JPH05296027A - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 フィルタへのパティキュレートの過度の捕集
によるエンジン性能の劣化及び再生時の過度の温度上昇
によるフィルタの損傷の発生のない内燃機関の排気浄化
装置の提供を目的とする。 【構成】 排気ガス中のパティキュレートをフィルタに
捕集し、所定時期に捕集したパティキュレートを着火さ
せ、再生用ガスにより燃焼させてフィルタの再生を行う
排気浄化装置を、フィルタ内のパティキュレート量を検
出する捕集量検出手段Ａと、フィルタ温度検出手段Ｂ
と、パティキュレートの捕集量が第１の所定量以上、か
つ、フィルタ温度が所定温度以上の時に再生時期と判断
して再生動作を開始させる第１の再生時期判定手段Ｃ
と、パティキュレートの捕集量が前記第１の所定量より
多い第２の所定量に達したら再生時期と判断して再生動
作を開始させる第２の再生時期判定手段Ｄとから構成す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は内燃機関の排気浄化装置
に関し、特に、ディーゼル機関の排気ガス中に含まれる
パティキュレートを捕集除去するフィルタの再生時期を
正しく判断することができる内燃機関の排気浄化装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】自動車等の内燃機関、特に、ディーゼル
機関の排気ガス中には、カーボンを主成分とする排気微
粒子（パティキュレート）が含まれており、排気黒煙の
原因となっている。環境汚染の観点からはこのパティキ
ュレートは除去することが望ましく、近年、ディーゼル
機関の排気通路にセラミック製のフィルタを配置し、デ
ィーゼルパティキュレートをこのフィルタによって除去
することが提案されている。

【０００３】ディーゼル機関の排気通路に配置されたセ
ラミック製のフィルタによってディーゼルパティキュレ
ートを除去するように構成された排気浄化装置では、パ
ティキュレートフィルタの使用に伴ってその内部に捕集
されるパティキュレートの量が増えると、通気性が次第
に失われて機関性能が低下することになるため、パティ
キュレートがある程度捕集されたフィルタを定期的に再
生させる必要がある。このフィルタの再生は、電気ヒー
タに通電したり、バーナーに点火したりして、フィルタ
に捕集されたパティキュレートに着火し、再生用ガス、
例えば２次空気を供給してこれを燃焼させることによっ
て行われる。

【０００４】この再生時期の判断は、機関の走行距離、
機関の運転時間等を基にして行われることもあるが、一
般に、従来の内燃機関の排気浄化装置では、フィルタ内
へのパティキュレートの捕集量を検出して再生時期を判
断するようにしている。このフィルタ内のパティキュレ
ートの捕集量の検出は、通常、パティキュレートフィル
タの上流側の排気ガスの圧力と下流側の圧力の差（圧力
損失）によって検出され、圧力損失値が所定値以上に大
きくなった時を以て再生時期と判断している。

【０００５】一方、フィルタの再生時におけるフィルタ
の再生率は、再生開始前のフィルタ温度が重要な因子と
なり、フィルタ温度が低いとフィルタの再生率が低下す
ることが知られている。そのため、特開昭60-111012 号
公報では、フィルタ内のパティキュレート捕集量が所定
量以上になっても、フィルタ温度（トラップケース温
度）が所定の下限値以上にならなければ再生は開始され
ないようにしている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開昭
60-111012 号公報の提案では、フィルタのパティキュレ
ート捕集量が所定値以上で、かつ、トラップケース温度
が所定値以上でなければ再生が行われないため、温度が
上がらなければ再生が何時までも実行されず、エンジン
性能が大きく劣化する恐れがあった。また、フィルタ温
度が上がらない低温状態で捕集が長く続行された後に温
度が下限値を超えた場合は、フィルタ内に過度に捕集さ
れたパティキュレートの燃焼温度が高くなり、フィルタ
が溶損したり、クラックが発生したりするという問題点
がある。

