JPS5862309A - デイ−ズル排気トラツパの再生制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はディーゼルエンジンの排気ガス処理に関し、更
に詳しくは、排気ガス中に含１れるη−プン粒子及びそ
れと同様な粒状物（以下、）々−テイキエレートという
）全物理的方法によって適切な捕集材トラツノ母に捕集
し、捕集されたノ９−ティキュレートを周期的に焼却し
、トラッパを再生するに適した排気微粒子浄化装置にお
いて、その再生の開始時期を適切に制御する方法に関す
る。

この種のパーティキユレートはカーゲン粒子のように可
燃性のものがほとんどで、このような可燃性のノ’？−
ティキュレートを捕集し、捕集され念ｉ！−ティキュレ
ートを焼却して捕集材トラツノ４全再生するには、次の
ような方法が考えられる。

（ＩＪ　　ｆ’イーゼルエンジンの吸気系を絞り、吸入
空気量を減じて排気ガスの温度を上昇させ、）々−ティ
キュレートを燃焼させる方法。

（２）　　ディーゼルエンジンの排気系にオイルバーナ
、を設け、排気ガスの温度をパーティキネレートが燃焼
する温度まで上昇させて焼却する方法。

（３）　　１１［気ヒータを捕集材の前面、に取り付け
、捕集材トラッパの表面に付着した／臂−テイキュレー
トを燃焼させ、それを熱源として下流の）母−ティキュ
レートを自燃させる方法。

（４）ディーゼルエンジンの排気系を絞り、かつ燃料噴
射量を増量して、排気ガスの温度を上昇させ、パーティ
キーレートを燃焼させる方法。

（５）　　上記に述べた方法を適切に組み合わせること
により、パーティキユレートの燃焼を行なう方法、゛ 本発明のトラッパ再生開始時期の制御方法は、再生手段
として上記（１）〜（５）のいずれの方式においても適
用できるものである。これらの再生手段において、再生
開始時期を如何に設定するかにつき、次のような方式が
既に提案場れでいる。

（Ａｌ　　％開昭５５−５７６３７では、トラッパの再
生間隔、としてエンジン回転積算数（１５万回転毎）が
適切との記述がある。しかし、走行ノリーン（低速ｏｒ
高速）Ｋより、トラッパに流入する排気がヌの温度が変
化し、トラッパ量が変化するため、一定再生間隔ではト
ララミ！再生指標としては適正ではない、即ち“見込み
制御″のため余裕度の上で再生間隔を短くする必要があ
り、再生装置の高頻度な、不必要な再生動作により、ト
ラフ／４”への熱負荷が大きくなシ、トラッパの補集性
能及びトラフ・や容器構造の耐久性に支障をきたす。ま
た再生装置として、例えば、スロッ）　ＩＪング方式で
は吸気抵抗の増加によりエンジン性能の低下、燃費悪化
管生じ、父、電気ヒータ方式では、高頻度化によシ、電
気ヒータの耐久性が悪化すると共に、他の電気系統への
負担が大きくなる。さらに１エンジンの低速運転域が多
い場合には上記の一定再生間隔による再生動作では、適
正な再生時期を超過することがある。そのため、トラッ
パ量が増加し、排圧上昇によるエンジン性能の低下、運
転性や燃費の悪化となる。即ち、例えば排圧４００■Ｈ
ｆで出力低下４Ｎ、排圧８００ｍＨＰで出力低下１６％
となり、また排圧上昇２５．４　ｗａｒ　Ｈｆで燃費悪
化１％となる。

（Ｂ）トラッパの再生時期を検出するセンサとしられる
。しかし、半導体歪ｒ−ジを利用した一般的な圧力セン
ナでは、・や−ティキュレートのデポ′ジットにより素
子の汚れを生じ、性能劣化し、又、□排圧取り口のパー
ティキュレートのつまりにヨリ信頼性の上で、子連であ
る。さらに、エンジン条件によシ排圧が種々に変化する
ため本質的には差圧をとる必要がある。この場合、２ケ
使用することによるコストアップ、信頼性不良の拡大と
なる。

本発明の目的は、排圧を検出するのではなく、トラッパ
に捕集されたパーティキユレートの量管間接的に検出で
きるパーティキーレートセンサに基づいて、トラッパの
再生すべき時期に、トラツノ４再生のための装置の作動
の開始を行なう、制御方法を提供することにある。

本発明で用いるパーティキーレートセンサは、トラッパ
の上流の排気ガス管路に設けられ、ノ母−ティキエレー
トを捕集する機能を有しがっその捕集量によシトラッパ
の再生時期を検出可能である。

