JPH05321640A - ディーゼルエンジンの排気浄化装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明はパティキュレートフィルタを備えた
排気浄化装置に関し、高温排気導入によるパティキュレ
ート自然着火を防止すると共に、排気冷却によってフィ
ルタ温度が低下した際の再生不良を防止することを目的
とする。 【構成】 フィルタ１より排気上流側に、冷却装置１５
を備えた排気冷却用通路１３とバイパス通路１４を設
け、排気制御弁２３により排気温度が所定値以上の時、
エンジンからの排気を排気冷却用通路１３に導き排気冷
却し、所定値未満の時、排気をバイパス通路１４に導き
排気過冷却を防ぐ。

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より
排出されるディーゼルパティキュレートを捕集するフィ
ルタを備えた排気浄化装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ディーゼルエンジン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、
エンジンの排気系にはこのパティキュレートを捕集する
ためのパティキュレートフィルタ（以下、フィルタと呼
ぶ）が装着されている。又、このフィルタは、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、エンジン性能も低下する
ことになるため、捕集されたパティキュレートの量に応
じて定期的に再生されなければならない。

【０００３】例えば実開平３−５２３２０号公報にはフ
ィルタの上流側に放熱器を備えた通路と、通常の排気通
路とを設け、パティキュレート捕集時には、上記放熱器
付き通路を排気が流れるようにしてフィルタ高温化を防
ぐと共に、フィルタ再生時には通常の排気通路を排気が
通りパティキュレート着火が達成されるようにした処理
装置が開示されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この処
理装置においてはパティキュレート捕集時、常に排気ガ
ス温度が下げられるため、場合によってはフィルタ温度
が低下しすぎ、いざ再生を実行しようとしても着火しに
くく、又着火が達成されたとしてもフィルタ内部にパテ
ィキュレート燃え残りが多く発生する恐れがある。

【０００５】本発明はかかる問題点に鑑み、排気浄化装
置において、フィルタ再生時の着火性を向上すると共
に、パティキュレート燃え残りを少なくし、所謂再生効
率を向上することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、ディー
ゼルエンジンの排気系にパティキュレートを捕集するフ
ィルタを設けると共に、該フィルタのパティキュレート
捕集状態に応じてフィルタを加熱してパティキュレート
を燃焼してフィルタ再生するディーゼルエンジンの排気
浄化装置であって、上記フィルタより排気上流側に、そ
の内部を通過する排気を冷却する排気冷却手段を備えた
排気冷却用通路と、該排気冷却通路を迂回するバイパス
通路を設けると共に、排気温度が所定値以上の時、エン
ジンからの排気を上記排気冷却用通路に導きかつ所定値
未満の時、排気を上記バイパス通路に導く排気制御手段
を設けたことを特徴とするディーゼルエンジンの排気浄
化装置が提供される。

【０００７】

【作用】排気温度が、所定値以上となる時は、排気冷却
用通路に導かれ、ここで排気冷却手段によって冷却され
た後、フィルタに供給されるため自然着火は回避され
る。また、排気温度が所定値未満の時は、この排気冷却
用通路をバイパスし過冷却されることなくフィルタに供
給されるため、フィルタが過冷却されず再生時の着火性
も再生効率も向上することができる。

【０００８】

【実施例】以下、図面を参照しながら本発明の実施例を
説明する。図１は、本発明による排気浄化装置の第１実
施例を示している。図１に関し、１は図１の左方に位置
するディーゼルエンジン２の排気系に装着されるフィル
タであり、３はこのフィルタ１に排気ガスを導く排気通
路である。

【０００９】フィルタ１の排気上流側の端面近傍にはフ
ィルタ再生時、通電発熱する電気ヒータ４が設けられ、
ヒータへの電源はバッテリ５によりヒータリレー６を介
して供給され、ヒータリレー６は制御回路（ＥＣＵ）７
からの信号出力によってオンオフされる。フィルタ再生
時、フィルタ１への排気ガス供給を止めるため、排気通
路３はフィルタ上流側に分岐され、ここに再生用排気バ
イパス通路８が形成される。

