JPH08144739A - パティキュレートフィルタの再生装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ディーゼルパティキュレートフィルタの再生
において、バッテリ電圧に応じて一定の再生性能を得る
ようにヒータ通電制御を行う。 【構成】 フィルタ５、７に電気ヒータ６、７がそれぞ
れ設けられており、再生を開始する時、再生する方のフ
ィルタに設けられた電気ヒータに通電して、フィルタに
捕集されたパティキュレートに着火する。ここで、ＥＣ
Ｕ３は、バッテリ１９の電圧を検出し、バッテリ電圧に
対してフィルタの再生率を一定にするように定めた、バ
ッテリ電圧とヒータ通電時間との関係を示すマップか
ら、ヒータ通電時間を決定し、この時間だけ電気ヒータ
への通電を行うよう制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ディーゼルエンジンの
排気流路に設けられパティキュレートフィルタの再生装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＤＰＦ（Diesel Particulate Filter ）
システムにおいて、捕集したパティキュレート（以下Ｐ
Ｍ）を再生燃焼させる際、電気ヒータを一定時間だけ通
電し、捕集したＰＭに着火する方法が知られている。通
常、この電気ヒータにはバッテリから電力が供給される
ため、バッテリ電圧が低下すると電力は少なくなり、着
火性が低下して再生率が低下する。また、バッテリ電圧
が上昇すると電力が多くなり電気ヒータが過昇温してし
まう。

【０００３】このような問題に対し、特公平４−３８８
９１号公報においては、バッテリ電圧を検出しバッテリ
電圧が低くなるに従って電気ヒータへの通電時間が長く
なるように制御することが開示されている。具体的に
は、電気ヒータの通電時間を、電気ヒータの表面温度が
一定温度（パティキュレートの着火温度以上で、電気ヒ
ータの溶損限界以下）に達するように決定している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、各ヒー
タ印加電圧に対するヒータ通電時間と再生率、ヒータ通
電時間とヒータ温度の関係が図２のようになることが実
験により判明した。上記公報による従来技術では、ヒー
タ温度に関し、ヒータ印加電圧が標準（電圧Ｖ２）の状
態と同等の温度にするためには、高ヒータ印加電圧（Ｖ
１）時にはヒータ通電時間をｔ１に、低ヒータ印加電圧
（Ｖ３）時にはヒータ通電時間をｔ２にする必要があ
る。

【０００５】このように、上記従来技術によると、ヒー
タ温度が一定になるようにヒータ通電時間を決めている
ため、図２より高ヒータ印加電圧時は標準状態より再生
率が低下し、低ヒータ印加電圧時は再生率は向上するが
ヒータ通電時間が無用に長くなり電気エネルギの無駄と
なってしまうという問題がある。この理由は、現実の電
気ヒータの機能を考えた場合、主機能であるパティキュ
レートへの着火という機能の他にも、フィルタの加熱と
いう機能があるためである。低ヒータ印加電圧時に通電
時間を長くしてヒータ表面が一定温度に達した場合と、
高ヒータ印加電圧時に通電時間を短くしてヒータ表面が
一定温度に達した場合とでは、フィルタの温度分布が異
なっているのである。

【０００６】より具体的には、低ヒータ印加電圧時は通
電時間が長いためフィルタの上流側の比較的広い領域が
加熱されるのに対し、高ヒータ印加電圧時は通電時間が
短いためフィルタ上流側の比較的狭い領域しか加熱され
ない。従って、この２つの場合で、ヒータ温度は同じで
も再生率に変化が出てしまうことになる。。また、上記
従来技術のものでは、電気ヒータに通電する前のヒータ
印加電圧を用いているが、実際に電気ヒータに通電した
状態では、バッテリの内部抵抗、ハーネス抵抗により実
際に電気ヒータに印加される電圧はさらに低下している
ため、ヒータ通電に関しこの分の制御誤差が発生する。

