JPH0711939A - ディーゼルエンジンの排気浄化装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 電気ヒータや二次空気導入用電動式エアポン
プの電気機器の駆動を誤動作無く、早い応答速度で動作
させることができるディーゼルエンジンの排気浄化装置
を提供することにある。 【構成】 ディーゼルエンジン１の排気系にはフィルタ
５が設けられ、フィルタ５にてパティキュレートが捕集
される。フィルタ５の端部には電気ヒータ６が配置され
ている。電気ヒータ６の電源回路の途中には半導体スイ
ッチング素子（ｎｐｎバイポーラトランジスタ）１２が
配置され、そのベース端子にはローパスフィルタ１３が
設けられている。ＥＣＵ１６はローパスフィルタ１３を
通してトランジスタ１２のベース端子にデューティ信号
を出力して電気ヒータ６を通電することによりフィルタ
５に捕集されたパティキュレートを着火する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明はディーゼルエンジンの
排気浄化装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ディーゼルエンジンの黒煙対策としてＤ
ＰＦ（ディーゼル・パティキュレート・フィルタ）シス
テムが採用されている（例えば、特開平４−２５９６２
０号公報参照）。これは、図６に示すように、ディーゼ
ルエンジン３１の排気系にパティキュレートを捕集する
ＤＰＦ３２が設けられ、このＤＰＦ３２の端部に電気ヒ
ータ３３が配置され、ＥＣＵ３４からトランジスタ３５
のベース端子にデューティ信号を出力して電気ヒータ３
３を通電することによりＤＰＦ３２に捕集されたパティ
キュレートを着火する。又、ＤＰＦ３２に二次空気を供
給するための電動式エアポンプ３６が設けられ、ＥＣＵ
３４からトランジスタ３７のベース端子にデューティ信
号を出力して電動式エアポンプ３６を駆動することによ
りＤＰＦ３２に捕集されたパティキュレートを焼却して
ＤＰＦ３２を再生するようになっていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】このＤＰＦ再生システ
ムにおいて、フィルタの割れ無く、パティキュレートの
燃え残りが無いように再生させるためには、電気ヒータ
３３及び電動式エアポンプ３６を精度よく制御する必要
があった。そこで、高い周波数で精度よく制御を行う場
合にはトランジスタ３５，３７のスイッチング時間を早
くする必要がある。しかし、この場合、電源３８のマイ
ナス側ハーネス３９，４０の浮遊インダクタンスにより
同一アースライン上でも電位差が発生してコモンモード
ノイズが発生してトランジスタ３５，３７を誤動作させ
てしまうという問題が発生する。その対策としてスイッ
チングスピードを遅らせることを行っているが、過度に
行うとスイッチングロスが大きくなりトランジスタ３
５，３７の発熱が大きくなるという問題があった。

【０００４】そこで、この発明の目的は、電気ヒータや
二次空気導入用電動式エアポンプの電気機器の駆動を誤
動作無く、早い応答速度で動作させることができるディ
ーゼルエンジンの排気浄化装置を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】第１の発明は、ディーゼ
ルエンジンの排気系に設けられ、パティキュレートを捕
集するフィルタと、該フィルタの近傍に配置された電気
ヒータと、前記電気ヒータの電源回路の途中に配置され
たスイッチング素子と、前記スイッチング素子の制御信
号入力端子にデューティ信号を出力して前記電気ヒータ
を通電することにより前記フィルタに捕集されたパティ
キュレートを着火する制御回路とを備えたディーゼルエ
ンジンの排気浄化装置において、前記スイッチング素子
の制御信号入力端子に、ローパスフィルタ又はフォトカ
プラを挿入したディーゼルエンジンの排気浄化装置をそ
の要旨とするものである。

【０００６】第２の発明は、ディーゼルエンジンの排気
系に設けられ、パティキュレートを捕集するフィルタ
と、該フィルタに二次空気を供給するための電動式エア
ポンプと、前記電動式エアポンプの電源回路の途中に配
置されたスイッチング素子と、前記スイッチング素子の
制御信号入力端子にデューティ信号を出力して前記電動
式エアポンプを駆動することにより前記フィルタに捕集
されたパティキュレートを焼却してフィルタ再生する制
御回路とを備えたディーゼルエンジンの排気浄化装置に
おいて、前記スイッチング素子の制御信号入力端子に、
ローパスフィルタ又はフォトカプラを挿入したディーゼ
ルエンジンの排気浄化装置をその要旨とするものであ
る。

