JPH0367013A - ディーゼルエンジンの微粒子捕集装置 - 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微粒子捕集装置に関する
ものである。

（従来の技術） ディーゼルエンジンにおいては、ガソリンエンジンに比
してその排気中に含まれる微粒子が多く、これをそのま
ま排気ガスとともに大気中に放出した場合には公害源と
なるおそれがあり好ましくなく、このため従来よりその
排気系にフィルター（所謂ディーゼルパティキュレート
フィルター二ＤＰＦ）を設け、該フィルターによって排
気中の微粒子を捕集するようにしている。

しかし、このフィルターはこれを長期に亘って使用する
場合には捕集された微粒子によって目詰まりを起こしエ
ンジン性能に悪影響を及ぼすことになる。このため、フ
ィルターの捕集量が所定量以上となった時にはこの捕集
微粒子を燃焼除去してやる必要があり、このような思想
に基づく微粒子の燃焼除去方法としては、例えば、特開
昭５７−１７９３４８号公報に開示される如きものが知
られている。

この公知例のものは、エンジンの吸気系に絞り弁を設け
、フィルターの目詰まり状態を排気管内の圧力等によっ
て検知した場合には、上記絞り弁を絞って排気ガス温度
を上昇させ、フィルターに堆積した微粒子を高温雰囲気
中で燃焼除去するようにしたものである。そして、この
微粒子の燃焼除去作用は、フィルターの再生が完了する
まで継続される。

（発明が解決しようとする課題） ところが、この公知例のものにおいては、（１）フィル
ターの再生中継続的に吸入空気を絞るものであるため、
これを絞り過ぎた場合には次第に排気ガス中の酸素濃度
が低下して捕集微粒子が燃えにくくなり、結果的にフィ
ルター再生に時間がかかる、 （２）フィルター再生操作が継続的に行なわれ排気ガス
温度が時間の経過とともに上昇するため、この高温雰囲
気下で微粒子が急激に燃焼するとフィルターの温度が非
常に高くなり、これが約８００℃を越えるようになると
該フィルター溶解あるいは割れ等の損傷が生じるおそれ
がある、等の問題があった。

そこで本発明は、フィルターの温度と排気中の酸素濃度
とを該フィルターの再生に最適な状態に制御することに
よって、該フィルターの損傷を招くことなくしかも短時
間で効率良くフィルターの再生を実現し得るようにした
ディーゼルエンジンの微粒子捕集装置を提供せんとする
ものである。

（課題を解決するための手段） 本発明ではかかる課題を解決するための具体的手段とし
て、ディーゼルエンジンの排気系に該ディーゼルエンジ
ンより排出される微粒子を捕集するフィルターを設けた
ディーゼルエンジンの微粒子捕集装置において、上記デ
ィーゼルエンジンの吸気系と上記排気系の上記フィルタ
ーの下流位置の少なくともいずれか一方に絞り弁を設け
るとともに、上記フィルターの再生時期を検出する再生
時期検出手段を備え、該フィルターの再生時期において
は上記絞り弁の開閉を排気ガス温度に対応して所定間隔
で繰り返すようにしたことを特徴としている。

（作用） 本発明ではこのような構成であるかり、０）フィルター
の再生時期において絞り弁を閉じることによって排気ガ
ス温度が上昇しフィルターに捕集された微粒子が燃焼除
去され該フィルターの再生が行なわれる、 （２）時間の経過とともに排気ガス温度が高くなり温度
的には微粒子の燃焼除去がし易くなるが、その一方で酸
素濃度が次第に低下し、結果的に微粒子の燃焼除去性能
が低下するが、このような場合において絞り弁が一旦開
かれることにより、高温下において酸素濃度が上昇し微
粒子の燃焼除去が促進されるとともに、排気ガス温度は
次第に低下せしめられフィルターの過熱化が防止される
、（３）絞り弁の開弁状態が続くと酸素濃度的には微粒
子の燃焼除去が促進され得る状態となるが、その一方で
排気ガス温度が低下し温度的には微粒子の燃焼除去が困
難な状態となり、結果的に微粒子の燃焼除去性能が低下
するが、このような場合において絞り弁が閉じられるこ
とにより、高酸素濃度下で排気ガス温度が上昇し微粒子
の燃焼除去が促進される、 （４）このようにして絞り弁の開閉が排気ガス温度に対
応して繰り返されることにより、常時微粒子の燃焼除去
に最適な排気ガス温度と酸素濃度とが維持されることと
なり、微粒子の効率的な燃焼除去が実現される、 等の作用が得られるものである。

