JPH0658136A

JPH0658136A - 排気ガス微粒子浄化装置

Info

Publication number: JPH0658136A
Application number: JP4210300A
Authority: JP
Inventors: Akikazu Kojima; 昭和小島; Shinji Miyoshi; 新二三好; Fumiaki Arikawa; 文明有川; Takayuki Takeuchi; 隆之竹内
Original assignee: Nippon Soken Inc
Current assignee: Soken Inc
Priority date: 1992-08-06
Filing date: 1992-08-06
Publication date: 1994-03-01

Abstract

(57)【要約】【目的】パティキュレートを捕集したフィルタの再生
開始直前の温度の高低にかかわらず、電気ヒータによる
加熱を適正化して熱損傷等を防止する。【構成】再生時には切換弁３及び７を図示のような位
置にして、フィルタ２０に対して空気ポンプ１２から送
られる再生用の空気の流れの上流側端面（外周部でもよ
い）に設けられた電気ヒータ２１に通電し、堆積したパ
ティキュレートを加熱して着火させるが、本発明では前
記流れの下流側に温度センサ２２を設けて電気ヒータ２
１との電気的干渉を避けると共に、温度センサ２２が検
出する再生開始直前の温度の高低に応じて、制御装置１
３がリレー、電圧調整器等の通電量制御手段を制御し
て、適正な時間だけの通電、適正な電圧による通電、或
いは、最初に低い電圧で通電して予熱した後に本格的に
通電する等の手段により、フィルタ２０の温度が高すぎ
ず、且つ低すぎないように調整する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ディーゼル機関等から
排出される排気ガスの中に含まれている微粒子（パティ
キュレート）を分離捕集して排気ガスを浄化するところ
のフィルタを備えた排気ガス微粒子浄化装置に係り、特
に、フィルタ内の微粒子の堆積量が増加したときに微粒
子を燃焼させて除去するフィルタの再生処理を、フィル
タの温度が低い場合にも、フィルタにクラックのような
熱損傷を与えることなく良好に行うことができるように
したこの種の排気ガス微粒子浄化装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えばディーゼル機関の排気ガス中に
は、カーボン粒子等の可燃性の微粒子（パティキュレー
ト）が多く含まれているので、ディーゼル機関の排気系
にはこ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（以下、単にフィルタと呼ぶ）が装着さ
れている。

【０００３】このフィルタは、例えばセラミック材料に
代表されるように耐熱性があって、しかも多孔質で通気
性のある材料から形成されている。機関の運転時間の経
過に伴ってフィルタの内部に堆積するパティキュレート
の量が増えると、通気抵抗が次第に増大して機関の出力
低下を招くため、パティキュレートの捕集量に応じて定
期的にフィルタの再生処理を行う必要がある。

【０００４】再生は堆積したパティキュレートを加熱手
段によって着火温度（約６５０℃）以上の高温まで高
め、パティキュレートに着火させ、且つ燃焼させること
によって開始される。この加熱手段としては電気ヒータ
や軽油バーナ等が考えられているが、図１６としてフィ
ルタ２０に電気ヒータ２１を装着した例を示す。フィル
タ２０にはバイパス通路９が設けられ、再生時には図示
のように切換弁３によって排気ガスの全量がバイパス通
路９に流され、その代わりに再生用の空気が空気ポンプ
１２によってフィルタ２０の一端側から供給される（こ
の例の場合は捕集時の排気ガスの流れと同じ方向に供給
される）。そして、フィルタ２０における再生用空気の
流れの上流側端面に沿って配設するか、或いは端面の内
部に埋設した電気ヒータ２１に通電することによって、
フィルタ２０に堆積したパティキュレートを空気の流れ
の上流側から加熱して着火させ、空気ポンプ１２から供
給される空気によって燃焼させて焼却する。

【０００５】ところで、フィルタの内部温度はフィルタ
の再生を開始する直前の機関の運転状況によって大幅に
変化するが、再生開始直前におけるフィルタ内部の温度
（以下これを「再生開始直前の温度」と呼ぶことにす
る。）が高いか或いは低いかによって、再生状況も大き
く変化する。

【０００６】図４は、発明者らが直径１４０ｍｍ、長さ
１３０ｍｍで容積が２リットルの円柱形のパティキュレ
ート捕集フィルタ２０を用いて再生試験を行った時の、
フィルタ２０の内部温度の時間的変化を示したものであ
る。測温点Ｐは同図内に示したように、電気ヒータ２１
が設けられている再生時の空気の流れの上流側端面から
軸方向に測って３０ｍｍの、フィルタ２０の略中心の位
置に設定されている。内部温度の時間的変化を示す曲線
Ｉは再生開始直前の温度が６０°Ｃ（低い）の場合を示
しており、曲線IIは再生開始直前の温度が４００°Ｃ
（高い）の場合を示している。