【０００７】そこで、本発明は前記従来のパティキュレ
ートフィルタの再生時期の判断技術の有する課題を解消
し、フィルタ内へのパティキュレートの過度の捕集によ
るエンジン性能の劣化がなく、また、再生時の過度の温
度上昇によるフィルタの損傷も発生することがない内燃
機関の排気浄化装置を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成する本発
明の内燃機関の排気浄化装置の構成が図１に示される。
図１に示すように、本発明は、内燃機関の排気ガス通路
中に設けたフィルタによって排気ガス中のパティキュレ
ートを捕集し、所定時期に加熱手段による加熱を行って
パティキュレートを着火させ、同時に再生用ガス供給手
段により再生用ガスを供給してこれを燃焼させてフィル
タの再生を行う排気浄化装置において、前記フィルタ内
に捕集されたパティキュレートの量を検出する捕集量検
出手段Ａと、前記フィルタの温度を検出するフィルタ温
度検出手段Ｂと、パティキュレートの捕集量が第１の所
定量以上であって、かつ、フィルタ温度が所定温度以上
の時に再生時期と判断して再生動作を開始させる第１の
再生時期判定手段Ｃと、パティキュレートの捕集量が前
記第１の所定量よりも多い第２の所定量に達したら再生
時期と判断して再生動作を開始させる第２の再生時期判
定手段Ｄとを設けて構成される。

【０００９】

【作用】本発明の内燃機関の排気浄化装置によれば、捕
集量検出手段によってフィルタ内に捕集されたパティキ
ュレートの量が検出され、フィルタ温度検出手段によっ
てフィルタの温度が検出された後に、パティキュレート
の捕集量が第１の所定量以上であって、かつ、フィルタ
温度が所定温度以上の時に、第１の再生時期判定手段に
よって再生時期と判断されて再生動作が開始されると共
に、パティキュレートの捕集量がこの第１の所定量より
も多い第２の所定量に達した時も、第２の再生時期判定
手段Ｄによって再生時期と判断されて再生動作が開始さ
れる。

【００１０】

【実施例】以下添付図面を用いて本発明の実施例を詳細
に説明する。図２は、電気ヒータＨが取り付けられ、排
気ガス中のパティキュレートを捕集するためのパティキ
ュレートフィルタ５を備えた本発明の一実施例のディー
ゼル機関１の排気浄化装置２０の全体構成図である。図
２において、３は排気ガス通路２の一部に設けられたパ
ティキュレートフィルタ５を収納するためのケーシン
グ、４はシール材、６は２次空気供給通路、７は燃焼ガ
ス排出通路、８はパティキュレートフィルタ５をバイパ
スする排気バイパス通路、９は２次空気を供給するエア
ポンプ、１１はバッテリ、１００は制御回路、Ｓは電気
ヒータＨに通電するためのヒータスイッチ、ＳＰ１はパ
ティキュレートフィルタ５の排気ガス流入側の通路２内
に設けられた圧力センサ、ＳＰ２はパティキュレートフ
ィルタ５の排気ガス流出側の通路２内に設けられた圧力
センサ、ＳＴはパティキュレートフィルタ５の入口側に
設けられた温度センサ、Ｖ１は排気通路２と排気バイパ
ス通路８とを切り換える切換弁、Ｖ２は排気バイパス通
路８の出口に設けられた出口切換弁、Ｖ３は燃焼ガス排
出通路７の開閉弁、Ｖ４は２次空気供給通路６の開閉弁
である。また、図２には図示されていないが、ディーゼ
ル機関１の吸気通路側には、吸入空気量Ｇａを検出する
ための吸入空気量センサが設けられている。

【００１１】パティキュレートフィルタ５は多孔性物質
からなるハニカム状の隔壁を備えたハニカム状フィルタ
であり、一般に円筒状でその内部に隔壁で囲まれた多数
の直方体状の通路がある。そして、この通路の隣接する
ものは、排気ガスの流入側と排気ガスの流出側で交互に
セラミック製の閉塞材によって栓詰めされて閉通路とな
っている。

【００１２】制御回路１００は、例えば、アナログ信号
入力用のインタフェースＩＮａ、ディジタル信号入力用
のインタフェースＩＮｄ、アナログ信号をディジタル信
号に変換するコンバータＡ／Ｄ、各種演算処理を行う中
央処理装置ＣＰＵ、ランダムアクセスメモリＲＡＭ、読
み出し専用メモリＲＯＭ、出力回路ＯＵＴ、およびこれ
らを接続するバスライン１１１等を含むマイクロコンピ
ュータによって構成されるが、その構成の詳細な動作説
明については省略する。制御回路１００のアナログ信号
入力用のインタフェースＩＮａには、パティキュレート
フィルタ５の排気ガス経路の上流側と下流側の排気ガス
の圧力を検出する圧力センサＳＰ１，ＳＰ２からの圧力
検出信号、温度センサＳＴからのフィルタ入口温度検出
信号、図示しない回転数センサからの機関回転数信号Ｎ
ｅや吸入空気量信号Ｇａ等が入力され、ディジタル信号
入力用のインタフェースＩＮｄには、キースイッチ（図
示せず）からの信号等が入力される。

