JPH0219535Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 ［考案の利用分野］ 本考案は、エンジンの排気中に含まれる微粒子
を捕集する微粒子捕集装置、特にフイルタに捕集
された微粒子がヒータにより着火燃焼されること
によりフイルタの再使用が可能となる微粒子捕集
装置に関するものである。

［背景技術］ デイーゼルエンジンにおいてはその排気中に微
粒子が含まれることがある。この微粒子は燃料の
不完全燃焼などにより発生し、カーボン、炭化水
素、金属等から成り、可燃性を有する。

そして上記微粒子が含まれる排気が車両からそ
のまま排出されると、排気が黒色煙状となり、ま
た不快な臭いを伴なう。

従つて、この様な排気をそのままエンジンから
排出させることは清浄で快適な環境を保つ上で不
都合である。

この種の装置では、排気中に含まれた微粒子が
フイルタにより捕集されて排気の清浄化が行なわ
れている。

またフイルタに所定量の微粒子が捕集蓄積され
てエンジンの出力が低下する前の所定時期に最上
流の捕集微粒子がヒータにより着火される。そし
てその着火微粒子が火種となつて下流の捕集微粒
子が排気中の酸素により自己燃焼する。この燃焼
によりフイルタの再生が終了し、微粒子の捕集が
再び可能となる。

しかしながら従来のこの種の装置においては、
ヘツドランプの点灯時にヒータへのの通電が開始
されあるいは停止されると、車載電源の負荷容量
が変動してヘツドランプに対する供給電圧が急激
に変化していた。このため運転者が照明の明るさ
変化を視認でき、車両に対して不安を感ずるとい
う不都合があつた。

［考案の目的］ 本考案は上記事情に鑑みて為されたものであ
り、その目的は、ヘツドランプの点灯時にヒータ
への通電が開始されあるいは停止されてもヘツド
ランプ照明の明るさ変化を抑制できる微粒子捕集
装置を提供することにある。

［考案の概要］ 本考案に係る微粒子捕集装置は、エンジンの排
気中に含まれる微粒子を捕集するフイルタ及びフ
イルタに捕集された微粒子に着火するヒータを含
むトラツプと、ヘツドランプの点灯を検出する点
灯検出器と、ヒータに所定の着火電流値を供給す
る電源回路と、ヘツドランプ点灯状態でヒータへ
電流を供給するときは徐々に前記所定の着火電流
値まで増加させヒータへの電流の供給を停止する
ときは徐々に減少させた後遮断させる制御手段
と、を有している。

従つて、ヘツドランプの点灯状態ではヒータへ
着火するための着火電流値を徐々に供給するの
で、ヘツドランプへの供給電圧の急激な低下を防
止することができ、微粒子の燃焼効率を低下させ
ることもない。

また、ヒータへの通電の停止時においてもヒー
タへ供給されている着火電流値を徐々に小さくす
るので、ヘツドランプの明るさの急激な変化を防
止することができる。

［考案の実施例］ 以下図面に基づいて本考案に係る装置の実施例
を説明する。

第１図には本実施例装置の全体構成が示されて
いる。

同図においてデイーゼルエンジン１０の吸気側
には吸気絞り弁１２が設けられており、吸気絞り
弁１２はアクチユエータ１４により駆動されてい
る。更にデイーゼルエンジン１０に対する燃料噴
射量を制御する燃料噴射弁１６が設けられてお
り、また排気を吸気側に環流するEGR弁１８が
吸排気間に設けられている。

そしてデイーゼルエンジン１０の排気経路中に
トラツプ２０が設けられている。

このトラツプ２０のケーシング２２は両端が絞
り込まれた断面略楕円形の柱状に形成されてい
る。このケーシング２２内にはフイルタ２４が充
填されている。そしてフイルタ２４はデイーゼル
エンジン１０の排気中に含まれる微粒子（パテイ
キユレート）を捕集でき、その微粒子はフイルタ
２４の排気入口から出口方向へ徐々に蓄積する。
またケーシング２２内でフイルタ２４のデイーゼ
ルエンジン１０側端面にはフイルタ２４に捕集さ
れた微粒子を着火するヒータ２６が設けられてい
る。

