JP2004285881A - Exhaust emission control device for diesel engine - Google Patents

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JP2004285881A
JP2004285881A JP2003077692A JP2003077692A JP2004285881A JP 2004285881 A JP2004285881 A JP 2004285881A JP 2003077692 A JP2003077692 A JP 2003077692A JP 2003077692 A JP2003077692 A JP 2003077692A JP 2004285881 A JP2004285881 A JP 2004285881A
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JP
Japan
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exhaust gas
exhaust
particulate
particulate filter
particulates
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Withdrawn
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JP2003077692A
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Inventor
Shogo Suzuki
省伍 鈴木
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Isuzu Motors Ltd
Original Assignee
Isuzu Motors Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an exhaust emission control device for a diesel engine capable of preventing breakdown and dissolution of a particle filter due to abnormal combustion by preventing abnormal heap of the particles in the particle filter. <P>SOLUTION: When the predetermined quantity or more of particles is heaped on the particulate filter carrying the catalyst and temperature of the exhaust gas is the predetermined temperature or less, the compressed air is led into the particle filter from a downstream side of the exhaust in the particulate filter to eliminate the particles heaped on the particulate filter, and the eliminated particles are burned up. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【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排気ガス中に含まれるパティキュレートを除去するための排気浄化装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
最近の内燃機関、特にディーゼルエンジンの排気ガスに対する規制は年々強化されており、 特にカーボンを主成分とするパティキュレート(PM)の低減が急務となっている。このパティキュレートを排気ガスから除去する装置としてディーゼルパティキュレートフィルタ(DPF)が知られており、ディーゼルエンジンを搭載した車両にディーゼルパティキュレートフィルタを装備させることを義務づける動きも本格化してきている。
【0003】
ところで、ディーゼルエンジンを搭載した車両に装備されるディーゼルパティキュレートフィルタには、エンジンが繰り返し運転されることによって捕集したパティキュレートが堆積するため、捕集したパティキュレートを燃焼してディーゼルパティキュレートフィルタを再生させる必要がある。この再生の手段としては、電気ヒータやバーナ等で加熱してパティキュレートを燃焼させる方式が知られている。しかしながらこの方式においては、捕集したパティキュレートの量が多くなると燃焼温度が高温となり、コーデイライトや炭化珪素等によって形成されたフィルタが損傷や溶損するという問題がある。
【0004】
上述した問題を解消するために、パティキュレートフィルタの排気下流側から圧縮空気をパティキュレートフィルタ内に導入してパティキュレートフィルタに堆積したパティキュレートを除去し、この除去されたパティキュレートをパティキュレート焼却室に集めてヒータ等によって焼却するようにした所謂逆洗浄方式が提案されている。この所謂逆洗浄方式においては、パティキュレートフィルタの排気上流側と排気下流側の排気ガス圧力を測定し、この圧力差が所定値を越えたらパティキュレートフィルタに所定量のパティキュレートが堆積したものと判断して、上記圧縮空気を導入するとともに上記ヒータを作動するようにしている。(例えば、特許文献1参照。)
【0005】
【特許文献1】
特公平7−84846号公報
【0006】
上記公報に開示された排気浄化装置は、パティキュレートフィルタが排気ガス中のパティキュレートフィルタを捕集することにより、排気上流側と排気下流側の排気ガス圧力差が所定量に達したら、その都度圧縮空気を導入するとともにヒータを作動するので、その作動を頻繁に行わなければならない。
【0007】
