JPH05156927A - ディーゼルエンジン排気浄化装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ディーゼルエンジンの排気中に含まれるパテ
ィキュレートを濾過するフィルタ周辺部の再生時のパテ
ィキュレートの燃え残りを少なくすると共に、中心部の
温度上昇を抑え、フィルタの完全な再生と信頼性を確保
すること。 【構成】 ディーゼルエンジン用の排気浄化装置の再生
に関するもので、順流再生のためにフィルタ３の上流側
端面には例えばその周辺部を覆うヒータ７を設けると共
に、逆流再生のためにフィルタ３の下流側端面には例え
ばその中心部を覆うヒータ８を設ける。そして、フィル
タ３にパティキュレートが堆積した時に行う再生処理の
途中において、フィルタ３の下流側中心部に発生する最
高温度が過度に上昇する前に、供給空気の流通方向を反
転させることによって、順流再生と逆流再生とを切り換
えて実行させる。前記例では、順流再生の時は中心部を
除く部分で燃焼を起こさせ、逆流再生の時は中心部の燃
え残りを燃焼させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ディーゼルエンジンの
排気中からパティキュレートと呼ばれるカーボン等の微
粒子を捕集して排気を浄化するフィルタを備えた排気浄
化装置に関するもので、特に、そのフィルタに堆積した
パティキュレートを焼却してフィルタを再生させるため
の再生手段を備えたこの種の排気浄化装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】この種のディーゼルエンジン用排気浄化
装置の一般的な従来技術として、ハニカム型のセラミッ
クフィルタ等によって排気を濾過することによって、そ
の中に含まれている固体成分であるパティキュレートを
分離して捕集し、フィルタに堆積したパティキュレート
の量が略所定の値に達したときに、フィルタの上流側に
設けられた電気ヒータ又はバーナ等によってフィルタを
加熱することによって、堆積したパティキュレートに着
火させると共に、空気を一方向から供給してパティキュ
レートをフィルタ上で焼却して除去するのが普通であ
る。

【０００３】そのようなフィルタにおいては、一般に筒
表面からの熱の放散が多い周辺部に比べて、フィルタの
中心部では熱が下流側以外へは放散しないで蓄積される
ことから温度がより高くなるため、非常に多量のパティ
キュレートが堆積した状態でフィルタの再生を行うと、
パティキュレートの燃焼熱がフィルタの中心部に集中し
てその部分の温度が極端に上昇する結果、フィルタ中心
部の特に下流側端部を溶損させてしまうようなことが起
こり得る。

【０００４】そこで、フィルタの中心部における溶損の
危険を避けてフィルタの信頼性を保つためには、パティ
キュレートの堆積量があまり多くならないうちに再生を
行うようにするという消極的な対策が考えられるが、こ
の方法では再生を頻繁に行う必要があるばかりでなく、
パティキュレートの堆積量が比較的少ない状態で再生を
行うことにより、放熱の盛んなフィルタの周辺部では、
電気ヒータやバーナ等によって加熱しても、パティキュ
レートの温度が十分に上昇しないため、フィルタ周辺部
のパティキュレートの一部が着火しないで燃え残り、フ
ィルタの再生が完全には行われないという別の問題を生
ずる。

【０００５】このような問題を解決するために、従来か
ら色々な対策が考えられている。それらのうちのいくつ
かの例を挙げると、まず、実開昭６４−４１６１３号公
報には、パティキュレートを捕集するフィルタの上流側
端部のみならず、下流側端部にもパティキュレートを加
熱して燃焼させるヒータを設けて、フィルタの両端面か
ら燃焼伝播をはかるものが記載されており、また、実開
平３−１７２２５号公報には、円柱形フィルタの外周全
体を取り囲んで複数のシーズヒータを設け、比較的パテ
ィキュレートの燃え残りが多い周辺部側からフィルタを
加熱するものが記載されている。更に、実開平３−１７
１１４号公報には、フィルタの下流側でフィルタの後端
面中央部に向けて開口する空気吹出口を設け、フィルタ
の再生時にこれから高圧空気を噴出させることによっ
て、フィルタ中心部のパティキュレートを吹き飛ばした
り、フィルタの後端面中央部を冷却するものが記載され
ている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】前記の従来技術はいず
れも、先に述べたディーゼルエンジン用の排気浄化装置
の問題を解消するためには、それぞれある程度まで有効
ではあるが、未だ問題の完全な解決をみるには至ってい
ないのが実情である。そこで本発明は、これらの従来技
術を踏まえて、それらに対して更に改良を加えることに
より、ディーゼルエンジン排気浄化装置のフィルタの再
生時におけるパティキュレートの部分的な燃え残りを少
なくすると共に、下流側中心部の温度上昇を抑え、フィ
ルタの完全な再生と信頼性を確保することを、発明が解
決しようとする課題とするものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、前記の課題を
解決するための第１の手段として、フィルタの上流側端
面及び下流側端面の双方に加熱手段を設けると共に、前
記フィルタに対する再生時の供給空気の流通方向を、前
記上流側端面から前記下流側端面へ向かう方向と、前記
下流側端面から前記上流側端面へ向かう方向とに切り換
えることができるようにし、前記フィルタの再生処理の
途中で供給空気の流通方向を反転させると共に、少なく
ともその時に供給空気の上流側となる前記フィルタの端
面に設けられた前記加熱手段を加熱することにより、順
流再生と逆流再生とを切り換えて実行し得るように構成
したことを特徴とするディーゼルエンジン用の排気浄化
装置を提供する。

