JP3659067B2 - 排気微粒子除去装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の排気通路に２系統のフィルタを設け、この２系統のフィルタにより交互に排気ガス中のパティキュレートを捕集する排気微粒子除去装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、ディーゼルエンジンから排出される排気ガス中には、カーボンを主成分とするパティキュレート（排気微粒子）が含まれている。
このため、ディーゼルエンジンを搭載した自動車では、排気通路にセラミック製の円柱状のディーゼルパティキュレートフィルタ（以下、単にフィルタという）を設けて、このフィルタで排気ガス中のパティキュレートを捕集して、パティキュレートの大気への排出を抑制している。
【０００３】
ところで、フィルタ内にパティキュレートが堆積していくと、このパティキュレートによりフィルタ内が目詰まりして通気性が損なわれてしまう。このため、定期的にフィルタ内のパティキュレートを除去してフィルタの再生を図る必要がある。
フィルタを再生するには、フィルタ内のパティキュレートを燃焼させる手法が一般に良く知られているが、このようなフィルタの再生時には、フィルタはパティキュレートを捕集することができなくなる。そこで、従来より、一対（２つ）のフィルタを並行に設け、これらの２つのフィルタにより交互にパティキュレートを捕集するようにした排気微粒子除去装置が開発されている。
【０００４】
つまり、いずれか一方のフィルタによりパティキュレートの捕集を行ない、このパティキュレートを捕集中のフィルタの再生が必要になったときには、他方のフィルタによりパティキュレートの捕集を行ないながら、上記の一方のフィルタの再生を行なうようにして、これを交互に繰り返すことにより、パティキュレートの捕集を継続して行なえるようにしているのである。
【０００５】
なお、フィルタ再生の要否は、フィルタの排気ガス上流側と下流側との差圧に基づいて判定される。これは、フィルタ内にパティキュレートが堆積していくとフィルタ内の通気性が低下して、フィルタの上流側と下流側との差圧が上昇するからである。
以下、このような排気微粒子除去装置の構成の一例について図５を用いて説明すると、排気通路上には、排気ガスの流れ方向の下流側に向かって２方向に分岐したフロントパイプ１が設けられており、このフロントパイプ１の途中で分岐した２つの通路１ａ，１ｂにそれぞれケース２ａ，２ｂが介装されている。また、各ケース２ａ，２ｂの後方（下流側）には、２つの通路３ａ，３ｂを有するテールパイプ３が接続されており、このテールパイプ３を介して排気ガスは大気に排出される。
【０００６】
そして、各ケース２ａ，２ｂ内には、電気ヒータ（以下、単にヒータという）２４と、パティキュレートを捕集するフィルタ２５とが設置されている。ヒータ２４は、フィルタ２５内に堆積したパティキュレートを燃焼させるための加熱手段であり、図示しない制御手段（コントローラ）により、その作動が制御されるようになっている。
【０００７】
また、フロントパイプ１の各通路１ａ，１ｂ上には、それぞれ開閉弁９ａ，９ｂが設けられており、これらの開閉弁９ａ，９ｂは、いずれもコントローラからの制御信号に基づいて全閉又は全開の何れかの状態に切り換えられる。つまり、開閉弁９ａ，９ｂの作動状態を制御することにより、通路１ａ，１ｂが連通状態又は遮断状態に選択的に切換可能に構成されている。
【０００８】
そして、上述の開閉弁９ａ，９ｂの開閉状態を制御することにより、並列に設けた２つのフィルタ２５，２５でパティキュレートの捕集を交互に行なって、パティキュレートの捕集を継続して行なうのである。つまり、ケース２ａ内のフィルタ２５によりパティキュレートを捕集するときは、開閉弁９ａを全開且つ開閉弁９ｂを全閉にして、排気ガスの全量をケース２ａに流すようにし、一方、ケース２ｂ内のフィルタ２５によりパティキュレートを捕集するときは、開閉弁９ａを全閉且つ開閉弁９ｂを全開にして、排気ガスの全量をケース２ｂに流すようにするのである。
【０００９】
また、上記の通路１ａと通路１ｂとの間には、通路１０が設けられている。ここで、この通路１０の一端は、開閉弁９ａとケース２ａとの間に接続され、また、その他端は、開閉弁９ｂとケース２ｂとの間に接続されている。
また、この通路１０には、制御弁１１が介装されている。この制御弁１１は、ここではコントローラからの制御信号に基づいてその開度が調整可能な制御弁として構成されている。
【００１０】
また、各ケース２ａ，２ｂ内のフィルタ２５，２５の排気ガス上流側にはフィルタ入口圧力センサ５が、排気ガス下流側にはフィルタ出口圧力センサ６が、それぞれ付設されている。そして、これらの圧力センサ５，６からの検出情報は図示しないコントローラに出力されるようになっており、コントローラでは、圧力センサ５，６からの検出情報に基づきフィルタ２５の再生の要否を判定するようになっている。
【００１１】
つまり、圧力センサ５，６からの検出情報によりフィルタ２５の出入口での差圧ΔＰn が演算されて、この差圧ΔＰn が所定値以上になった場合には、パティキュレートが所定量よりも堆積したためにフィルタ２５の通気性が低下したものと判定され、フィルタ２５の再生が行なわれるのである。なお、このような圧力センサ５，６を、１つの差圧センサに置き換えてもよい。
【００１２】
さらに、各ケース２ａ，２ｂには、フィルタ２５の排気ガス上流側に、フィルタ入口温度センサ１５が、排気ガス下流側にフィルタ出口温度センサ１６が付設されており、フィルタ入口圧力センサ５に検出された圧力情報は、フィルタ入口温度センサ１５により検出された温度情報により補正され、フィルタ出口圧力センサ６により検出された圧力情報は、フィルタ出口温度センサ１６により検出された温度情報により補正される。
【００１３】
そして、各ケース２ａ，２ｂ内のフィルタ２５のうち、一方のフィルタ（例えばケース２ａ内のフィルタ）２５にパティキュレートが堆積した場合には、以下のように、フィルタ２５の再生が行なわれるとともに、他方のフィルタ（例えばケース２ｂ内のフィルタ）２５により、パティキュレートの捕集が行なわれるようになっている。
【００１４】
まず、開閉弁９ａを全閉状態にするとともに開閉弁９ｂを全開状態にして、ケース２ａ内への排気ガスの流入を遮断する。これにより、フロントパイプ１内の排気ガスは、全量通路１ｂ側に流入し、排気ガス内に含まれるパティキュレートは他方のフィルタ（例えばケース２ｂ内のフィルタ）２５で捕集されるようになる。
そして、この状態でケース２ａ内のフィルタ２５をヒータ２４により加熱して、パティキュレートの主成分であるカーボンを燃焼させるのである。
【００１５】
また、このときには、制御弁１１が所定開度となるように制御されて、パティキュレートの燃焼に必要な酸素が通路１０側からケース２ａ内に供給される。
一方、ケース２ｂ内のフィルタ２５にパティキュレートが堆積した場合には、上述とは逆に、開閉弁９ａを全開状態にするとともに開閉弁９ｂを全閉状態にして、ケース２ａ内のフィルタ２５により排気ガス中のパティキュレートを捕集するとともに、ケース２ｂ内のヒータ２４により加熱してケース２ｂ内のフィルタ２５に堆積したパティキュレートを燃焼させるのである。
【００１６】
