JP3390641B2 - パティキュレート除去装置 - Google Patents
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Description
【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
除去装置に関するものである。 【０００２】 【従来の技術】近年、環境浄化の要求に伴い、自動車の
排ガス規制は強化される傾向にあり、特に、ディーゼル
エンジン車においては、排ガス中のＮＯx（窒素酸化
物）及び黒煙等のパティキュレートの規制が強化されて
いる。 【０００３】前記ＮＯxは、燃料噴射時期を遅延させる
等して燃焼温度を低くすることにより低減可能である
が、反面、パティキュレートは増加するためエンジンか
ら排出される排気中のパティキュレートを捕捉するよ
う、パティキュレート除去装置が使用されている。 【０００４】斯かるパティキュレート除去装置としては
従来から種々の装置があるが、その一例は図９に示され
ている。 【０００５】図９に示すパティキュレート除去装置は逆
洗再生式で、エンジンａから排出された排気ｂを導入す
るための排気通路ｃは二系統の排気通路に分岐され、各
排気通路ｃの中途部には、パティキュレート除去装置ｄ
が接続されている。 【０００６】パティキュレート除去装置ｄのケーシング
ｅ内には、セラミックハニカムフィルタ等のエレメント
から成るパティキュレートフィルタｆが配設されると共
に、各パティキュレートフィルタｆの下流側には、該パ
ティキュレートフィルタｆに対しエアタンクｇ内の高圧
エアをバルブｈの開操作によって吹き付けるための逆洗
エアノズルｉと、逆洗エアノズルｉによるパティキュレ
ートフィルタｆの逆洗時に、対応する側の排気通路ｃを
閉止するための開閉器ｊとが配設されており、更に各パ
ティキュレートフィルタｆの上流側には、逆洗エアノズ
ルｉからの高圧エアによる逆洗によって吹き落とされた
黒煙等のパティキュレートを回収し且つ電気ヒータｋに
よって燃焼させるパティキュレート焼却部ｌが形成され
ている。 【０００７】図９に示すパティキュレート除去装置ｄに
おいては、パティキュレートフィルタｆにより目詰りが
生じていない通常の運転時には、エンジンａから排出さ
れる排気通路ｃ中のパティキュレートは、パティキュレ
ート除去装置ｄのパティキュレートフィルタｆを通過す
る際、該パティキュレートフィルタｆに捕捉され、排気
ｂは清浄ガスとなって排出される。 【０００８】一方、一定期間の運転により、パティキュ
レートフィルタｆにパティキュレートが補捉されて目詰
りが生じ、排気抵抗が高まると、図示していない圧力検
出器からの検出信号に基づく制御装置からの制御信号に
より、二系統あるうちの一方の系統の開閉器ｊが閉じ且
つ対応する系統のバルブｈが開き、エアタンクｇ内の高
圧エアが逆洗エアノズルｉから逆洗流として一方のパテ
ィキュレートフィルタｆへ吹き付けられ、該パティキュ
レートフィルタｆに付着していたパティキュレートは、
パティキュレート焼却部ｌに吹き落とされ、該パティキ
ュレート焼却部ｌにおいて、通電により昇温した電気ヒ
ータｋの熱によって焼却され、これにより一方のパティ
キュレートフィルタｆの目詰りが解消されて排気抵抗が
減少し、再びパティキュレートの捕集が可能となる。 【０００９】一方の系統のパティキュレートフィルタｆ
の逆洗再生が完了すると、対応する系統のバルブｈが閉
じ且つ開閉器ｊが開いた後、他方の系統の開閉器ｊが閉
じ且つ対応する系統のバルブｈが開き、他方の系統のパ
ティキュレートフィルタｆの逆洗再生が前述と同様に行
われる。 【００１０】 【発明が解決しようとする課題】ディーゼルエンジン車
に付する従来の図９に示すパティキュレート除去装置
は、排気通路を二系統に分け、各系統ごとに夫々パティ
キュレート除去装置、電気ヒータ、逆洗エアノズル、バ
ルブ、開閉弁を設けているため、装置システムが大掛か
りで複雑な構成となると共に大型化し、その結果コスト
アップを招来し、又二系統の装置を交互に切換えて使用
するため制御が複雑で装置の信頼性に欠ける、等の問題
がある。 【００１１】本発明は上述の実情に鑑み、装置システム
を簡単な構成として小型化し、延いてはコストダウンを
図り、又装置の信頼性を向上させることを目的としてな
したものである。 【００１２】 【課題を解決するための手段】本発明のパティキュレー
ト除去装置は、蓄圧式燃料噴射装置を備えたエンジンの
排気通路に、排気の流れ方向上流側から下流側へ向けて
順次、排気中の炭化水素を酸化、燃焼させる触媒コンバ
ータと排気中のパティキュレートを捕捉するためのパテ
ィキュレートフィルタを備えたパティキュレート除去装
置とを設置すると共に、エンジンからの排気の排気温度
を検出するセンサからの信号により、排気温度が所定の
温度範囲にあるときに、前記蓄圧式燃料噴射装置から主
噴射とは別個に遅いタイミングで燃料を二次噴射するこ
とにより前記触媒コンバータに炭化水素を供給し、触媒
コンバータで発生する熱によってパティキュレートフィ
ルタに捕捉されたパティキュレートを焼却、除去し得る
よう構成すると共に、燃料を二次噴射した場合には、同
時に時間のカウントを開始し、カウント開始後所定時間
の経過前にセンサで検出した排気温度が所定温度よりも
高くなった場合には、前記二次噴射を停止し得るよう構