【０００７】

【作用】第１の発明においては、制御回路からスイッチ
ング素子の制御信号入力端子にデューティ信号が出力さ
れて同スイッチング素子がオン・オフ制御され電気ヒー
タが通電制御される。このスイッチング素子のオン・オ
フ時に、スイッチング素子の電源回路でのハーネスにス
イッチング素子を流れている電流の時間変化とハーネス
に存在している浮遊インダクタンスとに比例した電位差
が生じる。従って、制御回路とスイッチング素子の基準
電位間にもこの電位差が発生してスイッチング素子を誤
動作させようとするが、ローパスフィルタ又はフォトカ
プラによりスイッチング素子が誤動作するのが防止され
る。

【０００８】第２の発明においては、制御回路からスイ
ッチング素子の制御信号入力端子にデューティ信号が出
力されて同スイッチング素子がオン・オフ制御され電動
式エアポンプが通電制御される。このスイッチング素子
のオン・オフ時に、スイッチング素子の電源回路でのハ
ーネスにスイッチング素子を流れている電流の時間変化
とハーネスに存在している浮遊インダクタンスとに比例
した電位差が生じる。従って、制御回路とスイッチング
素子の基準電位間にもこの電位差が発生してスイッチン
グ素子を誤動作させようとするが、ローパスフィルタ又
はフォトカプラによりスイッチング素子が誤動作するの
が防止される。

【０００９】

【実施例】以下、この発明を具体化した一実施例を図面
に従って説明する。図１には、ディーゼルエンジンの排
気浄化装置の全体構成図を示す。

【００１０】ディーゼルエンジン１の排気管２には排気
浄化装置３のハウジング４が設けられている。このハウ
ジング４は排気管２と連通しており、このハウジング４
内を排気ガスが通過していく。ハウジング４内にはフィ
ルタ５が配置され、同フィルタ５はセラミック多孔質よ
りなる。そして、同フィルタ５により排気ガス中のパテ
ィキュレートが捕集される。又、ハウジング４内におけ
るフィルタ５の上流端部には電気ヒータ（熱線）６が配
置されている。この電気ヒータ６の通電により同電気ヒ
ータ６が発熱してフィルタ５に捕集されたパティキュレ
ートを着火することができるようになっている。

【００１１】排気管２におけるハウジング４の上流側に
は二次空気供給用配管７が分岐され、二次空気供給用配
管７の途中には電磁バルブ８が配設されている。この電
磁バルブ８は通常運転時排気ガスが二次空気供給経路に
逆流しないようにするためのものである。二次空気供給
用配管７における電磁バルブ８の上流側には電動式エア
ポンプ９が設けられて、同エアポンプ９には電動モータ
が備えられ、電動モータへの電力供給によりエアポンプ
９が駆動される。そして、電磁バルブ８が開弁状態にお
いて電動式エアポンプ９の駆動によりエアクリーナー１
０を通して空気が二次空気供給用配管７に吸入されて排
気管２内に供給できるようになっている。

【００１２】又、電源１１には電気ヒータ６が接続さ
れ、電源回路が形成されている。その電源ラインの途中
には半導体スイッチング素子（ｎｐｎバイポーラトラン
ジスタ）１２が配置されている。又、半導体スイッチン
グ素子（ｎｐｎバイポーラトランジスタ）１２の制御信
号入力端子（ベース端子）にはローパスフィルタ１３が
配置されている。このローパスフィルタ１３の遮断周波
数は２５０ＫＨｚである。そして、半導体スイッチング
素子（ｎｐｎバイポーラトランジスタ）１２をデューテ
ィ制御することにより所定の電力を電気ヒータ６に供給
することができるようになっている。

【００１３】又、電源１１には電動式エアポンプ９の電
動モータが接続され、電源回路が形成されている。その
電源ラインの途中には半導体スイッチング素子（ｎｐｎ
バイポーラトランジスタ）１４が配置されている。又、
半導体スイッチング素子（ｎｐｎバイポーラトランジス
タ）１４の制御信号入力端子（ベース端子）にはローパ
スフィルタ１５が配置されている。このローパスフィル
タ１５の遮断周波数は２５０ＫＨｚである。そして、半
導体スイッチング素子（ｎｐｎバイポーラトランジス
タ）１４をデューティ制御することにより所定の電力を
電動式エアポンプ９の電動モータに供給することができ
るようになっている。

