
えておくことができ、以って燃費や運転性を一層改善す
ることができる。

【００１５】請求項２に記載の発明によれば、必要以上
にフィルタを昇温させることを防止できるので、例えば
フィルタ昇温手段のエネルギ消費量を低く抑えることが
できる。請求項３に記載の発明によれば、比較的簡単な
構成で、高精度にフィルタ温度を制御すること等が可能
となる。

【００１６】請求項４に記載の発明によれば、電熱ヒー
タの代わりに、或いは電熱ヒータと併せて使用すること
ができ、以ってフィルタ昇温手段としての選択自由度、
フィルタの昇温能力の設定自由度を高めること等ができ
る。請求項５に記載の発明によれば、簡単な構成で、排
気温度上昇手段延いてはフィルタ昇温手段を実現させる
ことができる。

【００１７】

【００１８】

【００１９】請求項６に記載の発明によれば、簡単な構
成で、良好にフィルタに低沸点物質が所定以上堆積した
場合を検出することができる。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を、添
付の図面に基づいて説明する。図２は、本発明の第１の
実施形態にかかるシステム構成を示す図である。図２に
示すように、エンジン（内燃機関）１０１の排気通路１
０２は二股に分岐され、第１分岐通路１０２Ａ及び第２
分岐通路１０２Ｂが設けられている。

【００２１】そして、該第１分岐通路１０２Ａには、図
２に示すように、内部にフィルタ２０１１を配設したフ
ィルタケース２０３が介装され、第２分岐通路１０２Ｂ
には、同様に、内部にフィルタ２０１２を配設したフィ
ルタケース２０４が介装されている。ところで、前記フ
ィルタ２０１１，２０１２は、セラミックファイバを中
空円筒状に巻き回して形成したり、セラミックフォーム
やメタルフォームを中空円筒状に形成したもの等を用い
ることができる。

【００２２】そして、第１分岐通路１０２Ａには、前記
フィルタケース２０３の排気上流側で、かつ第１分岐通
路１０２Ａと第２分岐通路１０２Ｂの分岐点Ａの下流側
に、前記フィルタケース２０３に流入する排気流量を制
御する（例えば、排気の流路を切り替える）ための排気
流路切替バルブ１０６１が介装されている。一方、第２
分岐通路１０２Ｂには、前記フィルタケース２０４の排
気上流側で、かつ第１分岐通路１０２Ａと第２分岐通路
１０２Ｂの分岐点Ａの下流側に、前記フィルタケース２
０４に流入する排気流量を制御する（例えば、排気の流
路を切り替える）ための排気流路切替バルブ１０６２が
介装されている。

【００２３】さらに、図２に示すように、前記フィルタ
２０１１、２０１２の内周面には、フィルタ再生時に、
各フィルタにより捕集された排気微粒子を着火、再燃焼
させるための電熱ヒータ２０２１、２０２２がフィルタ
内周壁に沿って配設されている。なお、かかる電熱ヒー
タは各フィルタの外周壁に沿って配設することもでき
る。

【００２４】また、フィルタケース２０３には、フィル
タ再生時の燃焼用空気として大気を導入するための大気
導入口２０４１、２０４２が設けられている。同様に、
フィルタケース２０４には、フィルタ再生時の燃焼用空
気として大気を導入するための大気導入口２０４３、２
０４４が設けられている。なお、該大気導入口２０４
３、２０４４がなくても再生可能であれば、これらは省
略することができるものである。

【００２５】また、上記のような構成の排気微粒子処理
装置における排気微粒子の捕集制御と、フィルタの再生
制御と、を行なうコントロールユニット３０１が設けら
れる。該コントロールユニット３０１は、ＣＰＵ，ＲＯ
Ｍ，ＲＡＭ，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を備えて構成
され、図２に示すように、排圧センサ１０４１、１０４
２の検出信号が入力されると共に、前記排気流路切替バ
ルブ１０６１、１０６２や、前記電熱ヒータ２０２１、
２０２２に対して制御信号を送るようになっている。

【００２６】以上のような構成の本実施形態にかかる排
気微粒子処理装置では、概略以下のような手順でＰＭの
捕集とフィルタの再生を行なう。即ち、排気流路切替バ
ルブ１０６１、１０６２により排気流路を交互に切り替
えて、排気微粒子（ＰＭ）をフィルタ２０１１、２０１
２に捕集させる。そして、捕集中のフィルタがフィルタ
再生時期の場合は、排気流路切替バルブ１０６１、１０
６２により排気流路を切り替えて、残りのフィルタでＰ
Ｍを捕集する。排気流路切替バルブ１０６１、１０６２
により排気流路を切り替えた後、電熱ヒータに通電する
ことで堆積したＰＭを焼き切り、前記再生時期となった
フィルタを再生する。