【００１０】又、この再生用排気バイパス通路８への分
岐部近傍の排気通路３内には、パティキュレート捕集時
開弁し、フィルタ再生時閉弁する捕集制御弁９が設けら
れ、更に再生用排気バイパス通路８内には、パティキュ
レート捕集時バイパス通路を閉じ、フィルタ再生時開弁
するバイパス制御弁１０が設けられ、このような制御弁
９，１０の作動は共にＥＣＵ７によって制御される。

【００１１】ＥＣＵ７の入力側には、通常の運転状態パ
ラメータの他、フィルタ１内のパティキュレート捕集状
況を検知するためのフィルタ前後圧力差ΔＰを検出する
差圧センサ１１からの出力信号が入力され、更にフィル
タ１内に導かれる排気温度Ｔinを検出する排気温センサ
１２からの出力信号が入力されるようになっている。以
上のように構成される排気浄化装置にあって、本実施例
によれば前述した分岐部よりも更に排気上流側におい
て、排気通路３は排気冷却用通路１３とこれをバイパス
するバイパス通路１４とに分岐されており、これらの通
路は再度合流されてフィルタ１へと続くようになってい
る。

【００１２】排気冷却用通路１３はその名の通り、その
通路途中に排気冷却手段としての冷却装置１５を備えて
おり、装置を構成するケーシング１５ａ内部には、通路
内部を通る排気熱を吸収して排気温度を下げる、例えば
水酸化カルシウムなどの蓄熱材１６が充填される。尚、
この際の吸熱反応は水酸化カルシウムの場合、以下の通
りである。

【００１３】 熱量（６３．５ＫＪ）＋Ｃａ（ＯＨ）₂ → ＣａＯ＋Ｈ₂ Ｏ …（ａ） 更にこのケーシング１５ａには、フィルタ再生時、給水
タンク１７からの水を蓄熱材１６に供給する給水管１８
と、再生時、エアポンプ１９からの再生用ガスを装置１
５に供給するガス管２０ａが接続され、下記の発熱反応
によって昇温した再生用ガスは、ガス管２０ｂを介し
て、先の捕集制御弁９下流側の排気通路３内に供給され
るようになっている。尚、これら給水管１８及びガス管
２０ｂの内部にはフィルタ再生時、開弁する開閉弁２
１，２２が設けられ、ＥＣＵ７によって開閉制御され
る。

【００１４】 ＣａＯ＋Ｈ₂ Ｏ → Ｃａ（ＯＨ）₂ ＋熱量（６３．５ＫＪ） …（ｂ） 本実施例によれば、更に排気冷却用通路１３とバイパス
通路１４との分岐部には、後述するプログラムによって
エンジンからの排気ガスを、排気冷却用通路１３かバイ
パス通路１４のいずれか一方に導く排気制御弁２３が設
けられ、ＥＣＵ７によって作動制御される。

【００１５】以下、図２に示すフローチャートを参照し
て、本実施例による排気浄化装置のパティキュレート捕
集作動及びフィルタ再生作動に関するＥＣＵ７の作動例
を説明する。図２に関し、まずステップ３１では、排気
温センサ１２によってフィルタ１に導入される排気ガス
の温度Ｔinを検出し、続くステップ３２ではこの温度Ｔ
inが、フィルタ１のパティキュレートが自然着火する可
能性がある程高いか否かを、所定温度Ｔａ（例えば、６
００℃）以上か否かで判定する。

【００１６】そして本ステップ３２でＹｅｓと判定され
たならば、自然着火を回避するため続くステップ３３
で、排気制御弁２３を図１に示すようなバイパス通路閉
じ位置に作動させ、排気ガスを総て排気冷却用通路１３
に導く。この結果、上述した冷却装置１５内において
は、先の（ａ）なる吸熱反応が起こり排気冷却されるこ
とになる。

【００１７】尚、ステップ３２でＮｏ、即ち排気温度Ｔ
inが所定温度Ｔａ未満の時はフィルタ１内のパティキュ
レートが自然着火する可能性がないため、装置としては
排気をバイパス通路１４に導くべく、本実施例ではステ
ップ３３をスキップし、排気制御弁２３を作動させずに
通常位置（図中、点線位置）を占めるようにする。この
ようにしてフィルタ１に導かれる排気ガスのルートが決
まったならば、次にルーチンはフィルタ再生時期か否か
を判定するモードに移る。

