JPH06330728A - 排気ガス浄化装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】パティキュレ−ト捕集量推定に用いる温度セン
サの不良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）、アクセル開度を入力し（１０２）、回転数
及びアクセル開度から検出した排気ガス温度が正常範囲
かどうかを調べ（１０４）、範囲内ならフィルタ正常、
範囲外ならフィルタ異常と判定する。

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、例えば
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】実公昭６３−３５１５２号公報又は実公平
２−１８２７５号公報は、フィルタ温度を検出する温度
センサを設け、この温度センサからのフィルタ温度によ
り再生プロセスを進行させ、フィルタ温度が所定のしき
い温度以上の場合に、フィルタ再生完了と判定してい
る。

【０００４】

【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、再生段階の進行や再生完
了は温度センサから出力される温度信号によって決定さ
れるために、温度センサの動作不良、故障が発生する
と、ヒータ（加熱手段）への通電制御が適正に行うこと
ができない。その結果、通電が過剰となるとフィルタの
溶損やクラックが発生し、通電が不足すると再生不良と
なってしまう。

【０００５】また、パティキュレ−ト捕集量を上記した
ように単にフィルタの差圧だけで判定する場合、エンジ
ン運転条件例えばエンジン回転数や排気ガス温度によっ
てもフィルタ差圧が変動するために、推定パティキュレ
−ト捕集量の誤差が大きいという不具合もあった。パテ
ィキュレ−ト捕集量を過少に推定すると、再生時の最高
温度の上昇によりフィルタ溶損、クラックの可能性が生
じ、パティキュレ−ト捕集量を過大に推定すると、再生
不良が生じてしまう。

【０００６】特に本発明では、フィルタ上流側の圧力
（フィルタ下流側の圧力又は大気圧を基準とする。以
下、単に圧力ともいう）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のパティキュレ−ト
捕集量を推定している。すなわち、上記圧力は、パティ
キュレ−ト捕集量の他に、エンジンの運転状態、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。本発明によれば、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、正確なパティキュレ−ト捕集量検出が実現し
た。

【０００７】ただし、このようなパティキュレ−ト捕集
量推定方式によれば、排気ガス温度を検出する温度セン
サが不良となる場合には、パティキュレ−ト捕集量の推
定精度が大幅に劣化し、その結果、逆に上記した不具合
を招くという事態が生じる。本発明は上記各問題点に鑑
みなされたものであり、簡単な装置構成により温度検出
器の異常に伴うフィルタ再生の失敗及びフィルタ損傷を
回避可能な排気ガス浄化装置を提供することをその目的
としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本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、前記排気経
路中の排気ガス温度を検出する温度検出手段と、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、前記回転数、排気ガス温度及び圧力に基づいて前記
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前記フィ
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、前記回転数を含む前記エンジンの状態変数
と前記排気ガス温度との関係を記憶する記憶手段と、前
記電熱手段への通電を実施しない期間に前記温度検出手
段から入力される排気ガス温度が前記関係に適合するか
否かを判別するとともに、非適合の場合に前記温度検出
手段の異常を指示する異常警報を発する温度異常判別手
段とを備えることを特徴としている。

【０００９】

【作用】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−ト捕集量を正確に推定
する。推定捕集量が所定レベルに達した場合に電熱手段
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、フィルタを再
生する。

【００１０】特に本発明では、少なくとも回転数を含む
エンジンの状態変数を検出し、予め記憶するマップに基
づきこれら状態変数から排気ガス温度を推定し、検出し
た排気ガス温度と推定した排気ガス温度とを比較し、そ
の差が大きい場合に排気ガス温度検出用の温度検出手段
が異常と判定する。

【００１１】

【発明の効果】以上説明したように本発明の排気ガス浄
化装置では、エンジン回転数、排気ガス温度及び排気ガ
スの圧力に基づいて、フィルタのパティキュレ−ト捕集
量を正確に推定するとともに、少なくとも回転数を含む
エンジンの状態変数から推定した排気ガス温度と検出し
た排気ガス温度との差が大きいかどうかにより温度検出
手段の異常を判別するので、装置構成の複雑化を回避し
つつ、正確で高い信頼性を有するフィルタ再生を実現で
きる。

【００１２】

【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
７、温度センサ（本発明でいう温度検出手段）６、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、温度センサ６１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。

【００１３】一方、上記したヒータ１１、ブロワ１３は
コントローラ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及びアクセ
ル開度センサ１９の出力信号はコントローラ８に伝送さ
れる。コントローラ８は、入力されるデータに基づいて
再生動作を制御し、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）。