なお、図５中の符号２１は排気ガス分散用パイプ、符号２２はバッフル、符号２３は反射板、符号３０はエンジン（内燃機関）、符号３１はエアフローセンサ（ＡＦＳ）である。排気ガス分散用パイプ２１の排気ガス下流側の端部は閉塞され、また、その周面には、複数の小径孔が全体にわたって設けられている。したがって、排気管より直進して流れてくる排気ガスは、排気ガス分散用パイプ２１の周面の孔から排気ガス分散用パイプ２１の径方向に向かって流出し、これにより、排気ガスを外側（ケース２ａ，２ｂの内周面側）に分散させて、排気ガスの流れがフィルタ２５の中心軸線付近に集中するのを防止している。そして、分散した排気ガスは、バッフル２２によって整流されてフィルタ２５に流入する。また、反射板２３は、ヒータ２４からの放射熱をフィルタ２５側に反射させて、フィルタ２５内に堆積したパティキュレートを効率よく燃焼させるためのものである。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述の排気微粒子除去装置では、並列に設けた各フィルタの出入口差圧を検出するためには、各フィルタの入口及び出口にそれぞれ圧力センサを設置するので計４つの圧力センサが必要となる。又、各フィルタの入口と出口とに圧力センサを設ける代わりに差圧センサを設けた場合でも、合計２つの差圧センサが必要となって、センサにかかるコストが比較的高くなってしまうという課題がある。また、センサ数に応じて、コントローラの入力ポート数や演算処理が増加するので、制御系が複雑になるという課題もある。
【００１８】
また、エンジンから排出される排気ガスの圧力は、各排気行程の初期に直前の膨張行程の影響を受けて上昇するため、周期的に変動する。したがって、図６（ａ）に示すように、フィルタ入口の排気ガス圧力Ｐ１にも、エンジンのサイクルに応じて周期的な変動（脈動）が生じる。これに対し、フィルタ出口では、排気ガスはヒータやフィルタ等を通過するので、このような脈動が減衰して、フィルタ出口の排気ガス圧力Ｐ２は、図示するように変動のないものとなる。このため、図６（ｂ）に示すように、排気ガス圧力Ｐ１，Ｐ２の差である差圧ΔＰn （ΔＰn ＝Ｐ１−Ｐ２）は、脈動を有するものとなって、差圧ΔＰn に基づいて行なわれるフィルタの切換制御が不安定になってしまうという課題もある。
【００１９】
ところで、特開平１−９２５１０号公報には、排気管の途中に直列に配設されたフィルタトラップ及び消音器をそなえたフィルタトラップシステムにおいて、１つの差圧センサにより、フィルタトラップの前後の差圧と、消音器の前後の差圧とを検出できるようにした技術が開示されている。
この技術では、差圧センサは、２つのパイロット管を有しており、一方のパイロット管はフィルタトラップと消音器との間の排気管に接続されている。また、他方のパイロット管は、方向切換弁を介して、２つの分岐管に切換可能に接続されており、一方の分岐管は、フィルタトラップ上流側の排気管に接続され、他方の分岐管は、消音器下流側の排気管に接続されている。これにより、方向切換弁を切り換えることにより、１つの差圧センサによりフィルタトラップの前後の差圧と消音器の前後の差圧とを検出することができる。
【００２０】
この技術は、上述のような並列に配設された２つのフィルタをそなえて構成される排気微粒子除去装置（図５参照）にも適用可能であり、例えば、差圧センサが有する２つのパイロット管のうち、一方のパイロット管を、各フィルタの排気ガス下流側の排気ガス合流部に接続し、他方のパイロット管を方向切換弁及び２つの分岐管を介して、各フィルタの排気ガス上流側に接続すればよい。
【００２１】
これにより、１つの差圧センサによって２つのフィルタの出入口差圧を計測することができるので、差圧センサが削減されて、差圧センサにかかるコストの低減及び制御系の簡素化を行なうことができる。
しかしながら、切換弁の設置，切換弁回りの配管のシール性の確保及び切換弁の制御が新たに必要となるため、排気微粒子除去装置全体としては、コストの低減及び制御系の簡素化を図ることができない。
【００２２】
また、フィルタ入口の排気ガス圧力Ｐ１の脈動に起因してフィルタの切換制御が不安定になってしまうという課題を解決するものでもない。
本発明は、このような課題に鑑み創案されたもので、コストの低減を図るとともに制御系を簡素化することができるようにした、排気微粒子除去装置を提供することを目的とする。
【００２３】
【課題を解決するための手段】
このため、請求項１記載の排気微粒子除去装置では、内燃機関の排気通路に設けられた２系統のフィルタにより交互に排気ガス中のパティキュレートの捕集が行なわれ、一方のフィルタが、排気ガスが流入して排気ガス中のパティキュレートを捕集する使用状態のときには、他方のフィルタは、排気ガスの流入しない待機状態となる。
【００２４】
各フィルタは出口側で接続されているので、使用状態のフィルタ出口での排気ガス圧力と、待機状態のフィルタ出口での排気ガス圧力は当然等しくなり、又、待機状態のフィルタにおいては、出口側の圧力と、入口側の圧力とは等しくなる。したがって、２系統のフィルタの各入口側との間にそなえられた差圧センサにより差圧を検出することにより、使用状態のフィルタの出入口の差圧が検出される。
【００２５】
請求項２記載の排気微粒子除去装置では、請求項１記載の排気微粒子除去装置において、２系統のフィルタの入口を連結するように設けられたパイプ内に流入した排気ガスの圧力変動が、パイプに形成されたチャンバにより減衰して、これにより、内燃機関のサイクルに起因した排気ガスの圧力変動の影響を受けることなく、パイプ内に設けられた差圧センサによりフィルタの出入口の差圧が検出される。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、図面により、本発明の実施の形態について説明する。
まず、本発明の第１実施形態としての排気微粒子除去装置について図１〜図３を参照しながら説明する。なお、以下では、従来技術として説明した部材と同一の部材については、同一の符号を付しその説明を一部省略する。
【００２７】
本発明の第１実施形態としての排気微粒子除去装置は、図１に示すように、並行に設けられた一対（２つ）のフィルタ２５，２５をそなえて構成され、各フィルタ２５，２５の排気ガス出入口差圧（以下、単にフィルタ差圧という）に基づいて、フィルタ２５，２５の切換制御を行なうことにより、２つのフィルタ２５，２５で交互にパティキュレートを捕集するようになっている。そして、１つの差圧センサ８で、各フィルタ差圧を検出できるようにするとともに、各フィルタ差圧の脈動に起因してフィルタ２５，２５の切換制御が不安定となってしまうことを防止できるようになっている。
【００２８】
具体的には、本実施形態の排気微粒子除去装置は、図１に示すように、内燃機関としてのディーゼルエンジン（以下、単にエンジンという）３０の排気通路３２の途中に介装され、上流側からフロントパイプ１，ケース２ａ，２ｂ及びテールパイプ３をそなえて構成されている。このうちフロントパイプ１は、排気ガス流れ方向下流側に向かって２つの通路１ａ，１ｂに分岐し、各通路１ａ，１ｂの下流端はケース２ａ，２ｂにそれぞれ接続されている。また、各ケース２ａ，２ｂの下流側には、２つの通路３ａ，３ｂを有するテールパイプ３が接続されている。
【００２９】
また、フロントパイプ１の各通路１ａ，１ｂ上には、開閉弁９ａ，９ｂが設けられている。また、通路１ａと通路１ｂとの間には、通路１０が設けられ、この通路１０には制御弁１１が介装されている。
さて、ケース２ａ，２ｂの内部は、略同様に構成されており、排気ガス分散用パイプ２１，バッフル２２，反射板２３，ヒータ２４及びフィルタ２５が、排気ガス上流側からこの順に並べて設けられている。
【００３０】
さらに、各フィルタ２５，２５の排気ガス入口近傍（入口もしくは入口に近い部分，入口側）の相互間には通路（パイプ）７が設けられ、この通路７には、図示しないコントローラに接続された差圧センサ８が介装されている。そして、上述したように１つの差圧センサ８により各ケース２ａ，２ｂ内のフィルタ差圧ΔＰn をそれぞれ検出することができるようになっている。
【００３１】
ここで、１つの差圧センサ８により、各ケース２ａ，２ｂのフィルタ差圧ΔＰn を検出できる理由を説明する。
本発明の排気微粒子除去装置は、上述したように各ケース２ａ，２ｂ内のフィルタ２５，２５により交互にパティキュレートを捕集するものであり、例えば、ケース２ｂ内のフィルタ２５により排気ガス中のパティキュレートを捕集するときには、ケース２ａ側の開閉弁９ａは全閉、ケース２ｂ側の開閉弁９ｂは全開、制御弁１１は全閉に制御されるようになっている。これにより、排気ガスの全量がケース２ｂに流入してケース２ｂ内のフィルタ２５により、パティキュレートの捕集が行なわれるようになっている。
