JP3713923B2 - ディーゼルパティキュレートフィルタの再生装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は，ディーゼルエンジンから排出される排気ガスに含まれる排気微粒子即ちパティキュレートをフィルタで捕集し，捕集されたパティキュレートを加熱焼却してフィルタを再生するディーゼルパティキュレートフィルタの再生装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来，ディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）として，ディーゼルエンジンから排出される排気ガスに含まれる排気微粒子即ちパティキュレートを捕集するため，排気ガス通路に一対のフィルタを並列に配置し，一方のフィルタでパティキュレートを捕集し，捕集したパティキュレートが所定量以上になると，排気ガスの流れを切り換えて他方のフィルタで排気ガス中に含まれるパティキュレートを捕集すると共に，一方のフィルタに捕集されたパティキュレートを加熱焼却して該一方のフィルタを再生するものが知られている（例えば，特開平７−２７９６４６号公報，特開平８−３１２３２９号公報参照）。
【０００３】
ディーゼルパティキュレートフィルタの再生装置は，例えば，図７に示すようなものが考えられる。該ディーゼルパティキュレートフィルタの再生装置は，ディーゼルエンジンの排気マニホールドに連通した排気管１０，該排気管１０から分岐する一対の排気ガス通路（分岐管１１，１２），それぞれの排気ガス通路１１，１２に取り付けられ，排気ガスに含まれるパティキュレートを捕集するフィルタ５，９，排気ガスを排気ガス通路１１，１２の両方又は一方に流すように作動する切換弁４，切換弁４とフィルタ５，９との間で両排気ガス通路１１，１２同士を連通する連通管２３，及び再生時にのみ開く開閉弁２４と排気ガスの流量を制御する流量制御弁２５とからなる連通管２３に設けられた再生用制御弁２６を有するものである。
【０００４】
図７に破線で示す位置に切換弁４を切り換えて，一方の排気ガス通路１１に排気ガスを導入し，他方の排気ガス通路１２への排気ガスの流入を遮断すると，排気ガスに含まれるパティキュレートは一方の排気ガス通路１１に設けられたフィルタ５で捕集される。フィルタ５の圧力損失が所定の大きさよりも大きくなると，コントローラ７は，目詰まり判定用圧力センサ（図示せず）からの出力を受けてフィルタ５が目詰まりを起こしていると判断し，アクチュエータ１７に信号を送り，これにより，切換弁４は図７において実線で示す位置に切り換わる。即ち，他方の排気ガス通路１２へ排気ガスを導入し，一方の排気ガス通路１１への排気ガスの流入を遮断する。フィルタ５の内部に設けられた電気ヒータ（図示せず）が電極端子２０を通じて通電される。電気ヒータの通電時間が所定の時間になり，電気ヒータの温度がパティキュレートの燃焼可能な温度以上に達すると，開閉弁２４が開いて連通管２３の通路を開放し，他方の排気ガス通路１２から連通管２３を通して排気ガスをフィルタ５に導く。排気ガスは酸素を含んでいるので，排気ガスがフィルタ５に導入されると，フィルタ５に捕集されたパティキュレートは加熱焼却される。
【０００５】
他方の排気ガス通路１２のフィルタ９が目詰まりを起こすと，切換弁４が切り換わり，排気ガスは一方の排気ガス通路１１へ導入され，他方の排気ガス通路１２への排気ガスの流入は遮断されるとともに，フィルタ９の内部に設けられた電気ヒータ（図示せず）が電極端子２０を通じて通電される。電気ヒータの通電時間が所定の時間になり，電気ヒータの温度がパティキュレートの燃焼可能な温度以上に達すると，開閉弁２４が開いて連通管２３の通路が開放され，排気ガスが一方の排気ガス通路１１から連通管２３を通してフィルタ９へ導入される。その結果，フィルタ９に捕集されたパティキュレートは加熱焼却される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで，上記のようなディーゼルパティキュレートフィルタの再生装置では，並列に配置されたフィルタに対して排気ガスの流れを切換弁で切り換え，いずれか一方のフィルタで排気ガス中に含まれるパティキュレートを捕集している間に，他方のフィルタ即ち再生側フィルタに捕集されたパティキュレートを加熱焼却して再生側フィルタを再生する。その際，再生側フィルタに捕集されたパティキュレートを焼却するために，排気ガスが連通管を介して再生側フィルタへ導入される。それ故に，連通管に配置されている再生用制御弁特に流量制御弁に，排気ガス中のパティキュレートが付着して堆積し，開口面積が減少するという問題が生じる。即ち，流量制御弁の開口面積が減少することによって再生側フィルタに供給される排気ガスの量が減少し，これにより，フィルタの再生が十分に行われず，再生不良が生じ，フィルタの捕集時間が短くなるという問題が発生する。それ故，この種の再生装置については，再生用制御弁，特に流量制御弁に付着したパティキュレートを如何にして除去するかが課題となっている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この発明の目的は，上記の課題を解決することであり，分岐管を連通する連通管に設けた再生用制御弁に付着したパティキュレートを高圧エアで吹き飛ばして除去することにより，再生用制御弁の開口面積の減少を防止し，再生側フィルタに供給する排気ガス量の減少を防止し，フィルタの再生をスムースに且つ確実に再生し，フィルタの捕集時間の長期化を図ったディーゼルパティキュレートフィルタの再生装置を提供することである。
【０００８】
この発明は，ディーゼルエンジンの排気管から分岐する一対の分岐管，前記分岐管にそれぞれ設けられた排気ガスに含まれるパティキュレートを捕集するフィルタ，前記フィルタに捕集されたパティキュレートを加熱焼却するため前記フィルタにそれぞれ設けられた加熱装置，前記分岐管のいずれか一方に前記排気管から排気ガスを流すため切り換えられる前記排気管に設けられた切換弁，前記切換弁と前記フィルタとの間の前記分岐管を連通し且つ再生側の前記フィルタに再生用排気ガスを供給する連通管，前記連通管に設けられた前記フィルタの再生のための排気ガス流量を制御する再生用制御弁，及び前記再生用制御弁へ予め設定された所定の時間間隔で前記制御弁に高圧エアを供給するエア配管に設けられたエア供給制御弁から構成され，前記高圧エアの供給は前記フィルタの再生中には行わないことから成るディーゼルパティキュレートフィルタの再生装置に関する。
