JPH05214925A - デュアルフィルタタイプの排気浄化装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明はデュアルフィルタの排気圧力を交互
に検出してフィルタ再生時期を判定する排気浄化装置に
関し、デュアルフィルタによるパティキュレート捕集期
間を長くすることを目的とする。 【構成】 まず両方のフィルタＡ，Ｂによるパティキュ
レート捕集時に、フィルタ上流側の排気圧力を検出し
て、標準的な運転条件下の前後差圧ΔＰ₂ に補正し、こ
れを所定値ΔＰｓと比較して、所定値を越えた場合にの
み、個々のフィルタを遮断してフィルタ上流側の排気圧
力を測定しフィルタ再生時期判断をする。フィルタ分岐
通路５，６の遮断期間の短縮により機関性能低下期間が
短くなる。

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機関より排出
されるパティキュレートを捕集するフィルタを排気通路
に２つ並置した所謂、デュアルフィルタタイプの排気浄
化装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えばディーゼル機関の排気中には排気
微粒子、即ちパティキュレートが多く含まれているた
め、その排気系には通常、パティキュレートを捕集する
ためのフィルタが装着されるようになっており、例えば
特開昭６０−２３０５０７号公報には、パティキュレー
ト捕集性能を向上するため、１本の排気通路を二手に分
岐して夫々の分岐通路にフィルタを並列配置した、所謂
デュアルフィルタタイプの排気浄化装置が開示されてい
る。

【０００３】ところで上記フィルタは、使用に伴ってそ
の内部に蓄積されるパティキュレートの量が増えると通
気性が次第に損なわれ、機関性能が低下することになる
ため、パティキュレート捕集量に応じて定期的に再生さ
れなければならない。

【０００４】そしてこのフィルタ再生時期は、一般にフ
ィルタより排気上流側の排気通路に設けられた圧力セン
サなどからの情報によって検出されるフィルタ前後差圧
の大きさによって判定されることがあり、上述したデュ
アルフィルタタイプの排気浄化装置においては、パティ
キュレート捕集時に一方のフィルタを排気通路より遮断
し、残りのフィルタの前後差圧を検出し、これを交互に
行って各フィルタの再生時期を判断するようにしてい
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上述した
デュアルフィルタタイプの排気浄化装置におけるフィル
タ再生時期判断方法は、１フィルタの前後差圧検出のた
めに、必ず他方のフィルタを排気通路から遮断しなけれ
ばならず、また実際にはこの差圧検出は正確な再生時期
判定のために頻繁に行わねばならなく、パティキュレー
ト捕集期間において一方の分岐通路を遮断する時間の占
める割合が大きく、双方のフィルタで同時にパティキュ
レート捕集する時間が短くなる恐れがあった。

【０００６】そしてこれはパティキュレート捕集期間に
おいて、フィルタ上流側の排気圧力が高くなっている期
間が長いことを意味しており、機関性能低下機関が長く
好ましいとは言えない。本発明はこのようなデュアルフ
ィルタタイプの排気浄化装置の問題点に鑑み、提供され
るものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明によればディーゼル機関の排気通路を二手に
分岐し、各分岐通路内に排気ガス中のパティキュレート
を捕集するフィルタを夫々設けると供にパティキュレー
ト捕集時、少くなくともフィルタ上流側の排気圧力を検
出してフィルタ再生時期を判断するデュアルフィルタタ
イプの排気浄化装置において、両方のフィルタによるパ
ティキュレート捕集時に、少なくとも両フィルタ上流側
の排気圧力を検出する両圧検出手段と、検出された排気
圧力が所定値以上の時、上記排気通路より各フィルタを
交互に遮断し、１つのフィルタ上流側の排気圧力を交互
に検出する単圧検出手段とを有することを特徴とするデ
ュアルフィルタタイプの排気浄化装置が提供される。

【０００８】

【作用】両圧検出手段はパティキュレート補集時に、２
つのフィルタの上流側の少なくとも排気圧力を検出し、
少なくともその値が所定値を越えるまで検出し続け、所
定値を越えた場合、単圧検出手段が１つのフィルタ上流
側の排気圧力を交互に測定する。その理由としては、例
えば、２つのフィルタの内、少なくともいずれか一方の
フィルタが再生を必要とする状態で、最も両フィルタ上
流側の排気圧力が小さくなる状態は、一方のフィルタの
パティキュレート量が０で、他方のフィルタがフィルタ
再生を必要とする程のパティキュレートを捕集した時で
ある。