【００１８】即ち、ここではステップ３４で、差圧セン
サ１１、排気温センサ１２からの出力を読み取り、差圧
ΔＰ、排気温度Ｔinを検出し、更に図示しないエアフロ
ーメータから吸入空気量Ｇａを検出すると共に、続くス
テップ３５で所定標準運転条件下での差圧ΔＰ′に換算
し、ステップ３６で予め再生時期判定基準値として定め
られた所定差圧値ΔＰａと比較し、これより大きいか否
かを判定する。

【００１９】そして、本ステップでＮｏ、即ち未だ再生
を要する程パティキュレート捕集が進んでいない場合、
ルーチンは以下のステップをスキップして本ルーチンを
終了し、次のルーチンのステップ３１へと復帰する。こ
れに対してステップ３６でＹｅｓ、即ち差圧が大きくフ
ィルタ再生時期と判定された場合、ルーチンはステップ
３７に進み、排気温度Ｔinが所定判定温度Ｔｂ（例え
ば、１００℃）より以下となるほど低温か否かを判定す
る。

【００２０】そしてステップ３７でＹｅｓ、即ち排気温
度Ｔinが低いと判定された場合、フィルタ１内の温度は
低く、通常の再生用ガス温度ではパティキュレート着火
が困難であることが予想されるため、ルーチンはステッ
プ３８に進み、排気制御弁２３を図示した位置に作動さ
せ、温度Ｔａ以上の時と同じように排気を排気冷却用通
路１３へと導くと共に捕集制御弁９とバイパス制御弁１
０を作動させて排気通路３を閉じ、再生用バイパス通路
８を開き、エンジン本体２からの排気が排気冷却用通路
１３、再生用バイパス通路８を通るようにする。

【００２１】続くステップ３９では、給水管１８に設け
られた開閉弁２１を開き、冷却装置１５内の蓄熱材１６
に対し給水タンク１７から所定量の水を供給する。この
結果、冷却装置１５内では、前述した（ｂ）なる発熱反
応が起こることになる。そして次のステップ４０では、
このように冷却装置１５内の蓄熱材１６が発熱している
状態でフィルタ１の再生処理、即ち電動エアポンプ１９
及び開閉弁２２を作動させて冷却装置１５を介してフィ
ルタ１に再生用ガスを供給すると共に、ヒータリレー６
を作動させて電気ヒータ４に通電する処理が行われる。

【００２２】この結果、冷却装置１５内に供給された２
次空気は、蓄熱材１６からの熱によってケーシング１５
ａ内で加熱されて昇温し、更に再生用ガス供給管２０ｂ
を通ってフィルタ１に流入し、この高温なる再生用ガス
を以てフィルタ１内のパティキュレート着火燃焼が達成
されることになる。これに対してステップ３７でＮｏ、
即ち排気温度Ｔinが所定値Ｔｂよりも高い場合、本実施
例では排気温度Ｔｉが所定値Ｔｂ以下となるまでフィル
タ再生をせず、従ってここでのルーチンはステップ３
８，３９，４０をスキップして、本ルーチンを終了す
る。

【００２３】尚、この理由としては、Ｔin≧Ｔｂとなる
程温度が高い排気を、そのまま冷却装置１５に導いた
り、或は排気冷却用通路１３内に排気を導入しない状態
で冷却装置１５内で発熱反応をした場合、ここからの抜
熱が不充分となり冷却装置１５自体が高温化して耐久性
が損なわれる恐れがあるからである。そして以上のよう
にしてフィルタ再生が終了したならば、排気浄化装置と
しては再びパティキュレート捕集モードに復帰するべ
く、捕集制御弁９、バイパス制御弁１０を元の位置（図
示した位置）に戻し、排気制御弁２３を点線位置に戻
し、更に開閉弁２１，２２を共に閉じ、冷却装置１５に
おいては再生された蓄熱材１６によって再度蓄熱作動を
行うことになる。

【００２４】以上説明したように、本実施例によればパ
ティキュレート捕集時、排気温度Ｔinが所定値Ｔａ以上
の時は、必ずステップ３３で排気冷却用通路１３を通
り、ここで冷却された後、フィルタ１に供給されるため
排気高温化に伴うパティキュレートの自然着火は回避す
ることができる。また、排気温度Ｔinが所定値Ｔｂ未満
の時は、この排気冷却用通路１３をバイパスし過冷却さ
れることなくフィルタ１に供給されるため、フィルタが
過冷却されず再生時の着火性も再生効率も向上すること
ができる。