一方、近年においてはディーゼルエンジンの排気浄化装置として、ディーゼルパティキュレートフィルタに触媒を担持し、パティキュレートフィルタに捕集されたパティキュレートを排気ガスの温度によって連続して燃焼させる提案がなされている。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
而して、触媒を担持したパティキュレートフィルタを用いてもパティキュレートを排気ガス温度によって触媒上で連続的に燃焼させることは困難である。即ち、パティキュレートフィルタに担持された触媒は所定温度(例えば、350°C)以下ではパティキュレートを燃焼させることができず、従って排気ガス温度が低い運転領域ではパティキュレートがパティキュレートフィルタに堆積することになる。パティキュレートフィルタにパティキュレートがが堆積すると、通気抵抗が増大して燃料消費率が悪化する原因となる。
【0009】
本発明は以上の点に鑑みなされたものであり、その主たる技術的課題は、あらゆる運転条件下においてもパティキュレートフィルタにパティキュレートが異常に堆積することはなく、異常燃焼によるパティキュレートフィルタの破損、溶損を未然に防止することができるディーゼルエンジンの排気浄化装置を提供することにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記技術的課題を解決するために、触媒を担持したパティキュレートフィルタにパティキュレートが所定量以上堆積し、しかも排気ガス温度が所定温度以下の場合にはパティキュレートフィルタの排気下流側から圧縮空気をパティキュレートフィルタ内に導入してパティキュレートフィルタに堆積したパティキュレートを除去し、この除去されたパティキュレートを焼却するディーゼルエンジンの排気浄化装置を提供する。
【0011】
即ち、本発明によれば、エンジンの排気通路に配置され触媒が担持されたパティキュレートフィルタと、該パティキュレートフィルタの排気上流側に設けられた排気流入室と、該パティキュレートフィルタの排気下流側に設けられた空気導入室と、該空気導入室に高圧空気を供給する空気供給手段と、該排気流入室の底部に形成されたパティキュレート焼却室と、該パティキュレート焼却室に配設された加熱燃焼手段と、を具備するディーゼルエンジンの排気浄化装置において、
該排気流入室に流入する排気ガスの温度を検出する排気ガス温度検出手段と、
該パティキュレートフィルタに堆積されたパティキュレートの堆積量を検出するパティキュレート堆積量検出手段と、
該排気ガス温度検出手段および該パティキュレート堆積量検出手段からの検出信号に基づいて該空気供給手段および該加熱燃焼手段を制御する制御手段とを具備し、
該制御手段は、パティキュレート堆積量検出手段によって検出されたパティキュレートの堆積量が所定値以上で、該排気ガス温度検出手段によって検出された排気ガス温度が所定温度以下の場合には、該空気供給手段および該加熱燃焼手段を作動せしめる、
ことを特徴とするディーゼルエンジンの排気浄化装置が提供される。
【0012】
上記パティキュレート焼却室には、吸引手段が接続されていることが望ましい。
【0013】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に従って構成されたディーゼルエンジンの排気浄化装置の好適実施形態を図示している添付図面を参照して、更に詳細に説明する。
図1には本発明に従って構成されたディーゼルエンジンの排気浄化装置の一実施形態が示されている。図示の実施形態における排気浄化装置は、ディーゼルエンジンの排気マニホールド(図示せず)に接続された排気通路2aと2b間に配設されたパティキュレートフィルタ3を具備している。このパティキュレートフィルタ3は、例えば多孔質のコーディエライトや炭化珪素等によって形成された所謂ウォールスルー型或いはフルースルー型のハニカムフィルタによって形成されており、その表面には活性アルミナ等をコートしてウォッシュコート層を形成し、このコート層に触媒が担持されている。触媒としては、アルカリ金属化合物或いはアルカリ土類金属化合物、白金、ニッケル、コバルト、ルテニュウム、ロジュウム、パラジウム等を用いることができる。
【0014】
上述したパティキュレートフィルタ3の排気上流側、即ち図示しない排気マニホールドに接続される一方の排気通路2a側には、排気流入室4が設けられている。この排気流入室4aの底部には、パティキュレート焼却手段5が配設されている。パティキュレート焼却手段5は、排気流入室4aの底部に形成されたパティキュレート焼却室51と、該パティキュレート焼却室51に配設された耐熱材からなるフィルタ52と、該フィルタ52の上側に配設された加熱燃焼手段としてのシースヒータ53(HT)とからなっている。なお、シースヒータ53(HT)は、後述する制御手段によってその作動が制御される。
【0015】
上記パティキュレート焼却手段5には、吸引手段6が接続されている。この吸引手段6は、パティキュレート焼却手段5のフィルタ52より下流側に一端が接続された吸引管61と、該吸引管61の他端に接続して配設されたバキュームポンプ62(VP)と、吸引管61中に配設された切替え弁63(V1)とからなっている。この切替え弁63(V1)は、吸引管61の通路を開閉する弁と該弁を作動するアクチュエータとからなっている。なお、切替え弁63(V1)およびバキュームポンプ62(VP)は、後述する制御手段によってその作動が制御される。
【0016】
上記パティキュレートフィルタ3の排気下流側、即ち他方の排気通路2b側には、空気導入室4bが設けられている。この空気導入室4bには、空気供給手段7が接続されている。空気供給手段7は、空気導入室4bに開口して配設された空気噴出ノズル71と、該空気噴出ノズル71に一端が接続された空気供給管72と、該空気供給管72の他端に接続して配設された高圧エアポンプ73(PP)と、空気供給管72中に配設された切替え弁74(V2)とからなっている。この切替え弁74(V2)は、上記切替え弁63(V1)と同様に空気供給管72の通路を開閉する弁と該弁を作動するアクチュエータとからなっている。なお、切替え弁74(V2)および高圧エアポンプ73(PP)は、後述する制御手段によってその作動が制御される。