【０００９】
このディーゼルパティキュレートフィルタの再生装置において，前記高圧エアは，前記連通管に設けられた吐出口，前記再生用制御弁内に設けられた吐出口及び／又は前記制御弁のハウジングに設けられた吐出口から供給されることから成るものである。
【００１０】
この発明によるディーゼルパティキュレートフィルタの再生装置は，上記のように構成したので，切換弁を切り換えて，例えば排気管から排気ガスを一方の分岐管及びフィルタに導入すれば，排気ガスに含まれるパティキュレートはフィルタで捕集され，フィルタが捕集側フィルタとして機能する。一方のフィルタがパティキュレートで目詰まりを起こすと，切換弁が切り換えられて，排気ガスは排気管から他方の分岐管及びフィルタへと導入され，該フィルタが捕集側フィルタとして機能するようになる。目詰まりを起こしている一方のフィルタ即ち再生側フィルタは，加熱装置で加熱され，加熱装置の温度がパティキュレートの燃焼可能な温度以上に達すると，再生用制御弁が開いて連通管の通路が開放され，排気ガスは他方の分岐管から連通管を通して一方のフィルタへ導入される。排気ガスは酸素を含んでいるので，排気ガスが導入されると，再生用のフィルタに捕集されたパティキュレートはすぐに加熱焼却されて再生される。
【００１１】
他方のフィルタを捕集側フィルタとして機能させていると，やがて今度は他方のフィルタが目詰まりを起こすので，自動的に切換弁が切り換わって再び一方のフィルタが捕集側フィルタとなる。そして，目詰まりを起こした他方のフィルタが今度は上記と同様にして再生される。このようにして，両フィルタは，交互に捕集側フィルタとしての機能を果たし，その間に他方のフィルタが再生側フィルタとなって再生される。
【００１２】
この再生装置は，再生時に再生用制御弁を開くことによって，排気ガスを再生側フィルタへ導入できるように構成されたものであるから，排気ガスに含まれるパティキュレートが再生用制御弁特に流量制御弁に付着することは避けられないが，車両側の高圧エアが所定の時間間隔で流量制御弁に向けて供給されるので，流量制御弁に付着したパティキュレートは高圧エアによって吹き飛ばされ，除去される。このため，流量制御弁の開口面積の減少を防止することができ，再生側フィルタに供給される排気ガス量の減少が防止されるので，フィルタに捕集されたパティキュレートを十分に加熱焼却することができ，フィルタの捕集時間の長期化を図ることができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下，図面を参照して，この発明によるディーゼルパティキュレートフィルタの再生装置の実施例を説明する。図１はこの発明によるディーゼルパティキュレートフィルタの再生装置の一実施例を示す概略説明図，図２は図１の再生装置における再生用制御弁の構造を示す断面図，図３は図２のＡ−Ａ断面図，及び図４は図１に組み込まれるフィルタの構造の一例を示す説明図である。
【００１４】
このディーゼルパティキュレートフィルタの再生装置は，ディーゼルエンジン１の排気マニホルド１５に接続された排気管１０から分岐した一対の排気ガス通路（分岐管１１，１２）の途中にそれぞれフィルタ５，９が並列に配設されている。ディーゼルエンジン１は，ＥＧＲ装置を備えている。ＥＧＲ通路２１は，排気マニホルド１５と吸気マニホルド１４に接続された吸気管１３とを接続する。ＥＧＲ通路２１には，ＥＧＲ弁２が設置されている。ＥＧＲ弁２の開閉作動は，エンジンコントローラ８の指令で制御される。ディーゼルエンジン１のエンジン回転，負荷等の運転状態は，エンジンコントローラ８に入力される。エンジンコントローラ８は，ディーゼルエンジン１の運転状態及びディーゼルパティキュレートフィルタ用コントローラ７の情報を受けてＥＧＲ弁２の開閉を制御し，排気ガスの一部を吸気管１３へ送り込む制御を行なう。
【００１５】
このディーゼルパティキュレートフィルタの再生装置は，フィルタ５，９を交互に通過する排気ガスに含まれるカーボン，煤，ＨＣ等のパティキュレートを捕集し，フィルタ５，９に捕集されたパティキュレートを加熱装置（電気ヒータ２２）を作動して加熱焼却し，フィルタ５，９を再生する。フィルタ５，９は，図４に示すように，排気ガス通路１１，１２に配設されたハウジング１８内に組み込まれたセラミックス不織布から作製された円筒状及び／又はプリーツ状の筒状フィルタ１６と，筒状フィルタ１６の表面に配置された金網等から成る加熱装置２２から構成されている。筒状フィルタ１６の両端には封止プレート１９，１９が取り付けられ，加熱装置２２は筒状フィルタ１６の外周に配置され，排気ガスは図４に矢印で示すように筒状フィルタ１６の外側から内側へ向かって流れる。筒状フィルタ１６を構成する材料は，上記のように，耐熱性で耐酸化性に富んだＳｉＣ，Ａｌ2 Ｏ3 等から成るセラミックス不織布を使用できるが，セラミックス不織布の均等物として，セラミックス繊維，セラミックス織布，セラミックスフェルト等の繊維材料を使用することができる。
【００１６】
このディーゼルパティキュレートフィルタの再生装置では，加熱装置２２は筒状フィルタ１６の排気ガス流れの上流側に位置し，周方向に通電可能に構成することができる。加熱装置２２には，通電のため周方向の両端に電極端子２０が設けられている。加熱装置２２を構成する通電金網は，筒状フィルタ１６の排気ガス流れの上流側に位置し，軸方向全領域において均一なピッチ即ちメッシュ数に構成したものが使用される。加熱装置２２は，コントローラ７からの指令によって作動される。
【００１７】
