JPH01182519A - ディーゼル排気浄化用フィルタの再生制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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の排気系に設けられて排
気ガス中のパティキユレートを捕集する排気浄化用フィ
ルタに関し、特にこのフィルタの再生装置に関する。

〔従来の技術〕

ディーゼル排気浄化用フィルタは、パティキユレートの
捕集量が所定値を越えた時、パティキュレートを燃焼さ
せることにより再生される。このためフィルタの近傍に
は電気ヒータが配設されており、このヒータによりフィ
ルタ上のパティキュレートが着火し燃焼する。従来、こ
のようなヒータとして、特開昭５８−１８３８１０号公
報に開示されているように、複数のヒータセグメントに
分割されたものが知られており、これらのヒータセグメ
ントには所定の順番に通電され、これにより各ヒータセ
グメントに対応した部分のフィルタの再生が順次行なわ
れる。

〔発明が解決しようとする課題〕

再生が完了したフィルタ部分における圧損は、まだ再生
されていないフィルタ部分よりも小さいため、多くの排
気ガスは、再生が完了したフィルタ部分を流れることと
なる。したがって、特に最後に通電されるヒータセグメ
ントに対応したフィルタ部分に流れる排気ガス量は少な
く、このフィルタ部分は温度が低く、また供給される酸
素量が少ないために、充分な再生が行なわれ難い、とい
う問題がある。このような不完全な再生が続くと、その
フィルタ部分に目詰りが生じたり、場合によってはその
フィルタ部分のパティキュレートが一気に着火してフィ
ルタが溶損するおそれがある。

本発明は、フィルタ全体にわたって均一な再生を行ない
、これにより、特定の部分に目詰りを生じたり、またフ
ィルタが溶損するおそれのない再生装置を得ることを目
的とする。

〔課題を解決するための手段〕

本発明に係る再生装置は、第１図の発明の構成図に示す
ようにフィルタ１５に近接して設けられ、複数のヒータ
セグメントから成り、通電されて発熱するヒータ４１と
、このヒータに通電するための電源Ａと、上記各ヒータ
セグメントを順番に通電し、再生毎に、最後に通電され
るヒータセグメントを変える制御手段Ｂとを備えること
を特徴としている。

〔実施例〕

以下図示実施例に基いて本発明を説明する。

第２図は本発明の一実施例（適用したエンジンの排気系
）を示す。この図において、ディーゼルエンジン１１の
排気マニホルド１２に連結された排気管１３には拡径部
１４が形成され、この拡径部１４内には、排気ガス中の
パティキュレート（炭素微粒子と炭素固体表面に吸着さ
れる液状ＨＣとから成る）を捕集するためのフィルタ１
５が設けられる。マフラー１６は、拡径部１４より下流
側の排気口の近傍に設けられる。

第１のバイパス管２１は、エンジン１１と拡径部１４の
間に位置する第１連結部２２と、拡径部１４とマフラー
１６の間に位置する第２連結部２３とを連通させる。第
２のバイパス管２４は、第１連結部２２と拡径部１４０
間に位置する第３連結部２５と、第２連結部２３とマフ
ラー１６の間に位置する第４連結部２６とを連通させる
。第１および第３連結部２２．２５の間には、第１開閉
弁３１が配設され、第２および第４連結部２３．２６の
間には、第２開閉弁３２が設けられる。

□第１開閉弁３１を開閉制御する、アクチュエータ３３
は、従来公知のダイヤフラム型の構造を有し、負圧調整
弁３４により負圧あるいは大気圧を導かれて作動する。

負圧調整弁３４はマイクロコンピュータを備えた制御回
路（ＩＥｃＵ）５１により制御され、負圧源あるいは大
気をアクチュエータ３３に連通させる。第２開閉弁３２
を開閉制御するアクチュエータ３６もダイヤフラム型の
構造を有し、ＩＥｃＵ　５１により制御される負圧調整
弁３Ｔにより負圧あるいは大気圧を導かれて作動する。

フィルタ１５の再生すなわちパティキュレートの燃焼の
ため、このフィルタ１５の第３連結部２５側には電気ヒ
ータ４１が設けられる。後述するように、電気ヒータ４
１はフィルタ１５に対して、再生時における排気ガスの
流れの上流側に位置する。

電気ヒータ４１はリレー４２を介してバッテリ４３に連
結される。リレー４２はεＣ０５１に制御されて開閉し
、フィルタ再生時期であると判断された時、ヒータ４１
に通電してこれを発熱させ、これによりフィルタ１５に
捕集されたパティキュレートは着火して燃焼する。フィ
ルタ１５の再生時期の判断および再生制御は、燃料噴射
ポンプ４４に設けられたエンジン回転数セン４５および
アクセル位置センサ４６と、背圧センサ４７とから得ら
れる検出信号に従って行なわれる。

