JP4113051B2

JP4113051B2 - ディーゼルエンジンの排気ガス浄化装置

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Publication number: JP4113051B2
Application number: JP2003164042A
Authority: JP
Inventors: 靖生岡本; 正道米村; 純大島; 利光仙波
Original assignee: コマツディーゼル株式会社
Priority date: 2003-06-09
Filing date: 2003-06-09
Publication date: 2008-07-02
Anticipated expiration: 2023-06-09
Also published as: JP2005002802A

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浄化装置に関する。
【０００２】
【背景技術】
従来より、ディーゼルエンジンから排出される排気ガス中のパーティキュレート（粒子状物質）を捕集するために、ディーゼルエンジンの排気通路に排気ガス浄化装置を設けることが知られている。
このような排気ガス浄化装置としては、ディーゼルパーティキュレートフィルタ（以下、ＤＰＦ（Diesel Particulate Filter）という）と称する排気後処フィルタを備えたものが開発されている。ＤＰＦは、コージュライトや炭化珪素等のセラミックにより例えば円柱状に形成され、軸方向に沿ったハニカム状の多数の小孔を有している。排気ガスはＤＰＦの一方の端面から流入し、小孔同士を隔てる多孔質の隔壁（境界壁）を通過し、他方の端面から流出する。そして、隔壁を通過する際に、排気ガス中のパーティキュレートが隔壁面で捕集される。
【０００３】
捕集されたパーティキュレートは通常、高温となった排気ガスで加熱されることで自己燃焼してしまうのであるが、アイドリング運転が続くような場合のように、排気ガスの温度がさほど上昇しないようなエンジンの稼動状況においては、パーティキュレートを自己燃焼させるのが難しく、ＤＰＦ内で目詰まりが生じる。そこで、ＤＰＦを備えた排気ガス浄化装置の中には、ＤＰＦ中を通過する排気ガスの向きを交互に変更することで、ＤＰＦの一方の端面から流入して捕集されたパーティキュレートを他方側から流入させた排気ガスによって取り除き、よってＤＰＦ内でのパーティキュレートを燃焼させることなく、その目詰まりを抑制するものがある（例えば、特許文献１）。
【０００４】
具体的には、ＤＰＦと、このＤＰＦの上流側に設けられた一対の上流側切換バルブと、当該排気後処理フィルタの下流側に設けられた一対の下流側切換バルブと、これら上流側および下流側の切換バルブを制御する制御手段とを備えているとともに、この制御手段により各切換バルブの開閉を切り換えることでＤＰＦを流れる排気ガスの流れ方向を変更させている。
また、全ての切換バルブを開放することで、排気ガスをＤＰＦに流入させずにバイパスさせ、そのまま排気することも可能である。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００２−１３４０９（図４、段落番号００２２〜００２８）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献１に記載の排気ガス浄化装置では、温度センサーにより排気ガスの温度を検出しているものの、切換バルブの切換を基本的に、予め設定された累積使用限界時間を経過した場合にのみに行っているため、この累積使用限界時間に達する以前に何らかの理由でパーティキュレートが詰まり気味になった場合には、ＤＰＦ内の排気ガスの流れを即座に変更できず、切換バルブの制御を緻密に行えないという問題がある。
【０００７】
また、ＤＰＦを長期にわたって使用すると、切換バルブを切り換えて排気ガスの流れを変更しても、いずれパーティキュレートの目詰まりが解消されない状態に陥り、ＤＰＦを清掃（洗浄）または交換する等の対応が必要になる。これに関して特許文献１では、前記温度センサによりＤＰＦの下流側での排気温度を検出し、ここでの検出結果が限界温度を所定時間にわたって越えた場合にそのような状態に陥ったと判断し、全ての切換バルブを開放して排気ガスをバイパスさせ、これによりＤＰＦの保護を図っている。
【０００８】
