JP2926769B2 - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、内燃機関の排気浄化装置に係り、特に排気
通路のトラップに捕集したパティキュレート（排気微粒
子）を電気ヒータで焼却処理するようにしたものにおい
て、焼却処理を確実に行うことによりトラップの再生の
安定化を図った内燃機関の排気浄化装置に関する。

［従来の技術］ 内燃機関から排出される排気ガス中には、未燃炭化水
素や硫黄酸化物、あるいは窒素酸化物等が付着した未燃
のカーボン粒子等が含まれており、それらのパティキュ
レートは所謂スモークとして大気中に放散されると大気
を汚染させて人体に悪影響を及ぼす原因ともなる。

このため、近年の車両にあっては、その排気公害を解
消するために、排気通路に、排気ガス中のパティキュレ
ートを捕集すると共に捕集したパティキュレートを焼却
するトラップを設けた排気浄化装置がある。この種の排
気浄化装置としては、本出願人提案の「内燃機関の排気
浄化装置」（実開昭62−49610号公報）が知られてい
る。

この提案は第５図に示すように、内燃機関ａの排気通
路ｂに、パティキュレートを付着堆積させて捕集するト
ラップｃを設け、かつこのトラップｃの上流側直前に電
気ヒータｄを設けてトラップｃに捕集したパティキュレ
ートを適宜周期的に再燃焼させトラップｃを再生させる
ようにしている。

また提案は、トラップｃでのパティキュレートの捕集
が進み、トラップ入口温度センサｅと内燃機関ａの燃料
噴射ポンプｆに設けられた機関回転数センサｇとからの
入力信号によりコントローラｈがトラップｃの再燃焼時
期に達したと判断すると、排気ガスを全てトラップｃを
バイパスさせると共に、電気ヒータｄを作動させてトラ
ップ入口温度が設定温度に達するまでトラップｃを加熱
し、トラップ入口温度が設定温度に達したら、トラップ
ｃに空気を送り込んでパティキュレートを再燃焼させる
ようにしている。

［発明が解決しようとする課題］ ところでパティキュレートの再燃焼の伝播は、トラッ
プｃ全体の温度により大きく影響を受ける。つまり温度
が低い場合は、着火後のパティキュレートの燃焼は、ト
ラップ入口から内部に入るに従い、冷却作用を受けて出
口側まで到達しなくなる。この結果、トラップｃの再生
は不確実となるという不都合が生じる。

そこで、本発明は上記事情に鑑みてなされものであ
り、その目的とするところは、トラップ全体の温度をト
ラップ入口の設定温度と同等の温度となるように制御し
てパティキュレートの再燃焼の伝播が良好に行われるよ
うにすることにより、安定したトラップの再生を行うこ
とができる内燃機関の排気浄化装置を提供することにあ
る。

［課題を解決するための手段］ 本発明は上記目的を達成するために、排気ガス中のパ
ティキュレートを捕集するトラップと、該トラップを加
熱してパティキュレートを焼却するための電気ヒータ
と、捕集されたパティキュレートを燃焼させるためのエ
アの供給手段と、トラップの入口温度を検出する温度セ
ンサを有するパティキュレートトラップにおいて、トラ
ップ再生時には、前記電気ヒータに通電して、トラップ
の入口温度が設定温度に達した後その設定温度を維持す
るように、再生前の温度センサの検出値が高いほど少な
く設定された回数だけ、前記電気ヒータのON,OFFを繰り
返す通電制御を行い、その後エア供給手段によって、エ
アをトラップに供給するようにしたものである。

［作 用］ 排気ガス中のパティキュレートはトラップによって捕
集される。トラップ再生時には、前記電気ヒータに通電
して、トラップの入口温度が設定温度に達した後その設
定温度を維持するように、再生前の温度センサの検出値
が高いほど少なく設定された回数だけ、前記電気ヒータ
のON,OFFを繰り返す通電制御を行い、トラップ全体の温
度をトラップの燃焼伝播に最適な温度、即ちトラップ再
生温度に昇温する。この結果、トラップの再生が良好に
なされるようになる。