このディーゼルパティキュレートフィルタの再生装置では，フィルタ５，９の上流側の排気管１０に排気ガス圧を検出するための入口圧力センサ３が設けられ，また，フィルタ５，９の下流側の排気管１０に排気ガス圧を検出するための出口圧力センサ６が設けられている。入口圧力センサ３及び出口圧力センサ６による排気ガス圧の検出値はコントローラ７に入力される。排気管１０から一対の排気ガス通路１１，１２に分岐する分岐点には，コントローラ７の指令で電磁式又は油圧式のアクチュエータ１７によって作動される切換弁４が配設されている。切換弁４は，アクチュエータ１７によって排気ガスをいずれか一方或いは両方の排気ガス通路１１，１２に流すように作動される。コントローラ７は，入口圧力センサ３及び出口圧力センサ６からの排気ガス圧の検出信号を受けて切換弁４の切り換え作動を行なうと共に，再生するフィルタ５又は９の加熱装置２２を作動する。
【００１８】
切換弁４とフィルタ５，９との間で，排気ガス通路１１と排気ガス通路１２は連通管２３によって連通されている。連通管２３には開閉弁２４と流量制御弁２５とからなる再生用制御弁２６が介装されている。開閉弁２４は通常は閉じており，再生側フィルタ５又は９の加熱装置２２を作動させている再生時にのみ短時間だけ開くものである。また，流量制御弁２５は連通管２３内を通過する排気ガスの流量を絞り，再生側フィルタ５又は９が過度に温度上昇するのを防止するために設けられたものである。なお，排気管１０から分岐する導管２８は再生用アクチュエータ２９に接続されている。
【００１９】
再生用アクチュエータ２９は，排気管１０の圧力に応じて流量制御弁２５の開度を調節するためのものである。即ち，再生用アクチュエータ２９は，排気管１０の圧力が低いときには流量制御弁２５の開度を絞り，排気管１０の圧力が高いときには流量制御弁２５の開度を大きくして，連通管２３を通じて排気ガス通路１１からフィルタ９へ，あるいは排気ガス通路１２からフィルタ５へ導入される排気ガスの流量が常に一定になるように調節するためのものである。
【００２０】
流量制御弁２５は，図２及び図３に示すように，円筒状の弁体３０の上下に枢支軸３１を有するとともに，弁体３０の中央部には枢支軸３１に直交する方向に貫通孔３２が形成されたものであり，弁体３０は枢支軸３１によってハウジング２７に対して回動可能に枢支されたものである。連通管２３の軸線と貫通孔３２の軸線とのなす角度の大きさに応じて，連通管２３を流れる排気ガスの流量が調節される。
【００２１】
再生用制御弁２６のハウジング２７には，車両側エア供給源，例えば，車両ブレーキ用の圧力制御装置の排気口から高圧エアを導くためのエア配管３３がエア供給制御弁の電磁弁３４を介して接続されている。エア配管３３は末端で複数に分岐し，そのうちの一本の分岐管３５は枢支軸３１に接続されている。枢支軸３１には高圧エアを導く通路３６が形成され，通路３６先端の吐出口３８は弁体３０の貫通孔３２に開口している。このため，流量制御弁２５の貫通孔３２内に付着したパティキュレートを高圧エアの噴射によって吹き飛ばすことができる。また，エア配管３３の別の分岐管３７は再生用制御弁２６のハウジング２７の側面に接続されており，高圧エアはハウジング２７に形成された吐出口４０から流量制御弁２５の弁体３０の外周面に向けて噴射され，弁体３０の開閉弁２４側の外周面に付着したパティキュレートは高圧エアによって吹き飛ばされる。エア配管３３のさらに別の分岐管３９は，弁体３０の反対側の外周面（開閉弁２４とは反対側の弁体の外周面）に向けて高圧エアを噴射できるように吐出口４１が形成されている。電磁弁３４を開いたときに，エア配管３３の各分岐管３５，３７，３９から高圧エアが同時に流量制御弁２５に向けて噴射され，流量制御弁２５の清掃が行われる。なお，高圧エアは必ずしも各分岐管３５，３７，３９の吐出口３８，４０，４１から同時に噴射させる必要はなく，少なくとも一つの分岐管の吐出口から噴射させるようにしてもよい。例えば吐出口３８，４０，４１から順番に噴射できるように構成してもよいし，あるいは二つの吐出口３８，４１から同時に噴射させ，次に残りの噴出口４０から噴射させ，これを交互に繰り返すようにしてもよい。
【００２２】
このディーゼルパティキュレートフィルタの再生装置は，上記のように構成されているので，次のように作動する。ディーゼルエンジン１の運転によって，例えば，まず切換弁４は排気ガス通路１１を開放し，排気ガス通路１２を閉鎖する。ディーゼルエンジン１からの排気ガスは排気マニホルド１５から排気管１０を通って排気ガス通路１１に流れ込み，フィルタ５によって排気ガス中に含まれるパティキュレートが捕集される。圧力センサ３，６からの排気ガス圧力の信号はコントローラ７に入力され，コントローラ７はフィルタ５の上流側と下流側との排気ガス圧力の圧力比を演算する。フィルタ５が目詰まりを起こすと，即ちフィルタ５に堆積されたパティキュレートが所定量に達すると，フィルタ５の上流側と下流側との排気ガス圧力の圧力比が所定値に達する。該圧力比が所定値に達したとき，コントローラ７の指令によってアクチュエータ１７が作動して切換弁４が切り換えられ，ディーゼルエンジン１からの排気ガスは排気マニホルド１５から排気管１０を通って排気ガス通路１２に流れ込むようになる。
【００２３】
排気ガスが排気ガス通路１２に流れ込んでいる間は，排気ガス通路１１には排気ガスの流入が遮断されているので，その間に排気ガス通路１１のフィルタ５の再生が行われる。即ち，フィルタ５の加熱装置２２が通電され，加熱装置２２の通電時間が所定の時間になり，加熱装置２２の温度がパティキュレートの燃焼可能な温度以上に達すると，開閉弁２４が開いて連通管２３の通路を開放し，排気ガスが排気ガス通路１２から連通管２３を介してフィルタ５に導かれる。排気ガスは酸素を含んでいるので，排気ガスが導入されると，フィルタ５に捕集されたパティキュレートは加熱焼却され，フィルタ５は再生される。
【００２４】
排気ガスの排気ガス通路１２及びフィルタ９への流入が続くと，やがてフィルタ９が目詰まりを起こす。即ちフィルタ９に堆積されたパティキュレートが所定量に達し，フィルタ９の上流側と下流側との排気ガス圧力の圧力比が所定値に達する。圧力比が所定値に達したとき，コントローラ７の指令によってアクチュエータ１７が作動して切換弁４が切り換えられ，ディーゼルエンジン１からの排気ガスは排気マニホルド１５から排気管１０を通って再び排気ガス通路１１に流れ込むようになる。