成したものである。 【００１３】センサにより検出された排気温度が所定の
温度範囲にある場合には、蓄圧式燃料噴射装置により主
噴射とは別個に遅いタイミングで燃料を二次噴射するこ
とにより触媒コンバータに炭化水素を供給する。 【００１４】このため、触媒コンバータでは炭化水素が
酸化され燃焼して排気温度が上昇し、排気温度の熱によ
りパティキュレート除去装置のパティキュレートフィル
タに捕捉されているパティキュレートが燃焼し、燃焼し
たパティキュレートは炭酸ガスとなって排気と共に大気
中へ排出される。 【００１５】その結果、パティキュレートフィルタに捕
捉されていたパティキュレートは除去されてパティキュ
レートフィルタが再生される。又、燃料の二次噴射が行
われた場合には、同時に時間のカウントが開始され、カ
ウント開始後所定時間の経過前に排気温度が所定温度よ
りも高くなった場合には、燃料の二次噴射は停止され
る。 【００１６】本発明によれば、簡単な装置でパティキュ
レートを除去してパティキュレートフィルタを再生する
ことができるため、装置が小型化して設備コスト、運転
コストを低減することができる。 【００１７】又パティキュレートフィルタの再生時にラ
インを切換える必要がないため制御が簡単となって装置
の信頼性が向上する。 【００１８】更に酸化触媒コンバータを用いることによ
りパティキュレート除去率も向上する。 【００１９】 【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を添付
図面を参照しつつ説明する。 【００２０】図１〜図５は本発明の実施の形態の一例で
ある。 【００２１】図中、１は蓄圧式燃料噴射型ディーゼルエ
ンジン（以下、単にエンジンという）であり、該エンジ
ン１の上部にはエンジン１の燃焼室へ燃料を噴射するた
めの燃料噴射ノズル２及び燃料噴射ノズル２へ供給され
る燃料を制御するための電磁弁３が設けられている。 【００２２】所定位置に設置された燃料噴射ポンプ４と
燃料噴射ノズル２とは、中途部に燃料蓄圧室（コモンレ
ール）５を備えた燃料管６により接続されており、燃料
噴射ポンプ４により燃料蓄圧室５に蓄圧された燃料７は
電磁弁３の開操作により燃料管６を通って燃料噴射ノズ
ル２へ送給され、燃料噴射ノズル２からエンジン１の燃
焼室へ噴射されるようになっている。 【００２３】而して、燃料噴射ポンプ４、燃料管６、燃
料蓄圧室５、電磁弁３、燃料噴射ノズル２により蓄圧式
燃料噴射装置が構成されている。 【００２４】エンジン１から排出された排気８を送給す
るための排気通路９の中途部には、排気８の流れ方向上
流側から下流側へ向けて順次酸化触媒コンバータ１０及
びパティキュレート除去装置１１が設置されている。 【００２５】酸化触媒コンバータ１０に用いる触媒は白
金ＰｔやパラジウムＰｄをセラミックスに担持させたも
のであり、排気８中に含まれる炭化水素ＨＣは、酸化触
媒コンバータ１０の触媒の働きにより燃焼して排気８の
温度を上昇させるようになっている。 【００２６】図２、３に示すごとくパティキュレート除
去装置１１の円筒ケーシング１２内には、セラミックハ
ニカムフィルタ等のエレメントから成るパティキュレー
トフィルタ１３が内蔵されている。 【００２７】パティキュレートフィルタ１３は円筒状で
あり、その内部には、軸方向に向けて形成され且つ排気
入口側が開き排気出口側が閉塞された複数の排気導通孔
１３ａと、排気導通孔１３ａと平行な状態で交互に配置
され且つ排気入口側が閉塞され排気出口側が開いた複数
の排気導通孔１３ｂとを備え、排気８は、排気導通孔１
３ａと１３ｂを仕切る壁１３ｃを排気導通孔１３ａ側か
ら１３ｂ側へ通過し得るようになっている。 【００２８】排気通路９の酸化触媒コンバータ１０とパ
ティキュレート除去装置１１との間、及び排気通路９の
パティキュレート除去装置１１出口側には、夫々排気通
路９を流れる排気８の温度Ｔ１，Ｔ２を検出するために
温度検出器１４，１５が取付けられている。 【００２９】なお、温度検出器１４は酸化触媒コンバー
タ１０の入口側に取付け、温度検出器１５はパティキュ
レート除去装置１１の入口側に取付けても良い。 【００３０】温度検出器１４，１５により検出した排気
８の温度Ｔ１，Ｔ２及びエンジン１に設けられた回転角
度検出器１６により検出したクランク軸回転角度θは夫
々データとして燃料噴射時期判定装置１７へ与え得るよ
うになっている。 【００３１】燃料噴射時期判定装置１７からは、回転角
度検出器１６により検出したクランク軸回転角度θを基
に所定のタイミングでエンジンを駆動する主噴射のため
の弁開指令Ｖ１を出力し、電磁弁３へ与え得るようにな
っている。 【００３２】又、温度検出器１４で検出した酸化触媒コ
ンバータ１０出口側における排気８の温度Ｔ１が所定の
温度範囲にある場合には、燃料噴射時期判定装置１７か
らは、回転角度検出器１６により検出したクランク軸回
転角度θを基に所定のタイミングで二次噴射のための弁
開指令Ｖ２を出力して電磁弁３へ与え得るようになって
いる。 【００３３】次に本発明の実施の形態の作用を説明す
る。 【００３４】エンジン運転時には、回転角度検出器１６
で検出したクランク軸回転角度θ及び温度検出器１４，
１５で検出した排気８の温度Ｔ１，Ｔ２が燃料噴射時期
判定装置１７に与えられる。 【００３５】而して、燃料噴射時期判定装置１７から
は、エンジン１のピストンが上死点の前後に位置する場
合に所定のタイミングで弁開指令Ｖ１が出力されて電磁