［実施例］ 以下に本発明の一実施例を添付図面に従って説明す
る。

第１図において、内燃機関（図示省略）の排気通路１
には排気ガス中に含まれるパティキュレートを付着堆積
させて捕集するトラップ２が設けられ、このトラップ２
に並設されてその上流側と下流側との排気通路１を結ん
でバイパス通路３が形成されている。排気通路１内のト
ラップ２の上流側でパイパス通路３の分岐点より下流側
のトラップ２の入口近傍には排気通路１を開閉するため
のトラップ入口バルブ４が設けられ、バイパス通路３内
のバイパス通路３の分岐点の近傍にはこのバイパス通路
３を開閉するためのバイパスバルブ５が設けられてい
る。

トラップ２とその上流側のトラップ入口バルブ４との
間の排気通路１にはトラップ２にエアを導入するための
空気導入管６が接続されていると共に、この空気導入管
６にはエアポンプ７が接続され、これら空気導入管６及
びエアポンプによって、トラップ２にエアを供給してト
ラップ２に捕集されたパティキュレートを燃焼させるた
めのエア供給手段が構成されている。

トラップ入口バルブ４の下流側のトラップ２の上流側
直前にはこのトラップ２の入口を設定温度（約600〜700
℃）になるまで加熱すると共に、加熱後はトラップ２全
体をほぼその設定温度に保つように作動制御される電気
ヒータ８が取付けられており、またトラップ２には、こ
のトラップ２の内部の入口側温度を検出するためのトラ
ップ入口温度センサ９が設けられている。

また、上記のトラップ入口バルブ４、バイパスバルブ
５、エアポンプ７および電気ヒータ８はコントローラ
（マイクロコンピュータ等）10に接続されており、それ
らの作動はこのコントローラ10により電子制御されるよ
うになっている。このコントローラ10にはトラップ入口
温度センサ９からの信号と、内燃機関の燃料噴射ポンプ
（図示省略）等に設けられた機関回転数センサ及び機関
負荷センサ（図示省略）からの回転数及び負荷信号とが
入力されており、コントローラ10は機関回転数センサ，
機関負荷センサからの回転数及び負荷信号を積算してト
ラップ２の再生時期（再燃焼時期）を判断し、かつトラ
ップ入口温度センサ９からの温度信号に応じてトラップ
入口バルブ4,バイパスバルブ5,エアポンプ7,電気ヒータ
８等の作動を制御するようになっている。

即ち、コントローラ10はトラップ２の再生時期になっ
たと判断すると、バイパスバルブ５を開くと共にトラッ
プ入口バルブ４を閉じる如く作動させて内燃機関からの
排気ガス流を全てバイパス通路３側に流すと共に、トラ
ップ入口温度センサ９による温度信号で初期（加熱前）
のトラップ入口温度T₁が入力され、電気ヒータ８への通
電を行ってトラップ２を加熱する。そして、トラップ入
口温度が再燃焼可能な設定温度（トラップ再生温度）T₂
になると、それ以後は電気ヒータ８の通電は初期のトラ
ップ入口温度T₁に応じた回数のON,OFFの繰り返し動作に
よって行うようになっている。

次に、本発明の作用について第２図および第３図の線
図と第４図のフローチャートをも用いて説明する。

先ず、通常運転走行時には、排気通路１のトラップ入
口バルブ４は開いていてバイパス通路３のバイパスバル
ブ５は閉じられている。このため内燃機関からの排気ガ
スはその全てがトラップ２部を通過して外部に排出され
る。排気ガス中に含まれていたパティキュレートはトラ
ップ２に付着堆積してこれに捕集される。

一方、コントローラ10は機関回転数と機関負荷によっ
てトラップ２に捕集したパティキュレートを再燃焼して
焼却処理する時期（トラップ２の再生時期）になったか
どうかを判断している。

そして、再生時期に達したと判断すると、バイパスバ
ルブ５を開いてトラップ入口バルブ４を閉じ、排気ガス
の全てをバイパス通路３に流すと共に、この時の初期の
トラップ入口温度T₁をトラップ入口温度センサ９によっ
て検出し、同時に電気ヒータ８へ通電（ON）してトラッ
プ２を加熱する。次にトラップ入口温度が設定温度T₂に
達すると、初期のトラップ入口温度T₁から電気ヒータ８
のON,OFFの回数を第２図に基づいて記憶されたコントロ
ーラ10のマップによって決定し、その決定された回数だ
け第３図に示す如く電気ヒータ８をON,OFFする。

