JPH01182517A - ディーゼルエンジンの排気浄化装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、ディーゼルエンジンの排気系に設けられて排
気ガス中のパティキュレートを捕集する排気浄化装置に
関する。

〔従来の技術〕

この排気浄化装置は、例えばハニカムフィルタを有し、
パティキュレートの捕集量が所定値を越えた時、パティ
キュレートを燃焼させてフィルタを再生させるように構
成される。特開昭６１−２２３２１５号公報は従来の排
気浄化装置を示し、この装置において、フィルタの一方
の端部に近接した部位に電気ヒータが設けられ、またフ
ィルタを迂回する２本のバイパス管が配設されるととも
に、これらのバイパス管およびフィルタ内の排気ガスの
流動を制御するバルブが設けられる。排気ガスは、パテ
ィキュレート捕集時、フィルタ内を流動した後電気ヒー
タを通過して大気中へ放出され、フィルタ再生時、一方
のバイパス管を通って電気ヒータ側からフィルタへ流入
し、他方のバイパス管を通過し大気中へ放出される。

〔発明が解決しようとする課題〕

上述の従来技術のように、捕集時と再生時とで排気ガス
の流動方向を変えることは、再生時のフィルタ溶損を防
止する点において好ましい。しかし、再生時パティキュ
レートを着火する際、ヒータの熱がフィルタのセル壁を
介してパティキュレートに供給されるため、電気ヒータ
は一定値以上の容量を有していなければならず、また所
定時間以上通電される必要がある。したがって、従来、
バッテリの負担が大きく、また電気ヒータの耐久性を充
分なものとすることができないという問題があった。

本発明は、パティキュレート量が少なくてもパティキュ
レートを短時間で確実に着火させることができ、これに
より、バッテリの負担を軽減させるとともにヒータの耐
久性を向上させることを目的としてなされたものである
。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、第１図の発明の構成図に示すように、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１５
と、このフィルタ１５に対し、パティキュレート捕集時
における排気ガスの流動方向の下流側に設けられ、フィ
ルタ再生時パティキュレートを着火させるためのヒータ
４１と、パティキュレートの捕集時とフィルタ再生時と
で上記フィルタ１５内の排気ガス流動方向を変える排気
ガス流制御手段（バイパス管２１，２４、切換弁３１゜
３２）キと、この排気ガス流制御手段を作動させるとと
もに上記ヒータ４１を発熱させる再生制御手段Ａとを備
え、再生制御手段Ａはエンジンの運転状態からフィルタ
再生時を判断し、この再生時、上記排気ガス流制御手段
存を作動させ、排気ガス流動方向を変えてから所定時間
経過した後上記ヒータ４１を発熱させることを特徴とし
ている。

〔実施例〕

以下図示実施例に基いて本発明を説明する。

第２図〜第５図は本発明の第１実施例を示す。

これらの図において、ディーゼルエンジン１１の排気マ
ニホルド１２に連結された排気管１３には拡径部工４が
形成され、この拡径部１４内には、排気ガス中のパティ
キュレート（炭素微粒子と炭素固体表面に吸着される液
状ＨＣとから成る）を捕集するためのフィルタ１５が設
けられる。マフラー１６は、拡径部１４より下流側の排
気口の近傍に設けられる。

第１のバイパス管２１は、エンジン１１と拡径部１４の
間に位置する第１連結部２２と、拡径部１４とマフラー
１６の間に位置する第２連結部２３とを連通させる。第
２のバイパス管２４は、第１連結部２２と拡径部１４の
間に位置する第３連結部２５と、第２連結部２３とマフ
ラー１６の間に位置する第４連結部２６とを連通させる
。第１連結部２２には、第１のバイパス管２１を開閉す
る第１切換弁３１が配設され、第４連結部２６には、第
２のバイパス管２４を開閉する第２切換弁３２が設けら
れる。

第１切換弁３１を開閉制御する、アクチュエータ３３は
、従来公知のダイヤフラム型の構造を有し、負圧調整弁
３４により負圧あるいは大気圧を導かれて作動する。負
圧調整弁３４はマイクロコンピュータを備えた制御回路
（ＩＩＩＣＤ）　５１により制御され、負圧源あるいは
大気をアクチュエータ３３に連通させる。第２切換弁３
２を開閉制御するアクチュエータ３６もダイヤフラム型
の構造を有し、ＥＣＵ　５１により制御される負圧調整
弁３７により負圧あるいは大気圧を導かれて作動する。