【０００７】再生開始直前の温度が低いＩの場合は、フ
ィルタ２０或いは電気ヒータ２１自体の熱容量のため
に、測温点Ｐの温度の立ち上がりに比較的長い時間ｔ_L
を必要とし、堆積したパティキュレートが着火温度（約
６５０°Ｃ）に到達するのが遅くなる。これに対して、
再生開始直前の温度が高いIIの場合は、フィルタ２０が
既にかなりの熱量を保有しているため、測温点Ｐの温度
が比較的短い時間ｔ_Hで立ち上がり、急速に着火温度に
到達する。従って、Ｉ及びIIの間には、実際にパティキ
ュレートに着火する時期について時間ｔ_Iだけの差が生
じる。

【０００８】パティキュレートフィルタ２０を搭載して
いる自動車においては、走行状態の変化によってフィル
タ２０の再生開始直前の温度が大幅に変動するし、フィ
ルタ２０の再生時期が走行状態とは無関係に訪れる以
上、あらゆる条件下で確実にパティキュレートに着火さ
せるためには、再生開始直前の温度が考えられる範囲で
最も低い値となる状態を想定して、電気ヒータ２１の通
電条件を設定しておく必要があるが、その結果、再生開
始直前の温度が高い場合には、着火してから通電を終了
するまでの時間ｔ_Iの間は電力を無駄に消費しているこ
とになる。

【０００９】そこで、再生開始直前の温度が低い場合
（Ｉ）と高い場合（II）のそれぞれについて、電気ヒー
タ２１の近傍の温度の変化を測定してみたところ図５に
示すようにようになり、再生開始直前の温度が低い曲線
Ｉの場合にパティキュレートの着火に必要な目標温度Ｔ
_Tに到達するまでの通電時間がｔ_Vであるとき、再生開
始直前の温度が高い曲線IIの場合にも同じｔ_Vだけの通
電を行うと、電力の浪費になるだけでなく、フィルタ２
０の温度がＴ_Cまで過度に上昇してしまい、フィルタ２
０の一部にクラックや溶損等の熱損傷が生じ易くなる。

【００１０】一般に、電気ヒータ２１への通電時間を一
定とした場合には、ヒータ近傍の温度は、再生開始直前
の温度の高低に応じて図６に示したように変化する。従
って、電気ヒータ２１の近傍の温度は勿論パティキュレ
ートの着火に必要な温度に達していなければならない
が、温度勾配によって発生するフィルタ２０のクラック
を防止するためには、電気ヒータ２１の近傍の温度はで
きるだけ低くする必要がある。

【００１１】このような必要性からなされたものと考え
られるが、例えば特開平１−３１３６１２号公報に記載
された従来技術においては、フィルタの一端面に沿って
設けられた電気ヒータの近傍の温度を、電気ヒータに近
接して設けられた温度センサによって検出し、この温度
が過度に上昇しないように電気ヒータに供給される電力
を制御するように構成している。

【００１２】しかしながら、フィルタの高い再生率を得
るためには電気ヒータをフィルタの前面の全域にわたっ
て配置する必要があるが、この従来技術のように電気ヒ
ータの近辺に熱電対のような導電性のある温度センサを
配置するのは、温度センサが電気ヒータと接触する危険
性が高くなるので実際的ではない。また、この従来技術
においては、温度センサからの信号によって電気ヒータ
への通電及び非通電をフィードバック制御しているた
め、制御装置の構成が複雑になるばかりでなく、電気ヒ
ータへの数十アンペアないし百数十アンペアという大き
な電流量を頻繁に断続することになる結果、リレーの接
点に大きな負担がかかって耐久性や信頼性に問題が生じ
るものと考えられる。

【００１３】更に、従来技術においては、フィルタ２０
に堆積したパティキュレートに早急に着火させようとし
て、電気ヒータ２１に一時に大きな電力を供給する結
果、機関の運転状態によって再生開始直前の温度が低い
場合には、フィルタ２０内に大きな温度勾配を生じるこ
とになって、熱歪みによるクラックのような熱損傷を起
こし易いというような問題もある。

