(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気ガスに混在するパティキュレートを捕集し得るフィルタと、該フィルタを加熱するヒータと、前記のフィルタに対して空気を供給し得る助燃用空気供給手段と、該フィルタの異なる部分の温度を検知する複数の温度センサと、各温度センサからの温度検出信号に基づいてヒータ及び助燃用空気供給手段を作動させる制御器とを備え、ヒータ作動開始後、複数の温度センサの全ての検出温度が予め設定したフィルタ加熱温度まで上がったときにヒータの作動を停止させ、また、助燃用空気供給手段によりフィルタに助燃用空気を供給する機能と、助燃用空気の供給開始後、少なくとも１つの温度センサの検出温度が予め設定した空気供給停止温度まで下がったときに助燃用空気供給手段によるフィルタへの助燃用空気の供給を停止する機能と、１つの温度センサを除く他の温度センサが温度検出信号を出力していない場合、あるいは、１つの温度センサを除く他の温度センサからの温度検出信号が変化しない場合に、ヒータ作動開始後、１つの温度センサの検出温度が予め設定したフィルタ加熱温度よりもやや高い異常時フィルタ加熱温度まで上がったときにヒータの作動を停止させ、また、助燃用空気供給手段によりフィルタへ助燃用空気を供給する機能と、助燃用空気供給開始後、１つの温度センサの検出温度が予め設定した空気供給停止温度よりもやや低い異常時空気供給停止温度まで下がったときに助燃用空気供給手段によるフィルタへの助燃用空気の供給を停止する機能とを、前記の制御器に具備させたことを特徴とするパティキュレート処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はパティキュレート処理装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、車両に搭載されている内燃機関から排出される排気ガス中に混在する粒子状物質（パティキュレート）を取り除くために、種々のパティキュレート除去装置が提案されている。
【０００３】
図４は従来のパティキュレート除去手段の一例であり、このパティキュレート除去装置は、並列に配置した第１の捕集器１及び第２の捕集器２と、両捕集器１，２の間に設けた処理器３と、制御器４とを備えている。
【０００４】
両捕集器１，２は、一端側にガス流入口１１，２１及びパティキュレート排出口１２，２２を有し且つ他端側にガス流出口１３，２３を有するケーシング１４，２４と、該ケーシング１４，２４内の中間部分に配置したパティキュレート捕集用のフィルタ（セラミックハニカムフィルタなどのエレメント）１５，２５と、ガス流入口１１，２１を閉止し得る入口シャッタ１６，２６と、ガス流出口１３，２３を閉止し得る出口シャッタ１７，２７と、フィルタ１５，２５と出口シャッタ１７，２７と間の空間へ空気を送給し得るようにケーシング１４，２４に取り付けた空気噴射弁１８，２８と、該空気噴射弁１８，２８をエアタンク３０に接続する空気管１９，２９とを備えている。
【０００５】
これらの両捕集器１，２のガス流入口１１，２１は、排気分岐管１０を介して内燃機関５の排気マニホールドに連通するマフラ６に接続され、また、ガス流出口１３，２３は、排気集合管２０を介して大気開放されている。
【０００６】
従って、内燃機関５から排出される排気ガスＧは、マフラ６及び排気分岐管１０を経て両捕集器１，２のケーシング１４，２４内に流入し、フィルタ１５，２５によりパティキュレートが取り除かれた後、排気集合管２０から外部へ放出される。
【０００７】
処理器３は、一端が第１の捕集器１のパティキュレート排出口１２に連通し且つ他端が第２の捕集器２のパティキュレート排出口２２に連通するケーシング３１と、該ケーシング３１内に配置したパティキュレート捕集用のフィルタ（セラミックハニカムフィルタなどのエレメント）３２と、該フィルタ３２に装着したヒータ３３及び温度センサ（シース型熱電対）３４と、先に述べた第２の捕集器２のパティキュレート排出口２２を閉止し得る助燃用シャッタ３５と、フィルタ３２と助燃用シャッタ３５との間の空間へ空気を送給し得るようにケーシング３１に取り付けた空気ノズル３６と、空気供給弁３７を有し且つ空気ノズル３６をエアタンク３０に接続する空気管３８とを備えている。