【００２５】
排気ガスが排気ガス通路１１に流れ込んでいる間は，排気ガス通路１２には排気ガスの流入が遮断されているので，その間に排気ガス通路１２のフィルタ９の再生が行われる。即ち，フィルタ９の加熱装置２２が通電され，加熱装置２２の通電時間が所定の時間になり，加熱装置２２の温度がパティキュレートの燃焼可能な温度以上に達すると，開閉弁２４が開いて連通管２３の通路を開放し，排気ガスが排気ガス通路１１から連通管２３を介してフィルタ９に導かれる。そして，排気ガスが導入されると，フィルタ９に捕集されたパティキュレートは加熱焼却され，フィルタ９は再生される。
【００２６】
再生時には，開閉弁２４が開いて排気ガス通路１１又は１２から排気ガスが連通管２３に流れ込むので，流量制御弁２５に排気ガスに含まれるパティキュレートが付着する。その付着したパティキュレートは高圧エアによって吹き飛ばされて除去される。ここで，流量制御弁２５に付着したパティキュレートを除去する時の処理手順について，図５のフローチャートを参照して説明する。まず最初にタイマをリセットし（ステップＳ１），時間ｔの計測を開始する（ステップＳ２）。タイマは時間ｔが３０分経過するまではステップＳ２に戻って時間ｔの計測を続け，３０分を経過すると信号をコントローラ７へ送信する（ステップＳ３）。コントローラ７はタイマからの信号を受けて，ディーゼルパティキュレートフィルタのヒータリレー信号を測定する（ステップＳ４）。ヒータリレー信号が入力されているときは，加熱装置２２がＯＮのときであるから，加熱装置２２がＯＦＦになるまで待機する（ステップＳ５）。加熱装置２２がＯＦＦになったときに電磁弁３４を開き，高圧エアを供給する（ステップＳ６）。即ち，フィルタ５，９の再生中でないときに，高圧エアを流量制御弁２５へ供給する。そのとき，０．５秒間，高圧エアが流量制御弁２５に向けて噴射され，流量制御弁２５に付着したパティキュレートは高圧エアによって吹き飛ばされて，フィルタ５，９に捕集される。このようにして，流量制御弁２５は３０分に一回の間隔で清掃される。なお，車両側のエア供給源として，プレッシャーレギュレーターの排気側に接続した場合には，レギュレーター開放時の騒音を低減することができるという副次的な効果も得られる。
【００２７】
上記のとおり，この発明によるディーゼルパティキュレートフィルタの再生装置は流量制御弁２５に付着したパティキュレートを高圧エアによって除去することができるように構成されているので，再生側のフィルタ５又は９に十分な量の排気ガスを供給することができ，フィルタ５，９に付着したパティキュレートを十分に加熱焼却することができる。このため，フィルタ５，９は十分に再生されるので，フィルタ５，９の捕集時間が従来のものに比べて増加するという効果が得られる。この効果について示したものが図６である。図６はフィルタの経時劣化を示すグラフで，この発明の再生装置と従来の再生装置とを比較したものである。つまり，図６はフィルタの経時劣化について，この発明の再生装置を作動させた場合と作動させなかった場合とを比較したものである。この図６からも分かるように，この発明の再生装置を作動させなかった場合には，走行距離が長くなるに従って，一回の再生で走行できる距離が徐々に低下してくるのに対して，この発明の再生装置を作動させた場合には，走行距離が長くなっても，一回の再生で走行できる距離はあまり変化せず，フィルタの経時劣化が非常に小さいという優れた効果が得られることがわかる。
【００２８】
【発明の効果】
この発明によるディーゼルパティキュレートフィルタの再生装置は，上記のように，再生用制御弁特に流量制御弁に付着したパティキュレートを高圧エアで吹き飛ばして除去するように構成したので，流量制御弁の開口面積の減少を防止することができる。このため，時間の経過に伴って再生側フィルタに供給される排気ガス量が減少するという問題が解決されるので，フィルタに捕集されたパティキュレートを十分に加熱焼却することができ，フィルタの捕集時間の長期化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明によるディーゼルパティキュレートフィルタの再生装置の一実施例を示す概略説明図である。
【図２】図１の再生装置における再生用制御弁の構造を示す断面図である。
【図３】図２のＡ−Ａ断面図である。
【図４】図１の再生装置におけるフィルタの構造を示す説明図である。
【図５】この発明によるディーゼルパティキュレートフィルタの再生装置の再生用制御弁に付着したパティキュレートを除去する時の処理手順を示すフローチャートである。
【図６】この発明による再生装置を作動させた場合と作動させなかった場合についてフィルタの経時劣化を比較したグラフである。
【図７】従来のディーゼルパティキュレートフィルタの再生装置の一例を示す概略説明図である。
【符号の説明】
１ ディーゼルエンジン
４ 切換弁
５，９ フィルタ
７ コントローラ
１０ 排気管
１１，１２ 排気ガス通路（分岐管）
２２ 加熱装置
２３ 連通管
２４ 開閉弁（再生用制御弁）
２５ 流量制御弁（再生用制御弁）
２７ ハウジング
３４ 電磁弁（エア供給制御弁）
３８，４０，４１ 吐出口
【発明の属する技術分野】
この発明は，ディーゼルエンジンから排出される排気ガスに含まれる排気微粒子即ちパティキュレートをフィルタで捕集し，捕集されたパティキュレートを加熱焼却してフィルタを再生するディーゼルパティキュレートフィルタの再生装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来，ディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）として，ディーゼルエンジンから排出される排気ガスに含まれる排気微粒子即ちパティキュレートを捕集するため，排気ガス通路に一対のフィルタを並列に配置し，一方のフィルタでパティキュレートを捕集し，捕集したパティキュレートが所定量以上になると，排気ガスの流れを切り換えて他方のフィルタで排気ガス中に含まれるパティキュレートを捕集すると共に，一方のフィルタに捕集されたパティキュレートを加熱焼却して該一方のフィルタを再生するものが知られている（例えば，特開平７−２７９６４６号公報，特開平８−３１２３２９号公報参照）。