【0017】
図示の実施形態における排気浄化装置は、上記排気流入室4に流入する排気ガスの温度を検出するための排気ガス温度検出手段としての熱電対8(HS)と、排気流入室4aおよび空気導入室4bの圧力を検出するための圧力検出センサー9a(PS1)、9b(PS2)と具備している。この圧力検出センサー9a(PS1)、9b(PS2)は、パティキュレートフィルタ3に堆積されたパティキュレートの堆積量を検出するパティキュレート堆積量検出手段として機能する。また、図示の実施形態における排気浄化装置は、上記シースヒータ53(HT)、バキュームポンプ62(VP)および切替え弁63(V1)、高圧エアポンプ73(PP)および切替え弁74(V2)等の作動を制御する制御手段10を具備している。制御手段10はマイクロコンピュータによって構成されており、制御プログラムに従って演算処理する中央処理装置(CPU)と、制御プログラム等を格納するリードオンリメモリ(ROM)と、演算結果等を格納する読み書き可能なランダムアクセスメモリ(RAM)と、タイマー等を備えている。この制御手段10は、上記熱電対8(HS)および圧力検出センサー9a(PS1)、9b(PS2)等からの検出信号入力し、上記シースヒータ53(HT)、バキュームポンプ62(VP)および切替え弁63(V1)、高圧エアポンプ73(PP)および切替え弁74(V2)等に制御信号を出力する。
【0018】
図示の実施形態における排気浄化装置は以上のように構成されており、以下その作動について説明する。
ディーゼルエンジンの排気マニホールド(図示せず)に排出された排気ガスは、一方の排気通路2aを通って排気流入室4aに流入する。排気流入室4aに流入した排気ガスは、パティキュレートフィルタ3を通って空気導入室4bから排気通路2bに排出される。このようにして排気ガスがパティキュレートフィルタ3を通過する際に、排気ガス中に含まれているカーボンを主成分とするパティキュレートがパティキュレートフィルタ3に捕集される。パティキュレートフィルタ3には上述したように触媒が担持されているので、捕集したパティキュレートを燃焼する。しかるに、触媒によるパティキュレートの燃焼は、排気ガスの温度によって左右される。即ち、触媒は、排気ガス温度が例えば350°Cより高い状態ではパティキュレートを連続して燃焼させることができるが、排気ガス温度が350°C以下になるとパティキュレートを燃焼させることができない。従って、排気ガス温度が350°C以下の状態で運転が継続すると、パティキュレートフィルタ3にパティキュレートが堆積されていくことになる。
【0019】
次に、パティキュレートフィルタ3に堆積したパティキュレートを焼却するための上記パティキュレート焼却手段5と吸引手段6および空気供給手段7の作動について、図2に示すフローチャートをも参照して説明する。
制御手段10は、ステップS1において圧力検出センサー9a(PS1)と9b(PS2)によって検出された圧力信号にもとづいて、パティキュレートフィルタ3の排気上流側の排気ガス圧(Pa)とパティキュレートフィルタ3の排気下流側の排気ガス圧(Pb)との圧力差(Pa−Pb)が所定の圧力差(P1)以上((Pa−Pb)≧P1)か否かを判断する。所定の圧力差(P1)は、例えばパティキュレートフィルタ3に堆積されているパティキュレート量が5g/リットルの状態における排気上流側の排気ガス圧(Pa)と排気下流側の排気ガス圧(Pb)との圧力差である。ステップS1において上記圧力差(Pa−Pb)が所定の圧力差(P1)より低い場合には、制御手段10はパティキュレートフィルタ3に堆積されているパティキュレートが所定量より少ないと判断し、ステップS2に進んで高圧エアポンプ73(PP)および切替え弁74(V2)、バキュームポンプ62(VP)および切替え弁63(V1)、シースヒータ53(HT)をそれぞれOFFして終了する。従って、空気供給手段7と吸引手段6およびパティキュレート焼却手段5は作動しない。
【0020】
上記ステップS1において上記圧力差(Pa−Pb)が所定の圧力差(P1)以上の場合には、制御手段10はパティキュレートフィルタ3に堆積されたパティキュレートの堆積量が所定量以上に達したと判断し、ステップS3に進んで熱電対8(HS)によって検出された排気ガス温度(T0)が所定の温度(T1)(例えば、350°C)以下か否かをチェックする。排気ガス温度(T0)が所定温度(T1)より高い場合には、制御手段10はパティキュレートフィルタ3に堆積されたパティキュレートを燃焼させることができる状態であると判断し、上記ステップS2に進んで高圧エアポンプ73(PP)および切替え弁74(V2)、バキュームポンプ62(VP)および切替え弁63(V1)、シースヒータ53(HT)をそれぞれOFFして終了する。従って、空気供給手段7と吸引手段6およびパティキュレート焼却手段5は作動しない。
【0021】
上記ステップS3において排気ガス温度(T0)が所定温度(T1)以下の場合には、制御手段10はパティキュレートフィルタ3に堆積されたパティキュレートを燃焼させることができず更にパティキュレートが堆積していく状態であると判断し、ステップS4に進んで高圧エアポンプ73(PP)をONして作動するとともに、切替え弁74(V2)を付勢(ON)して開路し気供給手段7を作動する。また、バキュームポンプ62(VP)を付勢(ON)して作動するとともに、切替え弁63(V1)を付勢(ON)して開路し吸引手段6を作動する。そして、パティキュレート焼却手段5を構成するシースヒータ53(HT)を付勢(ON)して加熱する。空気供給手段7の高圧エアポンプ73(PP)が作動し切替え弁74(V2)が開路せしめられると、高圧エアポンプ73(PP)によって生成された高圧空気(所謂逆洗空気)が空気供給管72を通して空気噴出ノズル71から空気導入室4bに噴出される。空気導入室4bに噴出された高圧空気は、排気ガスと逆方向にパティキュレートフィルタ3を通って排気流入室4aに流れる。このとき、吸引手段6のバキュームポンプ62(VP)が作動し切替え弁63(V1)が開路しているので、排気流入室4aに流入した高圧空気はバキュームポンプ62(VP)によって吸引される。このようにして、空気導入室4bに噴出された高圧空気がパティキュレートフィルタ3を通過することにより、パティキュレートフィルタ3に堆積されたパティキュレートは除去され、自重によって排気流入室4aを通ってパティキュレート焼却室51に落下し、フィルタ52上に堆積する。フィルタ52上に堆積したパティキュレートは、シースヒータ53(HT)が付勢(ON)され加熱されているので焼却される。なお、空気噴出ノズル71から空気導入室4bに噴出される高圧空気は、パルス状に噴出するのがパティキュレートフィルタ3に堆積されたパティキュレートを除去するのに効果的である。