【００２７】ところで、本実施形態にかかる排気微粒子
処理装置では、低排気温度運転条件で連続してＰＭを捕
集して（排気をフィルタに流入させて）いると、排気凝
縮水や低沸点ＨＣ等がフィルタに堆積し、背圧が急上昇
等して運転性が悪化する等の惧れがあるため、かかる惧
れを抑制するために、以下のような制御を行なうように
なっている。

【００２８】即ち、エンジン１０１の運転状態｛負荷
（吸入空気量Ｑなど）、回転速度Ｎｅ｝から、現在の運
転領域が、フィルタ２０１１（或いは２０１２）に排気
凝縮水や低沸点ＨＣが堆積する惧れの高い低排気温度運
転領域（図３参照）であるか否かを判断し、連続して低
排気温度運転領域で運転が継続されている場合には、フ
ィルタ２０１１（或いは２０１２）を、図４に示すよう
に、排気凝縮水や低沸点ＨＣが蒸発する温度で、且つＰ
Ｍの燃焼温度よりも低い温度に、フィルタ内蔵の電熱ヒ
ータ２０２１（或いは２０２２）で加熱（昇温）するよ
うになっている。

【００２９】なお、上記において、フィルタ内蔵の電熱
ヒータ２０２１（或いは２０２２）で加熱する場合、電
熱ヒータ２０２１（或いは２０２２）への印加電圧を再
生電圧（再生時に印加する電圧）より低く設定するか、
印加電圧は再生電圧そのままにして、間欠的に通電する
ことで、フィルタ２０１１（或いは２０１２）の温度を
制御する。

【００３０】ここで、本実施形態においてコントロール
ユニット３０１が行なう制御の具体例を、図５、図６の
フローチャートに従って説明する。なお、以下に説明す
るように、本発明にかかるフィルタ昇温手段は、電熱ヒ
ータ２０２１（或いは２０２２）とコントロールユニッ
ト３０１とにより構成される。即ち、図５、図６のフロ
ーチャートに示すように、Ｓ（ステップ）１では、エン
ジン１０１の運転状態を検出する。

【００３１】Ｓ２では、排気流路切替バルブ１０６１が
開弁しているか否かを判断する。言い換えれば、現在捕
集中のフィルタが、フィルタ２０１１であるか否かを判
断する。ＹＥＳであればＳ３へ進み、ＮＯであればＳ１
７へ進む。Ｓ３では、エンジン１０１の現在の運転状態
が、低排気温度（低排温）運転領域内にあるか否かを判
断する（図３参照）。ＹＥＳであればＳ４へ進み、ＮＯ
であればＳ１０へ進む。

【００３２】Ｓ４では、低排気温度（低排温）運転領域
での運転が所定時間（ｔ１）以上継続したか否かを判断
する。ＹＥＳであればＳ５へ進み、ＮＯであればリター
ンする。なお、例えば、排圧センサ１０４１の検出圧
が、所定値以上となったときにＹＥＳと判断し、所定値
未満のときにＮＯと判断するように構成することもでき
る。

【００３３】Ｓ５では、低排気温度（低排温）運転領域
での運転が所定時間（ｔ１）以上継続し、フィルタ２０
１１に排気凝縮水や低沸点ＨＣが多量に堆積し、フィル
タ２０１１の圧損が急増した惧れが高いとして、排気流
路切替バルブ１０６２を開弁させ、Ｓ６で排気流路切替
バルブ１０６１を閉弁させ、排気流路を切り替える。Ｓ
７では、フィルタ２０１１が内装する電熱ヒータ２０２
１に、所定の電圧Ｖｂを通電させ、これによりフィルタ
２０１１に堆積した排気凝縮水や低沸点ＨＣを蒸発させ
る処理を開始する。

【００３４】Ｓ８では、前記電圧Ｖｂの通電時間が、所
定時間（ｔｒ１）以上となったか否かを判断する。ＹＥ
Ｓであれば、排気凝縮水や低沸点ＨＣの蒸発処理は完了
し、フィルタ２０１１の圧損は回復したとして、Ｓ９へ
進む。一方、ＮＯであれば、Ｓ７へリターンし、前記電
圧Ｖｂの通電時間が所定時間（ｔｒ１）以上となるまで
通電を継続させる。

【００３５】Ｓ９では、フィルタ２０１１（電熱ヒータ
２０２１）への通電を停止した後、リターンする。とこ
ろで、Ｓ３で、エンジン１０１の現在の運転状態が、低
排気温度（低排温）運転領域内でないと判断されると、
Ｓ１０へ進むが、該Ｓ１０では、フィルタ２０１１のＰ
Ｍ堆積量を演算（推定）する。