フィルタ１５はハニカムフィルタであり、入口側が栓詰
めされた多孔質セルと、出口側が栓詰めされた多孔質セ
ルとを交互に配設して形成されたコージェライト基材を
有し、コージェライト基材の表面には、ＨＣ等の悪臭成
分を吸着するγアルミナがコーティングされる。またγ
アルミナの表面には、捕集されたパティキュレートを燃
焼させる再生時にパティキュレートの着火温度を下げる
ため、銅、銀等の触媒が担持される。

通常のパティキュレート捕集時、第２図に示すように、
第１開閉弁３１は排気管１３の第１および第３連結部２
２．２５間を遮断し、また第２開閉弁３２は排気管１３
の第２および第４連結部２３・２６間を遮断する。した
がって排気ガスは、第１のバイパス管２１を通って第２
連結部２３側からフィルタ１５に流入し、第３連結部２
５から第２のバイパス管２４に流入してマフラー１６か
ら大気中へ放出される。この間、排気ガス中に含まれる
パティキュレートはフィルタ１５により捕集される。

フィルタ１５の再生時、第１および第２開閉弁３１．３
２は開弁する。したがって、一部の排気ガスは電気ヒー
タ４１側からフィルタ１５に流入して大気中へ放出され
、また残りの排気ガスは、フィルタ１５を通過せず第１
および第２のバイパス管２１．２４を通って大気中へ放
出される。この時電気ヒータ４１は通電されて発熱し、
これによりフィルタ１５上のパティキュレートは着火し
て燃焼する。

本実施例において電気ヒータ４１は、第３図に示すよう
に、円柱状のフィルタ１５の端面に近接して設けられ、
６個に分割されている。すなわち電気ヒータ４１は、第
１〜第６ヒータセグメント４１ａ＝４１ｂ、４１ｃ、４
１ｄ、４１ｅ、４１ｆから成り、これら各ヒータセグメ
ントはフィルタ１５の端面の中心点を中心とする扇形を
呈する。しかして各ヒータセグメントは、これらの下流
側に位置するヒータ部分を加熱する。（フィルタ１５の
再生時、各ヒータセグメントは１個ずつ順に通電され、
後述するように、最後に通電されるヒータセグメントが
再生毎に変わるように制御される。

第４図はフィルタ再生率と排気ガス流速の関係を実験に
より求めた結果を示す。フィルタ再生率はく燃焼スス量
）／（捕集スス量’）　Ｘ１００で表わされる。実験に
おいて、排気ガスの酸素濃度は１２％一定、ヒータ電力
は４０ｗ／ｃｎｆ、通電時間は１分間、捕集量はフィル
タＩＩｌに対して１５ｇであった。第４図から理解され
るように、排気ガス流速が低過ぎてもまた高過ぎてもフ
ィルタ再生率は悪くなる。すなわち、排気ガス流速が０
．２　ｍ／ｓｅｃより低い領域Ｉにおいては、供給酸素
量が少ないためにパティキュレートの燃焼が充分性なわ
れず、再生率は低い。また排気ガス流速が０．５ｍ／ｓ
ｅｃより高い領域Ｊにおいては、排気ガスによる冷却効
果のために燃焼伝帽不良をおこし、再生率が低くなる。

これに対し、排気ガス流速が０、２〜０．５　ｍ／ｓｅ
ｃの領域Ｋにおいては、供給酸素量は適当であり、また
排気ガスによる冷却効果も少なく、フィルタ再生は良好
に行なわれる。しかしてフィルタ再生時、一部の排気ガ
スは第１および第２のバイパス管２１．２４を流れ、各
フィルタセグメントに流入する排気ガスの流速が適当な
大きさのものとなる。

第５図は再生時において各ヒータセグメントを通過する
排気ガス流速を示す。ここで、通電の順番は、第１ヒー
タセグメント４１ａ　（＃１）　、第２ヒータセグメン
ト４１ｂ　　（＃２）　、第３ヒータセグメント４１ｃ
　（＃３）・・・、第６ヒータセグメント４１ｆ（＃６
）であり、通電時間は１つのヒータセグメント当り１分
である。また、この図において縦座標は、各ヒータセグ
メントに対応したフィルタ部分における排気ガス流速と
フィルタ全体に流入する排気ガス流速との比（Ｖ／Ｖ０
）として表わされる。

