JPH0515892B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、デイーゼル機関の排気浄化装置に係
り、特にデイーゼル機関の排気通路に排気微粒子
を捕集するフイルタを設けて、これに捕集した排
気微粒子を適宜電気ヒータで焼却処理するように
した排気浄化装置において、その焼却処理時にお
けるデイーゼル機関の性能低下を可及的に抑えつ
つその消費電力の低減化を計つたデイーゼル機関
の排気浄化装置に関する。

〔従来の技術〕

デイーゼル機関から排出される排気ガス中には
未燃炭化水素や硫黄酸化物、あるいは窒素酸化物
等が付着した未燃のカーボン粒子（カーボン）
が含まれており、それらの排気微粒子は、所謂ス
モークとして大気中に放散されると、大気を汚染
させて人体に悪影響を及ぼす原因ともなる。

このため近年では、その排気公害を解消するた
めに、デイゼル機関の排気通路に排気微粒子を付
着堆積させる捕集用のフイルタを設けて、大気に
放出する排気ガスを浄化するようになしている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところで、デイーゼル機関の排気通路に排気微
粒子の捕集用フイルタを設けると、機関の高速運
転時や高負荷運転時には機関から排出される排気
ガスの温度が高温となるために、その高温の排気
ガスによつてフイルタに付着する排気微粒子は再
燃焼して焼却処理されてしまう。しかしながら、
それ以外の通常の運転時においては、排気ガス温
度が低くなるために、フイルタに付着する排気微
粒子は燃焼せずに堆積していきフイルタに目詰り
等を起させて機関の排圧を上昇させ、その結果機
関出力の低下及び燃費の悪化等を招き、最悪の場
合には機関停止や損傷に至る虞れがあつた。この
ため、フイルタの上流側に電気ヒータを設け、こ
の電気ヒータによつてフイルタに流入する排気ガ
スを加熱して適宜フイルタに捕集した排気微粒子
を焼却処理するようになしたものがある。

ところが、電気ヒータで排気微粒子を焼却除去
しようとすると、大電力が必要となり、車載のバ
ツテリやジエネレータの能力ではその容量が不足
してしまい、実用面に問題があつた。

また一方、フイルタに大量の排気微粒子が堆積
しているときに、電気ヒータによつてあるいは機
関が高負荷運転されたりして、その排気微粒子に
一旦着火すると急激な燃焼が生じて大量の熱が発
生し、フイルタを損傷させてしまう問題もあつ
た。

このため、それらの問題を解消し得るものとし
て、排気微粒子の再燃焼時に排気ガスを全てフイ
ルタをバイパスさせて流し、フイルタには燃焼用
の２次空気を導入して電気ヒータで加熱し、かつ
このとき２次空気の導入量をフイルタ部の温度に
応じて調節してその燃焼温度をフイルタの損傷温
度以下に制御するようにしたものが特開昭59−
101518号公報に提案されている。

しかしながら、当該提案のものでは電気ヒータ
への通電と同時に低温の２次空気を導入するの
で、フイルタの温度を再燃焼可能な温度までに上
昇させるのに時間がかかり無駄な電力を消費して
しまう一面が残つていた。

〔発明の目的〕

本発明は上記事情を考慮して創案されたもので
あり、その目的は、フイルタに捕集した排気微粒
子を電気ヒータで充分に再燃焼除去することがで
き、かつその再燃焼時の消費電力を可及的に低減
できると共にその再燃焼時における機関の性能低
下と燃費の悪化とを可及的に防止できるデイーゼ
ル機関の排気浄化装置を提供することにある。