【０００８】また本発明は、前記の課題を解決するため
の第２の手段として、フィルタの外周面に加熱手段を設
けると共に、前記フィルタに対する再生時の供給空気の
流通方向を、前記フィルタの上流側端面から下流側端面
へ向かう方向と、前記フィルタの下流側端面から上流側
端面へ向かう方向とに切り換えることができるように
し、前記フィルタの再生処理の途中で供給空気の流通方
向を反転させることによって、順流再生と逆流再生とを
切り換えて実行し得るように構成したことを特徴とする
ディーゼルエンジン用の排気浄化装置を提供する。

【０００９】

【作用】本発明の第１の解決手段によれば、フィルタの
上流側端面及び下流側端面の双方に加熱手段を設けると
共に、フィルタに対する供給空気の流通方向を、上流側
端面から下流側端面へ向かう方向だけでなく、下流側端
面から上流側端面へ向かう方向にも切り換えることがで
きるようにしているので、加熱手段の熱を効率よく上流
側端面及び下流側端面へ与え、良好にフィルタ内へ燃焼
伝播させることができるので、フィルタのどの部分でも
パティキュレートの燃え残りを減少させることができ
る。

【００１０】本発明の第２の解決手段によれば、フィル
タの外周面に加熱手段を設けているので、例えば先に順
流再生を行った際には、フィルタの上流側の中心部に堆
積したパティキュレートの一部に燃え残りを生じるが、
それによって中心部の温度は低く抑えられる。そして供
給空気の流通方向を反転させた後の逆流再生の際には、
加熱されたフィルタの熱が供給空気を含む再生用ガスに
吸収され、再生用ガスがより高温となるので、前段階で
燃え残ったパティキュレートが存在するフィルタ中心部
に高温の再生用ガスが供給されることになり、パティキ
ュレートが燃焼し易くなって、燃え残り量を減少させる
ことができる。先に逆流再生を行い後で順流再生を行う
場合も同様である。

【００１１】

【実施例】第１実施例のディーゼルエンジン用排気浄化
装置の全体構成を示す図１及びその要部を拡大して示す
図２、図３において、１はディーゼルエンジン、２はそ
の排気通路を示す。３は排気通路２の途中に設けられた
パティキュレート用のフィルタで、例えばハニカム形状
の多孔質セラミックからなり、ディーゼルエンジン１が
排出する排気中からカーボン粒子のような、大部分が可
燃性の微細な粒状固体成分であるパティキュレートを濾
過、分離してその内部に堆積させることにより、マフラ
４から大気中に放出する排気を浄化する。フィルタ３を
迂回するようにバイパス通路５が設けられ、フィルタ３
の再生を行う時や、フィルタ３に異常が発生した時など
に開放されるように、バイパス通路５の途中にバイパス
バルブ６が設けられる。

【００１２】フィルタ３の拡大図である図２や図３に示
したように、フィルタ３の上流側の端面に取り付けられ
た加熱手段であるヒータ７は、上流側端面の略全域を覆
うように、また、フィルタ３の下流側の端面に取り付け
られたヒータ８は、下流側端面の略全域を覆うように配
置されている。

【００１３】フィルタ３の上流側には、フラップによっ
て流路を切り換えるように、空気圧式のアクチュエータ
又はソレノイドコイル等によって操作される三方弁９が
設けられ、フィルタ３の入口通路１０を遮断したり開放
したりすることができる。三方弁９の位置において入口
通路１０から分岐管１１が別れて出ており、エアポンプ
１２の吐出口に接続されている。そして、三方弁９が入
口通路１０を遮断した時には、分岐管１１がフィルタ３
の上流側に連通するようになっている。分岐管１１には
更に大気開放路１３が設けられ、空気圧式のアクチュエ
ータ又はソレノイドコイル等によって操作されるストッ
プバルブ１４によって開閉される。