（発明の効果） 従って、本発明のディーゼルエンジンの微粒子捕集装置
によれば、微粒子の燃焼除去が燃焼」−最適な排気ガス
温度及び酸素蟲度下で効率良く行なわれるところから、
フィルターの過熱による損傷を招くということがなく、
しかも該フィルターの再生をより短時間で確実に行える
という効果が得られる。

（実施例） 以下、添付図面を参照して本発明の好適な実施例をいく
つか説明する。

第１実施例 第１図には、本発明の第１実施例にかかる微粒子捕集装
置を備えたディーゼルエンジン１のシステム図が示され
ており、同図において符号２は吸気通路、３は排気通路
である。

上記排気通路３の通路途中には、排気中の微粒子を捕集
するためのフィルター４　（Ｄ　Ｐ　Ｆと略示）が設け
られている。そして、この排気通路３のフィルター４の
上流位置には、エンジン背圧を検出するための背圧セン
サ５とフィルター４の入口側１の排気ガス温度を検出す
るための温度センサ６とが設けられている。また、この
フィルター４の下流側には、アクチュエータ８によって
開閉駆動される絞り弁７が設けられている。さらに、デ
ィーゼルニンジンｌの側部には、燃料噴射ポンプ９が配
置されている。

また、同図において符号ＩＯはコントローラであり、該
コントローラ１０には、上記背圧センサ５からはエンジ
ン背圧ｊこ対応した背圧信号が、温度センサ６からは排
気ガス温度に対応した温度信号が、また燃料噴射ポンプ
９からはエンジン負荷に対応した負荷信号とエンジン回
転数に対応した回転数信号とがそれぞれ入力される。そ
して、このコントローラ１０は、上記各入力信号に基づ
いて上記アクチュエータ８に絞り弁制御信号を出力する
ようになっている。

次に、このように構成された本実施例の微粒子捕集装置
の作動及び制御状態を第２図及び第３図を参照して説明
する。

先ず、エンジンの運転状態検出要素として、エンジン回
転数、エンジン負荷等を読み込み（ステップＰＩ）、こ
れに基づいて現在アイドル状態がどうかを判定する（ス
テップＰ２）。そして、アイドル状態であればフィルタ
ー４の再生操作が必要であると判断し該フィルター４の
再生操作に移行する。尚、初期状態においては、上記絞
り弁７は開弁状態とされている。

次に、現在のエンジン背圧（ＰＢ）を検出する（ステッ
プＰ３）とともに、このエンジン背圧と予じめ定めた設
定値（Ｘ）とを比較しくステップＰ４）、ＰＢ＜Ｘであ
る場合にはフィルター４はまだ目詰まり状態となってお
らず再生の必要性なしと判断するが、ＰＢ＞Ｘである場
合にはフィルター４は目詰まり状態にありその再生が必
要であると判断する。即ち、この実施例においては背圧
センサ５が特許請求の範囲中の再生時期検出手段に該当
する。

フィルター４の再生に際しては、先ず、排気ガス温度の
上昇をスムーズならしめるために、エンジン回転数をア
イドル回転数より所定値だけアップさせ（ステップＰ５
）、この状態で絞り弁７を閉じる（第３図（Ｂ）の点イ
；ステップＰ６）。すると、エンジン背圧が高くなるた
めエンジン燃焼室への吸入空気量は減少するが燃料噴射
量は変わらないため排気ガス温度が次第に上昇する（第
３図（Ａ）の点ａから点すへの移行状ｅ）。尚、第３図
（Ａ）の排気ガス温度はフィルター４の入口温度で示し
ている。

この排気ガス温度の移行期の初期においては、排気ガス
中の酸素濃度が十分であるため排気ガス温度の上昇とと
もにフィルター４に堆積した＠粒子の燃焼除去が効率良
く行なわれる。しかし、その終期においては、排気ガス
温度は上昇し続けるため温度的には燃焼除去条件が良好
となるものの、排気ガス中の酸素ａｒｘが次第に低下し
てくるため、微粒子の燃焼除去作用が次第に悪化するこ
ととなる。

