JPH06330727A - 排気ガス浄化装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】簡単な構成で確実にフィルタ損傷を検出可能な
排気ガス浄化装置を提供する。 【構成】エンジンの回転数、排気ガス温度及び圧力に基
づいてフィルタのパティキュレ−ト捕集量Ｇを推定し
（１００）、推定捕集量Ｇが所定レベルに達した場合に
フィルタ再生時期と判別し（１０８）、フィルタを再生
する（１１４〜１１６）。第１発明では、前回の再生終
了時点以降の累積回転数を積算し（１０２）、累積回転
数が所定の最小値に達する前に捕集量Ｇが所定レベル以
上となる場合、及び、累積回転数が所定の最大値に達し
た後も捕集量Ｇが所定レベル以上とならない場合に（１
０４）、フィルタが不良と判定する。第２発明では、排
気圧力が所定の範囲外となる場合に、フィルタが不良と
判別する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ディーゼル機関の排気
中に含まれる微粒子成分（パティキュレ−ト）を捕集
し、再生する排気ガス浄化装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、ディ−ゼルエンジンの排気経路に
配設されたフィルタと、このフィルタに捕集されたパテ
ィキュレ−トを着火するためのヒータとを備え、フィル
タ前後の差圧の増大により再生時期を判別してヒータへ
の通電を開始し、再生を行っている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記した
従来のフィルタ再生方式では、フィルタにクラックが生
じたり溶損が生じたりして、パティキュレ−ト捕集量を
正確に検出したり、確実に再生できなくなる可能性があ
り、このようなフィルタの損傷を看過すると、パティキ
ュレ−ト捕集効率の低下、フィルタの一層の損傷、エン
ジンの不調といった障害を招いてしまう可能性がある。

【０００４】たとえば、フィルタにクラックや溶損が生
じると、このクラックを通じて排気ガス及びパティキュ
レ−トが漏れたり、フィルタの圧力損失が減少したり、
局部的にパティキュレ−トが集中捕集されてその部分の
フィルタが更に溶損したりする可能性がある。更に、パ
ティキュレ−ト捕集量の推定誤差が増大して再生不良が
生じる可能性がある。すなわち、フィルタの異常により
パティキュレ−ト捕集量を過大に推定すると、着火失
敗、再生不良が生じ、逆にパティキュレ−ト捕集量を過
少に推定すると、フィルタなどの破損が生じる可能性が
ある。

【０００５】このようなフィルタのクラックや溶損、フ
ィルタの周囲のシール部のシール不良を早期に発見する
ために、定期的に排気ガス浄化装置を分解点検したり、
何らかの複雑な監視装置を増設したりすることも考えら
れるが、このような装置の頻繁な分解点検、及び装置構
成の複雑化は実用上、実現困難である。本発明は上記問
題点に鑑みなされたものであり、装置構成の複雑化を回
避しつつ、フィルタ異常を確実に検出でき、フィルタ異
常に伴う上記障害を未然に防止し得る排気ガス浄化装置
を提供することを、その解決すべき課題としている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】第１発明の排気ガス浄化
装置は、図７のクレーム対応図に示すように、ディ−ゼ
ルエンジンの排気経路に配設されたフィルタと、前記フ
ィルタのパティキュレ−ト捕集量を推定する捕集量推定
手段と、前記フィルタの加熱により前記フィルタに捕集
されたパティキュレ−トを燃焼させて前記フィルタを再
生する電熱手段と、前記推定捕集量が所定レベルに達し
たかどうかを判別する再生時期判別手段と、前記推定捕
集量が所定レベルに達した場合に発せられるフィルタ再
生指令の入力により前記電熱手段へ通電する通電制御手
段と、前回の再生終了時点以降の累積回転数を算出する
累積回転数算出手段と、前記累積回転数が所定の最小値
に達する前に前記推定捕集量が所定レベルに達した場
合、又は、前記累積回転数が所定の最大値に達したにも
かかわらず前記推定捕集量が所定レベルに達しない場合
に、前記フィルタの異常を指示する異常警報を出力する
フィルタ異常判別手段とを備えることを特徴としてい
る。

