JPH0410324Y2

JPH0410324Y2 -

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Publication number: JPH0410324Y2
Application number: JP1983043753U
Authority: JP
Priority date: 1983-03-25
Filing date: 1983-03-25
Publication date: 1992-03-13
Also published as: JPS59157520U

Description

【考案の詳細な説明】本考案はデイーゼルエンジンの排気浄化装置に
関する。

デイーゼルエンジンの排気浄化装置として、排
気通路にフイルター部材を設け、排気中のカーボ
ンなどの微粒子成分をフイルター部材で捕集する
とともに、この捕集された微粒子成分をフイルタ
ー部材の目詰り防止のため加熱装置にて燃焼除去
するようにしたものがある。この加熱装置の作動
方式としては、常時作動せしめる方式、フイルタ
ー部材の目詰りが生じる時期を予測して所定間隔
毎に作動せしめる間隔作動方式およびフイルター
部材の目詰りを検出して作動せしめる方式がある
が、本考案は上記間隔作動方式で加熱装置を作動
しようとするものである。

従来、上記間隔作動方式については、特開昭56
−104111号公報にその一例が開示されており、こ
れは、燃料タンク内のフロートの移動量を検出
し、燃料消費量が所定値に達する毎に加熱手段を
作動せしめてフイルター部材に捕集されている微
粒子成分を燃焼除去するものである。

しかるに、排気中のカーボン類はエンジンの運
転状態に応じてその発生量が変わり、一般にはエ
ンジンの負荷が高くなるにつれて、また、エンジ
ン回転数が高くなるにつれてカーボン類の発生量
が増える傾向にある。従つて、加熱装置の作動間
隔を燃料消費量のみで制御する方式においては、
フイルター部材の目詰り防止を充分に図ることが
できない場合が生じてくる。つまり、フイルター
部材の微粒子成分捕集量が少ないときに加熱装置
が作動してエネルギーを浪費したり、あるいはフ
イルター部材に微粒子成分が多く堆積しているに
もかかわらず、加熱装置が作動せずにフイルター
部材の目詰りも招いたりする不具合が生じてく
る。

本考案は、かかる点に鑑み、エンジンの運転状
態に応じて加熱装置の作動間隔を制御するように
なし、フイルター部材に捕集される微粒子成分の
量に応じた適正時期に加熱装置を作動せしめ、エ
ネルギーの浪費およびフイルター部材の目詰りの
防止を図るものである。

すなわち、本考案は、エンジンの排気通路に排
気中のカーボン等の微粒子成分を捕集するフイル
ター部材を設けるとともに、該フイルター部材に
捕集されて堆積した微粒子成分を燃焼させる加熱
装置を設けたデイーゼルエンジンの排気浄化装置
において、エンジンの運転状態を検出するセンサ
と、該センサの出力に応じ所定間隔毎に運転状態
に応じたウエイトフアクタを演算する演算手段
と、この演算手段で演算されたウエイトフアクタ
を積算し、積算値が所定値以上のときに加熱装置
作動信号を出力する積算手段と、微粒子成分の着
火温度以上に排気温度が上昇する運転状態に対応
したウエイトフアクタ値以上のウエイトフアクタ
が基準回数以上継続したとき積算値を零にするキ
ヤンセル信号を出力するキヤンセル信号発生回路
とを備えていることを特徴とするものである。

この排気浄化装置の場合、排気温度が微粒子成
分の着火温度に達しない運転状態に対応したウエ
イトフアクタは、フイルター部材に捕集される微
粒子成分の量に対応する。そして、このウエイト
フアクタの積算値によつて加熱装置の作動を制御
するから、この加熱装置をフイルター部材におけ
る微粒子成分の堆積量に応じた適正な時期に作動
せしめることが可能になる。