このため、この実施例においては、上昇変化する排気ガ
ス温度Ｔを検出しくステップＰ７）、この検出排気ガス
温度′ｒが酸素濃度との相関上良好な燃焼除去作用が行
なわれ得る上限温度（Ｙ：約４００℃）に達した時点（
第３図（Ａ）の点ｂ）において絞り弁７を一旦全開しく
第３図（Ｂ）の点ロ：ステソブＰ８．Ｐ９）、タイマー
設定時間ｔの間、この状態を保持する（ステップＰＩＯ
，ｐＨ）。

このように、排気ガス温度が高くなった時点で絞り弁７
を開くと、吸入空気量が増加し排気ガス中の酸素濃度が
高くなるため、微粒子は高温且つ高酸素濃度下において
その燃焼除去が促進されろ。

また、排気ガス温度は、吸入空気量の増加とと乙に次第
Ｚこ低下し、設定時間ｔの経過後においては第３（Ａ）
の点Ｃとなる。

ここで、もう−度エンジン背圧ＰＢを検出しくステップ
Ｐ１２）、該エンジン背圧ＰＢと設定値Ｚとを比較しく
ステップＰ１３）、ＰＢ＜Ｚである場合にはすでにフィ
ルター４の再生は終了したとしてエンジン回転数をもと
のアイドル回転数にダウンさせ（ステップＰＩ４）、リ
ターンする。

一方、ＰＢ＞Ｚである場合には、まだフィルター４の再
生は十分ではないと判断し、再び絞り弁７を閉じ（第３
図（Ｂ）の点ハ：ステップＰ６）、排気ガス温度を上昇
させて微粒子の燃焼除去の促進を図る。

尚、ここでステップＰ１３での設定値ＺをステップＰ４
での設定値Ｘと異ならせているのは、エンジン回転数が
この両者で異なることに対応させたものである。

このように、排気ガス温度に対応して絞り弁７の開閉を
繰り返しながらフィルター４の再生を行うようにした場
合には、該再生作用が再生に最適な排気ガス温度域及び
酸素濃度域で行なわれるため、該再生が確実に且つ短時
間で終了することとなる。また、排気ガス温度がフィル
ター４の保護上の限界温度（約８００℃）以上に上昇し
ないため、該フィルター４の信頼性も確保される。

第２実施例 第２実施例のものは、上記第１実施例のシステム（第１
図）をそのまま使用し、これとほぼ同様の制御を行うも
のであるが、該第１実施例と異なる点は、第１実施例の
ものは第３図（Ａ）に示すように絞り弁７の開操作の基
準となる排気ガス温度を設定値Ｙに固定していたのに対
して、この第２実施例のものは、第５図（Ａ）に示すよ
うに該設定値を開差動の繰り返し毎に順次Ｙ　Ｉ＝　Ｙ
　ｔ−Ｙ　３−・・・と次第に上昇させた点である。具
体的には、第４図のフローチャートにおいてステップＱ
８で示すように、絞り弁７の開作動基準となる設定値を
Ｙｎとし、この設定値Ｙｎをフローが繰り返される毎に
順次Ｙ　Ｉ＋Ｙ　ｔ　−Ｙ　３・・（Ｙ　＋＜　Ｙ　ｔ
＜　Ｙ　３）と変化させるものである。尚、全体的なフ
ローは上記第１実施例の場合と同様であるため、ここで
はその説明を省略する。

このように構成した場合には、例えば、排気ガス温度Ｙ
、の状態では十分に燃焼し切らない微粒子が存在したと
しても、順次排気ガス温度を高めることによりこの残留
微粒子が次第に燃焼除去され、フィルター４の再生がよ
り完全ならしめられるものである。