【０００８】
上記のヒータ３３には、電源７がリレー８を介して接続されており、当該リレー８は、ソレノイドに励磁電流８ｓが通電されている間だけ、回路接点が閉じるように構成されている。
【０００９】
制御器４は、下記のような機能を具備している。
【００１０】
ａ．内燃機関５に設けた回転数センサ、負荷センサ及びマフラ６の下流側に設けた圧力センサのそれぞれの出力信号に基づき、パティキュレートの捕集に起因した圧力損失が、両捕集器１，２のフィルタ１５，２５に生じているか否かを判定する機能。
【００１１】
ｂ．フィルタ１５，２５に圧力損失が生じていることを判定したときに、第１の捕集器１のガス流入口１１及びガス流出口１３を閉止する状態にシャッタ１６，１７を設定したうえ、空気噴射弁１８を開放してフィルタ１５と出口シャッタ１７との間の空間へ微小時間空気を噴射し、フィルタ１５を逆洗再生することにより、当該フィルタ１５に捕集されているパティキュレートを、パティキュレート排出口１２から処理器３へ送出してフィルタ３２に再捕集する機能。
【００１２】
ｃ．第１の捕集器１のフィルタ１５の再生完了後、ガス流入口１１及びガス流出口１３を開放する状態にシャッタ１６，１７を設定し、また、第２の捕集器２のガス流入口２１及びガス流出口２３を閉止する状態にシャッタ２６，２７を設定するとともに、パティキュレート排出口２２を開放する状態に助燃用シャッタ３５を設定し、次いで、空気噴射弁２８を開放してフィルタ２５と出口シャッタ２７との間の空間へ空気を微小時間噴射し、フィルタ２５を逆洗再生することにより、当該フィルタ２５に捕集されているパティキュレートを、パティキュレート排出口２２から処理器３へ送出してフィルタ３２に再捕集する機能。
【００１３】
ｄ．第２の捕集器２のフィルタ２５の再生完了後、ガス流入口２１及びガス流出口２３を開放する状態にシャッタ２６，２７を設定し、また、パティキュレート排出口２２を閉止する状態に助燃用シャッタ３５を設定し、次いで、リレー８のソレノイドに励磁電流８ｓを連続的に通電することにより、電源７にヒータ３３を接続して、該ヒータ３３によりフィルタ３２を加熱する機能。
【００１４】
ｅ．フィルタ３２の加熱開始後、温度センサ３４から出力される温度検出信号３４ｓに基づき、フィルタ３２の温度Ｔが予め設定したフィルタ加熱温度まで上がったときに、リレー８のソレノイドに対する励磁電流８ｓの通電を中断することによりヒータ３３を電源７から切り離してフィルタ３２の加熱を停止し、次いで、予め設定した空気供給時間に応じて空気供給弁３７を開き、エアタンク３０から処理器３のフィルタ３２に助燃用空気を供給し、当該フィルタ３２に再捕集したパティキュレートを焼却する機能。
【００１５】
なお、図５は、制御器４の機能ｄの一部、及び機能ｅに関するパティキュレート処理の制御フローである。
【００１６】
すなわち、図４に示すパティキュレート除去手段においては、通常は、両捕集器１，２のフィルタ１５，２５によって、内燃機関５からの排気ガスＧに混在しているパティキュレートを効率よく捕集し、一方のフィルタ１５，２５の逆洗再生中には、他方のフィルタ２５，１５によってパティキュレートを捕集し続け、更に、処理器３のフィルタ３２に再捕集されたパティキュレートを焼却して、大気中へのパティキュレートの放出を抑止する。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図４における処理器３においては、温度センサ３４で検出されるフィルタ３２の所定部分の温度がパティキュレートを焼却するのに充分な温度（焼却処理温度）に達していても、フィルタ３２の他の部分の温度が焼却処理温度まで上がっていない場合を考慮して、フィルタ加熱温度を高め（６５０℃程度）に設定しており、パティキュレートの処理に必要以上の電力が使用されている。
【００１８】
また、フィルタ３２に対して一定時間（１８０秒程度）助燃用空気を供給するので、フィルタ３２に再捕集したパティキュレートの量が少ないときには、助燃用空気が有効利用されずに放出されることになる。
