JP2000352303A - エンジンの排気ガス浄化装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】ＤＰＦを備えて、しかも、エンジンのアイドリ
ング後の空吹かしや発進時における白煙の発生を防止し
たエンジンの排気ガス浄化装置を提供する。 【解決手段】エンジン１の排気通路４を切換弁23を介し
て複数の分岐通路21，22に分岐し、この各分岐通路21，
22にパティキュレートを捕集するフィルター25ｆ，26ｆ
と加熱手段25ｈ，26ｈを有するＤＰＦ25，26を設けると
共に、エンジンの運転状態がアイドリング状態か否かを
判断するアイドリング状態検出手段と、前記切換弁の切
換制御と前記加熱手段を制御するコントローラ３とを備
え、アイドリング状態の継続時間が所定の判定時間Ｔｃ
1 以上継続する毎に、前記切換弁23を切り換えて排気ガ
スＧを流通させるＤＰＦ25，26を変更し、排気ガスＧの
通過が中断した側のＤＰＦ25，26を前記加熱手段25ｈ，
26ｈにより加熱する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ディーゼルエンジ
ンのアイドリング直後の白煙の発生を防止できるＤＰＦ
（ディーゼルパティキュレートフィルター：Diesel Par
ticulate Filter）を備えたエンジンの排気ガス浄化装
置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ディーゼルエンジンにおいては、排気ガ
ス中の黒煙の主体となるパティキュレート（粒子状物
質：ＰＭ：Particulate Matter）等を集塵して、排気ガ
スを浄化するＤＰＦ（ディーゼルパティキュレートフィ
ルター）を備えて、排気ガスの浄化を図っている。

【０００３】図６に示すように、このＤＰＦ55は、エン
ジン51の排気通路54に配設され、パティキュレートを捕
集するためのフィルター55ｆと、このフィルター55ｆに
捕集されたパティキュレートを燃焼させて除去し、フィ
ルター55ｆを再生する再生用の加熱体（ヒーター）55ｈ
とから形成されている。

【０００４】このＤＰＦ55のフィルター55ｆには、セラ
ミック多孔体や金属多孔体が使用され、再生用の加熱体
55ｈには電気ヒーターが使用されることが多い。

【０００５】このＤＰＦ55では、排気ガスＧの通過時に
パティキュレート等の黒煙成分を吸着し、浄化した排気
ガスＧｃを排出しているが、一定量以上の黒煙成分を集
塵すると、フィルター55ｆが目詰まりして圧力損失が大
きくなるので、この圧力損失を圧力センサー57で検出し
たり、所定の経過時間を検出したりして、コントローラ
（ＥＣＵ）53の電子制御により自動的に再生用の電気ヒ
ーター55ｈに通電して加熱し、ＤＰＦ55のフィルター55
ｆの温度をパティキュレートが燃焼する６００℃以上に
上昇させて、付着及び堆積したパティキュレートを燃焼
し、このフィルター55ｆを再生している。

【０００６】そして、再生後は、電気ヒーター55ｈへの
通電を止めて、パティキュレートの集塵を行ない、図７
に示すように、パティキュレートの集塵状況に応じて再
生制御（通電、加熱）を繰り返すように制御されてい
る。また、必要に応じて、ＤＰＦ装置52に空気導入口や
送風ファンを設けて、このパティキュレートの燃焼を補
助及び促進している。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このＤ
ＰＦは、パティキュレート（ＰＭ）等の粒子状の成分を
集塵して除去する装置であるので、黒煙成分の低減に大
きな効果を発揮するが、アイドリング時に発生する白煙
を除去できないという問題がある。

【０００８】即ち、この白煙の主成分であるＨＣ等の未
燃燃料は、自動車の運転中等エンジン回転数が高い時
は、排気ガス温度が高いので蒸発して、排気ガスと共に
ＤＰＦ装置を通過して排出されるため白煙にならない
が、アイドリング状態においては、排気ガスの流量が少
なく、また、排気ガスの温度も低いため、未燃燃料が蒸
発しきれずに粒子状となってＤＰＦ装置のフィルターに
付着し、この付着及び堆積した未燃燃料が、アイドリン
グ後のエンジンの空吹かし時や発進時において、排気ガ
スの急激な流れによって一気に放出されるため、大量の
白煙となる。