第３実施例 第６図には、本発明の第３実施例にかかる微粒子捕集装
置を備えたディーゼルエンジン１のシステム図が示され
ている。この実施例のものは、上記第１実施例及び第２
実施例のものが絞り弁７の開閉を繰り返すことによって
これに伴う排気ガス温度の変化及び酸素濃度変化をうま
く利用しもってフィルター４に堆積した微粒子の燃焼除
去を促進するようにしていた（即ち、絞り弁７の開閉の
みによって排気ガス温度と酸素濃度の制御を行っていた
）のに対して、絞り弁７はこれを一旦閉弁した後は所定
期間この状態を保持し、この間における酸素濃度と排気
ガス温度の制御（即ち、フィルター４の再生制御）はこ
れを二次エアとＥＧＲガスの選択的導入によって積極的
且つ効果的に行いもって微粒子の燃焼除去作用のより一
層の促進を図ろうとするものである。また、絞り弁７を
開くことによって酸素濃度を増加させることができるこ
とは上記各実施例の場合と同様である。

システム的には、第６図に示すように、上記第１実施例
のシステム（第１図参照）に、エアーポンプ１１と三方
弁■２を増設し、絞り弁７の下流側から第１通路１３を
介して導入したＥＧＲガスと吸気通路２から第２通路１
４を介して導入した二次エアとを三方弁Ｉ２の切換操作
によって選択的に第３通路１５を介してフィルター４の
直上流側位置に供給するようにしている。また、この三
方弁１２の制御はコントローラＩＯによって行なわれる
が、その場合、上記第１．第２実施例においては温度セ
ンサ６をフィルター４の上流側位置に一個だけ設けて該
フィルター人口側の排気ガス温度を検出しこれに基づい
てフィルター再生制御を行っていたが、この第３実施例
においてはフィルター再生制御を実際のフィルター４の
状態に対応して的確に行うという観点から、フィルター
４の上流側と下流側の両方にそれぞれ温度センサ６Ａ。

６Ｂを設け、二次エアの導入タイミングはフィルター上
流側の排気ガス温度で、またＥＧＲガスの導入タイミン
グはフィルター下流側の排気ガス温度でそれぞれ行うよ
うにしている。

以下、このコントローラＩＯによるフィルター再生制御
の実際を第７図及び第８図を参照して説明する。

制御開始後、先ずエンジンの運転状態を読み込んで現在
アイドル運転域かどうかを判断しくステップＲ１，Ｒ２
）、アイドル運転域である場合には、エンジン背圧ＰＢ
と設定圧Ｘとの比較からフィルター４の再生の必要の有
無を判断する（ステップＲ３，Ｒ４）。そして、再生の
必要有りとする場合には、エンジン回転数をアイドル回
転数より所定値だけアップさせるとともに絞り弁７を閉
じる（第８図参照ニステップＲ５，Ｒ６）。

絞り弁７の閉弁に伴って排気ガス温度はフィルター４の
上流側及び下流側ともに上昇し始めるが、この場合、フ
ィルター人口側の温度が出口側の温度よりも高くなって
おり（点ａ〉点ｂ）、その後この両者はほぼ同様の上昇
傾向をもって上昇変化する。

そして、この排気ガス温度の上昇に伴って次第に微粒子
の燃焼除去作用が進行する。

ところが、時間の経過とともに排気ガス温度は上昇して
温度的には燃焼除去条件は良好となるものの、次第に酸
素濃度が低下し結果的に燃焼除去作用が緩慢となる。こ
のため、フィルター４の入口側の温度Ｔ、を検出しこれ
が予じめ定めた設定値Ｙに達した時点で三方弁１２を二
次エア側に開いてフィルター４の上流側に二次エアを導
入する（第８図の点ＣニステップＲ７〜Ｒ＋ｏ）。

この二次エアの導入によって酸素濃度の増加が図られ、
フィルター４における微粒子の燃焼除去が促進される。

そして、二次エアが導入された後は、フィルター人口温
度は所定温度だけ低下した状態で移行するが、出口側の
温度は微粒子の燃焼の進行とともに急激に上昇し始め、
出口側温度と入口側温度とは逆転し、微粒子はより高温
且つ十分な酸素農産下でさらにその燃焼除去が促進され
る。