〔発明の概要〕

本発明は上記目的を達成するために、排気通路
に設けられたフイルタを再生すべく排気ガスを加
熱する電気ヒータと、上記フイルタに流入する排
気ガス量を調節する排気絞り弁と、上記フイルタ
をバイパスさせて排気ガスを流すバイパス弁を有
するバイパス通路と、上記フイルタの上流側の排
気ガス圧力を検知する排圧センサと、該排圧セン
サからの検出値がフイルタの再生を必要とする設
定圧を越えたとき上記排気絞り弁を制御してフイ
ルタへのガス量を減少させると共に、その検出値
が機関の運転に不具合を生じさせる略限界の圧力
値になつたとき上記バイパス弁を開け、かつ検出
値が限界の圧力値を越えないようバイパス弁を制
御して、フイルタの再生を行う制御装置とを備え
たもので、フイルタの再生時にのみ排気絞り弁を
絞つてエンジンからの排気温を上昇させ、同時に
フイルタに流入する排気ガス量を減少させると共
にその少量の排気ガスを電気ヒータで加熱してフ
イルタに堆積した排気微粒子を焼却処理するよう
になし、もつて電気ヒータの消費電力の低減化と
排気微粒子の急激な再燃焼の防止とを計り、かつ
排気ガス圧力が機関の運転に不具合を生じさせる
略限界の圧力値を超えるとバイパス通路を開いて
余剰の排気ガスをフイルタをバイパスさせて流
し、機関出力の低下と燃費の悪化とを可及的に防
止するものである。

〔実施例〕

以下に、本発明の好適一実施例を添付図面に基
づき詳述する。

第１図に示すように、デイーゼル機関１の排気
通路２には排気ガス中に含まれる排気微粒子を付
着堆積させて捕集するフイルタ３が設けられ、こ
のフイルタ３に並設されてその上流側と下流側と
の排気通路２を結んでバイパス通路４が形成され
る。排気通路２には、フイルタ３に流入する排気
ガスを加熱してフイルタ３に捕集堆積させた排気
微粒子を高温の排気ガスで燃焼させるための電気
ヒータ５と、そのフイルタ３に流入する排気ガス
量を調節するための排気絞り弁６とが設けられて
いる。排気絞り弁６は、フイルタ３の上流側ある
いは下流側のどちらに設けても良く、下流側に設
ける場合には、図示するようにバイパス通路４と
の合流部７より上流側に設ける。また図示しない
が、フイルタ３の上流側に設ける場合には、バイ
パス通路２の分岐部８より下流側に設け、その更
に下流に上記の電気ヒータ５を設ける。

また、排気通路２には上記フイルタ３の上流側
に、排気通路２内の排気ガス圧力を検知するため
の排圧センサ９が設けられ、もし上記排気絞り弁
６をフイルタ３の上流側に設けた場合には、その
排圧センサ９は更にその上流側に設けられる。

バイパス通路４には、その通路を開閉するバイ
パス弁１０が設けられており、そのバイパス弁１
０はこれより上流側の排気ガス圧力が、上記排気
絞り弁６が絞られることよつて昇圧したときに、
その圧力値が設定値を超えないように適宜バイパ
ス通路４を開放して、余剰となる排気ガスをフイ
ルタ３をバイパスさせて流すようになつている。

また、上記排気絞り弁６と電気ヒータ５及びバ
イパス弁１０は電子制御装置１１によつてその作
動が制御れるようになつており、電子制御装置１
１には上記排圧センサ９からの信号と、燃料噴射
ポンプ１２に設けられた機関回転数センサ１３及
び機関負荷センサ１４とからの信号とが入力され
て、それらの入力信号に応じて上記排気絞り弁
６、電気ヒータ５、バイパス弁８とを制御するよ
うになつている。即ち電子制御装置１１は、フイ
ルタ３の目詰りによつて生じるフイルタ３の上流
側排気通路２内の排気ガス圧力の上昇を排圧セン
サ９で検知して、その圧力値が所定値を超えてフ
イルタ３の再生時期に達したと判断すると、排気
絞り弁６を絞ると共に電気ヒータ５のリレー１５
を作動させて通電し、かつバイパス弁１０を作動
させてフイルタ３上流側の排気ガス圧力を調節
し、これを機関の運転に不具合が生じない圧力値
に保持するようになつている。