【０００９】この白煙は、その発生原因が未燃焼の燃料
成分であるために、エンジンの温度が低い暖機前にその
発生量が多いが、アイドリング時間が長いとエンジンが
暖機した後も発生することになる。

【００１０】なお、ＤＰＦを備えないマフラでは白煙成
分である未燃燃料成分の排気通路内に付着する量がＤＰ
Ｆに比較して著しく少ないので、この白煙の発生は特に
ＤＰＦを備えた場合に問題となる。

【００１１】この白煙防止の対策の一つとして、実公平
７−１００３５号公報に、ＤＰＦを有するエンジンの暖
機時において、冷却水温度が低い暖機終了前では、排気
ガスを流しながらＤＰＦのヒーターに通電することによ
り、未燃燃焼成分を燃焼させて白煙を防止する白煙低減
装置が提案されている。

【００１２】しかしながら、この装置では、エンジンの
暖機終了前においては、排気ガスの温度が低く、ＤＰＦ
のヒーターを動作させても、この熱を比較的低温の排気
ガスに持ち去られるため、フィルターは殆ど昇温しない
ので、未燃燃焼成分の燃焼を効率よく行なうことができ
ず、白煙の防止が難しいという問題がある。また、更
に、アイドリングが長時間継続する場合には、暖機した
後でも、白煙の発生があるので、これに対処できないと
いう問題もある。

【００１３】本発明は、上述の問題を解決するためにな
されたものであり、その目的は、ＤＰＦを備えて、しか
も、エンジンのアイドリング後の空吹かしや発進時にお
ける白煙の発生を防止したエンジンの排気ガス浄化装置
を提供することにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】以上のような目的を達成
するためのエンジンの排気ガス浄化装置は、エンジンの
排気通路を切換弁を介して複数の分岐通路に分岐し、こ
の各分岐通路にパティキュレートを捕集するフィルター
と加熱手段を有するＤＰＦを設けた排気ガス浄化装置で
あって、エンジンの運転状態がアイドリング状態か否か
を判断するアイドリング状態検出手段と、前記切換弁の
切換制御と前記加熱手段を制御するコントローラとを備
えると共に、アイドリング状態の継続時間が所定の判定
時間以上になる毎に、前記切換弁を切り換えて排気ガス
を流通させるＤＰＦを変更し、排気ガスの通過が中断し
た側のＤＰＦを前記加熱手段により加熱することを特徴
とする。

【００１５】つまり、ディーゼルエンジンのＤＰＦの再
生制御において、アイドリングが一定時間以上継続した
場合は、フィルターの再生時期が来ていなくても、加熱
手段である再生用の電気ヒーターやバーナーで加熱する
ことにより、フィルターに付着した未燃燃料を蒸発させ
て、白煙の発生を防止する。

【００１６】そして、更に、エンジンの冷却水の温度を
検出する水温センサーを備え、該水温センサーの検出値
が所定の判定温度より大きくなった時に、前記所定の判
定時間を、前記水温センサーの検出値が所定の判定温度
より小さい時よりも、長くすることにより、ＤＰＦの加
熱がより効率的になり、この加熱に伴うエネルギー消費
量が低減する。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、図面を用いて、本発明の実
施の形態を説明する。

【００１８】本発明の実施の形態のエンジンの排気ガス
浄化装置は、図１に示すように、第１ＤＰＦ25と第２Ｄ
ＰＦ26の２つのＤＰＦを有し、エンジン１の排気通路４
の第１分岐通路21と第２分岐通路22にそれぞれ設けられ
る。

【００１９】この第１分岐通路21と第２分岐通路22の分
岐点には電磁弁等の切換弁23が配設され、エンジンコン
トロールユニット（ＥＣＵ）と呼ばれるコントローラ３
によって、切換制御できるように構成される。

