JPH04203413A - 排気ガス微粒子浄化装置 - 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ガス微粒子（パティ
キュレート）をフィルタによって捕集して排気を浄化す
る装置に関し、特にフィルタにおいて捕集したパティキ
ュレートの重量を正確に把握するための手段を備えた排
気ガス微粒子浄化装置に関する。

（従来の技術〕 ディーゼルエンジンの排気管には、排気ガス中のカーボ
ン粒子等の微粒子（パティキュレート）を捕集して浄化
する浄化装置が設けられるが、その−例を第２図に示す
。

第２図に示した浄化装置においては、エンジン１の排気
管７の中間部を大径として、その内部にセラミック製の
ハニカム型のパティキュレート捕集フィルタ２が設置さ
れている。捕集フィルタ２に捕集されて堆積するパティ
キュレートの量が増加すると、捕集フィルタ２の前後差
圧へＰが増大してエンジンエの出力低下を招くため、捕
集したパティキュレートを周期的に除去する必要がある
。

そこで例えば捕集フィルタ２の上流側端面にヒータ３を
設けて捕集したパティキュレートを加熱し、燃焼させて
除去している。

さらに進んだ従来技術が特開昭６２−２９１４１４号公
報に記載されている。この例は、フオームフィルタのよ
うに吸着によってパティキュレートを捕集するフィルタ
等では、フィルタの前後差圧が捕集率（すなわちフィル
タに入る前のパティキュレート濃度に対するフィルタ通
過後のパティキュレートの濃度の変化の割合）と正確に
対応しないので、フィルタの上流側と下流側の両方で実
際に排気ガスの濃度を検出することよって正確に前後捕
集率を算出し、フオームフィルタにおいては捕集される
パティキュレートの量（捕集量）が増加するにつれ、飽
和によって前記捕集率が低下することから、捕集率が所
定の値まで低下したときに再生手段を作動させるもので
ある。

フィルタ２によって捕集されたパティキュレートの捕集
量とフィルタを再生処理する時の燃焼ピーク温度との間
には大きな相関（第３図）があり、捕集量ｍが多過ぎる
と多孔質のセラミック等よりなるフィルタにクランク等
を発生する温度Ｔ、を越える異常高温となる。逆に捕集
量ｍが少な−過ぎるとパティキュレートの着火温度ＴＩ
を下回って再生ミスを生じるため、捕集量を正確に測定
して、捕集量が適正値であるｍ　Ｉ　””　ｍ　ａの間
にあるときに再生処理が実行されるように制御する必要
がある。

〔発明が解決しようとする課題〕

捕集量を検出する手段としては、従来のように捕集フィ
ルタの前後差圧へＰから推定する方法やエンジン回転数
の積算値から推定する方法、あるいはフィルタの捕集率
を実測する方法等が提案されているが、エンジンの運転
条件が変動すると、排気ガス流量の変化により捕集フィ
ルタの前後差圧△Ｐが変動したり、排気ガスのパティキ
ュレート濃度の変化により、同じエンジン回転数積算値
でも捕集量に差が生じたりして、捕集量の検出値に誤差
を生じることがある。

また、捕集率を実測する方法は、フオームフィルタのよ
うな特殊なフィルタを対象として考え出された手段であ
って、測定時点毎の瞬時の捕集率から捕集量を推定しよ
うとするものであるから、フオームフィルタ以外のもの
に対しては、実際に堆積した微粒子の量を知るための手
段として必ずしも適しているとは言えない場合がある。

そこで本発明の目的は、このような問題を解決すること
によって、エンジンの運転条件の変動に関わらず正確に
パティキュレートの捕集量を把握して、常に適切な捕集
量において捕集フィルタの再生を行い得る、排気ガス微
粒子浄化装置を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明の排気ガス微粒子浄化装置は上記の目的を達成す
るために、耐熱性の微粒子捕集フィルタと、該フィルタ
を再生するための加熱手段と、排気ガスの流れを隔てて
対向配置される光源及び受光部からなる光不透過度検出
手段と、該光不透過度検出手段の近傍を通過する排気ガ
ス流量の検出手段と、前記光不透過度検出手段が出力す
る光年透過度から排気ガス中の微粒子濃度を算出し、こ
の濃度と前記排気ガス流量検出手段が出力する排気ガス
の流量から微粒子の流量を逐時計算すると共に、これを
時間積分することにより前記フィルタにおける微粒子捕
集量を推定し、該捕集量が適正範囲に入ったとき前記加
熱手段を作動させて前記フィルタの再生処理を実行させ
る制御手段とを具備するものである。