更に詳しく説明すると、デイーゼル機関１はそ
の負荷Ｌと回転数Ｎとに相応して排出する排気ガ
ス圧力Ｐが変動し、排気通路２内の圧力を一定
（例えばPc₁，Pc₂…Pcn）に保つて機関負荷Ｌと
その回転数Ｎとを測定すると、第５図に示すよう
なグラフ（マツプ）を得ることができる。従つ
て、フイルタ３にある程度目詰りが生じてフイル
タ３の再生（捕集した排気微粒子の再燃焼）が必
要となる時点での排気通路２内圧力Pc₁，Pc₂…
Pcnを、機関負荷Ｌと、その回転数Ｎとの関係
（Pcn＝fn（Ｎ，Ｌ）として表わせる。）で、予め
マツプＡとして電子制御装置１１に記憶させてお
けば、機関回転数センサ１３と機関負荷センサ１
４とで検知した負荷Laと回転数Naとから導き出
される再生時期判定用の排気通路内圧力Pcnと、
排圧センサ９で検知した実際の排気通路内圧力
Paとを比較してフイルタ３の再生時期を判断す
ることができる。

一方、排気絞り弁６は具体的には例えば第２図
に示すように構成される。１６は排気通路２を形
成する排気管で、この排気管１６に回動自在に弁
体１７が軸支され、その回転軸１８にレバ１９を
介してダイヤフラム２０でなるアクチユエータが
連結される。ダイヤフラム２０の圧力作用室２１
にはバキユームポンプ等の負圧源（図示せず）が
接続され、その圧力供給管２２には、その管路を
上記電子制御装置１１からのON−OFF信号で開
閉する電磁弁２３が設けられる。その電磁弁２３
は、そのON時に圧力作用室２１に負圧源からの
負圧を作用させて弁体１７を閉じさせ、OFF時
には圧力作用室２１にブリージング孔２４から大
気を導入して弁体１７を開放させるようになつて
いる。また、弁体１７にはこれを閉じたときに少
量の排気ガスを流すための小穴２５が設けられて
いる。

また同様に、排気バイパス弁１０は第３図に示
すように構成される。１６は排気通路２を形成す
る排気管で、２６はその排気管１６に接続されて
バイパス通路４を形成するバイパス管である。排
気通路２とバイパス通路４との分岐部８となるバ
イパス管２６の接合部にはその流入口２７部に弁
座２８が形成され、その弁座２８にはこれに着座
してバイパス通路４を開閉する弁体２９が、ダイ
ヤフラム３０によつて弁座２８上を往復移動自在
に設けられる。ダイヤフラム３０の圧力作用室３
１にはバキユームポンプ等の負圧源（図示せず）
が接続され、その圧力供給管３２には供給負圧値
を調節するための電磁弁でなるバキユームコント
ロールバルブ（以後VSVと略す。）３３が設けら
れ、このVSV３３が電子制御装置１１で作動制
御されるようになつている。

また、電子制御装置１１には第６図に示すよう
に機関負荷Lnとその回転数Nnとに応じて排気通
路２内の排気ガス圧力の許容限界値P_Rｎ（機関の
運転に不具合を生じさせる略限界の圧力）がマツ
プＢとして記憶されており、排気絞り弁６が閉じ
られてフイルタ３の再生が開始されると、排圧セ
ンサ９で検知した実際の圧力Paを予め設定され
た上記の許容限界圧力P_Rｎに一致させるべく
VSV３３の作動を制御してバイパス弁１０の開
度をフイードバツク制御するようになつている。

尚、第１図において３４は、フイルタ３近傍の
下流側に設けられて、その出口側の排気ガス温度
Ｔを検知するための排気温度センサであり、その
出力は電子制御装置１１に入力されている。また
３５は排気通路２より分岐されたEGR通路であ
り、バイパス通路４の合流部７より下流側から分
岐されている。