パーティキーレートセンサは一対の電極から成り、七の
電極間隙にパーティキユレートが捕集されるような構造
であるのが望ましい。電極間には一定の電圧が印加され
、トラフＡ’の再生をすべき時期ＫＸパーティキ凰レー
トによって前記電極間隙が短絡するように構成されてい
る。

以下、添付図面を参照し本発明の実施例について畦細に
説明する。

第１図はディーゼルエンジンのパーティキュレートトラ
ッパ再生制御装蓄であり、本発明の制御を実際に行なう
装置である。ディーゼルエンジン本体１の排気系におい
て、排気マニホルド２の下流の排気管路にトラッパ容器
３が設けてあシ、このトラフ・子容器３の内部には捕集
材（トラップ材）がある。このトラップ材としては、公
知の発泡セラミックおよびこれに類似する材料を用いる
ことができる。即ち、トラップ材は三次元の網目構造で
、その内部を排気ガスが流通可能であシかつ排気ガスに
含まれているパーティキュレートをその網目間に捕集す
ることができるようになっている。

トラ、ソバの再生手段としては１１．排気系では、トラ
ップ材の前面に設けられた電気ヒータ４及びパーティキ
ュレートの捕集ｔｔ検出するパーティキエレートセンサ
５で構成され、吸気系では、吸気マニホルド７を絞るス
ロットルバルブ８で構成さレル、スロットルセンサ９、
ダイヤフラム１０、負圧切換弁（ＶＳＶ）ＩＩＦｉ、ス
ロットルバルブ８の動作をコントロールする為のもので
ある。また、制御系として、エンジン制御及び再生装置
制御コンビエータ１２、燃料噴射ボンｆ１３、パキ、−
ムポング１４、電気ヒータ、パーティキエレートセンサ
のそれぞれの温調器１５　、１６、及びその系の電源１
７から構成されている。

電気ヒータ４としては、例えばトラップ材の前面に分散
的に配置したタングステン等から成る複数個の電気ヒー
タ素子を用いることができる。

また、トラツノ４答器３内のドラッグ材のすぐ上流に配
置されるパーティキュレートセンサ５としては、ＷＪ５
図又は第６図に示したような構造のものｔ用いることが
できる。第５図（１ｋ）　、　（ｂ）において、電極１
９ａ、１９ｂｔｉ４電性材料（例えば、ＳＵＳ。

Ｎｉ合金）に白金あるいは白金・イリジウム合金又は白
金・ロジウム合金２０を溶接したものである。電極１９
ａ、１９ｂは排気ガスの流路に直接さらされており、一
定電圧（例えば、バッテリ電圧又は５ボルト）の印加さ
れたその電極間の間隙２４に導電性のｔ！−ティキュレ
ートが捕集され、ついには電極１９　ａ　＋　１９　ｂ
間が短絡する構造になっている。そこで、エンジンより
排出されるノ４−ティキエレートヲトラクノ母３で補集
する際、そのトラツノ臂の再生開始時期と、ノ母−テイ
キュレートセンサ５の電極１９ａ、１９ｂ間２４が７９
−ティキュレートの堆積により短絡する時期とが対応す
るように、予めの実験によ１その電極間隔２４を所定の
値に調整しておく、そのセンサ５の短絡によル抵抗変化
をコンビエータ１２で電圧変化、たとえば）（ｉｇｈ−
Ｌｏｗの０Ｎ−ＯＦＦ信号として取り出し、そのＯＮ信
号をトラッパ−の再生開始信号とする。電極１９ａはセ
ンサー５の）・ウゾング２３と一体構造であり、・・ウ
ジング２３′１に排気ガス管壁に装着することによりア
ースすることができる。他方のｔ極１９ｂはノＳクジン
グ２３内の　゛碍子２２に固定されている。電極１９ｂ
は常に排気ガスにさらされているために、ノ９−テイキ
ュレ−１（％’に、凹部２５内に付着した）９−ティキ
ュレートンが付着し電極１９ａとの間（間ｖｉ２５の部
分以外）の絶縁性を損なうことがあるので、四部２５内
において碍子２２にセラミックヒータ２１を取シ付け、
このセラミックヒータ２１にあらがじめ実験で求めた一
定の電圧を印加することにより所定の温度、例えば４８
０〜６００Ｃにしておき、凹部２５内に付着した・量−
ティキュレートを焼却することＫよシミ極１９ｂの絶縁
性を維持する。その際、温調は温調器１６と電源１７で
行なう（第１図）、なお、符号２６（第５図）はセラミ
ックヒータ２１用のリード線であり、このヒータ２１の
他方の熾子はハウジング２３を介してアースすることが
できる。第５図に示したパーティキエレートセンサは汎
用の点火プラグの構造を利用できる。なお、センサ５が
短絡して再生開始時期を検出した後電極間！ｖ２４の・
ヤーティキーレート管焼却し、センナ５自体の再生を行
なうため姉、セラミックヒータ２ＮＣ印加すべき電圧を
前記一定電圧よりもあらかじめ実験で求めた所定の値だ
け増加させる（これをセンサ再生センサと称する）。