【００１４】この問題の原因を解明するため、本発明者
等が前記のものと同じ大きさのフィルタ２０を使用して
実験を行った結果を図１０〜図１４に示す。図１０に示
すの各点は、フィルタ２０において温度センサを
設置した位置を示すもので、それらの位置はいずれもフ
ィルタ２０の中心に選定されているが、電気ヒータ２１
が設けられる端面から軸方向に測って、それぞれ３０ｍ
ｍ，６５ｍｍ，１００ｍｍの点としてある。

【００１５】図１１は、フィルタ２０の再生開始直前の
温度が６０°Ｃのように低い場合において、測温点
のそれぞれの温度の時間的変化を測定した結果を示し
ている。初期状態の温度が低いのと、電気ヒータ２１の
熱が空気のような再生用ガスの流れに乗って下流側に伝
えられ、パティキュレートが電気ヒータ２１に近いとこ
ろからの順に着火燃焼して温度上昇する結果、共
通の時点においてそれらを比較すると、矢印で例示した
ように測温点の間に大きな温度差のあることが判
る。このように、燃焼している部分と未燃焼部分との間
の温度差が大きくて温度勾配が強い場合には、フィルタ
２０に局部的な熱歪みによるクラックを起こし易くな
る。

【００１６】図１２は、フィルタ２０の再生開始直前の
温度が４００°Ｃのように高い場合の測定結果を示した
ものである。パティキュレートの堆積量は図１１の場合
と同程度としてあるため、いずれの場合もパティキュレ
ートの再生燃焼のピーク温度は９００°Ｃ程度である
が、図１２のように再生開始直前の温度が高い場合は、
燃焼している部分と未燃焼部分との間の温度差が比較的
小さいので、前述のような温度差による熱歪みによって
クラックを生じる可能性は低いが、過度の温度上昇を許
した場合には溶損等を起こす恐れがある。

【００１７】次に、電気ヒータ２１への通電量を一定に
維持している状態において、電気ヒータ２１の表面温度
Ｔ_Hと、電気ヒータ２１の近傍のフィルタ２０の温度Ｔ
_Fとの時間的変化を、再生開始直前の温度の高低別に調
べた結果を図１３と図１４に示す。図１３は再生開始直
前の温度が４００°Ｃのように高い場合であって、電気
ヒータの表面温度Ｔ_H（実線）と、それに対応する近傍
のフィルタの温度Ｔ_F（破線）との間には高々１００〜
２００°Ｃ程度の温度差があるに過ぎないが、再生開始
直前の温度が６０°Ｃのように低い場合には、図１４に
示すように、電気ヒータの表面温度Ｔ_Hとそれに対応す
る近傍のフィルタの温度Ｔ_Fとの間には４００°Ｃ以上
もの温度差が生じ、電気ヒータ２１に通電しただけでも
フィルタ２０にクラックのような局部的な熱損傷を起こ
す危険性がある。

【００１８】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、このような
従来技術の多くの問題点を踏まえて、パティキュレート
捕集用フィルタの再生時に、該フィルタに設けられた電
気ヒータへの通電を従来技術よりも簡単に制御すること
により、再生開始直前の温度が特に低い場合を含めてど
のような条件下にあっても、常にパティキュレートへの
着火を確実に達成しながらも、通電量過多によるフィル
タの熱損傷を予防し、併せて電力の無駄な消費を防止す
ることができる排気ガス微粒子浄化装置を提供すること
を、発明の解決課題とするものである。

【００１９】

【課題を解決するための手段】本発明は、前記の課題を
解決するための手段として、内燃機関の排気系に設けら
れて排気ガス中の微粒子を捕集するフィルタと、前記フ
ィルタの再生時における再生用ガスの流れの上流側端面
或いは外周面に沿って設けられた電気ヒータと、前記フ
ィルタの前記再生用ガスの流れの下流側端面寄りに設け
られた測温手段と、前記測温手段の検出する再生開始直
前の温度に基づいて前記電気ヒータに対する適正な通電
量を決定する制御手段と、前記制御手段の指令に従って
前記電気ヒータに通電を行う通電量制御手段とを備えて
いることを特徴とする排気ガス微粒子浄化装置を提供す
る。

【００２０】

【作用】微粒子を捕集したフィルタを再生するとき、フ
ィルタの再生用ガスの流れの上流側端面或いは外周面に
沿って設けられた電気ヒータに通電して、微粒子を加熱
して着火、燃焼させるが、その通電量は、フィルタの再
生用ガスの流れの下流側端面寄りに設けられた測温手段
が検出する再生開始直前の温度に基づいて、制御手段に
よって適正に決定される。そして制御手段の指令に従っ
て通電量制御手段が電気ヒータに通電を開始し、且つ指
令に従って通電を終了する。