これは、パーティキュレートの目詰まりによりＤＰＦ上流側の圧力が異常に上昇したことを、ＤＰＦ下流側の排気温度の異常上昇によって判断するものである（特許文献１、段落番号００２６）。しかし、目詰まりによりＤＰＦ下流側での排気流量が少ない状態では、温度センサによる検出温度が安定するまでに時間を要するため、その間にＤＰＦの上流側では、高温、高圧になった排気ガスでダメージを受けやすく、ＤＰＦの耐久性が低下するという問題がある。
【０００９】
本発明の目的は、切換バルブの制御を緻密に行え、かつ排気後処理フィルタの耐久性を向上させることができるディーゼルエンジンの排気ガス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と作用効果】
本発明の請求項１に係るディーゼルエンジンの排気ガス浄化装置は、ディーゼルエンジンからの排気ガスを通過させる排気後処理フィルタと、この排気後処理フィルタの上流側に設けられた上流側切換バルブと、当該排気後処理フィルタの下流側に設けられた下流側切換バルブと、これら上流側および下流側の切換バルブを制御する制御手段とを備えているとともに、この制御手段により前記各切換バルブの開閉を切り換えることで前記排気後処理フィルタ内を流れる排気ガスの流れ方向を変更可能に設けられているディーゼルエンジンの排気ガス浄化装置において、前記上流側切換バルブのさらに上流側および／または下流側切換バルブのさらに下流側には、前記排気後処理フィルタに対して流入および／または流出する排気ガスの圧力を検出する圧力検出手段が設けられ、前記制御手段は、当該圧力検出手段での検出結果が切換設定圧力に達した場合に前記切換バルブの開閉を切り換えるとともに、このバルブ切換にあたっては、僅かな時間だけ、前記切換バルブを一旦全開放状態とし、この状態を介して切り換えることを特徴とする。
【００１１】
このような本発明によれば、パーティキュレートの詰まり具合は、排気後処理フィルタに対して流入あるいは流出する排気ガスの圧力として正確かつ瞬時に反映されるため、このような圧力を圧力検出手段で検出し、この検出結果を制御手段で監視することにより、切換バルブの切換制御がパーティキュレートの詰まり具合に応じて緻密に制御されるようになる。
また、排気ガスが排気後処理フィルタに大きく影響を及ぼすほど高温、高圧に達した場合でも、安定しない従来の温度センサによらずに迅速に判断して切換バルブを制御可能であり、排気後処理フィルタの耐久性が向上する。
なお、本発明において、「切換設定圧力に達した場合」とは、上流側の圧力検出手段が高圧側に設定された切換設定圧力に達した場合や、下流側の圧力検出手段が低圧側に設定された切換設定圧力に達した場合の他、上下流の各圧力検出手段による圧力値の差分が予め設定された切換設定圧力に達した場合を含む。
【００１２】
本発明の請求項２に係るディーゼルエンジンの排気ガス浄化装置は、請求項１に記載のディーゼルエンジンの排気ガス浄化装置において、前記排気後処理フィルタの使用時間を計時する計時手段を備え、前記制御手段は、当該計時手段での計時時間が切換設定時間に達する以前に前記圧力検出手段での検出結果が切換設定圧力に達した場合か、または前記切換設定圧力に達する以前に前記切換設定時間に達した場合に、前記切換バルブの開閉を切り換えることを特徴とする。
このような本発明によれば、通常は切換設定時間に達する毎に切換バルブの切換制御を行うが、切換設定時間に達する以前でも切換設定圧力に達した際には、この切換設定圧力を優先させて切換制御を行うので、突発的な圧力上昇（パーティキュレートの詰まり）にも確実に対応可能である。しかも、切換設定圧力に達しなくとも切換設定時間毎に略定期的に切り換えるので、詰まったパーティキュレートの蓄積量が比較的少ない段階での切換が実施されるようになり、排気ガスの流れ方向を変更した際のパーティキュレートの除去が無理なく良好に行われ、排気後処理フィルタの交換なしでの累積使用時間が延びる。
【００１３】
本発明の請求項３に係るディーゼルエンジンの排気ガス浄化装置は、請求項１または請求項２に記載のディーゼルエンジンの排気ガス浄化装置において、前記ディーゼルエンジンが搭載された車両が惰行運転中であるか否かを検出する運転状態検出手段を備え、前記制御手段は、当該運転状態検出手段での検出結果により惰行運転であると判断した場合に前記切換バルブの開閉を切り換えるとともに、前記運転状態検出手段は、車両スピードを変更するノッチレバー、排気ブレーキスイッチ、空気ブレーキスイッチ、および車速センサで構成されていることを特徴とする。
