JPH01182518A - 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。

〔従来の技術および問題点］ 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。

ところがパティキュレート捕集時、例えばエンジンが高
負荷運転されてフィルタ上のパティキュレートが自己燃
焼する状態（以下、自燃域という）になると、この燃焼
による熱が排気ガスの流れに沿ってフィルタ側へ伝わり
、フィルタが溶損するおそれが生じるという問題がある
。一方、実開昭６０−４５８１５号公報には、フィルタ
が溶損する可能性のある場合、バイパス弁を開いてフィ
ルタへ流入する排気ガス量を減少させる構成が開示され
ているが、この構成によっても燃焼熱はフィルタへ伝達
されるので、フィルタの溶損を確実に防止できるわけで
はない。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明に係る排気浄化装置は、第１図の発明の構成図に
示すように、第１の方向に流動する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、排気ガス
をフィルタ１５内において、上記第１の方向とは反対の
第２の方向に流動させ大気中へ放出させる排気ガス流制
御手段（バイパス管２１，２４、切換弁３１．３２）と
、上記フィルタ１５に捕集されたパティキュレートが自
己燃焼するエンジン状態か否かを判別する手段Ａとを有
し、上記パティキュレートが自己燃焼するエンジン状態
の時上記排気ガス流制御手段（バイパス管２１゜２４、
切換弁３１．３２）により排気ガスを第２の方向に流動
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４図は本発明の一実施例を示す。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１
２に連結された排気管１３には拡径部１４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切換弁３１が配設され、第
４連結部２６には、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
（ＥＣＵ）　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３２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、１１ＩＣＵ５１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ＥＣＵ３１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１５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、背圧センサ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５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形成された
コージュライト基材を有し、コージュライト基材の表面
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へ流入し、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の再生時、第４図に示すように、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および排気管
１３を所定の開度で開放する。したがって、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４
１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から直接マフラー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。

フィルタ１５上のパティキュレートが電気ヒータ４１に
より着火されなくとも自己燃焼する状態の時、すなわち
自燃域において、第３図に示すように、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、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
間を遮断し、あるいは、第４図に示すように第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。

第３図に示す状態の場合、排気ガスは第１のバイパス管
２１を通り電気ヒータ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。第４図に示す状態の場合、フィルタ１
５の再生時と同様に、一部の排気ガスが電気ヒータ４１
側からフィルタ１５へ流入して大気中へ放出され、残り
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。

しかして自燃域において、フィルタ１５を通る排気ガス
は電気ヒータ４１側からフィルタ１５へ流入する。すな
わち排気ガスは、第５図に示すように、フィルタ１５の
背面１５ａ側から表面１５ｂ側へ通過し、この表面１５
ｂ上に堆積したパティキュレートＰに接触しつつ流動す
る。したがってフィルタ１５上のパティキュレートＰに
対する酸素の供給量が充分なものとなり、また燃焼熱が
下流側へ伝達しやすくなる。このため、パティキュレー
トの多くは自燃により消失し、これにより電気ヒータ４
１によるフィルタ再生処理の頻度が減少することとなり
、電気ヒータ４１の耐久性が向上するばかりでなく、燃
費が向上する。また燃焼熱がフィルタ１５の表面ｔｓｂ
から背面１５ａへ伝わりにくくなり、フィルタの溶損が
確実に防止される。

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ＥＣＵ３１により行なわれる。

ＥＣＵ３１は入力ボート５２、出力ボート５３、メモリ
５４、および中央演算処理装置（ＣＰＵ）　５５を備え
、これらはバス５６により相互に接続される。

入力ボート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４
８に連結され、出力ボート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による自燃域における切換弁３
１．３２の開閉制御ルーチンのフローチャートを示す。

このルーチンはｌｏｏｍｓｅｃ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
ンジン回転数が、またアクセル位置センサ４６からアク
セル開度が読込まれる。ステップ１０２では、エンジン
回転数とアクセル開度から、現在、フィルタ１５上のパ
ティキュレートが自燃域にあるエンジン状態か否か判定
される。自燃域は、第７図に符号Ｂで示すように、エン
ジン回転数が例えば２０００ｒｐｏ＋以上、アクセル開
度が例えば６０％以上の、高負荷高回転運転域である。

自燃域のとき、ステップ１０３において逆流フラグＦが
１にセットされているか否か判定される。

逆流フラグＦは、第１および第２のバイパス管２１．２
４が開放されて排気ガスがパティキュレート捕集時とは
逆方向に流れる時（第３，４図参照）、ステップ１０６
においてｌにセットされる。自燃域に入った直後、逆流
フラグＦはまだ１にセットされていないため、ステップ
１０４へ進む。なお、ステップ１０７は、ステップ１０
３でＦ＝１と判断された時にも実行される。

まずステップ１０４ではカウンタＣが１だけインクリメ
ントされる。カウンタＣはステップ１０６においてＯに
リセットされており、自燃域に入った直後はＯである。

ステップ１０５ではカウンタＣが一定値を超えたか否か
、すなわち自燃域に入ってから３秒経過したか否かが判
別される。３秒経過する前、プログラムはこのまま終了
するが、３秒経過後、ステップ１０６．１０７が実行さ
れてプログラムは終了する。

ステップ１０６では、第１および第２切換弁３１゜３２
が開放され、またカウンタＣがＯにクリアされるととも
に、逆流フラグＦが１にセットされる。

しかして排気ガスは第３図あるいは第４図に示すように
、フィルタ１５に対して電気ヒータ４１側から流入し、
第５図に示すようにフィルタ１５の背面１５ａから表面
１５ｂに向って流れる。なお、第２切換弁３２の開度は
目的に応じて定められる。