【００１９】
本発明は上述した実情に鑑みてなしたもので、電力及び助燃用空気の使用量を抑制可能なパティキュレート処理装置を提供することを目的としている。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の請求項１に記載のパティキュレート処理装置では、排気ガスに混在するパティキュレートを捕集し得るフィルタと、該フィルタを加熱するヒータと、前記のフィルタに対して空気を供給し得る助燃用空気供給手段と、該フィルタの異なる部分の温度を検知する複数の温度センサと、各温度センサからの温度検出信号に基づいてヒータ及び助燃用空気供給手段を作動させる制御器とを備え、ヒータ作動開始後、複数の温度センサの全ての検出温度が予め設定したフィルタ加熱温度まで上がったときにヒータの作動を停止させ、また、助燃用空気供給手段によりフィルタに助燃用空気を供給する機能、並びに、助燃用空気の供給開始後、少なくとも１つの温度センサの検出温度が予め設定した空気供給停止温度まで下がったときに助燃用空気供給手段によるフィルタへの助燃用空気の供給を停止する機能を、前記の制御器に具備させている。
【００２１】
また、本発明の請求項２に記載のパティキュレート処理装置では、本発明の請求項１に記載のパティキュレート処理装置の構成に加えて、１つの温度センサを除く他の温度センサが温度検出信号を出力していない場合、あるいは、１つの温度センサを除く他の温度センサからの温度検出信号が変化しない場合に、ヒータ作動開始後、１つの温度センサの検出温度が予め設定したフィルタ加熱温度よりもやや高い異常時フィルタ加熱温度まで上がったときにヒータの作動を停止させ、また、助燃用空気供給手段によりフィルタへ助燃用空気を供給する機能、並びに、助燃用空気供給開始後、１つの温度センサの検出温度が予め設定した空気供給停止温度よりもやや低い異常時空気供給停止温度まで下がったときに助燃用空気供給手段によるフィルタへの助燃用空気の供給を停止する機能を、制御器に付加している。
【００２２】
本発明の請求項１及び請求項２に記載のパティキュレート処理装置のいずれにおいても、複数の温度センサによってフィルタの異なる部分の温度を検出し、フィルタの温度が焼却処理温度まで上がっているか否かを把握してヒータによるフィルタの加熱を制御し、また、フィルタの温度が空気供給停止温度まで下がっているか否かを把握して助燃用空気供給手段によるフィルタへの助燃用空気の供給を制御する。
【００２３】
また、本発明の請求項２記載のパティキュレート処理装置においては、制御器によって各温度センサが健全であるか否かを判定し、１つの温度センサ以外の他の温度センサに異常が生じた場合に、健全な状態の１つの温度センサによりフィルタの所定部分の温度を検出し、フィルタの温度が異常時焼却処理温度まで上がっているか否かを把握してヒータによるフィルタの加熱を制御し、また、フィルタの温度が異常時空気供給停止温度まで下がっているか否かを把握して助燃用空気供給手段によるフィルタへの助燃用空気の供給を制御する。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００２５】
図１は本発明のパティキュレート処理装置の実施の形態の一例を示すもので、図中、図４と同一の符号を付した部分は同一物を表している。
【００２６】
このパティキュレート処理装置は、処理器３９と、制御器４０とを備えている。
【００２７】
処理器３９には、先に述べた処理器３の温度センサ３４（図４参照）に替えて、第１の温度センサ４１と第２の温度センサ４２とを用いている。
【００２８】
これらの温度センサ４１，４２は、検出端がフィルタ３２の異なる部分に位置するように、フィルタ３２に装着されている。
【００２９】
ケーシング３１に取り付けた空気ノズル３６は、空気管４３を介してエアタンク３０に接続されている。
【００３０】
上記の空気管４３には、空気送給方向上流側から下流側に向かって順に、減圧弁４４と空気供給弁（電磁切換方式の２位置開閉弁）４５とが設けられており、エアタンク３０、空気管４３、減圧弁４４、空気供給弁４５、及び空気ノズル３６によって、助燃用空気供給手段９を構成している。