【００３６】そして、Ｓ１１では、Ｓ１０で求めたフィ
ルタ２０１１へのＰＭ堆積量が、所定量となったか否か
に基づいて、フィルタ２０１１の再生時期か否かを判断
する。ＹＥＳであればＳ１２へ進み、ＮＯであればリタ
ーンする。なお、Ｓ１０、Ｓ１１の代わりに、例えば、
排圧センサ１０４１の検出圧が、所定値以上となったと
きにＹＥＳと判断し、所定値未満のときにＮＯと判断す
るように構成することもできる。

【００３７】Ｓ１２では、フィルタ２０１１の再生時期
であるので、排気流路切替バルブ１０６２を開弁させ、
Ｓ１３で排気流路切替バルブ１０６１を閉弁させ、排気
流路を切り替える。Ｓ１４では、フィルタ２０１１が内
装する電熱ヒータ２０２１に、所定の電圧Ｖａ（再生電
圧）を通電し、これによりフィルタ２０１１をＰＭ燃焼
温度に昇温させ、フィルタ２０１１に堆積したＰＭを燃
焼させることで、フィルタ２０１１を再生する。

【００３８】Ｓ１５では、前記電圧Ｖａの通電時間が、
所定時間（ｔｒ１）以上となったか否かを判断する。Ｙ
ＥＳであれば、フィルタ２０１１の再生処理は完了した
として、Ｓ１６へ進む。一方、ＮＯであれば、Ｓ１４へ
リターンし、前記電圧Ｖａの通電時間が所定時間（ｔｒ
１）以上となるまで通電を継続させる。なお、例えば、
排圧センサ１０４１の検出圧が、所定値以下となったと
きにＹＥＳと判断し、所定値より大きいときにＮＯと判
断するように構成することもできる。

【００３９】Ｓ１６では、フィルタ２０１１（電熱ヒー
タ２０２１）への通電を停止した後、リターンする。な
お、Ｓ２で、ＮＯと判断された場合（排気流路切替バル
ブ１０６２が開弁され、フィルタ２０１２側でＰＭを捕
集している場合）はＳ１７ヘ進むが、該Ｓ１７では、Ｓ
３と同様に、低排気温度運転領域内にあるか否かを判断
する。ＹＥＳであればＳ１８へ進み、ＮＯであればＳ２
４へ進む。

【００４０】Ｓ１８では、Ｓ４と同様に、低排気温度運
転領域での運転が所定時間（ｔ１）以上継続したか否か
を判断し、ＹＥＳであればＳ１９へ進み、ＮＯであれば
リターンする。なお、例えば、排圧センサ１０４２の検
出圧が、所定値以上となったときにＹＥＳと判断し、所
定値未満のときにＮＯと判断するように構成することも
できる。

【００４１】Ｓ１９では、低排気温度運転領域での運転
が所定時間（ｔ１）以上継続し、フィルタ２０１２に排
気凝縮水や低沸点ＨＣが多量に堆積し、フィルタ２０１
２の圧損が急増した惧れが高いとして、排気流路切替バ
ルブ１０６１を開弁させ、Ｓ２０で排気流路切替バルブ
１０６２を閉弁させ、排気流路を切り替える。Ｓ２１で
は、フィルタ２０１２が内装する電熱ヒータ２０２２
に、所定の電圧Ｖｂを通電させ、これによりフィルタ２
０１２に堆積した排気凝縮水や低沸点ＨＣを蒸発させる
処理を開始する。

【００４２】Ｓ２２では、前記電圧Ｖｂの通電時間が、
所定時間（ｔｒ１）以上となったか否かを判断する。Ｙ
ＥＳであれば、排気凝縮水や低沸点ＨＣの蒸発処理は完
了し、フィルタ２０１２の圧損は回復したとして、Ｓ２
３へ進む。一方、ＮＯであれば、Ｓ２１へリターンし、
前記電圧Ｖｂの通電時間が所定時間（ｔｒ１）以上とな
るまで通電を継続させる。

【００４３】Ｓ２３では、フィルタ２０１２（電熱ヒー
タ２０２２）への通電を停止した後、リターンする。と
ころで、Ｓ１７で、エンジン１０１の現在の運転状態
が、低排気温度運転領域内でないと判断されると、Ｓ２
４へ進むが、該Ｓ２４では、フィルタ２０１２のＰＭ堆
積量を演算（推定）する。

【００４４】そして、Ｓ２５では、Ｓ２４で求めたフィ
ルタ２０１２のＰＭ堆積量が、所定量となったか否かに
基づいて、フィルタ２０１２の再生時期か否かを判断す
る。ＹＥＳであればＳ２６へ進み、ＮＯであればリター
ンする。なお、Ｓ２４、Ｓ２５の代わりに、例えば、排
圧センサ１０４２の検出圧が、所定値以上となったとき
にＹＥＳと判断し、所定値未満のときにＮＯと判断する
ように構成することもできる。

