JPH05280324A - 排気ガス微粒子浄化装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 再生中断による燃え残りの微粒子がくすぶっ
て高温のガスを放出したり、フィルタ容器が長時間高温
状態になることによる危険を防止する。 【構成】 エンジンは排気管２に接続され、排気微粒子
の捕集状態ではバルブ１４、１７、１８が破線の位置に
おかれる。微粒子が堆積したフィルタ５の再生時には、
バルブ１４、１７、１８を実線の再生位置に置き、バル
ブ２３を開いてエアポンプ１９からの空気を給気管２１
からフィルタ５へ送り、電気ヒータ１３によって微粒子
に着火させて再生燃焼を起こさせる。燃焼ガスは第２の
バイパス管１６へ抜ける。再生の途中でこの再生が停止
すると、バルブ２３を閉、バルブ２２を開とし、バルブ
１７、１８を破線の位置に置き、給気管２０からフィル
タ５へ再生燃焼とは逆向きに空気を供給して再生燃焼を
吹き消す。空気に代えて排気ガスを流したり、再生燃焼
と同方向でも流量が多ければ消火ができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、内燃機関等より排出さ
れる排気ガスの中に含まれている微粒子を捕集除去する
ための排気ガス微粒子浄化装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ディーゼルエンジンの排気管には、排気
ガス中のカーボンを主成分とする微粒子を捕集して排気
ガスを浄化する排気浄化装置が設けられている。図９は
その構成の一例を示すもので、エンジン１に接続された
排気管２を途中で分岐させて、その一方の排気管３を大
径のフィルタ容器４に接続し、そのフィルタ容器４の中
に微粒子を捕集するための多孔質のセラミック製フィル
タ５を収納している。このフィルタ５はハニカム構造を
有する筒状体で、隔壁６によって仕切られた多数の流路
（セル）を有し、隣接する流路７，８は、それぞれ下流
側と上流側の端部９，１０が栓詰めされている。

【０００３】捕集フィルタ５の上流側より流入した排気
ガスは、上流側に開口する流路７内より隔壁６を通過
（透過）して、隣接する流路８から下流側の排気管１１
へ流出する。このとき、排気ガス中に含まれていた微粒
子は、フィルタ５の隔壁６によって通過を阻まれて捕集
され、通路７内に堆積する。このようにして微粒子の堆
積が進行するとフィルタ５の通気抵抗が増大し、差圧セ
ンサ１２によって検出される捕集フィルタ５の前後差圧
ΔＰが増大して、エンジン１の出力低下を招くため、フ
ィルタ５に堆積した微粒子を周期的に除去する再生処理
を行う必要がある。

【０００４】そのための一つの手段として、フィルタ５
の端面近傍に電気ヒータ１３を設置し、フィルタ５内に
堆積した微粒子（パティキュレート）を加熱して端面か
ら順次着火燃焼させ、それによってフィルタ５を再生す
る方法がある。即ち、図９においてフィルタ５への堆積
が進み再生を必要とする時期になると、流路切替えバル
ブ１４を操作して排気ガスの殆どをバイパス管１５へ流
してフィルタ５を迂回させると共に、電気ヒータ１３に
通電して堆積した微粒子に点火し、フィルタ５にはそれ
を通過する若干量の排気ガスの流れを与えることによ
り、フィルタ５の後端まで再生燃焼を行なわせる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、フィルタ５
の再生を行なう場合、フィルタ５を通過する排気ガス量
を少量に抑えないと（例えば容量２リットルのフィルタ
５に対し毎分１００リットル程度）、燃焼域が吹き消さ
れて、再生燃焼が良好に進行しない。従って、着火用の
電気ヒータ１３が設けられているフィルタ５の端面から
みて反対側の、フィルタ５の後端にまで燃焼が到達して
再生を完了するまでに、１０〜２０分、場合によっては
数十分程度の時間を必要とする。

【０００６】従って、フィルタ５の再生を行っている間
に、駐車等のためにエンジン１を停止してシステムダウ
ンすることが十分に考えられる。この場合、発明者等の
実験によれば、酸素を排気ガスや２次空気等の形で供給
しなくても、対流等のために少量の空気がフィルタ５に
供給され、それによってある程度の時間フィルタ５内に
火種が残ってくすぶり続けることが確かめられている。
その結果、駐車中にフィルタ５から外部に高温の燃焼ガ
スが放出されたり、フィルタ５を収納する容器４が長時
間にわたって高温状態を持続するというような問題を生
じる。

【０００７】そこで、発明協会公開技報９０−１４６４
４号に記載されているように、フィルタの再生燃焼中に
エンジンを停止する時には、フィルタの上流側及び下流
側をバルブによって閉塞することによって、強制的にフ
ィルタの再生燃焼を消火させるという対策が考えられた
が、バルブに少しでも隙間があるとそこから空気が流入
するので、フィルタの再生燃焼を完全に、しかも直ちに
消火することは難しく、十分な効果を得ることができな
かった。