なお、本実施例の上記フイルタ２４には発泡セ
ラミツクが用いられており、フイルタ２４は互い
に連通する多数の楕円形空孔を有する三次元網目
構造骨格とされている。

また本実施例の上記ヒータ２６は第２図に示さ
れる様に端子２８−１，２８−２に接続された電
熱線３０−１，３０−２，３０−３，３０−４，
３０−５，３０−６，３０−７，３０−８を有し
ている。なお、ヒータ２６は車両のボデイに接地
されている。

このヒータ２６には電源回路から着火電流が供
給されており、その電源回路は第１図においてチ
ヨツパ回路３２及びECU３４から構成されてい
る。チヨツパ回路３２は電源主回路を構成するも
のでバツテリ３６の出力電流をチヨツプするスイ
ツチングトランジスタ３８，４０から成り、その
チヨツプ動作はマイクロコンピユータを中心とし
て構成されたECU３４により制御されている。

更に第１図においてトラツプ２０をバイパスし
て排気通路４２が形成されており、この排気通路
４２には排気流量調節弁４４が設けられている。
この排気流量調節弁４４はダイヤフラム４６によ
り開閉駆動されており、ダイヤフラム４６は
VSV４８，５０により駆動されている。そして
VSV４８は図示されていないバキユームポンプ
に連結され、またVSV５０は大気に開放されて
おり、両者はECU３４により制御されている。

以上の様にECU３４はデイーゼルエンジン１
０、ヒータ２６、排気流量調節弁４４の制御を行
なつているが、それらの制御を行なうために
ECU３４には各種の検出信号が供給されている。

第１図において、吸気絞り弁１２の開度が開度
センサ５２によりまたデイーゼルエンジン１０の
吸気側圧力が圧力センサ５４により、更にエンジ
ン水温が温度センサ５６により、そしてエンジン
負荷が負荷センサ５８により各々検出されてい
る。

またデイーゼルエンジン１０の回転数が回転数
センサ６０により、更に車速が車速センサ６２に
より、そして排気中の酸素濃度がO₂センサ６４
により各々検出されている。

更にデイーゼルエンジン１０からトラツプ２０
へ排出される排気の温度が温度センサ６６によ
り、またその圧力が圧力センサ６８により各々検
出されている。そしてヘツドライトの点消灯を行
なうライトコントロールスイツチ７０の操作の有
無が操作センサ７２により検出されている。

ECU３４は以上の開度センサ５２、圧力セン
サ５４、温度センサ５６、負荷センサ５８、回転
センサ６０、車速センサ６２、O₂センサ６４、
温度センサ６６、圧力センサ６８、操作センサ７
２の各種検出信号に基づいてデイーゼルエンジン
１０の制御を行なえる様に、また以下の制御を行
なえる様に構成されている。

ECU３４はフイルタ２４の圧力損失が所定値
を越えたときにチヨツパ回路３２がヒータ２６に
着火電流を供給する様にチヨツパ回路３２を制御
できる。

本実施例においてこの制御は負荷センサ５８、
回転数センサ６０、圧力センサ６８の検出信号に
基づいて行なわれている。

ECU３４のROM中には第３図の特性Ｐが格納
されており、同図において横軸にはエンジン回転
数検出値Ｎが、また縦軸にはエンジン負荷検出値
が各々とられている。ECU３４は負荷センサ５
８、回転数センサ６０の検出信号から特性Ｐを利
用して排圧基準値POを求め、この基準値POを圧
力センサ６８の検出値が越えたときにチヨツパ回
路３２がヒータ２６に着火電流を供給する様にチ
ヨツパ回路３２の制御を行なうことが可能であ
る。

またECU３４は、トラツプ２０が排気により
暖められるまでヒータ２６に対する着火電流の供
給を禁止し、暖められたときに着火電流の供給を
初めて開始する様にチヨツパ回路３２を制御でき
る。

この制御には温度センサ６６及び温度センサ５
６の検出信号が利用されており、ECU３４はデ
イーゼルエンジン１０の始動後所定時間が経過
し、トラツプ２０に供給される排気の温度が所定
値以上となつたことを温度センサ６６の検出信号
により確認し、更にエンジン冷却水の温度が所定
値以上となつたことを確認したときにトラツプ２
０が暖まつたと判断してヒータ２６に対する着火
電流の供給を開始制御できる。