【００４５】Ｓ２６では、フィルタ２０１２の再生時期
であるので、排気流路切替バルブ１０６１を開弁させ、
Ｓ２７で排気流路切替バルブ１０６２を閉弁させ、排気
流路を切り替える。Ｓ２８では、フィルタ２０１２が内
装する電熱ヒータ２０２２に、所定の電圧Ｖａ（再生電
圧）を通電し、これによりフィルタ２０１２をＰＭ燃焼
温度に昇温させ、フィルタ２０１２に堆積したＰＭを燃
焼させることで、フィルタ２０１２を再生する。

【００４６】Ｓ２９では、前記電圧Ｖａの通電時間が、
所定時間（ｔｒ１）以上となったか否かを判断する。Ｙ
ＥＳであれば、フィルタ２０１２の再生処理は完了した
として、Ｓ３０へ進む。一方、ＮＯであれば、Ｓ２８へ
リターンし、前記電圧Ｖａの通電時間が所定時間（ｔｒ
１）以上となるまで通電を継続させる。なお、例えば、
排圧センサ１０４２の検出圧が、所定値以下となったと
きにＹＥＳと判断し、所定値より大きいときにＮＯと判
断するように構成することもできる。

【００４７】Ｓ３０では、フィルタ２０１２（電熱ヒー
タ２０２２）への通電を停止した後、リターンする。こ
のように、第１の実施形態によれば、低排気温度運転条
件で所定以上連続して運転（ＰＭを捕集）している場合
には、排気凝縮水や低沸点ＨＣ等が蒸発する温度で、且
つＰＭの燃焼温度よりも低い温度に、電熱ヒータを介し
てフィルタを昇温させるようにしたので、排気凝縮水や
低沸点ＨＣ等を蒸発させることができ、以って排気凝縮
水や低沸点ＨＣ等がフィルタに堆積し、背圧が急上昇等
して運転性が悪化したり、フィルタ再生時期を正確に検
知できなくなる等の惧れを抑制することができる。

【００４８】なお、本実施形態では、電熱ヒータ２０２
１（或いは２０２２）でフィルタを加熱する例について
説明したが、燃焼器などを用いてフィルタを所定温度ま
で昇温させる構成とすることもできるものである。次
に、本発明の第２の実施形態について説明する。該第２
の実施形態は、吸気絞りや排気絞り等によって排気温度
を上昇させ、第１の実施形態のように電熱ヒータを用い
ずに、フィルタに堆積した排気凝縮水や低沸点ＨＣ等を
蒸発させ、以って背圧の上昇を抑制し運転性の悪化等を
抑制しようとするものである。

【００４９】なお、システム構成としては、図２に示し
た第１の実施形態のものと同様であるので説明を省略
し、図７、図８のフローチャートに従って、第２の実施
形態において行なわれる制御を説明する。ところで、該
図７、図８のフローチャートにおいて、第１の実施形態
にかかる図５、図６のフローチャートと同様のステップ
については同様のステップ番号を付して説明を省略し、
図５、図６のフローチャートと異なるステップについて
説明することとする。具体的には、図５のフローチャー
トのＳ５〜Ｓ９が、Ｓ５Ａ〜Ｓ７Ａに置き換えられ、図
６のフローチャートのＳ１９〜Ｓ２３が、Ｓ１９Ａ〜Ｓ
２１Ａに置き換えられている。なお、以下に説明するよ
うに、本発明にかかるフィルタ昇温手段延いては排気温
度上昇手段としての機能の一部は、コントロールユニッ
ト３０１がソフトウェア的に備えることとなる。

【００５０】即ち、図７、図８のフローチャートに示す
ように、Ｓ４でＹＥＳと判断された場合には、Ｓ５Ａに
進む。Ｓ５Ａでは、低排気温度（低排温）運転領域での
運転が所定時間（ｔ１）以上継続し、フィルタ２０１１
に排気凝縮水や低沸点ＨＣが多量に堆積し、フィルタ２
０１１の圧損が急増した惧れが高いとして、排気温度上
昇手段を作動させる。

【００５１】ここで、排気温度上昇手段としては、吸気
絞り、排気絞りの他、例えば、膨張若しくは掃気行程で
の筒内燃料噴射（コモンレールシステム、ユニットイン
ジェクタ等により達成可能である）、点火時期遅延、燃
料噴射量増大｛空燃比をリッチ化（濃く）する｝等があ
り、この他のものでも、エンジン１０１の排気温度を高
めることができるものであれば、本発明にかかる排気温
度上昇手段として適用することができるものである。