一方、排気温度が微粒子成分の着火温度以上に
上昇する運転状態に対応したウエイトフアクタが
演算されている場合、これは、フイルター部材に
捕集されている微粒子成分が排気温度自体で燃焼
していることを意味する。そして、かかるウエイ
トフアクタが基準回数以上継続したときに、積算
値を零にするキヤンセル信号を出力するから、フ
イルター部材の自己再生時に加熱装置が無駄に作
動することはない。

以下、本考案の実施例を図面に基いて説明す
る。

〈実施例１〉本例はヒータ方式の加熱装置を用いた場合で、
第１図乃至第４図に示されている。

１はデイーゼルエンジンの排気通路２に設けら
れた排気浄化手段で、排気中の微粒子成分を捕集
するフイルター部材３と、捕集された微粒子成分
を燃焼除去する加熱装置４とを備える。

フイルター部材３は、耐熱性多孔質材料にてハ
ニカム状に形成されており、排気通路２の途中に
介設されたケーシング５に収納されている。フイ
ルター部材３の排気通路長手方向に延びる各細孔
は、一つおきにその端部がブラインドプラグ６で
閉塞されており、上流側が開口した細孔（下流側
の端部は閉塞されている。）から流入した排気は、
通気孔の多孔質隔壁を通つて下流側が開口した細
孔から流出し、隔壁通過時に排気中のカーボン粒
子などの微粒子成分が捕集されるようになつてい
る。

加熱装置４は、電源７にリレースイツチ８を介
して接続した発熱線９を備え、この発熱線９はフ
イルター部材３の細孔の上流端に設けたブライン
ドプラグ６を通して各細孔内を出入し、末端はア
ースされている。発熱線９は必ずしもフイルター
部材３のすべての細孔に挿入することを要さず、
例えば、フイルター部材３の周辺部に位置する細
孔を環状に結ぶように配線するとともに、この環
状の内部で十字を形成するように配線するなど加
熱の影響がフイルター部材３の全体に及ぶように
してあればよい。

また、排気通路２には、フイルター部材３を収
納したケーシング５をバイパスするバイパス通路
１０が付設されている。このバイパス通路１０の
上端に開閉弁１１が取り付けられており、加熱装
置４の作動時において、フイルター部材３が微粒
子成分を燃焼除去可能な温度に上昇するまでは開
閉弁１１を全開して排気の全量をバイパス通路１
０に流し、燃焼除去可能な温度に昇温後は開閉弁
１１は半開きにして排気の1/2量を流すようにな
されている。

さらに、排気通路２には、フイルター部材３の
上流側でかつバイパス通路１０の上流端よりも下
流側に位置して２次エア供給通路１２が接続さ
れ、この２次エア供給通路１２にはバルブ１３が
介設されており、ポンプ１４の作動により２次エ
ア、つまり、フイルター部材３に捕集された微粒
子成分の燃焼を促進するためのエアをフイルター
部材３の上流側へ供給できるようになされてい
る。

また、フイルター部材３の下流側のケーシング
５には、ケーシング５の壁温（排気温度）を検出
する温度センサ１５が取り付けられており、加熱
装置４を作動せしめた後に上記壁温が上昇するか
否かをみて微粒子成分の燃焼が行なわれたか否
か、つまり、フイルター部材３の再生が完了した
か否かを検出するようにしている。

上記加熱装置４、開閉弁１１およびバルブ１３
は、中央処理装置１６によつて作動が制御される
ものであり、この中央処理装置１６には、エンジ
ンの運転状態を検出するセンサ、つまりエンジン
回転数を検出する回転センサ１７とエンジン負荷
を検出する負荷センサ１８とからの信号がそれぞ
れ波形整形、増幅等を行なう交換器１９，２０を
介して入力されるようになつている。本例の場
合、エンジン負荷は単位時間当りの燃料消費量と
してとらえられる。以下、中央処理装置１６の制
御の態様を第２図乃至第４図に基づいて説明す
る。