【００２０】また、この切換弁23の切換操作や各ＤＰＦ
25、26に装備された加熱手段である再生用ヒーター25
ｈ、26ｈのＯＮ／ＯＦＦの制御を行なうために、エンジ
ン１の冷却水の水温Ｔｗとエンジン回転数Ｎｅの検出値
が、エンジン１に設けられたそれぞれのセンサー（図示
しない）からエンジンコントロールユニット３に入力さ
れる。

【００２１】この各ＤＰＦ25，26のフィルター25ｆ，26
ｆは、炭化ケイ素等の新素材セラミック製のシートを、
円筒の円周に沿って蛇腹を作るように巻いて、コンパク
トに形成し、更に、このフィルター25ｆ，26ｆに金網状
の電気ヒーター25ｈ，26ｈを密着させて形成される。

【００２２】そして、図３〜図５に示すように、コント
ローラ３の電子制御により切換弁23を切り換えて、分岐
通路21，22を変更することにより、排気ガスＧをこれら
のＤＰＦ25，26に交互に導き、排気ガスＧが流入してい
るＤＰＦ25（又は26）側では、フィルター25ｆ（26ｆ）
でパティキュレート（ＰＭ）等の黒煙成分を吸着し、他
方のＤＰＦ26（25）では、所定に時間Ａの間だけ再生用
に電気ヒーター26ｈ（25ｈ）を作動させて、パティキュ
レートが燃焼する６００℃以上に上昇させて、このフィ
ルター26ｆ（25ｆ）に付着した吸着した黒煙成分を燃焼
し、フィルター26ｆ（25ｆ）を再生する。

【００２３】この切換弁23の切換動作は、アイドリング
状態以外のエンジン１の運転状態では、コントローラ３
の電子制御により、圧力センサー27，28によって計測さ
れた圧力損失の量や、吸着の継続時間の長さを基にして
自動的に制御される。

【００２４】このアイドリングの検出手段は、エンジン
回転数Ｎｅの検出センサー（図示しない）とコントロー
ラ３とで構成され、エンジン回転数Ｎｅが所定の判定回
転数Ｎｏより低い場合をアイドリング状態と判断し、高
い場合を通常の運転状態と判断する。

【００２５】また、エンジン１の冷却水の温度Ｔｗを検
出する水温センサー（図示しない）を備え、コントロー
ラ３において、この水温センサーの検出値Ｔｗが所定の
判定温度Ｔｏより低い時には、エンジンの暖機が終了す
る前と判断し、高い時には暖機終了後と判断するように
構成される。

【００２６】そして、本発明に係るこのＤＰＦ装置２で
は、アイドリング経過後の空吹かしや発進時における白
煙の発生を防止するために、図２に例示するフローチャ
ートに従って、次のように制御される。

【００２７】この図２のフローチャートは、エンジンを
制御するメインのフロー（図示しない）から必要に応じ
て呼ばれた作動し、また、メインのフローに戻るもので
ある。まず、この図２のフローチャートに示す制御に入
ると、スタートした後に、ステップＳ１で、制御に必要
なデータとエンジンの運転状態を示すデータを入力す
る。

【００２８】次に、これらの入力したデータを基に、ス
テップＳ２で、エンジンの回転数Ｎｅが所定のエンジン
回転数Ｎｏより大きいか否かでアイドリング状態か否か
を判断し、アイドリング状態ではない通常の運転状態
（Ｎｅ≧Ｎｏ）であれば、ステップＳ３に行き、通常の
再生制御運転に入り、リターンする。

【００２９】この通常の再生制御運転とは、上記したよ
うに、コントローラ３の電子制御により、吸着の継続時
間Ｔｉが所定の基準時間Ｔｃ0 より長くなったことを検
知して、あるいは、圧力センサー27，28によって計測さ
れた圧力損失の量が大きくなった場合を検知して、切換
弁23を切り換えると共に、排気ガスＧが流入しない側の
電気ヒーター26ｈ（又は25ｈ）をＯＮして通電し、所定
の時間Ｔａ0 の間加熱し、加熱後は通電をＯＦＦとす
る、図５に示すような制御である。この通常の再生制御
運転のフローについては周知の制御と同じフローを使用
できるので、省略し、ステップＳ２としてのみ表示す
る。