この図から理解されるように、第１ヒータセグメン）４
１ａ　（＃１）による再生時、流速比（Ｖ／ＶＯ）は１
であるが、第２ヒータセグメント４１ｂ（＃２）による
再生時、第１ヒータセグメント４１ａの下流にある再生
完了したフィルタ部分に比較的多量の排気ガスが流れる
ため、第２ヒータセグメント４１ｂの下流のフィルタ部
分に右ける排気ガス流速は、若干小さくなり、フィルタ
全体に流入する排気ガス流速の約８０％となる。同様に
して第３ヒータセグメント４１ｃ（＃３）による再生時
、このヒータセグメント４１ｃの下流のフィルタ部分に
おける排気ガス流速は、フィルタ全体に流入する排気ガ
ス流速の約７５％となり、第６ヒータセグメン）４１ｆ
　　（＃６）の場合においては約５０％まで低下してし
まう。この結果、最後に通電される第６ヒータセグメン
ト４１ｆに対応したフィルタ部分の再生は、第４図を参
照して説明したように、酸素不足のために不充分となる
。

そこで本実施例においては、最後に通電されるヒータセ
グメントが再生毎に変わり、各ヒータ部分が均一に再生
されるようになっている。

フィルタ１５の再生、すなわち第１および第２開閉弁３
１．３２の開閉および電気ヒータ４１の通電はＥＣＵ　
５１により行なわれる。ＩＥｃＵ　５１は第６図に示す
ように入力ポート５２、出力ポート５３、メモリ５４、
および中央演算処理装置（ＣＰＵ）５５を備え、これら
はバス５６により相互に接続される。入力ポート５２は
エンジン回転数センサ４５、アクセル位置センサ４６、
背圧センサ４７に連結され、出力ポート５３は負圧調整
弁３４．３７および各ヒータセグメントに接続されたリ
レー４２ａ＝４２ｂ。

４２　ｃ　、４２　ｄ　、４２　ｅ　、４２　ｆに連結
される。

第７図は、８Ｃ［Ｉ　５１による再生制御ルーチンのフ
ローチャートを示す。このルーチンは所定時間毎に割込
み処理される。

ステップ１０１では、フラグｆが１にセットされている
か否かが判別される。フラグｆは、フィルタの再生処理
が開始される時ステップ１１６において１にセットされ
る。再生処理が行なわれている時、ステップ１０１から
ステップ１２１へ進むが、再生処理が行なわれていない
時、ステップ１０２へ進み、エンジン回転数の積算値Ｎ
ＥＩが読込まれる。

この積算値ＮＥＩは、前回の再生処理の終了時ステップ
１３３において０にリセットされている。この積算値Ｎ
ＥＩが予め定められた最小値より小さい時、バッテリ４
１は充分充電されていないのでフィルタの再生を行なう
ことは好ましくなく、したがってこのルーチンはこのま
ま終了する。積算値ＮＥＩが最小値よりも大きい時、ス
テップ１０４〜１０６が実行され、フィルタの再生時期
になったか否かが判定される。

ステップ１０４では排気管１３内の背圧値ＰＥＭが読込
まれる。ステップ１０５では背圧値ＰＥＭが基準値より
大きいか否かが判別され、基準値より大きい時、フィル
タの再生開始すべくステップ１１１へ進み、基準値より
小さい時、ステップ１０６においてエンジン回転数の積
算値ＮＥＩが基準値より大きいか否かが判別される。積
算値ＮＥＩが基準値より小さい時、まだフィルタの再生
時期ではないのでこのルーチンはこのまま終了するが、
積算値ＮＥＩが基準値より大きい時フィルタの再生処理
を開始すべくステップ１１１へ進む。

ステップ１１１では第１および第２開閉弁３１．３２が
開放される。これにより排気ガスの一部が電気ヒータ４
１側からフィルタ１５へ流入しはじめ、排気ガスの残り
は第１あるいは第２のバイパス管２１．２４を通って大
気中へ放出されるようになる。

ステップ１１２では、前回の再生処理において最初に通
電が開始されたヒータセグメントの番号Ｈ１から１が減
算され、今回の再生処理において最初に通電が開始され
るヒータセグメントの番号Ｈが求められる。しかして今
回の再生処理における最初の通電は、前回の再生処理に
おいて最初に通電されたヒータセグメントの隣りのヒー
タセグメントから開始される。ステップ１１３ではステ
ップ１１２で求められたヒータセグメントの番号Ｈが０
か否かが判別され、０であればステップ１１４において
番号Ｈは６に定められてステップ１１５へ進み、０でな
ければステップ１１４を飛ばしてステップ１１５へ進む
。ステップ１１５では今回の再生処理−１ごおいて最初
に通電されるヒータセグメントの番号Ｈが開始番号Ｈ＋
　として記憶される。ステップ１１６ではフラグｆが１
にセットされ、またカウンタＩが１にセットされる。