【０００８】そこで本発明は、微粒子が堆積したフィル
タの再生中にエンジンを停止した場合には、再生のため
の燃焼を速やかに中断させ、有害な燃焼ガスが外部に放
出されたり、フィルタ容器が高温状態を持続したりしな
いようにする手段を提供することを発明の解決課題とし
ている。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、前記課題に対
する第１の解決手段として、排気ガスの排出経路の途中
に設けられて排気ガス中に含まれている微粒子を捕集す
る捕集フィルタと、前記捕集フィルタに堆積している微
粒子の再生燃焼を開始させるための着火手段と、再生燃
焼を維持するために前記捕集フィルタに再生用ガスを供
給する手段と、再生が停止するか或いは停止しようとし
ていることを示す再生の停止信号を検出する手段と、前
記再生の停止信号が検出された時に前記捕集フィルタに
対する再生用ガスの供給方向を反転させる手段とを備え
ていることを特徴とする排気ガス微粒子浄化装置を提供
する。

【００１０】本発明は、また、前記課題に対する第２の
解決手段として、排気ガスの排出経路の途中に設けられ
て排気ガス中に含まれている微粒子を捕集する捕集フィ
ルタと、前記捕集フィルタに堆積している微粒子の再生
燃焼を開始させるための着火手段と、再生燃焼を維持す
るために前記捕集フィルタに再生用ガスを供給する手段
と、再生が停止するか或いは停止しようとしていること
を示す再生の停止信号を検出する手段と、前記再生の停
止信号が検出された時に前記捕集フィルタに供給する再
生用ガスの流量を増量させる手段とを備えていることを
特徴とする排気ガス微粒子浄化装置を提供する。

【００１１】

【作用】エンジンが運転され、その排気ガスに含まれて
いた微粒子が捕集フィルタによって捕集されてフィルタ
内に堆積すると、捕集フィルタの通気抵抗が増大してエ
ンジンの出力低下を招くので、堆積量が所定の限度を越
えたとき、堆積している微粒子の一部を着火手段により
加熱して着火させることにより、いわゆる再生燃焼が開
始される。また、それと同時に再生用ガスを供給する手
段も作動し、新鮮な空気や、場合によっては排気ガスの
ような再生用ガスを、再生燃焼に適した流量で捕集フィ
ルタに供給するので、着火手段によって点火された微粒
子の一部は燃焼して高温の燃焼ガスを発生する。高温の
燃焼ガスは再生用ガスの流れに乗ってその下流側に堆積
している微粒子を加熱して次々に着火燃焼させるので、
微粒子の再生燃焼は着火手段によって点火された部分か
ら再生用ガスの流れの下流側に向かって伝播、進行し、
堆積していた微粒子は次第に焼却されて、捕集フィルタ
の通気性は回復し、その機能が再生する。

【００１２】本発明においては、捕集フィルタの再生燃
焼を行っている途中で、再生の停止信号が検出される
と、再生燃焼を強制的に停止させるために、第１の解決
手段においては、再生用ガスの供給方向を反転させる手
段を作動させて、捕集フィルタに供給している再生用ガ
スの供給方向を逆向きに反転させる。その結果、燃焼し
ている微粒子から発生する高温の燃焼ガスは、捕集フィ
ルタ内でも既に再生燃焼が終わって燃え残りの微粒子が
ない部分へ流れる一方、未だ再生燃焼していない微粒子
の堆積している部分には低温の再生用ガスが流れるの
で、微粒子は再生用ガスによって冷却され、着火温度以
下となって消火する。この際に、逆流させる再生用ガス
の流量を増加させると、消火は更に迅速に行われる。

【００１３】また、第２の解決手段においては、捕集フ
ィルタに堆積している微粒子の再生燃焼を行っている途
中で再生の停止信号が検出されると、捕集フィルタに供
給している再生用ガスの流量を増量させる手段が作動す
る。それによって、再生燃焼を維持することができない
程の多量の再生用ガスが、微粒子の燃焼している部分に
供給され、燃焼している微粒子から燃焼熱を奪うと共
に、これから燃焼しようとしている燃え残りの微粒子の
温度をも低下させるので、微粒子の燃焼は吹き消されて
伝播することなく消火する。

【００１４】いずれの解決手段によっても、捕集フィル
タ内に燃え残った微粒子の再生燃焼は急速に停止して火
種が消滅するので、再生を停止した駐車中に、燃え残り
の微粒子のくすぶりによって高温のガスが発生したり、
捕集フィルタの容器が長時間にわたって高温状態におか
れるというような恐れが解消する。