【００１３】通常の排気ガス中のパティキュレート捕集
時には、各弁Ｖ１〜Ｖ４は破線の位置に制御されてお
り、ディーゼル機関１から排出された排気ガスは、ケー
シング３に内蔵されたパティキュレートフィルタ５によ
ってパティキュレートが除去され、図示しないマフラを
介して大気中に放出される。一方、本発明ではパティキ
ュレートフィルタ５の排気ガス流入側（上流側）の圧力
と排気ガス流出側（下流側）との圧力差（圧力損失）が
後述する再生時期判定値を越えて大きくなった時に、制
御回路１００は弁Ｖ１〜Ｖ４を破線の位置から実線の位
置に切り換える切換制御を行ってパティキュレートフィ
ルタ５の再生動作が行われる。そして、このパティキュ
レートの捕集動作からいつフィルタ５の再生動作に切り
換えるか、あるいは、フィルタ再生時のヒータスイッチ
Ｓのオンオフ制御およびエアポンプ９からの２次空気の
流量の制御が制御回路１００によって行われる。

【００１４】なお、図２の実施例では、パティキュレー
トフィルタ５の温度を検出するために、フィルタ５の入
口側に温度センサＳＴを設けているが、この温度センサ
ＳＴはフィルタ５の内部に埋め込んでも良いものであ
る。ここで、制御回路１００によるパティキュレートフ
ィルタの再生時期の判断について、図３のフローチャー
トを用いて説明する。図３に示すルーチンは所定時間、
例えば５０ms毎に実行されるものとする。

【００１５】ステップ３０１では機関開始直後か否かが
判定され、機関始動開始直の時(YES) はステップ３０２
において圧力センサＳＰ１，ＳＰ２の較正（キャリブレ
ーション）が行われ、機関始動開始直後でない時(NO)は
ステップ３０２に進まずにステップ３０３に進む。ステ
ップ３０３ではフィルタ５の上流側と下流側に設けられ
た圧力センサＳＰ１，ＳＰ２の検出値ＰＵ，ＰＤ、内燃
機関の吸入空気量Ｇａ、およびフィルタの入口温度Ｔが
読み込まれる。

【００１６】続くステップ３０４では圧力センサＳＰ
１，ＳＰ２の検出値ＰＵ，ＰＤの差から圧力損失値ΔＰ
が演算される。演算された圧力損失値ΔＰは、吸入空気
量Ｇａやフィルタ入口温度Ｔによる影響を受けた真の値
ではないので、この圧力損失値ΔＰはステップ３０５に
おいて、この時の吸入空気量Ｇａとフィルタ入口温度Ｔ
によって補正される。

【００１７】この補正は、例えば、Ｔ′を使用頻度が最
も高い条件における標準的なフィルタ入口温度、Ｇａ′
を使用頻度が最も高い条件における標準的な吸入空気量
として、以下に示す補正式により補正される。 ΔＰ ＝ ΔＰ×（Ｔ′／Ｔ）×（Ｇａ′／Ｇａ） 補正された圧力損失値ΔＰは５０ms毎に算出されるが、
この値にはノイズ等の影響が重畳されている可能性があ
る。そこで、ステップ３０６において、補正された圧力
損失値ΔＰは平均化処理される。

【００１８】この平均化処理は、１０回程度のなまし処
理によりノイズの影響を取り除くのみでも良いが、これ
だけでは機関の過渡時等の運転状態の時に、圧力損失値
ΔＰ、吸入空気量Ｇａおよびフィルタ入口温度Ｔの各々
に発生する異なった検出遅れによって、補正算出誤差が
生じ易く、誤判定を起こしてしまう可能性が高い。この
ような場合は、更に正確な補正を行うために、圧力損失
値ΔＰに対して長期間、例えば、２〜３分間の平均化あ
るいはなまし処理を行うと良い。

【００１９】以上のようにして演算された補正圧力損失
値ΔＰは、ステップ３０７において予め定められた再生
開始圧力損失下限値ΔＰ_L との比較が行われる。そし
て、補正圧力損失値ΔＰが再生開始圧力損失下限値ΔＰ
_L 以下の場合(NO)はこのルーチンを終了し、再生開始圧
力損失下限値ΔＰ_L を超えた場合はステップ３０８にお
いて予め定められた再生開始圧力損失上限値ΔＰ_H との
比較が行われる。

