JPH05240025A - ディーゼルエンジンの排気ガス浄化装置 - Google Patents

ディーゼルエンジンの排気ガス浄化装置

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JPH05240025A
JPH05240025A JP4043309A JP4330992A JPH05240025A JP H05240025 A JPH05240025 A JP H05240025A JP 4043309 A JP4043309 A JP 4043309A JP 4330992 A JP4330992 A JP 4330992A JP H05240025 A JPH05240025 A JP H05240025A
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JP
Japan
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filter
filter trap
temperature
flow rate
trap
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JP4043309A
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Masakichi Shimada
島田政吉
Jo Higashimoto
上 東本
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Tonen General Sekiyu KK
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Tonen Corp
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Publication date
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01NGAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/02Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust
    • F01N3/021Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters
    • F01N3/023Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters using means for regenerating the filters, e.g. by burning trapped particles
    • F01N3/025Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters using means for regenerating the filters, e.g. by burning trapped particles using fuel burner or by adding fuel to exhaust
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
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  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
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Abstract

(57)【要約】 【目的】フィルタトラップの異常温度上昇の徴候を早期
に検出し、その温度上昇率を判断しながら燃焼量を制御
することによりフィルタトラップの熔損を防止する。 【構成】ディーゼルエンジン11の排気管19に接続さ
れるフィルタトラップ3と、フィルタトラップ3の上流
側に対向して配設されるバーナ4と、フィルタトラップ
3の上流側に設けられる温度センサ27と、フィルタト
ラップ3の下流側内部に設けられる3つの温度センサ2
9、30、31とを備え、エンジンの運転条件とフィル
タトラップ3の上流側温度によりバーナ4への燃料流量
を制御し、フィルタ内部の温度上昇率が設定値を越えた
場合には、前記燃料流量を減少させる。

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に
おける排気中のカーボン等のパティキュレートを除去す
るためにフィルタトラップを設け、該パティキュレート
の捕集状況を差圧で監視し、前記フィルタトラップに付
着したパティキュレートを燃焼させる方式の排気ガス浄
化装置に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、内燃機関とくにディーゼルエンジ
ン駆動の車両の排気ガス規制は次第に強化されつつあ
り、このような厳しい規制に対しては、もはや従来のエ
ンジンの燃焼方式を変更するやり方では対処出来ないの
が現状である。