【００２１】このようにすることによって通電量制御手
段の電流の断続回数がきわめて少なくなり、フィルタは
適正な温度まで加熱されるので微粒子に対する良好な着
火、燃焼が行われる。また適正な温度以上に加熱される
こともないため、フィルタの熱損傷が予防され、電力の
浪費も防止される。更に、電気ヒータと測温手段とは離
れた位置に設けられることになり、それらの接触等の恐
れが全くない。

【００２２】

【実施例】図１に、本発明の第１実施例であるディーゼ
ルエンジン用の排気ガス微粒子浄化装置１の関連する諸
装置を含む全体構成が概念的に示されている。図１の左
方にある図示しないディーゼルエンジンから導出される
排気管２は、切換弁３を介してフィルタ容器４に接続さ
れる。フィルタ容器４は略円筒形のものであるが、その
両端に排気ガス或いは空気の入口部又は出口部となる円
錐形の空間５及び６の部分を備えており、排気管２は空
間５に接続される。そして空間６は切換弁７を介して末
端の排気管８に接続され、図示しない他の排気ガス浄化
装置や消音器等を経て大気に開放される。

【００２３】排気管２と排気管８との間には、それらを
直接に連通させ得るバイパス通路９が設けられており、
切換弁７がフィルタ容器４の空間６又はバイパス通路９
のいずれか一方を選択的に排気管８へ接続するように作
動する。また、切換弁３から分岐する別の排気管１０が
外気に開放しており、この排気管１０は、切換弁３によ
って排気管２とフィルタ容器４の空間５との間が遮断さ
れたときに、空間５を外気に連通するようになってい
る。更に、フィルタ容器４の空間６には空気供給管１１
によって空気ポンプ１２が接続されている。１３は本発
明に言う制御手段としての、例えば電子式の制御装置で
あって、切換弁３を作動させるアクチュエータ１４、切
換弁７を作動させるアクチュエータ１５、更に、空気ポ
ンプ１２の駆動を制御する空気流量制御装置１６、及
び、後述のように本発明の特徴である通電量制御手段の
一例としてのリレー１７等に制御信号を送るものであ
る。

【００２４】排気ガス微粒子浄化装置１のフィルタ容器
４内には、排気ガス中に含まれているパティキュレート
（微粒子）を捕集するための多孔質のセラミック材から
なるハニカム構造のフィルタ２０が、適当な緩衝材或い
は断熱材を介して固定されており、その空間６側の端面
には、パティキュレートを加熱して着火させる加熱手段
としての電気ヒータ２１が取り付けられている。電気ヒ
ータ２１は前述のように制御装置１３によって操作され
るリレー１７によって通電制御される。

【００２５】電気ヒータ２１が設けられた空間６の側と
は反対の、フィルタ２０の再生の際に下流側となる空間
５の側には測温手段としての温度センサ２２が設けら
れ、その先端がフィルタ２０の内部に挿入されてフィル
タ２０の内部の温度を検出し、その信号を電子式制御装
置１３に入力するようになっている。なお、温度センサ
２２の検出端をフィルタ２０の内部に挿入して設置する
ことが困難な場合には、フィルタ２０内部の温度と対応
して変化する温度を示す部分であって再生時に下流側と
なるフィルタ２０の端面の一部の近傍に設置してもよ
い。

【００２６】フィルタ２０に堆積したパティキュレート
の量を測定してフィルタ２０の再生処理を行う時期を決
定するために、この実施例ではフィルタ２０の前後差圧
を検出する差圧計２３を設けて、その圧力導入管２４、
２５をフィルタ容器４の空間５及び空間６へ接続してい
る。差圧計２３の検出した差圧信号ΔＰは、導線によっ
て電子式制御装置１３に入力される。

【００２７】フィルタ２０は、例えば、直径が１４０ｍ
ｍで長さが１３０ｍｍの円柱形で、容積が２リットルの
大きさを有し、従来のフィルタと同様にコーディエライ
トセラミックスよりなるハニカム構造を有するものであ
る。フィルタ２０の軸方向に多数設けられた細孔は、栓
２６によって前端又は後端が閉塞されて貫通しておら
ず、それによって多数のセル２７を形成している。この
場合、空間５の側にある開口に栓２６がなくて空間５に
開放していると共に、空間６の側が栓２６によって閉塞
されているセル２７を第１のセル群２７ａと呼び、それ
とは逆に、空間５の側が栓２６によって閉塞されている
と共に、空間６の側に栓２６がなくてそれに開放してい
るセル２７を第２のセル群２７ｂと呼ぶことにする。こ
のように第１のセル群２７ａは空間５に開放し、且つ第
２のセル群２７ｂは空間６に開放しているので、空間５
と空間６との間はセル２７相互間の多孔質の壁２８によ
って仕切られている。

