JPH0240017A - 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ン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）の再燃焼時の排気ガス流量を制御する装
置に関するものである。

〔従来の技術〕

従来のトラップの再燃焼装置で再燃焼時の排気ガス流量
を制御するものとしては、例えば特開昭５９−２０５１
４号公報が挙げられる。

この特開昭５９−２０５１４号公報では、トラップに大
口弁及びバイパス弁双方を設け、トラップの再燃焼時に
は、トラップ前面に設けた電気ヒーターに通電するとと
もに、大口弁を閉し、バイパス弁を開く。そしてトラン
プ入口側に設けた温度センサで検出される排気ガス温度
が所定値を越えてパティキュレートへの着火が検出され
た時には、トラップの導入ガス量を一定に制御するため
、予めメモリに記憶したエンジン回転数及び負荷に対す
る大口弁開度及びバイパス弁開度を読み出して大口弁及
びバイパス弁双方を制御している。

このように、上記特開昭５９−２０５１４号公報の装置
の排気ガス流量制御を行う目的は、エンジンの回転数や
負荷に左右されず一定量の排気ガスを再燃焼中のトラッ
プへ流すことであった。

従って、上記の装置では、排気ガス流量制御を再燃焼の
状態に基づいて行っていないため再燃焼に最適な０□量
を供給できなかった。即ち、トラップに、０□量が少な
過ぎると立消えを起し、反対に０□量が多過ぎると（排
気ガス流量が多過ぎると）、この排気ガスに再燃焼の熱
を持ち去られることから実際の１−ラップ温度がパティ
キュレ−１−の再燃焼に必要な温度より下ってしまうの
で燃焼を維持できなかった。

そこで、本出願人は、再燃焼に最適なガス量を供給する
装置として特願昭６２−３１３８２を提案した。

この装置を第５図に基づいて簡単に説明すると、制御手
段としてのコントローラ１４はトラップ１の再燃焼を行
うとき、まず、大口弁７を閉じてバイパス弁９を開く。

そして１〜ランプ１の前面に設けた電気ヒーター４を通
電し、１−ラップ１のｎｉＩ面温度が所定の値に達する
と実際の再燃焼に必要な０２量をトラップ１に供給する
ため、大口弁７を所定の開度逸聞き排気ガスをトラップ
１に流す。

次に、トラップ１の前後差圧を検出して、予め記憶した
基準値（再燃焼に最適な０□量を供給する排気ガス流量
に対応する値としてパティキュレート捕集状態での１−
ランプ前後差圧に）にづいて実験等によって求めた値）
と比較する。そして前後差圧が基準値より小さい時は、
排気ガス流量が最適流量より不足しているので、バイパ
ス弁９を所定の開度溶閉じてバイパス管８に流れる排気
ガス量を減らし、１−ラップ１への排気ガス流量を増や
すよう制御し、反対に前後差圧が基準値より大きい時は
、バイパス弁９を所定開度逸聞きバイパス管８への流量
を増やすことによりトランプ１への排気ガス流量を減ら
ずよう制御していた。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記のように、特願昭６２−３１３８２０の装置におい
て、制御手段は、トラップの前後差圧と予め設定し７た
前後差圧の基準値とに基づいて排気ガス流量制御を行っ
ていた。

ところが、再燃焼している時のトランプ前後差圧は、次
の点で変動してしまう。

）再燃焼により排気ガス温度が変化するのでトラップの
入口部と出口部における排気ガスのボリュームが変化す
る； １１）再燃焼が進むとトラップの圧損が変化する；にも
かかわらず、この前後差圧の基準値は非燃焼時に得られ
た実験データに基づくものであり、ごの基準値と再燃焼
時のトランプ１の前後差圧との関係から排気ガスの流量
を制御すると、実際の再燃焼に必要な０２濃度に基づい
て弁開度制御を行っていないため、再燃焼の状態に対応
したガス流量になっておらず、安定した再燃焼を維持で
きず、再燃焼時間にバラツキが生じていた。

この結果、再燃焼の終了が早過ぎたり又は遅ずぎたりす
るため、パティキュレートを大気中に放出する機会が増
えるとともにパティキュレートのドライ化も招来させる
、という問題点があった。

従って、本発明の１」的は、再燃焼の状態に最適な楢の
０２を供給できるように排気ガスの流量を精度よく制御
できるパティキュレートトラン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〕