【０００３】
ディーゼルパティキュレートフィルタの再生装置は，例えば，図７に示すようなものが考えられる。該ディーゼルパティキュレートフィルタの再生装置は，ディーゼルエンジンの排気マニホールドに連通した排気管１０，該排気管１０から分岐する一対の排気ガス通路（分岐管１１，１２），それぞれの排気ガス通路１１，１２に取り付けられ，排気ガスに含まれるパティキュレートを捕集するフィルタ５，９，排気ガスを排気ガス通路１１，１２の両方又は一方に流すように作動する切換弁４，切換弁４とフィルタ５，９との間で両排気ガス通路１１，１２同士を連通する連通管２３，及び再生時にのみ開く開閉弁２４と排気ガスの流量を制御する流量制御弁２５とからなる連通管２３に設けられた再生用制御弁２６を有するものである。
【０００４】
図７に破線で示す位置に切換弁４を切り換えて，一方の排気ガス通路１１に排気ガスを導入し，他方の排気ガス通路１２への排気ガスの流入を遮断すると，排気ガスに含まれるパティキュレートは一方の排気ガス通路１１に設けられたフィルタ５で捕集される。フィルタ５の圧力損失が所定の大きさよりも大きくなると，コントローラ７は，目詰まり判定用圧力センサ（図示せず）からの出力を受けてフィルタ５が目詰まりを起こしていると判断し，アクチュエータ１７に信号を送り，これにより，切換弁４は図７において実線で示す位置に切り換わる。即ち，他方の排気ガス通路１２へ排気ガスを導入し，一方の排気ガス通路１１への排気ガスの流入を遮断する。フィルタ５の内部に設けられた電気ヒータ（図示せず）が電極端子２０を通じて通電される。電気ヒータの通電時間が所定の時間になり，電気ヒータの温度がパティキュレートの燃焼可能な温度以上に達すると，開閉弁２４が開いて連通管２３の通路を開放し，他方の排気ガス通路１２から連通管２３を通して排気ガスをフィルタ５に導く。排気ガスは酸素を含んでいるので，排気ガスがフィルタ５に導入されると，フィルタ５に捕集されたパティキュレートは加熱焼却される。
【０００５】
他方の排気ガス通路１２のフィルタ９が目詰まりを起こすと，切換弁４が切り換わり，排気ガスは一方の排気ガス通路１１へ導入され，他方の排気ガス通路１２への排気ガスの流入は遮断されるとともに，フィルタ９の内部に設けられた電気ヒータ（図示せず）が電極端子２０を通じて通電される。電気ヒータの通電時間が所定の時間になり，電気ヒータの温度がパティキュレートの燃焼可能な温度以上に達すると，開閉弁２４が開いて連通管２３の通路が開放され，排気ガスが一方の排気ガス通路１１から連通管２３を通してフィルタ９へ導入される。その結果，フィルタ９に捕集されたパティキュレートは加熱焼却される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで，上記のようなディーゼルパティキュレートフィルタの再生装置では，並列に配置されたフィルタに対して排気ガスの流れを切換弁で切り換え，いずれか一方のフィルタで排気ガス中に含まれるパティキュレートを捕集している間に，他方のフィルタ即ち再生側フィルタに捕集されたパティキュレートを加熱焼却して再生側フィルタを再生する。その際，再生側フィルタに捕集されたパティキュレートを焼却するために，排気ガスが連通管を介して再生側フィルタへ導入される。それ故に，連通管に配置されている再生用制御弁特に流量制御弁に，排気ガス中のパティキュレートが付着して堆積し，開口面積が減少するという問題が生じる。即ち，流量制御弁の開口面積が減少することによって再生側フィルタに供給される排気ガスの量が減少し，これにより，フィルタの再生が十分に行われず，再生不良が生じ，フィルタの捕集時間が短くなるという問題が発生する。それ故，この種の再生装置については，再生用制御弁，特に流量制御弁に付着したパティキュレートを如何にして除去するかが課題となっている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この発明の目的は，上記の課題を解決することであり，分岐管を連通する連通管に設けた再生用制御弁に付着したパティキュレートを高圧エアで吹き飛ばして除去することにより，再生用制御弁の開口面積の減少を防止し，再生側フィルタに供給する排気ガス量の減少を防止し，フィルタの再生をスムースに且つ確実に再生し，フィルタの捕集時間の長期化を図ったディーゼルパティキュレートフィルタの再生装置を提供することである。
【０００８】
この発明は，ディーゼルエンジンの排気管から分岐する一対の分岐管，前記分岐管にそれぞれ設けられた排気ガスに含まれるパティキュレートを捕集するフィルタ，前記フィルタに捕集されたパティキュレートを加熱焼却するため前記フィルタにそれぞれ設けられた加熱装置，前記分岐管のいずれか一方に前記排気管から排気ガスを流すため切り換えられる前記排気管に設けられた切換弁，前記切換弁と前記フィルタとの間の前記分岐管を連通し且つ再生側の前記フィルタに再生用排気ガスを供給する連通管，前記連通管に設けられた前記フィルタの再生のための排気ガス流量を制御する再生用制御弁，及び前記再生用制御弁へ予め設定された所定の時間間隔で前記制御弁に高圧エアを供給するエア配管に設けられたエア供給制御弁から構成され，前記高圧エアの供給は前記フィルタの再生中には行わないことから成るディーゼルパティキュレートフィルタの再生装置に関する。
【０００９】
このディーゼルパティキュレートフィルタの再生装置において，前記高圧エアは，前記連通管に設けられた吐出口，前記再生用制御弁内に設けられた吐出口及び／又は前記制御弁のハウジングに設けられた吐出口から供給されることから成るものである。
【００１０】