【００３１】
空気供給弁４５は、ソレノイドに励磁電流４５ｓを通電していない状態では、スプールがスプリングによって遮断位置へ付勢され、また、ソレノイドに励磁電流４５ｓを通電すると、スプールがスプリングに抗して連通位置へ移動するように構成されている。
【００３２】
制御器４０は、制御器４（図４参照）の機能ａ，ｂ，ｃ，ｄに加えて、下記のような機能を具備している。
【００３３】
▲１▼  フィルタ３２の加熱開始後、温度センサ４１，４２から出力される温度検出信号４１ｓ，４２ｓに基づき、フィルタ３２の各部分の温度Ｔ1，Ｔ2の少くとも一方が予め設定されているフィルタ加熱温度（６００℃程度）まで上がったときに、リレー８のソレノイドに対する励磁電流８ｓの通電を中断することにより、ヒータ３３を電源７から切り離してフィルタ３２の加熱を停止し、次いで、空気供給弁４５のソレノイドへ励磁電流４５ｓを通電して空気供給弁４５を開き、エアタンク３０から処理器３９のフィルタ３２に助燃用空気を供給し、当該フィルタ３２に再捕集したパティキュレートを焼却する機能。
【００３４】
▲２▼  助燃用空気の供給開始後、温度センサ４１，４２から出力される温度検出信号４１ｓ，４２ｓに基づき、フィルタ３２の各部分の温度Ｔ1，Ｔ2の少くとも一方が予め設定されている空気供給停止温度（５８０℃程度）まで下がったときに、空気供給弁４５のソレノイドに対する励磁電流４５ｓの通電を中断して空気供給弁４５を閉じ、フィルタ３２への助燃用空気の供給を停止する機能。
【００３５】
▲３▼  フィルタ３２を加熱する前に、温度センサ４１，４２の双方が温度検出信号４１ｓ，４２ｓを出力していない場合、あるいは、温度センサ４１，４２の双方の温度検出信号４１ｓ，４２ｓが変化しない場合に、異常発生信号４６ｓを出力し、車両の運転室に設置した警報器４６を作動させる機能。
【００３６】
▲４▼  フィルタ３２を加熱する前に、温度センサ４１，４２の一方が温度検出信号４１ｓ，４２ｓを出力しない場合、あるいは、温度センサ４１，４２の一方の温度検出信号４１ｓ，４２ｓが変化しない場合に、ヒータ３３の加熱開始後、健全な状態の他の温度センサ４１，４２の温度検出信号４１ｓ，４２ｓに基づき、フィルタ３２の所定部分の温度Ｔ1，Ｔ2が先に述べたフィルタ加熱温度よりもやや高い異常時フィルタ加熱温度（６５０℃程度）まで上がったとき、リレー８のソレノイドに対する励磁電流８ｓの通電を中断してヒータ３３の加熱を停止し、次いで、空気供給弁４５のソレノイドへ励磁電流４５ｓを通電して空気供給弁４５を開き、エアタンク３０から処理器３９のフィルタ３２に助燃用空気を供給し、当該フィルタ３２に再捕集したパティキュレートを焼却する機能。
【００３７】
▲５▼  助燃用空気の供給開始後、健全な状態の他の温度センサ４１，４２の温度検出信号４１ｓ，４２ｓに基づき、フィルタ３２の所定部分の温度Ｔ1，Ｔ2が先に述べた空気供給停止温度よりもやや低い異常時空気供給停止温度（５３０℃程度）まで下がったときに、空気供給弁４５のソレノイドに対する励磁電流４５ｓの通電を中断して空気供給弁４５を閉じ、フィルタ３２への助燃用空気の供給を停止する機能。
【００３８】
なお、図２は、制御器４０の機能▲１▼、及び機能▲２▼に関するパティキュレート処理の制御フロー、図３は、制御器４０の機能▲３▼、機能▲４▼、及び機能▲５▼に関するパティキュレート処理の制御フローである。
【００３９】
図１に示すパティキュレート処理装置では、フィルタ３２を加熱する前に、制御器４０において、両温度センサ４１，４２から温度検出信号４１ｓ，４２ｓが出力されているか否か、並びに、温度検出信号４１ｓ，４２ｓが所定時間内に変化したか否かに基づいて、図３の制御フローに示す手順で、温度センサ４１，４２の作動状態が判定される。
【００４０】
両温度センサ４１，４２の作動状態が正常であると判定された場合には、図２の制御フローに示す手順で、パティキュレート処理が行われる。
【００４１】