【００３０】そして、アイドリング状態（Ｎｅ＜Ｎｏ）
であれば、Ｓ２で、エンジンの冷却水の温度Ｔｗが所定
の水温Ｔｏより高くなっているか否かによって、エンジ
ンの暖機が終了したか否かを判定する。

【００３１】このステップＳ２の判定で、水温Ｔｗが判
定値の水温Ｔｏより低い場合（Ｔｗ＜Ｔｏ）には、エン
ジンの暖機が終了していないと判断して、ステップＳ５
に行き、判定時間ＴｃをＴｃ1 、加熱時間ＴａをＴａ1
とし、高い場合（Ｔｗ≧Ｔｏ）には、暖機が終了したと
して、ステップＳ６で、判定時間ＴｃをＴｃ2 、加熱時
間ＴａをＴａ2 とする。

【００３２】この判定時間の関係は、通常は、Ｔｃ1 ＜
Ｔｃ2 ＜Ｔｃ0 とし、通常の運転状態における判定時間
Ｔｃ0 よりも、アイドリング運転時でかつ暖機終了後の
判定時間Ｔｃ2 を短くし、アイドリング運転時でかつ暖
機終了前の判定時間Ｔｃ1 を更に短く設定する。即ち、
アイドリング時には、満捕集でなくとも、再生制御に入
って、電気ヒーター25ｈ，26ｈを加熱し、未燃燃料成分
を蒸発若しくは燃焼させ、フィルター25ｆ，26ｆへの堆
積を防止する。また、加熱時間Ｔａ0 ，Ｔａ1 ，Ｔａ2
の関係は、互いに異なっても良く、また、同じでもよい
が、実験等により、適切な時間に設定する。

【００３３】エンジンの特性により白煙の量は異なるた
め、時間も異なるが、一例をあげれば、排気量１５リッ
トルのディーゼルエンジンでは、暖機中のアイドリング
１分（Ｔｃ1 ）に対して、再生３０秒（Ｔａ1 ）、暖機
後のアイドリング３分（Ｔｃ2 ）に対して再生３０秒
（Ｔａ2 ）となる。この再生時間（Ｔａ1 ，Ｔａ2 ）
は、未燃焼成分を蒸発させ堆積を防止できれば良いの
で、通常運転時の再生のように、パティキュレート（Ｐ
Ｍ）を燃焼させるような高温は不要であるので、通常運
転時の再生１５分（Ｔａ3 ）より短くて済む。但し、パ
ティキュレートの堆積による目詰まりを考慮して、この
目詰まりを防止するために、必要に応じて、再生時間を
増加する必要がある。このフローは図２には含まれてい
ない。

【００３４】そして、ステップＳ５、あるいは、ステッ
プＳ６から、ステップＳ７に行き、計測したアイドリン
グ継続時間Ｔｉと、判定時間Ｔｃを比較し、アイドリン
グ継続時間Ｔｉが所定の判定時間Ｔｃより小さい時（Ｔ
ｉ＜Ｔｃ）には、そのままリターンする。

【００３５】そして、ステップＳ７の判定でで、アイド
リング継続時間Ｔｉが所定の判定時間Ｔｃより大きい時
（Ｔｉ≧Ｔｃ）には、分岐通路21，22の切換を行なう切
換弁23を切り換えると共にアイドリング継続時間Ｔｉを
ゼロにセッテイングし、更に、排気ガスＧの通過が止ま
る側のＤＰＦ25（又は26）の電気ヒーター25ｈ（26ｈ）
を再生制御を行う指令、即ち、電気ヒーター25ｈ（26
ｈ）を所定の時間Ｔａの間だけＯＮして加熱する指令を
与えて、リターンする。