第２図に示す如く、中央処理装置１６は、回転
数信号と負荷信号を所定間隔毎に入力する入力手
段２１、エンジンの運転状態に応じたウエイトフ
アクタを演算する演算手段２２、ウエイトフアク
タを積算して積算値が基準値を超えると加熱装置
作動信号を出力する積算手段２３、再生完了検出
手段２４および自己再生検出手段２５を備える。

すなわち、回転センサ１７および負荷センサ１
８から変換器１９，２０を介してそれぞれ送られ
る回転数信号と負荷信号とは、入力手段２１にお
けるゲートをパルスが発せられる所定の間隔（例
えば、10秒）毎に通過して演算手段２２へ入力さ
れる。演算手段２２においては、回転数信号と負
荷信号とによりエンジンの運転状態に応じたウエ
イトフアクタがマツプによつて演算される。

上記マツプの構成は、第３図にその一例が示さ
れている。すなわち、マツプは、エンジンの全作
動域をエンジン回転数とエンジンの単位時間当り
の燃料消費量（負荷）とで特定される各運転状態
の領域に分け、各々の領域に運転状態に応じたウ
エイトフアクタをおいてなる。ウエイトフアクタ
は各運転領域でエンジンを運転させて得られた微
粒子成分発生量の計測値に基づいて設定されてお
り、エンジン回転数が高くなるにつれ、また燃料
消費量が増えるにつれてウエイトフアクタは大き
くなる傾向にある。また、第３図で太い実線によ
り示す境界線ｌは排ガス自体の温度でフイルター
部材３が自己再生を行なう運転領域とそうでない
運転領域とを区画して示したもので、本例の場
合、ウエイトフアクタ（12）以上の運転領域が微
粒子成分の着火温度以上に排気温度が上昇した自
己再生領域であり、の自己再生領域の運転状態が
所定時間継続すると、微粒子成分は燃焼除去さ
れ、フイルター部材３は自己再生することにな
る。

しかして、演算手段２２では回転数信号と負荷
信号が入力されると、マツプからエンジンの運転
状態に応じたウエイトフアクタを読み出すことに
なる。この演算手段２２に続く積算手段２３で
は、ウエイトフアクタを順次積算し、積算値を予
め設定された基準値（加熱装置の作動を要するウ
エイトフアクタの積算値）と比較し、基準値以上
であれば加熱装置４と再生完了検出手段２４に信
号を送るとともに、開閉弁１１およびバルブ１３
にも作動信号を送るようになされている。再生完
了検出手段２４は、温度センサ１５でフイルター
部材３下流側の温度上昇が検出されると、再生完
了として積算手段２３へ積算値をキヤンセルする
キヤンセル信号を送り、再生完了が検出されない
と警報信号を発するようになされている。

一方、自己再生検出手段２５では、演算手段２
２で演算されたウエイトフアクタを自己再生可能
なウエイトフアクタ値（12）とを比較し、（12）
以上であつて、かつウエイトフアクタ（12）以上
の運転状態がパルス毎に継続して入力されるとき
その入力回数をカウントする。そして、このカウ
ント値を自己再生が行なわれたと認められる基準
回数（例えば、12）と比較し、基準回数以上であ
れば、積算手段２３における積算値と前記カウン
ト値を零にするキヤンセル信号が出される。

第４図は上記中央処理装置１６における制御の
態様をフローチヤートで示しており、動作開始
（スタート）に伴い、ステツプ41でメモリのクリ
ヤ等のイニシヤライズを行なう。

ステツプ42ではパルスがきたか否かが判断さ
れ、パルスがきているとステツプ４３が回転数信
号の入力を行ない、続いてステツプ44で負荷Ｑ信
号の入力を行なう。そして、ステツプ45では回転
数信号と負荷Ｑ信号とに基づいてマツプからエン
ジンの運転状態に応じたウエイトフアクタＷの読
み出しが行なわれ、このステツプ45から次は基本
ルーチンとサブルーチンに分かれる。