【０００９】従ってフィルタ再生時期判定としては、両
フィルタ上流側の排気圧力が、上述した場合の時の排気
圧力値を越えない限りにおいては、少なくとも一方の分
岐通路を遮断して１つのフィルタ上流側の排気圧力を交
互に検出する必要はない。本発明は、両フィルタ上流側
の排気圧力、即ち両圧が上記所定値に到達するまでは、
フィルタを交互に遮断しないようにして、少しでもデュ
アルフィルタによる捕集期間を長くする。

【００１０】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を説明
する。本発明による排気浄化装置の概略的構成を示す図
１に関し、１は図で左側に位置することになるエンジン
本体（図示せず）からの排気ガスが流動する排気管、Ａ
及びＢはこの排気ガス中のパティキュレートを捕集する
第１のフィルタ及び第２のフィルタ、２及び３は排気管
１内を流動してきた排気ガスを両フィルタＡ，Ｂに導く
分岐管である。

【００１１】尚、本実施例ではこの排気管１によって画
成される排気ガスの通路を排気通路４とし、分岐管２，
３によって画成される排気ガスの通路を分岐通路５及び
６と呼ぶことにする。

【００１２】排気管１との分岐管２，３との各接続部、
即ち排気ガスの分岐部には、パティキュレート捕集時に
おいて図中、実線で示した位置を占め排気通路４を流れ
てきた排気ガスを二手に分岐させる第１の制御弁７と第
２の制御弁８が設けられる。

【００１３】これらの制御弁７，８は共に制御回路（Ｅ
ＣＵ）９とダイアフラム式アクチュエータ１０及び１１
によって駆動されるようになっており、例えば図中、下
側に位置するフィルタＢを再生する際には、制御回路９
からのアクチュエータ駆動信号出力により第２の制御弁
８に連結されたロッドを押し出すようにアクチュエータ
１１が作動して、制御弁８は図１の点線で示した位置を
占め、フィルタＢより排気上流側の分岐通路６を排気通
路４より遮断するように作動される。

【００１４】フィルタＡ，Ｂの排気上流側端面近傍、或
は上流側端部の栓部材（図示せず）にはフィルタ再生
時、フィルタを加熱してパティキュレートに着火する電
気ヒータ線１２及び１３が設けられ、これらはヒータリ
レー１４を介してバッテリ１５に接続され、各電気ヒー
タ１２，１３への通電も又、制御回路９からヒータリレ
ー１４へのオンオフ信号によって制御されるようになっ
ている。

【００１５】各分岐通路５，６内であって夫々の制御弁
７，８に近接した位置には、対応するフィルタ再生時に
おいて、パティキュレート燃焼のための再生用ガス（例
えば、２次空気）を供給するためのガス供給管１６が接
続され、その他端には制御回路９によって駆動制御され
る電動エアポンプ１７が設けられる。尚、このガス供給
管１６にはフィルタ再生時に、制御回路９によって開弁
されるチェック弁１８が設けられており、その分岐通路
５，６への開口部は上述した制御弁７，８によって開閉
されるようになっている。

【００１６】本実施例によれば、各フィルタＡ，Ｂの前
後差圧を検出して各フィルタの再生時期を判定するた
め、上述した排気ガスの分岐部よりも排気上流側の排気
通路４には、圧力導入管１９を介してこの部分の排気圧
力を検出する圧力センサ２０が設けられ、その出力信号
は制御回路９に入力される。尚、この差圧検出に関し、
図示しないがフィルタＡ，Ｂより排気下流側にマフラー
が設けられる場合には、フィルタ下流側の圧力は運転条
件によって変動するため、マフラーよりも上流側でかつ
各フィルタの下流側の位置に圧力センサが夫々設けら
れ、上記圧力センサ２０によって検出された排気圧力と
の差で前後差圧を求める。

