JPH04502051A - 煤フィルタを清浄する方法および装置 - 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】 煤フィルタを清浄する方法および装置 本発明は、負荷の下にあるディーゼルモータの排ガス導管における煤フィルタを 清浄するに際し、全排ガス流を排ガス部分流と主排ガス流とに分割し、排ガス部 分流を燃料ノズルとこれに付設された電気点火装置とが組込まれた燃焼室に導入 し、燃焼室における排ガス部分流をそこに噴霧された燃料により点火して熱ガス を発生させ、燃焼室から流出する熱ガスを燃焼室の側を通過する主排ガス流によ って清浄すると共に、これにより発生した燃焼ガスを煤フィルタに供給し、ここ で回収された煤の燃焼除去を開始させる煤フィルタの清浄方法に関するものであ る。さらに本発明は、同様にこの方法を実施するための装置に関するものである 。

冒頭記載の種類の方法は、ドイツ公開公報第３７２０８２９号から公知である。

煤フィルタを再生するため燃焼器を使用する必要性は、煤フィルタ上の収集され た煤を先ず最初に約５５０℃以下の温度で燃焼させることから由来するが、これ は都心操作では達成されない。公知の方法は二次的空気供給なしに操作され、す なわち燃焼器はモータ排ガス中に存在する残留酸素の１部を焼却する一方、この 残留酸素の他の部分をフィルタの再生のため（すなわち収集された煤の燃焼のた め）使用する。

公知の方法では、全体的なモータ操作範囲にて均一かつ安定な操作を達成しえな いことが示されている。

したがって本発明の課題は、冒頭記載の種類の方法において煤フィルタの再生を 確実に行なうと共に最適条件下で最少の有害物質放出にて行なう方法を提供する ことにある。

この課題は本発明の提案によれば、上記種類の方法において、負荷した煤フィル タにおける再生をモータ操作時点が所定の点火特定範囲（Ｚ）内にある際にのみ 開始し、燃焼室への燃料噴霧をモータ操作時点が所定の燃焼特定範囲（Ｂ）から 外れた際に中断し、燃焼特定範囲を点火特定範囲よりも大にすることにより解決 される。

本発明は、煤フィルタの再生に必要とされる燃焼の確実な開始が排ガス（特に空 気過剰）の状態に関し一定の前提の存在を必要とするという知見を利用し、ここ で本発明によれば燃焼器の点火を行なった後にモータの負荷を点火特定範囲によ り規定された点火範囲を越えて燃焼器の消火なしに上昇させることができる。し たがって、燃焼範囲は点火範囲を包含すると共に、これよりも大となる。モータ の操作点が特に負荷変化により燃焼特定範囲の外部となるよう著しく変化した際 に初めて、燃焼室中への燃料噴霧を中断する。何故なら、そうしないと煤フィル タに集まった煤の燃焼が充分に進行しないからである。

負荷の上昇と共に減少するディーゼルモータの排ガスにおける残留酸素含有量の ため、煤フィルタの再生に必要とされる最適な燃焼はモータの全特定範囲内にて 生じえない。本発明によれば、モータの瞬間的操作点が所定の燃焼特定範囲の列 部にある際に燃料ノズルへの燃料供給を行なうので、放出値の増大を恐れる必要 がない。

その際、瞬間的なモータ操作点を測定するための負荷情報を、モータの噴霧ポン プから或いはガスペタルまたはその制御棒から得るのが特に好適である。これに より、燃焼器が合理的に消火される前に、不正確もしくは遅い負荷情報のため火 炎が消火しないよう防止される。

この方法の制御は、好ましくは煤フィルタの前の燃焼ガス温度を測定すると共に 噴霧された燃料の量に関する制御因子として使用する方法で行なわれる。測定さ れた温度が高いほど、少】の燃料が供給される。これにより、場合により著しく 変動する燃焼器中に導入された排ガス流の量および温度の数値（この数値はそれ ぞれモータ操作点に依存して変化する）にも拘らず、煤フィルタの再生に関する 最適条件が常に保たれる。煤フィルタの前の温度を噴霧される燃料の量を介し所 定の数値に制御する際、一方では再生を短いがフィルタ寿命に臨界的でない操作 期間にわたって行なうことができ、他方では再生の間におけるフィルタの強過ぎ る加熱が避けられる。

フィルタ負荷状態を知るには、好ましくはフィルタの前の排ガス系における圧力 を測定する。電子制御にて、測定された瞬間的な系圧力を圧力特定範囲と常に比 較する。この圧力特定範囲にて、系の圧力はモータ回転数、負荷および温度に依 存することを考慮する。これにより、実際に再生が煤によるフィルタの所定の負 荷において初めて開始されるよう確保される。