　　　□フィルタ１５の再生すなわちパティキュレート
の燃焼のため、このフィルタ１５の下流側すなわちマフ
ラー１６側には電気ヒータ４１が設けられる。電気ヒー
タ４１はリレー４２を介してバッテリ４３に連結される
。リレー４２はＥＣＵ　５１に制御されて開閉し、フィ
ルタ再生時期であると判断された時、ヒータ４１に通電
してこれを発熱させ、これによりフィルタ１５に捕集さ
れたパティキュレートは着火して燃焼する。フィルタ１
５の再生時期の判断および再生制御は、従来公知のよう
に、燃料噴射ポンプ４４に設けられたエンジン回転数セ
ンサ４５およびアクセル位置センサ４６と、圧力センサ
４７と、排気温センサ４８とから得られる検出信号に従
って行なわれる。

フィルタ１５はハニカムフィルタであり、第４図に示す
ように、入口側が栓詰めされた多孔質セルと、出口側が
栓詰めされた多孔質セルとを交互に配設して成形された
コージェライト基材を有し、コージェライト基材の表面
には、ＨＣ等の悪臭成分を吸着するγアルミナがコーテ
ィングされる。

またγアルミナの表面には、捕集されたパティキュレー
トを燃焼させる再生時にパティキュレートの着火温度を
下げるため、銅、銀等の触媒が担持される。

通常のパティキュレート捕集時、第１および第２切換弁
３１．３２は、第２図に示すように、それぞれ第１およ
び第２のバイパス管２１．２４を閉塞するとともに排気
管１３を開放している。したがって、排気ガスは第１お
よび第２のバイパス管２１．２４を流れることなく、全
て拡径部１４へ流人し、フィルタ１５および電気ヒータ
４１の順に流動して大気中へ放出される。この間、排気
ガス中に含まれるパティキュレートはフィルタ１５によ
り捕集される。

フィルタ１５上のパティキュレート捕集量が一定値に達
し、フィルタ１５の再生処理を開始する場合、第３図に
示すように、まず、第１切換弁３１は第１のバイパス管
２１を開放するとともに排気管１３の第１および第３連
結部２２．２５間を遮断し、第２切換弁３２は第２のバ
イパス管２４を開放するとともに排気管１３の第２およ
び第４連結部２３．２６間を遮断する。この結果、全て
の排気ガスは、第１のバイパス管２１を通って電気ヒー
タ４１側からフィルタ１５へ流入し、第２のバイパス管
２４を通ってマフラー１６から大気中へ放出される。し
たがって、第４図に示すように、通常のパティキュレー
ト捕集時パティキュレートＰはフィルタ１５の表面１５
ａ上に堆積するが、再生処理の開始時パティキュレート
Ｐはフィルタ１５の裏面１５ｂすなわち電気ヒータ４１
側の面に堆積する。

第１および第２切換弁３１．３２が、第３図に示すよう
に第１および第２のバイパス管２１．２４を全開させて
から所定時間（例えば１／４〜１／８時間）経過すると
、第５図に示すように、第２切換弁３２は第２のバイパ
ス管２４および排気管１３を所定の開度で開放する。し
たがもて、一部の排気ガスは第１のバイパス管２１を通
過した後電気ヒータ４１側からフィルタ１５に流入し第
２のバイパス管２４を通って大気中へ放出され、残りの
排気ガスは第１のバイパス管２１から連接マフラー１６
側へ流れ大気中へ放出される。この時電気ヒータ４１は
通電されて発熱し、これによりフィルタ１５上のパティ
キュレートは着火して燃焼する。

このように電気ヒータ４１によりパティキュレートを着
火させる時、既にフィルタ１５の裏面１５ｂ上にはパテ
ィキュレートが堆積している。裏面１５ｂ上のパティキ
ュレートは電気ヒータ４１に面しているため、着火しや
すく、すぐに燃焼しはしめる。この裏面１５ｂ上のパテ
ィキュレートの燃焼熱は、フィルタ１５を通して表面１
５ａ上のパティキュレートに伝達され、これにより表面
１５ａ上のパティキュレートも着火して燃焼する。しか
してフィルタ１５の両面のパティキュレートは燃焼し、
フィルタ１５の再生が行なわれる。