【００１４】制御回路としての電子制御ユニット（以
下、ＥＣＵという）１６には、ＣＰＵ１７が備えられて
いる。ＣＰＵ１７は半導体スイッチング素子（ｎｐｎバ
イポーラトランジスタ）１２の制御信号入力端子（ベー
ス端子）とローパスフィルタ１３を介して接続されてい
る。同様に、ＣＰＵ１７は半導体スイッチング素子（ｎ
ｐｎバイポーラトランジスタ）１４の制御信号入力端子
（ベース端子）とローパスフィルタ１５を介して接続さ
れている。そして、ＣＰＵ１７は両半導体スイッチング
素子１２，１４をデューティ制御する。

【００１５】さらに、ＣＰＵ１７は電磁バルブ８と接続
され、電磁バルブ８を開閉制御する。又、排気浄化装置
３のハウジング４の上流側と下流側にはそれぞれ圧力セ
ンサ１８，１９が配設され、同圧力センサ１８，１９に
より排気浄化装置３のフィルタ５の上流側圧力と下流側
圧力が検出される。ＣＰＵ１７は同圧力センサ１８，１
９からの信号により圧力を検知する。

【００１６】又、グランド線の接続は、電気ヒータ６用
の半導体スイッチング素子１２の場合、ハーネス２０に
よって電源１１のマイナス端子に、電動式エアポンプ９
用の半導体スイッチング素子１４の場合、ハーネス２１
によって電源１１のマイナス端子に、ＥＣＵ１６の場
合、ハーネス２２によって電源１１のマイナス端子に接
続されている。

【００１７】次に、このように構成したディーゼルエン
ジンの排気浄化装置の作用を説明する。図２にはＣＰＵ
１７が実行する処理（フローチャート）を示す。

【００１８】まず、ＣＰＵ１７はステップ１００でディ
ーゼルエンジン１の運転時において圧力センサ１８，１
９からの信号により排気浄化装置３のフィルタ５の上流
と下流での圧力を取り込む。

【００１９】そして、ＣＰＵ１７はステップ１０１で排
気浄化装置３のフィルタ５での圧力損失を検出してパテ
ィキュレートの捕集量を推定し、再生時期の判定を行
う。そして、捕集量が一定以上あり再生を行うのに必要
な条件が揃ったときにはディーゼルエンジン１の運転停
止時に再生を開始する。ＣＰＵ１７は再生が開始される
とステップ１０２で排気ガス逆流防止用電磁バルブ８を
開け二次空気を供給可能にする。

【００２０】次に、ＣＰＵ１５はステップ１０３で排気
浄化装置３の再生制御を行うときの再生条件を決定す
る。ここでは、電動式エアポンプ９の目標制御流量や電
気ヒータ６の目標制御電力を決定する。

【００２１】次に、ＣＰＵ１７はステップ１０４で半導
体スイッチング素子１４のデューティ制御にて電動式エ
アポンプ９を制御する。同様に、半導体スイッチング素
子１２のデューティ制御にて電気ヒータ６の制御を行
う。そして、それぞれの目標制御量になるようにする。
つまり、電気ヒータ６の通電にてフィルタ５に捕集され
たパティキュレートが着火され、電動式エアポンプ９の
駆動により二次空気が供給されて同パティキュレートが
焼却されフィルタ５の再生が行われる。

【００２２】ＣＰＵ１７はステップ１０５でステップ１
０４において再生作業を一定時間行ったかどうかを判定
して一定時間経過したならば再生作業が完了したとみな
して再生制御を終了する。

【００２３】しかし、このような制御において半導体ス
イッチング素子（ｎｐｎバイポーラトランジスタ）１
２，１４を高速で動作させると、ハーネス２０，２１を
流れる電流の時間変化とハーネス２０，２１に存在する
浮遊インダクタンスとに比例した電位差がハーネス２
０，２１に発生して、半導体スイッチング素子（ｎｐｎ
バイポーラトランジスタ）１２，１４が誤動作する。