上記目的を達成するため、本発明に係るパティキュシー
１〜トラツプの再燃焼装置は、パティキュレートトラン
プの大口弁と、該トラップ出口部における排気ガス中の
０２濃度を検出するＡ／Ｆセンサと、該０２量度が再燃
焼に最適な値になるよう該入口弁の開度を制御する制御
手段と、を備えている。

〔作　　用〕

本発明においては、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１−ランプの再燃焼工程を開
始させた後、制御手段は、トランプ出口部における排気
ガス中の０２濃度をＡ／Ｆセンサから読み込み、この値
を、予め記憶していた設定値（最適な再燃焼を行ってい
るときのトランプ出口部における排気ガス中の０□濃度
を実験で求め制御手段に記憶した値）に合わせるための
トラップの大口弁の開度を演算して開度制御を行うここ
で、−上記の設定値に基づき行う排気ガス流量の制御の
目的は、再燃焼に必要な■０゜の供給、及び■温度の維
持である。そこで、これを第６図に基づいて説明すると
、トラップ出口部の０２濃度は第６図（ａ）に示すよう
に、排気ガス量が小さい所では、排気ガス量が増加して
もあまり変化しないがパティキュレート再燃焼量［ｇ／
ｓ　：ｌは第６図（ｂ）に示すように浪、激に増加する
。このパティギュレート再燃焼量（ｇ／ｓ　］は、実際
にトラップに流す排気ガス叶を変化させて、トラップの
入Ｌ１及び出口のガス濃度分析（Ｃｏ、Ｃｏ□及びＩ−
Ｉ　Ｃ成分について）を行って求めた値である。そして
、排気ガス量がある程度以トになると再燃焼量はあまり
増えず、第６図（ａ）に示すようにトラップ出口部の０
２ａ度が増加することになる。

これは、排気ガス流量が小さい範囲では排気ガス流量の
増加による０２の供給量の増加がパティキュレートの再
燃焼に使われてしまい、トラップ出口部の０２濃度をあ
まり増加させないのに対し、排気ガス流量の大きい所で
は０□供給量が再燃焼の必要量を」二回るので、再燃焼
に使用されない０２が多くなるためトラップ出口部の０
□濃度が大きくなることを示している。また、第６図（
１））はトラップ入口の０□濃度が大きい場合はガス流
量の小さい所で、又、０□濃度が小さい場合はガス流量
の大きい所で再燃焼量が飽和する傾向を示しているが、
これは同一排気ガス量ならトランプ人口の０２濃度が大
きい程０□供給けが多いためである。

上記は、トラップの再燃焼に必要な温度を維持している
場合のことである。これに対して、実際にトラップに流
入する排気ガスの温度と０□濃度との関係は第７図に示
すように互いに反比例するものであり、０□濃度が大き
い時は、排気ガスの温度は低くなる。そして、この温度
が再燃焼に必要な温度より低い時、再燃焼の温度維持は
パティキュレートが再燃焼する時のエネルギーによって
行われる。従って、排気ガス量に比例して再燃焼量が増
加する範囲では温度が維持されるが、再燃焼量が飽和し
て来ると、これ以上の排気ガスをトランプに流した場合
、再燃焼の熱が排気ガスに奪われることになり、第６図
（ｂ）の−点鎖線で示すように立ち消えとなってしまう
ことになる。この時、トラップ出口部の０２濃度は、第
６図（ａ）の点へから一点鎖線で示すように急変する。

これは、再燃焼が立ち消えとなり０２が使われないこと
からそのまま１〜ラップ出口部へ出てくるためである。

このように、パティキュレートの再燃焼量が飽和して来
たらこれ以上排気ガス量をあまり増加させないほうが良
いことになる。そして、再燃焼量が飽和してくると、ト
ラップ出口部の０２濃度が増加するので、この時の０２
濃度を検出し、この０２濃度に基づいて行う排気ガス量
制御は、再燃焼の状態に最適なものとなる。

そごで、本発明では、再燃焼量かは＼飽和する所に相当
するトランプ出口部の０□濃度（第６図（ａ）の点Ｂ付
近）を実験で求めこの濃度に対応するＡ／Ｆセンサの出
力電圧を設定値としたものである。