弁３へ与えられ（図４参照）、電磁弁３が所定の時間、
開操作される。 【００３６】このため、燃料噴射ポンプ４により送給さ
れて燃料蓄圧室５内に蓄圧された燃料７は、燃料管６、
電磁弁３を通って燃料噴射ノズル２へ送給され、燃料噴
射ノズル２からエンジン１の燃焼室内へ噴射され（主噴
射）、爆発的に燃焼することにより所定のサイクルを経
てエンジン１の運転が行われる。 【００３７】又、エンジン１から排出された排気８中の
パティキュレートは、パティキュレート除去装置１１に
おいて、排気８がパティキュレートフィルタ１３の排気
導通孔１３ａから多孔性の壁１３ｃを通り排気導通孔１
３ｂへ抜ける際に壁１３ｃに捕捉され、パティキュレー
トの除去された排気８は清浄ガスとして排出される。 【００３８】温度検出器１４で検出した酸化触媒コンバ
ータ１０出口側の排気８の温度Ｔ１が所定の温度範囲に
ある場合には、回転角度検出器１６からのクランク軸回
転角度θに基づきエンジン１の膨張、排気工程において
タイミングを見て燃料噴射時期判定装置１７から弁開指
令Ｖ２が出力され、電磁弁３へ与えられ（図４参照）、
所定の時間、開操作される。 【００３９】弁開指令Ｖ２が出力される際のクランク軸
回転角度θは約１２０°であり、電磁弁３が開いている
のはクランク軸が５〜１０°回転する間である。 【００４０】電磁弁３が開操作されると、燃料蓄圧室５
内に蓄圧されている燃料７は、燃料噴射ノズル２からエ
ンジン１の燃焼室内へ噴射され（二次噴射）、噴射され
た燃料７は排気８に同伴されて排気通路９へ排出され、
排気８と共に酸化触媒コンバータ１０へ導入される。 【００４１】而して、排気８中の燃料７に含まれている
炭化水素ＨＣは、酸化触媒コンバータ１０において［化
１］の反応式に従って燃焼し、排気８の温度が上昇す
る。 【００４２】 【化１】４ＨＣ＋５Ｏ2→２Ｈ2Ｏ＋４ＣＯ2 【００４３】酸化触媒コンバータ１０において炭化水素
ＨＣが燃焼して高温となった排気８はパティキュレート
除去装置１１へ送給されてパティキュレートフィルタ１
３の排気導通孔１３ａへ導入され、多孔性の壁１３ｃを
通って排気導通孔１３ｂへ抜け、パティキュレート除去
装置１１から排気通路９へ排出される。 【００４４】パティキュレートフィルタ１３の壁１３ｃ
に捕捉されているパティキュレートは主として炭素であ
るため、パティキュレートは［化２］の反応式に従って
燃焼して炭酸ガスとなり、排気８に同伴されて排出され
る。 【００４５】 【化２】Ｃ＋Ｏ2→ＣＯ2 【００４６】このようにパティキュレートが炭酸ガスに
なる結果、パティキュレートフィルタ１３に捕捉されて
いたパティキュレートは除去され、パティキュレートフ
ィルタ１３が再生される。 【００４７】次に、パティキュレートフィルタ１３から
パティキュレートを除去する場合のステップを図５によ
り説明する。 【００４８】温度検出器１４で検出した酸化触媒コンバ
ータ１０出口側の排気８の温度Ｔ１が２００℃よりも高
く５００℃よりも低い場合（ステップＳ１）には、燃料
噴射ノズル２から規定量の燃料７を二次噴射し（ステッ
プＳ２）、又同時に燃料噴射時期判定装置１７に内蔵さ
れているタイマＩが時間のカウントを開始する（ステッ
プＳ３）。 【００４９】なお、酸化触媒コンバータ１０の排気８の
温度Ｔ１が２００℃よりも高く５００℃よりも低いこと
を条件としたのは、排気８の温度Ｔ１が２００℃よりも
低いと酸化触媒コンバータ１０で燃焼が生じず、又５０
０℃よりも高いと炭化水素ＨＣを供給しなくてもパティ
キュレート除去装置１１でパティキュレートの燃焼、除
去が行われるためである。 【００５０】而して、ステップＳ１において２００℃＜
Ｔ１＜５００℃の条件が満たされている場合には、エン
ジン１のクランク軸が１回転する度に電磁弁３から燃料
７の二次噴射が行われる。 【００５１】又、タイマＩが時間のカウントを開始して
１５分経過する以前（Ｉ＜１５分）（ステップＳ４）に
おいて、温度検出器１４で検出した酸化触媒コンバータ
１０出口側の排気８の温度Ｔ１が９００℃より高い場
合、或いは温度検出器１５で検出したパティキュレート
除去装置１１出口側の排気８の温度Ｔ２が７００℃より
も高い場合（ステップＳ５）には、二次噴射は停止され
る（ステップＳ６）。 【００５２】本発明の実施の形態によれば、簡単な装置
システムでパティキュレートを除去することができるた
め、装置全体が小型化されて設備コスト、運転コストを
低減することが可能となり、又パティキュレートフィル
タの再生時にラインを切換える必要がないため制御が簡
単となって装置の信頼性が向上する。 【００５３】更に、酸化触媒コンバータ１０を設置しな
い場合にはパティキュレート除去率は８０％程度である
が、本実施の形態例のごとく酸化触媒コンバータ１０を
設置するとパティキュレート除去率は９０％程度に向上
する。 【００５４】図６〜８は本発明の実施の形態の他の例を
示し、本実施の形態例では、燃料噴射ノズル２からエン
ジン１へ炭化水素ＨＣとして燃料７を噴射するか否かの
判断を、温度検出器１４で検出した排気８の温度Ｔ１と
回転角度検出器１６で検出したクランク軸回転角度θの
他に、圧力検出器１８で検出した酸化触媒コンバータ１
０入口側における排気８の圧力Ｐ、回転数検出器１９で
検出したエンジン回転数Ｒ、負荷検出器２０で検出し
た、アクセルペダル２１の踏込み量に比例する負荷Ｌを
も考慮して行うようにした例である。 【００５５】而して、本実施の形態例においては、圧力