【0003】ところで、排気ガス中のパティキュレート
を除去するには、排気ガスをセラミックス製のフィルタ
トラップを通過させ、付着したパティキュレートを燃焼
させることによりフィルタトラップの再生を図る方式が
一般的である。その燃焼方式としては、フィルタトラ
ップの表面に触媒を塗布、焼成して排気ガス温度で燃焼
させたり、電気ヒータ、燃焼バーナにより燃焼させる方
式、電気ヒータでフィルタトラップを加熱して燃焼さ
せる方式、燃料の一部を利用してバーナによりフィル
タトラップを加熱してパティキュレートを燃焼させる方
式が挙げられる。しかし、前記の方式では、フィルタ
トラップの製造コストが高くなると共に、ディーゼルエ
ンジンにおいては燃料中の硫黄化合物により触媒が被毒
されるという問題、さらには排気ガスのみを熱源とする
場合には、エンジン状態によっては常にこれが可能では
ないという問題があり、また、前記の方式では、電気
ヒータの消費電力が高くバッテリを電源とする自動車に
は不向きであるという問題があり、従ってこのような問
題点を解消するために前記の方式が注目されている。
【0004】従来、前記の方式、すなわち、バーナに
よりフィルタトラップを加熱する方式においては、フィ
ルタトラップを設けた排気管に並列してバイパス管を設
け、フィルタトラップを加熱する間は、エンジンの排気
をバイパス管から排出させる方式(例えば特開平2−1
1816号公報)と、バイパス管を設けずにエンジンの
排気がフィルタトラップを通過している際にバーナによ
りフィルタトラップを加熱する方式(例えば特開昭64
−83810号公報)が知られている。前者の方式は、
エンジン運転条件にかかわらずフィルタトラップの再生
が可能であるという利点を有するが、バイパス管、切換
弁等を必要とし装置が大型化するという欠点を有する。
【0005】そこで、後者の方式が装置の小型化を図る
ことができるという点で有利な方式と考えられるが、こ
の方式では、フィルタトラップの再生時にバーナへの燃
料供給量を一定にしていると、エンジン回転数およびエ
ンジン負荷が変化した場合、フィルタトラップの入口温
度が不必要に上昇する場合と、所定温度に達しない場合
があり、入口温度が異常に高いときには燃料の浪費およ
びフィルタトラップの熔損を招き、逆に、入口温度が所
定温度より低いときには、失火してパティキュレートを
焼却できないという問題を有している。
【0006】従来、この問題を解決するために、特開昭
62−153512号公報においては、エンジン回転数
とフィルタトラップの入口温度および出口温度によりバ
ーナへの燃料供給量を決定する方式の提案を行ってい
る。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】ところで、パティキュ
レートは、フィルタトラップに偏在して捕集される場合
が多く、フィルタトラップの再生時、パティキュレート
が燃焼するとフィルタトラップ内部が局部的に、かつ、
急激に温度上昇するため、フィルタトラップの熔損を招
くという問題がある。しかしながら、上記従来の方式の
ようにフィルタトラップの入口温度および出口温度によ
りバーナへの燃料供給量を制御する方式では、フィルタ
トラップの異常温度上昇を早期に検出できず、検出のタ
イムラグからフィルタトラップを熔損してしまうという
問題を有している。
【0008】本発明は上記問題を解決するものであっ
て、フィルタトラップの異常温度上昇の徴候を早期に検
出し、その温度上昇率を判断しながら燃焼量を制御する
ことによりフィルタトラップの熔損を防止することがで
きるディーゼルエンジンの排気ガス浄化装置を提供する
ことを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】そのために本発明のディ
ーゼルエンジンの排気ガス浄化装置は、ディーゼルエン
ジン11の排気管19に接続されるフィルタトラップ3
と、フィルタトラップ3の上流側に対向して配設される
バーナ4と、フィルタトラップ3の上流側に設けられる
温度センサ27と、フィルタトラップ3の下流側内部に
設けられる3つの温度センサ29、30、31とを備
え、エンジンの運転条件とフィルタトラップ3の上流側
温度によりバーナ4への燃料流量を制御し、フィルタ内
部の温度上昇率が設定値を越えた場合には、前記燃料流
量を減少させることを特徴とする。なお、上記構成に付
加した番号は図面と対比させるためのものであり、これ
により本発明の構成が何ら限定されるものではない。
【0010】
【作用】本発明においては、例えば図6に示すように、
ステップS20、21において、燃料流量テーブルから
取り出した燃料流量値Fに、フィルタ内部温度の実測値
と設定値との差を加味させて燃料流量値を増大させ、フ
ィルタ内部温度T2 が上昇し設定値T2S2 を越えた場合
には、常に初期燃料流量値に燃料流量を減少させ、フィ
ルタ内部温度の上昇が設定値以下になれば、直ちに燃料
流量を元の状態に増大させるとともに、フィルタ内部温
度T2 の温度上昇率ΔT2 が設定値以上になると、燃料
流量を減少させるため、燃焼が失火することなく、か
つ、フィルタ内部温度の異常上昇を早期に検出可能と
し、フィルタトラップの熔損を防止しながら大部分のパ
ティキュレートを燃焼させることができる。