【００１５】

【実施例】図１は、本発明の第１実施例としての排気ガ
ス微粒子浄化装置の構成を示したもので、先に説明した
図９の従来例と同じく、２は図示しないエンジンからの
排気管、３は分岐した一方の排気管、４はフィルタ容
器、５は多孔質のセラミックからなるハニカム形状のフ
ィルタ、１１は下流側の排気管、１３は電気ヒータであ
るが、第１実施例における電気ヒータ１３は、図９に示
す従来例と異なり、通常の排気状態において下流側とな
るフィルタ５の右端面に設けられている。同じく１４は
流路切替えバルブ、１５は排気管２から分岐して一方の
排気管３、フィルタ容器４、フィルタ５、及び下流側の
排気管１１を迂回する第１のバイパス管である。

【００１６】第１実施例においては、以上の構成部分の
他に、排気管３から分岐してフィルタ容器４及びフィル
タ５を通らずに大気開放される第２のバイパス管１６、
それを開閉する流路開閉バルブ１７、フィルタ５の下流
側の排気管１１を開閉する流路開閉バルブ１８、電動式
のエアポンプ１９、その吐出口から分岐して一方の排気
管３へ接続される一方の吸気管２０、同じくエアポンプ
１９の吐出口から分岐して排気管１１へ接続される他方
の給気管２１、給気管２０を開閉するバルブ２２、吸気
管２１を開閉するバルブ２３、流路切替えバルブ１４を
作動させるバルブ制御手段２４、流路開閉バルブ１７を
作動させるバルブ制御手段２５、流路開閉バルブ１８を
作動させるバルブ制御手段２６、更に、バルブ制御手段
２４〜２６と、バルブ２２、２３、電気ヒータ１３、エ
アポンプ１９等を直接、或いは図示しない制御手段を介
して制御する電子式のコントローラ２７、それに接続さ
れていてエンジン停止を検出するイグニッションキース
イッチのようなセンサ２８等を設けている。

【００１７】第１実施例の排気ガス微粒子浄化装置にお
いて、エンジンが通常のように運転され、且つ排気ガス
中の微粒子を捕集しているときは、コントローラ２７の
制御信号によって、フィルタ５の上流側に設けられた流
路切替えバルブ１４、排気管３から分岐している第２の
バイパス管１６の流路開閉バルブ１７、及びフィルタ５
の下流側の排気管１１に設けられた流路開閉バルブ１８
は、いずれも図１における破線位置をとるように制御さ
れる。そこで、図１の左方の図示しないエンジンから排
気管２を経て送りこまれる排気ガスは、排気管３からフ
ィルタ容器４内に入り、フィルタ５によって濾過されて
微粒子が分離され、清浄な排気ガスは下流側の排気管１
１を通って大気中に放出される。

【００１８】フィルタ５に捕集された微粒子の堆積が進
み、フィルタ５の再生時期に達したことが、図示しない
差圧センサの検出するフィルタ５の前後の差圧、或いは
捕集の経過時間等からコントローラ２７によって判定さ
れると、コントローラ２７が発する制御信号により、流
路切替えバルブ１４、流路開閉バルブ１７、１８が図１
における実線位置に切り換えられる。それによって排気
ガスの全量が第１のバイパス管１５を通って外部に放出
される。それと同時にコントローラ２７は別の制御信号
を発して、電気ヒータ１３とエアポンプ１９に通電さ
せ、バルブ２３を開弁、バルブ２２を閉弁させる。

【００１９】これが図１に示す第１実施例の排気ガス微
粒子浄化装置におけるフィルタ５の再生状態であって、
エアポンプ１９が吐出する再生燃焼に適した流量の空気
は、フィルタ５に向かってバルブ２３と排気管１１を経
て、通常運転時の排気ガスの流れとは反対の向きに供給
されフィルタ５を透過して流れる。このとき同時に電気
ヒータ１３が通電されて赤熱するので、フィルタ５上に
堆積した微粒子はほぼ６５０°Ｃ以上の着火温度に達し
て燃焼を開始し、燃焼ガスとなってフィルタ５上から消
滅する。その燃焼ガスは上流側の排気管３から第２のバ
イパス管１６へ流れて大気中に放出される。

【００２０】フィルタ５の再生を行っている途中でエン
ジンが停止することにより、再生が停止した時、イグニ
ッションキースイッチのようなセンサ２８が再生停止信
号を発すると、それを入力しているコントローラ２７は
流路開閉バルブ１７を閉弁させて、第２のバイパス管１
６を閉塞すると共に流路開閉バルブ１８を開弁させ、同
時にバルブ２２を開弁、バルブ２３を閉弁させる。従っ
て、エアポンプ１９が吐出する空気は、給気管２０を通
って排気管３に入り、フィルタ５内を再生燃焼とは逆の
方向（通常の排気方向と同じ）に流れ、排気管１１から
外部に放出される。言うまでもなく、この時には電気ヒ
ータ１３への通電も停止されている。