【００５２】Ｓ６Ａでは、排気温度上昇手段の作動時間
が、所定時間（ｔｒ１）以上となったか否かを判断す
る。ＹＥＳであれば、排気凝縮水や低沸点ＨＣが蒸発さ
れ、フィルタ２０１１の圧損は回復したとして、Ｓ７Ａ
へ進む。一方、ＮＯであれば、Ｓ５Ａへリターンし、排
気温度上昇手段の作動時間が所定時間（ｔｒ１）以上と
なるまで排気温度上昇手段の作動を継続させる。なお、
例えば、排圧センサ１０４１の検出圧が、所定値以下と
なったときにＹＥＳと判断し、所定値より大きいときに
ＮＯと判断するように構成することもできる。

【００５３】Ｓ７Ａでは、排気温度上昇手段の作動を停
止した後、リターンする。同様に、Ｓ１８でＹＥＳと判
断された場合には、Ｓ１９Ａに進む。Ｓ１９Ａでは、低
排気温度（低排温）運転領域での運転が所定時間（ｔ
１）以上継続し、フィルタ２０１２に排気凝縮水や低沸
点ＨＣが多量に堆積し、フィルタ２０１２の圧損が急増
した惧れが高いとして、排気温度上昇手段を作動させ
る。

【００５４】Ｓ２０Ａでは、排気温度上昇手段の作動時
間が、所定時間（ｔｒ１）以上となったか否かを判断す
る。ＹＥＳであれば、排気凝縮水や低沸点ＨＣが蒸発さ
れ、フィルタ２０１２の圧損は回復したとして、Ｓ２１
Ａへ進む。一方、ＮＯであれば、Ｓ１９Ａへリターン
し、排気温度上昇手段の作動時間が所定時間（ｔｒ１）
以上となるまで排気温度上昇手段の作動を継続させる。
なお、例えば、排圧センサ１０４２の検出圧が、所定値
以下となったときにＹＥＳと判断し、所定値より大きい
ときにＮＯと判断するように構成することもできる。

【００５５】そして、Ｓ２１Ａでは、排気温度上昇手段
の作動を停止した後、リターンする。このように、第２
の実施形態によれば、低排気温度運転条件で所定以上連
続して運転（ＰＭを捕集）している場合には、排気凝縮
水や低沸点ＨＣ等が蒸発する温度で、且つＰＭの燃焼温
度よりも低い温度に、排気温度上昇手段を介してフィル
タを昇温させるようにしたので、排気凝縮水や低沸点Ｈ
Ｃ等を蒸発させることができ、以って排気凝縮水や低沸
点ＨＣ等がフィルタに堆積し、背圧が急上昇等して運転
性が悪化したり、フィルタ再生時期を正確に検知できな
くなる等の惧れを抑制することができる。

【００５６】なお、第１の実施形態のように、電熱ヒー
タを用いれば、比較的簡単な構成で、高精度にフィルタ
温度を制御すること等が可能となるが、第２の実施形態
のように、内燃機関の排気温度を上昇させる排気温度上
昇手段を含んで構成すれば、電熱ヒータの代わりに、或
いは電熱ヒータと併せて使用することができ、以ってフ
ィルタ昇温手段としての選択自由度、フィルタの昇温能
力の設定自由度を拡大すること等ができることとなる。

【００５７】次に、本発明の第３の実施形態について説
明する。該第３の実施形態は、第１の実施形態と同様
に、低排気温度運転が所定時間以上継続された場合に
は、フィルタに堆積した排気凝縮水や低沸点ＨＣ等を蒸
発させ、以って背圧の上昇を抑制し運転性の悪化等を抑
制しようとするものであるが、更に、そのときのフィル
タへのＰＭ堆積量を検出し再生可能堆積量β１に近づい
たら、始めから再生電圧Ｖａを電熱ヒータに印加させ、
排気凝縮水や低沸点ＨＣを蒸発させると共に、フィルタ
の再生をも同時に行なわせるようにしたものである。つ
まり、通常は、フィルタの再生間隔（再生インターバ
ル）をできるだけ長くするために、再生時期ＰＭ堆積量
は、再生（燃焼）可能な堆積量β１よりもかなり多めに
設定しているが（図１１参照）、本実施形態では、再生
できる場合には併せて再生させてしまうことで、排気微
粒子の堆積による背圧の増大を極力避けること等ができ
るようにしたものである。なお、再生（燃焼）可能な堆
積量β１より堆積量が少ない場合には、ヒータ等により
加熱しても燃焼伝播しないためフィルタの再生は良好に
行なえないものである（図１１参照）。