次に、本発明の作用を第４図のフローチヤート
を基にして説明する。

先ず、デイーゼル機関１が始動されると、電子
制御装置１１は機関回転数センサ１３と負荷セン
サ１４及び排圧センサ９とによつて機関の実際の
回転数Naと負荷La及び排気通路内圧力Paとを検
知する。そしてマツプＡに記憶されているNa，
Laの時のフイルタ３の再生時期判定用排気通路
内圧力Pcnと上記Paとを比較してPa≧Pcnとなつ
たか否かによつてフイルタ３の再生開始時期を判
断する。Pa＜Pcn（即ちNo）の場合には、排気絞
り弁６を開け、バイパス弁１０を閉じ、電気ヒー
タ５への通電をOFFにしたままにして、排気ガ
スの全てをフイルタ３を通過させてその中に含ま
れる排気微粒子をフイルタ３に捕集しつつ浄化し
て大気に放出する。

PaがPcn以上（即ちPa≧PcnがYes）となる
と、電子制御装置１１はフイルタ３の再生時期に
達したと判断して排気絞り弁６を閉じる。すると
排気ガスは排気絞り弁６の弁体１７の小穴２５か
ら少量づつ流れるようになつてフイルタ３に流入
する排気ガス量が減少される。そして、排気絞り
弁６が絞られることによつてこれより上流側の排
気通路２内は余剰となる排気ガスによつて昇圧し
ていく。このとき電子制御装置１１は機関回転数
Naとその負荷La及び排気通路内圧力Paとを検知
して、その入力されるNa，Laに応じてマツプＢ
に記憶されている排気通路内圧力の許容限界圧力
値PnにまでPaを高め、かつPaがPn以上とならな
いようにVSV３３の作動を制御してバイパス弁
１０の開閉及びその開度を調節し、Paをフイー
ドバツク制御する。

そして次に、電気ヒータ５への通電を開始し、
フイルタ３に流入する少量の排気ガスを加熱して
その温度をフイルタ３に捕集した排気微粒子の再
燃焼可能な温度以上に昇温させ、排気微粒子を再
燃焼させて焼却処理する。またこのとき、電子制
御装置１１は電気ヒータ５への通電開始と同時に
その通電時間ｔを計測し始め、かつ排気温度セン
サ３４によつてフイルタ３出口側の排気温度Ｔを
検知してその温度Ｔがフイルタ３部の損傷温度
T₀以下となつていることを監視する。ＴがT₀以
下（Ｔ≦T₀がYes）であるならば通電時間ｔが設
定時間t₀に達するまで通電を継続し、ｔがt₀以上
（即ちｔ≧t₀がYes）となる電気ヒータ５への通
電を停止して排気絞り弁６を開放し、かつ排気バ
イパス弁１０を閉じてフイルタ３の再生（再燃
焼）を終了させる。また、電気ヒータ５への通電
中に排気温度ＴがT₀以上（即ちＴ≦T₀がNo）と
なると、直ちに電気ヒータ５への通電を停止し、
フイルタ３の再生を終了させてその損傷を防止す
る。

即ち、本発明のデイーゼル機関の排気浄化装置
は、フイルタ３の再生時に排気絞り弁６を絞つて
フイルタ３に流入する排気ガス量を減少させる。
そして少量の排気ガスを電気ヒータ５で加熱して
フイルタ３に捕集した排気微粒子を焼却除去す
る。このため、排気ガスの全量をフイルタ３に流
入させつつ電気ヒータ５で焼却させる場合に比較
して、電気ヒータ５の容量を約1/2以下となして
もフイルタ３に流入する排気ガス温度を排気微粒
子の再燃焼可能温度以上に上昇させることがで
き、その消費電力を可及的に低減できるようにな
る。

また、排気微粒子を再燃焼させるにあたつては
排気ガスの一部しか使わず、２次空気も導入しな
いのでO₂量は少なく、排気微粒子（カーボン、
煤）は電気ヒータ５が通電されている間だけ緩や
かに燃焼する。このため、排気微粒子が急激に燃
焼反応を起してフイルタ３を損傷させる虞れがな
い。