まず、制御器４０からリレー８のソレノイドへ励磁電流８ｓが連続的に通電されることにより、ヒータ３３が電源７に接続され、該ヒータ３３がフィルタ３２を加熱する。
【００４２】
フィルタ３２の加熱開始後、温度センサ４１，４２が検出するフィルタ３２の各部分の温度Ｔ1，Ｔ2の両方が予め設定されているフィルタ加熱温度（６００℃程度）まで上がると、制御器４０からリレー８のソレノイドに対する励磁電流８ｓの通電が中断され、フィルタ３２の加熱を停止する。
【００４３】
次いで、制御器４０から励磁電流４５ｓが空気供給弁４５のソレノイドへ通電されることにより、空気供給弁４５のスプールが連通位置へ移動し、エアタンク３０から処理器３９のフィルタ３２へ助燃用空気が供給され、フィルタ３２に再捕集したパティキュレートを焼却し、大気中へのパティキュレートの放出を抑止する。
【００４４】
助燃用空気の供給により、パティキュレートの焼却が完了して、温度センサ４１，４２が検出するフィルタ３２の各部分の温度Ｔ1，Ｔ2の少くとも一方が予め設定されている空気供給停止温度（５８０℃程度）まで下がると、制御器４０から空気供給弁４５のソレノイドに対する励磁電流４５ｓの通電が中断されることにより、空気供給弁４５のスプールが遮断位置へ移動し、エアタンク３０からフィルタ３２への助燃用空気の供給を停止する。
【００４５】
このように、図１に示すパティキュレート処理装置では、第１の温度センサ４１と第２の温度センサ４２とによって、フィルタ３２の異なる部分の温度を検出するので、フィルタ加熱温度を高く設定しなくでも、フィルタ３２の温度が先に述べた焼却処理温度まで上がっているか否かを適確に把握することができる。
【００４６】
よって、フィルタ加熱温度を高めに設定する必要がなくなり、フィルタ３２の加熱時の電力使用量を抑制することが可能になる。
【００４７】
また、第１の温度センサ４１と第２の温度センサ４２とによって、パティキュレートの焼却処理が完了したか否かを把握し、焼却処理完了後、直ちにフィルタ３２への助燃用空気の供給を停止するので、パティキュレート焼却処理時の助燃用空気使用量を抑制することができる。
【００４８】
フィルタ３２を加熱する前に、たとえば、制御器４０において、第１の温度センサ４１に異常が生じ、第２の温度センサ４２が健全な作動状態であることが判定された場合には、図３の制御フローの右寄り部分に示す手順で、パティキュレート処理が行われる。
【００４９】
まず、制御器４０からリレー８のソレノイドへ励磁電流８ｓが連続的に通電されることにより、ヒータ３３が電源７に接続され、該ヒータ３３がフィルタ３２を加熱する。
【００５０】
フィルタ３２の加熱開始後、第２の温度センサ４２が検出するフィルタ３２の所定部分の温度Ｔ2が予め設定されている異常時フィルタ加熱温度（６５０℃程度）まで上がると、制御器４０からリレー８のソレノイドに対する励磁電流８ｓの通電が中断され、フィルタ３２の加熱を停止する。
【００５１】
次いで、制御器４０から励磁電流４５ｓが空気供給弁４５のソレノイドへ通電されることにより、空気供給弁４５のスプールが連通位置へ移動し、エアタンク３０から処理器３９のフィルタ３２へ助燃用空気が供給され、フィルタ３２に再捕集したパティキュレートを焼却し、大気中へのパティキュレートの放出を抑止する。
【００５２】
助燃用空気の供給により、パティキュレートの焼却が完了して、第２の温度センサ４２が検出するフィルタ３２の所定部分の温度Ｔ2が予め設定されている異常時空気供給停止温度（５３０℃程度）まで下がると、制御器４０から空気供給弁４５のソレノイドに対する励磁電流４５ｓの通電が中断されることにより、空気供給弁４５のスプールが遮断位置へ移動し、エアタンク３０からフィルタ３２への助燃用空気の供給を停止する。
【００５３】
このように、図１に示すパティキュレート処理装置では、制御器４０によって温度センサ４１，４２が健全であるか否かを判定し、温度センサ４１，４２の一方に異常が生じた場合には、健全な状態の他の温度センサ４１，４２によって、フィルタ３２の所定部分の温度を検出するので、温度センサ４１，４２の一方に異常が生じた場合にも、大気中へのパティキュレートの放出を抑止することができる。
