JPH01313611A - パティキュレートトラップの再燃焼装置 - 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、パティキュレートトラップの再燃焼装置に関
し、特にパティキュレートトラップ（以下、単にトラッ
プと略称する）の再燃焼の終了時を＠御する装置に関す
る。

〔従来の技術〕

従来のトラップの再燃焼装置で再燃焼終了を制御する周
知のものとしては、例えば特開昭６１−１８１６号公報
の装置がある。この装置においては、再燃焼開始から一
定の時間が経過すると再燃焼が終了したと判定し再燃焼
動作を終了させている。

ところが、最適な再燃焼時間は、パティキュレートの捕
Ｓｔ、トラップの温度、排気ガス流量等によって変わる
ので、上記の特開昭６１−１８１６号公報の装置のよう
に、これを一定に設定すると下記のような問題点があっ
た。

即ち、設定時間が長過ぎると、再燃焼が終了しているに
もかかわらずトラップは依然再燃焼状態に保持され、バ
イパス弁が開き続けていることによりバイパス管を介し
てパティキュレートを大気中に放出し続ける０反対に設
定時間が短か過ぎると捕集されたパティキュレートが全
て再燃焼しない内にトラップを捕集状態に戻してしまう
ことになる。従って、燃え残ったパティキュレートがド
ライ化して燃え難くなり、ますます再燃焼が困難となる
とともに燃え残りがあるため短い時間で捕集終了状態と
なり再燃焼の回数が増える（パティキュレートを大気中
に放出する機会が増える）という問題点があった。

そこで、本出願人は、これらの問題点を解決するものと
して特願昭６１−２８０３０９号の装置を優案した。

この装置を第３図に基づいて簡単に説明すると、通常の
パティキュレート再燃焼時に、制御手段（ＣＰＵ）１４
はトラップｌの人口部及び出口部にそれぞれ設けた０８
　（酸素）センサ２ａ、２ｂによってトラップｌの人口
部及び出口部における各排気ガス中の０．濃度をその濃
度に比例した電圧値として検出し、比較している。

排気ガス中の０□漠度は、パティキエレー）ｈＷ集時に
はトラップｌの入口部と出口部で同じ値となっている。

しかし、再燃焼時にはトラップｌ内で排気ガス中の０．
が再燃焼によって消費されることからトラップｌの入口
部より出口部での０２濃度が低くなり、トラップ１前後
のＯｆ濃度差が太き（なる、その後、再燃焼工程が終わ
りに近づくにつれて０□の消費量が減るので、入口部と
出口部でのｏｚｔＡ度差は小さくなり、燃焼が終了する
と再び捕集時と同様に同じ値に戻る。

そこで、制御手段１４は、再燃焼を開始してから０２セ
ンサ２ａ、２ｂの出力が等しくなった時、再燃焼が終了
したと判定し、人口弁７及びバイパス弁９を第３図の実
線で示すパティキュレート捕集状態に戻し、再燃焼動作
を終了させる。

このようにして、パティキュレートの再燃焼状態に応じ
て再燃焼の終了時期の１ｉｎｔを行っていた。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記の特願昭６１−２８０３０９号に開示した装置で用
いた０２センサはリーン空燃比（Ａ／Ｆ）センサとも呼
ばれるもので第４図に一例を示す如くポンプセルｌ、こ
のポンプセルｌの両側に設けた白金電極２、スペーサ３
、センサセル４、このセンサセル４の両側に設けた白金
電極５、センサセル４に発生する電圧を検出するための
電圧計６とポンプセルｌの電源回路７とで構成されるも
のである。

このＡ／Ｆセンサによって排気ガス中の０８濃度を検出
するときは、ポンプセルｌに電圧を加えリーク孔りから
スペーサ３の空間■（測定室）の０□を汲み出すことに
より電極５の両側に生ずる０□濃度差に応じてセンサセ
ル４に発生する！圧を監視し、電圧が所定の値になった
ときポンプセル１に流れる電流を測定する。このときの
ポンプセルｌに流れる電流は排気ガス中の０□濃度に比
例するので、この電流から０□濃度を検出することがで
きる。

ところが、上記のＡ／Ｆセンサは、その原理上、センサ
周囲の圧力、排気ガスの流れにより出力（第４図ではＶ
ｓ）が変化するものである。

このため、ガス流量等の周囲の影響を受けにくい構造に
すると、今度は応答性が悪（なるという欠点がある。

従って、必要な応答性を確保しつつできるだけ周囲の影
響を受けないように構成する必要があるが、両者をうま
く両立させることができず、Ａ／Ｆセンサの出力には実
際の０２濃度に対して誤差が生じてしまうという精度上
の問題点があった。