【0022】
以上のように図示の実施形態における排気域浄化装置によれば、排気ガス温度(T0)が所定温度(T1)より高い場合には触媒が担持されたパティキュレートフィルタ3に堆積しているパティキュレートは排気ガス温度によって燃焼せしめられ、排気ガス温度(T0)が所定温度(T1)以下でパティキュレートフィルタ3に堆積しているパティキュレートが所定量以上の場合には所謂逆洗空気が噴出されてパティキュレートフィルタ3に堆積しているパティキュレートが除去され、この除去されたパティキュレートはパティキュレート焼却室51においてシースヒータ53(HT)によって焼却される。従って、あらゆる運転条件下においてもパティキュレートフィルタ3にパティキュレートが異常に堆積することはなく、異常燃焼によるパティキュレートフィルタ3の破損、溶損を未然に防止することができる。また、所謂逆洗空気によってパティキュレートフィルタ3に堆積しているエンジンオイル中の向き成分に起因する無機物も除去されるので、無機物によるパティキュレートフィルタ3の目詰まりが防止され、目詰まりによる背圧上昇に伴う燃費の悪化が防止されるとともに、目詰まりによるパティキュレートフィルタ3の定期的交換時期を飛躍的に延ばすことができる。
【0023】
以上、本発明を図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明は実施形態のみに限定されるものではなく、本発明の趣旨の範囲で種々の変形は可能である。例えば、図示の実施形態においてはパティキュレート堆積量検出手段としてパティキュレートフィルタ3の排気上流側と排気下流側の圧力を検出する圧力検出センサー9a(PS1)、9b(PS2)を用いた例を示したが、排気ガス温度検出手段としての熱電対8(HS)をパティキュレート堆積量検出手段として機能されることができる。即ち、熱電対8(HS)によって検出された排気ガス温度が所定温度(T1)以下の状態での稼働時間と排気ガス温度が所定温度(T1)より高い状態での稼働時間の差が所定時間以上に達したら、パティキュレート堆積量が所定量に達したものと判断することができる。また、パティキュレート堆積量は、エンジンの負荷と回転速度から求められる排気ガス温度マップに基づいて検出することもできる。即ち、エンジンの負荷検出センサーと回転速度検出センサーからの検出信号に基づき上記排気ガス温度マップから排気温度を求め、排気ガス温度が所定温度(T1)以下の状態での稼働時間と排気ガス温度が所定温度(T1)より高い状態での稼働時間の差が所定時間以上に達したら、パティキュレート堆積量が所定量に達したものと判断することができる。
【0024】
【発明の効果】
本発明によるディーゼルエンジンの排気浄化装置は以上のように構成されているので、排気ガス温度が所定温度より高い場合には触媒が担持されたパティキュレートフィルタに堆積しているパティキュレートは排気ガス温度によって燃焼せしめられ、排気ガス温度が所定温度以下でパティキュレートフィルタに堆積しているパティキュレートが所定量以上の場合には所謂逆洗空気が噴出されてパティキュレートフィルタに堆積しているパティキュレートが除去され、この除去されたパティキュレートはパティキュレート焼却室において加熱燃焼手段によって焼却される。従って、あらゆる運転条件下においてもパティキュレートフィルタにパティキュレートが異常に堆積することはなく、異常燃焼によるパティキュレートフィルタの破損、溶損を未然に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に従って構成されたディーゼルエンジンの排気浄化装置の概略構成図。
【図2】図1に示す排気浄化装置に装備される制御手段の動作手順を示すフローチャート。
【符号の説明】
2a、2b:排気通路
3:パティキュレートフィルタ
4a:排気流入室
4b:空気導入室
5:パティキュレート焼却手段
51:パティキュレート焼却室
52:フィルタ
53:シースヒータ(HT)
6:吸引手段
61:吸引管
62:バキュームポンプ(VP)
63:開閉弁(V1)
7:空気供給手段
71:空気噴出ノズル
72:空気供給管
73:高圧エアポンプ(PP)
74:開閉弁(V2)
8:熱電対(HS)
9a、9b:圧力検出センサー
10:制御手段
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an exhaust purification device for removing particulates contained in exhaust gas of a diesel engine.
[0002]
[Prior art]
Regulations on the exhaust gas of recent internal combustion engines, particularly diesel engines, have been strengthened year by year, and there is an urgent need to reduce particulate matter (PM) containing carbon as a main component. A diesel particulate filter (DPF) is known as a device for removing the particulates from the exhaust gas, and a movement to require a vehicle equipped with a diesel engine to be equipped with the diesel particulate filter is in full swing.