【００１４】また同様に、フィルタ３の下流側には、フ
ラップによって流路を切り換えるように、空気圧式のア
クチュエータ又はソレノイドコイル等によって操作され
る三方弁１５が設けられ、フィルタ３の出口通路１６を
遮断したり開放したりすることができる。三方弁１５の
位置において出口通路１６から分岐管１７が別れて出て
おり、エアポンプ１８の吐出口に接続されている。そし
て、三方弁１５が出口通路１６を遮断した時には、分岐
管１７がフィルタ３の下流側に連通するようになってい
る。分岐管１７には更に大気開放路１９が設けられ、空
気圧式のアクチュエータ又はソレノイドコイルによって
操作されるストップバルブ２０によって開閉される。

【００１５】なお、図１において２１はヒータ７の接続
端子を、２２はヒータ８の接続端子を、２３はエアポン
プ１２のモータを運転制御するリレーを、また、２４は
エアポンプ１８のモータを運転制御するリレーを、それ
ぞれ示している。リレー２３及び２４、三方弁９及び１
５、ストップバルブ１４及び２０、ヒータ７及び９、更
にバイパスバルブ６等は、全て図示しない制御装置によ
って電気的に、或いは空気圧的に制御されて所定の様式
に従って付勢される。第１実施例の場合、この制御装置
としては、マイクロプロセッサを使用した図示しない電
子式制御装置（ＥＣＵ）を使用する。

【００１６】第１実施例のディーゼルエンジン用排気浄
化装置が長時間運転状態におかれ、フィルタ３に再生処
理を必要とする程度までパティキュレートが堆積したと
き、図示しない電子式制御装置（ＥＣＵ）の指令によっ
てフィルタ３の再生処理が開始される。再生処理中は、
通常の運転中に閉じられていたバイパスバルブ６が開弁
し、ディーゼルエンジン１の排気はフィルタ３を通らな
いで、全てバイパス通路５から外部へ放出される。ま
た、三方弁９は入口通路１０を閉じて分岐管１１をフィ
ルタ３の上流側に接続するように、三方弁１５は出口通
路１６を閉じて分岐管１７をフィルタ３の下流側に接続
するように、それぞれ制御装置によって操作される。

【００１７】図２に示すフィルタ再生の第１段階におい
ては、ストップバルブ１４は閉じたままにおかれ、スト
ップバルブ２０のみが開かれて分岐管１７を大気に連通
させる。そして、エアポンプ１２が駆動され、加圧され
た空気が図２中に矢印で示すように、分岐管１１及び三
方弁９を経てフィルタ３の上流側から下流側へ、排気の
流れの方向を基準にして順方向に供給される。そして、
第１段階の場合は、フィルタ３の上流側端面に設けられ
たヒータ７に所定時間の通電が行われる。なおこの時に
は、エアポンプ１８は駆動されない。

【００１８】再生の第１段階においては、図２に示すよ
うに、ヒータ７はフィルタ３の上流側端面の略全域にわ
たって設けられているから、その熱はフィルタ３の内部
に堆積しているパティキュレートに与えられ、パティキ
ュレートは燃焼して消失して行くが、フィルタ３の外周
に近い部分では外部への熱の放散が多いので、フィルタ
３の周辺部、特に下流側の周辺部の温度は中心部の温度
に比べて低くなる。その結果、図２に示すようにフィル
タ３の下流側の周辺部にパティキュレートの燃え残りが
発生する。この時、燃焼ガスは図１においてフィルタ３
の下流側から分岐管１７と、開いているストップバルブ
２０を通り、大気開放路１９から外部に放出される。こ
の流れの方向は通常の運転状態における排気の流れの方
向と同じであるから、この第１段階の作動を「順流再
生」と呼ぶことにする。

【００１９】順流再生が所定時間行われることにより、
フィルタ３の下流側周辺部を除いてパティキュレートの
大部分が焼却されて消滅したあと、制御装置の指令によ
ってフィルタ３を流れる空気及び燃焼ガスの流動方向が
反対に切り換えられて、図３に示すような再生の第２段
階に移行する。再生の第２段階においては、ストップバ
ルブ２０は閉じられ、その代わりにストップバルブ１４
が開かれて分岐管１１を大気に連通させる。この際、エ
アポンプ１２は停止され、代わりにエアポンプ１８が駆
動されて、加圧された空気が、分岐管１７及び三方弁１
５を経てフィルタ３の下流側から上流側に向かい、排気
の流れの方向とは反対の方向に供給される。そして第２
段階の場合は、フィルタ３の下流側端面に設けられたヒ
ータ８に所定時間の通電が行われる。