この発明によるディーゼルパティキュレートフィルタの再生装置は，上記のように構成したので，切換弁を切り換えて，例えば排気管から排気ガスを一方の分岐管及びフィルタに導入すれば，排気ガスに含まれるパティキュレートはフィルタで捕集され，フィルタが捕集側フィルタとして機能する。一方のフィルタがパティキュレートで目詰まりを起こすと，切換弁が切り換えられて，排気ガスは排気管から他方の分岐管及びフィルタへと導入され，該フィルタが捕集側フィルタとして機能するようになる。目詰まりを起こしている一方のフィルタ即ち再生側フィルタは，加熱装置で加熱され，加熱装置の温度がパティキュレートの燃焼可能な温度以上に達すると，再生用制御弁が開いて連通管の通路が開放され，排気ガスは他方の分岐管から連通管を通して一方のフィルタへ導入される。排気ガスは酸素を含んでいるので，排気ガスが導入されると，再生用のフィルタに捕集されたパティキュレートはすぐに加熱焼却されて再生される。
【００１１】
他方のフィルタを捕集側フィルタとして機能させていると，やがて今度は他方のフィルタが目詰まりを起こすので，自動的に切換弁が切り換わって再び一方のフィルタが捕集側フィルタとなる。そして，目詰まりを起こした他方のフィルタが今度は上記と同様にして再生される。このようにして，両フィルタは，交互に捕集側フィルタとしての機能を果たし，その間に他方のフィルタが再生側フィルタとなって再生される。
【００１２】
この再生装置は，再生時に再生用制御弁を開くことによって，排気ガスを再生側フィルタへ導入できるように構成されたものであるから，排気ガスに含まれるパティキュレートが再生用制御弁特に流量制御弁に付着することは避けられないが，車両側の高圧エアが所定の時間間隔で流量制御弁に向けて供給されるので，流量制御弁に付着したパティキュレートは高圧エアによって吹き飛ばされ，除去される。このため，流量制御弁の開口面積の減少を防止することができ，再生側フィルタに供給される排気ガス量の減少が防止されるので，フィルタに捕集されたパティキュレートを十分に加熱焼却することができ，フィルタの捕集時間の長期化を図ることができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下，図面を参照して，この発明によるディーゼルパティキュレートフィルタの再生装置の実施例を説明する。図１はこの発明によるディーゼルパティキュレートフィルタの再生装置の一実施例を示す概略説明図，図２は図１の再生装置における再生用制御弁の構造を示す断面図，図３は図２のＡ−Ａ断面図，及び図４は図１に組み込まれるフィルタの構造の一例を示す説明図である。
【００１４】
このディーゼルパティキュレートフィルタの再生装置は，ディーゼルエンジン１の排気マニホルド１５に接続された排気管１０から分岐した一対の排気ガス通路（分岐管１１，１２）の途中にそれぞれフィルタ５，９が並列に配設されている。ディーゼルエンジン１は，ＥＧＲ装置を備えている。ＥＧＲ通路２１は，排気マニホルド１５と吸気マニホルド１４に接続された吸気管１３とを接続する。ＥＧＲ通路２１には，ＥＧＲ弁２が設置されている。ＥＧＲ弁２の開閉作動は，エンジンコントローラ８の指令で制御される。ディーゼルエンジン１のエンジン回転，負荷等の運転状態は，エンジンコントローラ８に入力される。エンジンコントローラ８は，ディーゼルエンジン１の運転状態及びディーゼルパティキュレートフィルタ用コントローラ７の情報を受けてＥＧＲ弁２の開閉を制御し，排気ガスの一部を吸気管１３へ送り込む制御を行なう。
【００１５】
このディーゼルパティキュレートフィルタの再生装置は，フィルタ５，９を交互に通過する排気ガスに含まれるカーボン，煤，ＨＣ等のパティキュレートを捕集し，フィルタ５，９に捕集されたパティキュレートを加熱装置（電気ヒータ２２）を作動して加熱焼却し，フィルタ５，９を再生する。フィルタ５，９は，図４に示すように，排気ガス通路１１，１２に配設されたハウジング１８内に組み込まれたセラミックス不織布から作製された円筒状及び／又はプリーツ状の筒状フィルタ１６と，筒状フィルタ１６の表面に配置された金網等から成る加熱装置２２から構成されている。筒状フィルタ１６の両端には封止プレート１９，１９が取り付けられ，加熱装置２２は筒状フィルタ１６の外周に配置され，排気ガスは図４に矢印で示すように筒状フィルタ１６の外側から内側へ向かって流れる。筒状フィルタ１６を構成する材料は，上記のように，耐熱性で耐酸化性に富んだＳｉＣ，Ａｌ2 Ｏ3 等から成るセラミックス不織布を使用できるが，セラミックス不織布の均等物として，セラミックス繊維，セラミックス織布，セラミックスフェルト等の繊維材料を使用することができる。
【００１６】
このディーゼルパティキュレートフィルタの再生装置では，加熱装置２２は筒状フィルタ１６の排気ガス流れの上流側に位置し，周方向に通電可能に構成することができる。加熱装置２２には，通電のため周方向の両端に電極端子２０が設けられている。加熱装置２２を構成する通電金網は，筒状フィルタ１６の排気ガス流れの上流側に位置し，軸方向全領域において均一なピッチ即ちメッシュ数に構成したものが使用される。加熱装置２２は，コントローラ７からの指令によって作動される。
【００１７】
このディーゼルパティキュレートフィルタの再生装置では，フィルタ５，９の上流側の排気管１０に排気ガス圧を検出するための入口圧力センサ３が設けられ，また，フィルタ５，９の下流側の排気管１０に排気ガス圧を検出するための出口圧力センサ６が設けられている。入口圧力センサ３及び出口圧力センサ６による排気ガス圧の検出値はコントローラ７に入力される。排気管１０から一対の排気ガス通路１１，１２に分岐する分岐点には，コントローラ７の指令で電磁式又は油圧式のアクチュエータ１７によって作動される切換弁４が配設されている。切換弁４は，アクチュエータ１７によって排気ガスをいずれか一方或いは両方の排気ガス通路１１，１２に流すように作動される。コントローラ７は，入口圧力センサ３及び出口圧力センサ６からの排気ガス圧の検出信号を受けて切換弁４の切り換え作動を行なうと共に，再生するフィルタ５又は９の加熱装置２２を作動する。
【００１８】
切換弁４とフィルタ５，９との間で，排気ガス通路１１と排気ガス通路１２は連通管２３によって連通されている。連通管２３には開閉弁２４と流量制御弁２５とからなる再生用制御弁２６が介装されている。開閉弁２４は通常は閉じており，再生側フィルタ５又は９の加熱装置２２を作動させている再生時にのみ短時間だけ開くものである。また，流量制御弁２５は連通管２３内を通過する排気ガスの流量を絞り，再生側フィルタ５又は９が過度に温度上昇するのを防止するために設けられたものである。なお，排気管１０から分岐する導管２８は再生用アクチュエータ２９に接続されている。