【００２０】ここで、再生開始圧力損失下限値ΔＰ_L 及
び再生開始圧力損失上限値ΔＰ_H について図４を用いて
説明する。図４はフィルタ５の再生時の捕集量（この実
施例では圧力損失値ΔＰ）と再生時のフィルタ内温度Ｔ
との関係を示す特性図である。この図から分かるよう
に、再生開始圧力損失下限値ΔＰ_L はフィルタ５の再生
を実行した時にフィルタ５内に燃え残りが発生しないた
めの、フィルタ再生時のフィルタ温度の最低値Ｔ_L （約
２００°Ｃ）に対応する補正圧力損失値ΔＰの値であ
る。また、再生開始圧力損失上限値ΔＰ_H はフィルタ５
の再生を実行した時にフィルタ５の温度が過度に上昇し
てクラックや溶損が発生しないための、フィルタ再生時
のフィルタ温度の最高値に対応する補正圧力損失値ΔＰ
の値である。そして、再生開始圧力損失下限値ΔＰ_L と
再生開始圧力損失上限値ΔＰ_H との間の領域がこの図で
は再生ウインドウとして示されている。

【００２１】次に、補正圧力損失値ΔＰの値が図４の再
生ウインドウ領域に入った場合の動作について説明す
る。この場合はステップ３０７でYES になり、ステップ
３０８ではNOになってステップ３０９に進む場合であ
る。ステップ３０９ではフィルタ５の入口温度Ｔが最低
値Ｔ_L より高いか否かが判定される。そして、Ｔ≦Ｔ_L
の場合(NO)はフィルタ再生には温度が低すぎると判定し
て再生指示をせずにこのルーチンを終了する。一方、Ｔ
＞Ｔ_L の場合(YES)はステップ３１０に進み、Ｔ＞Ｔ_L
の状態の時間を計数し、ステップ３１１においてこの時
間が３０秒間継続されたか否かが判定される。Ｔ＞Ｔ_L
の状態が３０秒に達しない時、あるいは途中でＴ≦Ｔ_L
になった時は、再生には不適当と判定して何もせずにこ
のルーチンを終了する。Ｔ＞Ｔ_L の状態が３０秒間継続
した場合（ステップ３１１でYES ）はステップ３１２に
進み、時間の計数値がクリアされると共に、ステップ３
１３において条件Ａで再生開始指示が出力される。この
条件Ａは、通常の再生条件のことである。

【００２２】補正圧力損失値ΔＰの値が図４の再生ウイ
ンドウ領域に入った後でも、機関が低速で長時間運転さ
れたような場合は、フィルタ５の入口温度Ｔが最低値Ｔ
_L より上昇しない場合、あるいは上昇してもすぐに最低
値Ｔ_L より下がるような場合がある。このようなフィル
タ５の入口温度Ｔが最低値Ｔ_L より上昇しない場合、あ
るいはＴ＞Ｔ_L の状態が３０秒間継続しない場合は再生
指示が行われず、補正圧力損失値ΔＰが増大してステッ
プ３０８でΔＰ＞ΔＰ_H になる。この場合はステップ３
０８からステップ３１４に進み、再度フィルタ５の入口
温度Ｔが最低値Ｔ_L より高いか否かが判定される。

【００２３】そして、Ｔ≦Ｔ_L の場合(NO)はステップ３
１２に進み、時間の計数値がクリアされてステップ３１
３において条件Ａで再生開始指示が行われる。この場合
はフィルタ温度Ｔが最低値Ｔ_L ≦でもフィルタ５内の捕
集量が多いので、再生不良を起こすことなく再生が行わ
れる。一方、ステップ３１４に進んできた場合に、万が
一、Ｔ＞Ｔ_L となった時はステップ３１５において時間
の計数が実行され、ステップ３１６でＴ＞Ｔ_L の状態の
継続時間が３０秒に達したか否かが判定される。Ｔ＞Ｔ
_L の状態の継続時間が３０秒に達しない場合はこのルー
チンを終了し、途中でＴ≦Ｔ_L になった場合はステップ
３１４からステップ３１２、３１３に進んで時間の計数
値がクリアされた後に条件Ａで再生開始指示が行われ
る。ところが、Ｔ＞Ｔ_L の状態の継続時間が３０秒に達
した場合は、前述の条件Ａで再生を開始させると、フィ
ルタ５内のパティキュレートの捕集量が多いのでその燃
焼温度が過度に上昇してフィルタ５にクラックが入った
り溶損したりする恐れがある。従って、この場合はステ
ップ３１７に時間の計数値がクリアされた後に、ステッ
プ３１８において条件Ｂで再生開始指示が行われる。こ
の条件Ｂは、再生時の２次空気の流量を減らしたもので
あり、再生時の燃焼温度を２次空気の量を減らすことに
よって過度に上昇しないようにし、フィルタの破損を防
止するものである。