検出器１８で検出した排気８の圧力Ｐ、回転数検出器１
９で検出したエンジン回転数Ｒ、負荷検出器２０で検出
した負荷Ｌも燃料噴射時期判定装置１７へ与え得るよう
になっている。 【００５６】なお、図６中、図１に示すものと同一のも
のについては同一の符号を付し、詳しい説明は省略す
る。 【００５７】次に、本実施の形態例の作用について説明
する。 【００５８】エンジン１の運転時には、回転数検出器１
９で検出したエンジン回転数Ｒ、回転角度検出器１６で
検出したクランク軸回転角度θ、負荷検出器２０で検出
した負荷Ｌ、温度検出器１４，１５で検出した排気８の
温度Ｔ１，Ｔ２、圧力検出器１８で検出した排気８の圧
力Ｐは、夫々燃料噴射時期判定装置１７へ与えられ、例
えば図７に示すマップを基として炭化水素ＨＣとしての
燃料７を噴射すべきか否か判断される。 【００５９】すなわち、検出された排気８の圧力Ｐが、
図７に示すごときエンジン回転数Ｒと負荷Ｌとにより定
まる直線Ｉ，・・・，Ｖよりも上方に位置する場合で且
つ温度Ｔ１が所定の範囲にある場合には、燃料噴射時期
判定装置１７では、二次噴射が必要と判断される。 【００６０】而して、この場合には、燃料噴射時期判定
装置１７からは、上述の実施の形態の場合と同様、エン
ジン１のピストンが上死点の前後に位置する場合に所定
のタイミングで主噴射のための弁開指令Ｖ１が出力され
て電磁弁３へ与えられ、又、エンジン１の膨張、排気工
程において所定のタイミングで二次噴射のための弁開指
令Ｖ２が出力されて電磁弁３へ与えられる（図４参
照）。 【００６１】このため、電磁弁３が開くことにより、燃
料７は、エンジン１内へ主噴射及び二次噴射により供給
され、エンジン１の運転が行われると共に、酸化触媒コ
ンバータ１０で燃料７中の炭化水素ＨＣが酸化、燃焼す
ることにより得られた熱でパティキュレート除去装置１
１においてパティキュレートが燃焼され、除去される。 【００６２】パティキュレートフィルタ１３からパティ
キュレートを除去する場合のステップを示すと図８のよ
うになるが、この場合には、二次噴射を行うか否かの判
断の仕方が前記実施の形態例に示す図５の場合と異なる
だけであるので、詳細な説明は省略する。 【００６３】而して、この実施の形態例においても前記
実施の形態例と同様の作用効果を奏することができる。 【００６４】なお、本発明は上述の実施の形態に限定さ
れるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で
種々変更を加え得ることは勿論である。 【００６５】 【発明の効果】本発明のパティキュレート除去装置によ
れば、 Ｉ）装置全体が小型化されて設備コスト、運転コストの
低減を行うことができる、 ＩＩ）再生時の制御が容易となるため装置の信頼性が向
上する、 ＩＩＩ）パティキュレート除去率が向上する、 等、種々の優れた効果を奏し得る。
除去装置に関するものである。 【０００２】 【従来の技術】近年、環境浄化の要求に伴い、自動車の
排ガス規制は強化される傾向にあり、特に、ディーゼル
エンジン車においては、排ガス中のＮＯx（窒素酸化
物）及び黒煙等のパティキュレートの規制が強化されて
いる。 【０００３】前記ＮＯxは、燃料噴射時期を遅延させる
等して燃焼温度を低くすることにより低減可能である
が、反面、パティキュレートは増加するためエンジンか
ら排出される排気中のパティキュレートを捕捉するよ
う、パティキュレート除去装置が使用されている。 【０００４】斯かるパティキュレート除去装置としては
従来から種々の装置があるが、その一例は図９に示され
ている。 【０００５】図９に示すパティキュレート除去装置は逆
洗再生式で、エンジンａから排出された排気ｂを導入す
るための排気通路ｃは二系統の排気通路に分岐され、各
排気通路ｃの中途部には、パティキュレート除去装置ｄ
が接続されている。 【０００６】パティキュレート除去装置ｄのケーシング
ｅ内には、セラミックハニカムフィルタ等のエレメント
から成るパティキュレートフィルタｆが配設されると共
に、各パティキュレートフィルタｆの下流側には、該パ
ティキュレートフィルタｆに対しエアタンクｇ内の高圧
エアをバルブｈの開操作によって吹き付けるための逆洗
エアノズルｉと、逆洗エアノズルｉによるパティキュレ
ートフィルタｆの逆洗時に、対応する側の排気通路ｃを
閉止するための開閉器ｊとが配設されており、更に各パ
ティキュレートフィルタｆの上流側には、逆洗エアノズ
ルｉからの高圧エアによる逆洗によって吹き落とされた
黒煙等のパティキュレートを回収し且つ電気ヒータｋに
よって燃焼させるパティキュレート焼却部ｌが形成され
ている。 【０００７】図９に示すパティキュレート除去装置ｄに
おいては、パティキュレートフィルタｆにより目詰りが
生じていない通常の運転時には、エンジンａから排出さ
れる排気通路ｃ中のパティキュレートは、パティキュレ
ート除去装置ｄのパティキュレートフィルタｆを通過す
る際、該パティキュレートフィルタｆに捕捉され、排気
ｂは清浄ガスとなって排出される。 【０００８】一方、一定期間の運転により、パティキュ
レートフィルタｆにパティキュレートが補捉されて目詰
りが生じ、排気抵抗が高まると、図示していない圧力検
出器からの検出信号に基づく制御装置からの制御信号に
より、二系統あるうちの一方の系統の開閉器ｊが閉じ且
つ対応する系統のバルブｈが開き、エアタンクｇ内の高