【0011】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照しつつ説
明する。図1は、本発明のディーゼルエンジンの排気ガ
ス浄化装置の1実施例を示す構成図である。なお、以下
の説明では、フィルタトラップ再生用に超音波バーナを
使用しているが、これに限定されるものではなく、通常
のバーナを用いても同様の効果が得られるものである。
【0012】排気ガス浄化装置1は、ハウジング2内に
配設されるセラミックス製のフィルタトラップ3と、フ
ィルタトラップ3の上流側に対向して設けられる超音波
バーナ4とからなる。超音波バーナ4は、外筒5および
内筒6を備え、内筒6内に臨むように超音波霧化装置7
と点火装置8が設けられ、内筒6の開口部には、テーパ
状筒部材9が固定され、さらに、テーパ状筒部材9に対
向してバッフル板10が配置される。
【0013】外筒5内には、ディーゼルエンジン11に
より駆動されるエアポンプ12からエア供給管13を経
て燃焼用エアが供給される。このエア供給管13には、
大気に連通する差圧調整弁14が接続され、その差圧調
整機構15には、内筒6内の燃焼室に連通する導圧管1
6と、エア供給管13に連通する導圧管17が接続され
る。これにより、ディーゼルエンジン11の回転数が増
大し、エアポンプ12からのエアの送風量が増大したと
き、外筒5内と内筒6内との差圧をなくすように、差圧
調整弁14を開いてエアを大気に逃がし、エアの送風量
をエンジン回転数が変化しても一定にするように調整可
能にしている。
【0014】また、超音波バーナ4とフィルタトラップ
3の間には、ディーゼルエンジン11の排気管19が接
続される。超音波霧化装置7には、燃料タンク20から
燃料ポンプ21および燃料制御弁22を介して軽油燃料
が供給され、また、この軽油燃料は、図示しない燃料供
給管を経てディーゼルエンジン11に供給される。
【0015】ディーゼルエンジン11には、エンジン回
転数センサ24およびエンジン負荷センサ25が設けら
れ、超音波バーナ4の外筒5内には、フォトセンサから
なる着火検出センサ26が設けられる。また、フィルタ
トラップ3の上流側には温度センサ27が設けられ、フ
ィルタトラップ3の入口側と出口側の間には、両者のの
差圧Pを検出する差圧検出センサ28が設けられ、さら
に、フィルタトラップ3の下流側内部には、フィルタト
ラップ3の中心部、中間部および周辺部に3つの温度セ
ンサ29、30、31が径方向に設けられる。
【0016】これら各センサの検出信号は電子制御装置
32に入力され、電子制御装置32においては、後述す
るように、入力信号と予め記憶された制御用データとを
比較、演算処理し、出力信号を燃料供給用の燃料ポンプ
21および燃料制御弁22、超音波霧化装置7の超音波
発振器33および点火装置8のイグナイター34に出力
する。
【0017】次に、図2ないし図7により、上記構成か
らなる本発明の排気ガス浄化装置の制御について説明す
る。
【0018】図2はメインプログラムを示し、システム
を立上げてエンジンをスタートさせ、エンジン稼動か否
かの判定を行い、データを初期化した後、エンジン稼動
中に捕集モードの処理および再生モードの処理を行う。
エンジン停止中はフィルタトラップ3の再生は行わな
い。
【0019】図3は図2における捕集モードのサブルー
チンを示し、先ず、入力データを取り込み、ステップS
1でエンジン回転数と負荷により捕集完了テーブルの番
地を演算する。捕集完了テーブルは、実験データに基づ
いて回転数と負荷の代表値に応じて、パティキュレート
が捕集され再生が必要であるという捕集完了差圧値が予
め記憶されており、ステップS2において、検出された
回転数と負荷に応じた捕集完了差圧値PA が中間内挿法
により演算される。ステップS3では、刻々と変化する
回転数および負荷に基づいてパティキュレート捕集値Q
を演算式により0.5秒毎に演算し、これを積算して積
算値QA を演算する。
【0020】次に、ステップS4において、前記捕集完
了差圧値PA と現在の差圧Pを比較し、ステップS5で
Aカウンタが設定値AS になったかを判定し、ステップ
S6でパティキュレート積算値QA が設定値QS になっ
たかを判定する。そして、現在の差圧Pが捕集完了差
圧値PA 以上で、かつ、Aカウンタが設定値AS を越え
たとき、現在の差圧Pが捕集完了差圧値PA 未満で、
かつ、パティキュレート積算値QA が設定値QS 以上に
なったとき、現在の差圧Pが捕集完了差圧値PA 以上
で、かつ、Aカウンタが設定値AS 以下で、かつ、パテ
ィキュレート積算値QA が設定値QS 以上になったとき
に、再生必要と判断される。次いで、Aカウンタおよび
積算値QA のクリア後、リターンされ図2の再生モード
に進むことになる。
【0021】図4および図5は、図2における再生モー
ドのサブルーチンを示し、ステップS7において、超音
波発振器33、イグナイター34、燃料ポンプ21をオ
ンさせ、燃料制御弁22を開いて所定の初期燃料を出力
する。ステップ8において、着火検出センサ26により
着火の確認を行い、着火カウンタBが設定値BS になる
まで繰り返す。着火が確認されると、ステップS9で、
Bカウンタのクリア、再生完了フラグのリセット、イグ
ナイター34のオフ、再生管理タイマーATの開始が行