このような本発明によれば、車両が惰行運転中であることを運転状態検出手段により検出し、この惰行運転中すなわちディーゼルエンジンが軽負荷で運転している間に切換バルブの切換制御を行うので、高温、高圧の排気ガスの流れを切り換える必要がなく、切換バルブや排気後処理フィルタへの負担が軽減するとともに、除去されたパーティキュレートが一気に勢いよく排出されることがない。
さらに、このような運転状態検出手段を用いることで、特に鉄道気動車に本発明を適用した場合など、駅構内等で切換バルブの切換制御を行わないことになるから、駅構内にパーティキュレートを排出する心配がない。
【００１４】
本発明の請求項４に係る記載のディーゼルエンジンの排気ガス浄化装置は、請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のディーゼルエンジンの排気ガス浄化装置において、前記切換バルブは、前記ディーゼルエンジンの排気ブレーキ用に用いられることを特徴とする。
このような本発明によれば、切換バルブを排気ブレーキ用のバルブとしても使用するので、排気ブレーキ専用のバルブを設ける必要がなく、部品点数が低減されるうえ、構造が簡略化される。
【００１５】
本発明の請求項５に係るディーゼルエンジンの排気ガス浄化装置は、請求項１ないし請求項４のいずれかに記載のディーゼルエンジンの排気ガス浄化装置において、前記制御手段は、前記切換バルブを全て開放状態に保持すると判断した後でも、前記切換バルブを前記ディーゼルエンジンの排気ブレーキ用に制御することを特徴とする。
このような本発明によれば、排気後処理フィルタでの目詰まりが解消されず、切換バルブが開放状態に保持された場合でも、排気ブレーキの操作が可能になるので、車両等を運転するうえでの利便性が高い。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本実施形態に係る排気ガス浄化装置１の概略構成を示す図である。図２、図３は、排気ガス浄化装置１での排気ガスの流れを示す模式図である。
図１において、排気ガス浄化装置１は、図示しないディーゼルエンジンからの排気ガスを通過させて排気ガス中のパーティキュレートを捕集するものであり、例えばディーゼルエンジンで駆動される鉄道気動車に搭載される。
【００１７】
より具体的に排気ガス浄化装置１は、ディーゼルエンジンの排気管路途中に配置される装置本体１０と、コンピュータや各種のインターフェースを備えたバルブコントローラ（制御手段）２０とを備えており、ディーゼルエンジンのターボ過給機（自然給気の場合は不要）を通過したパーティキュレートを含む排気ガスは、装置本体１０の図中下側に示した入口部１０Ａから流入し（黒矢印）、内部でパーティキュレートが捕集された後、図中上側に示した出口部１０Ｂから外部に排気される（白抜き矢印）。なお、本実施形態では、装置本体１０によって十分に消音されるために排気マフラーが不要であるが、さらに消音させたい場合には、出口部１０Ｂの下流側に排気マフラーを設けてもよい。
【００１８】
装置本体１０には、前記入口部１０Ａを有する流入流路１１が設けられており、この流入流路１１が２系統に分岐されて円筒状のハウジング１２内に連通している。ハウジング１２は、流入流路１１と略同形状で反対側に設けられた流出流路１３と連通しており、この流出流路１３の合流部分に前記出口部１０Ｂが設けられている。また、ハウジング１２内には、酸化触媒が担持された円柱状のＤＰＦ（排気後処理フィルタ）１４が収容されている。ここで、流入流路１１や流出流路１３は、分割可能な分岐（合流）管やＬ字状のエルボー管などで構成されており、例えば分岐管として別形状のものを用いることで、排気ガスの流入方向や排出方向を装置本体１０の搭載状況に応じて任意に変えることが可能である。
【００１９】
また、これら流入流路１１および流出流路１３の各分岐流路内には、例えばバタフライ式の切換バルブ１５，１６が設けられ、切換バルブ１５同士および切換バルブ１６同士がそれぞれＤＰＦ１４を挟んで対角位置に配置されている。このような切換バルブ１５，１６は、シリンダ式のアクチュエータ１７により開閉の切換操作が行われる。各アクチュエータ１７は、電磁バルブ１８から供給される空気圧によって動作し、この電磁バルブ１８が前記バルブコントローラ２０で制御される。そして、切換バルブ１５，１６の開閉を交互に切り換えることでＤＰＦ１４内を流れる排気ガスの方向を変更し、パーティキュレートが詰まるのを抑制する。
【００２０】