【０００７】第２発明の排気ガス浄化装置は、図８のク
レーム対応図に示すように、ディ−ゼルエンジンの排気
経路に配設されたフィルタと、前記エンジンの回転数を
検出する回転数検出手段と、前記フィルタ上流側の排気
ガス圧力を検出する圧力検出手段と、前記フィルタのパ
ティキュレ−ト捕集量を推定する捕集量推定手段と、前
記フィルタの加熱により前記フィルタに捕集されたパテ
ィキュレ−トを燃焼させて前記フィルタを再生する電熱
手段と、前記推定捕集量が所定レベルに達したかどうか
を判別する再生時期判別手段と、前記推定捕集量が所定
レベルに達した場合に発せられるフィルタ再生指令の入
力により前記電熱手段へ通電する通電制御手段と、前記
圧力が所定回転数において所定の範囲内かどうかを判別
するとともに、範囲外の場合に前記フィルタの異常を指
示する異常警報を出力するフィルタ異常判別手段とを備
えることを特徴としている。

【０００８】なお、フィルタ上流側の排気ガス圧力（以
下、単に圧力ともいう）は、大気圧を基準として測定可
能であり、又は、フィルタ下流側の圧力を基準として測
定可能である。

【０００９】

【作用】推定パティキュレ−ト捕集量が所定レベルに達
すると、電熱手段に通電を指令し（フィルタ再生指令を
発し）、電熱手段はフィルタのパティキュレ−トに着火
し、フィルタが再生される。更に、第１発明では、前回
の再生終了時点以降の累積回転数が所定の最小値に達す
る前にパティキュレ−ト捕集量が所定レベルに達する場
合（再生時期と判別される場合）、及び、上記累積回転
数が所定の最大値に達した後もパティキュレ−ト捕集量
が所定レベルに達しない場合（再生時期と判別されない
場合）に、フィルタが異常であると判定する。

【００１０】すなわち、フィルタ（フィルタとフィルタ
が嵌装されるケースとの間のシール部を含む）に損傷が
なければ、上記累積回転数とパティキュレ−ト捕集量と
は大体比例するものとみなせる。したがって、累積回転
数が所定の最小値に達する前にフィルタ再生時期と判別
されるのは、例えばエンジンオイルのアッシュや燃え残
りなどによりその圧力損失が増大するためと考えること
ができる。一方、累積回転数が所定の最大値に達した後
もフィルタ再生時期と判別されないのは、例えばフィル
タのクラックや溶損やシール部の異常などによりその圧
力損失が減少するためと考えられる。

【００１１】第２発明では、フィルタ上流側の排気ガス
圧力が所定範囲を逸脱する場合に、フィルタが異常であ
ると判別する。すなわち、正常なフィルタは所定回転数
において常に所定の最小圧力値以上、所定の最大圧力値
以下の圧力損失を生じる。したがって、もしフィルタに
溶損やクラックやシール材のへたりが生じて排気ガスの
漏れが生じると圧力損失が大幅に低下したり、エンジン
オイルのアッシュや燃え残りにより圧力損失が増大する
と、排気ガス圧力が上記所定範囲を逸脱するのでフィル
タ異常を検出することができる。

【００１２】

【発明の効果】以上説明したように、第１発明では、通
常、エンジンには常設されるエンジン回転数センサを用
い、前回の再生終了時点以降の累積回転数が所定の範囲
外にある期間にフィルタ再生時期と判別される場合にフ
ィルタが異常であると判別しているので、簡単な構成に
より確実にフィルタ異常を発見することができる。

【００１３】一方、第２発明では、パティキュレ−ト捕
集量の推定に通常、用いるフィルタ上流側の排気ガス圧
力を用い、それが所定範囲を逸脱する場合にフィルタが
異常であると判別しているので、簡単な構成により確実
にフィルタ異常を発見することができる。また、上記両
発明において、フィルタの外周とフィルタ収容ケースと
の間のシール部の損傷も早期に発見することができる。