【００２０】図３に示す再生の第２段階においては、第
１段階の順流再生の際に着火しなかったフィルタ３の下
流側周辺部のパティキュレートにヒータ８の熱が与えら
れ、図２に示した燃え残り部分にも燃焼が起こる。この
時の燃焼ガスは、図１においてフィルタ３の上流側から
分岐管１１と開いているストップバルブ１４を通り、大
気開放路１３から外部に放出される。この流れの方向
は、排気の流れの方向と反対であることから、第２段階
の作動を「逆流再生」と呼ぶことにする。

【００２１】このようにフィルタ３の上流側のヒータ７
及び下流側のヒータ８をいずれもフィルタの端面全体を
覆う形状とする場合には、再生時に空気流の下流側とな
るフィルタ端面の中心部における温度が過度に上昇する
前に供給空気の流通方向を反転させるために、フィルタ
の双方の端面中央部分の温度を検出する温度センサを設
けて再生処理中のフィルタの温度を監視するとか、再生
処理を開始する時期を決定するフィルタ中心部における
パティキュレートの堆積量を少なめに設定することが望
ましい。このようにすれば、正逆方向の切り換え再生に
よって、周辺部においても燃え残りを防ぎ、安全にフィ
ルタ全体に隈なく再生を行うことができる。

【００２２】第１実施例におけるフィルタ３の再生処理
は、電子式制御装置（ＥＣＵ）によって自動的に、バイ
パスバルブ６、ヒータ７、９、三方弁９、１５、エアポ
ンプ１２、１８、ストップバルブ１４、２０、等を制御
することにより、順流再生と逆流再生を切り換えて実行
することができるが、その場合の制御の手順を例示した
ものが図４のフローチャートである。

【００２３】フィルタ３の前後の差圧が所定値を越えた
とか、ディーゼルエンジン１の運転時間の積算値が所定
値を越えたというような指標によって、フィルタ３のパ
ティキュレート堆積量が再生処理を必要とする状態にな
ったとＥＣＵにおいて判定されたとき、ステップ１００
でフィルタ３の再生処理が開始される。まず、ステップ
１０１でバイパスバルブ６が開弁されてバイパス通路５
が開通し、ディーゼルエンジン１の排気はフィルタ３を
通らないで放出される。ステップ１０２でエアポンプ１
２が駆動され、ステップ１０３でストップバルブ２０が
開弁され、更にステップ１０４でヒータ７に所定時間通
電される。このようにして順流再生が実行されるが、そ
の経過時間が所定値Ｔ₁ を越えたとステップ１０５で判
定されると、ステップ１０６に進んでエアポンプ１２が
停止される。

【００２４】次に、ステップ１０７でストップバルブ２
０が閉弁し、ステップ１０８でエアポンプ１８が駆動さ
れる。更にステップ１０９でストップバルブ１４が開弁
し、ステップ１１０でヒータ８に所定の時間通電され
る。このようにして逆流再生に切り換えられて実行さ
れ、その経過時間が所定値Ｔ₂ を越えたとステップ１１
１で判定されると、ステップ１１２に進んでエアポンプ
１８が停止され、ステップ１１３でバルブ１４が閉弁す
ると共に、ステップ１１４でバイパスバルブ６が閉弁
し、ステップ１１５で再生処理を終了することによっ
て、排気浄化装置は通常の作動状態に戻り、再びフィル
タ３がディーゼルエンジン１の排気を濾過してパティキ
ュレートを捕集し、排気を浄化することになる。

【００２５】このように、図２に示す第１段階の順流再
生を十分に行ったのち、燃え残りを焼却するために必要
な時間だけ、図３に示す第２段階の逆流再生を行って再
生処理を終わるというように、空気供給の方向を１回だ
け反転させる再生処理のパターンでは、フィルタ３の下
流側の中心部の温度が周辺部に比べてかなり高くなるの
で、下流側中心部でフィルタ３に溶損が起こったり、割
れが入ったりすることが懸念される場合がある。その対
応策の一つとして、順流再生と逆流再生を、それぞれが
完全に終わらないうちに比較的短時間毎に反復して切り
換えるという再生処理のパターンをとることができる。
このパターンの一例をタイムチャートとして横軸に時間
をとり、エアポンプ１２及び１８と、ヒータ７及び８
を、ＯＮにする時間及びＯＦＦにする時間によって示し
たものが図５であって、燃え残りがなくなるまで、パル
ス的に第１段階と第２段階の処理を繰り返して実行す
る。このような操作はＥＣＵによって容易に可能とな
る。