【００２４】以上説明したように、この実施例の内燃機
関の排気浄化装置では、機関が低速走行で長く運転され
ても、再生開始タイミングを逃すことなく、適正な時期
に再生が実行される。また、万が一、フィルタ５に過度
にパティキュレートが捕集されても、フィルタ温度に応
じて２次空気量が減らされるので、再生時のフィルタの
過度の温度上昇が防止されることになり、フィルタ５が
破損する恐れがなくなる。

【００２５】ところで、補正圧力損失値ΔＰの値が図４
の再生ウインドウ領域に入った場合で、フィルタ５の入
口温度Ｔが最低値Ｔ_L より低いと判定された場合、前述
の実施例では何もせずにこのルーチンを終了しているの
で、補正圧力損失値ΔＰの値が再生開始圧力損失上限値
ΔＰ_H を超える場合があった。このような補正圧力損失
値ΔＰの値が再生開始圧力損失上限値ΔＰ_H を超える場
合を無くす方法として、ステップ３０９における判定が
Ｔ≦Ｔ_L の場合にスロットリングを行って予めフィルタ
５を予熱するようにしても良い。

【００２６】図９はこの予熱を実施した場合のフローチ
ャートを示すものであり、図３に示したフローチャート
におけるステップ３０９におけるNOの判定の後に、ステ
ップ５０１を追加し、スロットリングを実行させるよう
にしたものである。このステップ５０１以外の手順は図
３のフローチャートの手順と同じであるので、同じステ
ップ番号を付してその説明を省略する。

【００２７】このようにステップ３０９における判定が
Ｔ≦Ｔ_L の場合にスロットリングを実行すると、フィル
タ５の温度が上昇し、図５に示したルーチンを何回が実
行した後に、ステップ３０９における判定がＴ＞Ｔ_L と
なり、補正圧力損失値ΔＰの値が再生開始圧力損失上限
値ΔＰ_H を超える前に、ステップ３１３に進んで条件Ａ
で再生開始の指示が出力されることになる。

【００２８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
フィルタ内へのパティキュレートの過度の捕集によるエ
ンジン性能の劣化がなく、また、再生時の過度の温度上
昇によるフィルタの損傷も発生することがないという効
果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明における内燃機関の排気浄化装置の原理
構成を示す構成図である。

【図２】本発明の内燃機関の排気浄化装置の一実施例の
全体構成を示すシステム図である。

【図３】図２の制御回路の再生時期判断の手順の一実施
例を示すフローチャート図である。

【図４】図３における再生開始圧力損失下限値及び再生
開始圧力損失上限値を説明する図である。

【図５】図３の再生時期判断の手順の応用例を示すフロ
ーチャート図である。

【符号の説明】

１…ディーゼル機関 ２…排気ガス通路 ３…ケーシング ５…パティキュレートフィルタ ６…２次空気供給通路 ７…燃焼ガス排出通路 ８…バイパス通路 ９…エアポンプ １１…バッテリ ２０…本発明の一実施例の排気浄化装置 １００…制御回路 Ｈ…電気ヒータ Ｓ…ヒータスイッチ ＳＰ１，ＳＰ２…圧力センサ ＳＴ…温度センサ Ｖ１〜Ｖ４…弁

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内燃機関の排気ガス通路中に設けたフィ
   ルタによって排気ガス中のパティキュレートを捕集し、
   所定時期に加熱手段による加熱を行ってパティキュレー
   トを着火させ、同時に再生用ガス供給手段により再生用
   ガスを供給してこれを燃焼させてフィルタの再生を行う
   排気浄化装置において、 前記フィルタ内に捕集されたパティキュレートの量を検
   出する捕集量検出手段と、 前記フィルタの温度を検出するフィルタ温度検出手段
   と、 パティキュレートの捕集量が第１の所定量以上であっ
   て、かつ、フィルタ温度が所定温度以上の時に再生時期
   と判断して再生動作を開始させる第１の再生時期判定手
   段と、 パティキュレートの捕集量が前記第１の所定量よりも多
   い第２の所定量に達したら再生時期と判断して再生動作
   を開始させる第２の再生時期判定手段と、 を設けたことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。