〔作　用］ 本発明の排気ガス微粒子浄化装置においては、光源から
放射される光を排気ガスの流れの中を透過させて受光部
により受光し、パティキュレート濃度との間に一定の相
関関数を有する排気ガスの光の不透過度を検出し、制御
手段においてパティキュレート濃度に換算する共に、不
透過度検出箇所近傍の排気ガス流量をほぼ同時期に検出
し、前記制御手段において濃度と流量の積としてパティ
キュレートの流量を逐時算出する。そしてこの積を時間
積分してパティキュレートの通過量を計算することによ
り、フィルタにおけるパティキュレートの捕集量を推定
して、その捕集量が適正範囲に入ったと判定されたとき
を再生処理の開始時期とし、加熱手段を作動させて再生
処理を実行する。

〔実施例〕

以下に本発明の排気ガス微粒子浄化装置についての具体
例を説明する。

実施例１ 第１図に示すように、エンジン１の排気管７は途中を分
岐せしめ、分岐管の一方７ａは、その中間部を大径とし
て内部にセラミック製の微粒子捕集フィルタ２を配設し
である。他方の分岐管７ｂはバイパス通路１０に接続し
、その途中にバイパスバルブ９を有する。通常の排気状
態ではバルブ９は閉じられていて、排気ガスはフィルタ
２を図の左側から右側の方向に通過し、そのとき排気ガ
ス　　　　・中に含まれるパティキュレートはフィルタ
２に捕集されて堆積してゆく。分岐管７ａのフィルタ２
の上流側に、排気ガス流方向に直交して互いに向い合わ
せに、光源である発光ダイオード４ａと受光部であるフ
ォトトランジスタ４ｂからなる検出手段を配設し、これ
ら一対の発光ダイオード４ａとフォトトランジスタ４ｂ
は、導線によって制御手段であるコントローラ８と接続
している。

作動状態において、発光ダイオード４ａからの一定の投
射光は、排気ガス中を透過する際に排気ガス中のパティ
キュレートによって吸収されたり散乱させられたりして
減衰するが、減衰の程度を示す不透過度とパティキュレ
ートの濃度との間には一定の相関関係が認められる（第
４図参照）。

フォトトランジスタ４ｂは、排気ガス中を透過しできた
入射光の光量に応じた電流をコントローラ８に出力する
。コントローラ８はこの電流値から排気ガスのパティキ
ュレート濃度を算出する。

また、発光ダイオード４ａ及びフォトトランジスタ４ｂ
の近傍に温度計５を配設し、エンジン１にエンジン回転
計６を設ける。温度計５とエンジン回転計６はコントロ
ーラ８に導線によって接続されており、フォトダイオー
ド４ｂの入射光量に応じた電流出力と同期して各々温度
情報とエンジン回転数情報をコントローラ８に出力する
。コントローラ８は、温度情報とエンジン回転数情報か
ら、発光ダイオード４ａ及びフォトトランジスタ４ｂ近
傍の排気ガス流量を算出する。

さらにコントローラ８は、時間的に同期しているパティ
キュレート濃度と排気ガス流量の積から、単位時間当り
に通過するパティキュレート重量、すなわちパティキュ
レート流量を算出し、更にこのパティキュレート流量を
逐次算出しながらそれを時間積分して通過したパティキ
ュレートの総量を求め、これに所定の係数（捕集率）を
乗じて捕集量の推定値を算出する。これによりエンジン
１の運転条件の変動にかかわらず、正確にパティキュレ
ートの捕集量を推定することができる。

このようにして、捕集量の推定値が再生を開始すべき所
定の捕集量（第３図のｍｌ−ｍ、の範囲）になったと判
定されたときは、コントローラ８はパルプ９を開いて排
気ガスの大部分を分岐管７ｂに接続するバイパス通路１
０へ分流し、少量の排気ガスのみを捕集フィルタ２に供
給するとともに、該フィルタ２の上流側端面に配設した
電気ヒータ３に通電して、捕集したパティキュレートを
加熱し、燃焼させて除去する。

また、なおこの場合、受光器であるフォトトランジスタ
４ｂの代替として、フォトダイオードや光導電セル等を
使用してもよい。

実施例２ 第５図に示すように、この例は前述の実施例１において
使用している発光ダイオード４ａとフォトトランジスタ
４ｂをフィルタ２の下流側にも配ものである。

捕集フィルタ２の上流側に配設した発光ダイオード４ａ
とフォトトランジスタ４ｂ、下流側に配設した発光ダイ
オードｌｌａとフォトトランジスタ１１ｂにより、フィ
ルタ２の上流側と下流側のパティキュレート濃度情報を
それぞれ検出する。これにより、ＳＯＦ　（可溶有機成
分）などを十分に捕集することができないフィルタに対
しても、流出分を差引くことによって、その捕集量をよ
り正確に推定することができる。またこの例では、エン
ジンｌにエンジン回転計６、エンジントルク計１２を配
設することにより、エンジン回転数、トルク、及びパテ
ィキュレート濃度情報検出箇所の温度の３者の既知の相
関関数を用いて、パティキュレート濃度情報検出箇所の
排気ガス流量を推定することにしている。