【００１９】
再生用アクチュエータ２９は，排気管１０の圧力に応じて流量制御弁２５の開度を調節するためのものである。即ち，再生用アクチュエータ２９は，排気管１０の圧力が低いときには流量制御弁２５の開度を絞り，排気管１０の圧力が高いときには流量制御弁２５の開度を大きくして，連通管２３を通じて排気ガス通路１１からフィルタ９へ，あるいは排気ガス通路１２からフィルタ５へ導入される排気ガスの流量が常に一定になるように調節するためのものである。
【００２０】
流量制御弁２５は，図２及び図３に示すように，円筒状の弁体３０の上下に枢支軸３１を有するとともに，弁体３０の中央部には枢支軸３１に直交する方向に貫通孔３２が形成されたものであり，弁体３０は枢支軸３１によってハウジング２７に対して回動可能に枢支されたものである。連通管２３の軸線と貫通孔３２の軸線とのなす角度の大きさに応じて，連通管２３を流れる排気ガスの流量が調節される。
【００２１】
再生用制御弁２６のハウジング２７には，車両側エア供給源，例えば，車両ブレーキ用の圧力制御装置の排気口から高圧エアを導くためのエア配管３３がエア供給制御弁の電磁弁３４を介して接続されている。エア配管３３は末端で複数に分岐し，そのうちの一本の分岐管３５は枢支軸３１に接続されている。枢支軸３１には高圧エアを導く通路３６が形成され，通路３６先端の吐出口３８は弁体３０の貫通孔３２に開口している。このため，流量制御弁２５の貫通孔３２内に付着したパティキュレートを高圧エアの噴射によって吹き飛ばすことができる。また，エア配管３３の別の分岐管３７は再生用制御弁２６のハウジング２７の側面に接続されており，高圧エアはハウジング２７に形成された吐出口４０から流量制御弁２５の弁体３０の外周面に向けて噴射され，弁体３０の開閉弁２４側の外周面に付着したパティキュレートは高圧エアによって吹き飛ばされる。エア配管３３のさらに別の分岐管３９は，弁体３０の反対側の外周面（開閉弁２４とは反対側の弁体の外周面）に向けて高圧エアを噴射できるように吐出口４１が形成されている。電磁弁３４を開いたときに，エア配管３３の各分岐管３５，３７，３９から高圧エアが同時に流量制御弁２５に向けて噴射され，流量制御弁２５の清掃が行われる。なお，高圧エアは必ずしも各分岐管３５，３７，３９の吐出口３８，４０，４１から同時に噴射させる必要はなく，少なくとも一つの分岐管の吐出口から噴射させるようにしてもよい。例えば吐出口３８，４０，４１から順番に噴射できるように構成してもよいし，あるいは二つの吐出口３８，４１から同時に噴射させ，次に残りの噴出口４０から噴射させ，これを交互に繰り返すようにしてもよい。
【００２２】
このディーゼルパティキュレートフィルタの再生装置は，上記のように構成されているので，次のように作動する。ディーゼルエンジン１の運転によって，例えば，まず切換弁４は排気ガス通路１１を開放し，排気ガス通路１２を閉鎖する。ディーゼルエンジン１からの排気ガスは排気マニホルド１５から排気管１０を通って排気ガス通路１１に流れ込み，フィルタ５によって排気ガス中に含まれるパティキュレートが捕集される。圧力センサ３，６からの排気ガス圧力の信号はコントローラ７に入力され，コントローラ７はフィルタ５の上流側と下流側との排気ガス圧力の圧力比を演算する。フィルタ５が目詰まりを起こすと，即ちフィルタ５に堆積されたパティキュレートが所定量に達すると，フィルタ５の上流側と下流側との排気ガス圧力の圧力比が所定値に達する。該圧力比が所定値に達したとき，コントローラ７の指令によってアクチュエータ１７が作動して切換弁４が切り換えられ，ディーゼルエンジン１からの排気ガスは排気マニホルド１５から排気管１０を通って排気ガス通路１２に流れ込むようになる。
【００２３】
排気ガスが排気ガス通路１２に流れ込んでいる間は，排気ガス通路１１には排気ガスの流入が遮断されているので，その間に排気ガス通路１１のフィルタ５の再生が行われる。即ち，フィルタ５の加熱装置２２が通電され，加熱装置２２の通電時間が所定の時間になり，加熱装置２２の温度がパティキュレートの燃焼可能な温度以上に達すると，開閉弁２４が開いて連通管２３の通路を開放し，排気ガスが排気ガス通路１２から連通管２３を介してフィルタ５に導かれる。排気ガスは酸素を含んでいるので，排気ガスが導入されると，フィルタ５に捕集されたパティキュレートは加熱焼却され，フィルタ５は再生される。
【００２４】
排気ガスの排気ガス通路１２及びフィルタ９への流入が続くと，やがてフィルタ９が目詰まりを起こす。即ちフィルタ９に堆積されたパティキュレートが所定量に達し，フィルタ９の上流側と下流側との排気ガス圧力の圧力比が所定値に達する。圧力比が所定値に達したとき，コントローラ７の指令によってアクチュエータ１７が作動して切換弁４が切り換えられ，ディーゼルエンジン１からの排気ガスは排気マニホルド１５から排気管１０を通って再び排気ガス通路１１に流れ込むようになる。
【００２５】
排気ガスが排気ガス通路１１に流れ込んでいる間は，排気ガス通路１２には排気ガスの流入が遮断されているので，その間に排気ガス通路１２のフィルタ９の再生が行われる。即ち，フィルタ９の加熱装置２２が通電され，加熱装置２２の通電時間が所定の時間になり，加熱装置２２の温度がパティキュレートの燃焼可能な温度以上に達すると，開閉弁２４が開いて連通管２３の通路を開放し，排気ガスが排気ガス通路１１から連通管２３を介してフィルタ９に導かれる。そして，排気ガスが導入されると，フィルタ９に捕集されたパティキュレートは加熱焼却され，フィルタ９は再生される。
【００２６】