圧エアが逆洗エアノズルｉから逆洗流として一方のパテ
ィキュレートフィルタｆへ吹き付けられ、該パティキュ
レートフィルタｆに付着していたパティキュレートは、
パティキュレート焼却部ｌに吹き落とされ、該パティキ
ュレート焼却部ｌにおいて、通電により昇温した電気ヒ
ータｋの熱によって焼却され、これにより一方のパティ
キュレートフィルタｆの目詰りが解消されて排気抵抗が
減少し、再びパティキュレートの捕集が可能となる。 【０００９】一方の系統のパティキュレートフィルタｆ
の逆洗再生が完了すると、対応する系統のバルブｈが閉
じ且つ開閉器ｊが開いた後、他方の系統の開閉器ｊが閉
じ且つ対応する系統のバルブｈが開き、他方の系統のパ
ティキュレートフィルタｆの逆洗再生が前述と同様に行
われる。 【００１０】 【発明が解決しようとする課題】ディーゼルエンジン車
に付する従来の図９に示すパティキュレート除去装置
は、排気通路を二系統に分け、各系統ごとに夫々パティ
キュレート除去装置、電気ヒータ、逆洗エアノズル、バ
ルブ、開閉弁を設けているため、装置システムが大掛か
りで複雑な構成となると共に大型化し、その結果コスト
アップを招来し、又二系統の装置を交互に切換えて使用
するため制御が複雑で装置の信頼性に欠ける、等の問題
がある。 【００１１】本発明は上述の実情に鑑み、装置システム
を簡単な構成として小型化し、延いてはコストダウンを
図り、又装置の信頼性を向上させることを目的としてな
したものである。 【００１２】 【課題を解決するための手段】本発明のパティキュレー
ト除去装置は、蓄圧式燃料噴射装置を備えたエンジンの
排気通路に、排気の流れ方向上流側から下流側へ向けて
順次、排気中の炭化水素を酸化、燃焼させる触媒コンバ
ータと排気中のパティキュレートを捕捉するためのパテ
ィキュレートフィルタを備えたパティキュレート除去装
置とを設置すると共に、エンジンからの排気の排気温度
を検出するセンサからの信号により、排気温度が所定の
温度範囲にあるときに、前記蓄圧式燃料噴射装置から主
噴射とは別個に遅いタイミングで燃料を二次噴射するこ
とにより前記触媒コンバータに炭化水素を供給し、触媒
コンバータで発生する熱によってパティキュレートフィ
ルタに捕捉されたパティキュレートを焼却、除去し得る
よう構成すると共に、燃料を二次噴射した場合には、同
時に時間のカウントを開始し、カウント開始後所定時間
の経過前にセンサで検出した排気温度が所定温度よりも
高くなった場合には、前記二次噴射を停止し得るよう構
成したものである。 【００１３】センサにより検出された排気温度が所定の
温度範囲にある場合には、蓄圧式燃料噴射装置により主
噴射とは別個に遅いタイミングで燃料を二次噴射するこ
とにより触媒コンバータに炭化水素を供給する。 【００１４】このため、触媒コンバータでは炭化水素が
酸化され燃焼して排気温度が上昇し、排気温度の熱によ
りパティキュレート除去装置のパティキュレートフィル
タに捕捉されているパティキュレートが燃焼し、燃焼し
たパティキュレートは炭酸ガスとなって排気と共に大気
中へ排出される。 【００１５】その結果、パティキュレートフィルタに捕
捉されていたパティキュレートは除去されてパティキュ
レートフィルタが再生される。又、燃料の二次噴射が行
われた場合には、同時に時間のカウントが開始され、カ
ウント開始後所定時間の経過前に排気温度が所定温度よ
りも高くなった場合には、燃料の二次噴射は停止され
る。 【００１６】本発明によれば、簡単な装置でパティキュ
レートを除去してパティキュレートフィルタを再生する
ことができるため、装置が小型化して設備コスト、運転
コストを低減することができる。 【００１７】又パティキュレートフィルタの再生時にラ
インを切換える必要がないため制御が簡単となって装置
の信頼性が向上する。 【００１８】更に酸化触媒コンバータを用いることによ
りパティキュレート除去率も向上する。 【００１９】 【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を添付
図面を参照しつつ説明する。 【００２０】図１〜図５は本発明の実施の形態の一例で
ある。 【００２１】図中、１は蓄圧式燃料噴射型ディーゼルエ
ンジン（以下、単にエンジンという）であり、該エンジ
ン１の上部にはエンジン１の燃焼室へ燃料を噴射するた
めの燃料噴射ノズル２及び燃料噴射ノズル２へ供給され
る燃料を制御するための電磁弁３が設けられている。 【００２２】所定位置に設置された燃料噴射ポンプ４と
燃料噴射ノズル２とは、中途部に燃料蓄圧室（コモンレ
ール）５を備えた燃料管６により接続されており、燃料
噴射ポンプ４により燃料蓄圧室５に蓄圧された燃料７は
電磁弁３の開操作により燃料管６を通って燃料噴射ノズ
ル２へ送給され、燃料噴射ノズル２からエンジン１の燃
焼室へ噴射されるようになっている。 【００２３】而して、燃料噴射ポンプ４、燃料管６、燃
料蓄圧室５、電磁弁３、燃料噴射ノズル２により蓄圧式
燃料噴射装置が構成されている。 【００２４】エンジン１から排出された排気８を送給す
るための排気通路９の中途部には、排気８の流れ方向上
流側から下流側へ向けて順次酸化触媒コンバータ１０及
びパティキュレート除去装置１１が設置されている。 【００２５】酸化触媒コンバータ１０に用いる触媒は白
金ＰｔやパラジウムＰｄをセラミックスに担持させたも
のであり、排気８中に含まれる炭化水素ＨＣは、酸化触