【００２６】このように本発明の実施例の特徴は、再生
の際に供給される空気及び燃焼ガスの流れの方向が、再
生処理の途中段階で正方向及び逆方向に切り換えられる
点にある。それによって、フィルタ３の下流側の中心部
の最高温度がフィルタ３に溶損や破損を起こさせる危険
な高温度に達する前に、供給空気の流通方向を反転さ
せ、最高温度が発生する位置を変更することによって全
体の温度を低めに抑えながら、周辺部等に発生しやすい
燃え残りを無くすことができる。なお、順流再生と逆流
再生の実行順序には特に意味がないので、順序を逆にし
てもよい。

【００２７】次に、図６〜図１１は本発明の第２実施例
を示すもので、フィルタ３の拡大図である図６や、その
一部をＡ方向に見た側面図である図７に示したように、
第２実施例におけるフィルタ３の上流側の端面に取り付
けられたヒータ７’は、上流側端面の周辺部だけを覆う
ように、中心部のないドーナツ形に配置されている。そ
れに対して、フィルタ３の下流側の端面に取り付けられ
たヒータ８’は下流側端面の中心部だけを覆うように、
小円形の範囲に配置されている。この場合、ヒータ７’
とヒータ８’の大きさは、フィルタ３の中心軸方向にみ
て、図７の中に斜線によって示した領域Ｄのように、ド
ーナツ形のヒータ７’の内周の投影が、小円形のヒータ
８’に対して一部重なるような大きさにするのが望まし
い。

【００２８】ここで、フィルタ３の上流側端面において
は、周辺部だけにヒータ７を取り付け、フィルタ３の下
流側端面においては、中心部だけにヒータ８を取り付け
た理由を説明する。即ち、発明者等は、順流再生と逆流
再生の別によって、フィルタ３の再生時におけるパティ
キュレートの燃焼状況が異なり、逆流再生に比較して順
流再生においてはヒータから離れるにしたがって熱がフ
ィルタ内に籠もって高温になりやすいことを確認するこ
とができたのである。

【００２９】これを、図８及び図９を用いて詳細に説明
する。図８（ａ）は、順流再生の場合におけるフィルタ
３の各点での温度比較を示す特性図であり、は
ヒータに最も近いフィルタ中心部、はヒータから最も
遠い中心部、はとの中間の位置におけるそれぞれ
の温度を比較して示す。また、図８（ｂ）は、逆流再生
の場合の各点における温度を比較して示すものである。
図８（ａ）に示すように、順流再生においては、ヒータ
から遠くなるにつれてフィルタ３内の温度が高くなるの
に対し、逆流再生においては、図８（ｂ）に示すよう
に、ヒータから遠くなるにつれてフィルタ３内の温度が
徐々に低くなることがわかる。

【００３０】この場合の温度差ΔＴの傾向をさらに詳細
に知るために、パティキュレートの堆積量を変えて再生
試験を行った結果を図９に示す。図９は、順流再生及び
逆流再生のそれぞれにおける堆積量と温度差ΔＴ（図８
におけるの箇所の温度からの箇所の温度を引いた
値）との関係を示す特性図である。図９に示すように、
順流再生と逆流再生とでは、どのパティキュレート量に
おいても、温度差ΔＴが大きく異なり、同じパティキュ
レートの堆積量で比較しても、順流再生の方が逆流再生
に比べて約３００°Ｃも高くなってしまうことがわかっ
た。

【００３１】また、フィルタ３の径方向について、パテ
ィキュレートの再生時の燃焼温度では、順流再生及び逆
流再生ともに、フィルタ３の周辺部においては、フィル
タの容器等を介して燃焼熱が放熱されるのに対し、フィ
ルタ３の中心部においては燃焼熱が籠もり易いために、
フィルタ３の中心部と周辺部とでは、およそ４００°Ｃ
の温度差が生じることもわかった。

【００３２】以上の理由から、本発明の第２実施例で
は、そのヒータ７’及び８’の取り付け位置を、ヒータ
から離れるほど燃焼熱が高くなる順流再生を行うフィル
タ３の上流側においては、放熱し易い周辺部のみにヒー
タ７’を取り付け、また、ヒータから離れるほど燃焼熱
が低くなる逆流再生を行うフィルタ３の下流側において
は、燃焼熱が籠もり易い中心部のみにヒータ８’を取り
付けている。そして、このような構成とすることによっ
て、順流再生においては、ヒータから離れるほど（フィ
ルタ３の下流側に向かうほど）図８（ａ）に示すように
燃焼温度が高くなるが、周辺部のみにヒータ７’を取り
付けることによって燃焼熱が放熱され易く燃焼温度の過
度な上昇を防ぐことができるので、フィルタ３の下流側
まで良好に燃焼を伝播させることができる。また、逆流
再生においては、ヒータから離れるほど（フィルタ３の
上流側に向かうほど）、図８（ｂ）に示すように燃焼温
度が低くなるが、中心部のみにヒータ８’を取り付ける
ことによって、燃焼熱が籠もり易く、燃焼温度の過度な
低下を防ぐことができるので、フィルタの上流側まで良
好に燃焼を伝播させることができるのである。