【００２１】このようにして、フィルタ５を再生してい
る途中で再生が停止した時は、再生燃焼が進む方向とは
反対の方向に空気が供給されるように切り換えられるた
め、既に再生を終わって可燃物が残っていない部分へ高
温の燃焼ガスが流れると共に、未だ着火していない微粒
子の堆積層には冷たい空気が流れて微粒子を冷却するた
め、再生燃焼は吹き消されて再生は確実に中断し、くす
ぶりによる高温のガスが発生したり、フィルタ容器４を
高温にしたりする恐れがない。なおその後は、例えばフ
ィルタ５の温度を監視している図示しないセンサの信号
によって、フィルタ５の温度が十分低下したことをコン
トローラ２７が確認したときにエアポンプ１９の駆動を
停止させるが、タイマーによって所定時間後にエアポン
プ１９を停止させてもよい。

【００２２】図２は本発明による第２の実施例としての
排気ガス微粒子浄化装置を示すもので、この例では、第
１のバイパス管１５の上流端は常に排気管２と通じてお
り、その下流側で排気管１１との間には流路切替えバル
ブ２９が設けられている。また排気管３には、その入口
と第２のバイパス管１６の入口とを択一的にフィルタ容
器４へ接続する流路切替えバルブ３０が設けられる。第
２実施例におけるエアポンプ１９は、逆方向に回転させ
ることによって空気の吐出方向を反対方向に切り換える
ことができる型のものである。３１、３２、３３は、そ
れぞれ流路切替えバルブ３０、エアポンプ１９、及び流
路切替えバルブ２９のための制御手段であって、コント
ローラ２７に接続されて制御信号を受ける。なお、図１
及び図９と同様に、１２は差圧センサ、１３は電気ヒー
タを示している。

【００２３】第２実施例の排気ガス微粒子浄化装置はこ
のような構成であるから、エンジンの通常運転において
排気ガス中から微粒子を捕集するときは、流路切替えバ
ルブ２９及び３０が図２における破線の位置をとるよう
に、コントローラ２７から制御手段３１、３３に制御信
号を発する。排気ガスは排気管２、流路切替えバルブ３
０、排気管３、フィルタ５、排気管１１、及び流路切替
えバルブ２９を通り、排気管３４から外部に放出され
る。この実施例においては、微粒子の捕集は、差圧セン
サ１２が検出する差圧ΔＰが所定値に達したと、コント
ローラ２７が自動的に判定するまで続けられる。

【００２４】フィルタ５における微粒子の堆積量が増大
して通気抵抗が大きくなり、差圧センサ１２が検出する
差圧ΔＰが所定値に達すると、流路切替えバルブ２９及
び３０が図２における実線位置をとるように、コントロ
ーラ２７は制御手段３１、３３に対して制御信号を発す
る。その結果、図示しないエンジンから排気管２を通っ
て流入する排気ガスは、実線の矢印のように第１のバイ
パス管１５へ迂回して排気管３４から外部へ放出され
る。それと同時に、コントローラ２７は電気ヒータ１３
に通電を行ってフィルタ５に堆積した微粒子に着火さ
せ、また、制御手段３２に制御信号を送って、エアポン
プ１９を正回転の方向に駆動させる。それにより、エア
ポンプ１９は給気管３５を通じて実線の矢印のように空
気を圧送し、電気ヒータ１３によってフィルタ５の右端
面側から着火された微粒子を順次燃焼させる。微粒子の
燃焼は次第に左方へ伝播し、燃焼ガスはフィルタ容器４
から排気管３、流路切替えバルブ３０、及び第２のバイ
パス管１６を実線矢印のように流れて外部に放出され、
微粒子が焼却されてフィルタ５は再生する。

【００２５】再生の途中でエンジンが停止することによ
り再生も停止すると、センサ２８が再生停止信号をコン
トローラ２７に与えるので、コントローラ２７はエアポ
ンプ１９の駆動回転の方向を逆向きに切り換える。それ
によって、エアポンプ１９はフィルタ容器４内から吸気
するようになり、空気は図２において破線の矢印で示し
たように、第２のバイパス管１６から入って流路切替え
バルブ３０及び排気管３を通り、フィルタ５内を図２に
おいて右方向へ流れて、給気管３５及びエアポンプ１９
から外部へ放出される。この時は、電気ヒータ１３は通
電を停止されており、フィルタ５内に残っている微粒子
は空気によって冷却されるから、再生燃焼は吹き消され
て、フィルタ５内でくすぶって高温のガスが発生した
り、フィルタ容器４を高温にしたりするようなことがな
い。