【００１７】通常、排気圧力は機関の運転条件によって
変化する。従って、パティキュレート捕集状態を知るた
めのパラメータとしては、検出されたフィルタ前後差圧
ΔＰを標準的は運転条件下の差圧値に補正されなければ
ならなく、このため制御回路９の入力側には、上述した
センサの他、排気ガスの温度を検出する排気温センサ２
１や、図示しないがアクセル開度センサ、機関回転数セ
ンサ、吸入空気量センサなどからの出力信号が入力され
る。

【００１８】そして制御回路９は、これらのセンサによ
って得られたフィルタ前後差圧に基づいてパティキュレ
ート捕集状態を検知し、後述するフローチャートによっ
てパティキュレート捕集作動やフィルタ再生作動を実行
するのである。

【００１９】以下、本実施例による制御回路９の作動原
理を図２を参照しながら以下、説明する。図２は、例え
ば機関回転数：２０００rpm 、排気温度：３００℃の運
転条件下で補正される差圧ΔＰ（補正前差圧をΔＰ′と
する）と、フィルタ１リットル当たりのパティキュレー
ト捕集量（ｇ）との関係を、１つのフィルタの排気浄化
装置の場合と２つのフィルタの場合（即ち、本発明装
置）とに分けグラフ化した図であって、図中点線はシン
グルフィルタ、実線はデュアルフィルタの場合に相当す
るものである。

【００２０】ここでは、パティキュレートが捕集されて
いない状態でのシングルフィルタの補正差圧をΔＰ₁ ｏ
とし、フィルタ再生を必要とするほどのパティキュレー
ト捕集量範囲を再生ウインドウとして表現し、その上限
値に対応するシングルフィルタの補正前後差圧をΔＰ₁
ｈ、その下限値に対応する差圧をΔＰ₁ １としている。
尚、当然ながらデュアルフィルタの場合には、１フィル
タを通過する排気ガス量は半減するため、同一のパティ
キュレート捕集状態では２フィルタ前後の補正差圧ΔＰ
₂ は、半分になっている。

【００２１】ところで、本発明のように排気浄化装置が
２つのフィルタを並置している場合、夫々のフィルタの
パティキュレート捕集状態は必ずしも同一でないため
に、２フィルタの前後の補正差圧ΔＰ₂ だけで再生時期
判断すると、誤った再生時期判断する恐れがある（例え
ば、一方のフィルタが再生ウインドウ上限値を越えたと
しても、仮に他方のフィルタのパティキュレート捕集が
０の場合には、トータルとしての２フィルタ前後の補正
差圧は再生ウインドウを下回ることがあり、この場合再
生時期でないと誤判断される）。

【００２２】このため、従来のデュアルフィルタタイプ
の排気浄化装置においては、パティキュレート捕集時、
定期的に交互に制御弁５，６（図１）を作動して、一方
のフィルタを排気通路４より遮断し、この時の排気圧力
を検出することで他方のフィルタの差圧を検出する方法
がとられていたが、前述したように、これでは制御弁の
作動が頻繁となり、シングルフィルタによるパティキュ
レート捕集期間が長く、この時の排気圧力上昇に伴って
機関性能上問題がある。

【００２３】従って本実施例では、少なくとも一方のフ
ィルタが再生を必要とするような状態の２フィルタ前後
差圧の最小値を境界値ΔＰｓとし、図示したように少な
くとも差圧値ΔＰ₂ がこの値に達するまでは１フィルタ
の単独測定を止め、それ以降に限って個々のフィルタの
差圧ΔＰ₁ 測定を実行しようとするものである。

【００２４】以下、図３を参照して上記境界値ΔＰｓの
設定法を説明する。図３（ａ）に示すように、１つのフ
ィルタに流量Ｖの排気ガスが流れ込むような状態で、仮
にそのフィルタのパティキュレート量が０であるなら
ば、そのフィルタ前後の補正差圧ΔＰ₁ ｏは、 ΔＰ₁ ｏ＝Ｂ₁ ｏ×Ｖ …（１） （但し、Ｂ₁ ｏ：フィルタ新品状態での圧力損失係数）
となる。