【００３２】
このとき、通路１ａは開閉弁９ａにより遮断され、通路１０は制御弁１１により遮断された状態なので、排気微粒子除去装置の排気ガス系統は、図２（ａ）に示す状態と等価なものとなり、ケース２ｂ内のフィルタ差圧ΔＰn （通路７ｂでの排気ガス圧力と、通路３ｂでの排気ガス圧力との差）が検出できるようになっている。つまり、各ケース２ａ，２ｂの下流側は、テールパイプ３で接続されているので、図２（ａ）に示すような状態であれば、ケース２ｂの出口側（通路３ｂ側）圧力とケース２ａの出口側（通路３ａ側）圧力とは等しくなる。また、ケース２ａに着目すると、このときケース２ａは、フロントパイプ１の通路１ａと遮断されているので、ケース２ａ内では入口側（通路７ａ側）圧力と出口側（通路３ａ側）圧力とは等しくなる。従って、ケース２ａの入口側（通路７ａ側）圧力を検出することで、ケース２ａの出口側（通路３ａ側）圧力、ひいてはケース２ｂの出口側（通路３ｂ側）圧力を知ることができるのである。従って、差圧センサ８により通路７ａ，７ｂの差圧を検出することで、ケース２ｂ内のフィルタ差圧ΔＰn （通路７ｂでの排気ガス圧力と、通路３ｂでの排気ガス圧力との差）が検出できるのである。
【００３３】
なお、ケース２ｂからの排気ガスは、テールパイプ３の合流部３ｃから排気通路３２を通って流出し、通路３ａ，ケース２ａ及び通路７ａにより形成される排気ガス流路は、排気ガス流れの殆どない状態となり、かかる排気ガス流路により圧力損失が生じることはない。但し、この排気ガス流路の圧力損失が無視できない場合には、コントローラにより、この圧力損失分を補正するようにすれば良い。
【００３４】
一方、ケース２ａ内のフィルタ２５により排気ガス中のパティキュレートを捕集するときには、開閉弁９ａは全開、開閉弁９ｂは全閉、制御弁１１は全閉とされるようになっている。したがって、通路１ｂは開閉弁９ｂにより遮断され、通路１０は制御弁１１により遮断された状態なので、このときの排気微粒子除去装置の排気ガス系統は、図２（ｂ）に示す状態と等価なものとなって、差圧センサ８により、ケース２ａ内のフィルタ差圧ΔＰn が検出できるようになっている。
【００３５】
このように、本発明の排気微粒子除去装置では、１つの差圧センサ８を用いて２つのケース２ａ，２ｂ内におけるフィルタ差圧ΔＰn を、それぞれ検出することができるようになっているのである。
さて、従来技術の課題として既に述べたように、フィルタ差圧ΔＰn には、図３中に実線で示すようにエンジン３０のサイクルに応じて脈動が生じるため、本実施形態の排気微粒子除去装置では、コントローラにおいて、以下の式（１）により、前回の制御周期において検出されたフィルタ差圧（以下、前フィルタ差圧という）ΔＰn-1 と、今回の制御周期において検出されたフィルタ差圧（以下、現フィルタ差圧という）ΔＰn との指数平均（平均差圧）ΔＰAV を演算し、このΔＰAV に基づいて、フィルタ２５，２５の切換制御が行なわれるようになっている。
ΔＰAV ＝（ΔＰn ＋ｋ×ΔＰn-1 ）／（ｋ＋１） ・・・（１）
【００３６】
つまり、平均差圧ΔＰAV は、前フィルタ差圧ΔＰn-1 と現フィルタ差圧ΔＰn との中間値となるので、図３中に一点鎖線で示すように、実際のフィルタ差圧ΔＰn よりも変動が抑制され、このような平均差圧ΔＰAV に基づいて、ヒータ２４，開閉弁９ａ，９ｂ及び制御弁１１の作動を制御することにより、各ケース２ａ，２ｂ内のフィルタ２５の切り換えを安定して行なえるようにしているのである。
【００３７】
なお、上式（１）のｋは、指数平均（平均差圧ΔＰAV ）を演算するにあたり、前フィルタ差圧ΔＰn-1 と現フィルタ差圧ΔＰn との重みを決定する係数であって、平均差圧ΔＰAV は、係数ｋが大きくなるほど、前フィルタ差圧ΔＰn-1 の影響を強く受け、逆に、係数ｋが小さくなるほど、現フィルタ差圧ΔＰn の影響を強く受けることになる。
【００３８】
また、各ケース２ａ，２ｂのフィルタ２５の排気ガス出入口には、フィルタ入口温度センサ１５及びフィルタ出口温度センサ１６がそれぞれ付設されており、これらの温度センサ１５，１６の検出値はコントローラに出力されるようになっている。そして、コントローラでは、この温度センサ１５，１６からの検出情報に基づいて、フィルタの入口ガス温度及び出口ガス温度の平均により、平均差圧ΔＰAV を温度補正するようになっている。
【００３９】
本発明の第１実施形態としての排気微粒子除去装置は、上述のように構成されているので、ケース２ａ，２ｂによるパティキュレートの捕集の切り換えは、以下のように行なわれる。
例えば、ケース２ｂ内のフィルタ２５により、排気ガス中のパティキュレートの捕集が行なわれているときは、開閉弁９ａは全閉、開閉弁９ｂは全開、制御弁１１は全閉とされ、この状態では、上述したように、ケース２ｂ内のフィルタ差圧ΔＰn が、差圧センサ８により検出される〔図２（ａ）参照〕。
【００４０】
そして、コントローラでは、上式（１）により、このフィルタ差圧ΔＰn と前フィルタ差圧ΔＰn-1 との指数平均（平均差圧）ΔＰAV が演算され、この平均差圧ΔＰAV が所定値以上になった場合には、ケース２ｂ内のフィルタ２５にパティキュレートが堆積したと判定されて、開閉弁９ａ，９ｂが切り換えられ、ケース２ａ内のフィルタ２５によりパティキュレートの捕集が行なわれるとともに、ケース２ｂ内のフィルタ２５の再生が開始される。
【００４１】
具体的には、コントローラにより、ケース２ｂ内のヒータ２４は作動状態、開閉弁９ａは全開、開閉弁９ｂは全閉、制御弁１１は所定開度となるように制御される。これにより、排気ガスのほとんどは、通路１ａからケース２ａ内のフィルタ２５に流入して、このフィルタ２５でパティキュレートが捕集され、一方、ケース２ｂ内のフィルタ２５は、ヒータ２４により加熱され、フィルタ２５内に堆積したパティキュレートが燃焼する。このとき燃焼に必要な酸素は、制御弁１１を介してケース２ｂ内に供給される。
【００４２】
一方、ケース２ａ内のフィルタ２５により、排気ガス中のパティキュレートが捕集されているときは、開閉弁９ａは全開、開閉弁９ｂは全閉、制御弁１１は全閉とされ、この状態では、上述したように、ケース２ａのフィルタ差圧ΔＰn が、差圧センサ８により検出される〔図２（ｂ）参照〕。そして、このフィルタ差圧ΔＰn が所定値以上になったときには、ケース２ａ内のヒータ２４は作動状態、開閉弁９ａは全閉、開閉弁９ｂは全開、制御弁１１は所定開度となるように制御される。そして、これ以外は上述と同様にしてフィルタ２５の再生が行なわれる。
【００４３】
このように、ケース２ａ，２ｂ内のフィルタ２５の各差圧ΔＰn を、従来の排気微粒子除去装置では、上述したように４つの圧力センサまたは２つの差圧センサにより検出しているのに対し、本実施形態の排気微粒子除去装置によれば、１つの差圧センサ８により検出することができる。したがって、センサが削減されるので、コストが低減されるとともに制御系が簡素化されるという利点がある。
【００４４】
また、前フィルタ差圧ΔＰn-1 と現フィルタ差圧ΔＰn との中間値となる平均差圧ΔＰAV に基づいてフィルタ２５の再生の要否が判定されるので、エンジン３０のサイクルに応じて発生する実際のフィルタ差圧ΔＰn の脈動に影響されずに、安定してフィルタ２５の切換制御を行なうことができるという利点がある。また、例えば、従来技術の排気微粒子除去装置（図５参照）において、各フィルタのそれぞれに差圧センサを設けて各フィルタの差圧ΔＰn を検出する場合は、各差圧センサには、それぞれセンサ固有値（それぞれのセンサが有する検出値のばらつき）があるため、このセンサ固有値差が、フィルタ差圧ΔＰn に基づくフィルタの切換制御に影響する。これに対し、本実施形態の排気微粒子除去装置によれば、１つの差圧センサにより各フィルタの差圧ΔＰn を検出するので、当然ながら、従来技術のようにセンサ固有値に差異がないため、フィルタ差圧ΔＰn に基づいて、フィルタの切換制御を安定して行なえるという利点がある。