【００３６】以上の図２のフローチャートに従った制御
により、Ｔｃ1 ＜Ｔｃ2 ＜Ｔｃ0 としているので、アイ
ドリング時には、通常の運転制御で再生制御を開始する
時期以前において、再生制御して、電気ヒーター25ｈ，
26ｈを加熱することができ、アイドリング時にフィルタ
ー25ｆ，26ｆに付着、堆積した未燃燃焼成分を蒸発若し
くは燃焼することができる。

【００３７】更に、アイドリング運転（Ｎｅ＜Ｎｏ）で
かつ暖機終了後（Ｔｗ≧Ｔｏ）である場合には、分岐排
気通路21，22の切換、即ち、再生制御の開始の判定時間
Ｔｃを、暖機終了前（Ｔｗ＜Ｔｏ）の判定時間Ｔｃ1 よ
りも長い時間Ｔｃ2 に設定できる。

【００３８】なお、この図１の構成図及び図２のフロー
チャートは一例に過ぎず、これ以外の多様なフローが考
えられるので、本発明に係る実施の形態は、この図１の
構成図及び図２のフローに限定されるものではない。。

【００３９】以上の構成のエンジンの排気ガス浄化装置
２によれば、アイドリング状態（Ｎｅ＜Ｎｏ）でかつ暖
機終了前（Ｔｗ＜Ｔｏ）あれば、図３に示すように、ア
イドリング継続時間ＴｉがＴｃ1 になる毎に切換弁23を
制御して、再生を所定の時間Ｔａ1 の間行なうことがで
き、また、アイドリング状態（Ｎｅ＜Ｎｏ）でかつ暖機
終了後（Ｔｗ≧Ｔｏ）あれば、図４に示すように、アイ
ドリング継続時間ＴｉがＴｃ2 になる毎に切換弁23を制
御して、再生を所定に時間Ｔａ2 の間行なうことができ
る。

【００４０】そして、アイドリング以外の運転状態（Ｎ
ｅ≧Ｎｏ）であれば、図５に示すように通常の判定時間
Ｔｃ0 （あるいは圧力損失）に基づいて、所定の時間Ｔ
ａ0の間再生制御できる。

【００４１】従って、アイドリング運転中にＤＰＦ25，
26のフィルター25ｆ，26ｆに付着した白煙成分を、排気
ガスＧの流入を止めた側のＤＰＦ25（又は26）のヒータ
ー25ｆ（26ｆ）を加熱することにより、蒸発若しくは燃
焼させることができる。

【００４２】しかも、分岐排気通路21，22の切換によ
り、交互に各ＤＰＦ25，26について白煙成分を蒸発若し
くは燃焼させることができ、堆積を防止できるので、長
時間アイドリングした後の空吹かしや発進時における白
煙の発生を防止することができる。

【００４３】また、排気ガスＧはいずれかのＤＰＦ25，
26を通過するので、黒煙成分も捕集され、フィルター25
ｆ，26ｆの再生加熱時に燃焼されるので、排気ガスＧに
対するの浄化性能を維持できる。

【００４４】更に、エンジン１の冷却水温度Ｔｗにより
暖機終了を判断し、暖機後の所定の判定時間Ｔｃ（＝Ｔ
ｃ2 ）を暖機前の値Ｔｃ1 より長く変更することができ
るので、より効率的にＤＰＦ25，26の加熱を行なうこと
ができる。そのため、この加熱に伴うエネルギー消費量
を低減でき、強いては燃費の向上を図ることができる。

【００４５】また、上記の制御を多少変更した次のよう
な制御も可能である。

【００４６】このディーゼルエンジンのＤＰＦ25，26の
再生制御において、アイドリング状態が一定時間継続し
た場合に、フィルター25ｆ，26ｆの再生時期がきていな
くても、ＤＰＦ25，26の切換を行なわないで捕集を継続
しつつ、フィルター25ｆ，26ｆの加熱を行なうこともで
きる。この制御の場合の再生時間Ｔｃ1 ，Ｔｃ2 は、白
煙成分を除去する程度の長さで、通常運転時の再生時間
Ｔｃ0 より短くてよい。