【００２５】又同様に、図３（ｂ）に示すように、１つ
のフィルタに流量Ｖの排気ガスが流れ込むような状態
で、仮にそのフィルタのパティキュレート量がすぐにも
再生を必要とするような値（即ち、再生ウインドウ上限
値）であるならば、そのフィルタの前後差圧ΔＰ₁ ｈ
は、 ΔＰ₁ ｈ＝Ｂ₁ ｈ×Ｖ …（２） （但し、Ｂ₁ ｈ：再生ウインドウ上限値におけるフィル
タ圧力損失係数）となる。

【００２６】そして、図３（ｃ）に示すように、このよ
うな２つのフィルタを同時に並置した排気浄化装置にお
いて、仮に流量Ｖの排気ガスが装置に流れ込んだ状態で
の２フィルタ前後差圧ΔＰｓは、フィルタＡを通過する
ガス流量をｖａ、フィルタＢを通過するガス流量をｖｂ
とすると、 ΔＰｓ＝Ｂ₁ ｏ×ｖａ＝Ｂ₁ ｈ×ｖｂ …（３） 〔但し、Ｖ＝ｖａ＋ｖｂ …（４）〕 となる。

【００２７】ここで式（３）より、 ｖａ＝（Ｂ₁ ｈ／Ｂ₁ ｏ）×ｖｂ …（５） の関係が成り立つから、式（５）を式（４）に代入する
と、 Ｖ＝ｖａ＋ｖｂ＝（Ｂ₁ ｈ／Ｂ₁ ｏ）・ｖｂ＋ｖｂ ＝〔（Ｂ₁ ｈ＋Ｂ₁ ｏ）／Ｂ₁ ｏ〕・ｖｂ 故に、ｖｂ＝Ｖ／〔（Ｂ₁ ｈ＋Ｂ₁ ｏ）／Ｂ₁ ｏ〕 …（６） が得られる。即ち、この式（６）は式（１）、式（２）
から ｖｂ＝Ｖ・〔ΔＰ₁ ｏ／（ΔＰ₁ ｈ＋ΔＰ₁ ｏ）〕…（７） と書き換えられる。従って、式（７）を式（３）に代入
すると、 ΔＰｓ＝Ｂ₁ ｈ＋ｖｂ ＝（ΔＰ₁ ｈ／Ｖ）・Ｖ・〔ΔＰ₁ ｏ／（ΔＰ₁ ｈ＋ΔＰ₁ ｏ）〕 ＝ΔＰ₁ ｈ・ΔＰ₁ ｏ／（ΔＰ₁ ｈ・ΔＰ₁ ｏ） …（８） となる。そして、流量Ｖの時のΔＰ₁ ｈ，ΔＰ₁ ｏは、
図２に示したように実験的に求めることができるため、
ΔＰｓも上式（８）より容易に得ることができるのであ
る。

【００２８】図４は以上のようにして決定された判断所
定値ΔＰｓを以て、フィルタ再生時期判断及びこれに伴
うパティキュレート捕集、フィルタ再生作動を制御する
制御回路９の作動を説明するフローチャートである。
尚、この作動プログラムは制御回路９の所定メモリ内に
格納されており、例えば機関運転開始毎に実行されるも
のである。

【００２９】図４に関し、まずステップ４１では圧力セ
ンサ２０によって双方のフィルタＡ，Ｂによるパティキ
ュレート捕集状態でのフィルタ上流側排気圧力（以下、
これを両圧と呼ぶ）を検出し、フィルタ下流側の圧力
（本実施例の場合、大気圧）との差圧ΔＰ₂ ′を求め、
更に排気温度センサ２１によって検出された排気温Ｔ
や、他のセンサによって検出された機関回転数Ｎ、吸入
空気量Ｇａなどにより、上記差圧を所定の運転条件下の
差圧ΔＰ₂ に補正する。

【００３０】次に、ステップ４２ではこの補正差圧ΔＰ
₂ が、上述した所定値ΔＰｓを越えているか否かを判定
し、越えていないと判定された場合（Ｎｏ）、再度ステ
ップ４１に戻り、以下ステップ４２でＹｅｓと判定され
るまで、パティキュレート捕集作動を継続し、排気圧力
の検出・差圧演算を繰り返す。