【０００７】本発明は上記問題に鑑みたもので、バッテ
リ電圧に応じて一定の再生率を得るようにヒータ通電制
御を行うことを第１の目的とする。また、そのバッテリ
電圧をヒータ通電時のヒータ印加電圧とすることによ
り、ヒータ通電等によるバッテリ電圧の変動に対する再
生率の変動を防止することを第２の目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１に記載の発明においては、ディーゼルエン
ジン（１）の排気流路に設けられパティキュレートを捕
集するフィルタ（５、７）と、バッテリ（１９）からの
電力供給を受けて、前記フィルタ（５、７）に捕集され
たパティキュレートに着火する電気ヒータ（６、８）
と、この電気ヒータ（６、８）に通電制御を行い前記フ
ィルタ（５、７）を再生燃焼させる再生制御手段（３）
とを備えたパティキュレートフィルタの再生装置におい
て、前記再生制御手段（３）は、前記バッテリ（１９）
の電圧を検出し、バッテリ電圧に対して前記フィルタ
（５、７）の再生率を一定にするように定めた、バッテ
リ電圧とヒータ通電時間との関係から、前記検出したバ
ッテリ電圧によりヒータ通電時間を決定して前記電気ヒ
ータ（６、８）への通電制御を行う（ステップ５０３〜
５０８、６０４〜６０８）ことを特徴としている。

【０００９】なお、再生率は、例えば、捕集パティキュ
ーレート量に対する燃焼パティキューレート量の比率と
して把握される。請求項２に記載の発明では、請求項１
に記載の発明において、前記再生制御手段（３）は、前
記電気ヒータ（６、８）への通電中のバッテリ電圧に応
じて前記ヒータ通電時間を決定する（ステップ５０６〜
５０８、６０４〜６０８）ことを特徴としている。

【００１０】請求項３に記載の発明では、請求項２に記
載の発明において、前記再生制御手段（３）は、前記電
気ヒータ（６、８）への通電を開始してから所定時間経
過した時点でのバッテリ電圧に応じて、前記ヒータ通電
時間を決定する（ステップ５０６〜５０８）ことを特徴
としている。請求項４に記載の発明では、請求項２に記
載の発明において、前記再生制御手段（３）は、前記電
気ヒータ（６、８）への通電開始後の一定時間経過毎
に、前記バッテリ電圧を検出し、この検出したバッテリ
電圧により決まる値の時間平均値をもとに、前記ヒータ
通電時間を決定する（ステップ６０４〜６０８）ことを
特徴としている。

【００１１】なお、上記各手段のカッコ内の符号は、後
述する実施例記載の具体的手段との対応関係を示すもの
である。

【００１２】

【発明の作用効果】請求項１に記載の発明によれば、バ
ッテリ電圧に対してフィルタの再生率を一定にするよう
に定めた、バッテリ電圧とヒータ通電時間との関係か
ら、検出バッテリ電圧によりヒータ通電時間を決定して
電気ヒータへの通電制御を行うようにしているから、バ
ッテリ電圧の変動に対し、一定の再生率を得るようにヒ
ータ通電を行うことができる。

【００１３】請求項２に記載の発明によれば、電気ヒー
タへの通電中のバッテリ電圧に応じてヒータ通電時間を
決定するようにしているから、ヒータ通電等によるバッ
テリ電圧の変動に対し再生率の変動を防止することがで
きる。請求項３に記載の発明によれば、電気ヒータへの
通電を開始してから所定時間経過した時点でのバッテリ
電圧により、電気ヒータへの通電中のバッテリ電圧を定
めることができる。

【００１４】請求項４に記載の発明によれば、電気ヒー
タへの通電開始後の一定時間経過毎に、バッテリ電圧を
検出し、この検出したバッテリ電圧を時間平均し、この
時間平均したバッテリ電圧に応じてヒータ通電時間を決
定するようにしているから、ヒータ通電後にバッテリ電
圧が急変するようなことがあっても、その変動を吸収し
た形でバッテリ電圧を定め、適切なるヒータ通電を行う
ことができる。