また更に、再生時には排気絞り弁６を絞つてこ
れより上流側の排気通路２内の排気ガス圧力を上
昇させると共に、その圧力が設定値（本実施例で
は許容限界圧力）を超えるとバイパス通路４を開
いて昇圧した排気ガスをフイルタ３をバイパスさ
せて流すようにしたので、機関に不具合を生じさ
せない程度にその排気ガス圧力を高めて、機関か
ら排出される排気ガス温度を可及的に上昇させる
ことができる。このためフイルタ３に捕集堆積し
た排気微粒子を再燃焼させ易い環境にすることが
でき、電気ヒータ５は再燃焼に不足する熱量分だ
け排気ガスを加熱させれば良くなり、その消費電
力を更に可及的に低減できるようになる。従つ
て、電気ヒータ５のワツト数は更に数分の１から
十数分の１にその容量を小さくすることが可能に
なる。

尚、排気バイパス弁１０は、簡易的にスプリン
グ等で付勢して、固定された設定圧力値で開放す
るように構成しても良い。

〔発明の効果〕

以上要するに、本発明によれば次のごとき優れ
た効果を発揮する。

(1) フイルタが詰まつたときにのみフイルタの再
生が行われ、その再生時、排気絞り弁を制御し
てフイルタへのガス量が減少されるので、その
流入する排気ガスを加熱するための電気ヒータ
の容量を小さくすることができ、かつ排気を絞
ることによつてこれより上流側の排気通路内の
圧力を上昇させて機関から排出される排気ガス
温度を上昇させるようにしたので電気ヒータの
消費電力を可及的に低減できる。

(2) 排気通路内の排気ガス圧力が機関の運転に不
具合を生じさせる略限界の圧力値になつたとき
バイパス弁が開けられて余剰となる排気ガスが
バイパス通路に流れるので、機関に不具合を生
じさせることなく機関から排出される排気ガス
温度を可及的に上昇させることができる。

(3) 排気微粒子を再燃焼させるにあたつては、排
気ガスの一部しか使わず、２次空気も導入しな
いので、O₂量は少なく、電気ヒータに通電し
ている間だけ緩やかに再燃焼させて排気微粒子
を焼却処理することができ、排気微粒子の急激
な燃焼反応を抑えてフイルタの損傷を防止する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るデイーゼル機関の排気浄
化装置の好適一実施例を示す概略構成図、第２図
は排気絞り弁の具体的な構成例を示す斜視図、第
３図は排気バイパス弁の具体的な構成例を示す側
断面図、第４図は本発明の排気浄化装置の制御の
一例を示すフローチヤート図、第５図はフイルタ
の再生時期を判断するための圧力値を記憶したマ
ツプを示す図、第６図はバイパス通路を開放する
ための設定圧力値を記憶したマツプを示す図であ
る。 図中、１はデイーゼル機関、２は排気通路、３
はフイルタ、４はバイパス通路、５は電気ヒー
タ、６は排気絞り弁、９は排圧センサ、１０はバ
イパス弁、１１は制御装置である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 排気通路に設けられたフイルタを再生すべく
   排気ガスを加熱する電気ヒータと、上記フイルタ
   に流入する排気ガス量を調節する排気絞り弁と、
   上記フイルタをバイパスさせて排気ガスを流すバ
   イパス弁を有するバイパス通路と、上記フイルタ
   の上流側の排気ガス圧力を検知する排圧センサ
   と、該排圧センサからの検出値がフイルタの再生
   を必要とする設定圧を越えたとき上記排気絞り弁
   を制御してフイルタへのガス量を減少させると共
   に、その検出値が機関の運転に不具合を生じさせ
   る略限界の圧力値になつたとき上記バイパス弁を
   開け、かつ検出値が限界の圧力値を越えないよう
   バイパス弁を制御して、フイルタの再生を行う制
   御装置とを備えたことを特徴とするデイーゼル機
   関の排気浄化装置。