また、Ａ／Ｆセンサ自体の構成が複雑なため、故障の発
見が難しくコストも高（なるという問題点もあった。

更に、特願昭６１−２８０３０９号の装置では、トラッ
プ前後の０．ｎ度差を検出して再燃焼終了を判定する必
要があるため、上記のような高価な０２センサ（Ａ／Ｆ
センサ）を２個用いなければならない問題点があった。

そこで、本発明の目的は、Ａ／Ｆセンサとしての０８セ
ンサを使用せずに再燃焼終了の判定を行うことができる
高精度で構成が簡単なパティキュレートトラップの再燃
焼装置を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記の目的を達成するため、本発明に係るパティキュレ
ートトラップの再燃焼装置は、パティキュレートトラッ
プの出口部及び該トラップのバイパス管からの各排気ガ
スに接するように配置されてその０．′ａ度差を検出す
るＯ１濃淡電池と、該０２濃度差が終了判定値より小さ
くなったときに再燃焼を終了させる制御手段と、を備え
ている。

〔作　　用〕

本発明において、トラップの再燃焼時期が来て通常の如
く電気ヒーター等によりトラップの再燃焼工程を開始さ
せた後、制御手段は、トラップの出口部及びバイパス管
からのそれぞれの排気ガスに接するように設置されたＯ
２濃淡電池によって検出された各排気ガス中の０□濃度
の差を読み込む、そして、このＯオ濃度差を、再燃焼終
了判定のため予め記憶していた判定値と比較し、この判
定値より小さくなった時に再燃焼が終了したと判定し再
燃焼工程を終了させる。

このようにして、Ａ／Ｆセンサを用いずに１個の０．濃
淡電池によって精度よく再燃焼の終了を判定している。

〔実　施　例〕

以下、本発明に係るパティキュレートトラップの再燃焼
装置の実施例を説明する。

第１図は、本発明の一実施例を示したもので、ｌはトラ
ップ、２は０．濃淡電池、３は排気管、４はトラップｌ
の入口側前面に取り付けられた電気ヒーター、５は電気
ヒーター４の電源Ｂを投入するためのヒーターリレー、
６はトラップの入口側に設置された温度センサー、７は
トラップ１へ流入するエンジンからの排気ガスを開閉す
るトラップ人口弁、８はトラップｌを側路するバイパス
管、９はバイパス管への排気ガス流を開閉するバイパス
弁、１０及び１１は弁７及び９をバキュームポンプＶＰ
からの負圧により開閉制御するバキュームスイッチング
弁（ＶＳＶ）　、ｌ　２はトラップｌの入口側圧力（対
大気圧）を検出する入口圧センサ、１３はトラップＩの
圧力損失、即ち前後差圧を検出する差圧センサ、そして
１４は、０８濃淡電池２、センサ６．１２及び１３の検
出信号に応答してヒーターリレー５及びスイッチング弁
ｌ０１１１に１１１ｍ信号を送る制御手段としてのコン
トローラである。

尚、Ｏ２濃淡電池２はトラップＩの出口部とバイパス管
８をそれぞれ流れる排気ガスに電極２２．２３が接する
よう配置されている。

第２図はコントローラ１４で実行されるプログラムのフ
ローチャートを示す図で、この第２図のフローチャート
を参照しながら、以下、第１図のパティキュレートトラ
ップの再燃焼装置の動作を説明する。

通常のパティキュレート捕集時は、排気ガスをトラップ
ｌの側にのみ流すようにコントローラ１４は大口弁７及
びバイパス弁９を第１図に示す通り制御する。

この状態でコントローラ１４は常に人口圧センサ１２及
び差圧センサ１３の出力信号Ｐ及びＰ。

をそれぞれ入力する（第２図のステップＳｌ）。

次に、これら圧力の比Ｐ、／Ｐと予め記憶していたパテ
ィキュレートの許容捕集核層を示す圧力比の基準値にと
を比較する（同ステップＳ２）。

そして、基準値に≦Ｐ、／Ｐとなった時をパティキュレ
ートの捕集完了状態と判断してトラップｌの再燃焼工程
を開始させる。

尚、パティキュレート捕集完了状態の判定は、上記のよ
うな圧力比によらずに、所定の走行距離又は所定の時間
経過によって行ってもよいし、これらを組み合わせて行
ってもよい、これらはいづれも周知の技術でｉる。