このバルブコントローラ２０に対しては、装置本体１０の入口部１０Ａ近傍に設けられた圧力センサ（圧力検出手段）３１および温度センサ３２の各検出信号が出力される他、ディーゼルエンジンへの燃料噴射量を調整して車両スピードを変更するノッチレバー３３からのノッチ信号、排気ブレーキのＯＮ／ＯＦＦを操作する排気ブレーキスイッチ３４のＯＮ／ＯＦＦ信号、および車両の車輪部分やミッション部分に設けられた車速センサ３５からの検出信号が出力される。この際、排気ブレーキ用としては切換バルブ１５，１６が用いられ、本実施形態では排気ブレーキ専用のバルブ（シャッター）を不要にしている。その他、バルブコントローラ２０には、車輪制動用の空気ブレーキのＯＮ／ＯＦＦ信号等も出力されるが、図１ではその図示を省略してある。
【００２１】
バルブコントローラ２０による切換バルブ１５，１６の切換状態としては、図２（Ａ）、（Ｂ）および図３（Ａ）、（Ｂ）に示す状態がある。
図２（Ａ）は、流入流路１１および流出流路１３の切換バルブ１５が開とされ、切換バルブ１６が閉とされた状態である。この場合、排気ガスは流入側の切換バルブ１５を通り、ＤＰＦ１４の一方の端面１４Ａ側から入り込んで他方の端面１４Ｂから排出し、流出側の切換バルブ１５を通って排気される。つまり、ＤＰＦ１４内では、排気ガスが軸方向に沿って図中の左側から右側に流れ、この間にパーティキュレートが捕集される。
【００２２】
これに対して図２（Ｂ）は、流入流路１１および流出流路１３の切換バルブ１５が閉とされ、切換バルブ１６が開とされた状態である。この場合、排気ガスは流入側の切換バルブ１６を通り、ＤＰＦ１４の他方の端面１４Ｂ側から入り込んで一方の端面１４Ａから排出し、流出側の切換バルブ１６を通って排気される。つまり、ＤＰＦ１４内では、排気ガスが軸方向に沿って図中の右側から左側に流れ、この間にパーティキュレートが捕集される。また、（Ａ）の状態で捕集されたパーティキュレートが排気ガスの逆向きの流によって除去され、大気中に排出される。なお、除去される段階のパーティキュレートが、カーボン含有量の少ない無害の粉塵であることは周知とされている。
【００２３】
これら（Ａ）、（Ｂ）の状態を交互に繰り返すことにより、ＤＰＦ１４ではパーティキュレートによる目詰まりが抑制され、ＤＰＦ１４を長期に渡って交換することなく使用可能である。そして、このような切換は通常、同じ開閉状態での使用時間が予め設定された切換設定時間ｔ１に達した場合に、バルブコントローラ２０が電磁バルブ１８に対してバルブ切換用の制御信号を出力して行われる。
【００２４】
しかし、切換設定時間ｔ１に達する以前であっても、圧力センサ３１による検出圧力が予め設定された切換設定圧力Ｐ２に達した場合には、パーティキュレートが多量に捕集されたと判断し、バルブコントローラ２０はバルブ切換の制御信号を出力して切換バルブ１５，１６の開閉状態を即座に切り換える。また、この切換は、例えば気動車の場合であれば惰行運転中に行われ、駅構内で停止中に行わないことにより構内に粉塵を排出しないようにしている。
【００２５】
一方、ＤＰＦ１４は交換なしに永久的に使用されるわけではなく、微量に堆積されるパーティキュレートによってやがては目詰まり状態に陥る。この場合には、ディーゼルエンジンの燃費やＤＰＦ１４の保護を顧慮し、排気ガスをＤＰＦ１４に流入させずにバイパスして排気させる。
【００２６】
図３（Ａ）は、そのようなバイパス状態を示しており、全ての切換バルブ１５，１６が開放されている。この場合、排気ガスは流入流路１１の双方向からハウジング１２内に流入し、そのまま流出流路１３に双方向から入り込んで合流し、出口部１０Ｂから排気される。ただし、このような全開放への切換制御は、何らかの理由によって排気ガスの圧力（排圧）や温度（排温）が異常に上昇した場合にも行われる。この際の排圧および排温は、限界圧力Ｐ１および限界温度Ｔ１として予め設定され、圧力センサ３１および温度センサ３２での検出信号によって限界圧力Ｐ１および限界温度Ｔ１に達したと判断した場合に、バルブコントローラ２０が全開放の制御信号を電磁バルブ１８に出力する。
【００２７】
ところで、切換バルブ１５，１６が排気ブレーキ用に用いられる本実施形態では、排気ブレーキスイッチ３４からバルブコントローラ２０に対してＯＮ信号が出力されると、バルブコントローラ２０は、（Ｂ）に示すように、全ての切換バルブ１５，１６を閉塞させ、排気の流れを一時的に停止させて排気ブレーキを効かせる。この排気ブレーキスイッチ３４からの信号は、常時受け付けられており、切換バルブ１５，１６が図３（Ａ）、（Ｂ）に示す状態にある場合に限らず、図４（Ａ）に示す全開放状態にある場合でも受け付けられ、排気ブレーキが働くようになっている。