【００１４】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。

【００１５】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。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】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。

【００１７】（フィルタ再生動作）次に、このフィルタ
２の再生動作を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を図２を参照して説明する。

【００１８】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Ｇを算出する。このパティキュレ−
ト捕集量Ｇの算出を、図４のサブルーチンにて詳細に説
明する。

【００１９】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。

【００２０】 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。

【００２１】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。

【００２２】次に、所定時間待機後、アクセル開度を読
み取り（１０２）、読み取ったアクセル開度と回転数と
をパラメータとして内蔵のマップを参照して排気ガス温
度Ｔｏを推定し、この推定排気ガス温度Ｔｏとステップ
１００にて入力した排気ガス温度Ｔとを比較し（１０
４）、両者の差が所定レベルを超過していれば、温度セ
ンサ６が異常であることを示す異常警報を出力し、警報
ランプ９を点灯し（１０６）、その後、ステップ１０７
にて異常警報出力後における緊急再生に備えて臨時捕集
量Ｇ’を算出し、ステップ１０８に進む。

【００２３】なお、上記マップは、アクセル開度と回転
数と排気ガス温度との関係を表す３次元マップである。
また、両排気ガス温度の差Ｔ−Ｔｏが所定レベル以下で
あれば、温度センサ６は正常であるとしてステップ１０
８に進む。ステップ１０８では、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１０９に進む。ステップ１０９
では、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。

【００２４】以下に、ステップ１０７の臨時捕集量Ｇ’
の算出動作について説明する。まず、上記説明したステ
ップ１００、１０２、１０４と同じ動作によって、フィ
ルタ２の下流側の温度センサ６１の排気ガス温度Ｔ’が
正常かどうかを調べ、正常であれば、この排気ガス温度
Ｔ’を用いて上記と同様に臨時捕集量Ｇ’を算出する。

【００２５】一方、下流側の温度センサ６１の排気ガス
温度Ｔ’もまた正常でなければ、上述のエンジン回転数
とアクセル開度とからサーチした上記推定排気ガス温度
Ｔｏが真正の排気ガス温度Ｔｔであると仮定して、この
排気ガス温度Ｔｔを用いて上記と同様に臨時捕集量Ｇ’
を算出する。このようにすれば、温度センサ６又は６１
の一方又は両方が故障しても再生時期を判別し、指令す
ることができ、パティキュレ−ト捕集量が過大となるの
を警告することができる。

【００２６】次に、フィルタ再生ルーチンを図３を参照
して説明する。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、フィルタ再生ルーチンが
開始される。まず、ステップ１１０により温度センサ６
又は６１の異常が出力されているかどうかを調べ、正常
であれば、温度センサ６、６１から入力される温度に基
づいて（１１８）、ヒータ１１やブロワ１３への通電制
御を行いつつフィルタ２の再生動作を順次実行し（１２
０）、フィルタ２の再生を完了して、ルーチンを終了す
る。

【００２７】一方、温度センサ６、６１が異常であれ
ば、温度センサ６、６１を用いないタイマー制御による
フィルタ制御を実施する。すなわち、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、終了する。タイマ
ー制御サブルーチンについて図５を参照しつつ以下に説
明する。

【００２８】このサブルーチンは、ブロワ１３の起動か
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起動後、時間Ｔａ（ここでは１
分）経過したら（１１６１）、ヒータ１１へ予熱電力の
通電を開始する（１１６２）。次に、ヒータ通電開始
後、時間Ｔｂ’経過したら通電電力を着火電力に切り換
え、更にヒータ通電開始後、時間Ｔｂ経過したら（１１
６３）、通電電力を燃焼持続電力に切り換える（１１６
４）。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（１１６
６）。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（１１６
８）。

【００２９】図６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、温度センサ６の異常に起因するパティキュ
レ−トの未再生やフィルタの更なる損傷を防止すること
ができる。また、上記説明したように本実施例では、エ
ンジン回転数、排気ガス温度及び排気ガスの圧力に基づ
いて、フィルタ２のパティキュレ−ト捕集量を正確に推
定するとともに、検出した排気ガス温度がアクセル開度
及び回転数から推定した排気ガス温度に対して逸脱して
いるかどうかをチェックしているので、正確で高い信頼
性を有するフィルタ再生を実現でき、パティキュレ−ト
捕集量の推定の誤りに基づくフィルタの溶損やクラック
又は再生不良を防止できる。