なお、ヒータ２６に対する着火電流の開始制御
に際し、ECU３４は車速の積算値及びエンジン
回転数の積算値（例えば20万回転）が各々所定の
値を越えて圧力センサ６８が誤動作していないこ
とを予め確認できる。

そしてECU３４はヒータ２６により着火した
捕集微粒子の燃焼が良好に行なわれる様に排気流
量調節弁４４の開度を調整してトラツプ２０を流
れる排気の流速を制御している。

またECU３４はこのときO₂センサ６４、温度
センサ６６の検出信号に応じ排気流量調節弁４４
の開度調整によりトラツプ２０を流れる排気の流
速を低減してトラツプ２０の溶損を防止できる。

更にECU３４はヘツドランプ点灯時には電源
電圧に相関する値となる様に上記着火電流の値を
制御している。

本実施例においては、バツテリ３６の出力電圧
がエンジン回転数に依存するので、回転数センサ
６０の検出信号すなわちエンジン回転数に応じて
ヒータ２６に供給される着火電流の値が制御され
ている。すなわち、エンジン回転数が低いときに
は着火電流のデユーテイ比Ｄが減少されてその値
が低減され、またエンジン回転数が高いときには
そのデユーテイ比Ｄが高められてその値が増加さ
れる。このとき、着火電流の値Ｉはそのデユーテ
イ比Ｄにより第４図の特性１００に従つて制御さ
れる。その結果、バツテリ３６の出力電圧はほぼ
一定に制御される。

またECU３４は、ヘツドランプ点灯時にはヒ
ータ２６に対する着火電流の値を徐々に増減制御
できる。

本実施例のECU３４は操作センサ７２の検出
信号によりヘツドランプの点灯状態を検知してお
り、第５図の特性１０２により示される様に着火
電流のデユーテイ比Ｄを時間の経過と共に徐々に
増減制御している。更にECU３４は電熱線３０
−１，３０−２，３０−３，３０−４，３０−
５，３０−６，３０−７，３０−８が所定の順序
で１本ずつ通電される様に、また最後の電熱線３
０が非通電とされるときにはその着火電流の値が
徐々に減少される様に、チヨツパ回路３２のスイ
ツチングトランジスタ３８，４０をデユーテイ制
御できる。

本実施例は以上の構成から成り、以下その作用
を説明する。

第６図にはECU３４の処理全体を説明するメ
インルーチンが示されておりデイーゼルエンジン
１０の制御処理（ステツプ２００）、トラツプ２
０の再生処理を含む処理が繰り返して行なわれて
いる。

上記ステツプ２００では、アクセルペダルの踏
込量すなわち噴射ポンプのレバー開度とエンジン
回転数とに基づいて燃料の基本噴射量及び噴射時
期がまず求められている。そしてエンジン冷却水
温度、吸気温度等に基づいて基本噴射量及び噴射
時期に対して補正が行なわれ、それらを利用する
ことによりデイーゼルエンジン１０の出力制御が
行なわれている。

デイーゼルエンジン１０の運転中、排気流量調
節弁４４が閉じられて排気がトラツプ２０側に導
かれており、したがつて排気中に含まれる微粒子
はフイルタ２４の上流面から下流方向へ向つて
徐々にフイルタ２４内に捕集され、フイルタ２４
に蓄積される。

その結果車両からは微粒子が含まれない清浄な
ガスが排出され、周囲に悪影響を与えることが防
止される。

また上記ステツプ２０２においてはまず第７図
の処理が行なわれる。

この第７図の処理では、以下の様にしてフイル
タ２４に所定量の微粒子が捕集されたか否かが判
定される。

第７図においてECU３４はフイルタ２４の圧
力損失が所定値を越えたか否かを判定するため
に、負荷センサ５８、回転数センサ６０の検出信
号から第３図の特性Ｐを利用して基準値POを求
め、この基準値POを圧力センサ６８の検出値が
越えたか否かを判定する（ステツプ３００）。

このとき圧力センサ６８の検出値が基準値PO
を越えたと判定されたときにはフイルタ２４の圧
力損失が所定値を越えてフイルタ２４に所定量の
微粒子が捕集されており、デイーゼルエンジン１
０の出力損失がある程度まで増加している。