【００２８】
以下には、図４のフローチャートをも参照し、排気ガス浄化装置１の具体的な制御について、その一例を説明する。
ステップ１（以下「ステップ」を単に「ＳＴ」と略す）：ディーゼルエンジンを始動させると、図１に示すバルブコントローラ２０内のカウンタ（計時手段）２１により計時が開始される。なお、バルブコントローラ２０内の記憶手段に前回ディーゼルエンジンを停止させた時点での計時時間が記憶されている場合には、この計時時間に引き続いて計時が開始される。
【００２９】
ＳＴ２：次いで、排気ブレーキスイッチ３４からのＯＮ／ＯＦＦ信号を監視し、排気ブレーキがＯＮ状態にあるか否かを判定する。ＯＮ信号が出力されていなければＳＴ３へ、ＯＮ信号が出力されればＳＴ１６へ進む。
【００３０】
ＳＴ３：ここでは、排気ブレーキが働いていない状態において、圧力センサ３１および温度センサ３２からの検出信号により、入口部１０Ａでの排圧、排温が限界圧力Ｐ１、限界温度Ｔ１に達しているか否かを判定する。達していなければ通常状態にあるとしてＳＴ４へ、達していれば異常状態にあるとしてＳＴ１２へ進む。
【００３１】
ＳＴ４：通常状態では先ず、入口部１０Ａでの排圧が切換設定圧力Ｐ２に達しているか否かを監視する。達していなければＤＰＦ１４によるパーティキュレートの捕集量が少なく、目詰まりが生じていないと判断してＳＴ５へ進む。達していれば目詰まりが生じ始めており、ＤＰＦ１４内の排気ガスの流れを変える必要があると判断してＳＴ６へ進む。ここで、排圧に加え、切換設定温度を別途設定するなどし、排温によってもパーティキュレートの目詰まり状態を判断してもよい。
【００３２】
ＳＴ５：目詰まりが生じていない状態では、カウンタ２１での計時時間が切換設定時間ｔ１に達したか否かを判定する。達していなければＳＴ２に戻り、ＳＴ２〜ＳＴ５を繰り返す。達していれば、排圧が切換設定圧力Ｐ２に達していなくともＤＰＦ１４内の排気ガスの流を変える時期と判断し、ＳＴ６に進む。
【００３３】
ＳＴ６〜ＳＴ８：ＳＴ６では、ノッチレバー３３からのノッチ信号を監視し、ノッチレバー３３のポジションがアイドリング位置にあるか否かを判定する。ＳＴ７では、排気ブレーキスイッチ３４および図示しない空気ブレーキスイッチからの信号を監視し、ブレーキング状態にあるか否かを判定する。ＳＴ８では、車速センサ３５からの検出信号を監視し、気動車が走行状態にあるか否かを判定する。
【００３４】
これらのうちいずれかの判定結果がノーであれば、気動車が惰行運転状態にないと判断し、惰行状態になるまで待つ。全ての判定結果がイエスであれば、気動車が惰行運転中にあると判断してＳＴ９に進む。すなわち、ノッチレバー３３、排気ブレーキスイッチ３４、空気ブレーキスイッチ、および車速センサ３５は、気動車が惰行走行中であるか否かを判断する手段であり、これらで本発明に係る運転状態検出手段３６を構成している。
【００３５】
なお、気動車が惰行運転中であるか否かを判定する運転状態検出手段としてはこれに限定されず、例えばノッチレバー３３のみで構成してもよい。このような場合には、例えばノッチレバー３３が加速位置（高負荷位置）を所定時間維持した後に、アイドリング位置をさらに所定時間維持したか否かで惰行運転中にあるかどうかを判定できる。また、このような運転状態検出手段３６により、気動車が駅構内等に停止していないことも判断可能である。
【００３６】
ＳＴ９：気動車が惰行運転中にあると判断した場合、切換バルブ１５，１６の開閉を切り換え、ＤＰＦ１４内での排気の流を変更し、捕集されたパーティキュレートを除去する。この際、バルブ切換にあたっては、図２の（Ａ）の状態から（Ｂ）の状態に、あるいは反対に（Ｂ）の状態から（Ａ）の状態に一気に切り換える訳ではなく、この間の僅かな時間だけ（例えば１秒以内）、一旦全開放状態とし、この状態を介して切り換える。このことにより、切り換わり時に全閉塞状態に近くなるのを防止し、排気ブレーキがかからないようにしている。
【００３７】
ＳＴ１０：ここでは再度、排圧を検出する。ＤＰＦ１４での排気の流を変えたにもかかわらず、ここで排圧が切換設定圧力Ｐ２に達している場合には、ＤＰＦ１４での目詰まりが解消されない時期に来ていると判断し、ＳＴ１２へ進む。切換設定圧力Ｐ２に達していなければＳＴ１１に進む。ただし、このＳＴ１０で排圧を検出する際には、ＳＴ９でのバルブ切換の後、所定時間経過してから行うことが望ましい。