【００２８】排気ガス微粒子浄化装置１の排気管２がデ
ィーゼル機関に接続されて、その排気ガス中に含まれて
いるパティキュレートを捕集する普通の運転状態では、
切換弁３及び７は図１に示された位置と反対に切り換え
られており、バイパス通路９は切換弁７によって、ま
た、別の排気管１０は切換弁３によって閉塞されている
ので、排気管２を通った排気ガスは全部フィルタ容器４
内に導かれ、その気体部分はフィルタ２０の第１のセル
群２７ａと第２のセル群２７ｂとの間を隔てる多孔質の
隔壁を透過し、空間６で合流して排気管８を経て外気中
に放出される。排気ガスの気体部分がフィルタ２０を透
過する際に、排気ガス中に含まれていた微細な固体粒子
であるパティキュレートはセル群間の隔壁によって透過
を阻まれ、主として第１のセル群２７ａ内に捕集されて
堆積する。

【００２９】フィルタ２０によって捕集されたパティキ
ュレートの堆積量が増大すると、機関の排気抵抗が大き
くなり機関の出力低下を招くので、差圧計２３によって
検出される差圧ΔＰの信号が所定値を越えたときは、そ
の差圧信号を入力している電子式制御装置１３の作動に
よってフィルタ２０の再生処理が実行される。再生を行
うとき、制御装置１３はアクチュエータ１４及び１５に
制御信号を出力して、切換弁３及び７を図１に示した通
りの位置に切り換える。それによって機関から排出され
る排気ガスは排気管２からバイパス通路９を通って直接
に排気管８に導かれ、そのまま外気中に放出される。

【００３０】制御装置１３は、通電量制御手段であるリ
レー１７にも制御信号を出力し、図示しないバッテリー
から電気ヒータ２１へ通電が開始される。更に僅かな時
間をおいて空気流量制御装置１６にも制御信号が出力さ
れ、それによって空気ポンプ１２が駆動されて、空気の
ような再生用のガスを図１の矢印のように供給する。な
お、図１に示した第１実施例では、フィルタ２０の再生
時の流れが通常のパティキュレート捕集時の排気ガスの
流れる方向に対して逆になっているが、この場合でも電
気ヒータ２１は空気の流れに乗せて、熱を流れの上流側
からフィルタ２０に堆積したパティキュレートに供給す
ることができる。

【００３１】電気ヒータ２１の熱を受けたパティキュレ
ートは、再生時の流れの上流側から順次に着火温度であ
る６５０°Ｃに到達し、着火して燃焼する。その燃焼熱
は更に流れの下流側に堆積しているパティキュレートを
加熱して着火を助ける。燃焼ガスは別の排気管１０を通
って外気中に放出され、このようにしてフィルタ２０内
に堆積していたパティキュレートが次第に焼却されて消
滅する。

【００３２】前述のように機関の運転状況によって排気
ガスの温度が大幅に変動する結果、再生を開始するとき
のフィルタ２０の温度も広い範囲にわたって変化する。
再生開始直前のフィルタ２０の温度の高さによって、フ
ィルタ２０に堆積しているパティキュレートが着火温度
に到達するまでの時間に大きな差が生じるので、再生開
始直前の温度を温度センサ２２によって検出し、その出
力信号を制御装置１３に入力する。そして、通電量制御
手段であるリレー１７によって、再生開始直前の温度に
応じた通電量を電気ヒータ２１に供給する。図５のよう
に通電量を一定にすると、フィルタの再生開始直前の温
度が高いほど通電終了直前のヒータ近傍の温度が高くな
るので、再生開始直前の温度が高い場合に過剰な通電に
よってフィルタにクラック等の熱損傷が起きるのを防止
するためには、予め求めてある図２に示したような再生
開始直前の温度Ｔ_Aと、適正なヒータ通電時間ｔ_Aとの
関係のマップに従って、ヒータ通電時間が短くなるよう
に調整してやればよい。例えば、図３に示したように、
堆積したパティキュレートに着火させるために再生開始
直前の温度が１００°Ｃの時に３分間通電する必要があ
る場合に、再生時期における再生開始直前の温度が４０
０°Ｃであれば、通電時間を短縮して２分間で終了する
というように制御する。