しかしながら本発明の好適具体例によれば、再生はモータ操作点が点火特定範囲 内の最小期間よりも長くなる際にのみ開始され、すなわちモータ操作点がたとえ ば点火特定範囲にて２秒間よりも短くなる際に再生の開始が抑制される。この手 段により、点火の確実性が向上する。点火電極は、好ましくは燃焼器の付勢前に 加熱される。これにより点火電極またはその絶縁体に蓄積された煤の除去が促進 され、短絡または表面漏洩の危険が防止される。好ましくは、対応の加熱装置は 抵抗加熱体として形成される。

２つの再生期間の間に、燃料ノズルには好ましくは洗浄空気を流過させる。たと えば毎時８０Ｌの空気量を有するこの流過は噴霧ノズルを汚染しないようにし、 したがって燃焼器における燃料噴霧の大きい時間安定性が確保される。燃焼器操 作に際し、チェック弁が噴霧ノズルに対する空気供給を中断させる。噴霧された 燃料の点火が実際に行なわれたかどうか、および燃焼が妨げなく進行するかどう かを管理するには、本発明による方法の好適具体例によれば燃料噴霧の開始後に 燃焼器温度を所定時間（たとえば４秒間）にわたり測定する。

測定された温度経過を理論経過と比較し、最も生じうる規則的でない燃焼に対す る変動を示すことができる。この場合、燃料噴霧の確実な減勢を行なうことがで きる。

したがって、再生制御は要約して好ましくは次のように行なわれる：フィルタ負 荷状態を知るためフィルタ前の排ガス系における圧力を測定する。その際、電子 制御にて瞬間的な系圧力を圧力特定範囲（回転数−１負荷−および温度−依存） と常に比較する。再生を必要とするフィルタの負荷において、先ず最初に点火電 極を好ましくは２〜１５分間にわたり加熱する。特に８分間の加熱時間が好適で ある。たとえばモータの噴霧ポンプに対し制御発生器を介し放出される回転数信 号と負荷情報とにより、コンピュータはモータが点火特定範囲内にあって加熱期 間の後に必要に応じ（すなわち煤フィルタの負荷に応じかつ点火条件が存在する 際に）燃焼器点火を開始するかどうかを検査する。燃焼器操作に際し、これら信 号を介してモータが特定範囲の燃焼領域にて作動するかどうかを確認する。燃焼 特定範囲外に存在するモータ操作点において、燃料供給器が停止される。煤フィ ルタ前の温度情報を介し、煤フィルタ前の温度を噴霧された燃料の量につき所定 値（たとえば７００℃）に制御して、一方では再生を短時間であるがフィルタ寿 命に臨界的でない時間にわたり行なうと共に、他方では再生の間の過度のフィル タ加熱を回避する。煤フィルタ後の温度に応じ、煤フィルタのその後の再生に関 する信号を制御装置に供給し、これにより燃焼器を減勢する。種々異なる走行状 態にて最適な燃焼器操作を維持するには、常に燃焼器内の温度も測定される。

２つの他の特徴によれば、本発明の方法の具体例において、燃焼操作が可能であ るモータ特定範囲の領域は拡大される。

成る程度熱い（白熱）点を形成する火炎保持挿入体を介し熱ガスを導入すること により、燃焼の安定性が向上する。燃焼室中に導入された排ガス部分流の旋回を 得ることにより、熱ガスは特に良好に混合されて火炎保持挿入体に対するその接 触が強化され、これにより束形成（すなわち熱ガスの冷領域の形成）の危険が顕 著に減少する。熱ガスと火炎保持挿入体との間の改善された接触は、挿入体を特 に小さく　（すなわち特に小さい表面積を以て）形成することを可能にする。こ れにより、火炎保持挿入体によりもたらされる流動抵抗が減少し、これは最終的 に燃焼に有利となる。かくして燃焼室をコンパクトに作成することができ、すな わち燃焼の均一性を得るため従来使用されていた長い混合時間が不必要となる。

好ましくは、主排ガス流は熱ガスと多段階で合体される。

これにより、煤フィルタに供給された燃焼ガスにおける温度分布を一層均一にす ることができる。主排ガス流はその際に好ましくは燃焼室を迂回し、すなわち燃 焼室とこれを包囲する燃焼器ハウジングとの間にリング室が形成されて主排ガス 流のための迂回路として作用する。これにより、主排ガス流は燃焼室への熱ガス と合体する前に予熱され、これにより最終的燃焼を向上させる。同時に、リング 室は熱ロスに対する絶縁および燃焼器ハウジングの低温度の確保に役立つ。