【００１５】

【実施例】以下、本発明を図に示す実施例について説明
する。 （第１実施例）図１に、本発明をデュアルＤＰＦシステ
ムに応用した際の全体の構成を示す。ディーゼルエンジ
ン１の排気側には、排出されるＰＭを捕集するためのフ
ィルタ５とフィルタ７が、排気管の分岐下流側に並列に
設けられている。このフィルタ５、フィルタ７の上流側
には捕集されたＰＭに着火するための電気ヒータ６、８
が設けられている。そして、排気管は再び合流し、マフ
ラ１８へと接続されている。また、ディーゼルエンジン
１の吸気側にはエアクリーナ１０が設けられている。

【００１６】排気管の分岐部２カ所には、排気切り替え
弁１２、１３が配設され、捕集するフィルタを選択す
る。図１では、フィルタ７側で排気中のＰＭを捕集する
状態となっている。エアポンプ（Ａ／Ｐ）２の吐出側が
エア制御弁１４、１６を介して、フィルタ５、フィルタ
７の上流側に接続されており、Ａ／Ｐ２の吸入側には、
Ａ／Ｐ用エアクリーナ９が設けられている。

【００１７】フィルタ５、フィルタ７の下流側は、エア
制御弁１５、１７を介して、大気解放されている。エア
制御弁１４、１５、１６、１７は、再生するフィルタに
燃焼用のエアを供給する流路を構成するためのものであ
り、図１では、フィルタ５側の再生のために、Ａ／Ｐ２
からエア制御弁１４、フィルタ５、エア制御弁１５、そ
して、大気解放というエア流路が構成される。

【００１８】また、電気ヒータ６、８へ電力を供給する
バッテリ１９の電圧をモニタするためバッテリ１９のプ
ラス側がＥＣＵ３へ入力されている。その他にも、フィ
ルタに発生する差圧を検出するための差圧センサ４、エ
ンジン回転数センサ１１が設けられている。ＥＣＵ３
は、これらの入力信号に基づき、上記したＡ／Ｐ２、電
気ヒータ６、８、排気切り替え弁１２、１３、エア制御
弁１４、１５、１６、１７などを制御する演算処理を実
行する。

【００１９】上記構成においてその作動を説明する。な
お、以下の説明においては、フィルタ５側で捕集し、そ
のフィルタ５を再生させる制御について説明するが、フ
ィルタ７側での捕集、再生についても同様に制御される
ものである。まず、捕集中のＥＣＵ３の動作を図４のフ
ローチャートに従って説明する。本ルーチンは、例え
ば、１秒毎に実行されるものである。

【００２０】まず、ステップ４００で再生中かどうかの
判定を行い、再生中フラグがセットされている場合は本
ルーチンを終え、再生中フラグがセットされていない場
合はステップ４０１以降に進む。このステップ４０１で
は、バルブ類の駆動を行う。フィルタ５で捕集するため
排気切り替え弁１２、１３を図１の下側へ駆動し、さら
にエア制御弁１４、１５、１６、１７のすべてを閉弁状
態に駆動して排気圧力がＡ／Ｐ２へ加わらないようにす
る。

【００２１】次に、ステップ４０２からステップ４０５
で、パティキュレート捕集量の検出を行う。まず、ステ
ップ４０２で、エンジン回転数センサ１１からのエンジ
ン回転数Ｎe と、フィルタ５、７の温度を検出する図示
しない温度センサのうち捕集している方のフィルタの温
度を検出する温度センサから求められる排気温Ｔexか
ら、数１により排気ガスの体積流量Ｑexを算出する。こ
れは、燃焼による体積膨張を加味したものである。

【００２２】

【数１】Ｑex＝ｆ（Ｎe 、Ｔex） 次に、ステップ４０３で、差圧センサ４からのフィルタ
前後差圧△Ｐを取り込む。そして、ステップ４０４で差
圧△Ｐと排気ガス体積流量Ｑexから、フィルタの目詰ま
り量としてパティキュレート捕集量ＰＭを数２により求
める。

【００２３】

【数２】ＰＭ＝ｆ（△Ｐ、Ｑex） なお、上記数１、数２を用いてパティキュレート捕集量
ＰＭを求めることは公知のことである。そして、ステッ
プ４０５で、パティキュレート捕集量ＰＭが設定値、す
なわち、フィルタの目詰まりの限界値に達したか否かの
判定を行い、設定値に達した場合はステップ４０６で再
生要求フラグをセットし、また、設定値に達してない場
合はステップ４０７で再生要求フラグをクリアし本処理
を終える。