基本ルーチンにおいて、ステツプ46では前回ま
でに積算して記憶されていたウエイトフアクタの
積算値W₀と今回のウエイトフアクタＷとの積算、
W₀＋Ｗ→W₀が行なわれ、ステツプ47で積算値
W₀が基準値Ｗ（加熱装置の作動を要する値）より
大きいか否か、つまり、W₀≧Ｗか否かの判断が
行なわれる。このステツプ47での判断がNOの場
合は、加熱装置の作動を要する状態になつていな
い、つまり、フイルター部材３は微粒子成分によ
る目詰りを起こす状態でないとして、ステツプ42
に戻り、上記ステツプ42〜47の動作を繰返して積
算を続行する。一方、上記ステツプ47での判断が
YESの場合は、フイルター部材３が目詰りを起
こす時期にきているとしてステツプ48へ進み、加
熱装置作動信号が出力される。そして、ステツプ
49でフイルター部材３の再生が完了したか否かを
再生完了検出手段２４によつて判断し、YESの
場合はステツプ50へ進んで積算値のリセツトW₀
→０が行なわれ、ステツプ46へ戻る。一方、ステ
ツプ49での判断がNOの場合は加熱装置作動系統
などに異常をきたしているとしてステツプ51でワ
ーニング信号が出され、中央処理装置１６の作動
はストツプする。

サブルーチンにおいては、ステツプ52において
前記ステツプ45で読み出されたウエイトフアクタ
Ｗが自己再生可能なウエイトフアクタ値か否か、
つまり、Ｗ≧12か否かの判断が行なわれる。この
ステツプ52での判断がNOの場合は基本ルーチン
へ戻り、YESの場合はステツプ53へ進んで12以
上のウエイトフアクタが読み出される回数Ｎのカ
ウントＮ＋１→Ｎが行なわれる。そして、ステツ
プ54では12以上のウエイトフアクタはパルス毎に
入力されているか否かの判断が行なわれる。この
ステツプ54での判断がNOの場合は、ステツプ55
で上記カウント回数ＮのキヤンセルＮ→０が行な
われて基本ルーチンへ戻る。一方、ステツプ54で
の判断がYESの場合はステツプ56へ進み、上記
カウント回数Ｎが基準回数N₀（12）以上か否か、
つまりＮ≧N₀の判断が行なわれ、この判断がNO
の場合は基本ルーチンへ戻り、YESの場合はス
テツプ57へ進んでカウント回数ＮのキヤンセルＮ
→０が行なわれ、続いて、ステツプ50における積
算値W₀のリセツトが行なわれる。

従つて、上記実施例においては、回転センサ１
７と負荷センサ１８からの回転数信号と負荷信号
が順次所定間隔毎に中央処理装置１６に入力さ
れ、中央処理装置１６において上記信号に基づく
エンジンの運転状態に応じたウエイトフアクタが
演算され、さらに、演算されたウエイトフアクタ
が順次積算されて積算値が所定値以上になると、
フイルター部材３は微粒子成分による目詰りを生
じる時期にきているとして加熱装置４の作動信号
とともに開閉弁１１およびバルブ１３の作動信号
が出力される。

これにより、加熱装置４によるフイルター部材
３の加熱が開始されるとともに、排気はフイルタ
ー部材３が微粒子成分を燃焼除去可能な温度に昇
温するまでその全量がバイパス通路１０を流れ、
フイルター部材３が昇温した後は、開閉弁１１が
半開きになつて排気の1/2量がフイルター部材３
を通過する。なお、排気をバイパス通路１０へ流
すのはフイルター部材３の昇温を早めるためであ
り、また昇温後に排気のバイパス量を減らすのは
微粒子成分の排出を防止するためであり、排気の
全量がフイルター部材３へ流れるようにするとフ
イルター部材３を微粒子成分を燃焼除去可能な温
度に維持するのに加熱装置４に多量のエネルギー
が必要になる不具合がある。開閉弁１１の全開か
ら半開きへの移行はタイマーにより、あるいはフ
イルター部材３の温度を別途検出して行なう。