好ましくは熱ガスは燃料過剰量を有し、すなわち燃焼するよりも多量の燃料を排 ガス部分流に噴霧することができる。

これにより、主排ガス流と熱ガスとの合体に際し後燃焼が生じて、最終的に燃焼 の安定性を向上させる。

本発明による方法を実施する装置は、燃焼室中への入口に配置された旋回羽根と 燃焼室における入口側に配置された火炎保持挿入体とを備え、点火装置と燃料ノ ズルとを旋回羽根と挿入体との間に配置したことを特徴とする。ここで好適には 、点火装置が１個もしくはそれ以上の点火電極を備え、これらをそれぞれ燃料ノ ズルの開口部の前に密封配置すると共に、燃料ノズルの噴霧装置を燃焼室の流過 方向に対し直角に延在させる。その結果、全ゆるモータ装置状態にて確実な点火 が得られ、煤の燃焼除去が得られる。

本発明による方法を制御するには、上記装置は各モータ操作点を所定の点火特定 範囲および燃焼特定範囲と比較する電子制御装置を備え、モータ操作点が点火特 定範囲内にある際にのみ再生を開始すると共に、モータ操作点が燃焼特定範囲外 にある際に燃料噴霧を中断する。その際、特定範囲は回転数−／負荷−ダイヤグ ラムにおける平面である。電子制御装置に記憶される特定範囲データは各モータ 種類または各モータに調和する。これらデータと、モータ操作点を特性化する回 転数および負荷のための制御装置に供給された測定値とを比較する。

好ましくは燃料ノズルには、噴霧される燃料の量を制御するための比例弁を付設 する。この種の比例弁は、各モータ操作点に対する噴霧燃料の量の正確な適合を 可能にする。上記したように、モータから流出する未清浄の排ガスはモータ操作 点に際し一定の温度を有し、この温度および排ガス量に応じて煤フィルタに供給 された燃焼ガスを所望の温度（たとえば７００℃）に保つには所定量の燃料が必 要とされる。

燃焼器ハウジングには流動方向にて燃焼室の前に、合理的には流動を均一にする ための案内板を設ける。これは特に、燃焼器ハウジング中への排ガスの供給流が 軸線方向でなく横方向に行なわれる場合に有利である。これにより、燃焼室の断 面にわたり均一な流動分布が得られる。

本発明の方法および本発明の装置により得られる利点は、再生操作の際における 火炎の均質化だけでなく、通常のモータ操作に際しても再生なしに燃焼室の組込 みが排ガス流の均一な分布とフィルタ表面に対する煤蓄積とを与えることにある 。蓄積された煤の燃焼除去に際し、温度変動により生ずるフィルタ材料の緊張と 亀裂とがさらに防止される。

以下、添付図面を参照して本発明を実施例につきさらに説明する。

第１図はディーゼルモータと粒子フィルタとその間に配置された燃焼器とからな る全配置の略図であり、第２図は燃焼器の１実施例の部分破断斜視図であり、第 ３図は第２図による燃焼器の負荷−７回転数−ダイヤグラムにおける点火特定範 囲と燃焼特定範囲との特性曲線図であり、 第４図は本発明による方法を制御するための流れ図である。

燃焼器１は、ディーゼルモータ３の排ガス導管２中に排ガスの流動方向にて煤粒 子を支持するための煤フィルタ４の前に配置される。その際、燃焼器１には未清 浄の全排ガス流Ｓ１が供給され、煤フィルタ４はらは清浄された排ガス流Ｓ２が 流出する。

モータ操作の過程で煤フィルタ４に収集された煤を燃焼させると共にフィルタを 再生するには、燃焼器１に燃料ノズル５を介して燃料を噴霧し、これを点火電極 ６で点火する。このため、燃料ノズル５にはポンプ７を設け、燃料導管８を介し 燃料を供給する。ポンプ７は燃料導管９を介し自動車の燃料タンク１０と接続さ れる。

煤フィルタ４の再生を制御するには、電子制御操作１１を設ける。電子制御装置 はポンプ７、ポンプ７と燃料ノズル５との間に配置された比例弁１２、並びに点 火電極６を制御する。再生過程を最適番、二制御するには、電子制御装置１１は 次の入力信号を処理する：燃焼器１の前の温度Ｔ１、燃焼器１の前の圧力Ｐ１、 燃焼器１内の温度Ｔ２、煤フィルタ４の前の温度Ｔ３、および煤フィルタの後の 温度Ｔ４゜ざら電子制御装置１１はモータ３の負荷りおよび回転数Ｎに関する情 報をも得、これによりその操作点を確定する。さらに電子制御袋［１１はエネル ギー供給Ｅについても処理し、このエネルギー供給は点火電極６に供給される点 火エネルギーＺを充足するにも役立つ。