【００３１】このようにしてパティキュレート捕集が進
むと、いずれはステップ４２でＹｅｓと判定されること
になるが、この場合ルーチンはステップ４３に進む。そ
してステップ４３では現在の機関負荷（例えば、Ｇａ／
Ｎ）を検出し、予め定められた負荷α（例えば、８０
％）よりも小さいか否かを判定する。

【００３２】これは、例えば、フルスロットル時（全負
荷時）などを大きな機関出力を要求されるような運転条
件時に、仮に１フィルタの前後差圧（以下、これを単圧
と呼ぶ）を検出しようとして他方のフィルタの分岐通路
を遮断したならば、これによって排気圧力が上昇してし
まい、必要とされる機関出力が確保できないことになる
からである。

【００３３】即ち、ステップ４３でＮｏと判定されたな
らば、機関負荷が所定値αを下回るまでステップ４３の
処理を繰り返すことで待機し、Ｙｅｓと判定された時点
でステップ４４に進むことになる。

【００３４】ステップ４４では、まずフィルタＡの単圧
を測定するため、フィルタＢ上流側の第２の制御弁８を
除々に作動させ、分岐通路６を閉じてフィルタＢを排気
通路４から遮断する処理が実行され、このような状態で
排気圧力が測定され、フィルタ前後差圧ΔＰ₁ ａ′が演
算され、所定運転条件下の補正差圧ΔＰ₁ ａに変換され
る。

【００３５】そして続くステップ４５では、このように
して求められたフィルタＡの補正差圧が、図２で示した
シングルフィルタの再生ウインドウ領域に含まれている
か否か、即ち再生下限値ΔＰ₁ １より大きいか否かが判
定される。そして本ステップ４５でＹｅｓと判定された
場合には、フィルタＡにおけるパティキュレート捕集量
が再生条件を満たしているものとしステップ４６に進
み、フィルタＡの再生処理作動を開始することになる。

【００３６】尚、このステップ４６における具体的処理
内容は、まず制御弁８を元の位置に戻すと共に、今度は
第１の制御弁７を作動させて、フィルタＡを排気通路４
より遮断し、フィルタＢによるパティキュレート捕集作
動をしながら、電気ヒータ１２の所定時間の通電、並び
に電動エアポンプ１７による再生用ガスの所定時間供給
を実行して、フィルタＡ内のパティキュレートを燃焼す
ることである。尚、フィルタＡの再生完了後は制御弁７
を元の位置に戻し、デュアルフィルタによるパティキュ
レート捕集作動の準備をして本ルーチンを終了し、再度
ステップ４１に復帰することになる。

【００３７】ところでステップ４５でＮｏと判定された
ならば、ルーチンはフィルタＢの単圧検出のため、ステ
ップ４７に進みステップ４４とは逆にフィルタＡ上流側
の第１の制御弁７を除々に作動させ、分岐通路５を閉じ
てフィルタＡを排気通路５から遮断する処理が実行さ
れ、フィルタＡの時と同様に排気圧力が測定され、フィ
ルタ前後差圧ΔＰ₁ ｂ′が演算され、所定運転条件下の
補正差圧ΔＰ₁ ｂに変換される。

【００３８】そして続くステップ４８では、フィルタＢ
の補正差圧が図２の再生下限値ΔＰ ₁ １より大きいか否
かが判定され、Ｙｅｓと判定された場合には、フィルタ
Ｂにおけるパティキュレート捕集量が再生条件を満たし
ているものとし、ステップ４９でフィルタＢの再生処理
作動（制御弁７，８の位置替え、電気ヒータ１３通電電
動エアポンプ１７作動）を開始することになる。

【００３９】ところでステップ４８でＮｏ、即ちいずれ
のフィルタＡ，Ｂにおいても再生を必要とするほどのパ
ティキュレート捕集がなされていないならば、当然なが
らまだ両フィルタＡ，Ｂによるパティキュレート捕集が
可能であると判断して良いため、ルーチンはステップ５
０に進み、ステップ４７で作動された制御弁７を元の位
置に戻し、タイマをスタートさせステップ５１に進む。