第６図（ａ）　、　（ｂ）に示したパーティキーレート
センサ５′は、ＩＩ極１９ｂの上の白金（又はその合金
）の代わりに、トラップ材と同一材料のセラばツク７オ
ーム２７を、セラミックヒータ２１ｂと碍子２２との接
合によシ固定した毛のである。セラ２ツクヒータ２１ａ
は第５図のセラミックヒータ２１と同様に電極１９ＩＬ
と１９ｂ間（間ｌ＃ＪＩｊ２４を除く）の絶縁性を保持
するためのものであ夛、セラミックヒータ２１ｂ（セン
サ再生ヒータ）はセンサ５′が短絡して再生開始時期を
検出した後電極間隙２４のパーティキュレートヲ焼却し
センサ５′の再生を行なうためのものである。他の構造
は第５図のものと同様である。

本発明によるトラフ／？の再生制御は次のように行なわ
れる。その第一実施例を第２図に示している。エンジン
制御用コンビエータ１２にパーティキュレートセンサ５
　（５’）の再生開始信号を取シ込む、七の信号がＯＮ
かＯＦＦかをコンピュータ内の判定回路で判定する。そ
の結果、ＯＮ備号の場合、トラツノ９の再生開始時期と
なシトラッパの再生装ｆ（ここでは、電気ヒータ４とス
ロッ・トルパら各装置Ｋ付勢する０例えば、電気ヒータ
４の温ｖＩＩ４４ＴＦ１５Ｖｃコンビ、−夕より作動信
号を出方し、電気ヒータ４を作動し、トラツノ４再生の
ための所定温度とする。又、スロットルバルブ８の制御
）ための負圧切換弁（ＶＳＶ）１１に上記と同様コンビ
エータ１２より作動信号を出方し、スロットルバルブ８
ｖｆ−所定の位置まで絞る方向に動作させる。

上記の再生装置の動作と同期し、前述したノ平−ティキ
凰レートセンサ５　（５’）の再生ヒータを作動し、セ
ンサの電極１９ＪＬ、１９ｂ間２４のパーティキュレー
トを焼却し、電極間を電気的に断線状態として、センナ
の再生を行なう０次に上記の動作開始よや時間計測をコ
ンピュータ内で開始し、所定の時間以上になったら、セ
ンナの再生開始信号ｔ−０ＦＦとした稜、センサ再生ヒ
ータ、及び、トラッパ再生装置の作動金停止する。その
後、パーティキュレートセンサの再生開始信号がＯＦＦ
のときけ、センサの再生ヒータ及びトラッパ再生ｆ２ｗ
の作動を停止させておく０以上のように１パーテイキユ
レートセンサ５　（５’）の信号に基づいて、トラッパ
の再生を適正に行なうことができる。

第３図は、本発明のトラッパ再生制御の第二の実施例を
示すものである。エンジン作動開始と共に、工・−ンジ
ン条件、例えば、エンジン水温２５、エンジン負荷１回
転数（燃料噴射ポンプ１３がら情報を入手する）、アイ
ドル信号９、排気温１８等の情報ヲコンピュータ１２に
入力する。予めの実験により、トラッパ再生のためのエ
ンジン条件を満しているかを判断する。例えば、排気温
１８が６００℃以上になるエンジン条件ではトラツノ＋
　（）母−テベキュレート）は排気温により自己燃焼す
るため、センサ５（第５図）のセラミックヒータ電力を
センサ電極間の絶縁性が保持される。所定の値としく即
ち、この場合は、いわゆるセンサ再生ヒータを使用しな
い）、又、トラッパ再生装ｆ１ｔ、（電気ヒータ４及び
スロットルバルブ８）の作動を停止する。トラツノ４再
生のためのエンジン条件を満して御）を行なう。

ガお、第４図は、第２図及び第３図の制御方法を示した
ものである。

本発明のトラッパ再生制御方法による効果は次のとおシ
である。

■　本発明の制御方法にょシ、トラッパの適正な再生開
始時期に再生の動作を行なうことができ、トラッ／ダ補
集量の超過即ち排気圧力の上昇によるエンジン性能の低
下、運転性能の悪化及びネンピの悪化を防ぐことができ
る。