【００１４】

【実施例】

（実施例１）本発明の排気ガス浄化装置の一実施例を図
１に示す。この排気ガス浄化装置は両端密閉のフィルタ
収容ケース１を有し、フィルタ収容ケース１内にはその
上流側から下流側へ、排気圧検出用の上流側圧力センサ
（本発明でいう圧力検出手段）７、温度センサ６（本発
明でいう温度検出手段）、ヒータ（本発明でいう電熱手
段）１１、フィルタ２、フィルタ下流圧力検出用の下流
側圧力センサ（本発明でいう圧力検出手段）１７が順番
に配置されている。フィルタ収容ケース１の上流側の端
壁にはディーゼルエンジン２０の排気管３が配設されて
おり、排気管３の途中から送気管１０が分岐されてい
る。送気管１０は給気用のブロワ１３の出口に連結され
ている。

【００１５】一方、上記したヒータ１１、ブロワ１３は
コントローラ（本発明でいう捕集量推定手段、再生時期
判別指令手段、通電制御手段、回転数積算手段、フィル
タ異常判別手段）８により駆動制御され、また、ディー
ゼルエンジン２０に装着された回転数センサ１８の信号
はコントローラ８に出力される。コントローラ８はＡ／
Ｄコンバータ内蔵マイコン（図示せず）を具備してお
り、各種データを処理して、ヒータ１１、ブロワ１３を
制御して再生を実行するともに、異常発生時に異常警報
ランプ９を点灯する（異常信号を出力する）。

【００１６】フィルタ２はハニカムセラミックフィルタ
（日本碍子ｋｋ製、直径５．６６インチ×長さ６イン
チ）であって、コ−ジェライトを素材として円柱形状に
焼成されている。フィルタ２はその両端面を貫通する多
数の通気孔を有し、隣接する通気孔の一方は上流端で封
栓され、その他方は下流端で封栓されている。排気ガス
は隣接する通気孔間の多孔性隔壁を透過し、パティキュ
レ−トだけが通気孔内に捕集される。フィルタ２の両端
面はケース１の両端面に所定距離を隔てて対面してい
る。

【００１７】ヒータ３はニクロム線を素材とする電熱抵
抗体からなり、フィルタ２の再生時上流側に当たる端面
に近接配置されている。以下、この装置の動作を説明す
る。 （パティキュレ−ト捕集動作）ディ−ゼルエンジン２０
から排出された排気ガスは排気管３を通じてケース１内
に導入され、排気ガス中のパティキュレ−トはフィルタ
２で捕集され、浄化された排気ガスは尾管４から外部に
排出される。

【００１８】（フィルタ再生動作）次に、このフィルタ
２の再生動作を図２〜図４のフローチャートに従って説
明する。なお、この装置ではフィルタ再生動作をエンジ
ン停止期間に外部電源から受電して手動操作による起動
により開始するものとする。まず、エンジン運転中に実
施されるフィルタ再生判別ルーチン（ステップ１００〜
１１１）及びエンジン停止中に実施されるフィルタ再生
実行ルーチン（ステップ１１２〜１１８）からなるフィ
ルタ再生ルーチンを図２に示す。

【００１９】まず、エンジン２０の起動とともにフィル
タ再生判別ルーチンがスタートされ、ステップ１００に
て、圧力センサ７、１７が検出する排気圧力Ｐ１，Ｐ２
と、回転数センサ１８が検出するエンジン回転数ｎと、
温度センサ６が検出する排気ガス温度Ｔに基づいて、パ
ティキュレ−ト捕集量を算出する。このパティキュレ−
ト捕集量Ｇの算出を、図３のサブルーチンにて詳細に説
明する。

【００２０】まず、ステップ１００１にて、排気圧力Ｐ
１，Ｐ２、回転数ｎ及び排気ガス温度Ｔを入力する。次
に、ステップ１００２にて、フィルタ２の圧力損失（測
定差圧）ΔＰ＝Ｐ１−Ｐ２に対する回転数ｎ、排気ガス
温度Ｔの影響を排除するために、以下の補正式により、
補正差圧ΔＰｅｑｉを求める。