【００３３】次に、第２実施例の作動を図１０及び１１
によって更に詳細に説明する。図１０に示すフィルタ再
生の第１段階においては、ストップバルブ１４は閉じた
ままにおかれ、ストップバルブ２０のみが開かれて分岐
管１７を大気に連通させる。そして、エアポンプ１２が
駆動され、加圧された空気が図１０中に矢印で示すよう
に、分岐管１１及び三方弁９を経てフィルタ３の上流側
から下流側へ、排気の流れの方向を基準にして順方向に
供給される。そして、第１段階の場合は、フィルタ３の
上流側端面に設けられたヒータ７’に所定時間の通電が
行われる。なおこの時は、エアポンプ１８は駆動されな
い。

【００３４】ヒータ７’はフィルタ３の上流側端面の周
辺部のみに設けられているから、パティキュレートの着
火及び燃焼は主としてフィルタ３の外周に近い部分にお
いて起こり、中心部の温度が非常に高くなることはな
い。このようにして、通常燃え残りが生じ易い周辺部の
再生が先に行われる。周辺部のパティキュレートの燃焼
ガスは、フィルタ３の多孔質の壁を透過して、末広がり
状にフィルタ３内を流下し、ヒータ７’の投影範囲より
も広い範囲のフィルタ３の部分の温度を上昇させて、下
流側に堆積しているパティキュレートに燃焼を起こさせ
る。この時の燃焼ガスは、図１０の中に矢印で示されて
いるように、フィルタ３の下流側から分岐管１７と、開
いているストップバルブ２０を通り、大気開放路１９か
ら外部に放出される。この流れの方向は、機関の運転状
態における排気の流れの方向と同じであるから、この作
動は所謂「順流再生」にあたる。

【００３５】順流再生が所定時間行われることにより、
フィルタ３の周辺部のパティキュレートの大部分が焼却
されて消滅したあと、制御装置の指令によってフィルタ
３を流れる空気及び燃焼ガスの流動方向が反対に切り換
えられて、再生の第２段階に移行する。即ち、図１１に
示すフィルタ再生の第２段階においては、ストップバル
ブ２０は閉じられ、その代わりにストップバルブ１４が
開かれて分岐管１１を大気に連通させる。この際、エア
ポンプ１２は停止され、代わりにエアポンプ１８が駆動
されて、加圧された空気が、図１１中に矢印で示すよう
に、分岐管１７及び三方弁１５を経てフィルタ３の下流
側から上流側に向かい、排気の流れの方向とは反対の方
向に供給される。そして第２段階の場合は、フィルタ３
の下流側端面に設けられたヒータ８’に所定時間の通電
が行われる。

【００３６】ヒータ８’はフィルタ３の下流側端面の中
心部のみに設けられているから、パティキュレートの着
火及び燃焼は主としてフィルタ３の中心に近い部分にお
いて起こり、第１段階の順流再生の際に着火しなかった
フィルタ３の中心部のパティキュレートにヒータ８’の
熱が与えられて中心部でも燃焼が起こる。この際の燃焼
ガスはフィルタ３の壁を横切ることなく、ハニカム状の
フィルタ３に形成されたセル通路を通過するため、燃焼
は先細り形に進み、また、燃焼が中心部だけであってフ
ィルタ３に供給される熱量が少ないため、中心部におい
ても極端な温度上昇は避けることができる。この時の燃
焼ガスは、図１１の矢印のようにフィルタ３の上流側か
ら分岐管１１と開いているストップバルブ１４を通り、
大気開放路１３から外部に放出される。この流れの方向
は排気の流れの方向と反対であるから、この処理は所謂
「逆流再生」にあたる。

【００３７】本発明の第１の解決手段における最適の実
施例である第２実施例においては、空気の供給方向を反
転させるだけでなく、フィルタ３上流側のヒータ７’は
端面の周辺部を覆うドーナツ形とし、下流側のヒータ
８’は端面の中心部を覆う小円形とするというように、
ヒータの配置を上流側端面と下流側端面とで異ならせて
いるので、空気の反転供給の作用効果に対して更に前述
のような優れた作用効果が加わり、フィルタ３の温度分
布が一様化して、安全に且つ完全にパティキュレートを
焼却することができる。