再燃焼工程は種々良く知られているが、第２図の実施例
で説明すると、コントローラ１４は、バイパス弁９を開
き、トラップｌの入口弁７を閉じるとともにヒーターリ
レー５を介して電気ヒーター４に通電しガス温度を上昇
させると同時にタイマ（図示せず）をスタートさせる（
同ステップＳ３）、弁７．９の制御は、それぞれ組み合
わされたスイッチング弁ＩＯおよび１１のソレノイドに
一定のデエーティ比をコントローラ１４から与えること
により為される。

次に、トラップ１の入口温度センサ６の検出温度が所定
値Ｔ１に達したか否かをチエツクしくステップＳ４、Ｓ
５）、その所定値に達しないときには、所定値に達する
までステップＳ４、Ｓ５を繰り返す、このとき、入口弁
７が閉じているためトラップｌの人口温度は必ず上昇し
て行きその所定値を越えた時は、大口弁７を０１だけ開
きトラップ１に排気ガスを流す（同ステップＳ６）。

次に、コントローラ１４は、トラップ前後差圧Ｐ１を検
出しく同ステップＳ７）、この差圧Ｐ１を予め記憶して
おいた設定値Ｐ、（これは、再燃焼に最適な排気ガス量
をトラップｌに流すための、実験等で求めたトラップｌ
の基準前後差圧）に合わすため、周知のＰＩＤ動作１１
１１／ｎを用いる。

即ち、検出差圧Ｐ１を設定値Ｐ、に合わすための大口弁
７の開度変更！（角度）Δθを下記のＰＩＤ動作式（１
）に基づいて演算する（同ステップＳ８）。

Δθ；に、×ΔＰ、＋ＫＩＸΔＰ。

＋Σ（Ｋｌ　ｘΔＰａ−１） ＋　Ｋ　ｅ　Ｘ　（Ｐ　ａ　　Ｐ　ａ−＋　）　　・・
・（りここで、 Δθ：今回の人口弁７の開度変更量（角度）、Ｐ、：今
回の検出差圧（ｎ＝１．２・・・・）Ｐａ−＋：前回の
検出差圧、 ΔＰ、：設定差圧Ｐ、とＰ、との差、 Ｋ、：比例定数、 Ｋｌ　　ｉＭ分定数、 Ｋ、：微分定数、である。

そして、大口弁７の開度をθ、＋Δθとする（同ステッ
プＳ９）。

このようにして再燃焼工程を進め、入口温度がステップ
Ｓ３で所定値に達しｔから所定時間Ｔ。

経過した時（同ステップ５ｌＯ）、電気ヒーター４をオ
フにする（同ステップ３１１）。

続いて、再燃焼が終了したか否かをチエツクするため０
．濃淡電池２の出力電圧Ｅを読み込む（同ステップ３１
２）。

ここで、本実施例に用いる０ｔｌｌ淡電池２について説
明すると、例えば、第１図に示す如く０よイオン導電体
である安定化ジルコニア２１の両側にガス極として多孔
質白金２２．２３を取り付けた構成のものが良く知られ
ている。そして、０゜分圧Ｐａｔ”　、Ｐｅｇ”のガス
が安定化ジルコニア２１の両側に接すると０２濃淡電池
となって、両ガス極２２．２３に次のネルンスト（Ｎｅ
ｒｎｓｔ　）の弐〇）による起電力Ｅが発生する。

Ｅ　−（ＲＴ／４Ｆ）　Ｉｎ（Ｐｓｘ”　／　Ｐ　ａｘ
ｏ＞−−−−−（２）ここで、Ｆ：ファラデ一定数、 Ｒ：気体定数、 Ｔ：絶対温度、 Ｐｏｚ’　、Ｐｅｒ°゛：０才分圧、である。

従って、白金電極２３に接するトラップｌの出口からの
排気ガス中のＯ！分圧をＰ＠Ｍ’、白金電極２２に接す
るバイパス管８からの排気ガス中の０２分圧をＰ、オ゛
°とすれば、それぞれの０３分圧間に差（ｉ１ｍ度差）
があるときほそめ分圧比（ｐ、、”／Ｐ、、”）に対応
した電圧Ｅが検出できることになる。一方、各排気ガス
中の濃度が等しいときは、Ｐ、２°’／　Ｐ　ａｔ’　
＝　１　トｔＸＺｓ（１）テ、上記式（２）においてＩ
ｎ１＝０から起電力巳はゼロとなる。