われる。次に、入力データを取り込み、ステップS10
で燃料流量演算の処理が行われる。
【0022】図5に移り、ステップS11で着火検出セ
ンサ26により失火の判定が行われ、ステップS12で
フィルタ内部温度T2 がフィルタの許容温度TFS(例え
ば900℃)以上であれば、ステップS13で異常フラ
グがセットされる。この異常フラグは、ステップS8で
所定時間たっても着火しない場合に、未着火と判定され
た場合にもセットされる。フィルタ内部温度T2 がフィ
ルタの許容温度TFSに達していない場合には、ステップ
S14で再生完了判定の処理が行われる。なお、フィル
タ内部温度T2 は、図1で説明した3つの温度センサ2
9、30、31による検出値の最大値を用いる。
【0023】フィルタトラップ3の再生が完了し再生完
了フラグ(後述)がセットされた場合には、ステップS
15からステップS16に進み、燃料制御弁22が閉
じ、燃料ポンプ21が停止され、超音波発振器33およ
びイグナイター34がオフされ、異常フラグがセットさ
れている場合には、警報ランプを点灯させるとともにブ
ザーを吹鳴させ、異常フラグがなければリターンして図
2のフローに戻る。
【0024】次に図6により、図4における燃料流量演
算のサブルーチンについて説明する。先ずステップS1
7でエンジン回転数と負荷により燃料流量テーブルの番
地を演算し、テーブルよりバーナへの燃料流量値Fを取
り出す。この燃料流量テーブルは、予め実験データに基
づいて作成されている。
【0025】次にステップS18において、1段燃焼時
間内か否かの判定が行われる。この1段燃焼において
は、フィルタ上流温度T1 を安定させるために設定値A
S1を実験データにより設定しており(例えば40
秒)、再生管理タイマーATが設定値ATS1以内であれ
ば、燃料流量値Fに0.9をかけて燃料制御弁22に出
力し、設定値ATS1時間内にフィルタ上流温度T1 を安
定させる。設定値ATS1時間が経過すると、ステップS
19において、2段燃焼時間内か否かの判定が行われ
る。この2段燃焼においては、フィルタトラップ3の中
央部付近に捕集されたパティキュレートを燃焼させるた
めに設定値ATS2を実験データにより設定しており(例
えば220秒)、再生管理タイマーATが設定値ATS2
以内であれば、ステップS20に進み、2段燃焼におけ
る燃料流量を演算する。
【0026】ステップS20においては、フィルタ内部
温度T2 が設定値T2S2 (例えば850℃)以上である
か否かを判定する。この設定値T2S2 は前記フィルタ許
容温度TFSより安全率をかけて低い値に設定している。
そして、フィルタ内部温度T2 が設定値T2S2 以上であ
れば初期燃料流量値を出力し、設定値T2S2 に達してい
なければ燃料流量値Cを下式により演算する。
【0027】C=F+DA ×β (β:ゲイン) DA =DA +D11 =(T1S1 −T1 )/10 すなわち、燃料流量テーブルから取り出した燃料流量値
Fに、フィルタ内部温度の実測値T1 と設定値T
1S1 (例えば620℃)との差を加味させている。次
に、フィルタ内部温度T2 の温度上昇率ΔT2 が設定値
(例えば2.5℃/sec)以上か否かの判定を行い、
設定値以上であれば前記燃料流量値Cに0.8をかけ、
以上でなければ前記燃料流量値Cをそのままとし、そし
て、この燃料流量値Cと初期燃料流量との比較を行い、
燃料流量値Cまたは初期燃料流量値を出力する。
【0028】ステップS19で再生管理タイマーATが
設定値ATS2を越えるとステップS21に進み、同様に
して燃料流量値Eを演算する。この段階ではフィルタト
ラップ3の中央部付近に捕集されたパティキュレートは
燃焼され、周辺部に捕集されたパティキュレートを燃焼
させる段階であり、もはや急激な温度上昇がないため、
設定値T1S2 (例えば630℃)を設定値T1S1 より大
きくしている。さらに、ステップS20の場合と同様
に、フィルタ内部温度T2 の温度上昇率ΔT2 が設定値
(例えば2.5℃/sec)以上か否かの判定を行い、
設定値以上であれば前記燃料流量値Eに0.8をかけ、
以上でなければ前記燃料流量値Eをそのままとし、そし
て、この燃料流量値Eと初期燃料流量との比較を行い、
燃料流量値Eまたは初期燃料流量値を出力する。
【0029】ステップS20、21は、要するに、燃料
流量テーブルから取り出した燃料流量値Fに、フィルタ
内部温度の実測値と設定値との差を加味させて燃料流量
値を増大させ、フィルタ内部温度T2 が上昇し設定値T
2S2 を越えた場合には、常に初期燃料流量値に燃料流量
を減少させ、フィルタ内部温度の上昇が設定値以下にな
れば、直ちに燃料流量を元の状態に増大させるととも
に、フィルタ内部温度T2 の温度上昇率ΔT2 が設定値
以上になると、燃料流量を減少させるため、燃焼が失火
することなく、かつ、フィルタ内部温度の異常上昇の徴
候を早期に検出可能とし、フィルタトラップの熔損を防
止しながら大部分のパティキュレートを燃焼させること
ができる。
【0030】図7は、図5における再生完了判定のサブ
ルーチンを示し、再生管理タイマーATが設定値ATS0
以上であるか否かを判定し、設定値ATS0になっていな
ければ図4のに戻って処理を繰り返し、設定値ATS0
