JPH0715253B2 - ディーゼル排気浄化用フィルタの再生制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、ディーゼルエンジンの排気系に設けられて排
気ガス中のパティキュレートを捕集する排気浄化用フィ
ルタに関し、特にこのフィルタの再生装置に関する。

〔従来の技術〕 ディーゼル排気浄化用フィルタは、パティキュレートの
捕集量が所定値を越えた時、パティキュレートを燃焼さ
せることにより再生される。このためフィルタの近傍に
は電気ヒータが配設されており、このヒータによりフィ
ルタ上のパティキュレートが着火し燃焼する。従来、こ
のようなヒータとして、特開昭58−183810号公報に開示
されているように、複数のヒータセグメントに分割され
たものが知られており、これらのヒータセグメントには
所定の順番に通電され、これにより各ヒータセグメント
に対応した部分のフィルタの再生が順次行なわれる。

〔発明が解決しようとする課題〕

再生が完了したフィルタ部分における圧損は、まだ再生
されていないフィルタ部分よりも小さいため、多くの排
気ガスは、再生が完了したフィルタ部分を流れることと
なる。したがって、特に最後に通電されるヒータセグメ
ントに対応したフィルタ部分に流れる排気ガス量は少な
く、このフィルタ部分は温度が低く、また供給される酸
素量が少ないために、充分な再生が行なわれ難い、とい
う問題がある。このような不完全な再生が続くと、その
フィルタ部分に目詰りが生じたり、場合によってはその
フィルタ部分のパティキュレートが一気に着火してフィ
ルタが溶損するおそれがある。

本発明は、フィルタ全体にわたって均一な再生を行な
い、これにより、特定の部分に目詰りを生じたり、また
フィルタが溶損するおそれのない再生装置を得ることを
目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

本発明に係る再生装置は、第１図の発明の構成図に示す
ようにフィルタ15に近接して設けられ、複数のヒータセ
グメントから成り、通電されて発熱するヒータ41と、こ
のヒータに通電するための電源Ａと、上記各ヒータセグ
メントを順番に通電し、再生毎に、最後に通電されるヒ
ータセグメントを変える制御手段Ｂとを備えることを特
徴としている。

〔実施例〕

以下図示実施例に基いて本発明を説明する。

第２図は本発明の一実施例（適用したエンジンの排気
系）を示す。この図において、ディーゼルエンジン11の
排気マニホルド12に連結された排気管13には拡径部14が
形成され、この拡径部14内には、排気ガス中のパティキ
ュレート（炭素微粒子と炭素固体表面に吸着される液状
HCとから成る）を捕集するためのフィルタ15が設けられ
る。マフラー16は、拡径部14より下流側の排気口の近傍
に設けられる。

第１のバイパス管21は、エンジン11と拡径部14の間に位
置する第１連結部22と、拡径部14とマフラー16の間に位
置する第２連結部23とを連通させる。第２のバイパス管
24は、第１連結部22と拡径部14の間に位置する第３連結
部25と、第２連結部23とマフラー16の間に位置する第４
連結部26とを連通させる。第１および第３連結部22,25
の間には、第１開閉弁31が配設され、第２および第４連
結部23,26の間には、第２開閉弁32が設けられる。

第１開閉弁31を開閉制御する、アクチュエータ33は、従
来公知のダイヤフラム型の構造を有し、負圧調整弁34に
より負圧あるいは大気圧を導かれて作動する。負圧調整
弁34はマイクロコンピュータを備えた制御回路（ECU）5
1により制御され、負圧源あるいは大気をアクチュエー
タ33に連通させる。第２開閉弁32を開閉制御するアクチ
ュエータ36もダイヤフラム型の構造を有し、ECU51によ
り制御される負圧調整弁37により負圧あるいは大気圧を
導かれて作動する。

フィルタ15の再生すなわちパティキュレートの燃焼のた
め、このフィルタ15の第３連結部25側には電気ヒータ41
が設けられる。後述するように、電気ヒータ41はフィル
タ15に対して、再生時における排気ガスの流れの上流側
に位置する。