【００２４】次に、再生中のＥＣＵ３の動作を図５のフ
ローチャートに従って説明する。本ルーチンは、例え
ば、１秒毎といった定時毎に実行されるルーチンであ
る。まず、ステップ５００で再生要求フラグがセットさ
れているか否かの判定を行い、セットされていない場合
は本ルーチンを終了するが、セットされている場合はス
テップ５０１以降の再生制御処理を行う。

【００２５】ステップ５０１では、再生中フラグをセッ
ト（＝１）し、図４のステップ４０１以降の演算処理を
行わないようにする。次のステップ５０２では、バルブ
類を駆動する。すなわち、捕集フィルタを切り替えるた
めに排気切り替え弁１２、１３を図１の上側に駆動し、
エア制御弁１４、１５を開弁状態に駆動するとともに、
エア制御弁１６、１７を閉弁状態に駆動し、Ａ／Ｐ２か
らフィルタ５にエア（酸素）が供給できるようにする。

【００２６】次に、ステップ５０３で再生時間ｔがヒー
タ通電時間Ｔｈに達したか否かの判定を行う。達してい
ない場合はステップ５０４で電気ヒータ６をオンし、達
した場合はステップ５０５で電気ヒータ６をオフする。
再生開始後初めてこのステップ５０３に到来した時に
は、ヒータ通電時間Ｔｈに前回のヒータ通電時間Ｔｈ
（≠０）が設定されているため、ステップ５０３の判定
はＮＯになり、ステップ５０４へ進んで、電気ヒータ６
をオンにする。

【００２７】そして、ステップ５０６に進み、再生時間
カウンタｔがＴ0 に達したか否かの判定を行う。ここ
で、Ｔ0 は数秒から数１０秒程度の値に設定されたもの
である。再生開始後、ｔ＝Ｔ0 に達するまではステップ
５０７でバッテリ１９の電圧を取り込み、次のステップ
５０８で、例えば、図３のような予め決められたマップ
特性からヒータ通電時間を算出し、ヒータ通電時間Ｔｈ
を更新する。

【００２８】この図３に示すヒータ印加電圧に対するヒ
ータ通電時間のマップ特性は、図２に示す実験結果に基
づいて定められたものである。すなわち、図２におい
て、ヒータ印加電圧が標準（電圧Ｖ２）の状態と同等の
再生率にするために、高ヒータ印加電圧（Ｖ１）時には
ヒータ通電時間をｔ１' に、低ヒータ印加電圧（Ｖ３）
時にはヒータ通電時間をｔ２' にするものであり、再生
率を一定にするようにヒータ印加電圧に対するヒータ通
電時間が図３のように定められる。なお、図３中の点線
は、従来技術におけるヒータ温度一定の場合の特性を示
している。

【００２９】なお、図３に示すマップ特性は、ＥＣＵ３
内のＲＯＭ等の記憶手段に予め記憶されているものであ
る。そして、再生開始後、再生時間カウンタｔがＴ0 に
達すると、ステップ５０６からステップ５０９に直接進
むようになる。従って、ステップ５０３からステップ５
０８の処理により、再生を開始し電気ヒータ６をオンし
てからＴ0 経過した時のバッテリ１９の電圧に応じて、
ヒータ通電時間Ｔｈが決定されることになる。

【００３０】次に、ステップ５０９以降でＡ／Ｐ２の制
御を行う。まず、ステップ５０９で、再生時間ｔが予め
決められたＡ／Ｐ駆動時間Ｔa に達したか否かの判定を
行い、達していない場合は、ステップ５１０に進んでＡ
／Ｐ２の駆動制御を行い、その後、ステップ５１１で再
生時間カウンタｔをインクリメントし本ルーチンを終了
する。

