JPH08291707A - 排気微粒子浄化装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 排気管の分岐流路に設けられた主弁の閉故障
を検出する。 【構成】 ディーゼルエンジン１の排気管２は分岐流路
２ａ、２ｂに分岐されており、分岐流路２ａ、２ｂに、
主弁をなすシャッタ弁１０、１１がそれぞれ設けられて
いる。このシャッタ弁１０、１１の開閉状態を制御し
て、分岐流路２ａ、２ｂを再生流路、捕集流路に交互に
切り替える。また、フィルタ３、４のうち捕集流路にあ
る方のフィルタにて排気微粒子を捕集する。ここで、再
生流路と捕集流路を切り替える場合、まず再生流路のシ
ャッタ弁を開放させる。この時、そのシャッタ弁が正常
であれば、再生流路にあるフィルタの通気抵抗は低いた
め、圧力センサ１７にて検出される圧力は所定値以上変
化する。一方、シャッタ弁の故障により開状態にならな
い時は圧力変化は所定値より小さい。この圧力変化を用
いてシャッタ弁の故障を検出する。

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
排気ガス中に含まれる排気微粒子（パティキュレート）
をフィルタを用いて捕集し、その捕集した排気微粒子を
燃焼させてフィルタを再生させる排気微粒子浄化装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】この種の排気微粒子浄化装置において
は、ディーゼルエンジンの排気通路に配置されたフィル
タにより排気ガス中の排気微粒子を捕集し、捕集した排
気微粒子の捕集量を検出して再生時期を判断し、フィル
タに付着した排気微粒子を燃焼してフィルタの再生を行
うようにしている。

【０００３】このフィルタの再生時には、フィルタへの
排気ガスの流入を止める必要があるため、排気ガスを他
の流路、例えばバイパス流路あるいはデュアルタイプの
ものにおいては他のフィルタが配置された流路に切替え
る必要がある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ここで、その流路切替
えのために、それぞれの流路に個別にシャッタ弁等の開
閉弁（以下、主弁という）を設け、この主弁の開閉状態
を互いに異なるように切替えることにより、フィルタで
の捕集、再生を繰り返すことができる。しかしながら、
そのように個別に主弁を設けた場合、一方が閉状態で他
方が開状態にあるときに、閉状態にある主弁が故障して
開状態にならないと、他方の主弁が閉状態になった時、
両方の主弁が閉状態になって排気流路を塞いでしまうと
いう問題が発生する。

【０００５】本発明は上記問題に鑑みてたもので、上記
した主弁の閉故障が検出できるようにすることを目的と
する。

【０００６】

【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）の排気管（２）に接続された第１、第２の分
岐流路（２ａ、２ｂ）と、前記第１、第２の分岐流路に
それぞれ設けられ第１、第２の流路を開閉する第１、第
２の主弁（１０、１１）と、前記第１の流路に設けられ
前記第１の流路に排気ガスが流れている時に排気ガス中
の排気微粒子を捕集するフィルタ（３、４）と、このフ
ィルタに捕集された排気微粒子を燃焼させて前記フィル
タを再生する再生手段（７〜９）と、前記フィルタに捕
集された排気微粒子が所定量になった時に、前記第１、
第２の主弁の開閉状態を切替え制御して排気ガスを前記
第２の流路に流すとともに、前記第１の流路への排気ガ
スの流入を止めて、前記再生手段を再生作動させる再生
制御手段（１０５、１０７、１１０、２００）と、前記
第２の主弁を閉状態から開状態に変化させた時の前記排
気管中の通気抵抗の変化状態により前記第２の主弁の閉
故障を検出する主弁故障検出手段（１０９）とを備えた
排気微粒子浄化装置を特徴としている。