【００３３】第１実施例についての以上の説明では、通
電する電力（電圧及び電流）を変えないで、通電終了時
期、従って通電時間を変更することによって電気ヒータ
２１への通電量を変化させさせているが、その変形とし
て、図７に示したように、通電時間は一定として、印加
する電圧の大きさを変更することにより、電気ヒータ２
１に供給される電力の量を変化させるという方法を採用
しても同じ目的を達成することができる。つまり、温度
センサ２２によって検出されるフィルタ２０の再生開始
直前の温度が１００°Ｃのように低いときは、電気ヒー
タ２１に高い電圧を印加して大きな電流を流し、大きな
電力を供給するのに対して、再生開始直前の温度が４０
０°Ｃのように高いときは、比較的低電圧を印加して小
さな電力を同じ時間だけ供給する。この場合には、図１
に１７として示す通電量制御手段としては、例えば電圧
調整器のようなものを使用することになる。通電量の制
御は、通電時間又は電圧の一方を変更することによって
行うことができるだけでなく、それらを組み合わせて、
通電時間及び電圧の双方を変更することによっても可能
であることは言うまでもない。

【００３４】このようにして、第１実施例においては、
再生開始直前の温度に応じて電気ヒータ２１への通電量
を制御し、再生開始直前の温度が低い場合でもフィルタ
２０に堆積したパティキュレートに確実に着火させるこ
とができ、また、再生開始直前の温度が高い場合には電
気ヒータ２１による過剰な加熱によってフィルタ２０に
クラックや溶損等の熱損傷を与える恐れをなくし、更
に、無駄な電力の使用を節減することができる。

【００３５】次に本発明の第２実施例について説明す
る。第２実施例は、先に図１０〜図１４を用いて説明し
た従来技術の問題点の一つである、パティキュレートを
捕集したフィルタの再生開始直前の温度が低い時に、電
気ヒータによって急速に加熱してパティキュレートに着
火させようとする場合に特に起こり易い、フィルタ内部
の大きな温度勾配によるクラックのような熱損傷を防止
しようとするもので、排気ガス微粒子浄化装置１の外見
的構成自体は、第１実施例と同様に図１に示されたよう
なものである。従って、重複する部分についての説明は
省略する。但し、図１において１７として示す通電量制
御手段は、この実施例においては例えば電圧調整器のよ
うな電圧調整手段ということになる。

【００３６】フィルタ２０におけるパティキュレートの
堆積量が増大して再生の時期に達したと電子式制御装置
１３が判断したとき、制御装置１３がアクチュエータ１
４及び１５によって切換弁３及び７を図１に示された位
置に切り換え、空気ポンプ１２を駆動して再生用のガ
ス、即ち空気をフィルタ２０に供給することも第１実施
例と同様である。第１実施例に対して異なる点は、電圧
調整器１７によって電気ヒータ２１に通電するパターン
にある。第２実施例の特徴である制御の手順、即ち通電
パターンを図８に例示する。

【００３７】温度センサ２２によって検出される再生開
始直前のフィルタ２０の温度が、例えば２００°Ｃ以上
というように所定値よりも高いときには、電気ヒータ２
１に大きな電流を流して急激に加熱しても、電気ヒータ
２１の周囲の温度が相当高くなっているので、図１２及
び図１３を用いて説明したような理由から、フィルタ２
０内に大きな温度勾配を生じることがなく、クラック等
の熱損傷が起こる恐れが少ない。従って、このような場
合には２リットル程度のフィルタ２０に対して通常の強
さといえる２ＫＷ程度の電力を最初から供給して迅速に
加熱し、比較的早期にパティキュレートに着火が起こる
ようにする。もっとも、着火してから過度に加熱すると
却って問題を生じるので、加熱が過度にならないように
適当な時期に通電を遮断することは言うまでもないこと
である。通電量についての長方形状の制御パターンが図
８の中に高温時として例示されている。

【００３８】問題はフィルタ２０の再生開始直前の温度
が所定値、例えば２００°Ｃよりも低いときであって、
このような場合は、図１１及び図１４によって説明した
ように、フィルタ２０自体の温度が低いので、電気ヒー
タ２１に大きな電力を供給して急速に加熱しようとすれ
ば、フィルタ２０内に大きな温度勾配が生じ、それによ
って熱歪みによるクラック等の熱損傷が生じ易い。