【００３８】次に、本発明のディーゼルエンジン用排気
浄化装置の第３実施例を図１２〜図１５に示す。この例
は、フィルタ３の外周の筒面を取り巻くようにヒータ２
５を設けて、フィルタ３を外周面から加熱し、内部に堆
積したパティキュレートに着火させる形式のものであ
る。このような基本的形式自体は前述のように従来から
知られているが、従来のものでは、空気の供給方向が一
定であったため、図１３に示すように、フィルタ３の上
流側端面の中心付近にヒータ２５の熱が伝わらない領域
２６ができ、そこにパティキュレートの燃え残りが生じ
るという問題があった。

【００３９】しかし、領域２６に燃え残りができる結
果、フィルタ３の下流側で最高となる中心部の温度が低
めに抑えられるという利点もある。そこで、空気を一方
向に流すだけでなく、空気の供給方向を反転させれば、
このような形式の排気浄化装置であっても、図１３に示
したような領域２６の燃え残りが、反転した空気流によ
ってヒータ２５からの熱を受けるようになるので、着火
燃焼して消滅する。

【００４０】図１３の状態に対して図１４のように供給
空気の流動方向を反転させるには、具体的に図１２に例
示したような構成をとることができる。上流側のエアポ
ンプ１２と下流側のエアポンプ１８、三方弁９と１５、
分岐管１１と１７、大気開放路１３と１９等は、図１に
示した第１実施例において使用しているものと同様なも
のである。第１実施例におけるストップバルブ１４と２
０と同じものを第３実施例に使用しても問題はないが、
図１２に示した第３実施例では、分岐管１１に切換弁２
７を使用し、分岐管１７に切換弁２８を使用して、エア
ポンプと大気開放路との切り換えを確実に行っている。
なお、図１２において、２９及び３０として示したもの
は、フィルタ３の上流側と下流側の温度を検出するため
の温度センサを示している。この例においても、図示し
ない電子式制御装置（ＥＣＵ）によって各部分の作動を
制御する。

【００４１】第３実施例の作動を図１５に示した制御例
のフローチャートに基づいて説明する。フィルタ３に堆
積したパティキュレートが多くなってフィルタ３の再生
処理が必要になったとＥＣＵにおいて判定されると、ス
テップ２００で再生処理が開始される。まず、ステップ
２０１で図示しないバイパス通路を開き、三方弁９によ
って分岐管１１をフィルタ３の上流側に接続すると共
に、三方弁１５によって分岐管１７をフィルタ３の下流
側に接続する。ステップ２０２で切換弁２７により分岐
管１１とエアポンプ１２を接続すると共に、切換弁２８
により分岐管１７と大気開放路１９を接続して、エアポ
ンプ１２を駆動し、フィルタ３内を上流側から下流側に
向かって図１２にＢとして示した矢印の方向（順流方
向）に空気を供給する。ステップ２０３でフィルタ３の
外周に設けられたヒータ２５に通電して外部からフィル
タ３を加熱する。フィルタ３の内部では、堆積したパテ
ィキュレートが図１３に示したような状態で燃焼する。
この状態では前述のように、フィルタ３の上流側の領域
２６にパティキュレートの燃え残りが発生する。

【００４２】ステップ２０４で温度センサ３０が検出し
たフィルタ３の下流側の温度Ｔ₂ を読み込み、ステップ
２０５で温度Ｔ₂ が所定の温度、例えば６００°Ｃより
も高いかどうか判定し、高いと判定されたときは、順流
再生が十分行われたと考えられるので、ステップ２０６
に進んで空気の供給方向を反転させ、図１２にＣとして
示した矢印の方向（逆流方向）に空気を送り込んで、逆
流再生を開始する。順流再生から逆流再生への切り換え
は、ＥＣＵによって切換弁２７及び２８の流路を切り換
え、更にエアポンプ１２を停止させると共にエアポンプ
１８を駆動することによって実行される。図１４に示す
ような逆流再生が行われることによって、領域２６にあ
ったパティキュレートの燃え残りを含めて、フィルタ３
内にある残余のパティキュレートは全て焼却される。

【００４３】次に、ステップ２０７で再生処理の経過時
間Ｔ_M を、またステップ２０８で温度センサ２９が検出
したフィルタ３の上流側の温度Ｔ₁ をそれぞれ読み込
み、ステップ２０９で再生処理の経過時間Ｔ_M が所定
値、例えば６００秒を経過していないかどうか判定す
る。未だ経過していないときはステップ２１０に進み、
今度は上流側の温度Ｔ₁ が所定の温度、例えば６００°
Ｃを越えたかどうかが判定される。越えていなければス
テップ２０８に戻って制御を繰り返すが、ステップ２０
９で所定の時間が経過したとか、ステップ２１０で所定
の温度を越えていると判定されたときは、再生が略完了
したと考えられるので、ステップ２１１へ進んで更に適
当な時間、例えば１８０秒おいたのちステップ２１１へ
進み、フィルタ３の再生処理を終了させる。