【００２６】第２実施例の排気ガス微粒子浄化装置にお
いては、再生の停止時にエアポンプ１９を逆転させると
いう操作を、所定の時間、或いはフィルタ５の温度が所
定値まで低下するまで、コントローラ２７によって自動
的に行わせるだけで、フィルタ５内に堆積した微粒子の
再生燃焼を確実に停止させることができる。しかも、エ
アポンプ１９の逆転駆動という簡単な操作を行わせるだ
けであって、バルブや管路の増設を必要としないので、
システム構成が簡単なものとなり制御もそれだけ容易に
なるので、コスト面においても有利になる。

【００２７】図３は本発明による第３の実施例としての
排気ガス微粒子浄化装置を示すもので、構造的には図２
に示す第２実施例の装置と類似しており、エンジンの通
常運転中の排気微粒子の捕集や、再生燃焼の場合も第２
実施例の場合と同様に行われるが、再生中にエンジンが
停止することによって再生が停止した時の、コントロー
ラ２７による流路切替えバルブ２９及び３０の制御モー
ドが異なっている。即ち、第３実施例においては、再生
中にコントローラ２７がセンサ２８であるイグニッショ
ンキーのＯＦＦ操作信号のような再生停止信号を感知す
ると、例えばイグニッションキースイッチにタイマーに
よる並列回路を形成させる等の手段を講じて、所定の時
間（例．数秒間）だけエンジンの運転を継続させる。そ
してその間は流路切替えバルブ２９及び３０が図３に示
す実線位置をとるように、コントローラ２７が制御手段
３１、３３に制御信号を発する。

【００２８】再生が行われていた間は図３における破線
の位置にあった流路切替えバルブ２９及び３０が、再生
の停止信号を受けたコントローラ２７の指令により、再
び排気微粒子の捕集時と同じ実線位置をとることによっ
て、エンジンの排気ガスをフィルタ５へ再生燃焼とは反
対の方向に流入させて、再生燃焼を吹き消すのである。
排気ガスの温度は排気微粒子の着火温度（６５０°Ｃ）
よりも遙かに低いし、酸素の含有量も少ないので、それ
が多量に再生燃焼部分に吹きつけられ、しかもこの実施
例では、再生燃焼の方向が、エンジンの通常運転時にお
ける排気ガスの流れの下流側から上流側に向かうように
設定されているので、流量の大きい排気ガスが再生燃焼
の進行の方向と反対の方向に流入すると、フィルタ５に
残っていた微粒子はそれ以上再生燃焼を継続することが
できなくなり、立ち消えの状態になって消火する。

【００２９】図２に示す第２実施例の排気ガス微粒子浄
化装置の応用例としては、図３に示した第３実施例の他
に、エアポンプ１９の駆動制御に特徴のある第４実施例
がある。第４実施例のシステム構成自体は図２に示すも
のと同様であって、エアポンプ１９の駆動モードだけが
異なっている。第４実施例においては、流路切替えバル
ブ２９及び３０を図２の実線位置としてフィルタ５の再
生燃焼を行っている途中で、再生の停止操作が行われて
再生停止信号がコントローラ２７に入力されたとき、コ
ントローラ２７の指令によって、流路切替えバルブ２９
及び３０は再生位置のままとするが、エアポンプ１９は
停止することなく継続して運転し、更にその回転数を増
加させて大流量の空気を再生の方向と同じ方向（図２の
実線矢印の方向）でフィルタ５内に流入させる。低温の
空気が大量に流入することによりフィルタ５内は冷却さ
れて、堆積した微粒子は燃焼を継続することができなく
なり、急速に消火する。

【００３０】図４は、第４実施例においてコントローラ
２７により実行されるエアポンプ１９の制御のモードを
タイミングチャートとして示したもので、再生中は最適
の再生燃焼の状態を維持することができる空気流量Ｑ₁
（容量２リットル程度のフィルタの場合、例えば毎分１
００リットル程度）に対して、再生停止信号がコントロ
ーラ２７に入力された時には、エアポンプ１９の回転数
を増加させて空気流量をＱ₂ （例えば毎分５００リット
ル程度以上）まで急増させ、フィルタ５内に堆積して残
っている微粒子の再生燃焼を吹き消すようにする。な
お、この大流量Ｑ₂ によるエアポンプ１９の運転は、予
め定めた時間だけ継続させるか、或いは、フィルタ５の
端面等に設けた温度センサによって消火を確認するまで
継続する。

【００３１】図５は本発明による第５の実施例としての
排気ガス微粒子浄化装置のシステム構成全体を略示する
もので、排気ガス微粒子浄化装置そのものは図９に示し
た従来例と同様に、排気管２、３、フィルタ容器４、フ
ィルタ５、排気管１１、流路切替えバルブ１４、バイパ
ス管１５等から構成されている。また、フィルタ５の再
生のために、フィルタ５の前後の差圧を検出する差圧セ
ンサ１２や、フィルタ５の上流側端面に取り付けられる
電気ヒータ１３、排気管３に接続される給気管３６を有
するエアポンプ１９等が設けられており、電気ヒータ１
３やエアポンプ１９はコントローラ２７によって制御さ
れる。