【００４０】尚、ステップ４８でＮｏと判定された以降
の各フィルタＡ，Ｂの単圧測定は、フィルタの前後差圧
はそれほど急激に変化しないことから考えても頻繁に行
う必要はなく、むしろ出来るだけ両方のフィルタＡ，Ｂ
によるパティキュレート捕集期間を長くとることからも
考慮して、所定のインターバルで単圧測定したほうが好
ましい。

【００４１】従って、ステップ５０に続くステップ５１
では、両フィルタＡ，Ｂによるパティキュレート捕集再
開からの時間経過を見て、所定時間ｔ（例えば１０分）
経過したか否かを判定し経過したならば（Ｙｅｓ）、ス
テップ５２に進みタイマリセット後、再度ステップ４３
以降に戻ることになる。

【００４２】以上説明したように、本実施例では一方の
フィルタがパティキュレートがゼロでかつ他方のフィル
タが再生を要するパティキュレート量の時の２フィルタ
前後差圧を所定値として、少なくとも差圧が所定値に到
達するまでは、単圧測定のための制御弁７，８作動をし
ないことから、両フィルタＡ，Ｂによるパティキュレー
ト捕集期間を、双方新品の状態から単圧測定する従来の
排気浄化装置に比べて長くすることができ、それだけ排
気圧力が低い期間が長く機関性能低下期間が短くなる。

【００４３】尚、上述した実施例のフローチャートで
は、補正差圧ΔＰ₂ が所定値ΔＰｓを越えた後、所定の
インターバルｔ毎に単圧測定しているが、ステップ４１
の両圧測定それ自体も間欠的に行うようにしても良く、
更に単圧測定と両圧測定の境界となる所定値ΔＰｓを実
験的に求められた固定値とはせずに、経験的に高め方向
に更新されるような変動値として設定し、出来るだけ両
圧測定領域を拡大するようにしても良い。

【００４４】尚、上記所定値は、標準的な運転条件下に
補正されたフィルタ前後差圧を判定パラメータとして、
それに対応するものであるが、フィルタ下流側に常に大
気圧であるような場合には標準的な運転条件下に補正さ
れたフィルタ上流側の排気圧力を判定パラメータとして
も良く、この場合、所定値もこれに合わせたものとする
ことができる。

【００４５】

【発明の効果】以上、説明したように本発明によれば、
パティキュレート捕集時に、２つのフィルタの上流側の
少なくとも排気圧力を検出し、その値が所定値を越えた
場合に限り、１つのフィルタ上流側の排気圧力を交互に
測定するため、従来よりもフィルタ上流側を交互に閉と
する期間が短くなり、それだけフィルタ上流側の排気圧
力が高い期間が短く機関性能低下期間を短くすることが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による排気浄化装置の概略的構成図であ
る。

【図２】本発明の装置作動概念を説明し、パティキュレ
ート捕集量・フィルタ前後差圧（補正後）の関係を示す
図である。

【図３】各パティキュレート捕集状態のフィルタを通過
する排気の状態を示し、（ａ）はパティキュレートゼロ
の状態、（ｂ）は再生必要なパティキュレート捕集状
態、（ｃ）は（ａ）と（ｂ）の状態が混在するデュアル
フィルタの状態を示した図である。

【図４】本発明による装置作動を実行する制御回路のフ
ローチャート図である。

【符号の説明】

Ａ，Ｂ…フィルタ ４…排気通路 ５，６…分岐通路 ７，８…制御弁 ９…制御回路 ２０…圧力センサ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ディーゼル機関の排気通路を二手に分岐
   し、各分岐通路内に排気ガス中のパティキュレートを捕
   集するフィルタを夫々設けると共にパティキュレート捕
   集時、少くなくともフィルタ上流側の排気圧力を検出し
   てフィルタ再生時期を判断するデュアルフィルタタイプ
   の排気浄化装置において、 両方のフィルタによるパティキュレート捕集時に、少な
   くとも両フィルタ上流側の排気圧力を検出する両圧検出
   手段と、検出された排気圧力が所定値以上の時、上記排
   気通路より各フィルタを交互に遮断し、１つのフィルタ
   上流側の排気圧力を交互に検出する単圧検出手段とを有
   することを特徴とするデュアルフィルタタイプの排気浄
   化装置。