【００４４】前述の実施例では、加熱手段として電気ヒ
ータを採用したが、本発明はこれに限られるものではな
く、バーナなどフィルタを加熱することができるもので
あれば、それをヒータに代えて使用することができるこ
とはいうまでもない。

【００４５】

【発明の効果】本発明を実施することにより、ディーゼ
ルエンジン用の排気浄化装置のフィルタ周辺部における
再生時のパティキュレートの燃え残りを少なくすると共
に、中心部の温度上昇を抑え、フィルタの完全な再生処
理をおこなうことができ、且つそれによってフィルタ或
いは排気浄化装置の信頼性を確保することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例である排気浄化装置を含む
ディーゼルエンジンの排気系統を示す全体構成図であ
る。

【図２】一つの作動状態における第１実施例のフィルタ
を拡大して示す部分的断面図である。

【図３】他の作動状態における第１実施例のフィルタを
拡大して示す部分的断面図である。

【図４】第１実施例の制御の手順を例示するフローチャ
ートである。

【図５】第１実施例の作動順序を示すタイムチャートで
ある。

【図６】第２実施例のフィルタを拡大して示す部分的断
面図である。

【図７】図６の一部をＡ方向に見た側面図である。

【図８】再生時のフィルタ内の各点における温度の時間
的変化を示す線図で、（ａ）は順流再生時、（ｂ）は逆
流再生時を示す。

【図９】順流再生及び逆流再生についてパティキュレー
トの堆積量を変えて再生試験を行った結果を示す線図で
ある。

【図１０】第２実施例の一つの作動状態を示す全体構成
図である。

【図１１】第２実施例の他の一つの作動状態を示す全体
構成図である。

【図１２】第３実施例の構成を示す部分的断面図であ
る。

【図１３】第３実施例の一つの作動状態を示す断面図で
ある。

【図１４】第３実施例の他の一つの作動状態を示す断面
図である。

【図１５】第３実施例の制御の手順を例示するフローチ
ャートである。

【符号の説明】

１…ディーゼルエンジン ２…排気通路 ３…フィルタ ５…バイパス通路 ６…バイパスバルブ ７、８、７’、８’…ヒータ ９、１５…三方弁 １２、１８…エアポンプ １３、１９…大気開放路 １４、２０…ストップバルブ ２５…ヒータ ２７、２８…切換弁 ２９、３０…温度センサ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 影山 照高 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 日本電 装株式会社内 (72)発明者 小島 昭和 愛知県西尾市下羽角町岩谷14番地 株式会 社日本自動車部品総合研究所内 (72)発明者 伊藤 ゆかり 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 フィルタの上流側端面及び下流側端面の
   双方に加熱手段を設けると共に、前記フィルタに対する
   再生時の供給空気の流通方向を、前記上流側端面から前
   記下流側端面へ向かう方向と、前記下流側端面から前記
   上流側端面へ向かう方向とに切り換えることができるよ
   うにし、前記フィルタの再生処理の途中で供給空気の流
   通方向を反転させると共に、少なくともその時に供給空
   気の上流側となる前記フィルタの端面に設けられた前記
   加熱手段を加熱することにより、順流再生と逆流再生と
   を切り換えて実行し得るように構成したことを特徴とす
   るディーゼルエンジン排気浄化装置。
2. 【請求項２】 前記フィルタの一方の端面に設けられる
   前記加熱手段は、その端面の周辺部を覆うように配置す
   る共に、前記フィルタの他方の端面に設けられる前記加
   熱手段は、その端面の中心部を覆うように配置すること
   を特徴とする特許請求の範囲第１項記載のディーゼルエ
   ンジン排気浄化装置。
3. 【請求項３】 フィルタの外周面に加熱手段を設けると
   共に、前記フィルタに対する再生時の供給空気の流通方
   向を、前記フィルタの上流側端面から下流側端面へ向か
   う方向と、前記フィルタの下流側端面から上流側端面へ
   向かう方向とに切り換えることができるようにし、前記
   フィルタの再生処理の途中で供給空気の流通方向を反転
   させることによって、順流再生と逆流再生とを切り換え
   て実行し得るように構成したことを特徴とするディーゼ
   ルエンジン排気浄化装置。