【００４５】
なお、本実施形態では、平均差圧ΔＰAV を、前フィルタ差圧ΔＰn-1 と現フィルタ差圧ΔＰn との指数平均として算出しているが、平均差圧ΔＰAV は、実際のフィルタ差圧ΔＰn よりも変動の抑制されたものであれば良く、指数平均の代わりに、例えば、以下の（２）式に示すような移動平均により平均差圧ΔＰAVを算出してもよい。なお、（２）式中のΔＰn-i は所定回数ｉ前の制御周期において検出されたフィルタ差圧を示す。
【００４６】
【式２】
【００４７】
次に、本発明の第２実施形態としての排気微粒子除去装置について図４を参照しながら説明する。なお、以下では、従来技術及び第１実施形態として説明した部材と同一の部材については、同一の符号を付しその説明を省略する。
本実施形態の排気微粒子除去装置は、図４に示すように、第１実施形態の排気微粒子除去装置について、差圧センサ８の両側にチャンバ３５ａ，３５ｂを設けた構造のものである。
【００４８】
つまり、第１実施形態では、実際のフィルタ差圧ΔＰn よりも変動を抑制した平均差圧ΔＰAV に基づいてフィルタ２５，２５の切換制御を行なうことにより、エンジン３０のサイクルに応じて発生するフィルタ差圧ΔＰn の脈動（排気ガス圧力の脈動）に影響を受けることなく、安定してフィルタ２５，２５の切換制御を行なえるようにしているのに対し、本実施形態の排気微粒子除去装置では、差圧センサ８の両側にチャンバ３５ａ，３５ｂを設けることにより、排気ガス圧力の脈動を減衰して、安定してフィルタ２５，２５の切換制御を行なえるようにしている。
【００４９】
前述したように、フィルタ差圧ΔＰn の脈動は、即ち、各フィルタ２５の入口圧力Ｐ１の脈動である。本実施形態の排気微粒子除去装置は、第１実施形態と同様に、フィルタ２ｂの差圧を検出するときには差圧センサ８の通路７ｂ側がフィルタ２５の入口圧力Ｐ１の検出側となり〔図２（ａ）参照〕、一方、フィルタ２ａの差圧を検出するときには差圧センサ８の通路７ａ側がフィルタ２５の入口圧力Ｐ１の検出側となる〔図２（ｂ）参照〕。
【００５０】
つまり、差圧センサ８の両側が、フィルタ２５の入口圧力Ｐ１の検出側となりうるため、差圧センサ８の両側にチャンバ３５ａ，３５ｂを設けて、入口圧力Ｐ１の脈動を減衰するようにしているのである。
また、本実施形態では、チャンバ３５ａ，３５ｂによりフィルタ差圧ΔＰn の脈動が直接に抑制されるため、第１実施形態のように平均差圧ΔＰAV に基づいて制御を行なう必要はない。従って、フィルタ差圧ΔＰn に基づいて、コントローラにより、ヒータ２４，開閉弁９ａ，９ｂ及び制御弁１１の作動が制御されるようになっている。
【００５１】
本発明の第２実施形態としての排気微粒子除去装置は、上述のように構成されているので、フィルタ差圧ΔＰn に基づいて、フィルタ差圧ΔＰn が所定値以上になった場合、捕集中のフィルタ２５にパティキュレートが堆積したとして、第１実施形態と同様にフィルタ２５，２５の切換制御が行なわれる。
したがって、平均差圧ΔＰAVを演算する必要がなくなり、より簡素な制御システムで第１実施形態と同様の効果が得られるという利点がある。
【００５２】
なお、本発明の排気微粒子除去装置は、上述の実施形態のものに限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。例えば、各実施形態では、配管７に１つの差圧センサ８を介装しているが、各配管７ａ，７ｂにそれぞれ圧力センサを設けて、これらの２つの圧力センサによって１つの差圧センサを構成してもよい。このときには、２つの圧力センサからの圧力情報により、コントローラが差圧を演算するように構成する。この場合でも、従来の排気微粒子除去装置においては、圧力センサにより各ケース２ａ，２ｂ内のフィルタ差圧ΔＰn を検出するには４つの圧力センサが必要となるので、従来に較べ、本発明の排気微粒子除去装置は圧力センサの数量を半減できる。
【００５３】
【発明の効果】
以上詳述したように、請求項１記載の本発明の排気微粒子除去装置では、内燃機関の排気通路に設けられた２系統のフィルタにより交互に排気ガス中のパティキュレートの捕集が行なわれ、一方のフィルタが、パティキュレートを捕集する使用状態のときには、他方のフィルタは、排気ガスの流入しない待機状態となる。各フィルタは出口側で接続されているので、使用状態のフィルタ出口での排気ガス圧力と、待機状態のフィルタ出口での排気ガス圧力は当然等しくなり、又、待機状態のフィルタにおいては、出口側の圧力と、入口側の圧力とは等しくなる。したがって、２系統のフィルタの各入口側との間に介装された差圧センサにより差圧を検出することにより、使用状態のフィルタの出入口の差圧が検出される。
【００５４】
つまり、何れのフィルタにより排気ガス中のパティキュレートの捕集が行なわれている場合にも、常に使用状態のフィルタの出入口差圧が検出されるので、２系統のフィルタの出入口差圧を、１つの差圧センサにより検出できるのである。従って、例えば、２つの差圧センサにより２系統のフィルタの出入口の差圧を検出していた従来技術に対して、差圧センサが半数となって、コストの低減を図るとともに制御系を簡素化することができるという利点がある。
【００５５】
また、各フィルタのそれぞれに差圧センサを設けて各フィルタの出入口差圧を検出するような従来技術では、各差圧センサには、それぞれセンサ固有値があるため、このセンサ固有値差が、フィルタの出入口差圧に基づくフィルタの切換制御に影響する。これに対し、請求項１記載の本発明の排気微粒子除去装置によれば、１つの差圧センサにより各フィルタの出入口差圧を検出するので、当然ながらセンサ固有値に差異がないため、フィルタの切換制御を安定して行なえるという利点がある。
【００５６】
請求項２記載の本発明の排気微粒子除去装置では、２系統のフィルタの入口を連結するように設けられたパイプ内に流入した排気ガスの圧力変動が、パイプに形成されたチャンバにより減衰し、これにより、内燃機関のサイクルに起因した排気ガスの圧力変動の影響を受けることなく、パイプ内に設けられた差圧センサにより各フィルタの出入口の差圧が検出されるので、この差圧に基づいて２系統のフィルタの切り換えを安定して行なうことができるという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態としての排気微粒子除去装置の構成を示す模式図である。
【図２】本発明の第１実施形態としての排気微粒子除去装置の各フィルタの出入口差圧の検出方法を説明するための模式図であって、（ａ）は下方のフィルタの出入口差圧の検出状態を示す図、（ｂ）は上方のフィルタの出入口差圧の検出状態を示す図である。
【図３】本発明の第１実施形態としての排気微粒子除去装置におけるフィルタ出入口の平均差圧の挙動の一例を示す模式図である。
【図４】本発明の第２実施形態としての排気微粒子除去装置の構成を示す模式図である。
【図５】従来の排気微粒子除去装置の構成を示す模式図である。
【図６】従来の排気微粒子除去装置のフィルタの出入口圧力及び差圧の挙動を示す模式図であって、（ａ）はフィルタの入口圧力及び出口圧力を示す図、（ｂ）はフィルタの出入口差圧を示す図である。
【符号の説明】
７ 通路（パイプ）
８ 差圧センサ
２５ フィルタ
３０ エンジン（内燃機関）
３２ 排気通路
３５ａ，３５ｂ チャンバ
ΔＰn フィルタ差圧
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の排気通路に２系統のフィルタを設け、この２系統のフィルタにより交互に排気ガス中のパティキュレートを捕集する排気微粒子除去装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、ディーゼルエンジンから排出される排気ガス中には、カーボンを主成分とするパティキュレート（排気微粒子）が含まれている。