【００３８】
ＳＴ１１：以上の後、カウンタ２１をリセット（ゼロクリア）し、ＳＴ１に戻ってカウンタ２１を再スタートさせる。このＳＴ１〜ＳＴ１１は何ら異常が生じていない通常のフローであり、このフロー中にエンジンが停止されれば、カウンタ２１での計時時間がそのまま記憶保持され、また、切換バルブ１５，１６の開閉状態がそのまま維持される。
【００３９】
ＳＴ１２：ＳＴ３において、入口部１０Ａでの排圧、排温が限界圧力Ｐ１、限界温度Ｔ１に達しており、ディーゼルエンジンもしくは排気ガス浄化装置１が異常状態にあると判断した場合、あるいはＳＴ１０において、ＤＰＦ１４での目詰まりが解消されない時期に来ていると判断し場合には、切換バルブ１５，１６を全て開放して図３（Ａ）の状態に即座に切り換え、ＤＰＦ１４等の保護を図る。
【００４０】
ＳＴ１３：続いて、床下点検部あるいは運転室等にある警告灯やブザーなど、任意の警告手段を作動させて異常状態を知らせる。この警告が発せられた場合には、状況に応じて車両を車両所等に移動させて点検したり、ＤＰＦ１４の交換時期であればＤＰＦ１４を交換する。また、ＤＰＦ１４を交換した場合には、カウンタ２１が自動的にリセットされる。
【００４１】
ＳＴ１４，１５：ところで、切換バルブ１５，１６が全て開放されていても、気動車の運転をしばらくは続行する場合が多々ある。このような場合でも、排気ブレーキを有効に使用するためにここでは、排気ブレーキスイッチ３４からのＯＮ／ＯＦＦ信号を受け付けている。すなわち、ＯＦＦの場合には全開放を維持するが、排気ブレーキスイッチ３４からＯＮ信号が出力された場合には、切換バルブ１５，１６を全て閉じて排気ブレーキを作動させ、この後に再びＳＴ１４に戻り、ＯＦＦ信号が出力されるまで排気ブレーキを効かせる。
【００４２】
ＳＴ１６：ＳＴ２において、排気ブレーキスイッチ３４からＯＮ信号が出力された場合、つまり通常状態で運行中、降坂路あるいは停車駅に近づく等して排気ブレーキを働かせたい時のように、ＯＮ信号が出力された場合には、既に説明したように、切換バルブ１５，１６を全て閉じ、排気ブレーキを働かせる。
【００４３】
ＳＴ１７：この後、排気ブレーキスイッチ３４からＯＦＦ信号が出力されるのを監視し（あるいはＯＮ信号の出力が止まるまで監視し）、ＯＦＦ信号が出力されるまでは排気ブレーキを働かせ、出力されたらＳＴ１８に進む。
【００４４】
ＳＴ１８：ここでは再度、切換バルブ１５，１６を排気ブレーキ前の元の開閉状態に戻し、通常の捕集状態に復帰させる。
【００４５】
このような本実施形態によれば、以下のような効果がある。
（１）すなわち、排気ガス浄化装置１によれば、パーティキュレートの詰まり具合は、ＤＰＦ１４に流入する排圧として正確かつ瞬時に反映されるため、このような排圧を圧力センサ３１で検出し、この検出結果をバルブコントローラ２０で監視することにより、切換バルブ１５，１６の切換制御をパーティキュレートの詰まり具合に応じて緻密に制御できる。
【００４６】
（２）また、圧力センサ３１で排圧を検出することにより、排気ガスがＤＰＦ１４に大きく影響を及ぼすほど高温、高圧に達した場合でも、図４中のＳＴ１２で説明したように、安定しない従来の温度センサによらずに迅速に判断して切換バルブ１５，１６を制御でき、ＤＰＦ１４の耐久性を向上させることができる。
【００４７】
（３）さらに、本実施形態の排気ガス浄化装置１では、通常は切換設定時間ｔ１に達する毎に切換バルブ１５，１６の切換制御を行うが、切換設定時間ｔ１に達する以前でも切換設定圧力Ｐ２に達した際には、この切換設定圧力Ｐ２を優先させて切換制御を行うので、突発的な圧力上昇（パーティキュレートの詰まり）にも確実に対応できる。
【００４８】
（４）しかも、切換設定圧力Ｐ２に達しなくとも切換設定時間ｔ１毎に略定期的に切り換えるため、詰まったパーティキュレートの蓄積量が比較的少ない段階での切換を実施でき、排気ガスの流れ方向を変更した際のパーティキュレートの除去を無理なく良好にできて、ＤＰＦ１４の交換なしでの累積使用時間を延ばすことができる。
【００４９】
（５）そして、気動車が惰行運転中であることを、ノッチレバー３３、排気ブレーキスイッチ３４、車速センサ３５で構成される運転状態検出手段３６の各ノッチ位置や出力信号により判断し、ディーゼルエンジンの軽負荷運転であるこの惰行運転中に切換バルブ１５，１６の切換制御を行うから、加速中のような高温、高圧の排気ガスの流れを切り換える必要がなく、切換バルブ１５，１６やＤＰＦ１４への負担を軽減できるとともに、除去されたパーティキュレートが一気に勢いよく排出されることがない。