【００２１】 ΔＰｅｑｉ＝ΔＰ×（５２３／Ｔ）×（２６００／ｎ） 排気ガス温度Ｔは絶対温度であり、回転数ｎの単位はｒ
ｐｍである。すなわち、上式により測定差圧ΔＰを絶対
温度Ｔが５２３で、回転数ｎが２６００の場合の補正差
圧ΔＰｅｑｉに補正する。したがって、本実施例では、
測定差圧ΔＰは排気ガス温度Ｔ又は回転数ｎの変動に対
して逆比例するものと近似している。この補正差圧ΔＰ
ｅｑｉは５０ｍｓｅｃ毎に算出する。

【００２２】次に、ステップ１００３にて、過去におい
て５０ｍｓｅｃ毎に入力された各補正差圧ΔＰｅｑｉの
内、直前の６４個の各算出値の平均を求め、これを平均
補正差圧ΔＰｅｑｍとする。次に、ステップ１００４に
て、マイコン式のコントローラ８内蔵のメモリ（図示せ
ず）に記憶され、平均補正差圧ΔＰｅｑｍと捕集量Ｇと
の関係を記憶するテーブルから、捕集量Ｇをサーチして
メインルーチンにリターンする。

【００２３】次に、ステップ１０１にて回転数ｎを積算
して累積回転数を算出する。なお、回転数ｎを積算する
カウンタは後述するステップ１１８にてリセットされた
後、ステップ１００１で読み取った回転数ｎに前回のス
テップ１００１開始時点から今回のステップ１００１開
始時点までの時間Δｔを掛け、この積算値ｎ×Δｔを前
回までの積算値（累積回転数）に加算して、今回の累積
回転数とすることにより実施される。

【００２４】次に、ステップ１０４にてステップ１０１
で求めた累積回転数が予め記憶する所定の最大値に達し
たかどうかを調べ、達した場合にはフィルタ異常と判別
し、異常警報ランプ９を点灯する（１０６）。ステップ
１０４にて累積回転数が予め記憶する所定の最大値に達
していなければ、フィルタ正常と判別し、ステップ１０
８にて、サーチしたパティキュレ−ト捕集量Ｇが所定の
しきい値Ｇｔを超過したかどうかを調べ、超過しなけれ
ばステップ１００にリターンし、超過したらステップ１
１０に進む。

【００２５】ステップ１１０では、ステップ１０１で求
めた累積回転数が予め記憶する所定の最小値に達したか
どうかを調べ、達していない場合にはフィルタ異常と判
別し、異常警報ランプ９を点灯する（１０６）。ステッ
プ１１０にて累積回転数が予め記憶する所定の最小値に
達していれば、フィルタ正常と判別し、フィルタ再生を
指令するランプ９１を点灯して、ルーチンを終了する。

【００２６】その後、運転者がフィルタ再生を指令する
ランプ９１の点灯を視認し、エンジン停止状態にて再生
スイッチ（図示せず）をオンすると、上記フィルタ再生
実行ルーチンが開始される。このルーチンでは、まずス
テップ１１２にてブロワ１３を起動し、次に、内蔵のタ
イマーを起動し（１１４）、タイマー制御サブルーチン
を実行して再生動作を行い（１１６）、再生終了後、コ
ントローラ８内のマイコン（図示せず）に内蔵される回
転数積算カウンタを０にリセットする（１１８）。

【００２７】上記したタイマー制御サブルーチンについ
て図４を参照しつつ以下に説明する。このサブルーチン
は、ブロワ１３への通電開始からの時間をパラメータと
して通電、送風制御を行うものであり、まずブロワ１３
へ通電後、時間Ｔａ（ここでは１分）経過したら（１１
６１）、ヒータ１１への通電を開始する（１１６２）。
次に、ヒータ１１への予熱電力の通電開始後、時間Ｔ
ｂ’経過したら、着火電力を通電し、ヒータ１１への通
電開始後、時間Ｔｂが経過したら（１１６３）、ヒータ
１１への通電電力を着火電力から燃焼持続電力に切り換
える（１１６４）。次に、Ｔｂ経過後、時間Ｔｃ（ここ
では１５分）経過したら（１１６５）、通電を停止する
（１１６６）。次に、通電停止後、時間Ｔｄ（ここでは
１０分）経過したら（１１６７）、送風を停止する（１
１６８）。