[0003]
By the way, in a diesel particulate filter installed in a vehicle equipped with a diesel engine, collected particulates accumulate due to repeated operation of the engine, and the collected particulates are burned to burn the diesel particulate filter. Need to be played. As a means for this regeneration, a method of burning particulates by heating with an electric heater, a burner or the like is known. However, in this method, if the amount of collected particulates increases, the combustion temperature becomes high, and there is a problem that a filter formed of cordierite, silicon carbide, or the like is damaged or melted.
[0004]
In order to solve the above-mentioned problem, compressed air is introduced into the particulate filter from the exhaust gas downstream side of the particulate filter to remove the particulates accumulated on the particulate filter, and the removed particulates are subjected to particulate incineration. A so-called backwashing system has been proposed in which the wastewater is collected in a chamber and incinerated by a heater or the like. In this so-called backwashing method, the exhaust gas pressure on the exhaust gas upstream side and the exhaust gas downstream side of the particulate filter is measured, and when this pressure difference exceeds a predetermined value, a predetermined amount of particulates is deposited on the particulate filter. By making a judgment, the compressed air is introduced and the heater is operated. (For example, refer to Patent Document 1.)
[0005]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Publication No. Hei 7-84846 [0006]
The exhaust gas purifying apparatus disclosed in the above publication is configured such that the particulate filter collects the particulate filter in the exhaust gas, so that the exhaust gas pressure difference between the upstream side and the downstream side of the exhaust gas reaches a predetermined amount each time. Since the heater is operated while the compressed air is introduced, the operation must be performed frequently.
[0007]
On the other hand, in recent years, as an exhaust gas purifying device for a diesel engine, a proposal has been made to carry a catalyst on a diesel particulate filter and continuously burn the particulates collected by the particulate filter depending on the temperature of the exhaust gas.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
Therefore, it is difficult to continuously burn the particulates on the catalyst depending on the exhaust gas temperature even if a particulate filter supporting the catalyst is used. That is, the catalyst carried on the particulate filter cannot burn the particulate below a predetermined temperature (for example, 350 ° C.), so that the particulate accumulates on the particulate filter in an operating region where the exhaust gas temperature is low. Will be. When particulates accumulate on the particulate filter, the airflow resistance increases and the fuel consumption rate deteriorates.
[0009]
The present invention has been made in view of the above points, and its main technical problem is that particulates do not abnormally accumulate on the particulate filter under any operating conditions, and the particulate filter is damaged by abnormal combustion. Another object of the present invention is to provide a diesel engine exhaust purification device capable of preventing erosion.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-mentioned technical problem, the present invention has a structure in which particulates are deposited on a particulate filter supporting a catalyst in a predetermined amount or more, and when the exhaust gas temperature is equal to or lower than a predetermined temperature, the particulate filter is disposed from the exhaust gas downstream side. Provided is an exhaust gas purifying apparatus for a diesel engine that introduces compressed air into a particulate filter to remove the particulates accumulated on the particulate filter, and incinerates the removed particulates.
[0011]
That is, according to the present invention, a particulate filter arranged in an exhaust passage of an engine and carrying a catalyst, an exhaust inflow chamber provided on an exhaust upstream side of the particulate filter, and an exhaust downstream side of the particulate filter , An air supply means for supplying high-pressure air to the air introduction chamber, a particulate incineration chamber formed at the bottom of the exhaust inflow chamber, and a particulate incineration chamber. Heating combustion means, and an exhaust purification device for a diesel engine comprising:
Exhaust gas temperature detecting means for detecting the temperature of the exhaust gas flowing into the exhaust inflow chamber;
Particulate deposition amount detection means for detecting the deposition amount of particulates deposited on the particulate filter;
Control means for controlling the air supply means and the heating combustion means based on a detection signal from the exhaust gas temperature detection means and the particulate matter deposition amount detection means,
The control unit is configured to control the air flow when the amount of particulate matter detected by the particulate matter amount detection unit is equal to or greater than a predetermined value and the exhaust gas temperature detected by the exhaust gas temperature detection unit is equal to or less than a predetermined temperature. Activating the supply means and the heating and combustion means,
An exhaust gas purification device for a diesel engine is provided.
[0012]
It is desirable that a suction means is connected to the particulate incineration chamber.
[0013]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, a preferred embodiment of an exhaust gas purification apparatus for a diesel engine configured according to the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 shows an embodiment of a diesel engine exhaust gas purification apparatus constituted according to the present invention. The exhaust purification device in the illustrated embodiment includes a particulate filter 3 disposed between exhaust passages 2a and 2b connected to an exhaust manifold (not shown) of a diesel engine. The particulate filter 3 is formed by a so-called wall-through type or full-through type honeycomb filter formed of, for example, porous cordierite or silicon carbide, and its surface is coated with activated alumina or the like. A wash coat layer is formed, and a catalyst is supported on the wash coat layer. As the catalyst, an alkali metal compound or an alkaline earth metal compound, platinum, nickel, cobalt, ruthenium, rhodium, palladium or the like can be used.