【００５８】なお、システム構成としては、図２に示し
た第１の実施形態のものと同様であるので説明を省略
し、図９、図１０のフローチャートに従って、第３の実
施形態において行なわれる制御を説明する。ところで、
該図９、図１０のフローチャートにおいて、第１の実施
形態にかかる図５、図６のフローチャートと同様のステ
ップについては同様のステップ番号を付して説明を省略
し、図５、図６のフローチャートと異なるステップにつ
いて説明することとする。具体的には、図５のフローチ
ャートのＳ７〜Ｓ９が、Ｓ７１〜Ｓ７７に置き換えら
れ、図６のフローチャートのＳ２１〜Ｓ２３が、Ｓ８１
〜Ｓ８７に置き換えられている。

【００５９】即ち、図９、図１０のフローチャートに示
すように、Ｓ４でＹＥＳと判断されると、Ｓ５へ進み、
Ｓ５では低排気温度（低排温）運転領域での運転が所定
時間（ｔ１）以上継続し、フィルタ２０１１に排気凝縮
水や低沸点ＨＣが多量に堆積し、フィルタ２０１１の圧
損が急増した惧れが高いとして、排気流路切替バルブ１
０６２を開弁させ、Ｓ６で排気流路切替バルブ１０６１
を閉弁させ、排気流路を切り替える。

【００６０】つづくＳ７１では、フィルタ２０１１への
ＰＭ堆積量βが所定値β１（再生可能堆積量）より多い
か否かを判断する。ＹＥＳであればＳ７２へ進み、ＮＯ
であればＳ７５へ進む。Ｓ７２では、フィルタ２０１１
には、再生可能なＰＭ堆積量が堆積しているので、排気
凝縮水や低沸点ＨＣの蒸発と共に、フィルタ２０１１の
再生も行なうことができるとして、フィルタ２０１１が
内装する電熱ヒータ２０２１に、再生電圧Ｖａを通電さ
せ、これによりフィルタ２０１１に堆積した排気凝縮水
や低沸点ＨＣを蒸発させると共に、ＰＭをも燃焼させる
（フィルタ２０１１の再生）処理を開始する。

【００６１】Ｓ７３では、前記電圧Ｖａの通電時間が、
所定時間（ｔｒ１）以上となったか否かを判断する。Ｙ
ＥＳであれば、排気凝縮水や低沸点ＨＣの蒸発とフィル
タ２０１１の再生処理は完了し、フィルタ２０１１の圧
損は回復したとして、Ｓ７４へ進む。一方、ＮＯであれ
ば、Ｓ７２へリターンし、前記電圧Ｖａの通電時間が所
定時間（ｔｒ１）以上となるまで通電を継続させる。

【００６２】Ｓ７４では、フィルタ２０１１（電熱ヒー
タ２０２１）への通電を停止した後、リターンする。一
方、Ｓ７１で、ＮＯと判断された場合はＳ７５へ進む
が、この場合は、ＰＭ堆積量が少なく、未だフィルタ２
０１１の再生を行なえる状態ではないので、Ｓ７５にお
いて、フィルタ２０１１が内装する電熱ヒータ２０２１
に、排気凝縮水や低沸点ＨＣを蒸発させるために必要な
所定の電圧Ｖｂを通電する。

【００６３】Ｓ７６では、前記電圧Ｖｂの通電時間が、
所定時間（ｔｒ１）以上となったか否かを判断する。Ｙ
ＥＳであれば、排気凝縮水や低沸点ＨＣの蒸発処理は完
了し、フィルタ２０１１の圧損は回復したとして、Ｓ７
７へ進む。一方、ＮＯであれば、Ｓ７５へリターンし、
前記電圧Ｖｂの通電時間が所定時間（ｔｒ１）以上とな
るまで通電を継続させる。

【００６４】Ｓ７７では、フィルタ２０１１（電熱ヒー
タ２０２１）への通電を停止した後、リターンする。な
お、Ｓ１８でＹＥＳと判断されると、Ｓ１９へ進み、Ｓ
１９では低排気温度（低排温）運転領域での運転が所定
時間（ｔ１）以上継続し、フィルタ２０１２に排気凝縮
水や低沸点ＨＣが多量に堆積し、フィルタ２０１２の圧
損が急増した惧れが高いとして、排気流路切替バルブ１
０６１を開弁させ、Ｓ２０で排気流路切替バルブ１０６
２を閉弁させ、排気流路を切り替える。

【００６５】つづくＳ８１では、フィルタ２０１２への
ＰＭ堆積量βが所定値β１（再生可能堆積量）より多い
か否かを判断する。ＹＥＳであればＳ８２へ進み、ＮＯ
であればＳ８５へ進む。Ｓ８２では、フィルタ２０１２
には、再生可能なＰＭ堆積量が堆積しているので、排気
凝縮水や低沸点ＨＣの蒸発と共に、フィルタ２０１２の
再生も行なうことができるとして、フィルタ２０１２が
内装する電熱ヒータ２０２２に、再生電圧Ｖａを通電さ
せ、これによりフィルタ２０１２に堆積した排気凝縮水
や低沸点ＨＣを蒸発させると共に、ＰＭをも燃焼させる
（フィルタ２０１２の再生）処理を開始する。

