JPH05306615A - 排気ガス浄化装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 フィルタにより排気ガス中の微粒子を捕集
し、捕集微粒子をヒータにて燃焼除去してフィルタを再
生させる排気ガス微粒子浄化装置において、捕集微粒子
量の検出が何等かの原因で再生を開始すべき所定量を越
えた時点でなされ、過捕集の状態でフィルタ再生がなさ
れた場合でも、フィルタに異常高温が発生して熱損傷が
生じることのない装置を提供する。 【構成】 エンジン９の排気管９０に設けたフィルタ１
と、フィルタ１に設置した互に独立な複数のヒータ２
Ａ、２Ｂと、フィルタ１の微粒子捕集量を検出する微粒
子捕集量検出手段３と、各ヒータ２Ａ、２Ｂの通電タイ
ミングを制御する制御手段を具備し、該制御手段を、通
常のフィルタ再生ではヒータ２Ａのみ、またはヒータ２
Ａ、２Ｂに同時に通電し、微粒子過捕集状態でのフィル
タ再生では先ずヒータ２Ｂに通電し、通電終了後にフィ
ルタ２Ａに通電するように設定した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、車両のエンジン、特に
ディーゼルエンジンの排気ガス中に含まれる微粒子を捕
集し、これを燃焼除去する排気ガス浄化装置に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】排気ガス中に含まれるカーボンを主成分
とする微粒子を除去して排気ガスを浄化する手段とし
て、排気管の途中に設けたフィルタと、フィルタに設置
したヒータと、フィルタの微粒子捕集量を検出する微粒
子捕集量検出手段と、ヒータへの通電を制御する制御手
段を備えた排気ガス浄化装置を設け、フィルタにて捕集
された微粒子量が所定量に達したときにヒータに通電
し、ヒータにより捕集微粒子を着火、燃焼せしめて除去
するとともに、フィルタを再生させる手段がとられてい
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記ヒータ
としては一般に耐熱セラミック製のものが用いられてい
るが、微粒子燃焼温度が１０００℃程度以上に達すると
クラック、溶損等の熱損傷が生じる。一方、６５０℃以
下では着火ミスや燃焼不完全による再生ミスが生じる。
よって、フィルタの熱損傷および再生ミスの防止を確実
に保証するためには燃焼温度を８００〜９００℃程度と
する必要がある。

【０００４】また、発明者らの実験によれば、燃焼温度
と微粒子捕集量とは大きな相関があり、燃焼温度を８０
０〜９００℃程度とするには、捕集量を極めてせまい範
囲に制御する必要がある。

【０００５】現在、微粒子捕集量は、フィルタ前後の差
圧から推定する手段が一般に用いられているが、車両の
加減速時等の過渡状態における差圧の正確な把握は困難
である。そこでアイドル運転などの定常状態でのみ差圧
の測定を行なうこともなされているが、定常状態に至る
までの間に、微粒子捕集量が再生を開始すべき捕集量よ
りも過多となる場合がある。また、差圧センサ等が高温
状態にさらされるなどして一時的に出力異常をきたし、
正常に復帰したときには、既に微粒子の過捕集となって
いる場合がある。

【０００６】このように、微粒子が過捕集となった状態
でフィルタ再生を行なうと、燃焼温度が１０００℃を越
える高温となり、フィルタに熱損傷が生じるおそれがあ
る。

【０００７】そこで本発明は、微粒子が過捕集となった
状態でフィルタの再生を行なっても、異常高温およびこ
れに伴なうフィルタ熱損傷の発生のおそれのない排気ガ
ス浄化装置を提供することを課題としてなされたもので
ある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明では、フィルタに
互に独立な複数のヒータを設けるとともに、フィルタ再
生時の微粒子捕集量に応じて各ヒータへの通電、非通電
および通電タイミングを制御する制御手段を設ける。即
ち、図１に例示するように、エンジン９の排気管９０に
設けて排気ガス中の微粒子を捕集するフィルタ１には、
その前後位置に捕集微粒子を着火燃焼させてフィルタ１
を再生するヒータ２Ａ、２Ｂをそれぞれ設置する。かつ
フィルタ１の前後差圧から微粒子捕集量を検出する検出
手段３を設けるとともに、該検出手段３からの信号を受
けて各ヒータ２Ａ、２Ｂの通電、非通電および通電タイ
ミングを微粒子捕集量に応じて制御する制御手段４を設
ける。

【０００９】

【作用】微粒子捕集量がフィルタ再生を開始すべき所定
の最適量に達したときには制御手段によりヒータ２Ａに
通電せしめてフィルタ１の上流端に捕集された微粒子を
着火せしめ、火炎を後流へ伝播させてフィルタ全体を再
生する。