【００３２】この実施例におけるコントローラ２７はマ
イクロプロセッサを組み込んだもので、中央処理装置
（ＣＰＵ）３７、入力信号のためのパルス整形回路３
８、同じくＡ／Ｄ変換器３９、制御プログラムやデータ
を予め記憶しているリードオンリメモリ（ＲＯＭ）４
０、制御信号を出力するための出力回路４１、その他の
ものからなっている。ディジタル信号をもたらすエンジ
ンの回転数センサ４２はコントローラ２７のパルス整形
回路３８に接続され、アナログ信号をもたらすイグニッ
ションキースイッチ４３のＯＮ接点、スロットル弁開度
センサのような負荷センサ４４、フィルタ５における微
粒子の堆積量を検出する差圧センサ１２等は、Ａ／Ｄ変
換器３９に接続される。

【００３３】微粒子を捕集するときは、コントローラ２
７によって流路切替えバルブ１４を図５に示す実線の位
置に置いて、図示しないエンジンから排気管２、排気管
３、フィルタ容器４、フィルタ５、排気管１１の順に排
気ガスを流し、フィルタ５によって微粒子を捕集して堆
積させるが、堆積量が増加して差圧センサ１２の検出値
が所定値を越えると、コントローラ２７は流路切替えバ
ルブ１４を切り換えて排気ガスの全量をバイパス管１５
へ流し、入口を閉じられた排気管３にはエアポンプ１９
から適量の空気を送ってフィルタ容器４内のフィルタ５
を通過させると共に、電気ヒータ１３に通電して赤熱さ
せ、堆積している微粒子に図において左端から着火して
再生燃焼させる。その再生の進行中にイグニッションキ
ースイッチ４３がＯＦＦとされる（エンジンの停止操
作）と、基本的にはエアポンプ１９の回転数を上昇し、
送風量を一時的に増加させて再生燃焼を吹き消すが、第
５実施例では更に進んで、エンジンの停止による再生の
停止が再生の終期に近いところで生じたときに限り、そ
のまま再生を続行するようにした点に特徴がある。

【００３４】この作動を、コントローラ２７の中央処理
装置（ＣＰＵ）３７が実行する図６に例示した制御プロ
グラムのフローチャートによって更に詳細に説明する。
まず、プログラムがスタートすると、コントローラ２７
はステップ１（図６においてはＳ１のように略記する）
で回転数センサ４２からエンジンの回転数信号を、ステ
ップ２で負荷センサ４４からエンジンの負荷信号を、ま
たステップ３で差圧センサ１２から微粒子の堆積量に対
応するフィルタ５の前後差圧信号を、それぞれ中央処理
装置（ＣＰＵ）３７に入力する。ＲＯＭ４０にはエンジ
ン回転数とエンジン負荷の二次元マップとして再生を開
始すべき差圧値が記憶されているので、先に入力したエ
ンジン回転数とエンジン負荷から再生を開始する設定差
圧値を選択し、ステップ４で差圧センサ１２からの実際
の差圧値と比較して、フィルタ５が再生時期に来ている
かどうかを判定する。再生時期でないと判定されるとス
テップ１に戻って、所定の短い時間間隔で、同じ制御手
順を繰り返して実行する。

【００３５】ステップ４において再生時期であると判定
されるとステップ５に進み、コントローラ２７は、Ａの
実線位置にあった流路切替えバルブ１４をＢの破線位置
に切り換えて、排気ガスの全量を第１のバイパス管１５
へ流すと共に、エアポンプ１９を駆動して給気管３６を
通じてフィルタ５へ順方向に空気を供給する。同時に電
気ヒータ１３にも通電してフィルタ５に堆積している微
粒子を左端から加熱して着火、燃焼させ、再生を開始す
る。またＣＰＵ３７内のタイマＴ₁ による経過時間のカ
ウントも開始する。

【００３６】ステップ６では、運転者によってエンジン
の停止操作がなされているかどうかを、イグニッション
キースイッチ４３がＯＦＦとされているか否かによって
判定する。再生終了までにエンジン停止が行われない通
常の再生状態においてはステップ７に進み、タイマＴ₁
のカウント値（経過時間）が、電気ヒータ１３によって
フィルタ５に捕集された微粒子を着火、燃焼させるのに
充分な温度まで加熱するのに必要な時間Ｔ_H を越えたか
どうかが判定される。越えていなければステップ６に戻
り、電気ヒータ１３への通電は継続される。ステップ７
で経過時間Ｔ₁が必要な時間Ｔ_H を越えているときは、
ステップ８で電気ヒータ１３への通電を停止する。その
後もフィルタ５内では、エアポンプ１９から供給される
適量の空気に支持されて伝播燃焼が継続する。