【００５０】
（６）また、このような運転状態検出手段３６を用いることで、気動車が駅構内に停止していないことを確実に判断できるため、駅構内で切換バルブ１５，１６の切換制御を行わずにすみ、駅構内にパーティキュレートを排出する心配がない。
【００５１】
（７）排気ガス浄化装置１においては、切換バルブ１５，１６を排気ブレーキ用のバルブとしても使用するので、排気ブレーキ専用のバルブを設ける必要がなく、部品点数を低減できるうえ、構造を簡略化でき、コストを削減できる。
【００５２】
（８）そして、図４のＳＴ１４，１５に示すように、切換バルブ１５，１６が開放状態に保持された場合でも、排気ブレーキの操作が可能であるから、気動車を運転するうえでの利便性を高めることができる。
【００５３】
なお、本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる他の構成等を含み、以下に示すような変形等も本発明に含まれる。
例えば、前記実施形態の排気ガス浄化装置１では、圧力センサ３１が入口部１０Ａに設けられていたが、出口部１０Ｂに設けてもよく、このような場合には、切換設定圧力Ｐ２を低圧側に設定し、排圧がこの切換設定圧力Ｐ２以下になった際に切換バルブ１５，１６の開閉を切り換えればよい。また、圧力センサ３１を入口部１０Ａおよび出口部１０Ｂの両方に設け、各排圧の差分から目詰まり状態を判断してもよい。
【００５４】
前記実施形態での切換バルブ１５，１６は、流入流路１１に一対、流出流路１３に一対、合計四つ設けられていたが、流入流路１１の分岐部分に一つの切換バルブを、流出流路１３の合流部分にも一つの切換バルを設けて切換制御を行い、よってＤＰＦ１４内を流れる排気ガスの方向を変更させてもよい。このような場合には、切換バルブの数を二つにでき、より安価にできる。
【００５５】
前記実施形態によれば、通常運転状態中に働かせた排気ブレーキの解除後においては、図４中のＳＴ１８に示すように、そのまま切換バルブ１５，１６を元の開閉状態に戻しているが、排気ブレーキの解除直後に瞬間的にでも一旦全開放し、この後に元の開閉状態に戻してもよい。
すなわち、排気ブレーキ作動中の入口部１０Ａでの排気ガスは、切換バルブ１５，１６が閉じられていることで圧縮されることは確かであるが、それよりもブレーキング中には燃料が僅かしか噴かれないかあるいは全く噴かれないために低圧、低温となる。そして、このような排気ガスが何らかの理由でＤＰＦ１４の機能上好ましくない場合には、全ての切換バルブ１５，１６を一旦開放して排気ガスを排出し、ＤＰＦ１４を通さないことが望ましい。また、排気ブレーキ作動中には、燃料がさほど噴かれないことでパーティキュレートも生成されにくいから、そのような排気ガスをそのまま排出しても周囲に及ぼす影響は少ない。
【００５６】
反対に、排気ブレーキ作動中の低圧、低温の排気ガスが別な理由でＤＰＦ１４の機能上都合がよい場合には、流入流路１１側の切換バルブ１５，１６を開放するとともに、流出流路１３側の切換バルブ１５，１６を閉じて排気ブレーキを効かせ、これによりＤＰＦ１４が収容されたハウジング１２内を低圧、低温状態にしてもよい。
【００５７】
前記実施形態での切換バルブ１５，１６の開度としては、完全に閉じるか、また完全に開くかであったが、これらの切換バルブ１５，１６の開度を無段階あるいは段階的に調整可能に構成してもよい。このような構成では、開いている側の切換バルブ１５，１６の開度をより絞ることで、ＤＰＦ１４を通過する排気ガスの温度を上昇させ、捕集されたパーティキュレートの自己燃焼を高温となった排気ガスで誘発促進させることができる。また、既存の切換バルブ１５，１６の他に、開度調整可能な別の排気バルブを入口部１０Ａ付近または出口部１０Ｂ付近に設け、この排気バルブを絞って排気ガスの温度を上昇させてもよい。
【００５８】
前記実施形態では、排気ガス浄化装置１を鉄道気動車に搭載した例を説明したが、本発明の排気ガス浄化装置はこれに限らず、トラック、バス、建機など、ディーゼルエンジンを搭載した任意の車両に搭載されてもよいし、車両以外にも、例えば定置式の発電機を駆動するためのディーゼルエンジンなどに適用できる。
【００５９】