【０００７】請求項２に記載の発明では、請求項１に記
載の排気微粒子浄化装置において、前記主弁故障検出手
段にて前記第２の主弁の閉故障が検出された時、前記第
１の主弁を開状態に維持することを特徴としている。請
求項３に記載の発明では、請求項１又は２に記載の排気
微粒子浄化装置において、前記主弁故障検出手段は、前
記第２の主弁を閉状態から開状態に変化させた時の前記
排気管内の圧力の変化状態（Ｐ１Ａ−Ｐ１Ｂ、又は圧力
の変化率）により前記第２の主弁の閉故障を検出するも
のであることを特徴としている。

【０００８】請求項４に記載の発明では、請求項１又は
２に記載の排気微粒子浄化装置において、前記主弁故障
検出手段は、前記第２の主弁を閉状態から開状態に変化
させた時の前記排気微粒子の検出捕集量の変化状態（Ｐ
Ｍｑ−ＰＭｑ１）により前記第２の主弁の閉故障を検出
するものであることを特徴としている。請求項５に記載
の発明では、請求項１乃至４のいずれか１つに記載の排
気微粒子浄化装置において、前記主弁故障検出手段は、
前記再生制御手段における前記第１、第２の主弁の開閉
状態を切替えるタイミングで前記第２の主弁の閉故障を
検出するものであることを特徴としている。

【０００９】請求項６に記載の発明では、請求項１乃至
５のいずれか１つに記載の排気微粒子浄化装置におい
て、前記主弁の故障が検出された時に、主弁の故障を報
知する報知手段（２２、１１１）を備えたことを特徴と
している。なお、上記各手段のカッコ内の符号等は、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。

【００１０】

【発明の作用効果】請求項１に記載の発明によれば、第
２の主弁を閉状態から開状態に変化させた時の排気管中
の通気抵抗の変化状態により第２の主弁の閉故障を検出
することができる。すなわち、第２の主弁が閉状態にあ
る時には第１の主弁は開状態にありフィルタにて排気微
粒子を捕集しているため排気管中の通気抵抗は大きく、
この状態にて第２の主弁が正常に開動作した時には排気
管中の通気抵抗は低下する。しかしながら、第２の主弁
が故障で閉状態を維持している時には通気抵抗は低下し
ない。従って、通気抵抗の変化状態を用いることにより
第２の主弁の閉故障を検出することができる。

【００１１】請求項２に記載の発明によれば、第２の主
弁の閉故障が検出された時、第１の主弁を開状態に維持
しているから、第２の主弁の閉故障時であっても排気流
路を確保することができる。また、排気管中の通気抵抗
の変化状態は、請求項３に記載の発明のように、第２の
主弁を閉状態から開状態に変化させた時の排気管内の圧
力の変化状態とすることができる。また、請求項４に記
載の発明のように、第２の主弁を閉状態から開状態に変
化させた時の前記排気微粒子の検出捕集量の変化状態と
することもできる。

【００１２】また、請求項５に記載の発明によれば、再
生制御手段における第１、第２の主弁の開閉状態を切替
えるタイミングで第２の主弁の閉故障を検出するように
している。このようなフィルタの再生時には微粒子捕集
量が多いため通気抵抗は大きく、従って通気抵抗の変化
状態による主弁の閉故障を精度よく検出することができ
る。

【００１３】さらに、請求項６に記載の発明によれば、
主弁の故障を報知するようにしているから、その故障に
対する対応を行うことができる。

【００１４】

【実施例】以下、本発明を図に示す実施例について説明
する。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
気側には排気管２が設けられており、排気管２は分岐流
路２ａ、２ｂに分岐されている。分岐流路２ａ、２ｂに
は、排出される排気微粒子を捕集するためのフィルタ
３、４がそれぞれ設けられている。そして、その下流に
おいて排気管２は合流し、マフラ５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６が設けられている。