第１および第２切換弁３１．３２の開閉および電気ヒー
タ４１の通電はＥＣＵ　５１により行なわれる。

ＥＣ［Ｉ５１は入力ポート５２、出力ポート５３、メモ
リ５４、および中央演算処理（ＣＰＵ）　５５を備え、
これらはバス５Ｇにより相互に接続される。入力ポート
５２はエンジン回転数センサ４５、アクセル位置センサ
４６、背圧センサ４７および排気温センサ４８に連結さ
れ、出力ポート５３は負圧調整弁３４．３７およびリレ
ー４２に連結される。

第６図はＥＣＩＪ５１による切換弁３１．３２および！
気！＝−タ４１の制御ルーチンのフローチャートを示す
。この制御ルーチンは、５０ｍ５ｅｃ毎に割込み処理さ
れる。

ステップ１０１では、エンジン回転数センサ４５からエ
ンジン回転数、アクセル位置センサ４６からアクセル開
度、また圧力センサ４７から排気ガス圧が読込まれる。

ステップ１０２では、第１フラグＦが１にセットされて
いるか否かが判別される。

フラグＦは、通常のパティキュレート捕集時Ｏにリセッ
トされているが、フィルタ再生時ステップ１０５におい
て１にセットされている。したがってフィルタの再生が
始まる前、フラグＦは０でありステップ１０３へ進む。

ステップ１０３では、エンジン回転数とアクセル開度か
ら、フィルタの再生時期を判断するための基準圧が演算
される。なおこの基準圧は予めメモリ５４に記憶された
マツプから読込むようにしてもよい。ステップ１０４で
は排気ガス圧が基準圧よりも高いか否かが判別される。

排気ガス圧が低い時、まだフィルタを再生する必要がな
いので、このルーチンはこのまま終了するが、排気ガス
圧が高い時、フィルタの再生処理を行なうべくステップ
１０５以下が実行される。

ステップ１０５では第１および第２切換弁３１　、３２
が作動され、これにより第１および第２のバイパス管２
１，２４がそれぞれ全開されるとともに、排気管１３の
第１および第３連結部２２．２５間と第２および第４連
結部２３．２６間とが遮断される。

またフラグＦが１にセットされるとともに、エンジン回
転数の積算が開始される。しかして切換弁３１．３２は
第３図に示す開閉状態となり、排気ガスは電気ヒータ４
１側からフィルタ１５に流入し、フィルタの裏面１５ｂ
（第４図）にパティキュレートが堆積しはじめる。ステ
ップ１０６では、現在のエンジン回転数の積算値が所定
値より大きいか否かが判別される。フィルタ裏面上のパ
ティキュレート堆積量が比較的少ない時、積算値は所定
値以下であり、このルーチンはこのまま終了する。第１
および第２切換弁３１．３２が開弁されて排気ガスの逆
流が始まると、ステップ１０５においてフラグＦが１に
セットされるため、ステップ１０２からステップ１１１
に移り、フラグｆが１にセットされているか否かが判別
される。電気ヒータ４１への通電が開始される前、フラ
グｆはＯであり、ステップ１１１からステップ１０６へ
進む。

しかしてステップ１０６においてエンジン回転数の積算
値が所定値よりも大きくなると、フィルタ裏面上のパテ
ィキュレート堆積量が一定値以上になったと判断され、
次にステップ１０７が実行される。すなわち、電気ヒー
タ４１が通電されて発熱しはじめ、また第２切換弁３２
は第２のバイパス管２４と排気管１３を所定開度で開放
する。しかして切換弁３１．３２は第５図に示す開閉状
態となり、一部の排気ガスは電気ヒータ４１側からフィ
ルタ１５に流入する。またヒータ４１の発熱によりフィ
ルタ１５上のパティキュレートが着火し燃焼する。さら
にステップ１０７では、フラグｆが１にセットされ、タ
イマが起動されるとともに、ステップ１０５において開
始されたエンジン回転数の積算が停止されてその積算値
が０にリセットされる。

このルーチンのその後の処理において、ステップ１０２
からステップ１１１へ進むと、フラグｆは１にセットさ
れているため、ステップ１１２において、タイマが起動
されてから４分経過したか否かが判定される。４分経過
前、このルーチンはこのまま終了するが、フィルタの再
生が始まって４分経過するとステップ１１３へ進み、フ
ィルタの再生処理が終了する。すなわち、第１および第
２切換弁３１．３２が第１および第２のバイパス管２１
．２４を閉塞し、電気ヒータ４１への通電が停止される
。