次いでECU３４は、デイーゼルエンジン１０
の回転数積算値と車速積算値が各々設定値を越え
たか否かを判定する（ステツプ３０２，３０４）。

ステツプ３０２でデイーゼルエンジン１０の回
転数積算値が設定値を越えていないと判定された
ときにはステツプ３００の判定が、またステツプ
３０４で車速積算値が設定値を越えていないと判
定されたときにはステツプ３００，３０２の判定
が各々一旦無効とされる。

ステツプ３０６ではステツプ３０２，３０４で
一旦無効とされたステツプ３００，３０２の判定
に対して吟味が行なわれる。ステツプ３０２，３
０４で各々使用される積算値がそれまでに揮発し
た場合も考えられるからである。なお、ステツプ
３００で使用される基準値P0が破壊されず、ス
テツプ３０２，３０４で各々使用される積算値が
揮発するおそれのないときにはステツプ３０２，
３０４，３０６は省略することが好ましい。また
ステツプ３００，３０２，３０４のいずれかの処
理のみで他のステツプの処理を省略することも可
能である。

この様にしてフイルタ２４に微粒子がある程度
蓄積されたことが検知された場合、引き続いて微
粒子の捕集が進められると、排気側での損失が増
大してデイーゼルエンジン１０の出力が低下する
のでフイルタ２４に捕集された微粒子が以下の様
にしてヒータ２６により着火されて燃焼される。

本装置においては、ヒータ２６に対する着火電
流の供給は、トラツプ２０が排気により暖められ
るまで禁止され、暖められたときに初めて開始さ
れる。

第８図において、まずデイーゼルエンジン１０
が始動されてから所定時間が経過して排気系が暖
められたことが確認される（ステツプ４００）。

次いでトラツプ２０にデイーゼルエンジン１０
から排出される排気の温度が所定の温度以上であ
ることが温度センサ６６の検出信号により確認さ
れる（ステツプ４０２）。

更にデイーゼルエンジン１０の冷却水温度が60
℃以上であることが温度センサ５６の検出信号に
より確認される（ステツプ４０４）。

この様に本実施例では、デイーゼルエンジン１
０の運転が開始されてから所定時間経過し、排気
が所定温度以上となり、そして冷却水温が60℃以
上となつたときにトラツプ２０が暖められたとの
判断が行なわれ、その後初めてフイルタ２４に捕
集された微粒子の着火燃焼処理が開始される（ス
テツプ４０６）。

なお、トラツプ２０の温度あるいは排気系の温
度を直接検出する温度センサを設けてその検出信
号によりトラツプ２０が暖められたことを確認す
る様にしても良い。

以上の様に本実施例では、トラツプ２０が暖め
られてからフイルタ２４に捕集された微粒子の燃
焼が開始されるので、ケーシング２２、フイルタ
２４に熱応力が発生することが防止され、それら
の破損が回避される。

次に上記ステツプ４０６の処理についての説明
を行なう。

第９図においてステツプ４０６の処理は、フイ
ルタ２４に捕集された微粒子の着火を制御する処
理（ステツプ５００）と、排気流量調節弁４４の
開度を調節制御する処理（ステツプ５０２）とに
分かれ、両処理が同時に開始される。

第１０図にはステツプ５００の着火処理が示さ
れており、まずヘツドランプの点灯の有無が操作
センサ７２の検出信号により判断される（ステツ
プ６００）。

そしてヘツドランプが点灯しているとの判定が
行なわれた場合には、デイーゼルエンジン１０の
回転数が高いかあるいは低いかが回転数センサ６
０の検出信号により判定される。本実施例ではデ
イーゼルエンジン１０の回転数が1000rpm以上の
ときには高いとの判定が、また未満であるときに
は低いとの判定が行なわれている（ステツプ６０
２）。

更に前記ステツプ６００でヘツドランプが点灯
していないと判定されたときにはヒータ２６に供
給される着火電流のデユーテイ比が大きな値に設
定され（ステツプ６０４）、またヘツドライト点
灯時でエンジン回転数が高いと判定されたときに
は着火電流のデユーテイ比が中位の値に設定され
（ステツプ６０６）、そしてヘツドライト点灯時で
エンジン回転数が低いと判定されたときには着火
電流のデユーテイ比が小さな値に設定される（ス
テツプ６０８）。