【００１５】フィルタ３、４の上流側には、フィルタ再
生時に、捕集された排気微粒子に着火するための電気ヒ
ータ７、８が設けられている。また、そのフィルタ再生
時にはエアポンプ（Ａ／Ｐ）９からエアが供給され、着
火した排気微粒子を燃焼させる。排気管２の分岐流路２
ａ、２ｂには、流路を開閉するシャッタ弁１０、１１が
設けられている。これらの主弁９、１０は選択的に開閉
され、その開閉状態により分岐流路２ａ、２ｂが捕集流
路あるいは再生流路とされる。図１では、分岐流路２ｂ
が捕集流路とされ、フィルタ４で排気中の排気微粒子を
捕集する状態となっている。

【００１６】Ａ／Ｐ９の吐出側は、エア制御弁１２、１
３を介してフィルタ３、４の上流側に接続されている。
また、フィルタ３、４の下流側は、エア制御弁１４、１
５を介して大気解放されている。これらのエア制御弁１
２〜１５は、再生するフィルタに燃焼用のエアを供給す
る流路を形成するためのものであり、図１では、フィル
タ３側の再生のために、Ａ／Ｐ９からエア制御弁１２、
フィルタ３、エア制御弁１４、そして、大気解放という
エア流路が形成されている。なお、これらのエア制御弁
１２〜１５は、フィルタ再生時、再生するフィルタにエ
ア流路を形成するようＥＣＵ２１によって制御される。
なお、Ａ／Ｐ２の吸入側には、Ａ／Ｐ用エアクリーナ１
６が設けられている。

【００１７】また、フィルタに発生する差圧を検出する
ための圧力センサ１７、１８、エンジン回転数センサ１
９および排気温度を検出する排気温センサ２０が設けら
れている。ＥＣＵ２１は、これらのセンサからの信号に
基づき、主弁９、１０の開閉を制御して捕集流路、再生
流路を設定し、捕集流路にあるフィルタにて排気微粒子
の捕集を行わせるとともに、その捕集量を検出してフィ
ルタの再生時期を判定する。さらに、ＥＣＵ２１は、再
生判定時に、エア制御弁１２〜１５を制御して再生する
フィルタにエア流路を形成するとともに、そのフィルタ
に設けられた電気ヒータおよびエアポンプ９を作動させ
て、そのフィルタに捕集された排気微粒子を燃焼させフ
ィルタの再生を行う処理を実行する。

【００１８】また、ＥＣＵ２１は、後述する演算処理に
て主弁の故障を判定した時には警告灯２２を点灯させ
る。上記構成においてその作動を、ＥＣＵ２１の演算処
理を示す図２のフローチャートに従い説明する。まず、
センサ１７〜２０からのセンサ値を取り込む（ステップ
１０１）。この取り込んだセンサ値によりステップ１０
２、１０３の処理を行う。すなわち、圧力センサ１７に
て検出した前圧Ｐ１から圧力センサ１８にて検出した後
圧Ｐ２を引くことによりフィルタ７の差圧ΔＰ（＝Ｐ１
−Ｐ２）を求め（ステップ１０２）、続いてエンジン回
転数センサ１１からの信号に基づいて求められるエンジ
ン回転数Ｎｅおよび排気温センサ２０にて検出した排気
温Ｔｅｘから、排気ガスの体積流量ＶをＶ＝ｆ（Ｎｅ、
Ｔｅｘ）により求める。

【００１９】次に、上記求めたフィルタ差圧ΔＰおよび
体積流量Ｖから、排気微粒子の捕集量ＰＭｑをｇ（Δ
Ｐ、Ｖ）にて求める（ステップ１０４）。この関数ｇ
は、基本的には差圧ΔＰを体積流量Ｖで割った値を求め
るように設定されたものである。この関数を用いて求め
られた値は通気抵抗、すなわちフィルタの目詰まり量を
示すものであり、それを捕集量としている。

