JPH06330731A - 排気ガス浄化装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】再生時にパティキュレ−ト加熱用のヒータの不
良に起因するフィルタ損傷を簡単な構成で防止可能な排
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、
圧力センサの不良を点検し、圧力センサが正常であれば
パティキュレ−ト捕集量Ｇに基づいてフィルタ再生ルー
チンを実施する。第１発明では、電熱手段（ヒータ）の
抵抗値を検出し、検出した抵抗値が所定範囲内かどうか
を調べることにより、電熱手段の異常をモニタする。第
２発明では、通電期間中で着火以前の検出温度が所定範
囲内かどうかを判別することにより、電熱手段（ヒー
タ）の異常をモニタする。

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
ータへの通電及び外気の導入（給気）用のブロワの駆動
を開始し、再生を行っている。

【０００３】また、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
サが所定のしきい温度以上に相当する温度信号を所定時
間以上継続出力する場合に、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、ヒータが再生途中で断線
したり、短絡したりすると、それを知らずに予め定めら
れた通電パターンで再生を実行するので、通電終了後も
パティキュレ−トが残留してしまい、そのために再生サ
イクルを繰り返し実行する結果となり、その結果、燃え
残り、パティキュレ−ト捕集量の増大、分布むらの発生
が生じ、フィルタ溶損やクラック発生を誘発する可能性
が生じる。

【０００５】また、断線、短絡、地絡に至らずとも、ヒ
ータの消耗によってその電気抵抗が増大すると発熱の不
足により着火失敗、温度上昇不足を招き、再生不良が発
生して上記と同様にフィルタの損傷が生じる可能性も考
えられる。更に詳しく説明すると、ヒータはフィルタの
所定の受熱表面に面して布設されているので、ヒータの
ある一部の部分が部分的に低抵抗化したり、一部が高抵
抗化したりすると、ヒータにより加熱される受熱表面の
温度上昇が大幅にばらつき、そのためにフィルタの燃焼
が不均一となって燃え残りが生じる。このような燃え残
りは次の再生サイクルにて局部的な温度上昇を招くとい
う問題を生じる。

【０００６】本発明は上記問題点に鑑みなされたもので
あり、ヒータの不良にもかかわらずフィルタ損傷を防止
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。

【０００７】

【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
フィルタ上流側の圧力を検出する圧力検出手段と、検出
された前記回転数、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、前記電熱手段の抵抗値に相当する信号を検出
する抵抗値検出手段と、前記抵抗値相当信号が所定の範
囲内かどうかを判別するとともに、範囲外の場合に前記
電熱手段の異常を指示する異常警報を発するヒータ異常
判別手段とを備えることを特徴としている。

【０００８】第２発明の排気ガス浄化装置は、図９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
圧力を検出する圧力検出手段と、検出された前記回転
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、通電
期間中で着火以前の前記温度検出手段の検出温度が所定
範囲内かどうかを判別するとともに、範囲外の場合に前
記電熱手段の異常を指示する異常警報を発するヒータ異
常判別手段とを備えることを特徴としている。

【０００９】

【作用】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、パ
ティキュレ−ト捕集量を正確に検出できる。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】第１発明では、電熱手段の抵抗値を検出
し、検出した抵抗値が所定範囲内かどうかを調べること
により、電熱手段の異常をモニタする。第２発明では、
通電期間中で着火以前の検出温度が所定範囲内かどうか
を判別することにより、電熱手段の異常をモニタする。

【００１１】

【発明の効果】以上説明したように各発明の排気ガス浄
化装置では、回転数、排気ガス温度及び圧力に基づいて
パティキュレ−ト捕集量を推定しているので（３元パラ
メータ捕集量推定方式を採用しているので）、高精度に
パティキュレ−ト捕集量を推定することができ、フィル
タの損傷や再生不良を防止することができる。

【００１２】また、第１発明では、電熱手段の抵抗値を
検出し、検出した抵抗値が所定範囲内かどうかをモニタ
しているので、簡単な電子回路を追設するだけで通電中
は常時、電熱手段の抵抗値異常をモニタでき、その異常
によるフィルタ損傷を未然に防止することができる。更
に、第２発明では、通電期間中で着火以前における電熱
手段の発熱に伴う温度検出器の温度上昇の程度により電
熱手段の発熱状態をモニタしているので、なんら検出装
置を増設することなく、電熱手段の異常をパティキュレ
−ト着火前に予めモニタでき、電熱手段の異常によるフ
ィルタ損傷を未然に防止することができる。

【００１３】

【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。

【００１４】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の信号はコ
ントローラ８に出力される。ヒータ１１は電流検出用の
低抵抗２１を通じて給電されており、低抵抗２１の電圧
降下は差動増幅器２２で増幅されてコントローラ８に入
力される。

【００１５】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）。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。

【００１６】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。

【００１７】（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６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はエンジ
ン停止期間に行うものとする。まず、フィルタ再生時期
判別ルーチンについて図２を参照して説明する。