【００３１】また、再生時間ｔが予め決められたＡ／Ｐ
駆動時間Ｔa に達した場合は、再生制御の終了処理とし
て、ステップ５１２でＡ／Ｐ２をオフし、その後、ステ
ップ５１３で再生要求フラグ、再生中フラグ、再生カウ
ンタｔをクリアし、本ルーチンを終了する。以上のよう
に、上記第１実施例では、再生開始後の設定時刻（ｔ＝
Ｔ0 ）におけるヒータ通電状態でのヒータ印加電圧に応
じて、再生率が標準のヒータ印加電圧時と同等になるよ
うにヒータ通電時間を決定している。従って、ヒータ印
加電圧の変動に対しても一定の再生率を維持することが
可能となる。さらに、電気ヒータの通電状態におけるヒ
ータ印加電圧を用いるため、電気ヒータ負荷によるバッ
テリ１９の内部抵抗等によるバッテリ電圧降下も含めた
形で、制御を行うことができる。 （第２実施例）上記第１実施例では、再生開始後の設定
時刻におけるヒータ通電状態でのヒータ印加電圧に応じ
て、再生率が標準のヒータ印加電圧時と同等になるよう
にヒータ通電時間を決定する。

【００３２】しかしながら、再生開始後、電気ヒータ通
電中に、車両の運転状態の変化等によりバッテリ電圧が
変動する場合もある。この場合、上記第１実施例では、
ヒータ印加電圧として再生開始後Ｔ0 経過時のバッテリ
電圧を用いているため、時刻Ｔ0 以降のバッテリ電圧変
動に対して対応できない。そこで、この第２実施例で
は、ヒータ通電中継続してバッテリ１９の電圧をモニタ
し、ヒータ通電時間に反映させるようにしている。

【００３３】再生率という物理量は、ヒータで加熱する
際の電力量（電圧² ÷ヒータ抵抗値×通電時間）と比較
的密接な相関関係がある。従って、バッテリ電圧の２乗
値の時間的平均値を求めその平方根でもって、ヒータ通
電中のバッテリ電圧の代表値としてヒータ通電時間を決
定する際のバッテリ電圧として用いるような制御を行え
ば、バッテリ電圧変動の影響を少なくできる。

【００３４】以下、この第２実施例について説明する。
この第２実施例は、図５のステップ５０６〜５０８の処
理を、図６のステップ６０４〜６０９に変更したもので
ある。なお、後述するバッテリ電圧２乗積算値Ｖ２ＳＵ
Ｍおよび積算回数ＮＶＨは、この処理に先立ってクリア
されている。まず、ステップ６０４でバッテリ１９の電
圧を取り込みＶＨ’として記憶する。次に、ステップ６
０５で、バッテリ電圧ＶＨ’の２乗値を積算しバッテリ
電圧２乗積算値Ｖ２ＳＵＭ（ｉ）として数３を用いて算
出する。

【００３５】

【数３】 Ｖ２ＳＵＭ（ｉ）＝Ｖ２ＳＵＭ（ｉ−１）＋ＶＨ’（ｉ）² ここで、添字は時刻を表している。また、ステップ６０
６では、積算回数ＮＶＨをインクリメントする。そし
て、ステップ６０７で、バッテリ電圧２乗積算値Ｖ２Ｓ
ＵＭ（ｉ）と積算回数ＮＶＨから、バッテリ電圧の２乗
値の時間平均値Ｖ２ＳＴＤを数４のように算出する。

【００３６】

【数４】Ｖ２ＳＴＤ＝Ｖ２ＳＵＭ／ＮＶＨ そして、ステップ６０８で、ヒータ通電時間を図３から
算出する際のバッテリ電圧の代表値としてＶＨを数５の
ように算出する。

【００３７】

【数５】ＶＨ＝Ｖ２ＳＴＤ そして、ステップ６０９で、バッテリ電圧ＶＨから、図
３に従って、ヒータ通電時間Ｔｈを算出する。以上のよ
うに、この第２実施例では、ヒータ通電中継続してバッ
テリの電圧をモニタしヒータ通電時間に反映させるもの
であり、具体的には、ヒータ通電中一定時刻毎に、バッ
テリ電圧の２乗値の時間的平均値の平方根を算出し、こ
の値でヒータ通電中のバッテリ電圧を代表させヒータ通
電時間を決定するものである。