このため、ディーゼルエンジンを搭載した自動車では、排気通路にセラミック製の円柱状のディーゼルパティキュレートフィルタ（以下、単にフィルタという）を設けて、このフィルタで排気ガス中のパティキュレートを捕集して、パティキュレートの大気への排出を抑制している。
【０００３】
ところで、フィルタ内にパティキュレートが堆積していくと、このパティキュレートによりフィルタ内が目詰まりして通気性が損なわれてしまう。このため、定期的にフィルタ内のパティキュレートを除去してフィルタの再生を図る必要がある。
フィルタを再生するには、フィルタ内のパティキュレートを燃焼させる手法が一般に良く知られているが、このようなフィルタの再生時には、フィルタはパティキュレートを捕集することができなくなる。そこで、従来より、一対（２つ）のフィルタを並行に設け、これらの２つのフィルタにより交互にパティキュレートを捕集するようにした排気微粒子除去装置が開発されている。
【０００４】
つまり、いずれか一方のフィルタによりパティキュレートの捕集を行ない、このパティキュレートを捕集中のフィルタの再生が必要になったときには、他方のフィルタによりパティキュレートの捕集を行ないながら、上記の一方のフィルタの再生を行なうようにして、これを交互に繰り返すことにより、パティキュレートの捕集を継続して行なえるようにしているのである。
【０００５】
なお、フィルタ再生の要否は、フィルタの排気ガス上流側と下流側との差圧に基づいて判定される。これは、フィルタ内にパティキュレートが堆積していくとフィルタ内の通気性が低下して、フィルタの上流側と下流側との差圧が上昇するからである。
以下、このような排気微粒子除去装置の構成の一例について図５を用いて説明すると、排気通路上には、排気ガスの流れ方向の下流側に向かって２方向に分岐したフロントパイプ１が設けられており、このフロントパイプ１の途中で分岐した２つの通路１ａ，１ｂにそれぞれケース２ａ，２ｂが介装されている。また、各ケース２ａ，２ｂの後方（下流側）には、２つの通路３ａ，３ｂを有するテールパイプ３が接続されており、このテールパイプ３を介して排気ガスは大気に排出される。
【０００６】
そして、各ケース２ａ，２ｂ内には、電気ヒータ（以下、単にヒータという）２４と、パティキュレートを捕集するフィルタ２５とが設置されている。ヒータ２４は、フィルタ２５内に堆積したパティキュレートを燃焼させるための加熱手段であり、図示しない制御手段（コントローラ）により、その作動が制御されるようになっている。
【０００７】
また、フロントパイプ１の各通路１ａ，１ｂ上には、それぞれ開閉弁９ａ，９ｂが設けられており、これらの開閉弁９ａ，９ｂは、いずれもコントローラからの制御信号に基づいて全閉又は全開の何れかの状態に切り換えられる。つまり、開閉弁９ａ，９ｂの作動状態を制御することにより、通路１ａ，１ｂが連通状態又は遮断状態に選択的に切換可能に構成されている。
【０００８】
そして、上述の開閉弁９ａ，９ｂの開閉状態を制御することにより、並列に設けた２つのフィルタ２５，２５でパティキュレートの捕集を交互に行なって、パティキュレートの捕集を継続して行なうのである。つまり、ケース２ａ内のフィルタ２５によりパティキュレートを捕集するときは、開閉弁９ａを全開且つ開閉弁９ｂを全閉にして、排気ガスの全量をケース２ａに流すようにし、一方、ケース２ｂ内のフィルタ２５によりパティキュレートを捕集するときは、開閉弁９ａを全閉且つ開閉弁９ｂを全開にして、排気ガスの全量をケース２ｂに流すようにするのである。
【０００９】
また、上記の通路１ａと通路１ｂとの間には、通路１０が設けられている。ここで、この通路１０の一端は、開閉弁９ａとケース２ａとの間に接続され、また、その他端は、開閉弁９ｂとケース２ｂとの間に接続されている。
また、この通路１０には、制御弁１１が介装されている。この制御弁１１は、ここではコントローラからの制御信号に基づいてその開度が調整可能な制御弁として構成されている。
【００１０】
また、各ケース２ａ，２ｂ内のフィルタ２５，２５の排気ガス上流側にはフィルタ入口圧力センサ５が、排気ガス下流側にはフィルタ出口圧力センサ６が、それぞれ付設されている。そして、これらの圧力センサ５，６からの検出情報は図示しないコントローラに出力されるようになっており、コントローラでは、圧力センサ５，６からの検出情報に基づきフィルタ２５の再生の要否を判定するようになっている。
【００１１】
つまり、圧力センサ５，６からの検出情報によりフィルタ２５の出入口での差圧ΔＰn が演算されて、この差圧ΔＰn が所定値以上になった場合には、パティキュレートが所定量よりも堆積したためにフィルタ２５の通気性が低下したものと判定され、フィルタ２５の再生が行なわれるのである。なお、このような圧力センサ５，６を、１つの差圧センサに置き換えてもよい。
【００１２】
さらに、各ケース２ａ，２ｂには、フィルタ２５の排気ガス上流側に、フィルタ入口温度センサ１５が、排気ガス下流側にフィルタ出口温度センサ１６が付設されており、フィルタ入口圧力センサ５に検出された圧力情報は、フィルタ入口温度センサ１５により検出された温度情報により補正され、フィルタ出口圧力センサ６により検出された圧力情報は、フィルタ出口温度センサ１６により検出された温度情報により補正される。
【００１３】
そして、各ケース２ａ，２ｂ内のフィルタ２５のうち、一方のフィルタ（例えばケース２ａ内のフィルタ）２５にパティキュレートが堆積した場合には、以下のように、フィルタ２５の再生が行なわれるとともに、他方のフィルタ（例えばケース２ｂ内のフィルタ）２５により、パティキュレートの捕集が行なわれるようになっている。
【００１４】
まず、開閉弁９ａを全閉状態にするとともに開閉弁９ｂを全開状態にして、ケース２ａ内への排気ガスの流入を遮断する。これにより、フロントパイプ１内の排気ガスは、全量通路１ｂ側に流入し、排気ガス内に含まれるパティキュレートは他方のフィルタ（例えばケース２ｂ内のフィルタ）２５で捕集されるようになる。
そして、この状態でケース２ａ内のフィルタ２５をヒータ２４により加熱して、パティキュレートの主成分であるカーボンを燃焼させるのである。
【００１５】
また、このときには、制御弁１１が所定開度となるように制御されて、パティキュレートの燃焼に必要な酸素が通路１０側からケース２ａ内に供給される。
一方、ケース２ｂ内のフィルタ２５にパティキュレートが堆積した場合には、上述とは逆に、開閉弁９ａを全開状態にするとともに開閉弁９ｂを全閉状態にして、ケース２ａ内のフィルタ２５により排気ガス中のパティキュレートを捕集するとともに、ケース２ｂ内のヒータ２４により加熱してケース２ｂ内のフィルタ２５に堆積したパティキュレートを燃焼させるのである。
【００１６】
なお、図５中の符号２１は排気ガス分散用パイプ、符号２２はバッフル、符号２３は反射板、符号３０はエンジン（内燃機関）、符号３１はエアフローセンサ（ＡＦＳ）である。排気ガス分散用パイプ２１の排気ガス下流側の端部は閉塞され、また、その周面には、複数の小径孔が全体にわたって設けられている。したがって、排気管より直進して流れてくる排気ガスは、排気ガス分散用パイプ２１の周面の孔から排気ガス分散用パイプ２１の径方向に向かって流出し、これにより、排気ガスを外側（ケース２ａ，２ｂの内周面側）に分散させて、排気ガスの流れがフィルタ２５の中心軸線付近に集中するのを防止している。そして、分散した排気ガスは、バッフル２２によって整流されてフィルタ２５に流入する。また、反射板２３は、ヒータ２４からの放射熱をフィルタ２５側に反射させて、フィルタ２５内に堆積したパティキュレートを効率よく燃焼させるためのものである。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述の排気微粒子除去装置では、並列に設けた各フィルタの出入口差圧を検出するためには、各フィルタの入口及び出口にそれぞれ圧力センサを設置するので計４つの圧力センサが必要となる。又、各フィルタの入口と出口とに圧力センサを設ける代わりに差圧センサを設けた場合でも、合計２つの差圧センサが必要となって、センサにかかるコストが比較的高くなってしまうという課題がある。また、センサ数に応じて、コントローラの入力ポート数や演算処理が増加するので、制御系が複雑になるという課題もある。