【００３７】ステップ９でイグニッションキースイッチ
４３がＯＦＦになっていない場合であって、更に、ステ
ップ１０で所定の再生終了時間Ｔ_P を経過したと判定さ
れたときには、ステップ１１でエアポンプ１９の駆動が
停止され、流路切替えバルブ１４が実線のＡ位置に切り
換えられて、微粒子の捕集状態に戻る。所定の再生終了
時間Ｔ_P を経過していないときにはステップ９に戻って
判定を繰り返す。

【００３８】ステップ９において、イグニッションキー
スイッチ４３がＯＦＦ、即ち再生の途中で再生停止操作
が行われたと判定されたときには、ステップ１２に進ん
で、図７のタイミングチャート（ａ）及び（ｂ）にも示
されているような、第５実施例の特徴である二通りの制
御が選択的に行われる。まずステップ１２で、再生開始
からの経過時間Ｔ₁ が再生前期の終了時間Ｔ_A をこえて
いるかどうかが判定される。ここにいう再生前期の終了
時間Ｔ_A としては、例えば所定の再生終了時間Ｔ_P の２
分の１の値を設定することができる。

【００３９】再生停止が再生の前期で生じた場合（Ｔ₁
＜Ｔ_A ）は、ステップ１４に進み、第４実施例の場合と
同様にエアポンプ１９の回転数を上昇させてフィルタ５
への空気の供給量を増加し、再生燃焼を強制的に停止
（消火）させる。再生前期の場合はフィルタ５内に多量
の微粒子が残っており、それがくすぶって長時間発熱し
続けると、高温のガスが放出したり、フィルタ容器４の
高温を長く継続して危険を招く恐れがあるためである。

【００４０】しかし、再生の後期で再生が停止した場合
（ステップ１２でＴ₁ ≧Ｔ_A ）は、ステップ１０に進ん
で、所定の再生終了時間Ｔ_P が経過するまで、そのまま
再生燃焼を継続させる。これは、再生の後期においては
フィルタ５内に燃え残っている微粒子の量が少ないた
め、再生を続行しても発熱量が比較的小さくて問題を起
こす恐れが少ないのと、燃え残りが少なくなった状態で
再生を中断すると、フィルタ５内における微粒子の燃え
残りの分布が一様でないために、次の捕集時に微粒子の
捕集状態がフィルタ５内で部分的に異なってきて、再生
時期を判断するための差圧特性が変化し、コントローラ
２７によって的確に再生開始時期を判定することが難し
くなるためである。

【００４１】ステップ６及びステップ９において、エン
ジンの停止による再生の停止は、イグニッションキース
イッチ４３のＯＮ位置の電圧をＡ／Ｄ変換器３９を介し
てＣＰＵ３７に読み込み、そのＯＮ位置電圧が入力され
ているか否かによって判定する。電気ヒータ１３の通電
中に再生が停止されたとき（イグニッションキースイッ
チ４３がＯＦＦ）は、ステップ６からステップ１３に進
み、直ちに電気ヒータ１３への通電を停止して、ステッ
プ１４で強制消火操作を行う。強制消火は前述のように
エアポンプ１９の送風量を増加することによって実施さ
れる。強制消火のために行われるエアポンプ１９の流量
の増量は、消火に十分な所定の時間Ｔ_E を経過したこと
がステップ１５で判定されるまで継続される。所定の時
間Ｔ_E が経過したときは、ステップ１１に進んで流路切
替えバルブ１４を実線のＡ位置に戻して微粒子の捕集状
態とし、この制御を終了する。

【００４２】以上は図６のフローチャートに基づいて、
第５実施例におけるコントローラ２７の制御手順を説明
したものであるが、各手順（ステップ）の制御タイミン
グは図７のタイミングチャートにも示されている。図７
の（ａ）はステップ１２における判定がＴ₁ ＜Ｔ_A の場
合、つまり、再生停止が再生の前期で生じた場合であ
り、第４実施例の場合と同様に、エアポンプ１９の流量
を急増させて再生を強制的に中断させている。また、図
７の（ｂ）はステップ１２における判定がＴ₁ ≧Ｔ_A の
場合、つまり再生の後期に再生が停止した場合であり、
そのまま再生を続行して、再生を終わらせる点が他の実
施例に比べて異なっている。

【００４３】図８は、フィルタ５の体格（容量）が２リ
ットルの場合に、エアポンプ１９の吐出する空気の流量
とフィルタ５の再生率との関係を調査した結果を示すも
のである。再生率はフィルタ５に堆積した微粒子の燃え
方を示す値で、完全に焼却したときは１００％とし、全
く燃焼しなかったときは０％とする。特性曲線が上に向
かって凸であることから、エアポンプ流量には再生率の
最大値をもたらす適正値が存在し、それを越えたエアポ
ンプ流量では再生率が悪くなる。これは、流量が過大で
あると、微粒子の燃焼熱が通過する空気によって持ち去
られることにより、フィルタ５が冷却して再生燃焼の維
持が困難になるためである。この調査結果によると、再
生時のエアポンプ流量は毎分１００リットル、強制消火
時のエアポンプ流量は余裕をとって毎分３００リットル
にすることが望ましい。