このように、制御手段は、再燃焼の状態を、Ａ／Ｆセン
サを用いてトラップ出口部における排気ガス中の０□濃
度値によって精度よ（検出し、この値に基づいて排気ガ
ス流量を制御することにより、再燃焼状態に最適な０□
量をトラップに供給している。

〔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、１はトラ
ップ、２はトラップ１の出口部に設置したＡ／Ｆ　（空
燃比）センサ、３は排気管、４はトラップ１の人口側前
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（図示せず）からの排気ガスを開閉
するトラップ入口弁、８はトランプ１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Ｖ
Ｐからの負圧により開閉制御するハキュームスイソチン
グ弁（ＶＳＶ）、１２はトラップ１の入口側圧力（対大
気圧）を検出する人口圧センサ、１３はトラップ１の圧
力損失、即ち前後差圧を検出する差圧センサ、そして１
４は、Ａ／Ｆセンサ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
１０．１１に制御信号を送る制御手段としてのコントロ
ーラである。

第２回はコントローラ１４で実行されるプログラムのフ
ローチャー１〜を示す図で、この第２図のフローチャー
１・を参照しながら、以下、第１図のパティキュレート
トラン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
１の側だけ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１〜ローラ１４は常に入口圧センサ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３１）。

次に、これら圧力の比Ｐｌ／Ｐと予め記憶しておいたパ
ティキュレートの許容捕集状態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１の再燃焼工程
を開始させる。

尚、パティキュシー１−捕集完了状態の判定は、−ト記
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。これらはいずれも周知の技術である。

再燃焼工程は種り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１の大口弁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」二
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）。これらの弁７．９の制御は、それ
ぞれ組み合わされたスイッチング弁１０および１１のソ
レノイドに一定のデユ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１゛１に達したか否かをチｘ　７りしくステップＳ４
、Ｓ５）、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、大
口弁７が閉じているため１−ラップ１の入口温度は必ず
」二昇して行き、その所定値を越えた時は、大口弁７を
初期値θ、だけ開きトラップｌ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１の出口部における
排気ガス中の０□濃度をＡ／Ｆセンサ２の出力電圧■と
して読み込む（同ステップ３７）。

ここで、本実施例に用いるＡ／Ｆセンサ２について説明
する。

このＡ／Ｆセンサ２は、リーン空燃比センサとも呼ばれ
る周知のもので第３図に一例を示す如くポンプセル２１
、このポンプセル２１の両側に設けた白金電極２２、ス
ペーサ２３、センサセル２４、このセンサセル２４の両
側に設けた白金電極２５、及び制御回路２６とで構成さ
れ、更に、制御回路２６は入力されたポンプ電流ＩＰを
制御し、そのポンプ電流■２に比例した電圧を出力する
電流制御回路２６２と、センサセル２４の電極２５間の
出力電圧が基準電圧としての電圧ＶＳ＋ｔとなったとき
ポンプ電流１．を固定させるように電流制御回路２６２
を制御する比較回路２６１とで構成されている。

次に、このＡ／Ｆセンサ２によって排気ガス中の０□濃
度を検出するときは、ポンプセル２１にポンプ電流Ｉ、
を流ずことにより測定室■からリフ孔りを通して０□を
汲み出しながらセンサセル２４に発生ずる電圧■３を監
視する。この電圧■５は、下記の式（１）に示すように
、センサセル２４の両側の０□濃度差に比例している。

Ｖｓ　−（ＲＴ／　４　Ｆ　）　Ｉｎ　（Ｐ○２１／Ｐ
Ｏｚｚ）　　（１）但し、Ｒはガス定数、Ｔは温度、Ｆ
はファラデー定数、Ｐ　０２＝　Ｐ　Ｏ２□はセンサセ
ル２４の両側の０゜分圧を示す。

この電圧■３、電流■、及び空燃比（対理論空燃比）λ
との関係は第４図に示す通りであり、各空燃比λの電圧
Ｖ８は各λに対応するＩ、の一定範囲でのみ比例して増
大する。

電圧■、が飽和するまでの例えば中間の電圧ＶＳＭを基
準として、このＶＳ−ＶＳＲの時の電流Ｉ。

を求めれば、この電流■、によって排気ガス中の０□濃
度を検出することができる。但し、この場合、電流ＩＰ
は電圧で検出することになるので、比較回路２６１は、
ＶＳ−ＶＳＲのとき電流制御回路２６２を制御して電流
１．を固定にし、その時の電圧■を出力としてコントロ
ーラ１４に与えることになる。