[0014]
An exhaust inflow chamber 4 is provided on the exhaust upstream side of the particulate filter 3, that is, on one exhaust passage 2 a side connected to an exhaust manifold (not shown). At the bottom of the exhaust gas inflow chamber 4a, a particulate incineration means 5 is provided. The particulate incineration means 5 includes a particulate incineration chamber 51 formed at the bottom of the exhaust inflow chamber 4a, a filter 52 made of a heat-resistant material provided in the particulate incineration chamber 51, and an upper part of the filter 52. And a sheath heater 53 (HT) as a heating and burning means provided. The operation of the sheath heater 53 (HT) is controlled by control means described later.
[0015]
A suction means 6 is connected to the particulate incineration means 5. The suction means 6 includes a suction pipe 61 having one end connected downstream of the filter 52 of the particulate incineration means 5 and a vacuum pump 62 (VP) connected to the other end of the suction pipe 61. And a switching valve 63 (V1) provided in the suction pipe 61. The switching valve 63 (V1) includes a valve that opens and closes the passage of the suction pipe 61 and an actuator that operates the valve. The operations of the switching valve 63 (V1) and the vacuum pump 62 (VP) are controlled by control means described later.
[0016]
An air introduction chamber 4b is provided on the exhaust gas downstream side of the particulate filter 3, that is, on the other exhaust passage 2b side. An air supply means 7 is connected to the air introduction chamber 4b. The air supply means 7 includes an air ejection nozzle 71 provided in the air introduction chamber 4b so as to be open, an air supply pipe 72 having one end connected to the air ejection nozzle 71, and an air supply pipe 72 connected to the other end of the air supply pipe 72. It comprises a high-pressure air pump 73 (PP) connected and arranged, and a switching valve 74 (V2) arranged in the air supply pipe 72. The switching valve 74 (V2), like the switching valve 63 (V1), includes a valve that opens and closes the passage of the air supply pipe 72 and an actuator that operates the valve. The operation of the switching valve 74 (V2) and the high-pressure air pump 73 (PP) is controlled by control means described later.
[0017]
The exhaust gas purifying apparatus in the illustrated embodiment includes a thermocouple 8 (HS) as an exhaust gas temperature detecting means for detecting a temperature of exhaust gas flowing into the exhaust gas inflow chamber 4, an exhaust gas inflow chamber 4a, and an air introduction chamber. It has pressure detection sensors 9a (PS1) and 9b (PS2) for detecting the pressure of 4b. The pressure detection sensors 9a (PS1) and 9b (PS2) function as particulate accumulation amount detecting means for detecting the accumulation amount of the particulates accumulated on the particulate filter 3. The exhaust gas purifying apparatus in the illustrated embodiment operates the sheath heater 53 (HT), the vacuum pump 62 (VP) and the switching valve 63 (V1), the high-pressure air pump 73 (PP), and the switching valve 74 (V2). It has a control means 10 for controlling. The control means 10 is constituted by a microcomputer, and includes a central processing unit (CPU) for performing arithmetic processing according to a control program, a read-only memory (ROM) for storing a control program and the like, and a readable and writable random for storing an arithmetic result. An access memory (RAM), a timer, and the like are provided. The control means 10 receives detection signals from the thermocouple 8 (HS) and the pressure detection sensors 9a (PS1), 9b (PS2), etc., and outputs the sheath heater 53 (HT), the vacuum pump 62 (VP), and the switching valve. 63 (V1), and outputs control signals to the high-pressure air pump 73 (PP), the switching valve 74 (V2), and the like.
[0018]
The exhaust gas purifying apparatus in the illustrated embodiment is configured as described above, and its operation will be described below.
Exhaust gas discharged to an exhaust manifold (not shown) of the diesel engine flows into the exhaust inflow chamber 4a through one exhaust passage 2a. The exhaust gas flowing into the exhaust inflow chamber 4a passes through the particulate filter 3 and is discharged from the air introduction chamber 4b to the exhaust passage 2b. In this way, when the exhaust gas passes through the particulate filter 3, the particulates mainly composed of carbon contained in the exhaust gas are collected by the particulate filter 3. Since the particulate filter 3 carries the catalyst as described above, the collected particulates are burned. However, the combustion of particulates by the catalyst depends on the temperature of the exhaust gas. That is, the catalyst can continuously burn the particulates when the exhaust gas temperature is higher than 350 ° C., for example, but cannot burn the particulates when the exhaust gas temperature becomes 350 ° C. or lower. Therefore, if the operation is continued in a state where the exhaust gas temperature is 350 ° C. or less, the particulates will be deposited on the particulate filter 3.
[0019]
Next, the operation of the particulate incineration means 5, the suction means 6, and the air supply means 7 for incinerating the particulates accumulated on the particulate filter 3 will be described with reference to the flowchart shown in FIG.