【００２８】図５にこのサブルーチン中におけるタイミ
ングチャートを示す。以上に説明した本実施例の制御方
式によれば、フィルタ２の損傷に起因するパティキュレ
−トの未再生やフィルタ２の更なる損傷を防止すること
ができる。上記ルーチンにおいて、ステップ１００は本
発明でいう捕集量推定手段であり、ステップ１０８は本
発明でいう再生時期判別手段であり、ステップ１１２〜
１１６でいう通電制御手段であり、ステップ１０２は回
転数積算手段であり、ステップ１０４、１１０はフィル
タ異常判別手段である。

【００２９】この実施例では、Ｇｔ＝６ｇ／ｌの時、累
積回転数の最小値は１５６、０００、累積回転数の最大
値は９３６０００と設定した。 （実施例２）他の実施例を図６のフローチャートを参照
して説明する。この実施例は、エンジン運転中は常時実
施され、まず、ステップ１０１にて、エンジン回転数ｎ
が２５００ｒｐｍ（実際には、２４５０〜２５５０ｒｐ
ｍ）かどうかを調べ、そうであれば２５００ｒｐｍ時の
測定差圧を示すΔＰ（２５００）を更新し（１０３）、
そうでなければ上記更新を行わずにステップ１０５に進
み、記憶する２５００ｒｐｍ時の差圧ΔＰ（２５００）
が所定の最小差圧ΔＰｍｉｎから所定の最大差圧ΔＰｍ
ａｘの範囲内かどうかを調べる。

【００３０】そして、上記範囲内であればフィルタ正常
と判断してステップ１０１にリターンし、範囲外であれ
ばフィルタ損傷と判断して異常表示ランプ９を点灯して
（１０６）、ルーチンを終了する。この実施例では、最
小差圧ΔＰｍｉｎは５０ｍｍＨｇ、最大差圧ΔＰｍａｘ
は３００ｍｍＨｇと設定した。

【００３１】以上説明した上記両実施例では、フィルタ
２の上流側の排気ガス圧力のみならず、排気ガス温度及
びエンジン回転数に基づいてフィルタ２のパティキュレ
−ト捕集量を推定している。すなわち、排気ガス圧力
は、フィルタ２のパティキュレ−ト捕集量の他に、エン
ジン２０の運転状態、例えばエンジン回転数や排気ガス
温度によっても変動してしまうので、圧力だけではパテ
ィキュレ−ト捕集量を正確に検出できない。上記両実施
例によれば、回転数、圧力、排気ガス温度に基づいてパ
ティキュレ−ト捕集量を決定しているので、パティキュ
レ−ト捕集量を正確に検出でき、このため、パティキュ
レ−ト捕集量の過大推定や過少推定に起因するフィルタ
２の損傷や再生不良を防止することができる。

【００３２】すなわち、パティキュレ−ト捕集量を過大
に推定すると、着火不良や再生不良が生じ、パティキュ
レ−ト捕集量を過少に推定すると、フィルタ２の損傷を
招いてしまう。この問題は本発明の採用になる上記パテ
ィキュレ−ト捕集量推定方式により格段に改善される。
更に上記両実施例によれば、パティキュレ−ト捕集量の
推定に用いるエンジン回転数及び排気ガス圧力を用いて
フィルタ異常のモニタを行えるので、装置構成の複雑化
が回避できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の排気ガス浄化装置の一実施例を示すブ
ロック図、

【図２】その再生動作を示すフローチャート、

【図３】その再生動作を示すフローチャート、

【図４】その再生動作を示すフローチャート、

【図５】その再生モードを示すタイミングチャート、

【図６】実施例２の再生動作を示すフローチャート、

【図７】実施例１（第１発明）のクレーム対応図。

【図８】実施例２（第２発明）のクレーム対応図。

【符号の説明】

２はフィルタ、６は温度センサ、７、１７は圧力センサ
（圧力検出手段）、８はコントローラ（捕集量検出手
段、再生時期判別手段、通電制御手段、回転数積算手
段、フィルタ異常判別手段）、１１はヒータ（電熱手
段）、１８は回転数センサ（回転数検出手段）。