電気ヒータ41はリレー42を介してバッテリ43に連結され
る。リレー42はECU51に制御されて開閉し、フィルタ再
生時期であると判断された時、ヒータ41に通電してこれ
を発熱させ、これによりフィルタ15に捕集されたパティ
キュレートは着火して燃焼する。フィルタ15の再生時期
の判断および再生制御は、燃料噴射ポンプ44に設けられ
たエンジン回転数セン45およびアクセル位置センサ46
と、背圧センサ47とから得られる検出信号に従って行な
われる。

フィルタ15はハニカムフィルタであり、入口側が栓詰め
された多孔質セルと、出口側が栓詰めされた多孔質セル
とを交互に配設して形成されたコージュライト基材を有
し、コージェライト基材の表面には、HC等の悪臭成分を
吸着するγアルミナがコーティングされる。またγアル
ミナの表面には、捕集されたパティキュレートを燃焼さ
せる再生時にパティキュレートの着火温度を下げるた
め、銅、銀等の触媒が担持される。

通常のパティキュレート捕集時、第２図に示すように、
第１開閉弁31は排気管13の第１および第３連結部22,25
間を遮断し、また第２開閉弁32は排気管13の第２および
第４連結部23,26間を遮断する。したがって排気ガス
は、第１のバイパス管21を通って第２連結部23側からフ
ィルタ15に流入し、第３連結部25から第２のバイパス管
24に流入してマフラー16から大気中へ放出される。この
間、排気ガス中に含まれるパティキュレートはフィルタ
15により捕集される。

フィルタ15の再生時、第１および第２開閉弁31,32は開
弁する。したがって、一部の排気ガスは電気ヒータ41側
からフィルタ15に流入して大気中へ放出され、また残り
の排気ガスは、フィルタ15を通過せず第１および第２の
バイパス管21,24を通って大気中へ放出される。この時
電気ヒータ41は通電されて発熱し、これによりフィルタ
15上のパティキュレートは着火して燃焼する。

本実施例において電気ヒータ41は、第３図に示すよう
に、円柱状のフィルタ15の端面に近接して設けられ、６
個に分割されている。すなわち電気ヒータ41は、第１〜
第６ヒータセグメント41a,41b,41c,41d,41e,41fから成
り、これら各ヒータセグメントはフィルタ15の端面の中
心点を中心とする扇形を呈する。しかして各ヒータセグ
メントは、これらの下流側に位置するヒータ部分を加熱
する。（フィルタ15の再生時、各ヒータセグメントは１
個ずつ順に通電され、後述するように、最後に通電され
るヒータセグメントが再生毎に変わるように制御され
る。

第４図はフィルタ再生率と排気ガス流速の関係を実験に
より求めた結果を示す。フィルタ再生率は（燃焼スス
量）／（捕集スス量）×100で表わされる。実験におい
て、排気ガスの酸素濃度は12％一定、ヒータ電力は40w/
cm²、通電時間は１分間、捕集量はフィルタ１に対し
て15gであった。第４図から理解されるように、排気ガ
ス流速が低過ぎてもまた高過ぎてもフィルタ再生率は悪
くなる。すなわち、排気ガス流速が0.2m/secより低い領
域Ｉにおいては、供給酸素量が少ないためにパティキュ
レートの燃焼が充分行なわれず、再生率は低い。また排
気ガス流速が0.5m/secより高い領域Ｊにおいては、排気
ガスによる冷却効果のために燃焼伝播不良をおこし、再
生率が低くなる。これに対し、排気ガス流速が0.2〜0.5
m/secの領域Ｋにおいては、供給酸素量は適当であり、
また排気ガスによる冷却効果も少なく、フィルタ再生は
良好に行なわれる。しかしてフィルタ再生時、一部の排
気ガスは第１および第２のバイパス管21,24を流れ、各
フィルタセグメントに流入する排気ガスの流速が適当な
大きさのものとなる。

第５図は再生時において各ヒータセグメントを通過する
排気ガス流速を示す。ここで、通電の順番は、第１ヒー
タセグメント41a（＃１）、第２ヒータセグメント41b
（＃２）、第３ヒータセグメント41c（＃３）…、第６
ヒータセグメント41f（＃６）であり、通電時間は１つ
のヒータセグメント当り１分である。また、この図にお
いて縦座標は、各ヒータセグメントに対応したフィルタ
部分における排気ガス流速とフィルタ全体に流入する排
気ガス流速との比（V/V₀）として表わされる。