Based on the pressure signals detected by the pressure detection sensors 9a (PS1) and 9b (PS2) in step S1, the control unit 10 determines the exhaust gas pressure (Pa) on the exhaust gas upstream side of the particulate filter 3 and the particulate filter 3 It is determined whether the pressure difference (Pa−Pb) from the exhaust gas pressure (Pb) on the exhaust downstream side is equal to or more than a predetermined pressure difference (P1) ((Pa−Pb) ≧ P1). The predetermined pressure difference (P1) is, for example, the exhaust gas pressure on the upstream side of the exhaust gas (Pa) and the exhaust gas pressure on the downstream side of the exhaust gas (Pb) when the amount of the particulates deposited on the particulate filter 3 is 5 g / liter. And the pressure difference. If the pressure difference (Pa-Pb) is lower than the predetermined pressure difference (P1) in step S1, the control means 10 determines that the particulates deposited on the particulate filter 3 are smaller than the predetermined amount, Proceeding to S2, the high-pressure air pump 73 (PP) and the switching valve 74 (V2), the vacuum pump 62 (VP) and the switching valve 63 (V1), and the sheath heater 53 (HT) are turned off, and the process ends. Therefore, the air supply means 7, the suction means 6, and the particulate incineration means 5 do not operate.
[0020]
If the pressure difference (Pa-Pb) is equal to or greater than the predetermined pressure difference (P1) in step S1, the control unit 10 determines that the amount of particulate accumulated on the particulate filter 3 has reached the predetermined amount or more. In step S3, it is checked whether the exhaust gas temperature (T0) detected by the thermocouple 8 (HS) is equal to or lower than a predetermined temperature (T1) (for example, 350 ° C.). If the exhaust gas temperature (T0) is higher than the predetermined temperature (T1), the control means 10 determines that the particulates accumulated on the particulate filter 3 can be burned, and proceeds to step S2. Then, the high-pressure air pump 73 (PP) and the switching valve 74 (V2), the vacuum pump 62 (VP), the switching valve 63 (V1), and the sheath heater 53 (HT) are turned off, and the process ends. Therefore, the air supply means 7, the suction means 6, and the particulate incineration means 5 do not operate.
[0021]
If the exhaust gas temperature (T0) is equal to or lower than the predetermined temperature (T1) in step S3, the control means 10 cannot burn the particulates accumulated on the particulate filter 3 and further particulates accumulate. It is determined that it is in a state of being turned on, and the process proceeds to step S4 to turn on the high-pressure air pump 73 (PP) to operate, and also to urge (ON) the switching valve 74 (V2) to open the circuit to operate the air supply means 7. . The vacuum pump 62 (VP) is energized (ON) to operate, and the switching valve 63 (V1) is energized (ON) to open the circuit to operate the suction means 6. Then, the sheath heater 53 (HT) constituting the particulate incineration means 5 is energized (ON) to heat. When the high pressure air pump 73 (PP) of the air supply means 7 is operated and the switching valve 74 (V2) is opened, high pressure air (so-called backwash air) generated by the high pressure air pump 73 (PP) passes through the air supply pipe 72. The air is jetted from the air jet nozzle 71 to the air introduction chamber 4b. The high-pressure air jetted into the air introduction chamber 4b flows through the particulate filter 3 in the direction opposite to the exhaust gas to the exhaust inflow chamber 4a. At this time, since the vacuum pump 62 (VP) of the suction means 6 operates and the switching valve 63 (V1) is open, the high-pressure air flowing into the exhaust inflow chamber 4a is sucked by the vacuum pump 62 (VP). In this way, the high-pressure air jetted into the air introduction chamber 4b passes through the particulate filter 3, whereby the particulates deposited on the particulate filter 3 are removed, and the particulates pass through the exhaust inflow chamber 4a by their own weight. It falls into the curated incineration chamber 51 and deposits on the filter 52. The particulates deposited on the filter 52 are incinerated because the sheath heater 53 (HT) is energized (ON) and heated. The high-pressure air ejected from the air ejection nozzle 71 to the air introduction chamber 4b is ejected in a pulsed manner, which is effective for removing the particulates accumulated on the particulate filter 3.
[0022]
As described above, according to the exhaust gas purifying apparatus in the illustrated embodiment, when the exhaust gas temperature (T0) is higher than the predetermined temperature (T1), the particulate matter deposited on the particulate filter 3 carrying the catalyst is removed. Is burned by the exhaust gas temperature. When the exhaust gas temperature (T0) is equal to or lower than the predetermined temperature (T1) and the amount of particulates accumulated in the particulate filter 3 is equal to or higher than a predetermined amount, so-called backwash air is blown out. The particulates accumulated on the particulate filter 3 are removed, and the removed particulates are incinerated in the particulate incineration chamber 51 by the sheath heater 53 (HT). Therefore, the particulates do not abnormally accumulate on the particulate filter 3 under any operating conditions, and damage and melting damage of the particulate filter 3 due to abnormal combustion can be prevented. In addition, since so-called backwash air also removes inorganic substances accumulated in the particulate filter 3 due to the direction components in the engine oil, clogging of the particulate filter 3 by the inorganic substances is prevented, and back pressure due to the clogging is prevented. It is possible to prevent the fuel efficiency from being deteriorated due to the rise, and to drastically extend the period for periodically replacing the particulate filter 3 due to clogging.