また、２次エア供給通路１２からは、加熱装置
４の通電開始に少し遅れて燃焼可能温度に昇温
後、２次エアが供給されて微粒子成分の燃焼が促
進される。そして、微粒子成分の燃焼除去が終了
した後は、加熱装置４の作動が停止されるととも
に、開閉弁１１およびバルブ１３が閉じられ、排
気は再びその全量がフイルター部材３を通過する
ことになる。

一方、中央処理装置１６において、演算される
ウエイトフアクタが12以上の運転状態で、かつこ
の運転状態が所定時間継続していることが検出さ
れると、フイルター部材３の自己再生が行なわれ
ているとして加熱装置４、開閉弁１１およびバル
ブ１３への作動信号の出力が見送られ、エネルギ
ーの浪費が防止される。

なお、上記実施例におけるフイルター部材３の
再生完了の検出は、フイルター部材３の上流側と
下流側との双方の温度を検出し、この上流側と下
流側との温度差をみて行なうようにしてもよい。
これにより、エンジンの運転状態に応じて排気温
度が変動してもフイルター部材３の再生完了を正
確に検出できるようになる。

また、エンジンの負荷は、燃料消費量（燃料噴
射量）を燃料流量で直接検出する他、燃料噴射ポ
ンプのコントロールレバー回度やアクセルペダル
の開度等によつて検出してもよい。

〈実施例２〉本例は第５図に示し、加熱装置としてバーナを
用いたものであり、制御の態様は実施例１と同様
に行なわれる。

第５図において、６１は排気通路６２の途中に
介設された排気浄化手段で、分割型ケーシング６
３の前部筒６４内に筒状の仕切板６５が設けら
れ、前部筒６４と仕切板６５との間に排気導入室
６６が形成され、仕切板６５の内部にミキシング
室６７が形成され、後部筒６８にフイルター部材
６９が収納されている。また、前部筒６４の上流
端には燃焼筒７０を介してバーナ装置７１が連設
され、燃焼筒７０内に燃焼室７２が形成され、後
部筒６８の上流部にはミキシング室６７に続く導
入室７３が形成されている。

バーナ装置７１は、支持筒７４に取り付けられ
た燃料噴射ノズル７５を具備し、燃料噴射ノズル
７５はその燃料噴射中心線とフイルター部材６９
における排気ガス流通中心線とが一致するように
フイルター部材６９の上流側端面の中心部に対向
して配設されている。燃料噴射ノズル７５には１
次エア供給口７６および２次エア供給口７７が開
設され、さらに、支持筒７４には３次エア供給口
７８が開設され、それぞれエア供給通路（図示省
略）が接続されている。また、燃料噴射ノズル７
５よりも下流側において支持筒７４に点火プラグ
７９が装着されている。

上記燃焼室７２にはその長手方向中央部にリン
グ部材８０が設けられて絞り部８１が形成され、
燃焼室７２の下流側の端部には頂点側をミキシン
グ室６７へ突出せしめた円錐台状の第１バツフア
プレート８２が設けられ、この第１バツフアプレ
ート８２には多数の連通孔８３がプレート全周に
わたつて均等に開設されている。また、ミキシン
グ室６７と導入室７３との境界部には第２バツフ
ルプレート８４が設けられている。第２バツフル
プレート８４は外周縁部が環状の前板８５と後板
８６ａ，８６ｂとで挾持されて前部筒６４と後部
筒６８の間に支持されており、この第２バツフル
プレート８４の周辺部に複数の連通孔８７が環状
に配設されている。これら連通孔８７は、各連通
孔８７の中心点を環状に結ぶ線が導入室７３を断
面積において内周側と外周側とに１：１の面積比
に分ける位置にある。