【００４４】第５実施例では、通常の再生時のエアポン
プ送風時間Ｔ_P 、及び強制消火時の送風時間Ｔ_E を、い
ずれも予め実験的に調査して知り得た値に基づいて設定
することにしているが、他の実施例としては、フィルタ
５の温度をその中に挿入した温度センサによって検出
し、フィルタ５の温度が低下して再生燃焼が終了したと
判定することができる値以下になったとき、コントロー
ラ２７によってエアポンプ１９の駆動を停止するように
してもよい。

【００４５】

【発明の効果】本発明によれば、排気微粒子が堆積した
フィルタを再生している途中でこの再生が停止する場合
でも、再生燃焼を確実に且つ速やかに中断させることに
より、燃え残りの微粒子のくすぶりによる高温のガスの
放出や、フィルタ容器の温度上昇による危険性を防止す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施例を示すシステム構成図である。

【図２】第２実施例を示すシステム構成図である。

【図３】第３実施例を示すシステム構成図である。

【図４】第４実施例についての制御モードを示すタイミ
ングチャートである。

【図５】第５実施例を示すシステム構成図である。

【図６】第５実施例についての制御プログラムを示すフ
ローチャートである。

【図７】第５実施例についての制御モードを示すタイミ
ングチャートである。

【図８】再生率とエアポンプ流量との関係を調査した結
果を示す図表である。

【図９】従来例を示すシステム構成図である。

【符号の説明】

１…エンジン ２、３、１１…排気管 ４…フィルタ容器 ５…捕集フィルタ ６…フィルタの隔壁 ７…上流側の流路（セル） ８…下流側の流路（セル） ９…下流側端部（栓詰め） １０…上流側端部（栓詰め） １２…差圧センサ １３…電気ヒータ １４…流路切替えバルブ １５…第１のバイパス管 １６…第２のバイパス管 １７、１８…流路開閉バルブ １９…エアポンプ ２０、２１…給気管 ２２、２３…バルブ ２４、２５、２６…バルブ制御手段 ２７…コントローラ ２８…センサ ２９、３０…流路切替えバルブ ３１、３２、３３…制御手段 ３４…排気管 ３５、３６…給気管 ３７…中央処理装置（ＣＰＵ） ３８…パルス整形回路 ３９…Ａ／Ｄ変換器 ４０…ロードオンリメモリ（ＲＯＭ） ４１…出力回路 ４２…回転数センサ ４３…イグニッションキースイッチ ４４…負荷センサ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 三好 新二 愛知県西尾市下羽角町岩谷14番地 株式会 社日本自動車部品総合研究所内 (72)発明者 稲垣 光夫 愛知県西尾市下羽角町岩谷14番地 株式会 社日本自動車部品総合研究所内 (72)発明者 小端 喜代志 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内 (72)発明者 菱沼 修 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 日本電 装株式会社内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 排気ガスの排出経路の途中に設けられて
   排気ガス中に含まれている微粒子を捕集する捕集フィル
   タと、前記捕集フィルタに堆積している微粒子の再生燃
   焼を開始させるための着火手段と、再生燃焼を維持する
   ために前記捕集フィルタに再生用ガスを供給する手段
   と、再生が停止するか或いは停止しようとしていること
   を示す再生の停止信号を検出する手段と、前記再生の停
   止信号が検出された時に前記捕集フィルタに対する再生
   用ガスの供給方向を反転させる手段とを備えていること
   を特徴とする排気ガス微粒子浄化装置。
2. 【請求項２】 再生の停止信号が検出された時に捕集フ
   ィルタに対して方向を反転させて供給する再生用ガスの
   流量を増量させる手段をも備えていることを特徴とする
   請求項１記載の排気ガス微粒子浄化装置。
3. 【請求項３】 排気ガスの排出経路の途中に設けられて
   排気ガス中に含まれている微粒子を捕集する捕集フィル
   タと、前記捕集フィルタに堆積している微粒子の再生燃
   焼を開始させるための着火手段と、再生燃焼を維持する
   ために前記捕集フィルタに再生用ガスを供給する手段
   と、再生が停止するか或いは停止しようとしていること
   を示す再生の停止信号を検出する手段と、前記再生の停
   止信号が検出された時に前記捕集フィルタに供給する再
   生用ガスの流量を増量させる手段とを備えていることを
   特徴とする排気ガス微粒子浄化装置。