以上であれば再生完了と判定し、再生管理タイマーAT
をクリアし、再生完了フラグを1にセットしてリターン
する。
【0031】図8は、上記制御による本発明の実験結果
を示し、再生行程におけるフィルタトラップの差圧P、
フィルタ上流ガス温度T1 、フィルタ内部温度T2 、燃
料流量の変化を示している。なお、エンジン回転数は1
000rpm、負荷は25%、フィルタの径は9イン
チ、長さは12インチである。図中、実線は本発明の再
生状態を示し、点線は従来の方式による再生状態を示し
ている。従来の方式においては、フィルタ内部温度T2
が異常上昇した時点で燃料流量を減少させているため、
フィルタトラップの加熱が限界温度を越えてしまうが、
本発明においては、フィルタトラップの温度上昇率を検
出して、燃料流量を減少させることにより、フィルタ内
部温度の上昇を防止することができる。そして、フィル
タ内部温度の上昇が設定値以下になれば、直ちに燃料流
量を増大させるため、燃焼が失火することなく大部分の
パティキュレートを燃焼させることができる。
【0032】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように本発明に
よれば、ディーゼルエンジンの排気管に接続されるフィ
ルタトラップと、該フィルタトラップの上流側に対向し
て配設されるバーナと、前記フィルタトラップの上流側
に設けられる温度センサと、前記フィルタトラップの下
流側内部で中心部、中間部および周辺部に設けられる3
つの温度センサとを備え、エンジンの運転条件と前記フ
ィルタトラップの上流側温度により前記バーナへの燃料
流量を制御し、フィルタ内部の温度上昇率が設定値を越
えた場合には、前記燃料流量を減少させるため、フィル
タ内部温度の異常上昇の徴候を早期に検出可能とし、フ
ィルタトラップの熔損を防止しながら大部分のパティキ
ュレートを燃焼させることができる。即ちフィルタトラ
ップの長寿命化が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のディーゼルエンジンの排気ガス浄化装
置の1実施例を示す構成図
【図2】本発明に係わる制御のメインプログラムを説明
するための図
【図3】本発明に係わる捕集モードのサブルーチンを説
明するための図
【図4】本発明に係わる再生モードのサブルーチンを説
明するための図
【図5】本発明に係わる再生モードのサブルーチンを説
明するための図
【図6】本発明に係わる燃料流量演算のサブルーチンを
説明するための図
【図7】本発明に係わる再生完了判定のサブルーチンを
説明するための図
【図8】本発明に係わる実験結果を説明するための図
【符号の説明】
1…排気ガス浄化装置、3…フィルタトラップ、4…バ
ーナ、8…点火装置 11…ディーゼルエンジン、12…エアポンプ、13…
エア供給管 19…排気管、20…燃料タンク、21…燃料ポンプ、
22…燃料制御弁 24…エンジン回転数センサ、25…エンジン負荷セン
サ 26…着火検出センサ、27…温度センサ、28…差圧
検出センサ 29、30、31…温度センサ、32…電子制御装置 T1 …フィルタ上流ガス温度、T2 …フィルタ内部温
度、ΔT2 …温度上昇率

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】ディーゼルエンジンの排気管に接続される
    フィルタトラップと、該フィルタトラップの上流側に対
    向して配設されるバーナと、前記フィルタトラップの上
    流側に設けられる温度センサと、前記フィルタトラップ
    の下流側内部に設けられる3つの温度センサとを備え、
    エンジンの運転条件と前記フィルタトラップの上流側温
    度により前記バーナへの燃料流量を制御し、フィルタ内
    部の温度上昇率が設定値を越えた場合には、前記燃料流
    量を減少させることを特徴とするディーゼルエンジンの
    排気ガス浄化装置。
JP4043309A 1992-02-28 1992-02-28 ディーゼルエンジンの排気ガス浄化装置 Pending JPH05240025A (ja)

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JP (1) JPH05240025A (ja)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5800790A (en) * 1995-09-25 1998-09-01 Sintokogio, Ltd. Filter for treatment of carbon-based particles in exhaust gas and a device for said treatment using said filter
US7624572B2 (en) 2004-12-29 2009-12-01 Caterpillar Inc. Exhaust treatment device monitoring system
KR20170112355A (ko) * 2016-03-31 2017-10-12 두산엔진주식회사 연소 시스템

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