この図から理解されるように、第１ヒータセグメント41
a（＃１）による再生時、流速比（V/V₀）は１である
が、第２ヒータセグメント41b（＃２）による再生時、
第１ヒータセグメント41aの下流にある再生完了したフ
ィルタ部分に比較的多量の排気ガスが流れるため、第２
ヒータセグメント41bの下流のフィルタ部分における排
気ガス流速は、若干小さくなり、フィルタ全体に流入す
る排気ガス流速の約80％となる。同様にして第３ヒータ
セグメント41c（＃３）による再生時、このヒータセグ
メント41cの下流のフィルタ部分における排気ガス流速
は、フィルタ全体に流入する排気ガス流速の約75％とな
り、第６ヒータセグメント41f（＃６）の場合において
は約50％まで低下してしまう。この結果、最後に通電さ
れる第６ヒータセグメント41fに対応したフィルタ部分
の再生は、第４図を参照して説明したように、酸素不足
のために不充分となる。

そこで本実施例においては、最後に通電されるヒータセ
グメントが再生毎に変わり、各ヒータ部分が均一に再生
されるようになっている。

フィルタ15の再生、すなわち第１および第２開閉弁31,3
2の開閉および電気ヒータ41の通電はECU51により行なわ
れる。ECU51は第６図に示すように入力ポート52、出力
ポート53、メモリ54、および中央演算処理装置（EPU）5
5を備え、これらはバス56により相互に接続される。入
力ポート52はエンジン回転数セン45、アクセル位置セン
サ46、背圧センサ47に連結され、出力ポート53は負圧調
整弁34,37および各ヒータセグメントに接続されたリレ
ー42a,42b,42c,42d,42e,42fに連結される。

第７図は、ECU51による再生制御ルーチンのフローチャ
ートを示す。このルーチンは所定時間毎に割込み処理さ
れる。

ステップ101では、フラグｆが１にセットされているか
否かが判別される。フラグｆは、フィルタの再生処理が
開始される時ステップ116において１にセットされる。
再生処理が行なわれている時、ステップ101からステッ
プ121へ進むが、再生処理が行なわれていない時、ステ
ップ102へ進み、エンジン回転数の積算値NEIが読込まれ
る。この積算値NEIは、前回の再生処理の終了時ステッ
プ133において０にリセットされている。この積算値NEI
が予め定められた最小値より小さい時、バッテリ41は充
分充電されていないのでフィルタの再生を行なうことは
好ましくなく、したがってこのルーチンはこのまま終了
する。積算値NEIが最小値よりも大きい時、ステップ104
〜106が実行され、フィルタの再生時期になったか否か
が判定される。

ステップ104では排気管13内の背圧値PEMが読込まれる。
ステップ105では背圧値PEMが基準値より大きいか否かが
判別され、基準値より大きい時、フィルタの再生開始す
べくステップ111へ進み、基準値より小さい時、ステッ
プ106においてエンジン回転数の積算値NEIが基準値より
大きいか否かが判別される。積算値NEIが基準値より小
さい時、まだフィルタの再生時期ではないのでこのルー
チンはこのまま終了するが、積算値NEIが基準値より大
きい時フィルタの再生処理を開始すべくステップ111へ
進む。

ステップ111では第１および第２開閉弁31,32が開放され
る。これにより排気ガスの一部が電気ヒータ41側からフ
ィルタ15へ流入しはじめ、排気ガスの残りは第１あるい
は第２のバイパス管21,24を通って大気中へ放出される
ようになる。ステップ112では、前回の再生処理におい
て最初に通電が開始されたヒータセグメントの番号H₁か
ら１が減算され、今回の再生処理において最初に通電が
開始されるヒータセグメントの番号Ｈが求められる。し
かして今回の再生処理における最初の通電は、前回の再
生処理において最初に通電されたヒータセグメントの隣
りのヒータセグメントから開始される。ステップ113で
はステップ112で求められたヒータセグメントの番号Ｈ
が０か否かが判別され、０であればステップ114におい
て番号Ｈは６に定められてステップ115へ進み、０でな
ければステップ114を飛ばしてステップ115へ進む。ステ
ップ115では今回の再生処理において最初に通電される
ヒータセグメントの番号Ｈが開始番号H₁として記憶され
る。ステップ116ではフラグｆが１にセットされ、また
カウンタＩが１にセットされる。