実施例３ この例は前述の実施例１において、光源である発光ダイ
オード４ａの投光面及び受光部であるフォトトランジス
タ４ｂの受光面に清浄な空気を導いて、それらの面にパ
ティキュレートが付着するのを防止する手段を設けたも
のであり、その要部を第６図に示す。スリーブ１５内に
光源又は受光部１３を配設しており、該スリーブ１５は
空気導入路１７を有し小室を形成するアダプタ１６内に
配設して、更に該アダプタ１６を排気管壁１８に直角に
貫通させて取付けている。また排気管に臨むアダプタ１
６の先端には、光源又は受光部１３の窓１４の位置に合
致する開口１９を設けて光の出入口とすると共に、空気
導入路１７から流入してアダプタ１６内を貫流し、光源
又は受光部１３を冷却すると共に耐熱ガラスの窓１４を
掃除する清浄な空気の出口としている。これにより空気
導入路１７に、常時空気を少量流すことにより、発光ダ
イオードあるいはフォトトランジスタ等からなる光源又
は受光部１３の投光面又は受光面の前面へのパティキュ
レートや水滴の付着を防止し、長期間良好な捕集量の推
定値検出が可能になる。第６図に示した構造は、実施例
２（第５図）におけるフィルタ２の下流側に設けられる
発光ダイオードＩｌａやフォトトランジスタｌｌｂに対
して適用することができることは言うまでもない。

〔発明の効果〕

以上の如く、本発明の排気ガス微粒子浄化装置によれば
、フィルタの種類に関係なく、また、エンジンの運転条
件の変動による排気ガス流量やパティキュレート濃度の
変化に左右されることなく、常に正確にパティキュレー
トの捕集量を推定することができ、それによって、再生
処理を行なうのにもっとも適当な時期を適確に判定する
ことが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る排気ガス微粒子浄化装置の第１の
実施例を一部切断して示す図、第２図は従来における排
気ガス微粒子浄化装置の一例を一部切断して示す図、第
３図はパティキュレート捕集量と燃焼ピーク温度の関係
を示す線図、第４図は排気ガス中のパティキュレート濃
度と排気ガスの光の不透過度の関係を示す線図、第５図
は本発明に係る排気ガス微粒子浄化装置の第２の実施例
を一部切断して示す図、第６図は□本発明に係る排気ガ
ス微粒子浄化装置の第３の実施例の要部である光の不透
過度検出部を拡大して示す断面図である。 １・・・ディーゼルエンジン、 ２・・・フィルタ、　　　　　３・・・ヒータ、４ａ、
Ｉｌａ・・・発光ダイオード、 ４ｂ、Ｈｂ・・・フォトトランジスタ、５・・・温度計
、　　　　　　６・・・エンジン回転計、７・・・排気
管、　　　　　　７ａ、７ｂ・・・分岐管、８・・・コ
ントローラ、　　　９・・・パルプ、１０・・・バイパ
ス通路、　　１２・・・エンジントルク計、１３・・・
光源又は受光部、　１４・・・窓、１５・・・スリーブ
、　　　　Ｉ６・・・アダプタ、１７・・・空気導入路
、　　　１８・・・排気管壁。 パティキュレート捕集ｉｉｍ 茜３図 Ｏ パティキュレート濃度 Ｓ４図 【；不透過度〔％〕 Ｋ：定数 Ｌ：光路長 α：パティキュレート１度（■／、、？）築６図 １３・・・光源又は受光部 １４・・・窓 １７・・・空気導入路 １９・・・開　口

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 耐熱性の微粒子捕集フィルタと、該フィルタを再生する
   ための加熱手段と、排気ガスの流れを隔てて対向配置さ
   れる光源及び受光部からなる光不透過度の検出手段と、
   該光不透過度検出手段の近傍を通過する排気ガス流量の
   検出手段と、前記光不透過度検出手段が出力する光不透
   過度から排気ガス中の微粒子濃度を算出し、この濃度と
   前記排気ガス流量検出手段が出力する排気ガスの流量か
   ら微粒子の流量を逐時計算すると共に、これを時間積分
   することにより前記フィルタにおける微粒子捕集量を推
   定し、該捕集量が適正範囲に入ったとき前記加熱手段を
   作動させて前記フィルタの再生処理を実行させる制御手
   段とを有することを特徴とする排気ガス微粒子浄化装置
   。