【００１０】何等かの原因で、検出された微粒子捕集量
が所定量を越えていた場合には、ヒータ２Ａ、２Ｂは制
御手段にて制御されて、再生時に熱がこもって高温にな
りやすいフィルタ１の後流側に設けたヒータ２Ｂが先ず
通電されてフィルタ後流側の捕集微粒子を燃焼除去し、
続いて上流側のヒータ２Ａが通電されてフィルタ上流側
の捕集微粒子を燃焼除去する。ここで先に後流側の捕集
微粒子を燃焼する時には、せまい範囲のみの燃焼である
ため発熱が少なく、従って、異常高温を起こすことなく
再生を行うことができる。次にフィルタ上流側の捕集微
粒子を燃焼させる時には、既に高温になりやすい後流側
に発熱するもの（微粒子）がないため高温となることが
ない。これによりフィルタ再生時の異常高温の発生を防
止する。

【００１１】

【実施例１】図１に示すように、エンジン９の排気管９
０には途中にフィルタ１が設置してある。排気管９０に
はフィルタ１の上流側と下流側をつなぐバイパス管９０
ａが設けてある。そして排気管９０にはバイパス管９０
ａの上流側分岐部に、フィルタ１側の通路とバイパス管
９０ａ側の通路を選択的に開閉するバルブ８が設置して
ある。

【００１２】フィルタ１は多孔質の耐熱セラミックより
なり、仕切壁にて仕切られた互に平行な排気ガス通路１
１を有し、通路１１は上流側が一つおきに閉じられ、下
流側は上流側が開かれた通路が閉じられている。これに
より、排気ガスは上流側が開かれた通路１１に入り、仕
切壁を横切って後流側が開かれた通路１１から排出され
る。そして仕切壁を横切るときに排気ガス中の微粒子は
仕切壁に捕集されるようになっている。

【００１３】フィルタ１には、その上流側の端面にヒー
タ２Ａが設置してあり、かつ後流側の外周にヒータ２Ａ
とは独立のヒータ２Ｂが設置してある。ヒータ２Ａ、２
Ｂはリレー７を介してバッテリー６および後記する制御
手段４に接続せしめてある。

【００１４】排気管９０にはフィルタ１前後の排気管９
０内の圧力差を検出する差圧計３が設けてある。また、
フィルタ１とバルブ８との間の位置で排気管９０内に連
通するエアポンプ５が設けてある。差圧計３およびエア
ポンプ５はそれぞれマイクロコンピュータを備えた制御
手段たる電子制御部（ＥＣＵ）４に接続せしめてある。
ヒータ２Ａ、２Ｂはリレー７を介して、またバルブ８は
図略のアクチュエータを介して、それぞれ上記電子制御
部４に接続してある。

【００１５】電子制御部４は、差圧計３にて検出された
フィルタ１の前後の差圧および図示せぬ排気温度検出手
段からフィルタ１の微粒子捕集量を演算し、捕集量が予
め決められた燃焼最適量に達すると、バルブ８をバイパ
ス管９０ａの閉位置（破線図示）から排気管９０の閉位
置（実線図示）に切替え、エアポンプ５を作動させ、フ
ィルタ上流側のヒータ２Ａに通電する制御をなすように
設定されている。一方電子制御部４は、微粒子捕集量が
差圧計３で検出された時点で既に上記所定量よりも更に
所定量だけ多くなっていた場合には、過捕集と判断し、
先ずフィルタ後流側のヒータ２Ｂに通電し、通電終了
後、上流側のヒータ２Ａに通電制御するように設定され
ている。

【００１６】上記排気ガス浄化装置において、排気ガス
はフィルタ１を流通し、フィルタ１は微粒子を捕集す
る。捕集量が所定値に達すると、バルブ８が切替えられ
て排気ガスはバイパス管９０ａを流れて排出される。そ
して、エアポンプ５からフィルタ１の上流から捕集微粒
子の燃焼に必要なエアが供給され、同時にヒータ２Ａが
通電される。これによりフィルタ上流端面部に捕集され
ている微粒子が着火されて燃焼を開始し、火炎が後流へ
伝播し、フィルタ全体の捕集微粒子が燃焼除去され、フ
ィルタ１が再生される。

【００１７】一方、電子制御部４により過捕集と判断さ
れたときは、図２に示すように、エアポンプからエアが
供給され、後流側のヒータ２Ｂに通電される。これによ
りフィルタ１の後流側の捕集微粒子が燃焼除去される。
ヒータ２Ｂの通電が終わると、代ってヒータ２Ａが通電
され、これによりフィルタ１の上流側の捕集微粒子が燃
焼除去される。エアポンプ５によるエア供給量は、再生
前半では後流側の捕集微粒子を燃焼させるに必要な量と
し、後半では上流側の捕集微粒子を燃焼せしめるととも
に火炎を後方へ伝播させるために増量する。