[0023]
As described above, the present invention has been described based on the illustrated embodiments. However, the present invention is not limited to only the embodiments, and various modifications are possible within the scope of the present invention. For example, in the illustrated embodiment, an example is shown in which pressure detection sensors 9a (PS1) and 9b (PS2) for detecting the pressure on the upstream side and the downstream side of the exhaust of the particulate filter 3 are used as the particulate deposition amount detecting means. However, the thermocouple 8 (HS) as the exhaust gas temperature detecting means can function as the particulate deposit amount detecting means. That is, the difference between the operating time when the exhaust gas temperature detected by the thermocouple 8 (HS) is equal to or lower than the predetermined temperature (T1) and the operating time when the exhaust gas temperature is higher than the predetermined temperature (T1) is the predetermined time. When the above is reached, it can be determined that the particulate accumulation amount has reached the predetermined amount. Further, the particulate accumulation amount can also be detected based on an exhaust gas temperature map obtained from the engine load and the rotation speed. That is, the exhaust gas temperature is obtained from the exhaust gas temperature map based on the detection signals from the engine load detection sensor and the rotation speed detection sensor. When the difference between the operation times in a state higher than the predetermined temperature (T1) exceeds the predetermined time, it can be determined that the particulate accumulation amount has reached the predetermined amount.
[0024]
【The invention's effect】
Since the exhaust gas purifying apparatus for a diesel engine according to the present invention is configured as described above, when the exhaust gas temperature is higher than a predetermined temperature, the particulates deposited on the particulate filter carrying the catalyst have the exhaust gas temperature. When the exhaust gas temperature is lower than a predetermined temperature and the particulate matter accumulated on the particulate filter is equal to or greater than a predetermined amount, so-called backwash air is blown out and the particulate matter accumulated on the particulate filter is burned. The removed particulates are incinerated by a heating and burning means in a particulate incineration chamber. Therefore, the particulates do not abnormally accumulate on the particulate filter under any operating conditions, and damage and melting damage of the particulate filter due to abnormal combustion can be prevented.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an exhaust gas purification device for a diesel engine configured according to the present invention.
FIG. 2 is a flowchart showing an operation procedure of control means provided in the exhaust gas purification device shown in FIG.
[Explanation of symbols]
2a, 2b: Exhaust passage 3: Particulate filter 4a: Exhaust inflow chamber 4b: Air introduction chamber 5: Particulate incineration means 51: Particulate incineration chamber 52: Filter 53: Sheath heater (HT)
6: suction means 61: suction pipe 62: vacuum pump (VP)
63: On-off valve (V1)
7: Air supply means 71: Air ejection nozzle 72: Air supply pipe 73: High pressure air pump (PP)
74: On-off valve (V2)
8: Thermocouple (HS)
9a, 9b: pressure detection sensor 10: control means

Claims (2)

エンジンの排気通路に配置され触媒が担持されたパティキュレートフィルタと、該パティキュレートフィルタの排気上流側に設けられた排気流入室と、該パティキュレートフィルタの排気下流側に設けられた空気導入室と、該空気導入室に高圧空気を供給する空気供給手段と、該排気流入室の底部に形成されたパティキュレート焼却室と、該パティキュレート焼却室に配設された加熱燃焼手段と、を具備するディーゼルエンジンの排気浄化装置において、
該排気流入室に流入する排気ガスの温度を検出する排気ガス温度検出手段と、
該パティキュレートフィルタに堆積されたパティキュレートの堆積量を検出するパティキュレート堆積量検出手段と、
該排気ガス温度検出手段および該パティキュレート堆積量検出手段からの検出信号に基づいて該空気供給手段および該加熱燃焼手段を制御する制御手段とを具備し、
該制御手段は、パティキュレート堆積量検出手段によって検出されたパティキュレートの堆積量が所定量以上で、該排気ガス温度検出手段によって検出された排気ガス温度が所定温度以下の場合には、該空気供給手段および該加熱燃焼手段を作動せしめる、
ことを特徴とするディーゼルエンジンの排気浄化装置。
A particulate filter disposed in an exhaust passage of the engine and carrying a catalyst, an exhaust inflow chamber provided on the exhaust upstream side of the particulate filter, and an air introduction chamber provided on the exhaust downstream side of the particulate filter; An air supply means for supplying high-pressure air to the air introduction chamber, a particulate incineration chamber formed at the bottom of the exhaust inflow chamber, and a heating and combustion means disposed in the particulate incineration chamber. In diesel engine exhaust purification equipment,
Exhaust gas temperature detecting means for detecting the temperature of the exhaust gas flowing into the exhaust inflow chamber;
Particulate deposition amount detection means for detecting the deposition amount of particulates deposited on the particulate filter;
Control means for controlling the air supply means and the heating combustion means based on a detection signal from the exhaust gas temperature detection means and the particulate matter deposition amount detection means,
The control means is configured to control the air flow when the amount of particulates detected by the particulate deposition amount detection means is equal to or more than a predetermined amount and the exhaust gas temperature detected by the exhaust gas temperature detection means is equal to or less than a predetermined temperature. Activating the supply means and the heating and combustion means,
An exhaust gas purification device for a diesel engine, characterized in that:
該パティキュレート焼却室には、吸引手段が接続されている、請求項1記載のディーゼルエンジンの排気浄化装置。The exhaust purification device for a diesel engine according to claim 1, wherein a suction means is connected to the particulate incineration chamber.
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