ステップ１２１ではフラグＦが０か否かが判別される。

フラグＦは最初０にセットされており、再生処理の開始
時ステップ１２２へ進み番号Ｈのヒータセグメントに対
して通電が行なわれる。これにより、このヒータセグメ
ントの下流側のフィルタ部分の再生が行なわれる。ステ
ップ１２３では、ステップ１２２における番号Ｈのヒー
タセグメントの通電開始から１分経過したか否かが判定
される。

１分経過する前、ステップ１２８においてフラグＦが１
にセットされてこのルーチンが終了するが、１分経過す
ると、ステップ１２４においてフラグＦが０にクリアさ
れ、またステップ１２５においてカウンタ■が１および
ヒータセグメントの番号Ｈが１だけインクリメントされ
る。この番号Ｈが６を越えていれば、ステップ１２６か
らステップ１２７へ進んで番号Ｈは１に定められ、逆に
番号Ｈが６以下であればステップ１２７は飛ばされる。

しかして再生処理中、ステップ１０１からステップ１２
１へ進み、各ヒータセグメントが１つずつ１分間だけ通
電される。全てのヒータセグメントが通電される前、カ
ウンタ■は６以下であり、ステップ１３１においてこの
ルーチンは終了するが、全てのヒータセグメントの通電
が終了すると、カウンタ■はステップ１２５の実行によ
り７に定められており、ステップ１３１からステップ１
３２へ進み、再生処理が終了する。すなわち第１および
第２開閉弁３１．３２が開弁され、またステップ１３３
においてフラグｆおよびエンジン回転数の積算値ＮＥＩ
が０にリセットされる。

表１は第７図に示す制御ルーチンによるヒータセグメン
トの通電の順番の例を示す。

表１ しかして最後に通電されるヒータセグメントは再生処理
毎に１ずつ偏れていき、したがって再生されにくいフィ
ルタ部分は再生処理毎に変わり、全てのフィルタ部分は
均一に再生される。すなわち、特定のフィルタ部分に目
詰りが生じることが防止され、またフィルタが溶損する
おそれがなくなる。また、フィルタに目詰りが生じると
排気ガス流速が低下するため、ヒータセグメントの温度
が上昇しやすくなるが、本実施例によれば温度が過上昇
するヒータセグメントは１つに固定されないため、各ヒ
ータセグメントの耐久性が向上する。

表２、表３はヒータセグメントの通電の順番の第２およ
び第３の例を示す。

表２ 表３ 表２、表３の例によっても再生処理毎に最後に通電され
るヒータセグメントが変わり、表１の例と同様な効果が
得られる。

第８図は本発明の実施例を適用した排気系の他の例を示
す。第２図に示す排気系と異なる構成を説明すると、フ
ィルタ１５を収容する拡径部１４の上流側と下流側はバ
イパス管２８により連結され、バイパス管２８には開閉
弁３８が設けられる。

開閉弁３８は、通常の捕集時、開弁しているが、フィル
タの再生時開弁する。その他の構成および作用は、上述
した実施例と同様である。

なお、ヒータ４１は６個のヒータセグメントに分割され
る必要はなく、その数は任意に選定される。

〔発明の効果〕

以上のように本発明によれば、フィルタ全体にわたって
均一に再生され、特定のフィルタ部分に目詰りを生じた
り、またフィルタが溶損するおそれがなくなる。

【図面の簡単な説明】 第１図は発明の構成図、 第２図は本発明の一実施例を適用した排気系の一例を示
す断面図、 第３図はヒータおよびフィルタの斜視図、第４図はフィ
ルタ再生率と排気ガス流速の関係を示すグラフ、 第５図は各ヒータセグメントにおける排気ガス流速を示
すグラフ、 第６図はヒータの通電制御を行なうためのシステムの構
成図、 第７図はフィルタの再生制御を行なうルーチンのフロー
チャート、 第８図は排気系の他の例を示す断面図である。 １５・・・フィルタ、　　４１・・・ヒータ、４２・・
・リレー、　　　４２・・・バッテリ、５１・・・制御
回路。 第２図 第３図 排気ガス流速（町４８ｏ） 第４図 第５図 第　７　図　（そのｌ） 第　７　図　（その２）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １．排気ガス中のパティキュレートを捕集するフィルタ
   の再生装置であって、上記フィルタに近接して設けられ
   、複数のヒータセグメントから成り、通電されて発熱す
   るヒータと、このヒータに通電するための電源と、上記
   各ヒータセグメントを順番に通電し、再生毎に、最後に
   通電されるヒータセグメントを変える制御手段とを備え
   ることを特徴とするディーゼル排気浄化用フィルタの再
   生制御装置。