【００１８】後流側のヒータ２Ｂを先に通電するのは発
明者らの実験結果に基づくものである。即ち、発明者ら
は図７に示すようにフィルタ１の上流から下流に至る３
個所Ｃ₁ 、Ｃ₂ 、Ｃ₃ で捕集微粒子燃焼時のフィルタ温
度を測定した。図８はその結果を示すもので、捕集微粒
子量が比較的少ない場合は、図８（Ａ）に示すようにピ
ーク温度はＣ₁ ＞Ｃ₂ ＞Ｃ₃ の順となった。捕集微粒子
量が増加すると、フィルタ全体における発熱量が多くな
って燃焼温度も上がるが、特に後流では蓄熱によりピー
ク温度が上昇し、遂には順序が逆転し図８（Ｂ）に示す
ようにＣ₃ ＞Ｃ₂ ＞Ｃ₁ となる。

【００１９】しかして、上記実施例では、微粒子過捕集
が生じたときには、先ず蓄熱にて高温になりやすいフィ
ルタ後流の捕集微粒子を燃焼除去し、その後、上流側の
捕集微粒子を燃焼除去してフィルタ全体を再生すること
により、再生時の異常高温の発生と、これに伴なうフィ
ルタ損傷の発生を防止するのである。

【００２０】

【実施例２】図３は本発明の第２の実施例を示すもの
で、フィルタ１の外周には上流側から下流側にかけて、
互に独立なヒータ２Ｃ、２Ｄ、２Ｅが順次設けてある。

【００２１】そして、通常のフィルタ再生では供給エア
の流れに沿って図４（Ａ）に示すようにヒータ２Ｃ、２
Ｄ、２Ｅの順で電子制御部４により順次通電制御され、
過捕集時の再生では、図４（Ｂ）に示すように先ず後流
のヒータ２Ｅが通電制御され、続いてヒータ２Ｃ、２Ｄ
の順で通電制御される。

【００２２】

【実施例３】図５は本発明の第３の実施例を示すもの
で、フィルタ１の上流側端面を中心から外周へ同心状に
３領域Ｒ₁ 、Ｒ₂ 、Ｒ₃ に分け、それぞれに独立のヒー
タ２Ｆ、２Ｇ、２Ｈが設置してある。他の構造は第１の
実施例と実質的に同じである。

【００２３】そして、通常のフィルタ再生では、図６
（Ａ）に示すようにヒータ２Ｆ、２Ｇ、２Ｈに同時に通
電する。過捕集時の再生では、通電を２回に分け、図６
（Ｂ）に示すように先ずヒータ２Ｆ、２Ｈに同時に通電
してフィルタ１の中心の領域Ｒ₁ と外周の領域Ｒ₃ に沿
って後流側へ捕集微粒子を燃焼除去した後、ヒータ２Ｇ
に通電してフィルタ１の中間部の捕集微粒子を燃焼除去
する。

【００２４】更に、本実施例では過捕集を２段階とし、
過捕集が特に多い状態でのフィルタ再生では、図６
（Ｃ）に示すように、ヒータ２Ｆ、ヒータ２Ｇ、ヒータ
２Ｈに順次、かつ別個に通電する。

【００２５】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、フ
ィルタにて排気ガス中の微粒子を捕集し、捕集微粒子を
ヒータにて燃焼除去してフィルタ再生を行なう排気ガス
浄化装置において、捕集微粒子量の検出が何等かの原因
で再生を開始すべき所定量を越えた時点でなされ、過捕
集の状態でフィルタ再生がなされても、フィルタが異常
高温となるのを防止し、フィルタの熱損傷を防止するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明装置の第１の実施例の全体構成図であ
る。

【図２】上記第１の実施例におけるヒータの通電タイミ
ングおよびエア供給タイミングを示す図である。

【図３】本発明装置の第２の実施例の要部構成図であ
る。

【図４】上記第２の実施例におけるヒータの通電タイミ
ングを示す図である。

【図５】本発明装置の第３の実施例のフィルタの端面図
である。

【図６】上記第３の実施例におけるヒータの通電タイミ
ングを示す図である。

【図７】フィルタ再生時のフィルタ温度測定実験におけ
る測温点を示す図である。

【図８】上記実験において、微粒子捕集量が異る場合の
各測温点の測温結果を示す図である。

【符号の説明】

１ フィルタ ２Ａ、２Ｂ、２Ｃ、２Ｄ、２Ｅ、２Ｆ、２Ｇ ヒータ ３ 微粒子捕集量検出手段 ４ 制御手段 ５ エアポンプ ８ バルブ ９ エンジン ９０ 排気管 ９０ａ バイパス管

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 車両エンジンの排気管の途中に設けられ
   て排気ガス中に含まれる微粒子を捕集するフィルタと、
   フィルタに設けられて捕集された微粒子を着火燃焼させ
   フィルタを再生するヒータと、ヒータへの通電を制御す
   る制御手段と、フィルタの微粒子捕集量を検出する微粒
   子捕集量検出手段を備えた内燃機関の排気ガス浄化装置
   において、上記ヒータとして、互いに独立の複数のヒー
   タを設け、上記制御手段として、フィルタ再生開始時の
   微粒子捕集量に応じて各ヒータへの通電およびそのタイ
   ミングを制御する制御手段を設けたことを特徴とする排
   気ガス浄化装置。