【００２４】その作用を図３を用いて説明する。図３で
はエアポンプ制御系の電気結線のみを記載したものであ
るが、ヒータ制御系の場合も同様である。図３のＡ点を
電圧の基準点として電源１１のマイナス端子電圧を測定
した結果を図４，５に示す。このようにエアポンプ９を
オン又はオフしたときにグランドハーネス２１の両端に
電位差が発生する。このような電位差が発生すると、Ｅ
ＣＵ１６のグランドもハーネス２２によって電源１１の
マイナス端子に接続されているので、同様の電位差がＥ
ＣＵ１６のグランドとの間に発生する。半導体スイッチ
ング素子（ｎｐｎバイポーラトランジスタ）１４をオン
させるにはＡ点電圧より所定電圧値以上の電圧を半導体
スイッチング素子（ｎｐｎバイポーラトランジスタ）１
４の制御信号入力端子（ベース端子）に加えることによ
りなされる。又、半導体スイッチング素子（ｎｐｎバイ
ポーラトランジスタ）１４をオフさせるにはＡ点電圧よ
り所定値以下の電圧を半導体スイッチング素子（ｎｐｎ
バイポーラトランジスタ）１４の制御信号入力端子（ベ
ース端子）に加えることによりなされる。

【００２５】しかし、半導体スイッチング素子（ｎｐｎ
バイポーラトランジスタ）１４をオフさせた時には、図
５に示すような電圧がＥＣＵ１６のグランドに発生する
ため再度半導体スイッチング素子（トランジスタ）１４
はオンしてしまう。逆に、半導体スイッチング素子（ｎ
ｐｎバイポーラトランジスタ）１４をオンさせた時に
は、図４に示すような電圧がＥＣＵ１６のグランドに発
生するため再度半導体スイッチング素子（ｎｐｎバイポ
ーラトランジスタ）１４はオフしてしまう。

【００２６】半導体スイッチング素子（ｎｐｎバイポー
ラトランジスタ）１４をオン・オフさせたとき、このよ
うな現象が繰り返し発生して動作が不安定になってしま
う。ところが、発生するノイズの周波数成分をカットす
るローパスフィルタ１５により半導体スイッチング素子
（ｎｐｎバイポーラトランジスタ）１４が誤動作しな
い。

【００２７】このように本実施例では、半導体スイッチ
ング素子（ｎｐｎバイポーラトランジスタ）１２の制御
信号入力端子（ベース端子）に、ローパスフィルタ１３
を挿入した。よって、ＥＣＵ１６（制御回路）から半導
体スイッチング素子（ｎｐｎバイポーラトランジスタ）
１２の制御信号入力端子（ベース端子）にデューティ信
号が出力されて同スイッチング素子１２がオン・オフ制
御され電気ヒータ６が通電制御される。このスイッチン
グ素子１２のオン・オフ時に、スイッチング素子１２の
電源回路でのハーネス２０にスイッチング素子１２を流
れている電流の時間変化とハーネス２０に存在している
浮遊インダクタンスとに比例した電位差が生じる。従っ
て、ＥＣＵ１６と半導体スイッチング素子（ｎｐｎバイ
ポーラトランジスタ）１２の基準電位間にもこの電位差
が発生してスイッチング素子１２を誤動作させようとす
るが、ローパスフィルタ１３によりノイズ周波数成分が
カットされスイッチング素子１２が誤動作するのが防止
される。

【００２８】又、半導体スイッチング素子（ｎｐｎバイ
ポーラトランジスタ）１４の制御信号入力端子（ベース
端子）に、ローパスフィルタ１５を挿入した。よって、
ＥＣＵ１６（制御回路）から半導体スイッチング素子
（ｎｐｎバイポーラトランジスタ）１４の制御信号入力
端子（ベース端子）にデューティ信号が出力されて同ス
イッチング素子１４がオン・オフ制御され電動式エアポ
ンプ９が通電制御される。このスイッチング素子１４の
オン・オフ時に、スイッチング素子１４の電源回路での
ハーネス２１にスイッチング素子１４を流れている電流
の時間変化とハーネス２１に存在している浮遊インダク
タンスとに比例した電位差が生じる。従って、ＥＣＵ１
６と半導体スイッチング素子（ｎｐｎバイポーラトラン
ジスタ）１４の基準電位間にもこの電位差が発生してス
イッチング素子１４を誤動作させようとするが、ローパ
スフィルタ１５によりノイズ周波数成分がカットされス
イッチング素子１４が誤動作するのが防止される。