コントローラ１４は、ステップＳ７で読み込んだＡ　／
　Ｆセンサ２の出力電圧■を、予め記憶していた設定値
Ｖ。（第６図で実験で求めた最適な再燃焼時の０２ａ度
に対応する電圧値）に合わせるため、周知のＰ　Ｉ　ｌ
）動作制御を用いる。

即ら、検出電圧■を設定値■。に合わせるための大口弁
７の開度変更量（角度）Δθを下記のＰＩＤ動作式（２
）によって演算する（同ステップＳ８）。

Δθ−ＫｐｘΔＶ、＋ＫＩ　　ＸΔ■。

＋Σ（Ｋ、×ΔＶ、１．−＋） 七ＫＤＸ　（Ｖ、−Ｖ。、）・・−・・（２）ここで、 へ〇：今回の大口弁７の開度変更量（角度）、■７　：
今回の検出電圧（ｎ−１，２・・・・）、■ゎ−Ｉ　：
前回の検出電圧、 Δ■ｏ　：設定値■。と■１との差、 Ｋ、、：比例定数、 Ｋ１　：積分定数、 Ｋゎ　：微分定数、である。

そして、入口弁７の開度をθ７＋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、入口温度がステフプ
Ｓ３で所定値に達してから所定時間Ｔ経過した時（同ス
テップ５１０）、電気ヒーター４をオフにしく同ステッ
プ５ｌｌ）、ヒーター４をオフにしてから更に所定時間
Ｔ２　（ヒーター４を必ずオフにするためＴ２＞Ｔ、の
関係にある）経過した時（同ステップ５１２）、トラッ
プ１の大口弁７を開くとともにバイパス弁９を閉しる（
同ステップ５１３）ことにより再燃焼工程を終了する。

この後は、再び１−ラップ１によるパティキュレ１−の
捕集状態に戻る。

尚、上記の実施例においては、トラ・ノブ１の出口部に
おける排気ガス中の０゜濃度の検出電圧■を設定値■。

に合わせるための制御をＰＩＤ動作制御によって行った
が、ＰＩ制御等の他の周知の制御方法を用いても同様に
行うことができることば言うまでもない。

〔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１〜ラン
プの再燃焼装置では、１−ランプの再燃焼時に、１−ラ
ンプ出口部における排気ガス中の０□濃度を検出し、こ
の０２濃度に基づいて、再燃焼に最適な量の０２をトラ
ップに供給するようトランプに流入させる排気ガスの量
を制御するように構成したので、トラップ入口部での排
気ガスの温度が低く陸つ０２濃度が高いエンジン低負荷
時には、少量の排気ガスを流すことで再燃焼に必要な０
□量を供給できるとともに、再燃焼悪化の原因となるト
ランプ冷却を回避できる。又、エンジンの高負荷時には
、トラップ入口部での排気ガス中の０□濃度が低いため
、多量の排気ガスをトラップに流すごとにより再燃焼を
維持するに必要な量の０２を供給できるとともに、この
場合は排気ガスの温度が高いため多量に流しても１−記
と同様にトラップを冷却することにはならない。

従って、再燃焼時間をハラつかせることなく、常に安定
した再燃焼を行うことができるという効果が得られる。

【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ンプの再
燃焼装置の一実施例を示すノー−ドウエア構成図、 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ト間、 第３図は、Ａ／Ｆセンサの構成を示す概略図、第４図は
、Ａ／Ｆセンサのポンプ電流と発生電圧との関係を示す
グラフ図、 第５図は、本出願人に係る特願昭６２−３１３８２０号
の装置のハードウェア構成図、 第６図は、パティキュレ−１・再燃焼状態を説明する特
性グラフ図、 第７図は、排気ガスの温度と０□濃度との関係を示す特
性グラフ図、である。 第１図において、１はトラップ、２はΔ／Ｆセンサ、７
はトラップ１の入口弁、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。 代 理 人

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　パティキュレートトラップの入口弁と、該トラップ出
   口部における排気ガス中のＯ＿２濃度を検出するＡ／Ｆ
   センサと、該Ｏ＿２濃度が再燃焼に最適な値になるよう
   該入口弁の開度を制御する制御手段と、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。