【００１８】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、排気ガス温度Ｔを検出す
る温度センサ６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（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の場合の差圧
に相当する補正差圧ΔＰｅｑｉを算出する。したがっ
て、本実施例では、差圧は排気ガス温度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ΔＰｅｑｉは５０ｍｓｅｃ毎に算出する。

【００２１】次に、ステップ１００３にて、補正差圧Δ
Ｐｅｑｉの直前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１００
４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）に格納されて平均補正差圧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
する。

【００２２】ステップ１０２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１０３に進む。ステップ１０３
では、フィルタ再生時期が来たことを表示するランプ９
１を点灯してルーチンを終了する。

【００２３】その後、運転者がランプ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１０４にてヒータ１
１に着火に必要な電力（以下、着火電力という）を給電
し、内蔵のタイマーを起動し（１０６）、タイマー制御
サブルーチンを実行して再生動作を行う（１０８）。

【００２４】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。このサブルーチンは、ヒー
タ１１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、ヒータ点検サブ
ルーチン１０００を実行する。このヒータ点検サブルー
チン１０００を図６のフローチャートを参照して説明す
る。

【００２５】最初、差動増幅器２１から低抵抗２０の電
圧降下に比例する信号を入力し（１００１）、この電圧
抵抗すなわちヒータ１１の抵抗値に比例する大きさの入
力信号が予め記憶する所定の抵抗値範囲内かどうかを判
別し（１００２）、範囲外であればヒータ１１の異常と
判別して異常表示ランプ９を点灯し（１００６）、ルー
チンを終了し、範囲内であればステップ１００３に進
む。なお、ヒータ１１には予熱期間には所定値の直流電
圧が印加される。記憶する上記所定の抵抗値範囲は、本
実施例では予め各装置毎に測定されて記憶するヒータ１
１の初期抵抗値の上下１０％の範囲とした。

【００２６】ステップ１００３では、ヒータ１１への通
電開始後、所定時間Ｔｔ（ここでは８分）が経過したか
どうかを調べ、未経過ならステップ１００５に進み、経
過後なら温度センサ６が検出するヒータ１１の下流の予
熱空気温度が２２０〜２８０℃内かどうかを調べ（１０
０４）、範囲外であればヒータ１１の異常と判別して異
常表示ランプ９を点灯し（１００６）、ルーチンを終了
する。 範囲内なら、差動増幅器２１から入力する電圧
降下信号が、予め記憶する所定の電圧降下値（ここでは
１２０Ａ×初期抵抗値とする）以上かどうかを調べ（１
００５）、以上であれば通電電流が過大であるとしてヒ
ータ１１への通電を停止するとともにブロワ１３も停止
し、異状表示ランプ９も点灯して（１００７）、ルーチ
ンを終了する。

【００２７】一方、ステップ１００５にて通電電流が１
２０Ａ未満であれば、ヒータ１１は正常な発熱量範囲で
あるとしてメインルーチンにリターンする。ヒータ点検
サブルーチン１０００（図６）が終了すれば、ステップ
１１６１（図５参照）にて、ヒータ通電後、時間Ｔａ
（ここでは３分）が経過するのを待って送風を開始する
（１１６２）。次に、送風開始後、時間Ｔｂ（ここでは
３分）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（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）。

【００２８】図７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。以上説明したように本実施例で
は、フィルタ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。本
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
ルタの損傷や再生不良を防止することができる。

【００２９】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。この問題は本実施例による上記パティキ
ュレ−ト捕集量推定方式により格段に改善される。更
に、ヒータ１１の抵抗値と、着火前のヒータ１１近傍の
温度とに基づいてヒータ１１の異状（短絡、局部短絡、
局部高抵抗化、全面断線）を検出しているので、センサ
などの追設などの負担を回避しつつ確実にヒータ１１を
モニタすることができ、その結果、装置構成の複雑化を
回避しつつフィルタ損傷、フィルタ未再生を防止するこ
とが容易となる。

【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】その再生動作を示すフローチャート、

【図７】その再生モードを示すタイミングチャート、

【図８】クレーム対応図。

【図９】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（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、記憶手段、通電
制御手段、ヒータ異常判別手段）、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】００１３

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１３】

【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１３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】００１４

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１４】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の信号はコントローラ８に出力される。ヒータ１１
は電流検出用の低抵抗２１を通じて給電されており、低
抵抗２１の電圧降下は差動増幅器２２で増幅されてコン
トローラ８に入力される。

【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７

【補正方法】変更

【補正内容】

【図７】

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圧力を検出す
   る圧力検出手段と、検出された前記回転数、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、前記電熱手段の抵抗
   値に相当する信号を検出する抵抗値検出手段と、前記抵
   抗値相当信号が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電熱手段の異常を指示する異常
   警報を発するヒー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圧力を検出す
   る圧力検出手段と、検出された前記回転数、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、通電期間中で着火以
   前の前記温度検出手段の検出温度が所定範囲内かどうか
   を判別するとともに、範囲外の場合に前記電熱手段の異
   常を指示する異常警報を発するヒー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。