【００２０】次に、この捕集量ＰＭｑが予め定めた設定
値（すなわち再生が必要となる限界値）に達したか否か
を判定する（ステップ１０５）。そして、捕集量ＰＭｑ
が所定値に達するまでは上記捕集量算出処理を繰り返
す。捕集量ＰＭｑが所定値に達すると、以下に示す主弁
の故障判定を行う。まず、圧力センサ１７からの信号を
取り込み前圧Ｐ１Ａを得る（ステップ１０６）。次に、
再生流路にある方、すなわち再生が終了しているフィル
タがある方の主弁を開放させる（ステップ１０７）。こ
のことにより主弁１０、１１は両方とも開放状態とな
る。

【００２１】この状態で、再度、圧力センサ１７からの
信号を取り込み前圧Ｐ１Ｂを得る（ステップ１０６）。
この時、再生が終了しているフィルタの通気抵抗は低い
ため、前圧ＰＩＢは前圧Ｐ１Ａより小さい値となってい
るはずである。従って、Ｐ１Ａ−Ｐ１Ｂの値が所定値以
上であれば、ステップ１０７にて開放させた主弁は正常
であると判定し（ステップ１０９）、これから再生する
フィルタがある方の主弁を閉成させる（ステップ１１
０）。このことにより、再生流路と捕集流路がそれまで
と切り替わったことになる。

【００２２】そして、再生制御ルーチン２００にて再生
制御を行う。この再生制御ルーチン２００では、再生す
るフィルタに設けられた電気ヒータおよびエアポンプ９
を作動させて、フィルタに捕集された排気微粒子を燃焼
させる公知の処理を行う。一方、Ｐ１Ａ−Ｐ１Ａの値が
所定値より小さい時には、ステップ１０７にて開放させ
た主弁が閉故障しているとしてステップ１０９の判定が
ＹＥＳとなる。そして、警告灯２２を点灯させ（ステッ
プ１１２）、運転者に主弁の故障を知らせる。

【００２３】この後、その主弁が故障している間は、再
生制御ルーチン２００での再生制御は行わず、フィルタ
の再生が禁止された状態となる。なお、そのような再生
禁止の状態になった場合には、フィルタ７の交換等を行
う必要があるが、それが行われるまではフィルタの目詰
まりがどんどん進行していってしまうため、一定時間
後、エンジンへの燃料供給を停止させるなどしてエンジ
ンを停止させるようにしてもよい。

【００２４】また、上記実施例では、圧力センサ１７に
て検出される圧力の変化を用いて主弁の故障判定を行う
ようにしているが、圧力の変化率から故障判定を行うよ
うにしてもよい。この場合、ステップ１０９での判定
を、（Ｐ１Ａ−Ｐ１Ｂ）／Ｐ１Ａ＜所定値にて行う。な
お、上記圧力の変化あるいは変化率は、排気管の通気抵
抗の変化に対応するものであるから、通気抵抗を示す捕
集量ＰＭｑの変化状態から主弁の故障を判定してもよ
い。この場合の要部フローチャートを図３に示す。

【００２５】ステップ１０５にて捕集量ＰＭｑが所定値
に達したことを判定すると、次に再生流路にある方の主
弁を開放させる（ステップ１０７）。この後、ステップ
１１２〜１１５にて、ステップ１０１〜１０４と同様の
処理にて捕集量ＰＭｑ１を求める。この時、再生が終了
しているフィルタの通気抵抗は低いため、捕集量ＰＭｑ
１は先に求めた捕集量ＰＭｑより小さい値となるはずで
ある。

【００２６】そこで、ＰＭｑ−ＰＭｑ１が所定値以上で
あるか否かを判定し（ステップ１１６）、所定値より小
さい時に、主弁の故障を判定する。なお、上記実施例で
は、排気管中の通気抵抗の変化状態を、前圧の変化状態
あるいは検出捕集量の変化状態により求めるものを示し
たが、前圧と後圧の差の変化状態により求めるようにし
てもよい。