【００３０】なお、エンジンの暖機状態により排気ガス
温度が変動するので、エンジン始動開始後、所定時間経
過した後でのみ上記異常判別を行うようにしたり、エン
ジン冷却水温や外気温により推定排気ガス温度を補正し
たりすることも可能である。また、パティキュレ−ト捕
集量の算出に用いた状態変数を温度センサ６、６１の点
検にも利用するので、構成の複雑化を軽減することがで
きる。 （実施例２）実施例２を図７を参照して説明する。

【００３１】この実施例は、実施例１のステップ１０
２、１０４の代わりにステップ２００〜２１６からなる
ルーチンを実行することにより複雑なマップを省略した
ものである。まず、ステップ２００にてエンジン回転数
が７５０（アイドル回転数）〜２５００ｒｐｍ（最大回
転数）かどうかを調べ（エンジン２０が実際に回転して
いるかどうかを調べ）、ＮＯならステップ２０８に進
み、ＹＥＳなら温度センサ６が出力する排気ガス温度が
１００〜４００℃の範囲内かどうかを調べ（１００）、
範囲内ならタイマ１をオフしてステップ２０８に進み、
範囲外ならタイマ１がカウント中かどうかを調べ（２０
３）、ＹＥＳならステップ２０６に進み、ＮＯならタイ
マ１をスタートさせてステップ２０６に進む。

【００３２】ステップ２０６では、タイマ１がオーバー
したかどうかを調べ、オーバーしたならタイマ１をオフ
してステップ１０６（図２参照）に進み、カウント中な
らステップ２０８に進んでエンジン回転数がほぼ７５０
（アイドル回転数域）又はほぼ２５００ｒｐｍ（最大回
転数域）かどうかを調べ、ＮＯならタイマ２をオフして
（２０９）、ステップ１０８にリターンし、ＹＥＳなら
タイマ２がカウント中かどうかを調べ（２１０）、ＹＥ
Ｓならステップ２１４に進み、ＮＯならタイマ２をスタ
ートさせてステップ２１４に進む。

【００３３】ステップ２１４では、タイマ２がオーバー
したかどうかを調べ、カウント中ならステップ１０８に
リターンし、オーバーしたならタイマ２をオフしてステ
ップ２１６に進む、ステップ２１６では排気ガス温度が
エンジン回転数がほぼ２５００ｒｐｍ（最大回転数域）
の場合には２００℃以下、又は、エンジン回転数が７５
０（アイドル回転数域）の場合に３００℃以上であるか
どうかを調べ、ＹＥＳならステップ１０６（図２参照）
に進み、ＮＯならステップ１０８（図２参照）に進む。

【００３４】すなわち、エンジン回転数が最大回転数域
の場合に排気ガス温度が２００℃以下になったり、エン
ジン回転数がアイドル回転数域の場合に排気ガス温度が
３００℃以上となったりすることは実際にはないと考え
ることができるので、そのような場合には温度センサ６
の異常と判別することができる。なお、上記説明では、
温度センサ６が異常の場合にのみ、温度センサ６１の異
常を調べたが、温度センサ６及び６１の両方を調べ、両
方が正常の場合にのみ、温度による再生制御を実行する
ことも当然可能である。

【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】その再生動作を示すフローチャート、

【図６】その再生モードを示すタイミングチャート、

【図７】実施例２の再生動作を示すフローチャート、

【図８】クレーム対応図。

【符号の説明】

２はフィルタ、６、６１は温度センサ（温度検出手
段）、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、温度異常判別手段）、１１はヒータ（電熱手
段）、１８は回転数センサ（回転数検出手段）、１９は
アクセル開度センサ。

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成５年９月２０日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１２

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１２】

【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
７、温度センサ（本発明でいう温度検出手段）６、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、温度センサ６１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の出口にバルブ１４を通じて連結
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】００１３

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１３】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及びアクセル開度センサ１９の出力信号はコントロ
ーラ８に伝送される。コントローラ８は、入力されるデ
ータに基づいて再生動作を制御し、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】

【手続補正４】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図２

【補正方法】変更

【補正内容】

【図２】

【手続補正５】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図４

【補正方法】変更

【補正内容】

【図４】

Claims (1)

【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、前記エンジンの回転数を検出する回転
   数検出手段と、前記排気経路中の排気ガス温度を検出す
   る温度検出手段と、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、前記回転数、排気ガス温度
   及び圧力に基づいて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
   合に発せられる前記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、前記回転数を含む
   前記エンジンの状態変数と前記排気ガス温度との関係を
   記憶する記憶手段と、前記電熱手段への通電を実施しな
   い期間に前記温度検出手段から入力される排気ガス温度
   が前記関係に適合するか否かを判別するとともに、非適
   合の場合に前記温度検出手段の異常を指示する異常警報
   を発する温度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。