【００１８】
また、エンジンから排出される排気ガスの圧力は、各排気行程の初期に直前の膨張行程の影響を受けて上昇するため、周期的に変動する。したがって、図６（ａ）に示すように、フィルタ入口の排気ガス圧力Ｐ１にも、エンジンのサイクルに応じて周期的な変動（脈動）が生じる。これに対し、フィルタ出口では、排気ガスはヒータやフィルタ等を通過するので、このような脈動が減衰して、フィルタ出口の排気ガス圧力Ｐ２は、図示するように変動のないものとなる。このため、図６（ｂ）に示すように、排気ガス圧力Ｐ１，Ｐ２の差である差圧ΔＰn （ΔＰn ＝Ｐ１−Ｐ２）は、脈動を有するものとなって、差圧ΔＰn に基づいて行なわれるフィルタの切換制御が不安定になってしまうという課題もある。
【００１９】
ところで、特開平１−９２５１０号公報には、排気管の途中に直列に配設されたフィルタトラップ及び消音器をそなえたフィルタトラップシステムにおいて、１つの差圧センサにより、フィルタトラップの前後の差圧と、消音器の前後の差圧とを検出できるようにした技術が開示されている。
この技術では、差圧センサは、２つのパイロット管を有しており、一方のパイロット管はフィルタトラップと消音器との間の排気管に接続されている。また、他方のパイロット管は、方向切換弁を介して、２つの分岐管に切換可能に接続されており、一方の分岐管は、フィルタトラップ上流側の排気管に接続され、他方の分岐管は、消音器下流側の排気管に接続されている。これにより、方向切換弁を切り換えることにより、１つの差圧センサによりフィルタトラップの前後の差圧と消音器の前後の差圧とを検出することができる。
【００２０】
この技術は、上述のような並列に配設された２つのフィルタをそなえて構成される排気微粒子除去装置（図５参照）にも適用可能であり、例えば、差圧センサが有する２つのパイロット管のうち、一方のパイロット管を、各フィルタの排気ガス下流側の排気ガス合流部に接続し、他方のパイロット管を方向切換弁及び２つの分岐管を介して、各フィルタの排気ガス上流側に接続すればよい。
【００２１】
これにより、１つの差圧センサによって２つのフィルタの出入口差圧を計測することができるので、差圧センサが削減されて、差圧センサにかかるコストの低減及び制御系の簡素化を行なうことができる。
しかしながら、切換弁の設置，切換弁回りの配管のシール性の確保及び切換弁の制御が新たに必要となるため、排気微粒子除去装置全体としては、コストの低減及び制御系の簡素化を図ることができない。
【００２２】
また、フィルタ入口の排気ガス圧力Ｐ１の脈動に起因してフィルタの切換制御が不安定になってしまうという課題を解決するものでもない。
本発明は、このような課題に鑑み創案されたもので、コストの低減を図るとともに制御系を簡素化することができるようにした、排気微粒子除去装置を提供することを目的とする。
【００２３】
【課題を解決するための手段】
このため、請求項１記載の排気微粒子除去装置では、内燃機関の排気通路に設けられた２系統のフィルタにより交互に排気ガス中のパティキュレートの捕集が行なわれ、一方のフィルタが、排気ガスが流入して排気ガス中のパティキュレートを捕集する使用状態のときには、他方のフィルタは、排気ガスの流入しない待機状態となる。
【００２４】
各フィルタは出口側で接続されているので、使用状態のフィルタ出口での排気ガス圧力と、待機状態のフィルタ出口での排気ガス圧力は当然等しくなり、又、待機状態のフィルタにおいては、出口側の圧力と、入口側の圧力とは等しくなる。したがって、２系統のフィルタの各入口側との間にそなえられた差圧センサにより差圧を検出することにより、使用状態のフィルタの出入口の差圧が検出される。
【００２５】
請求項２記載の排気微粒子除去装置では、請求項１記載の排気微粒子除去装置において、２系統のフィルタの入口を連結するように設けられたパイプ内に流入した排気ガスの圧力変動が、パイプに形成されたチャンバにより減衰して、これにより、内燃機関のサイクルに起因した排気ガスの圧力変動の影響を受けることなく、パイプ内に設けられた差圧センサによりフィルタの出入口の差圧が検出される。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、図面により、本発明の実施の形態について説明する。
まず、本発明の第１実施形態としての排気微粒子除去装置について図１〜図３を参照しながら説明する。なお、以下では、従来技術として説明した部材と同一の部材については、同一の符号を付しその説明を一部省略する。
【００２７】
本発明の第１実施形態としての排気微粒子除去装置は、図１に示すように、並行に設けられた一対（２つ）のフィルタ２５，２５をそなえて構成され、各フィルタ２５，２５の排気ガス出入口差圧（以下、単にフィルタ差圧という）に基づいて、フィルタ２５，２５の切換制御を行なうことにより、２つのフィルタ２５，２５で交互にパティキュレートを捕集するようになっている。そして、１つの差圧センサ８で、各フィルタ差圧を検出できるようにするとともに、各フィルタ差圧の脈動に起因してフィルタ２５，２５の切換制御が不安定となってしまうことを防止できるようになっている。
【００２８】
具体的には、本実施形態の排気微粒子除去装置は、図１に示すように、内燃機関としてのディーゼルエンジン（以下、単にエンジンという）３０の排気通路３２の途中に介装され、上流側からフロントパイプ１，ケース２ａ，２ｂ及びテールパイプ３をそなえて構成されている。このうちフロントパイプ１は、排気ガス流れ方向下流側に向かって２つの通路１ａ，１ｂに分岐し、各通路１ａ，１ｂの下流端はケース２ａ，２ｂにそれぞれ接続されている。また、各ケース２ａ，２ｂの下流側には、２つの通路３ａ，３ｂを有するテールパイプ３が接続されている。
【００２９】
また、フロントパイプ１の各通路１ａ，１ｂ上には、開閉弁９ａ，９ｂが設けられている。また、通路１ａと通路１ｂとの間には、通路１０が設けられ、この通路１０には制御弁１１が介装されている。
さて、ケース２ａ，２ｂの内部は、略同様に構成されており、排気ガス分散用パイプ２１，バッフル２２，反射板２３，ヒータ２４及びフィルタ２５が、排気ガス上流側からこの順に並べて設けられている。
【００３０】
さらに、各フィルタ２５，２５の排気ガス入口近傍（入口もしくは入口に近い部分，入口側）の相互間には通路（パイプ）７が設けられ、この通路７には、図示しないコントローラに接続された差圧センサ８が介装されている。そして、上述したように１つの差圧センサ８により各ケース２ａ，２ｂ内のフィルタ差圧ΔＰn をそれぞれ検出することができるようになっている。
【００３１】
ここで、１つの差圧センサ８により、各ケース２ａ，２ｂのフィルタ差圧ΔＰn を検出できる理由を説明する。
本発明の排気微粒子除去装置は、上述したように各ケース２ａ，２ｂ内のフィルタ２５，２５により交互にパティキュレートを捕集するものであり、例えば、ケース２ｂ内のフィルタ２５により排気ガス中のパティキュレートを捕集するときには、ケース２ａ側の開閉弁９ａは全閉、ケース２ｂ側の開閉弁９ｂは全開、制御弁１１は全閉に制御されるようになっている。これにより、排気ガスの全量がケース２ｂに流入してケース２ｂ内のフィルタ２５により、パティキュレートの捕集が行なわれるようになっている。
【００３２】