再生時には，開閉弁２４が開いて排気ガス通路１１又は１２から排気ガスが連通管２３に流れ込むので，流量制御弁２５に排気ガスに含まれるパティキュレートが付着する。その付着したパティキュレートは高圧エアによって吹き飛ばされて除去される。ここで，流量制御弁２５に付着したパティキュレートを除去する時の処理手順について，図５のフローチャートを参照して説明する。まず最初にタイマをリセットし（ステップＳ１），時間ｔの計測を開始する（ステップＳ２）。タイマは時間ｔが３０分経過するまではステップＳ２に戻って時間ｔの計測を続け，３０分を経過すると信号をコントローラ７へ送信する（ステップＳ３）。コントローラ７はタイマからの信号を受けて，ディーゼルパティキュレートフィルタのヒータリレー信号を測定する（ステップＳ４）。ヒータリレー信号が入力されているときは，加熱装置２２がＯＮのときであるから，加熱装置２２がＯＦＦになるまで待機する（ステップＳ５）。加熱装置２２がＯＦＦになったときに電磁弁３４を開き，高圧エアを供給する（ステップＳ６）。即ち，フィルタ５，９の再生中でないときに，高圧エアを流量制御弁２５へ供給する。そのとき，０．５秒間，高圧エアが流量制御弁２５に向けて噴射され，流量制御弁２５に付着したパティキュレートは高圧エアによって吹き飛ばされて，フィルタ５，９に捕集される。このようにして，流量制御弁２５は３０分に一回の間隔で清掃される。なお，車両側のエア供給源として，プレッシャーレギュレーターの排気側に接続した場合には，レギュレーター開放時の騒音を低減することができるという副次的な効果も得られる。
【００２７】
上記のとおり，この発明によるディーゼルパティキュレートフィルタの再生装置は流量制御弁２５に付着したパティキュレートを高圧エアによって除去することができるように構成されているので，再生側のフィルタ５又は９に十分な量の排気ガスを供給することができ，フィルタ５，９に付着したパティキュレートを十分に加熱焼却することができる。このため，フィルタ５，９は十分に再生されるので，フィルタ５，９の捕集時間が従来のものに比べて増加するという効果が得られる。この効果について示したものが図６である。図６はフィルタの経時劣化を示すグラフで，この発明の再生装置と従来の再生装置とを比較したものである。つまり，図６はフィルタの経時劣化について，この発明の再生装置を作動させた場合と作動させなかった場合とを比較したものである。この図６からも分かるように，この発明の再生装置を作動させなかった場合には，走行距離が長くなるに従って，一回の再生で走行できる距離が徐々に低下してくるのに対して，この発明の再生装置を作動させた場合には，走行距離が長くなっても，一回の再生で走行できる距離はあまり変化せず，フィルタの経時劣化が非常に小さいという優れた効果が得られることがわかる。
【００２８】
【発明の効果】
この発明によるディーゼルパティキュレートフィルタの再生装置は，上記のように，再生用制御弁特に流量制御弁に付着したパティキュレートを高圧エアで吹き飛ばして除去するように構成したので，流量制御弁の開口面積の減少を防止することができる。このため，時間の経過に伴って再生側フィルタに供給される排気ガス量が減少するという問題が解決されるので，フィルタに捕集されたパティキュレートを十分に加熱焼却することができ，フィルタの捕集時間の長期化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明によるディーゼルパティキュレートフィルタの再生装置の一実施例を示す概略説明図である。
【図２】図１の再生装置における再生用制御弁の構造を示す断面図である。
【図３】図２のＡ−Ａ断面図である。
【図４】図１の再生装置におけるフィルタの構造を示す説明図である。
【図５】この発明によるディーゼルパティキュレートフィルタの再生装置の再生用制御弁に付着したパティキュレートを除去する時の処理手順を示すフローチャートである。
【図６】この発明による再生装置を作動させた場合と作動させなかった場合についてフィルタの経時劣化を比較したグラフである。
【図７】従来のディーゼルパティキュレートフィルタの再生装置の一例を示す概略説明図である。
【符号の説明】
１ ディーゼルエンジン
４ 切換弁
５，９ フィルタ
７ コントローラ
１０ 排気管
１１，１２ 排気ガス通路（分岐管）
２２ 加熱装置
２３ 連通管
２４ 開閉弁（再生用制御弁）
２５ 流量制御弁（再生用制御弁）
２７ ハウジング
３４ 電磁弁（エア供給制御弁）
３８，４０，４１ 吐出口
Claims (2)
- ディーゼルエンジンの排気管から分岐する一対の分岐管，前記分岐管にそれぞれ設けられた排気ガスに含まれるパティキュレートを捕集するフィルタ，前記フィルタに捕集されたパティキュレートを加熱焼却するため前記フィルタにそれぞれ設けられた加熱装置，前記分岐管のいずれか一方に前記排気管から排気ガスを流すため切り換えられる前記排気管に設けられた切換弁，前記切換弁と前記フィルタとの間の前記分岐管を連通し且つ再生側の前記フィルタに再生用排気ガスを供給する連通管，前記連通管に設けられた前記フィルタの再生のための排気ガス流量を制御する再生用制御弁，及び前記再生用制御弁へ予め設定された所定の時間間隔で前記制御弁に高圧エアを供給するエア配管に設けられたエア供給制御弁から構成され，前記高圧エアの供給は前記フィルタの再生中には行わないことから成るディーゼルパティキュレートフィルタの再生装置。
- ディーゼルエンジンの排気管から分岐する一対の分岐管，前記分岐管にそれぞれ設けられた排気ガスに含まれるパティキュレートを捕集するフィルタ，前記フィルタに捕集されたパティキュレートを加熱焼却するため前記フィルタにそれぞれ設けられた加熱装置，前記分岐管のいずれか一方に前記排気管から排気ガスを流すため切り換えられる前記排気管に設けられた切換弁，前記切換弁と前記フィルタとの間の前記分岐管を連通し且つ再生側の前記フィルタに再生用排気ガスを供給する連通管，前記連通管に設けられた前記フィルタの再生のための排気ガス流量を制御する再生用制御弁，及び前記再生用制御弁へ予め設定された所定の時間間隔で前記制御弁に高圧エアを供給するエア配管に設けられたエア供給制御弁から構成され，前記高圧エアは，前記連通管に設けられた吐出口，前記再生用制御弁内に設けられた吐出口及び／又は前記制御弁のハウジングに設けられた吐出口から供給されることから成るディーゼルパティキュレートフィルタの再生装置。
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