【００３９】そこで、第２実施例では、図８の中に低温
時として示したように、最初は電気ヒータ２１を小電力
で加熱し、次いで通常の大きさの電力に切り換えて加熱
するというように、予熱を含む二段階以上の段階的加熱
を行う点に特徴がある。この場合、図８に例示した低温
時に対する第一段の加熱は、フィルタ２０の温度を上昇
させて再生燃焼が起こった際の温度勾配を緩和するため
に行うものであるから、加熱によってパティキュレート
に着火が起こらない程度の強さにする。即ち、２リット
ル程度の容量のフィルタであれば、５００ワット程度の
電力で十分ということになる。これは電子式制御装置１
３によって電圧調整器１７を制御することにより、簡単
に電圧を低下させて実行することができる。その結果、
電気ヒータ２１が発生する熱は空気ポンプ１２によって
送られる空気のような再生用のガスによってフィルタ２
０内を通って運ばれ、フィルタ２０を全体的に予熱す
る。

【００４０】フィルタ２０の温度が上昇した後は、第二
段の加熱に移るが、これは高温時に対するものと同様に
通常の大きさの電力でよいから、電子式制御装置１３は
電圧調整器１７によって電圧を上昇させて、電気ヒータ
２１へ供給する電力量即ち通電量を増加させる。それに
よって、フィルタ２０内に堆積しているパティキュレー
トが初めて６５０°Ｃを越えて着火し、燃焼し始める。

【００４１】このように、パティキュレートに着火が起
こらない程度の通電量によってフィルタ２０を予熱して
いるので、後に大きな電力を供給して強く加熱してもフ
ィルタ２０内に大きな熱勾配が発生することがなくな
り、フィルタ２０にクラックのような熱損傷が起こるの
を予防することができる。

【００４２】図９は、フィルタ２０の再生開始直前の温
度が低い場合に、前述のような電気ヒータ２１への通電
パターンによって電力を供給して再生を行った際の、フ
ィルタ２０内部の位置〜（図１０参照）のそれぞれ
の温度の推移を、電気ヒータ２１に供給する電力の変化
のパターンと対照させて示したものである。このように
することによって、フィルタ２０内における位置の差に
よる燃焼温度の差を小さくすることができるだけでな
く、電気ヒータ２１の表面が急激に温度上昇することが
ないため、電気ヒータ２１の表面温度とその近傍のフィ
ルタ２０の温度との間の温度差も小さくすることがで
き、電気ヒータ２１の急激な加熱に起因するフィルタ２
０の熱損傷も抑えることができる。

【００４３】図１５は、本発明の第３実施例の排気ガス
微粒子浄化装置１’の構成を略示したもので、この場合
の電気ヒータはフィルタ２０の一端面に設けるのではな
く、フィルタ２０の外周に沿って設けてあり、しかも図
示の場合は外周の電気ヒータを３つの部分に分割して、
それぞれ独立して付勢することができる電気ヒータ２１
Ａ，同２１Ｂ，同２１Ｃとしている。電気ヒータ２１Ａ
〜Ｃのそれぞれは、電子式制御装置１３によって制御さ
れる電圧調整器１７によって、バッテリー２９の電力を
調整して供給される。

【００４４】このように電気ヒータ２１Ａ〜Ｃをフィル
タ２０の外周に設けて、パティキュレートの燃え残りが
発生し易い外周部から中心に向かって徐々に再生を行う
ようにした場合には、半径方向に温度差が発生しやすい
という問題がある。そこで、再生開始直前の温度が低い
時には、図８及び図９に示した第２実施例と同様に、電
気ヒータ２１Ａ〜Ｃに供給する電力を二段階以上に切り
換え、フィルタ２０全体に対して始めにパティキュレー
トが着火しない程度の予熱を行って、半径方向に発生す
る温度差を抑制することにより、フィルタ２０の一部に
クラックのような熱損傷が発生するのを予防することが
できる。なお、電気ヒータ２１Ａ〜Ｃのように電気ヒー
タを軸方向に分割したのは、軸方向に部分的に異なる程
度の加熱を可能とするためであるが、この実施例の目的
から言えば、電気ヒータを分割しなくてもよく、また更
に多くの部分に分割してもよい。

【００４５】図１５のような構成の排気ガス微粒子浄化
装置１’においては、第１実施例と同様の手段を適用す
ることもできる。つまり、電気ヒータ２１Ａ〜Ｃに最初
から大きな電力を供給する場合、その電力の大きさがフ
ィルタ２０の再生開始直前の温度が低い時にも確実な着
火が得られるように設定されているとすれば、再生開始
直前の温度が高い時にはフィルタ２０の異常な温度上昇
を招き、フィルタ２０にクラックが発生したり、無駄な
電力の浪費となるが、第１実施例の考え方を取り入れ
て、再生開始直前のフィルタ２０の温度の高さに合わせ
て電気ヒータ２１Ａ〜Ｃの通電時間を制御すれば、この
ような問題も解消する。