ステップ121ではフラグＦが０か否かが判別される。フ
ラグＦは最初０にセットされており、再生処理の開始時
ステップ122へ進み番号Ｈのヒータセグメントに対して
通電が行なわれる。これにより、このヒータセグメント
の下流側のフィルタ部分の再生が行なわれる。ステップ
123では、ステップ122における番号Ｈのヒータセグメン
トの通電開始から１分経過したか否かが判定される。１
分経過する前、ステップ128においてフラグＦが１にセ
ットされてこのルーチンが終了するが、１分経過する
と、ステップ124においてフラグＦが０にクリアされ、
またステップ125においてカウンタＩが１およびヒータ
セグメントの番号Ｈが１だけインクリメントされる。こ
の番号Ｈが６を越えていれば、ステップ126からステッ
プ127へ進んで番号Ｈは１に定められ、逆に番号Ｈが６
以下であればステップ127は飛ばされる。

しかして再生処理中、ステップ101からステップ121へ進
み、各ヒータセグメントが１つずつ１分間だけ通電され
る。全てのヒータセグメントが通電される前、カウンタ
Ｉは６以下であり、ステップ131においてこのルーチン
は終了するが、全てのヒータセグメントの通電が終了す
ると、カウンタＩはステップ125の実行により７に定め
られており、ステップ131からステップ132へ進み、再生
処理が終了する。すなわち第１および第２開閉弁31,32
が開弁され、またステップ133においてフラグｆおよび
エンジン回転数の積算値NEIが０にリセットされる。

表１は第７図に示す制御ルーチンによるヒータセグメン
トの通電の順番の例を示す。

しかして最後に通電されるヒータセグメントは再生処理
毎に１ずつ偏れていき、したがって再生されにくいフィ
ルタ部分は再生処理毎に変わり、全てのフィルタ部分は
均一に再生される。すなわち、特定のフィルタ部分に目
詰りが生じることが防止され、またフィルタが溶損する
おそれがなくなる。また、フィルタに目詰りが生じると
排気ガス流速が低下するため、ヒータセグメントの温度
が上昇しやすくなるが、本実施例によれば温度が過上昇
するヒータセグメントは１つに固定されないため、各ヒ
ータセグメントの耐久性が向上する。

表２、表３はヒータセグメントの通電の順番の第２およ
び第３の例を示す。

表２、表３の例によっても再生処理毎に最後に通電され
るヒータセグメントが変わり、表１の例と同様な効果が
得られる。

第８図は本発明の実施例を適用した排気系の他の例を示
す。第２図に示す排気系と異なる構成を説明すると、フ
ィルタ15を収容する拡径部14の上流側と下流側はバイパ
ス管28により連結され、バイパス管28には開閉弁38が設
けられる。開閉弁38は、通常の捕集時、開弁している
が、フィルタの再生時開弁する。その他の構成および作
用は、上述した実施例と同様である。

なお、ヒータ41は６個のヒータセグメントに分割される
必要はなく、その数は任意に選定される。

〔発明の効果〕

以上のように本発明によれば、フィルタ全体にわたって
均一に再生され、特定のフィルタ部分に目詰りを生じた
り、またフィルタが溶損するおそれがなくなる。

【図面の簡単な説明】

第１図は発明の構成図、 第２図は本発明の一実施例を適用した排気系の一例を示
す断面図、 第３図はヒータおよびフィルタの斜視図、 第４図はフィルタ再生率と排気ガス流速の関係を示すグ
ラフ、 第５図は各ヒータセグメントにおける排気ガス流速を示
すグラフ、 第６図はヒータの通電制御を行なうためのシステムの構
成図、 第７図はフィルタの再生制御を行なうルーチンのフロー
チャート、 第８図は排気系の他の例を示す断面図である。 15…フィルタ、41…ヒータ、42…リレー、42…バッテ
リ、51…制御回路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】排気ガス中のパティキュレートを捕集する
   フィルタの再生装置であって、上記フィルタに近接して
   設けられ、複数のヒータセグメントから成り、通電され
   て発熱するヒータと、このヒータに通電するための電源
   と、上記各ヒータセグメントを順番に通電し、再生毎
   に、最後に通電されるヒータセグメントを変える制御手
   段とを備えることを特徴とするディーゼル排気浄化用フ
   ィルタの再生制御装置。