媒コンバータ１０の触媒の働きにより燃焼して排気８の
温度を上昇させるようになっている。 【００２６】図２、３に示すごとくパティキュレート除
去装置１１の円筒ケーシング１２内には、セラミックハ
ニカムフィルタ等のエレメントから成るパティキュレー
トフィルタ１３が内蔵されている。 【００２７】パティキュレートフィルタ１３は円筒状で
あり、その内部には、軸方向に向けて形成され且つ排気
入口側が開き排気出口側が閉塞された複数の排気導通孔
１３ａと、排気導通孔１３ａと平行な状態で交互に配置
され且つ排気入口側が閉塞され排気出口側が開いた複数
の排気導通孔１３ｂとを備え、排気８は、排気導通孔１
３ａと１３ｂを仕切る壁１３ｃを排気導通孔１３ａ側か
ら１３ｂ側へ通過し得るようになっている。 【００２８】排気通路９の酸化触媒コンバータ１０とパ
ティキュレート除去装置１１との間、及び排気通路９の
パティキュレート除去装置１１出口側には、夫々排気通
路９を流れる排気８の温度Ｔ１，Ｔ２を検出するために
温度検出器１４，１５が取付けられている。 【００２９】なお、温度検出器１４は酸化触媒コンバー
タ１０の入口側に取付け、温度検出器１５はパティキュ
レート除去装置１１の入口側に取付けても良い。 【００３０】温度検出器１４，１５により検出した排気
８の温度Ｔ１，Ｔ２及びエンジン１に設けられた回転角
度検出器１６により検出したクランク軸回転角度θは夫
々データとして燃料噴射時期判定装置１７へ与え得るよ
うになっている。 【００３１】燃料噴射時期判定装置１７からは、回転角
度検出器１６により検出したクランク軸回転角度θを基
に所定のタイミングでエンジンを駆動する主噴射のため
の弁開指令Ｖ１を出力し、電磁弁３へ与え得るようにな
っている。 【００３２】又、温度検出器１４で検出した酸化触媒コ
ンバータ１０出口側における排気８の温度Ｔ１が所定の
温度範囲にある場合には、燃料噴射時期判定装置１７か
らは、回転角度検出器１６により検出したクランク軸回
転角度θを基に所定のタイミングで二次噴射のための弁
開指令Ｖ２を出力して電磁弁３へ与え得るようになって
いる。 【００３３】次に本発明の実施の形態の作用を説明す
る。 【００３４】エンジン運転時には、回転角度検出器１６
で検出したクランク軸回転角度θ及び温度検出器１４，
１５で検出した排気８の温度Ｔ１，Ｔ２が燃料噴射時期
判定装置１７に与えられる。 【００３５】而して、燃料噴射時期判定装置１７から
は、エンジン１のピストンが上死点の前後に位置する場
合に所定のタイミングで弁開指令Ｖ１が出力されて電磁
弁３へ与えられ（図４参照）、電磁弁３が所定の時間、
開操作される。 【００３６】このため、燃料噴射ポンプ４により送給さ
れて燃料蓄圧室５内に蓄圧された燃料７は、燃料管６、
電磁弁３を通って燃料噴射ノズル２へ送給され、燃料噴
射ノズル２からエンジン１の燃焼室内へ噴射され（主噴
射）、爆発的に燃焼することにより所定のサイクルを経
てエンジン１の運転が行われる。 【００３７】又、エンジン１から排出された排気８中の
パティキュレートは、パティキュレート除去装置１１に
おいて、排気８がパティキュレートフィルタ１３の排気
導通孔１３ａから多孔性の壁１３ｃを通り排気導通孔１
３ｂへ抜ける際に壁１３ｃに捕捉され、パティキュレー
トの除去された排気８は清浄ガスとして排出される。 【００３８】温度検出器１４で検出した酸化触媒コンバ
ータ１０出口側の排気８の温度Ｔ１が所定の温度範囲に
ある場合には、回転角度検出器１６からのクランク軸回
転角度θに基づきエンジン１の膨張、排気工程において
タイミングを見て燃料噴射時期判定装置１７から弁開指
令Ｖ２が出力され、電磁弁３へ与えられ（図４参照）、
所定の時間、開操作される。 【００３９】弁開指令Ｖ２が出力される際のクランク軸
回転角度θは約１２０°であり、電磁弁３が開いている
のはクランク軸が５〜１０°回転する間である。 【００４０】電磁弁３が開操作されると、燃料蓄圧室５
内に蓄圧されている燃料７は、燃料噴射ノズル２からエ
ンジン１の燃焼室内へ噴射され（二次噴射）、噴射され
た燃料７は排気８に同伴されて排気通路９へ排出され、
排気８と共に酸化触媒コンバータ１０へ導入される。 【００４１】而して、排気８中の燃料７に含まれている
炭化水素ＨＣは、酸化触媒コンバータ１０において［化
１］の反応式に従って燃焼し、排気８の温度が上昇す
る。 【００４２】 【化１】４ＨＣ＋５Ｏ2→２Ｈ2Ｏ＋４ＣＯ2 【００４３】酸化触媒コンバータ１０において炭化水素
ＨＣが燃焼して高温となった排気８はパティキュレート
除去装置１１へ送給されてパティキュレートフィルタ１
３の排気導通孔１３ａへ導入され、多孔性の壁１３ｃを
通って排気導通孔１３ｂへ抜け、パティキュレート除去
装置１１から排気通路９へ排出される。 【００４４】パティキュレートフィルタ１３の壁１３ｃ
に捕捉されているパティキュレートは主として炭素であ
るため、パティキュレートは［化２］の反応式に従って
燃焼して炭酸ガスとなり、排気８に同伴されて排出され
る。 【００４５】 【化２】Ｃ＋Ｏ2→ＣＯ2 【００４６】このようにパティキュレートが炭酸ガスに
なる結果、パティキュレートフィルタ１３に捕捉されて
いたパティキュレートは除去され、パティキュレートフ
ィルタ１３が再生される。 【００４７】次に、パティキュレートフィルタ１３から
パティキュレートを除去する場合のステップを図５によ
り説明する。 【００４８】温度検出器１４で検出した酸化触媒コンバ