【００６６】Ｓ８３では、前記電圧Ｖａの通電時間が、
所定時間（ｔｒ１）以上となったか否かを判断する。Ｙ
ＥＳであれば、排気凝縮水や低沸点ＨＣの蒸発とフィル
タ２０１２の再生処理は完了し、フィルタ２０１２の圧
損は回復したとして、Ｓ８４へ進む。一方、ＮＯであれ
ば、Ｓ８２へリターンし、前記電圧Ｖａの通電時間が所
定時間（ｔｒ１）以上となるまで通電を継続させる。

【００６７】Ｓ８４では、フィルタ２０１２（電熱ヒー
タ２０２２）への通電を停止した後、リターンする。一
方、Ｓ８１で、ＮＯと判断された場合はＳ８５へ進む
が、この場合は、ＰＭ堆積量が少なく、未だフィルタ２
０１２の再生を行なえる状態ではないので、Ｓ８５にお
いて、フィルタ２０１２が内装する電熱ヒータ２０２２
に、前記所定の電圧Ｖｂを通電する。

【００６８】Ｓ８６では、前記電圧Ｖｂの通電時間が、
所定時間（ｔｒ１）以上となったか否かを判断する。Ｙ
ＥＳであれば、排気凝縮水や低沸点ＨＣの蒸発処理は完
了し、フィルタ２０１２の圧損は回復したとして、Ｓ８
７へ進む。一方、ＮＯであれば、Ｓ８５へリターンし、
前記電圧Ｖｂの通電時間が所定時間（ｔｒ１）以上とな
るまで通電を継続させる。

【００６９】Ｓ８７では、フィルタ２０１２（電熱ヒー
タ２０２２）への通電を停止した後、リターンする。こ
のように、第３の実施形態によれば、低排気温度運転条
件で所定以上連続して運転（ＰＭを捕集）している場合
には、排気凝縮水や低沸点ＨＣ等が蒸発する温度で、且
つＰＭの燃焼温度よりも低い温度に、電熱ヒータを介し
てフィルタを昇温させるようにしたので、排気凝縮水や
低沸点ＨＣ等を蒸発させることができ、以って排気凝縮
水や低沸点ＨＣ等がフィルタに堆積し、背圧が急上昇等
して運転性が悪化したり、フィルタ再生時期を正確に検
知できなくなる等の惧れを抑制することができる。

【００７０】更に、第３の実施形態では、低排気温度運
転条件で所定以上連続して運転（ＰＭを捕集）している
場合で、かつ、フィルタが再生可能な状態となっている
場合には、排気凝縮水や低沸点ＨＣ等が蒸発する温度以
上であるＰＭの燃焼温度に、電熱ヒータ等を介してフィ
ルタを昇温させるようにしたので、排気凝縮水や低沸点
ＨＣ等を蒸発させることができると同時にフィルタの再
生をも行なわせることができる。

【００７１】従って、排気凝縮水や低沸点ＨＣ等がフィ
ルタに堆積し、背圧が急上昇等して運転性が悪化した
り、フィルタの再生時期を正確に検知できなくなる等の
惧れを抑制することができるのは勿論、フィルタ再生
と、排気凝縮水や低沸点ＨＣ等の蒸発のための処理と、
を別個に行なわなくて済むので電力消費等を一層削減で
きると共に、フィルタが完全に再生時期となる頻度が削
減されるので極力背圧を低く抑えておくことができ、以
って燃費や運転性を一層改善することができる。

【００７２】なお、本実施形態では、電熱ヒータ２０２
１（或いは２０２２）でフィルタを加熱する例について
説明したが、燃焼器などを用いてフィルタを所定温度ま
で昇温させる構成とすることができると共に、前記排気
温度上昇手段によって、フィルタを所定温度まで昇温さ
せる構成とすることもできるものである。ところで、上
記各実施形態では、排気凝縮水や低沸点ＨＣ等の蒸発の
ための電熱ヒータへの通電時間（或いは排気温度上昇手
段の作動時間）を、再生時における通電時間と一致さ
せ、通電電圧（時間当たりの加熱能力）を異ならせる構
成（例えばＶａ，Ｖｂ）として説明したが、これに限る
ものではなく、通電電圧（時間当たりの加熱能力）を一
定とし、通電時間を再生時と、排気凝縮水や低沸点ＨＣ
等の蒸発処理時と、で異ならせる構成や、排気凝縮水や
低沸点ＨＣ等の蒸発処理時には間欠的に通電（或いは作
動）させるような構成とすることもできるものである。