この場合、コントローラ10のマップは、初期のトラッ
プ入口温度T₁が低い程、電気ヒータ８のON,OFFの回数を
多く、初期のトラップ入口温度T₁が高い程、電気ヒータ
８のON,OFFの回数を少なくするように設定されているか
ら、トラップ入口温度T₁に対応させてトラップ入口温度
を設定温度T₂に維持できる。すなわち、電気ヒータ８の
ON,OFFによりトラップ２の出口側に熱が伝わりトラップ
２全体の温度が上昇してトラップ２全体は常にほぼ設定
温度T₂に保たれる。通電ヒータ８のON,OFF方法について
は特に限定しないが、第３図からも明らかなように、設
定温度T₂を越えた場合はOFFとし、それよりも低い設定
温度T₂′を下回った場合はONとすることで本案の目的を
達成できる。

そして、次に、エアポンプ７により所定量のエアをト
ラップ２へ導入し、トラップ２の燃焼と伝播を促進す
る。即ち、エア導入開始時より所定時間t₁経過したら電
気ヒータ８の通電を完全に止め（OFF）、次に、エア導
入開始時より所定時間t₂経過したらエアポンプ７を止め
（OFF）、その後はトラップ入口バルブ４を開くと共に
バイパスバルブ５を閉じる。

このように本実施例においては、初期（加熱前）のト
ラップ入口温度T₁に高低があって相違していても、その
温度T₁の高低に応じ、電気ヒータ８の加熱によるトラッ
プ入口設定温度T₂上昇後の電気ヒータ８の加熱パターン
を、この電気ヒータ８の通電時間と通電回数を変えるパ
ターン（ON,OFF回数を少なくしたり多くしたりするパタ
ーン）とするようにしたから、トラップ２の入口側より
トラップ２の出口側への熱の伝達が有効に行われてトラ
ップ２全体は初期温度にかかわらずほぼ設定温度T₂に保
たれる。この結果、再燃焼時においてはパティキュレー
トの燃焼は良好に伝播されることとなり、トラップの再
生は安定して確実に行えるようになる。

なお、本実施例では再燃焼時にエアポンプ７により再
燃焼エアをトラップ２に供給したが、これに依らずトラ
ップ入口バルブ４を僅かに開いて排気ガスを導入するよ
うにしてもよい。また、電気ヒータ８のON時にごく少量
のエアをエアポンプ７によりトラップ２に供給すれば、
トラップ２における入口側から出口側への熱伝達をより
早くすることができる。

［発明の効果］ 本発明によれば、次の如き優れた効果を発揮する。

トラップの再生時におけるパティキュレートの燃焼は
初期温度にかかわらず全体に伝播されることとなり、ト
ラップの再生を安定して確実に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る一実施例を示す概略構成図、第２
図は本発明に係る初期のトラップ入口温度と電気ヒータ
のON,OFF回数との関係を示す線図、第３図は本発明に係
る電気ヒータにおける経過時間とトラップ入口温度との
関係を示す線図、第４図は本発明に係る一実施例のフロ
ーチャート図、第５図は従来例を示す概略構成図であ
る。 図中、１は排気通路、２はトラップ、３はバイパス通
路、４はトラップ入口バルブ、５はバイパスバルブ、７
はエアポンプ、８は電気ヒータ、10はコントローラであ
る。

Claims (1)

(57)【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
   トラップと、該トラップの再生時に、該トラップを加熱
   するための電気ヒータと、捕集されたパティキュレート
   を燃焼させるためのエアの供給手段と、トラップの入口
   温度を検出する温度センサを有するパティキュレートト
   ラップにおいて、トラップ再生時には、前記電気ヒータ
   に通電して、トラップの入口温度が設定温度に達した後
   その設定温度を維持するように、再生前の温度センサの
   検出値が高いほど少なく設定された回数だけ、前記電気
   ヒータのON,OFFを繰り返す通電制御を行い、その後エア
   供給手段によって、エアをトラップに供給するようにし
   たことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。