ータ１０出口側の排気８の温度Ｔ１が２００℃よりも高
く５００℃よりも低い場合（ステップＳ１）には、燃料
噴射ノズル２から規定量の燃料７を二次噴射し（ステッ
プＳ２）、又同時に燃料噴射時期判定装置１７に内蔵さ
れているタイマＩが時間のカウントを開始する（ステッ
プＳ３）。 【００４９】なお、酸化触媒コンバータ１０の排気８の
温度Ｔ１が２００℃よりも高く５００℃よりも低いこと
を条件としたのは、排気８の温度Ｔ１が２００℃よりも
低いと酸化触媒コンバータ１０で燃焼が生じず、又５０
０℃よりも高いと炭化水素ＨＣを供給しなくてもパティ
キュレート除去装置１１でパティキュレートの燃焼、除
去が行われるためである。 【００５０】而して、ステップＳ１において２００℃＜
Ｔ１＜５００℃の条件が満たされている場合には、エン
ジン１のクランク軸が１回転する度に電磁弁３から燃料
７の二次噴射が行われる。 【００５１】又、タイマＩが時間のカウントを開始して
１５分経過する以前（Ｉ＜１５分）（ステップＳ４）に
おいて、温度検出器１４で検出した酸化触媒コンバータ
１０出口側の排気８の温度Ｔ１が９００℃より高い場
合、或いは温度検出器１５で検出したパティキュレート
除去装置１１出口側の排気８の温度Ｔ２が７００℃より
も高い場合（ステップＳ５）には、二次噴射は停止され
る（ステップＳ６）。 【００５２】本発明の実施の形態によれば、簡単な装置
システムでパティキュレートを除去することができるた
め、装置全体が小型化されて設備コスト、運転コストを
低減することが可能となり、又パティキュレートフィル
タの再生時にラインを切換える必要がないため制御が簡
単となって装置の信頼性が向上する。 【００５３】更に、酸化触媒コンバータ１０を設置しな
い場合にはパティキュレート除去率は８０％程度である
が、本実施の形態例のごとく酸化触媒コンバータ１０を
設置するとパティキュレート除去率は９０％程度に向上
する。 【００５４】図６〜８は本発明の実施の形態の他の例を
示し、本実施の形態例では、燃料噴射ノズル２からエン
ジン１へ炭化水素ＨＣとして燃料７を噴射するか否かの
判断を、温度検出器１４で検出した排気８の温度Ｔ１と
回転角度検出器１６で検出したクランク軸回転角度θの
他に、圧力検出器１８で検出した酸化触媒コンバータ１
０入口側における排気８の圧力Ｐ、回転数検出器１９で
検出したエンジン回転数Ｒ、負荷検出器２０で検出し
た、アクセルペダル２１の踏込み量に比例する負荷Ｌを
も考慮して行うようにした例である。 【００５５】而して、本実施の形態例においては、圧力
検出器１８で検出した排気８の圧力Ｐ、回転数検出器１
９で検出したエンジン回転数Ｒ、負荷検出器２０で検出
した負荷Ｌも燃料噴射時期判定装置１７へ与え得るよう
になっている。 【００５６】なお、図６中、図１に示すものと同一のも
のについては同一の符号を付し、詳しい説明は省略す
る。 【００５７】次に、本実施の形態例の作用について説明
する。 【００５８】エンジン１の運転時には、回転数検出器１
９で検出したエンジン回転数Ｒ、回転角度検出器１６で
検出したクランク軸回転角度θ、負荷検出器２０で検出
した負荷Ｌ、温度検出器１４，１５で検出した排気８の
温度Ｔ１，Ｔ２、圧力検出器１８で検出した排気８の圧
力Ｐは、夫々燃料噴射時期判定装置１７へ与えられ、例
えば図７に示すマップを基として炭化水素ＨＣとしての
燃料７を噴射すべきか否か判断される。 【００５９】すなわち、検出された排気８の圧力Ｐが、
図７に示すごときエンジン回転数Ｒと負荷Ｌとにより定
まる直線Ｉ，・・・，Ｖよりも上方に位置する場合で且
つ温度Ｔ１が所定の範囲にある場合には、燃料噴射時期
判定装置１７では、二次噴射が必要と判断される。 【００６０】而して、この場合には、燃料噴射時期判定
装置１７からは、上述の実施の形態の場合と同様、エン
ジン１のピストンが上死点の前後に位置する場合に所定
のタイミングで主噴射のための弁開指令Ｖ１が出力され
て電磁弁３へ与えられ、又、エンジン１の膨張、排気工
程において所定のタイミングで二次噴射のための弁開指
令Ｖ２が出力されて電磁弁３へ与えられる（図４参
照）。 【００６１】このため、電磁弁３が開くことにより、燃
料７は、エンジン１内へ主噴射及び二次噴射により供給
され、エンジン１の運転が行われると共に、酸化触媒コ
ンバータ１０で燃料７中の炭化水素ＨＣが酸化、燃焼す
ることにより得られた熱でパティキュレート除去装置１
１においてパティキュレートが燃焼され、除去される。 【００６２】パティキュレートフィルタ１３からパティ
キュレートを除去する場合のステップを示すと図８のよ
うになるが、この場合には、二次噴射を行うか否かの判
断の仕方が前記実施の形態例に示す図５の場合と異なる
だけであるので、詳細な説明は省略する。 【００６３】而して、この実施の形態例においても前記
実施の形態例と同様の作用効果を奏することができる。 【００６４】なお、本発明は上述の実施の形態に限定さ
れるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で
種々変更を加え得ることは勿論である。 【００６５】 【発明の効果】本発明のパティキュレート除去装置によ
れば、 Ｉ）装置全体が小型化されて設備コスト、運転コストの
低減を行うことができる、 ＩＩ）再生時の制御が容易となるため装置の信頼性が向