【手続補正書】

【提出日】平成６年１月１２日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１４

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１４】

【実施例】 （実施例１）本発明の排気ガス浄化装置の一実施例を図
１に示す。この排気ガス浄化装置は両端密閉のフィルタ
収容ケース１を有し、フィルタ収容ケース１内にはその
上流側から下流側へ、排気圧検出用の上流側圧力センサ
（本発明でいう圧力検出手段）７、温度センサ６（本発
明でいう温度検出手段）、ヒータ（本発明でいう電熱手
段）１１、フィルタ２、フィルタ下流圧力検出用の下流
側圧力センサ（本発明でいう圧力検出手段）１７が順番
に配置されている。フィルタ収容ケース１の上流側の端
壁にはディーゼルエンジン２０の排気管３が配設されて
おり、排気管３の途中から送気管１０が分岐されてい
る。送気管１０はバルブ１４を介して給気用のブロワ１
３の出口に連結されている。

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１５

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１５】一方、上記したヒータ１１、ブロワ１３及
びバルブ１４はコントローラ（本発明でいう捕集量推定
手段、再生時期判別指令手段、通電制御手段、回転数積
算手段、フィルタ異常判別手段）８により駆動制御さ
れ、また、ディーゼルエンジン２０に装着された回転数
センサ１８の信号はコントローラ８に出力される。コン
トローラ８はＡ／Ｄコンバータ内蔵マイコン（図示せ
ず）を具備しており、各種データを処理して、ヒータ１
１、ブロワ１３を制御して再生を実行するともに、異常
発生時に異常警報ランプ９を点灯する（異常信号を出力
する）。

【手続補正３】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図１

【補正方法】変更

【補正内容】

【図１】

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ディ−ゼルエンジンの排気経路に配設さ
   れたフィルタと、前記フィルタのパティキュレ−ト捕集
   量を推定する捕集量推定手段と、前記フィルタの加熱に
   より前記フィルタに捕集されたパティキュレ−トを燃焼
   させて前記フィルタを再生する電熱手段と、前記推定捕
   集量が所定レベルに達したかどうかを判別する再生時期
   判別手段と、前記推定捕集量が所定レベルに達した場合
   に発せられるフィルタ再生指令の入力により前記電熱手
   段へ通電する通電制御手段と、前回の再生終了時点以降
   の累積回転数を算出する累積回転数算出手段と、前記累
   積回転数が所定の最小値に達する前に前記推定捕集量が
   所定レベルに達した場合、又は、前記累積回転数が所定
   の最大値に達したにもかかわらず前記推定捕集量が所定
   レベルに達しない場合に、前記フィルタの異常を指示す
   る異常警報を出力するフィルタ異常判別手段とを備える
   ことを特徴とする排気ガス浄化装置。
2. 【請求項２】 ディ−ゼルエンジンの排気経路に配設さ
   れたフィルタと、前記エンジンの回転数を検出する回転
   数検出手段と、前記フィルタ上流側の排気ガス圧力を検
   出する圧力検出手段と、前記フィルタのパティキュレ−
   ト捕集量を推定する捕集量推定手段と、前記フィルタの
   加熱により前記フィルタに捕集されたパティキュレ−ト
   を燃焼させて前記フィルタを再生する電熱手段と、前記
   推定捕集量が所定レベルに達したかどうかを判別する再
   生時期判別手段と、前記推定捕集量が所定レベルに達し
   た場合に発せられるフィルタ再生指令の入力により前記
   電熱手段へ通電する通電制御手段と、前記圧力が所定回
   転数において所定の範囲内かどうかを判別するととも
   に、範囲外の場合に前記フィルタの異常を指示する異常
   警報を出力するフィルタ異常判別手段とを備えることを
   特徴とする排気ガス浄化装置。