【００７３】なお、上記各実施形態では、排気通路１０
２を二股に分岐し、各分岐通路にフィルタを介装する構
成として説明したが、これに限られるものではなく、例
えば、ＰＭ排出量が許容できる場合には、一方の分岐通
路にのみフィルタを備えた構成とすることもできるもの
である。また、排気流路切替バルブを備えなくても、フ
ィルタを捕集・再生できる場合には、該排気流路バルブ
を省略することも可能である。

【００７４】つまり、排気凝縮水や低沸点ＨＣ等がフィ
ルタに堆積し背圧が上昇等する惧れがある場合に、フィ
ルタを昇温させ、該堆積した排気凝縮水や低沸点ＨＣ等
をフィルタから蒸発除去させることが本発明の思想であ
り、かかる思想を含むものであれば、本発明の範囲に含
まれるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の構成を説明するブロック図。

【図２】本発明の第１の実施形態にかかるシステム構成
図。

【図３】低排気温度運転領域を説明するためのテーブル
の一例。

【図４】電熱ヒータへの通電電圧と、排気凝縮水や低沸
点ＨＣが蒸発する温度と、ＰＭ燃焼温度と、の関係を説
明する図。

【図５】同上実施形態において行なわれる制御を説明す
るためのフローチャート（その１）。

【図６】同上実施形態において行なわれる制御を説明す
るためのフローチャート（その２）。

【図７】本発明の第２の実施形態において行なわれる制
御を説明するためのフローチャート（その１）。

【図８】本発明の第２の実施形態において行なわれる制
御を説明するためのフローチャート（その２）。

【図９】本発明の第３の実施形態において行なわれる制
御を説明するためのフローチャート（その１）。

【図10】本発明の第３の実施形態において行なわれる制
御を説明するためのフローチャート（その２）。

【図11】本発明の第３の実施形態において行なわれる制
御を説明するためのフローチャート。

【図12】低排気温度条件下での背圧増大特性を説明する
ためのタイムチャート。

【符号の説明】

１０１内燃機関１０２排気通路１０２Ａ排気通路１０２Ｂ排気通路２０１１フィルタ２０１２フィルタ２０２１電熱ヒータ２０２２電熱ヒータ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩＦ０２Ｄ 9/04 Ｆ０２Ｄ 9/04 Ｅ 41/02 ３５５ 41/02 ３５５３６０３６０Ｆ０２Ｐ 5/15 Ｆ０２Ｐ 5/15 Ｚ (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F01N 3/02 F02D 9/02 F02D 9/04 F02D 41/02 F02P 5/15

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】内燃機関の排気通路に、排気微粒子を捕集
するフィルタを介装した内燃機関の排気微粒子処理装置
であって、フィルタに低沸点物質が所定以上堆積した場合には、フ
ィルタ昇温手段を介して前記フィルタを第１の所定温度
まで昇温させ、前記低沸点物質を前記フィルタから蒸発
させる一方、フィルタに低沸点物質が所定以上堆積した場合であっ
て、かつ、フィルタの排気微粒子堆積量を検出し、これ
がフィルタの通常の再生時期を定める堆積量よりも少な
い、排気微粒子の伝播燃焼によるフィルタの再生の可否
を定める再生可能量に達した場合には、前記フィルタ昇
温手段を介して前記フィルタを排気微粒子の燃焼開始温
度以上の第２の所定温度に昇温させるようにしたことを
特徴とする内燃機関の排気微粒子処理装置。
【請求項２】前記第１の所定温度が、前記低沸点物質が
蒸発する温度であって、かつ、前記フィルタに捕集され
た排気微粒子の燃焼開始温度よりも低い温度であること
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】前記フィルタ昇温手段が、電熱ヒータを含
んで構成されたことを特徴とする請求項１又は請求項２
に記載の内燃機関の排気微粒子処理装置。
【請求項４】前記フィルタ昇温手段が、内燃機関の排気
温度を上昇させる排気温度上昇手段を含んで構成された
ことを特徴とする請求項１〜請求項３の何れか１つに記
載の内燃機関の排気微粒子処理装置。
【請求項５】前記排気温度上昇手段が、少なくとも吸気
絞り、排気絞り、点火時期遅角、空燃比のリッチ化のう
ちの１つを含んで構成されることを特徴とする請求項４
に記載の内燃機関の排気微粒子処理装置。
【請求項６】フィルタに低沸点物質が所定以上堆積した
場合を、低排気温度運転条件下で所定時間継続して排気
をフィルタに流入させたことに基づいて検出することを
特徴とする請求項１〜請求項５の何れか１つに記載の内
燃機関の排気微粒子処理装置。