【００４７】この場合は、切換制御を特に行なわなくて
も、ＤＰＦ25，26の捕集性能が低下しきっていないの
で、排気ガスＧを十分浄化でき、しかも、切換操作が少
なくなるので、その分燃費が低減し、また、機器の消耗
も減少する。

【００４８】更に、特に、低温始動時には、エンジンか
らの白煙排出が多いので、低温始動時と判断された場合
に、エンジン１の低温始動時に始動補助として行なうエ
ンジン１の予熱、即ち、吸気あるいは筒内の予熱を作動
させるとともに、ＤＰＦ25，26の再生用ヒーター25ｈ，
26ｈも同時に作動させておくこともでき、これにより、
ＤＰＦ25，26のフィルター25ｆ，26ｆを予熱して昇温で
きるので、より効率よく白煙の付着を防止することがで
きる。

【００４９】

【発明の効果】以上のように、本発明に係るエンジンの
排気ガス浄化装置によれば、排気通路を分岐して複数の
ＤＰＦを設け、アイドリング運転中にＤＰＦのフィルタ
ーに付着した白煙成分を、排気ガス通路を切り換えて、
排気ガスの流入を止めた側のＤＰＦのヒーターを加熱す
ることにより、このＤＰＦのフィルターを高温にして付
着した白煙の主成分となる未燃燃焼成分を蒸発させるこ
とが交互に各ＤＰＦについてできるので、長時間アイド
リングした後の空吹かしや発進時における白煙の発生を
防止することができる。

【００５０】更に、エンジンの冷却水温度により暖機終
了を判断し、暖機後の所定の判定時間を暖機前の値より
長く変更することができるので、より効率的にＤＰＦの
加熱を行なうことができる。そのため、この加熱に伴う
エネルギー消費量を低減でき、強いては燃費の向上を図
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るＤＰＦ装置の構成図である。

【図２】本発明に係るＤＰＦ装置の制御のフローチャー
ト図である。

【図３】本発明に係るＤＰＦ装置のアイドリング状態で
暖機終了前の制御を示すタイミングチャートである。

【図４】本発明に係るＤＰＦ装置のアイドリング状態で
暖機終了後の制御を示すタイミングチャートである。

【図５】本発明に係るＤＰＦ装置の通常運転状態の制御
を示すタイミングチャートである。

【図６】従来技術のＤＰＦ装置の構成図である。

【図７】従来技術のＤＰＦ装置の制御を示すタイミング
チャートである。

【符号の説明】

１ エンジン ２ ＤＰＦ装置 ３ コントローラ ４ 排気通路 21，22 分岐排気通路 23 切換弁 25 第１ＤＰＦ 25ｆ フィルター 25ｈ 電気ヒーター 26 第２ＤＰＦ 26ｆ フィルター 26ｈ 電気ヒーター 27，28 圧力センサー

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 エンジンの排気通路を切換弁を介して複
   数の分岐通路に分岐し、この各分岐通路にパティキュレ
   ートを捕集するフィルターと加熱手段を有するＤＰＦを
   設けた排気ガス浄化装置であって、エンジンの運転状態
   がアイドリング状態か否かを判断するアイドリング状態
   検出手段と、前記切換弁の切換制御と前記加熱手段を制
   御するコントローラとを備えると共に、アイドリング状
   態の継続時間が所定の判定時間以上継続する毎に、前記
   切換弁を切り換えて排気ガスを流通させるＤＰＦを変更
   し、排気ガスの通過が中断した側のＤＰＦを前記加熱手
   段により加熱することを特徴とするエンジンの排気ガス
   浄化装置。
2. 【請求項２】 エンジンの冷却水の温度を検出する水温
   センサーを備え、該水温センサーの検出値が所定の判定
   温度より大きくなった時に、前記所定の判定時間を、前
   記水温センサーの検出値が所定の判定温度より小さい時
   よりも、長くすることを特徴とする請求項１記載のエン
   ジンの排気ガス浄化装置。