【００３８】従って、ヒータ通電後に、検出したバッテ
リ電圧が急変するようなことがあっても、その変動を吸
収した形でバッテリ電圧を定めることができるため、そ
の時のバッテリ電圧の平均的な電圧により適切なるヒー
タ通電時間を定めることができる。これにより、ヒータ
通電時間中のバッテリ電圧の変動に対しても一定の再生
率を維持することが可能となる。

【００３９】また、第２実施例では、バッテリ電圧の代
表値として、バッテリ電圧の２乗値の時間的平均値の平
方根としたが、フィルタの特性上、再生率が電力量（電
圧³×通電時間）と比較的密接な相関関係があるような
場合は、バッテリ電圧の代表値として、バッテリ電圧の
３乗値の時間的平均値の３乗根とすることで、バッテリ
電圧変動の影響を少なくできる。

【００４０】なお、上記実施例では、バッテリ電圧とし
てバッテリ１９のプラス側の電圧を用いたが、電気ヒー
タ６あるいは８の両端の電圧を用いることでハーネス抵
抗の影響を考慮でき、さらに制御精度を向上させること
も可能である。また、図４乃至図６のフローチャートに
示す各ステップの処理は、それぞれの機能を実現する機
能実現手段として構成されるものであり、これらの機能
実現手段により、上記したコンピュータ制御のみなら
ず、ハードロジック構成によっても本発明を構成し得る
ものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明をデュアルＤＰＦシステムに応用した際
の全体の構成を示す構成図である。

【図２】ヒータ印加電圧に対するヒータ通電時間と再生
率、ヒータ通電時間とヒータ温度の関係を示す図であ
る。

【図３】ヒータ印加電圧に対するヒータ通電時間のマッ
プ特性を示す特性図である。

【図４】ＥＣＵの捕集動作を示すフローチャートであ
る。

【図５】ＥＣＵの再生中動作を示すフローチャートであ
る。

【図６】本発明の第２実施例におけるＥＣＵの再生中動
作を示す部分的フローチャートである。

【符号の説明】

１……ディーゼルエンジン、２……エアポンプ（Ａ／
Ｐ）、３……ＥＣＵ、４……差圧センサ、５、７……フ
ィルタ、６、８……電気ヒータ、１１……エンジン回転
数センサ、１２、１３……排気切り替え弁、１４〜１７
……エア制御弁。

───────────────────────────────────────────────────── 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 松村 敏美 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 沖 守 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 日本電 装株式会社内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ディーゼルエンジンの排気流路に設けら
   れパティキュレートを捕集するフィルタと、バッテリか
   らの電力供給を受けて、前記フィルタに捕集されたパテ
   ィキュレートに着火する電気ヒータと、この電気ヒータ
   に通電制御を行い前記フィルタを再生燃焼させる再生制
   御手段とを備えたパティキュレートフィルタの再生装置
   において、 前記再生制御手段は、前記バッテリの電圧を検出し、バ
   ッテリ電圧に対して前記フィルタの再生率を一定にする
   ように定めた、バッテリ電圧とヒータ通電時間との関係
   から、前記検出したバッテリ電圧によりヒータ通電時間
   を決定して前記電気ヒータへの通電制御を行うことを特
   徴とするパティキュレートフィルタの再生装置。
2. 【請求項２】 前記再生制御手段は、前記電気ヒータへ
   の通電中のバッテリ電圧に応じて前記ヒータ通電時間を
   決定することを特徴とする請求項１に記載のパティキュ
   レートフィルタの再生装置。
3. 【請求項３】 前記再生制御手段は、前記電気ヒータへ
   の通電を開始してから所定時間経過した時点でのバッテ
   リ電圧に応じて、前記ヒータ通電時間を決定することを
   特徴とする請求項２に記載のパティキュレートフィルタ
   の再生装置。
4. 【請求項４】 前記再生制御手段は、前記電気ヒータへ
   の通電開始後の一定時間経過毎に、前記バッテリ電圧を
   検出し、この検出したバッテリ電圧により決まる値の時
   間平均値をもとに、前記ヒータ通電時間を決定すること
   を特徴とする請求項２に記載のパティキュレートフィル
   タの再生装置。