【００２７】また、上記実施例では、主弁の閉弁故障の
みを判定しているが、閉弁故障に加えて開弁故障も判定
するようにしてもよい。また、主弁はシャッタ弁に限ら
ず、分岐流路２ａ、２ｂを個別に開閉するものであれば
よく、例えばバタフライタイプの弁であってもよい。ま
た、上記した実施例では、２つの流路により排気微粒子
の捕集とフィルタの再生とを交互の行うものを示した
が、その流路の一方のみ、すなわち第１の流路にフィル
タを設け、第２の流路となる他方の流路にはフィルタを
設けずにバイパス流路とし、第１の流路にて排気微粒子
の捕集を行い、フィルタの再生時には排気切り替え弁に
より第２の流路に排気ガスをバイパスさせ、その間に第
１の流路に設けたフィルタの再生を行うようにしてもよ
い。

【００２８】なお、上記実施例において、図２のフロー
チャートに示す各ステップは、それぞれの機能を実現す
る機能実現手段として把握されるものであり、それらの
機能に対応させたハードロジック構成のものにて構成す
るようにしてもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す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】図１中のＥＣＵ３の演算処理を示すフローチャ
ートである。

【図３】本発明の他の実施例を示す要部のフローチャー
トである。

【符号の説明】

１…ディーゼルエンジン、２…排気管、２ａ、２ｂ…分
岐流路、３、４…フィルタ、７、８…電気ヒータ、９…
エアポンプ、１０、１１…主弁、１７、１８…圧力セン
サ、１９…エンジン回転センサ、２０…温度センサ、２
１…ＥＣＵ、２２…警告灯。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (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 戸谷 隆之 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 (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ディーゼルエンジンの排気管に接続され
   た第１、第２の分岐流路と、 前記第１、第２の分岐流路にそれぞれ設けられ第１、第
   ２の流路を開閉する第１、第２の主弁と、 前記第１の流路に設けられ前記第１の流路に排気ガスが
   流れている時に排気ガス中の排気微粒子を捕集するフィ
   ルタと、 このフィルタに捕集された排気微粒子を燃焼させて前記
   フィルタを再生する再生手段と、 前記フィルタに捕集された排気微粒子が所定量になった
   時に、前記第１、第２の主弁の開閉状態を切替え制御し
   て排気ガスを前記第２の流路に流すとともに、前記第１
   の流路への排気ガスの流入を止めて、前記再生手段を再
   生作動させる再生制御手段と、 前記第２の主弁を閉状態から開状態に変化させた時の前
   記排気管中の通気抵抗の変化状態により前記第２の主弁
   の閉故障を検出する主弁故障検出手段とを備えたことを
   特徴とする排気微粒子浄化装置。
2. 【請求項２】 前記主弁故障検出手段にて前記第２の主
   弁の閉故障が検出された時、前記第１の主弁を開状態に
   維持することを特徴とする請求項１に記載の排気微粒子
   浄化装置。
3. 【請求項３】 前記主弁故障検出手段は、前記第２の主
   弁を閉状態から開状態に変化させた時の前記排気管内の
   圧力の変化状態により前記第２の主弁の閉故障を検出す
   るものであることを特徴とする請求項１又は２に記載の
   排気微粒子浄化装置。
4. 【請求項４】 前記主弁故障検出手段は、前記第２の主
   弁を閉状態から開状態に変化させた時の前記排気微粒子
   の検出捕集量の変化状態により前記第２の主弁の閉故障
   を検出するものであることを特徴とする請求項１又は２
   に記載の排気微粒子浄化装置。
5. 【請求項５】 前記主弁故障検出手段は、前記再生制御
   手段における前記第１、第２の主弁の開閉状態を切替え
   るタイミングで前記第２の主弁の閉故障を検出するもの
   であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１つ
   に記載の排気微粒子浄化装置。
6. 【請求項６】 前記主弁の故障が検出された時に、主弁
   の故障を報知する報知手段を備えたことを特徴とする請
   求項１乃至５のいずれか１つに記載の排気微粒子浄化装
   置。