このとき、通路１ａは開閉弁９ａにより遮断され、通路１０は制御弁１１により遮断された状態なので、排気微粒子除去装置の排気ガス系統は、図２（ａ）に示す状態と等価なものとなり、ケース２ｂ内のフィルタ差圧ΔＰn （通路７ｂでの排気ガス圧力と、通路３ｂでの排気ガス圧力との差）が検出できるようになっている。つまり、各ケース２ａ，２ｂの下流側は、テールパイプ３で接続されているので、図２（ａ）に示すような状態であれば、ケース２ｂの出口側（通路３ｂ側）圧力とケース２ａの出口側（通路３ａ側）圧力とは等しくなる。また、ケース２ａに着目すると、このときケース２ａは、フロントパイプ１の通路１ａと遮断されているので、ケース２ａ内では入口側（通路７ａ側）圧力と出口側（通路３ａ側）圧力とは等しくなる。従って、ケース２ａの入口側（通路７ａ側）圧力を検出することで、ケース２ａの出口側（通路３ａ側）圧力、ひいてはケース２ｂの出口側（通路３ｂ側）圧力を知ることができるのである。従って、差圧センサ８により通路７ａ，７ｂの差圧を検出することで、ケース２ｂ内のフィルタ差圧ΔＰn （通路７ｂでの排気ガス圧力と、通路３ｂでの排気ガス圧力との差）が検出できるのである。
【００３３】
なお、ケース２ｂからの排気ガスは、テールパイプ３の合流部３ｃから排気通路３２を通って流出し、通路３ａ，ケース２ａ及び通路７ａにより形成される排気ガス流路は、排気ガス流れの殆どない状態となり、かかる排気ガス流路により圧力損失が生じることはない。但し、この排気ガス流路の圧力損失が無視できない場合には、コントローラにより、この圧力損失分を補正するようにすれば良い。
【００３４】
一方、ケース２ａ内のフィルタ２５により排気ガス中のパティキュレートを捕集するときには、開閉弁９ａは全開、開閉弁９ｂは全閉、制御弁１１は全閉とされるようになっている。したがって、通路１ｂは開閉弁９ｂにより遮断され、通路１０は制御弁１１により遮断された状態なので、このときの排気微粒子除去装置の排気ガス系統は、図２（ｂ）に示す状態と等価なものとなって、差圧センサ８により、ケース２ａ内のフィルタ差圧ΔＰn が検出できるようになっている。
【００３５】
このように、本発明の排気微粒子除去装置では、１つの差圧センサ８を用いて２つのケース２ａ，２ｂ内におけるフィルタ差圧ΔＰn を、それぞれ検出することができるようになっているのである。
さて、従来技術の課題として既に述べたように、フィルタ差圧ΔＰn には、図３中に実線で示すようにエンジン３０のサイクルに応じて脈動が生じるため、本実施形態の排気微粒子除去装置では、コントローラにおいて、以下の式（１）により、前回の制御周期において検出されたフィルタ差圧（以下、前フィルタ差圧という）ΔＰn-1 と、今回の制御周期において検出されたフィルタ差圧（以下、現フィルタ差圧という）ΔＰn との指数平均（平均差圧）ΔＰAV を演算し、このΔＰAV に基づいて、フィルタ２５，２５の切換制御が行なわれるようになっている。
ΔＰAV ＝（ΔＰn ＋ｋ×ΔＰn-1 ）／（ｋ＋１） ・・・（１）
【００３６】
つまり、平均差圧ΔＰAV は、前フィルタ差圧ΔＰn-1 と現フィルタ差圧ΔＰn との中間値となるので、図３中に一点鎖線で示すように、実際のフィルタ差圧ΔＰn よりも変動が抑制され、このような平均差圧ΔＰAV に基づいて、ヒータ２４，開閉弁９ａ，９ｂ及び制御弁１１の作動を制御することにより、各ケース２ａ，２ｂ内のフィルタ２５の切り換えを安定して行なえるようにしているのである。
【００３７】
なお、上式（１）のｋは、指数平均（平均差圧ΔＰAV ）を演算するにあたり、前フィルタ差圧ΔＰn-1 と現フィルタ差圧ΔＰn との重みを決定する係数であって、平均差圧ΔＰAV は、係数ｋが大きくなるほど、前フィルタ差圧ΔＰn-1 の影響を強く受け、逆に、係数ｋが小さくなるほど、現フィルタ差圧ΔＰn の影響を強く受けることになる。
【００３８】
また、各ケース２ａ，２ｂのフィルタ２５の排気ガス出入口には、フィルタ入口温度センサ１５及びフィルタ出口温度センサ１６がそれぞれ付設されており、これらの温度センサ１５，１６の検出値はコントローラに出力されるようになっている。そして、コントローラでは、この温度センサ１５，１６からの検出情報に基づいて、フィルタの入口ガス温度及び出口ガス温度の平均により、平均差圧ΔＰAV を温度補正するようになっている。
【００３９】
本発明の第１実施形態としての排気微粒子除去装置は、上述のように構成されているので、ケース２ａ，２ｂによるパティキュレートの捕集の切り換えは、以下のように行なわれる。
例えば、ケース２ｂ内のフィルタ２５により、排気ガス中のパティキュレートの捕集が行なわれているときは、開閉弁９ａは全閉、開閉弁９ｂは全開、制御弁１１は全閉とされ、この状態では、上述したように、ケース２ｂ内のフィルタ差圧ΔＰn が、差圧センサ８により検出される〔図２（ａ）参照〕。
【００４０】
そして、コントローラでは、上式（１）により、このフィルタ差圧ΔＰn と前フィルタ差圧ΔＰn-1 との指数平均（平均差圧）ΔＰAV が演算され、この平均差圧ΔＰAV が所定値以上になった場合には、ケース２ｂ内のフィルタ２５にパティキュレートが堆積したと判定されて、開閉弁９ａ，９ｂが切り換えられ、ケース２ａ内のフィルタ２５によりパティキュレートの捕集が行なわれるとともに、ケース２ｂ内のフィルタ２５の再生が開始される。
【００４１】
具体的には、コントローラにより、ケース２ｂ内のヒータ２４は作動状態、開閉弁９ａは全開、開閉弁９ｂは全閉、制御弁１１は所定開度となるように制御される。これにより、排気ガスのほとんどは、通路１ａからケース２ａ内のフィルタ２５に流入して、このフィルタ２５でパティキュレートが捕集され、一方、ケース２ｂ内のフィルタ２５は、ヒータ２４により加熱され、フィルタ２５内に堆積したパティキュレートが燃焼する。このとき燃焼に必要な酸素は、制御弁１１を介してケース２ｂ内に供給される。
【００４２】
一方、ケース２ａ内のフィルタ２５により、排気ガス中のパティキュレートが捕集されているときは、開閉弁９ａは全開、開閉弁９ｂは全閉、制御弁１１は全閉とされ、この状態では、上述したように、ケース２ａのフィルタ差圧ΔＰn が、差圧センサ８により検出される〔図２（ｂ）参照〕。そして、このフィルタ差圧ΔＰn が所定値以上になったときには、ケース２ａ内のヒータ２４は作動状態、開閉弁９ａは全閉、開閉弁９ｂは全開、制御弁１１は所定開度となるように制御される。そして、これ以外は上述と同様にしてフィルタ２５の再生が行なわれる。
【００４３】
このように、ケース２ａ，２ｂ内のフィルタ２５の各差圧ΔＰn を、従来の排気微粒子除去装置では、上述したように４つの圧力センサまたは２つの差圧センサにより検出しているのに対し、本実施形態の排気微粒子除去装置によれば、１つの差圧センサ８により検出することができる。したがって、センサが削減されるので、コストが低減されるとともに制御系が簡素化されるという利点がある。
【００４４】
また、前フィルタ差圧ΔＰn-1 と現フィルタ差圧ΔＰn との中間値となる平均差圧ΔＰAV に基づいてフィルタ２５の再生の要否が判定されるので、エンジン３０のサイクルに応じて発生する実際のフィルタ差圧ΔＰn の脈動に影響されずに、安定してフィルタ２５の切換制御を行なうことができるという利点がある。また、例えば、従来技術の排気微粒子除去装置（図５参照）において、各フィルタのそれぞれに差圧センサを設けて各フィルタの差圧ΔＰn を検出する場合は、各差圧センサには、それぞれセンサ固有値（それぞれのセンサが有する検出値のばらつき）があるため、このセンサ固有値差が、フィルタ差圧ΔＰn に基づくフィルタの切換制御に影響する。これに対し、本実施形態の排気微粒子除去装置によれば、１つの差圧センサにより各フィルタの差圧ΔＰn を検出するので、当然ながら、従来技術のようにセンサ固有値に差異がないため、フィルタ差圧ΔＰn に基づいて、フィルタの切換制御を安定して行なえるという利点がある。
【００４５】