【００２９】尚、この発明は上記実施例に限定されるも
のではなく、例えば、ローパスフィルタ１３，１５の代
わりにフォトカプラを用いてもよい。つまり、誤動作は
半導体スイッチング素子（ｎｐｎバイポーラトランジス
タ）の基準電位であるＡ点との電位差によって発生する
ため、フォトカプラを用いてグランドをアイソレートし
てもよい。

【００３０】又、第１と第２の発明を具体化した実施例
を示したが、第１の発明と第２の発明を単独で行っても
よい。つまり、上記実施例では電気ヒータ６をデューテ
ィ制御する場合と電動式エアポンプ９をデューティ制御
する場合との両方を行ったが、電気ヒータ６をデューテ
ィ制御する場合と電動式エアポンプ９をデューティ制御
する場合とを単独で行う場合に具体化してもよい。

【００３１】さらに、スイッチング素子としてはバイポ
ーラトランジスタの他にも、ＦＥＴであったりサイリス
タであってもよい。

【００３２】

【発明の効果】以上詳述したように、第１の発明によれ
ば、電気ヒータの駆動を誤動作無く、早い応答速度で動
作させることができる優れた効果を発揮する。又、第２
の発明によれば、二次空気導入用電動式エアポンプの駆
動を誤動作無く、早い応答速度で動作させることができ
る優れた効果を発揮する。

【図面の簡単な説明】

【図１】ディーゼルエンジンの排気浄化装置の全体構成
図である。

【図２】作用を説明するためのフローチャートである。

【図３】電動式エアポンプの駆動回路とＥＣＵとの間の
電気的構成図である。

【図４】エアポンプ・オン時のハーネスに生じる電位差
の推移を示す測定図である。

【図５】エアポンプ・オフ時のハーネスに生じる電位差
の推移を示す測定図である。

【図６】従来のディーゼルエンジンの排気浄化装置の全
体構成図である。

【符号の説明】

１ ディーゼルエンジン ５ フィルタ ６ 電気ヒータ ９ 電動式エアポンプ １２ 半導体スイッチング素子 １４ 半導体スイッチング素子 １６ 制御回路としてのＥＣＵ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 保浦 信史 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 日本電 装 株式会社内 (72)発明者 加藤 恵一 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 日本電 装 株式会社内 (72)発明者 森田 尚治 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 日本電 装 株式会社内 (72)発明者 小端 喜代志 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車 株式会社内 (72)発明者 林 孝太郎 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車 株式会社内 (72)発明者 谷口 浩之 愛知県刈谷市豊田町２丁目１番地 株式会 社豊田自動織機製作所内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ディーゼルエンジンの排気系に設けら
   れ、パティキュレートを捕集するフィルタと、 該フィルタの近傍に配置された電気ヒータと、 前記電気ヒータの電源回路の途中に配置されたスイッチ
   ング素子と、 前記スイッチング素子の制御信号入力端子にデューティ
   信号を出力して前記電気ヒータを通電することにより前
   記フィルタに捕集されたパティキュレートを着火する制
   御回路とを備えたディーゼルエンジンの排気浄化装置に
   おいて、 前記スイッチング素子の制御信号入力端子に、ローパス
   フィルタ又はフォトカプラを挿入したことを特徴とする
   ディーゼルエンジンの排気浄化装置。
2. 【請求項２】 ディーゼルエンジンの排気系に設けら
   れ、パティキュレートを捕集するフィルタと、 該フィルタに二次空気を供給するための電動式エアポン
   プと、 前記電動式エアポンプの電源回路の途中に配置されたス
   イッチング素子と、 前記スイッチング素子の制御信号入力端子にデューティ
   信号を出力して前記電動式エアポンプを駆動することに
   より前記フィルタに捕集されたパティキュレートを焼却
   してフィルタ再生する制御回路とを備えたディーゼルエ
   ンジンの排気浄化装置において、 前記スイッチング素子の制御信号入力端子に、ローパス
   フィルタ又はフォトカプラを挿入したことを特徴とする
   ディーゼルエンジンの排気浄化装置。