一方ステップ１０７では、フラグｆがＯにリセットされ
る。

エンジン状態が自燃域から外れると、ステップ１０２か
らステップ１１１へ進み、逆流フラグＦが１にセットさ
れているか否か判定される。自燃域で、排気ガスがパテ
ィキュレート捕集時と逆に流れていた時には、逆流フラ
グＦが１にセットされているので、ステップ１１２へ進
み、フラグｆが１にセットされているか否か判定される
。この時フラグｆは、ステップ１０７においてＯにリセ
ットされているため、ステップ１１３が実行されタイマ
がセットされるとともにフラグｆが１にセットされる。

ステップ１１５ではタイマがセットされてから５分経過
したか否か判定される。５分経過前、プログラムはこの
まま終了するが、５分経過するとステップ１１６におい
て第１および第２切換弁３１．３２がそれぞれ第１およ
び第２のバイパス管２１．２４を閉塞するとともに、フ
ラグＦ、ｆが０にリセットされる。その後ステップ１１
１が実行されると逆流フラグＦが０にリセットされてい
るため、ステップ１１４においてカウンタＣがＯにリセ
ットされる。

しかして、排気ガスの逆流中に自燃域から外れても５分
間は逆流が継続される。その５分間に再び自燃域に入っ
た場合、すなわちステップ１１６が実行される前に再び
ステップ１０２からステップ１０３へ進んだ場合、その
後自燃域から外れると、ステップ１０７においてフラグ
ｆがＯにリセットされているため、ステップ１１１，１
１２．１１３．１１５の順に実行され、再び５分間逆流
が継続される。

第８図は自燃域における切換弁３１．３２の開閉制御ル
ーチンの他の実施例のフローチャートを示す。このルー
チンは５００ｍ５ｅｃ毎に割込み処理される。

低速高負荷走行を行なうと、フィルタ１５内の温度が例
えば６００°Ｃ以上となる場合があるが、排気ガス中の
酸素濃度が４〜５％以下と小さく、空気過剰率が小さす
ぎるため、フィルタ上のパティキュレートが燃焼しない
ことがある。このような場合、エンジン状態が象、に軽
負荷状態に変わると、フィルタ上のパティキュレートが
一気に自己燃焼し、フィルタが溶損するおそれがある。

第８図の制御ルーチンは、このような場合にパティキュ
レートの燃焼熱がフィルタに伝わりに＜＜シ、フィルタ
の溶損を防止するものである。

ステップ１２１では排気温センサ４８から排気ガス温度
が読込まれ、ステップ１２２では排気ガス温度が５５０
°Ｃを越えているか否か判定される。排気ガス温度が５
５０℃以下の場合、ステップ１２８においてカウンタＴ
がＯにリセットされてプログラムは終了するが、排気ガ
ス温度が５５０°Ｃを越えている場合、ステップ１２３
においてカウンタＴは０．５だけ加算される。ステップ
１２４では、カウンタＴの値より、排気ガス温度が５５
０°Ｃを越えてから５秒経過したか否かが判定される。

５秒経過する前、プログラムはこのまま終了するが５秒
経過した場合、ステップ１２５においてアクセル位置セ
ンサ４６からアクセル開度が読込まれる。ステップ１２
６ではアクセル開度が急に減少したか否か、すなわち、
現在のアクセル開度が１秒前のアクセル開度の％よりも
小さいか否かが判定される。アクセル開度が急減しない
場合、プログラムはこのまま終了するが、アクセル開度
が急減した場合、ステップ１２７が実行され、第１およ
び第２切換弁３１．３２が６０秒間開放される。

しかして排気ガス温度が５５０°Ｃよりも高い状態が５
秒より長く続いた場合であって、アクセル開度が急に減
少した場合、フィルタ１５上のパティキュレートが自燃
域にあると判断され、第１および第２のバイパス管２１
．２４が開放される。これにより排気ガスは、逆流して
電気ヒータ４１側からフィルタ１５へ流入し、第５図を
参照して既に述べたように、燃焼熱がフィルタに伝達し
にくくなり、フィルタの溶損が防止される。

〔発明の効果〕

以上のように、本発明によれば、パティキュレートが自
己燃焼する時、パティキュレートの燃焼熱がフィルタ側
へ伝わりにくくなり、フィルタの溶損が確実に防止され
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は発明の構成図、 第２図は本発明の実施例装置における、パティキュレー
ト捕集状態を示す断面図、 第３図は実施例装置においてパティキュレートが自燃域
にある状態を示す断面図、 第４図は自燃填装置においてパティキュレートが自燃域
における状態の他の例を示す断面図、第５図はフィルタ
を拡大して示す断面図、第６図は切換弁の開閉制御ルー
チンを示すフローチャート、 第７図は自燃域を示すグラフ、 第８図は切換弁の開閉制御ルーチンの他の例を示すフロ
ーチャートである。 １５・・・フィルタ、 ２１．２４・・・バイパス管、 ３Ｌ３２・・・切換弁、 ５１・・・制御回路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　１．第１の方向に流動する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、排気ガスを該フィル
   タ内において、上記第１の方向とは反対の第２の方向に
   流動させ大気中へ放出させる排気ガス流制御手段と、上
   記フィルタに捕集されたパティキュレートが自己燃焼す
   るエンジン状態か否かを判別する手段とを有し、上記パ
   ティキュレートが自己燃焼するエンジン状態の時上記排
   気ガス流制御手段により排気ガスを第２の方向に流動さ
   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。