しかし、フィルター４の出口側温度（即ち、フィルター
４自身の温度に最も対応した温度）があまり高くなり過
ぎると、該フィルター４の損傷のおそれが生じるため、
この実施例ではフィルター出口側の排気ガス温度Ｔｔを
検出しこれが設定値Ｚに達した時点（第８図の点ｄ）で
三方弁１２をＥＧＲガス側に切り替えてフィルター４の
上流側にＥＧＲガスを導入するとともにタイマーをセッ
トし、ＥＧＲガスの導入を設定時間ｔの間継続させる（
ステップＲ０〜Ｒ９８）。このＥＧＲガスの導入により
、出口温度は次第に低下し、時間を後には点ｅに達する
。

そして、この時間りが経過した時点において、絞り弁７
を開き且つＥＧＲガスの導入を停止するとともにエンジ
ン回転数を通常のアイドル回転数まで低下させ（ステッ
プＲ１７〜Ｒ１９）、排気ガス温度を速やかに低下させ
る。この場合、絞り弁７が開かれることにより酸素濃度
が増加し微粒子の燃焼除去が促進されることとなる。

ここで、再度エンジン背圧ＰＢを検出し、該エンジン背
圧が設定圧Ｘ以下である場合にはすでにフィルター４の
再生は完了したとするが、設定圧Ｘ以上である場合には
フィルター４の再生は不十分であると判断し、再度上述
の如き再生制御を繰り点す（ステップ１１２０．Ｒ２＋
）。このように、再生制御を繰り返すことによって、フ
ィルター４を確実且つ短時間で完全に再生することがで
きるものである。

このように、この第３実施例のものは、絞り弁７による
排気ガス温度と酸素濃度の制御作用に、二次エアとＥＧ
Ｒガスの導入による排気ガス温度と酸素濃度の制御作用
を付加し、もってフィルター４の再生作用をより積極的
且つ効果的に行うようにしたものである。

なお、この第３実施例においては、二次エア及びＥＧｒ
（ガスをフィルター４の直上流側位置に供給するように
しているが、本発明のたの実施例においてはこれらをエ
ンジンの吸気側に供給することもできるものである。

また、上記各実施例においては、排気通路３に絞り弁７
を設けているが、本発明はこのような構成に限定される
ものではなく、該絞り弁７を吸気通路２側に設けたり、
あるいは吸気通路２と排気通路３の双方にそれぞれ設け
ることもできるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例にかかる微粒子捕集装置を
備えたディーゼルエンジンのシステム図、第２図はその
制御フローチャート、第３図（Ａ）、（Ｂ）はその制御
特性図、第４図は本発明の第２実施例にかかる微粒子捕
集装置における制御フローチャート、第５図（Ａ）、（
Ｂ）はその制御特性図、第６図は本発明の第３実施例に
かかる微粒子捕集装置を備えたディーゼルエンジンのシ
ステム図、第７図はその制御フローチャート、第８図は
その制御特性図である。 １＃＃◆・・ディーゼルエンジン ２・・・・・吸気通路 ３　・　・　・ ４　・　・　・ ５　・　・　・ ６　６Ａ　　６Ｂ ７　・　・　・ ８　・　・　・ ９　・　・　・ １０　・　・ １１　・　・ ｌ　２　・　・ 排気通路 フィルター 背圧センサ 温度センサ 絞り弁 アクチュエータ 燃料噴射ポンプ コントローラ エアーポンプ 三方弁 ｌ・・・◆◆デイーセルエン／ン ２・・・・・吸気通路 ３・・・・・ｊＪ１気通路 １１・　・・・・フィルター ／ ８・・・・・アクチュエータ ≦ ＼８ １１１・・エアーポンプ １２・・・・三方弁 第３図 第５図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、ディーゼルエンジンの排気系に該ディーゼルエンジ
   ンより排出される微粒子を捕集するフィルターを設けた
   ディーゼルエンジンの微粒子捕集装置であって、上記デ
   ィーゼルエンジンの吸気系と上記排気系の上記フィルタ
   ーの下流位置の少なくともいずれか一方に絞り弁を設け
   るとともに、上記フィルターの再生時期を検出する再生
   時期検出手段を備え、該フィルターの再生時期において
   は上記絞り弁の開閉を排気ガス温度に対応して所定間隔
   で繰り返すようにしたことを特徴とするディーゼルエン
   ジンの微粒子捕集装置。