次に、コントローラ１４は、検出した電圧Ｅと予め記憶
している再燃焼終了判定のための設定電圧Ｅ、とを比較
する（同ステップＳ　１３）　。

ここで、上記の設定電圧已、について説明すると、再燃
焼終了の判定は、本来ならばトラップｌの出口部及びバ
イパス管８からの排気ガス中の０゜濃度が同一になった
とき、即ち、０８濃淡電池２の出力Ｅがゼロとなったと
きに行うべきである。

しかし、再燃焼工程が終わりに近づくと燃焼が緩やかに
なるので、Ｏ２濃淡電池２の出力電圧Ｅがゼロに近づい
て行く速度が遅くなり、殆ど再燃焼は終了しているが出
力電圧Ｅはゼロでないという状態が続いてしまい、Ｅ＝
０である再燃焼終了の判定は、長時開枠たないと下すこ
とができない。

しかし、この間もバイパス弁９は開いているので、排気
ガスの大部分をバイパス弁９を通しバイパス管８から大
気中に放出し続けることになる。

そこで、再燃焼終了判定値としてＥ、を設定する。この
Ｅ、は、トラップｌの出口部及びバイパス管８からの各
排気ガス中の０重連度の差がＥ。

に対応するだけ存在しても、その時点で再燃焼を終了さ
せることが実用上問題ないとして設定した値であり、Ｅ
、！−ｉｏで且つ巳、〉０となる値である。

このようにしてステップ３１３で検出したＯｔ濃淡電池
２の出力Ｅと判定値Ｅ、とを比較（同ステップ３１３）
Ｌ、Ｅ≧Ｅ、のときは、ステップ５７〜３１３を繰り返
すが、Ｅ　＜　Ｅ　＠になると、コントローラ１４は、
再燃焼終了と判定する。

そして、ステップＳ３で電気ヒーター４をオンとしてか
ら所定時間Ｔ、経過したか否かを再度チエツクしく同ス
テップ３１４）、経過していない時のみ電気ヒーター４
をオフとする（同ステップ３１５）、これらのステップ
Ｓ１４．３１５を実行する理由は、パティキュレート捕
集量がたまたま少なく、再燃焼が上記の所定時間Ｔ、よ
り短い時間で終了することがあり、この再燃焼終了時以
降の通電は不必要となるからである。

そして、最後に、第１図に示す如く、大口弁７を開くと
ともにバイパス弁９を閉じる（同ステップ５１６）。

この後は、再びトラップ１によるパティキュレート捕集
状層に戻る。

尚、上記の実施例においては、０８濃淡電池２をトラッ
プ１の出口部とバイパス管８との間に設置しているが、
バイパス管８側は、トラップｌからの排気ガスとバイパ
ス管８からの排気ガスが合流する点より上流ならばどこ
に接続しても構わない。

また、トラップｌの前後差圧の検出ｆＩｉｐ、を設定値
Ｐ、に合わせるための＠御を上記のようにＰＩＤ動作＠
御によって行ったが、他の周知の制御方法を用いても同
様に行うことができる。

〔発明の効果〕

以上のように、本発明に係るパティキュレートトラップ
の再燃焼装置では、トラップの出口部及びバイパス管か
らの各排気ガス中の０８−ａ度の差を１個の０８濃淡電
池によって検出し、この０２濃度差に基づいて再燃焼終
了を制御するように構成したので下記の効果が得られる
。

ｉ）精度のよい再燃焼終了＠御を行える。

１ｉ）Ｏオ濃淡電池１個でＯ１濃度差を検出するので、
構成が単純なため故障しても、その発見・修理を簡単に
行うことができる。

ｉ）低コストで実現できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に係るパティキュレートトラップの再
燃焼装置の一実施例を示すハードウェア構成図、 第２図は、本発明において第１図に示したコントローラ
で実行されるプログラムのフローチャート図、 第３図は、本出願人に係る特願昭６１−２８０３０９号
の装置のハードウェア構成図、 第４図は、Ｏｔセンサ（Ａ／Ｆセンサ）の構成を示す概
略図、である。 第１図において、１はトラップ、２はＯ２濃淡電池、８
はバイパス管、１４はコントローラ、をそれぞれ示す。 尚、図中、同一符号は同−又は相当部分を示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　パティキュレートトラップの出口部及び該トラップの
   バイパス管からの各排気ガスに接するように配置されて
   そのＯ＿２濃度差を検出するＯ＿２濃淡電池と、該Ｏ＿
   ２濃度差が終了判定値より小さくなったときに再燃焼を
   終了させる制御手段と、を備えたことを特徴とするパテ
   ィキュレートトラップの再燃焼装置。