【００４６】

【発明の効果】本発明によれば、パティキュレートを捕
集するフィルタの再生開始直前の温度の高低に左右され
ることなく、フィルタに堆積したパティキュレートの確
実な着火、燃焼が得られ、良好な再生を達成することが
できる。また、その再生の際にフィルタにクラック等の
熱損傷が発生するのを予防することができ、併せて無駄
な電力の消費を抑制することができる。更に本発明によ
れば、測温手段を電気ヒータから離して設置することが
できるので、それらの間の電気的な干渉を避けることが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例の一部断面を含む全体構成
図である。

【図２】再生開始直前の温度と適正なヒータ通電時間と
の関係を示す線図である。

【図３】第１実施例における制御の手順を具体的に例示
する線図である。

【図４】再生試験におけるフィルタの内部温度の時間的
変化を示す線図である。

【図５】再生開始直前の温度の違いによる電気ヒータ近
傍の温度の変化の測定結果を示す線図である。

【図６】通電時間を一定とした場合の電気ヒータ近傍の
温度変化の、再生開始直前の温度の高低に応じた測定結
果を示す線図である。

【図７】第１実施例について図３に示した制御の手順の
変形を例示する線図である。

【図８】第２実施例における制御の手順を例示する線図
である。

【図９】第２実施例によるフィルタ内の各部分の、温度
の時間的変化についての測定結果を示す線図である。

【図１０】実験対象としたフィルタの測温点を示す断面
図である。

【図１１】フィルタの再生開始直前の温度が低い場合に
おいて、各測温点の温度の時間的変化を測定した結果を
示す線図である。

【図１２】フィルタの再生開始直前の温度が高い場合に
おいて、各測温点の温度の時間的変化を測定した結果を
示す線図である。

【図１３】フィルタの再生開始直前の温度が高い場合に
おいて、電気ヒータの表面温度と電気ヒータの近傍のフ
ィルタの温度との時間的変化を測定した結果を示す線図
である。

【図１４】フィルタの再生開始直前の温度が低い場合に
おいて、電気ヒータの表面温度と電気ヒータの近傍のフ
ィルタの温度との時間的変化を測定した結果を示す線図
である。

【図１５】本発明の第３実施例の一部断面を含む全体構
成図である。

【図１６】従来の排気ガス微粒子浄化装置を例示する断
面図である。

【符号の説明】

１，１’…排気ガス微粒子浄化装置２，８…排気管３，７…切換弁４…フィルタ容器９…バイパス通路１２…空気ポンプ１３…制御手段（電子式制御装置）１４，１５…アクチュエータ１６…空気流量制御装置１７…通電量制御手段（リレー、電圧調整器）２０…フィルタ２１…電気ヒータ２２…測温手段（温度センサ）２３…差圧計２６…栓２７…セル２８…多孔質の壁

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｆ０１Ｎ 9/00 Ｚ (72)発明者竹内隆之愛知県西尾市下羽角町岩谷14番地株式会社日本自動車部品総合研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】内燃機関の排気系に設けられて排気ガス
中の微粒子を捕集するフィルタと、前記フィルタの再生
時における再生用ガスの流れの上流側端面或いは外周面
に沿って設けられた電気ヒータと、前記フィルタの前記
再生用ガスの流れの下流側端面寄りに設けられた測温手
段と、前記測温手段の検出する再生開始直前の温度に基
づいて前記電気ヒータに対する適正な通電量を決定する
制御手段と、前記制御手段の指令に従って前記電気ヒー
タに通電を行う通電量制御手段とを備えていることを特
徴とする排気ガス微粒子浄化装置。
【請求項２】前記制御手段が、前記通電量制御手段に
よって前記電気ヒータに通電する時間を制御するように
構成されていることを特徴とする、請求項１記載の排気
ガス微粒子浄化装置。
【請求項３】前記制御手段が、前記通電量制御手段に
よって前記電気ヒータに通電する電圧を制御するように
構成されていることを特徴とする、請求項１記載の排気
ガス微粒子浄化装置。
【請求項４】前記制御手段が、前記通電量制御手段に
よって前記電気ヒータに通電する電圧が段階的に高くな
るように制御するように構成されていることを特徴とす
る、請求項１記載の排気ガス微粒子浄化装置。