【００５４】
前記の異常フィルタ加熱温度が、通常のフィルタ加熱温度よりもやや高く設定され、異常時空気供給停止温度が、通常の空気供給停止温度よりもやや低く設定されているのは、温度センサ４１，４２のいずれか１つで検出されるフィルタ３２の所定部分の温度がパティキュレートを焼却するのに充分な温度（焼却処理温度）に達していても、フィルタ３２の他の部分の温度が焼却処理温度まで上がっていない場合や、上記のフィルタ３２の所定部分の温度が、パティキュレートの焼却が完了する温度に達していても、フィルタ３２の他の部分の温度が、パティキュレートの焼却が完了する温度まで下がっていない場合を考慮しているためである。
【００５５】
更に、フィルタ３２を加熱する前に、制御器４０において、温度センサ４１，４２の双方に異常が生じていることが判定された場合には、制御器４０から異常発生信号４６ｓが警報器４６へ出力され、該警報器４６によってパティキュレート処理装置の作動に支障が発生したことが運転者に告知される。
【００５６】
なお、本発明のパティキュレート処理装置は上述した実施の形態のみに限定されるものではなく、温度センサの数を増やすこと、温度センサにシース型熱電対、あるいはサーミスタなどの種々の温度検出手段を用いること、その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲において変更を加え得ることは勿論である。
【００５７】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明のパティキュレート処理装置によれば、下記のような種々の優れた効果を奏し得る。
【００５８】
（１）本発明の請求項１あるいは請求項２に記載のパティキュレート処理装置のいずれにおいても、複数の温度センサによってフィルタの異なる部分の温度を検出し、フィルタの温度が焼却処理温度まで上がっているか否かを把握してヒータによるフィルタの加熱を制御し、また、フィルタの温度が空気供給停止温度まで下がっているか否かを把握して助燃用空気供給手段によるフィルタへの助燃用空気の供給を制御するので、フィルタ加熱時の電力使用量とパティキュレート焼却時の助燃用空気使用量との双方を抑制することができ、よって、車両に搭載されているバッテリの消耗が軽減され、また、空気圧縮機の作動回数が減少して内燃機関の燃料消費率の向上を図ることが可能になる。
【００５９】
（２）本発明の請求項２記載のパティキュレート処理装置においては、制御器によって各温度センサが健全であるか否かを判定し、１つの温度センサ以外の他の温度センサに異常が生じた場合に、健全な状態の１つの温度センサによりフィルタの所定部分の温度を検出し、フィルタの温度が異常時焼却処理温度まで上がっているか否かを把握してヒータによるフィルタの加熱を制御し、また、フィルタの温度が異常時空気供給停止温度まで下がっているか否かを把握して助燃用空気供給手段によるフィルタへの助燃用空気の供給を制御するので、少なくとも１つの温度センサが健全であれば、大気中へのパティキュレートの放出を抑止することができ、装置の信頼性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のパティキュレート処理装置の実施の形態の一例を示す概念図である。
【図２】図１における制御器の機能に関する制御フローである。
【図３】図１における制御器の機能に関する制御フローである。
【図４】従来のパティキュレート除去手段の一例を示す概念図である。
【図５】図４における制御器の機能に関する制御フローである。
【符号の説明】
９      助燃用空気供給手段
３２    フィルタ
３３    ヒータ
４０    制御器
４１    第１の温度センサ
４１ｓ  温度検出信号
４２    第２の温度センサ
４２ｓ  温度検出信号
【図１】
0003982727.tif 000002
【図２】
0003982727.tif 000003
【図３】
0003982727.tif 000004
【図４】
0003982727.tif 000005
【図５】
0003982727.tif 000006