■　又、適正なトラッパ再生にょシ、／ターティキエレ
ートを効率よく補集することができ、パーティキュレー
ト排出量の低減が可能である。同時［、）ラッノ９再生
のための装置として、電気ヒータを使用した場合くけ、
不必要な電力を低減でき、他の電気系への負担を必要最
小限におさえることができる。

■　さらに、排気ガス再循環（ＥＧＲ）装置を装着し念
エンジンでは、本制御方法の導入にょシ、ＥＧＲの適正
な制御が可能である。

■　トラツノ量ヲ再生するＫは適度の補集量（率）と酸
素量が必要であるが、本制御方法によりトラフｚｆ（ｚ
常に新品状態に維持できるため、初期の低酸素濃度（空
燃比）で再生可能であり耐久層のスロクトリング開度調
整並びに電気ヒータ電力の増加は不用である。

なお、以上の説明において、「トラフ／４の適正な再生
開始時期」とは、トラッ、４再生のための補助装置が作
動し、その排気温度上昇の補助により、補集されたパー
ティキユレートが自己燃焼し、かつ、完全焼却されるの
に適した補集量（率）にトラツノ量が到達した時期をい
う。トラツノ量のノ母−ティキ瓢レート補集量が上記の
補集量を超過した場合には、再生装置の動作が完了して
も、補集量が多いために再生が不充分（）臂−ティキエ
レートが残存した状態）となる可能性がある。さらに不
充分な再生の繰シ返しによシ補集率が低下する。本制御
方法では、パーティキュレートセンサによシ、トラッパ
の適正な補集量をモニターでき、・トラフ・中を常に初
期性能状態に維持することが６ｆ能である。

また、以上の説明において、再生装置として電気ヒータ
とスロットルバルブを組み合わせたものについて説明し
たが、他の方式のもの、例えばオイルバーナを用いたも
の、排気系を絞りかつ燃料を増量するもの、或いはこれ
ら全適当に組み合わせたものであってもよい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のトラツノ！再生制御方法を実際に行な
うディーゼルエンジン及びパーティキル−トトラッｉ４
再生制御装置の概略図、第２図及び煕３図は本発明によ
るトラッパ再生制御プロセスの第−実施例及び第二実施
例管示すフローチャート、第４図はトラッノタ再生制御
？動作を示す図、第５図（ａｌ　、　ｌｂ）はパーティ
キュレートセンサの一例を示す断面図及び斜視図、第６
図（ａｌ　、　（ｂＪはパーティキュレートセンサの他
の例を示す断面図及び斜視図である。 第１図 ｖ、２図 第　３１図 第４図 Ｎ （第２図） 第５図 （ＣＩ）・ 第６図 （ａ） （ｂ） （ｂ）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、ディーゼルエンジンより排出されるパーティキュレ
   ートを捕集するトラツノぐと、該トラッパに捕集された
   ／４’−ティキーレートを周期的に燃焼、焼却せしめて
   前記トラッパを再生するディーゼルエンジンの排気パー
   ティキエレート浄化装置において、パーティキュレート
   を捕集する機能を有しカツソの捕集量によりトラツノ臂
   の再生時期を検出可能ナパーティキュレートセンサを前
   記トラツノ譬の上流の排気ガス管路に設け、前記トラッ
   パ再生手段の製作の開始の制御を前記パーティキュレー
   トセンサの信号に基づいて行なうこと全特徴とするディ
   ーゼル排気トラツノ９の再生制御方法。 ２　前記パーティキュレートセンサは、その間ＮＫ／”
   −ティキュレートが捕集されるように排気ガス管路中に
   配置した一対の電極から成シ、該電極間に一定電圧を印
   加し、ノ母−テイキ８−ビート捕集量に応じた抵抗変化
   を電圧変化として取り出し、その出力信号によりノ（−
   ティキエレート捕集手段の動作開始の制御を行なう特許
   請求の範囲第１項に記載のトラッパの再生制御方法。 ３、前記一対の電極間は前記間隙以外の部分で碍子で絶
   縁され、該碍子部分に付着するパーティキュレートによ
   る絶縁性不良を防止するために前記碍子部分に所定電力
   の印加されたセラミックヒータが設けられ、該セラミッ
   クヒータの印加電力を、トラッパの再生開始時期の検出
   直後に所定の値だけ増加させ、該増加電圧によυ前記電
   極間隙に捕集されたパーティキエレー）ｅｆｉ却して／
   ４’　−ティキュレートセンサの再生を行なう特許請求
   の範囲第２項記載のトラツノ臂の再生制御方法。