またタイマが停止されるとともにリセットされ、フラグ
Ｆ、ｆが０にリセットされる。

以上のように、フィルタ再生時、従来フィルタ１５を裏
面１５ｂ側から加熱して表面１５ａ上のパティキュレー
トを着火させていたのに対し、本実施例では裏面１５ｂ
上のパティキュレートの燃焼熱を利用して表面１５ａ上
のパティキュレートを着火させており、パティキュレー
トは、堆積量が少なくても短時間で確実に着火する。し
たがって、バッテリ４３の消費電力は少なくなり、バッ
テリ４３の負担は軽減し、その耐久性が向上する。また
電気ヒータ４１の通電時間が短くなることにより、この
ヒータ４１の耐久性が改善される。さらに本実施例によ
れば、フィルタ上のパティキュレート捕集量が少なくて
もフィルタの再生ができるので、排気系の背圧が従来よ
りも小さくなり、この結果、燃費および過渡時における
エンジン出力が向上する。また、フィルタの再生処理時
間、すなわち第２切換弁３２を半開にする（第５図）時
間が短くなるので、大部分の排気ガスがフィルタ１５を
通ることなく大気中へ放出される時間が短くなり、パテ
ィキュレート捕集率が増加する。

第７図は、電気ヒータ４１に通電してフィルタ上のパテ
ィキュレートを燃焼させる状態の他の例、すなわち第２
実施例を示す。すなわち、第１切換弁３１は第１のバイ
パス管２１と排気管１３を所定の開度で開放し、また第
２切換弁３２は第２のバイパス管２４を開放するととも
に排気管１３の第２および第４連結部２３．２６を遮断
している。

この例によっても、一部の排気ガスを電気ヒータ４１側
からフィルタ１５へ流入させることができ、第２〜５図
の第１実施例と同様な効果が得られる。

第８図は第３実施例を示す。この実施例において、第１
切換弁３１は第３連結部２５に設けられて第２のバイパ
ス管２４を開閉し、また第２切換弁３２は第２連結部２
３に設けられて第１のバイパス管２１を開閉する。これ
らの第１および第２切換弁３１．３２の開閉動作は上記
第１実施例と同じであり、この第３実施例によっても第
１実施例と同様な効果が得られる。

なお、電気ヒータ４１をフィルタ１５のエンジン１１側
に配設し、フィルタ１５に対して排気ガスを、パティキ
ュレート捕集時マフラー１６側から流入させ、かつフィ
ルタ再生時エンジン１１側から流入させる排気系にも、
本発明は適用される。

〔発明の効果〕

以上のように本発明によれば、フィルタ上のパティキュ
レートの着火が容易となり、バッテリの負担を軽減させ
るとともにヒータの耐久性を向上させることが可能とな
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は発明の構成図、 第２図は第１実施例におけるパティキュレート捕集状態
を示す断面図、 第３図は第１実施例においてフィルタ再生前排気ガスを
逆流させた状態を示す断面図、第４図はフィルタを拡大
して示す断面図、第５図は第１実施例におけるフィルタ
再生時を示す断面図、 第６図は切換弁および電気ヒータの制御ルーチンを示す
フローチャート、 第７図は第２実施例におけるフィルタ再生時を示す断面
図、 第８図は第３実施例においてフィルタ再生前排気ガスを
逆流させた状態を示す断面図である。 １５・・・フィルタ、 ２１・・・第１のバイパス管、 ２４・・・第２のバイパス管、 ３１・・・第１切換弁、 ３２・・・第２切換弁、 ４１・・・電気ヒータ、 ５１・・・制御回路。 第４図 第５図 第６図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　１．排気ガスに含まれるパティキュレートを捕集する
   フィルタと、このフィルタに対し、パティキュレート捕
   集時における排気ガスの流動方向の下流側に設けられ、
   フィルタ再生時パティキュレートを着火させるためのヒ
   ータと、パティキュレートの捕集時とフィルタ再生時と
   で上記フィルタ内の排気ガス流動方向を変える排気ガス
   流制御手段と、この排気ガス流制御手段を作動させると
   ともに上記ヒータを発熱させる再生制御手段とを備え、
   該再生制御手段はエンジンの運転状態からフィルタ再生
   時を判断し、この再生時、上記排気ガス流制御手段を作
   動させ、排気ガス流動方向を変えてから所定時間経過し
   た後上記ヒータを発熱させ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。