【００２５】加えて、本実施例では、フィルタ再生にあ
たって供給される再生用ガスは、予め冷却装置１５にお
いて加熱されるため、フィルタ１においては安定したパ
ティキュレート着火燃焼が達成される。上述した本発明
の第１実施例は、排気冷却手段として吸・発熱する蓄熱
材１６を充填した冷却装置１５を使用した例であるが、
この他には図３に示す第２実施例のように、排気冷却用
通路１３に多数の放熱フィン２４を形成し、高温排気の
熱を単純に外部に放熱するようにしても良い。尚、以下
説明する本発明の別実施例を示す図３、図４中の構成要
素に関し、先の第１実施例装置と同じ構成要素は同一番
号を付し、その作動説明は省略する。

【００２６】しかして、この第２実施例によれば、排気
の排気冷却用通路１３への導入、或はバイパス通路１４
への導入を制御する排気制御弁２３の作動は、第１実施
例のそれと同じであって、ここでも高温排気と過冷却排
気のフィルタ流入が防止されるが、異なるのは本装置に
おいてフィルタ再生は、先のフローのステップ３７，３
８，３９が省略され、排気温度Ｔinの高低に拘わらない
ことだけである。

【００２７】又、図４の実施例は、先の排気冷却用通路
１３とバイパス通路１４を一体化し、バイパス通路１４
の周りに放熱フィン２４を備えた排気冷却用通路１３を
同心状に形成したものであって、バイパス通路１４内に
設けられた排気制御弁２３は、排気温センサ１２によっ
て検出される排気温度Ｔinが所定値Ｔａ以上となる高温
の際に閉弁し、排気を排気冷却用通路１３に導き放熱
し、それ以外の時は開弁してバイパス通路１４に導くも
のである。尚、本実施例によれば、この一体化により、
従来の排気冷却システムを備えた排気浄化装置よりも排
気配管構造がシンプル化し、よりコンパクトな装置を提
供できる。

【００２８】以上、本発明による各実施例を説明した
が、フィルタの数も再生方式も上述した実施例に限定さ
れず、デュアルフィルタタイプや逆流再生方式の排気浄
化装置も全く同様に適用可能である。

【００２９】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、排
気温度が所定値以上となる時は、排気冷却用通路に導か
れ排気冷却手段によって冷却されるためパティキュレー
トの自然着火は回避される。また、排気温度が所定値未
満の時は、この排気冷却用通路をバイパスすることで排
気冷却手段により冷却されることなくフィルタに供給さ
れるため、フィルタ再生時の着火性も再生効率も向上す
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第１実施例を示し
た装置概略的構成図である。

【図２】図１に示した装置のパティキュレート捕集、フ
ィルタ再生作動を説明するフローチャート図である。

【図３】本発明による排気浄化装置の第２実施例を示し
た装置構成図である。

【図４】本発明の第３実施例を示した装置構成図であ
る。

【符号の説明】

１…フィルタ ３…排気通路 ７…制御回路（ＥＣＵ） １３…排気冷却用通路 １４…バイパス通路 １５…冷却装置 １６…蓄熱材 ２３…排気制御弁 ２４…放熱フィン

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｆ０１Ｎ 3/02 Ｔ (72)発明者 近藤 寿治 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 日本電 装株式会社内

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系にパティキ
   ュレートを捕集するフィルタを設けると共に、該フィル
   タのパティキュレート捕集状態に応じてフィルタを加熱
   してパティキュレートを燃焼してフィルタ再生するディ
   ーゼルエンジンの排気浄化装置であって、 上記フィルタより排気上流側に、その内部を通過する排
   気を冷却する排気冷却手段を備えた排気冷却用通路と、
   該排気冷却通路を迂回するバイパス通路を設けると共
   に、排気温度が所定値以上の時、エンジンからの排気を
   上記排気冷却用通路に導きかつ所定値未満の時、排気を
   上記バイパス通路に導く排気制御手段を設けたことを特
   徴とするディーゼルエンジンの排気浄化装置。