本発明による方法と一緒に使用する燃焼器の１実施例の構造を第２図に示す。燃 焼器１は円筒状の燃焼器ハウジング１３と、ここに配置された燃焼室１４とで構 成され、この燃焼室も円筒状である。燃焼器ハウジング１３は半径方向に離間し て燃焼室１４を包囲し、これによりリング室１５を生ぜしめる。燃焼器ハウジン グ１３中にチューブ支持体１６を介し流入する排ガス流Ｓ１は、燃焼室１４中に 流入する排ガス部分流ＡＴと、燃焼室１４と燃焼室ハウジング１３との間のリン グ室１５に流入すると共に燃焼室１４を迂回する主排ガス流、ＡＨとに分割され る。燃焼室１４の入口側端部には旋回羽根１７を設け、この旋回羽根は半径方向 に延在して捩じられたスコップ１８を備える。スコップ１８により、燃焼室１４ 中に流入する排ガス部分流ＡＴは燃焼器１の長手軸線に対し旋回を生ずる。燃焼 室１４内には点火電極６と燃料ノズル５との両者が開口し、これらは共通の組立 板１９上に配置される。この場合、組立板１９は燃焼器ハウジング１３と堅固に 結合されているフランジ２０に固定される。点火電極６を絶縁体として包囲する 磁製体は、内部に組込まれた抵抗加熱体により燃焼器の付勢前に加熱される。適 するプラグ２１を介し点火電極６を点火ケーブルＺと接続する。燃料ノズル５に は比例弁１２を配置し、ここに燃料導管８を開放させる。

比例弁１２には制御導管２２を連結し、この制御導管は比例弁１２の制御に用い る電子制御装置１１の信号を伝達するのに役立つ。

燃料ノズル５にはさらに空気供給部２３をも連結し、これにより２つの再生期間 の間に空気を燃料ノズル５中に吹込み、その汚れを防止する。

燃焼室１４の出口側端部には４個の半径方向ステムからなる火炎保持挿入体２５ を燃焼室壁部に対しステムによって支持する。これは中間配置された円錐状の白 熱体２４を備える。

燃焼器１における排ガス流の入口領域には２枚の案内板２６を角度を以て配置し 、これらにより燃焼器ハウジング１３中に流入する半径方向の排ガスを燃焼室１ ４とリング空間１５とに半径方向に流入するよう変向させる。燃焼器ハウジング １３は出口側に連結フランジ２７を備え、ここに対応の移行円錐体２９の連結フ ランジ２８を螺着する。移行円錐体２９を煤フィルタ４の円筒ハウジング３０と 固定接続する。

第３図は電子制御装置］１（第１図による）に記憶された特定範囲データを示し ている。これらは各モータ操作点と比較するための基礎を構成する。明らかなよ うに、燃焼特定範囲Ｂは点火特定範囲Ｚよりも大であり、すなわち燃焼器を点火 した後にモータの負荷りは点火特定範囲を越えて上昇し、燃焼器が消火されるこ とはない。さらに、これは火炎安定化手段の結果であり、すなわち入口における 旋回板１７および燃焼室１４の出口における白熱挿入体１５の使用の結果でもあ る。

第４図は第１図および第２図による装置の好適制御に関する流れ図を示す。煤フ ィルタが負荷された場合、燃焼器１はモータ３の操作点が燃焼特定範囲Ｚ内にあ る際にのみ点火される。同様に、望ましくない放出を防止するにはモータ操作時 点が燃焼特定範囲Ｂの外部に位置するよう強度に移動した際に燃焼器１を減勢す る。再生の終了は、最大時間ｔの経過により或いは最大温度ＴＸの到達により一 様に決定することができる。