その後以上の様にして設定されたデユーテイ比
とされた着火電流の供給が開始される（ステツプ
６１０，６１２）。

そしてステツプ６０６，６０８で設定されたデ
ユーテイ比とされた着火電流の供給が開始された
場合には、そのデユーテイ比は第５図に示される
様に次第に増加され、また各電熱線３０−１，３
０−２，３０−３，３０−４，３０−５，３０−
６，３０−７，３０−８は所定の順序で点火され
る（ステツプ６１４）。

このときヒータ２６の点火時間が監視されてお
り、所定時間が経過したとの判定が行なわれると
（ステツプ６１６）、ヒータ２６の点火が終了され
る（ステツプ６０８）。なお、このヒータ２６の
点火終了後、各電熱線３０−１，３０−２，３０
−３，３０−４，３０−５，３０−６，３０−
７，３０−８の順次点灯が行なわれていたときに
は、最後の電熱線３０に供給されている着火電流
のデユーテイ比は、前述した着火電流の供給開始
時（第５図）とは時間的に逆の特性で徐々に低減
制御される。

次に第９図の前記ステツプ５０２で行なわれる
弁制御処理について説明する。

フイルタ２４に捕集された微粒子がヒータ２６
により着火される際には、排気通路４２に設けら
れた排気流量調節弁４４が一時的に開かれて大部
分の排気が該排気通路４２に流され、トラツプ２
０に流れる排気の量が制限される。

これによりトラツプ２０に流れる排気の流速が
低減されてフイルタ２４に捕集されている微粒子
の着火及び燃焼がスムーズに行なわれる。

また、排気中の酸素濃度が高くなつた所定の排
気温度条件下では、排気流量調節弁４４が強制的
に開制御される。この制御は次の理由により行な
われている。

フイルタ２４に十分な量の微粒子が捕集された
状態で急登坂走行、高速走行等の高負荷運転が連
続的に行なわれた場合、排気温度は相当な高温と
なり、また排気中の酸素濃度は燃料噴射量が多い
ので少ない。

この高負荷運転中にアクセルペダルが開放また
は半開き程度に操作されると、排気中の酸素濃度
はデイーゼルエンジン１０に多量の空気が供給さ
れているので急激に増加する。

したがつて排気温度が相当な高温となつている
ところに多量の酸素が供給されるので、着火され
ている捕集微粒子は急激に燃焼する。

その結果、フイルタ２４が高温となつてトラツ
プ２０が溶損する危険が生ずる。

このため本実施例では、排気が相当な高温であ
るという排気温度条件下で排気中の酸素濃度が高
まつたときには、弁４４が強制的に開制御されト
ラツプ２０を流れる排気の量が低減される。な
お、排気の温度は温度センサ６６の検出信号か
ら、また酸素濃度はO₂センサ６４の検出信号か
ら各々検知されている。

以上の着火処理（ステツプ５００）及び弁制御
処理（ステツプ５０２）が行なわれることによ
り、まずフイルタ２４に捕集蓄積されていた微粒
子の排気最上流面の部分が着火される。

そして捕集微粒子が可燃性であり排気中に十分
な酸素が含まれているので、着火された捕集微粒
子が火種とされて捕集微粒子の燃焼が排気下流へ
向つて進行する。

この燃焼が終了すると、フイルタ２４には微粒
子の残損がなくなり、その結果トラツプ２０での
圧力損失が初期の損失まで減少する。すなわちト
ラツプ２０の再生が行なわれてその再使用が可能
となる。

以上説明した様に本実施例によれば、フイルタ
２４に微粒子が所定量蓄積されてその圧力損失が
所定値を越えたときに捕集微粒子が着火され、微
粒子の捕集量とその圧力損失とがほぼ正確に対応
するので、最適な時期にトラツプ２０の再生処理
を行なうことが可能である。

これに対し、エンジン回転数積算値、車両走行
距離、エンジン運転時間積算値などのみに依存し
てトラツプ２０の再生時期が決定される場合に
は、走行条件などの違いにより微粒子の捕集量が
異なつて再生時期に多量な微粒子が蓄積されるこ
とがあり、このときに捕集微粒子が着火されると
トラツプ２０の温度が異常に上昇する。その結
果、トラツプ２０が破損し、あるいはその耐久性
が低下する。