また、上記仕切板６５はその長手方向中央部よ
りも上流側の位置を最小径部としてその両側へ内
径が円錐状に拡大しており、この両側の拡大部に
それぞれ複数の通気孔８８がその全周にわたつて
均等に開設されている。

さらに、燃焼室７２には絞り部８１よりも下流
側に位置して温度検出装置８９が臨ませてあり、
この温度検出装置８９にて着火を確認するように
してある。

本例の場合、加熱装置作動信号が出力される
と、燃焼噴射ノズル７５からの燃料噴射、１次エ
ア供給口７６乃至第３次エア供給口７８からのエ
アの供給および点火プラグ７９による点火が行な
われる。火炎は燃焼室７２を通過する際に一旦絞
り部８１で絞られてから絞り部８１の下流側で全
体に拡がり、第１バツフルプレート８２を介して
ミキシング室６７へ均一に分散された状態で入
る。そして、ミキシング室６７において、火炎は
排気と混合して燃焼し、さらに第２バツフルプレ
ート８４を介して全周から均等に導入室７３へ入
り、フイルター部材６９の全体を均一に加熱して
微粒子成分の燃焼除去を行なうことになる。上記
ミキシング室６７は外周の排気導入室６６で保温
されるため火炎の燃焼性が高く、また、火炎と排
気との混合により少ない燃料消費量で良好な加熱
効果が得られる。

以上のように、本考案によれば、エンジンの運
転状態を所定間隔毎に検出してその運転状態での
ウエイトフアクタを演算し、このウエイトフアク
タの積算値が所定値以上になつた際に加熱装置を
作動させてフイルター部材の再生を行なうように
したから、この再生を行なう間隔をエンジンの運
転状態に応じて、つまり、微粒子成分の堆積量に
応じて正確に制御することができ、フイルター部
材の目詰りおよびこの目詰りによる背圧の上昇が
防止され、また、所定値以上のウエイトフアクタ
が基準回数以上継続したときウエイトフアクタの
積算値を零にするキヤンセル信号を出力するよう
にしたから、フイルター部材の自己再生時の加熱
装置の無駄な作動を招くことはなく、結局、加熱
装置によるフイルター部材の再生制御をウエイト
フアクタ値によつて無駄なく簡単に行なうことが
できるという優れた効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

図面は本考案の実施態様を例示し、第１図はデ
イーゼルエンジンの排気浄化装置を示す全体構成
図、第２図は加熱装置の制御の態様を示す系統
図、第３図はマツプを表わすグラフ図、第４図は
フローチヤート図、第５図はバーナ式加熱装置を
示す部分断面側面図である。１，６１……排気浄化手段、２，６２……排気
通路、３，６９……フイルター部材、４……加熱
装置、１６……中央処理装置、１７……回転セン
サ、１８……負荷センサ、２１……入力手段、２
２……演算手段、２３……積算手段、２４……再
生完了検出手段、２５……自己再生検出手段。

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

エンジンの排気通路に排気中の微粒子成分を捕
集するフイルター部材を設けるとともに、該フイ
ルター部材に堆積した微粒子成分を燃焼させる加
熱装置を設けたデイーゼルエンジンの排気浄化装
置において、エンジンの運転状態を検出するセン
サと、該センサの出力に応じ所定間隔毎に運転状
態に応じたウエイトフアクタを演算する演算回路
と、該演算回路により演算したウエイトフアクタ
を積算し、積算値が所定値以上のとき加熱装置作
動信号を出力する積算回路と、微粒子成分の着火
温度以上に排気温度が上昇する運転状態に対応し
たウエイトフアクタ値以上のウエイトフアクタが
基準回数以上継続したとき積算値を零にするキヤ
ンセル信号を出力するキヤンセル信号発生回路と
を備えていることを特徴とするデイーゼルエンジ
ンの排気浄化装置。