Ｃく ＦＩＧ、４ 国際調査報告 −１．−〜−−＋ｉ−ｍ　ＰＣＴ／ＥＰ　９０１０１４５５国際調査報告

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．負荷の下にあるディーゼルモータ（３）の排ガス導管（２）における煤フィ ルタ（４）を清浄するに際し、全排ガス流（Ｓ１）を排ガス部分流（ＡＴ）と主 排ガス流（ＡＨ）とに分割し、 排ガス部分流（ＡＴ）を燃料ノズル（５）とこれに付設された電気点火装置とが 組み込まれた燃焼室（１４）に導入し、 燃焼室（１４）における排ガス部分流（ＡＴ）をそこに噴霧された燃料により点 火して熱ガスを発生させ、燃焼室（１４）から流出する熱ガスを燃焼室の側を通 過する主排ガス流（ＡＨ）によって清浄すると共に、これにより発生した燃焼ガ スを煤フィルタ（４）に供給し、ここで回収された煤の燃焼除去を開始させる煤 フィルタの清浄方法において、 負荷した煤フィルタ（４）における再生をモータ操作時点が所定の点火特定範囲 （Ｚ）内にある際にのみ行ない、燃焼室への燃料噴霧をモータ操作時点が所定の 燃焼特定範囲（Ｂ）から外れた際に中断し、 燃焼特定範囲（Ｂ）が点火特定範囲（Ｚ）よりも大である ことを特徴とする煤フィルタの清浄方法。 ２．煤フィルタ（４）の前の燃焼ガスの温度（Ｔ３）を測定すると共に噴霧され る燃料の量に関する制御因子として使用することを特徴とする請求の範囲第１項 記載の方法。 ３．フィルタ負荷を測定するため煤フィルタ（４）の前の圧力測定を行ない、煤 フィルタ（４）の前の瞬間的圧力をモータ負荷の圧力、回転数および排ガス温度 の依存性を考慮して圧力特定範囲と比較することを特徴とする請求の範囲第１項 記載の方法。 ４．モータ操作点が点火特定範囲（Ｚ）内に短時間のみ存在する際に再生の開始 を抑制することを特徴とする請求の範囲第１項記載の方法。 ５．燃料ノズル（５）を再生期間の間に空気により洗浄することを特徴とする請 求の範囲第１項記載の方法。 ６．燃料噴霧を開始した後に燃焼器（１）における温度（Ｔ２）を所定の時間に わたり測定し、その上昇を開始された燃焼の結果を検定するために使用すること を特徴とする請求の範囲第１項記載の方法。 ７．燃焼室（１４）の排ガス部分流（ＡＴ）を旋回させながら導入することを特 徴とする請求の範囲第１項記載の方法。 ８．熱ガスを火炎保持挿入体（２５）を介して導入することを特徴とする請求の 範囲第１項記載の方法。 ９．主排ガス流（ＡＨ）を燃焼室（１４）に迂回させることを特徴とする請求の 範囲第１項記載の方法。 １０．負荷の下にあるディーゼルモータ（３）の排ガス導管（２）における煤フ ィルタ（４）を清浄するため、煤フィルタ（４）の前に配置されて燃料ノズル（ ５）とこれに付設された電気点火装置とが組込まれた燃焼室（１４）と、燃焼室 （１４）を迂回するバイパス導管とを備えた煤フィルタ（４）の清浄装置におい て、 燃焼室（１４）中への入口に配置された旋回羽根（１７）と燃焼室（１４）にお ける入口側に配置された火炎保持挿入体（２５）とを備え、点火装置と燃料ノズ ル（５）とを旋回羽根（１７）と挿入体（２５）との間に配置したことを特徴と する煤フィルタの清浄装置。 １１．点火装置が１個もしくはそれ以上の点火電極（６）を備え、これらをそれ ぞれ燃料ノズル（５）の開口部の前に密封配置し、さらに燃料ノズル（５）の噴 霧方向を燃焼室（１４）の流過方向に対し直角にしたことを特徴とする請求の範 囲第１０項記載の装置。 １２．燃料ノズル（５）と点火電極（６）とを共通の組立板（１９）上に配置し たことを特徴とする請求の範囲第１１項記載の装置。 １３．火炎保持挿入体（２５）が白熱体（２４）を備えることを特徴とする請求 の範囲第１０項記載の装置。 １４．旋回羽根（１７）を振じられた半径方向に突出するスコップ（１８）を有 する円盤として形成したことを特徴とする請求の範囲第１０項記載の装置。 １５．主排ガス流（ＡＨ）の迂回導管として作用するリング室（１５）が燃焼器 ハウジング（１３）と燃焼室壁部との間に形成されるよう、燃焼室（１４）を燃 焼器ハウジング（１３）により包封したことを特徴とする請求の範囲第１０項記 載の装置。 １６．燃焼器ハウジング（１３）内にて燃焼室（１４）の前の流動方向に、流動 を均一にするための案内板（２６）を設けたことを請求の範囲第１５項記載の装 置。 １７．燃料ノズル（５）が空気供給部（２３）のための連結部と、噴霧された燃 料の量を制御するための比例弁（１２）とを備えたことを特徴とする請求の範囲 第１０項記載の装置。