この様に本実施例によれば、最適な時期にトラ
ツプ２０の再生処理が行なわれるので、トラツプ
２０の破損を防止でき、あるいはその耐久性を向
上させることが可能である。

なお、本実施例においては電気的な圧力センサ
６８により上記圧力損失が検出されていたが、ト
ラツプ２０の上流側と下流側との間に管路を形成
し、その管路中にトラツプ２０の上流側と下流側
との間の圧力差が所定の値となつたときに駆動さ
れるダイヤフラムなどの機械的なスイツチを設
け、これを上記圧力センサ６８に代えて使用する
こともコスト低減などの観点から好適である。

また本実施例によれば、トラツプ２０が暖まつ
たことが確認された後、それまでにフイルタ２４
に捕集されていた微粒子が着火されるので、トラ
ツプ２０部分で大きな温度差が生ずることが防止
される。このためこの温度差による熱応力でトラ
ツプ２０などが破損するという不都合を回避で
き、したがつて装置の耐久性を向上させることが
可能である。

さらに本実施例によれば、ヘツドランプの点灯
時にトラツプ２０の再生処理が行なわれる場合に
は、バツテリ３６の出力電圧に相関したデユーテ
イ比の着火電流がヒータ２６に供給されるので、
ヘツドランプの照度低下を防止できる。このため
夜間走行などが行なわれているときにトラツプ２
０の再生処理が開始されても良好な運転視界が確
保され、したがつて安全運転が可能である。な
お、バツテリ３６の出力電圧を検出する電圧計を
設けてその検出信号に応じ着火電流のデユーテイ
比を制御する様に装置を構成することも好適であ
る。

そして本実施例によれば、ヘツドランプの点灯
時にトラツプ２０の再生処理が行なわれてヒータ
２６に対する着火電流がオン、オフされるなど急
激に増減されるときには、その増減が徐々に行な
われるので、ヘツドランプに対する供給電圧が急
に変動することはない。このため、ヘツドランプ
の点灯時にトラツプ２０の再生が開始されあるい
は終了しても運転者に前照灯光のちらつきが視認
されることはない。したがつて運転者が車両に対
して不安を感ずることはない。

また本実施例によれば、排気が高温となる所定
の排気温度条件となつているときに排気中の酸素
濃度が増加しても、弁４４が強制的に開制御され
てトラツプ２０に流れる排気の量が制限されるの
で、トラツプ２０に捕集された微粒子の異常燃焼
を防止できる。このためトラツプ２０の溶損を防
止でき、装置の信頼性を向上できる。

［考案の効果］ 以上説明した様に本考案によれば、ヘツドラン
プの点灯時にトラツプの再生処理が行なわれてヒ
ータに対する着火電流がオン、オフされるなど急
激に増減されるときには、その増減が徐々に行な
われるので、ヘツドランプに対する供給電圧が急
に変動することはない。このため、ヘツドランプ
の点灯時にトラツプの再生が開始されあるいは終
了しても運転者にはヘツドライト光のちらつきが
視認されることはない。したがつて運転者が車両
に対して不安を感ずることはない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案に係る装置の全体構成説明図、
第２図は第１図におけるヒータの構成説明図、第
３図は排圧基準値の特性説明図、第４図は着火電
流とそのデユーテイ比との関係を表わす特性図、
第５図は経過時間に対するデユーテイ比の制御特
性説明図、第６図、第７図、第８図、第９図、第
１０図は第１図におけるECUの制御動作を説明
するフローチヤート図である。 １０……デイーゼルエンジン、２０……トラツ
プ、２４……フイルタ、２６……ヒータ、３２…
…チヨツパ回路、３４……ECU、７０……ライ
トコントロールスイツチ、７２……操作センサ。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. エンジンの排気中に含まれる微粒子を捕集する
   フイルタ及びフイルタに捕集された微粒子に着火
   するヒータを含むトラツプと、ヘツドランプの点
   灯を検出する点灯検出器と、ヒータに所定の着火
   電流値を供給する電源回路と、ヘツドランプ点灯
   状態でヒータへ電流を供給するときは徐々に前記
   所定の着火電流値まで増加させヒータへの電流の
   供給を停止するときは徐々に減少させて遮断させ
   る制御手段と、を有する微粒子捕集装置。