なお、本実施形態では、平均差圧ΔＰAV を、前フィルタ差圧ΔＰn-1 と現フィルタ差圧ΔＰn との指数平均として算出しているが、平均差圧ΔＰAV は、実際のフィルタ差圧ΔＰn よりも変動の抑制されたものであれば良く、指数平均の代わりに、例えば、以下の（２）式に示すような移動平均により平均差圧ΔＰAVを算出してもよい。なお、（２）式中のΔＰn-i は所定回数ｉ前の制御周期において検出されたフィルタ差圧を示す。
【００４６】
【式２】
次に、本発明の第２実施形態としての排気微粒子除去装置について図４を参照しながら説明する。なお、以下では、従来技術及び第１実施形態として説明した部材と同一の部材については、同一の符号を付しその説明を省略する。
本実施形態の排気微粒子除去装置は、図４に示すように、第１実施形態の排気微粒子除去装置について、差圧センサ８の両側にチャンバ３５ａ，３５ｂを設けた構造のものである。
【００４８】
つまり、第１実施形態では、実際のフィルタ差圧ΔＰn よりも変動を抑制した平均差圧ΔＰAV に基づいてフィルタ２５，２５の切換制御を行なうことにより、エンジン３０のサイクルに応じて発生するフィルタ差圧ΔＰn の脈動（排気ガス圧力の脈動）に影響を受けることなく、安定してフィルタ２５，２５の切換制御を行なえるようにしているのに対し、本実施形態の排気微粒子除去装置では、差圧センサ８の両側にチャンバ３５ａ，３５ｂを設けることにより、排気ガス圧力の脈動を減衰して、安定してフィルタ２５，２５の切換制御を行なえるようにしている。
【００４９】
前述したように、フィルタ差圧ΔＰn の脈動は、即ち、各フィルタ２５の入口圧力Ｐ１の脈動である。本実施形態の排気微粒子除去装置は、第１実施形態と同様に、フィルタ２ｂの差圧を検出するときには差圧センサ８の通路７ｂ側がフィルタ２５の入口圧力Ｐ１の検出側となり〔図２（ａ）参照〕、一方、フィルタ２ａの差圧を検出するときには差圧センサ８の通路７ａ側がフィルタ２５の入口圧力Ｐ１の検出側となる〔図２（ｂ）参照〕。
【００５０】
つまり、差圧センサ８の両側が、フィルタ２５の入口圧力Ｐ１の検出側となりうるため、差圧センサ８の両側にチャンバ３５ａ，３５ｂを設けて、入口圧力Ｐ１の脈動を減衰するようにしているのである。
また、本実施形態では、チャンバ３５ａ，３５ｂによりフィルタ差圧ΔＰn の脈動が直接に抑制されるため、第１実施形態のように平均差圧ΔＰAV に基づいて制御を行なう必要はない。従って、フィルタ差圧ΔＰn に基づいて、コントローラにより、ヒータ２４，開閉弁９ａ，９ｂ及び制御弁１１の作動が制御されるようになっている。
【００５１】
本発明の第２実施形態としての排気微粒子除去装置は、上述のように構成されているので、フィルタ差圧ΔＰn に基づいて、フィルタ差圧ΔＰn が所定値以上になった場合、捕集中のフィルタ２５にパティキュレートが堆積したとして、第１実施形態と同様にフィルタ２５，２５の切換制御が行なわれる。
したがって、平均差圧ΔＰAVを演算する必要がなくなり、より簡素な制御システムで第１実施形態と同様の効果が得られるという利点がある。
【００５２】
なお、本発明の排気微粒子除去装置は、上述の実施形態のものに限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。例えば、各実施形態では、配管７に１つの差圧センサ８を介装しているが、各配管７ａ，７ｂにそれぞれ圧力センサを設けて、これらの２つの圧力センサによって１つの差圧センサを構成してもよい。このときには、２つの圧力センサからの圧力情報により、コントローラが差圧を演算するように構成する。この場合でも、従来の排気微粒子除去装置においては、圧力センサにより各ケース２ａ，２ｂ内のフィルタ差圧ΔＰn を検出するには４つの圧力センサが必要となるので、従来に較べ、本発明の排気微粒子除去装置は圧力センサの数量を半減できる。
【００５３】
【発明の効果】
以上詳述したように、請求項１記載の本発明の排気微粒子除去装置では、内燃機関の排気通路に設けられた２系統のフィルタにより交互に排気ガス中のパティキュレートの捕集が行なわれ、一方のフィルタが、パティキュレートを捕集する使用状態のときには、他方のフィルタは、排気ガスの流入しない待機状態となる。各フィルタは出口側で接続されているので、使用状態のフィルタ出口での排気ガス圧力と、待機状態のフィルタ出口での排気ガス圧力は当然等しくなり、又、待機状態のフィルタにおいては、出口側の圧力と、入口側の圧力とは等しくなる。したがって、２系統のフィルタの各入口側との間に介装された差圧センサにより差圧を検出することにより、使用状態のフィルタの出入口の差圧が検出される。
【００５４】
つまり、何れのフィルタにより排気ガス中のパティキュレートの捕集が行なわれている場合にも、常に使用状態のフィルタの出入口差圧が検出されるので、２系統のフィルタの出入口差圧を、１つの差圧センサにより検出できるのである。従って、例えば、２つの差圧センサにより２系統のフィルタの出入口の差圧を検出していた従来技術に対して、差圧センサが半数となって、コストの低減を図るとともに制御系を簡素化することができるという利点がある。
【００５５】
また、各フィルタのそれぞれに差圧センサを設けて各フィルタの出入口差圧を検出するような従来技術では、各差圧センサには、それぞれセンサ固有値があるため、このセンサ固有値差が、フィルタの出入口差圧に基づくフィルタの切換制御に影響する。これに対し、請求項１記載の本発明の排気微粒子除去装置によれば、１つの差圧センサにより各フィルタの出入口差圧を検出するので、当然ながらセンサ固有値に差異がないため、フィルタの切換制御を安定して行なえるという利点がある。
【００５６】
請求項２記載の本発明の排気微粒子除去装置では、２系統のフィルタの入口を連結するように設けられたパイプ内に流入した排気ガスの圧力変動が、パイプに形成されたチャンバにより減衰し、これにより、内燃機関のサイクルに起因した排気ガスの圧力変動の影響を受けることなく、パイプ内に設けられた差圧センサにより各フィルタの出入口の差圧が検出されるので、この差圧に基づいて２系統のフィルタの切り換えを安定して行なうことができるという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態としての排気微粒子除去装置の構成を示す模式図である。
【図２】本発明の第１実施形態としての排気微粒子除去装置の各フィルタの出入口差圧の検出方法を説明するための模式図であって、（ａ）は下方のフィルタの出入口差圧の検出状態を示す図、（ｂ）は上方のフィルタの出入口差圧の検出状態を示す図である。
【図３】本発明の第１実施形態としての排気微粒子除去装置におけるフィルタ出入口の平均差圧の挙動の一例を示す模式図である。
【図４】本発明の第２実施形態としての排気微粒子除去装置の構成を示す模式図である。
【図５】従来の排気微粒子除去装置の構成を示す模式図である。
【図６】従来の排気微粒子除去装置のフィルタの出入口圧力及び差圧の挙動を示す模式図であって、（ａ）はフィルタの入口圧力及び出口圧力を示す図、（ｂ）はフィルタの出入口差圧を示す図である。
【符号の説明】
７ 通路（パイプ）
８ 差圧センサ
２５ フィルタ
３０ エンジン（内燃機関）
３２ 排気通路
３５ａ，３５ｂ チャンバ
ΔＰn フィルタ差圧
Claims (2)
- 内燃機関の排気通路に並列に２系統のフィルタを設け、該２系統のフィルタにより交互に排気ガス中のパティキュレートを捕集するとともに、該２系統のフィルタの下流側で該排気ガスの流れが合流するように構成された排気微粒子除去装置において、
該２系統のフィルタの各入口側との間に差圧を検出する差圧センサをそなえて構成されている
ことを特徴とする、排気微粒子除去装置。 - 該差圧センサが、該２系統のフィルタの入口を連結するように設けられたパイプ内に設けられ、該パイプに該排気ガスの圧力変動を減衰させるためのチャンバが形成されている
ことを特徴とする、請求項１記載の排気微粒子除去装置。
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