上する、 ＩＩＩ）パティキュレート除去率が向上する、 等、種々の優れた効果を奏し得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のパティキュレート除去装置の実施の形
態の一例を示す概要図である。 【図２】図１の装置に用いるパティキュレート除去装置
の断面図である。 【図３】図２のＩＩＩ−ＩＩＩ方向矢視図である。 【図４】クランク軸回転角度と電磁弁を開くための弁開
指令との関係を示すグラフである。 【図５】図１の装置においてパティキュレートフィルタ
の再生を行う場合の操作手順を示すフローチャートであ
る。 【図６】本発明のパティキュレート除去装置の実施の形
態の他の例を示す概要図である。 【図７】本発明の実施の形態例におけるエンジン回転数
と排気の圧力との関係を負荷ごとに分けて示すグラフで
ある。 【図８】図６に示す装置においてパティキュレートフィ
ルタの再生を行う場合の操作手順を示すフローチャート
である。 【図９】従来のパティキュレート除去装置の一例を示す
概要図である。 【符号の説明】 １ 蓄圧式燃料噴射型ディーゼルエンジン（エンジ
ン） ７ 燃料 ８ 排気 ９ 排気通路 １０ 酸化触媒コンバータ（触媒コンバータ） １１ パティキュレート除去装置 １３ パティキュレートフィルタ １４ 温度検出器（センサ） Ｔ１ 温度（排気温度） ＨＣ 炭化水素
態の一例を示す概要図である。 【図２】図１の装置に用いるパティキュレート除去装置
の断面図である。 【図３】図２のＩＩＩ−ＩＩＩ方向矢視図である。 【図４】クランク軸回転角度と電磁弁を開くための弁開
指令との関係を示すグラフである。 【図５】図１の装置においてパティキュレートフィルタ
の再生を行う場合の操作手順を示すフローチャートであ
る。 【図６】本発明のパティキュレート除去装置の実施の形
態の他の例を示す概要図である。 【図７】本発明の実施の形態例におけるエンジン回転数
と排気の圧力との関係を負荷ごとに分けて示すグラフで
ある。 【図８】図６に示す装置においてパティキュレートフィ
ルタの再生を行う場合の操作手順を示すフローチャート
である。 【図９】従来のパティキュレート除去装置の一例を示す
概要図である。 【符号の説明】 １ 蓄圧式燃料噴射型ディーゼルエンジン（エンジ
ン） ７ 燃料 ８ 排気 ９ 排気通路 １０ 酸化触媒コンバータ（触媒コンバータ） １１ パティキュレート除去装置 １３ パティキュレートフィルタ １４ 温度検出器（センサ） Ｔ１ 温度（排気温度） ＨＣ 炭化水素
フロントページの続き
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
F01N 3/02
F01N 3/24
F02D 41/04
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】 蓄圧式燃料噴射装置を備えたエンジンの
排気通路に、排気の流れ方向上流側から下流側へ向けて
順次、排気中の炭化水素を酸化、燃焼させる触媒コンバ
ータと排気中のパティキュレートを捕捉するためのパテ
ィキュレートフィルタを備えたパティキュレート除去装
置とを設置すると共に、エンジンからの排気の排気温度
を検出するセンサからの信号により、排気温度が所定の
温度範囲にあるときに、前記蓄圧式燃料噴射装置から主
噴射とは別個に遅いタイミングで燃料を二次噴射するこ
とにより前記触媒コンバータに炭化水素を供給し、触媒
コンバータで発生する熱によってパティキュレートフィ
ルタに捕捉されたパティキュレートを焼却、除去し得る
よう構成すると共に、燃料を二次噴射した場合には、同
時に時間のカウントを開始し、カウント開始後所定時間
の経過前にセンサで検出した排気温度が所定温度よりも
高くなった場合には、前記二次噴射を停止し得るよう構
成したことを特徴とするパティキュレート除去装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26373597A JP3390641B2 (ja) | 1997-09-29 | 1997-09-29 | パティキュレート除去装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26373597A JP3390641B2 (ja) | 1997-09-29 | 1997-09-29 | パティキュレート除去装置 |
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Family
ID=17393571
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP26373597A Expired - Fee Related JP3390641B2 (ja) | 1997-09-29 | 1997-09-29 | パティキュレート除去装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
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-
1997
- 1997-09-29 JP JP26373597A patent/JP3390641B2/ja not_active Expired - Fee Related
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