その他、本発明を実施するための最良の構成、方法などは、以上の記載で開示されているが、本発明は、これに限定されるものではない。すなわち、本発明は、主に特定の実施形態に関して特に図示され、かつ、説明されているが、本発明の技術的思想および目的の範囲から逸脱することなく、以上述べた実施形態に対し、形状、材質、数量、その他の詳細な構成において、当業者が様々な変形を加えることができるものである。
従って、上記に開示した形状、材質などを限定した記載は、本発明の理解を容易にするために例示的に記載したものであり、本発明を限定するものではないから、それらの形状、材質などの限定の一部もしくは全部の限定を外した部材の名称での記載は、本発明に含まれるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る排気ガス浄化装置の概略構成を示す図。
【図２】前記排気ガス浄化装置での排気ガスの流れを示す模式図。
【図３】前記排気ガス浄化装置での排気ガスの別の流れを示す模式図。
【図４】前記排気ガス浄化装置の制御方法を示すフローチャート。
【符号の説明】
１…排気ガス浄化装置、１４…排気後処理フィルタであるＤＰＦ、１５，１６…切換バルブ、２０…制御手段であるバルブコントローラ、２１…計時手段であるタイマ、３１…圧力検出手段である圧力センサ、３６…運転状態検出手段、Ｐ２…切換設定圧力、ｔ１…切換設定時間。

Claims

ディーゼルエンジンからの排気ガスを通過させる排気後処理フィルタ（１４）と、この排気後処理フィルタ（１４）の上流側に設けられた上流側切換バルブ（１５，１６）と、当該排気後処理フィルタ（１４）の下流側に設けられた下流側切換バルブ（１５，１６）と、これら上流側および下流側の切換バルブ（１５，１６）を制御する制御手段（２０）とを備えているとともに、この制御手段（２０）により前記各切換バルブ（１５，１６）の開閉を切り換えることで前記排気後処理フィルタ（１４）内を流れる排気ガスの流れ方向を変更可能に設けられているディーゼルエンジンの排気ガス浄化装置（１）において、
前記上流側切換バルブ（１５，１６）のさらに上流側および／または下流側切換バルブ（１５，１６）のさらに下流側には、前記排気後処理フィルタ（１４）に対して流入および／または流出する排気ガスの圧力を検出する圧力検出手段（３１）が設けられ、
前記制御手段（２０）は、当該圧力検出手段（２１）での検出結果が切換設定圧力（Ｐ２）に達した場合に前記切換バルブ（１５，１６）の開閉を切り換えるとともに、このバルブ切換にあたっては、僅かな時間だけ、前記切換バルブ（１５，１６）を一旦全開放状態とし、この状態を介して切り換える
ことを特徴とするディーゼルエンジンの排気ガス浄化装置（１）。
請求項１に記載のディーゼルエンジンの排気ガス浄化装置（１）において、
前記排気後処理フィルタ（１４）の使用時間を計時する計時手段（２１）を備え、
前記制御手段（２０）は、当該計時手段（２１）での計時時間が切換設定時間（ｔ１）に達する以前に前記圧力検出手段（３１）での検出結果が切換設定圧力（Ｐ２）に達した場合か、または前記切換設定圧力（Ｐ２）に達する以前に前記切換設定時間（ｔ１）に達した場合に、前記切換バルブ（１５，１６）の開閉を切り換える
ことを特徴とするディーゼルエンジンの排気ガス浄化装置（１）。
請求項１または請求項２に記載のディーゼルエンジンの排気ガス浄化装置（１）において、
前記ディーゼルエンジンが搭載された車両が惰行運転中であるか否かを検出する運転状態検出手段（３６）を備え、
前記制御手段（２０）は、当該運転状態検出手段（３６）での検出結果により惰行運転であると判断した場合に前記切換バルブ（１５，１６）の開閉を切り換えるとともに、
前記運転状態検出手段（３６）は、車両スピードを変更するノッチレバー（３３）、排気ブレーキスイッチ（３４）、空気ブレーキスイッチ、および車速センサで構成されている
ことを特徴とするディーゼルエンジンの排気ガス浄化装置（１）。
請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のディーゼルエンジンの排気ガス浄化装置（１）において、
前記切換バルブ（１５，１６）は、前記ディーゼルエンジンの排気ブレーキ用に用いられる
ことを特徴とするディーゼルエンジン排気ガス浄化装置（１）。
請求項１ないし請求項４のいずれかに記載のディーゼルエンジンの排気ガス浄化装置（１）において、
前記制御手段（２０）は、前記切換バルブ（１５，１６）を全て開放状態に保持すると判断した後でも、前記切換バルブ（１５，１６）を前記ディーゼルエンジンの排気ブレーキ用に制御する
ことを特徴とするディーゼルエンジンの排気ガス浄化装置（１）。