JPH05332126A - ディーゼルエンジンの排気浄化装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ディーゼルエンジンのパティキュレートを捕
集するフィルタにおけるパティキュレート過剰捕集状態
に伴う再生時劣化やドラビリ悪化を解決することを目的
とする。 【構成】 フィルタ１を備えた排気浄化装置は、差圧セ
ンサ８によって検出されたパティキュレート捕集量パラ
メータとしての差圧ΔＰ′が第１所定値ａ以上の時、電
気ヒータ４に通電してフィルタ１を再生するが、その時
も差圧検出継続して第２所定値ｂ以上になった時、バイ
パス制御弁１０を開き、バイパス管９を介して排気ガス
にフィルタ１をバイパスさせ、捕集量過多や肯圧上昇を
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パテ
ィキュレート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パティ
キュレートが多く含まれているため、通常、その排気通
路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】ここで、このフィルタ再生処理とは、例え
ばフィルタ上流側に電気ヒータなどの加熱手段を設け、
フィルタ圧損値等より検出できるパティキュレート捕集
量が所定値を越えた時、加熱手段を作動させてフィルタ
を加熱し、以て捕集されたパティキュレートを燃焼する
ことを意味している。ところで、このような排気浄化装
置においては、フィルタ再生中においてもパティキュレ
ート捕集をスムーズに継続するために、１つの排気通路
に２つのフィルタを並置し、これらのフィルタ間で捕集
・再生を交互にするようにした、所謂デュアルフィルタ
タイプのものが既に知られており、更に特開昭６３−３
０６２１８号公報では、一方のフィルタが損傷したり、
或は再生中にある時の、残されたフィルタへの負担軽減
のため、排気通路に４個のフィルタを設けた排気装置も
開示されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述したよ
うな排気浄化装置に共通して、仮にフィルタ再生時に電
気ヒータ通電系統の故障などでパティキュレートに着火
できず、正常なフィルタ再生処理ができないような場
合、フィルタにあってはパティキュレート捕集量が過多
となり、フィルタ肯圧が急激に上昇してエンジンストー
ルを起こす恐れがある。

【０００５】又、上述した４フィルタを備える従来装置
においては、１つのフィルタを再生する時、残りの総て
のフィルタに対して排気ガスを導入するため、場合によ
っては、この時捕集を賄うフィルタにおいて、パティキ
ュレート過捕集状態に至る可能性もあり、フィルタ再生
時にその発熱量の大きさ故にフィルタ溶損したり劣化す
る恐れがある。

【０００６】本発明は、以上述べたようにフィルタが再
生処理対象となる適正なパティキュレート捕集量を越え
て捕集が進行してしまうような場合の上記問題点を回避
することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本発明による排気浄化装置は、ディーゼルエンジンの排
気通路に設けられパティキュレートを捕集するフィルタ
と、該フィルタに捕集されたパティキュレート量を検出
する捕集量検出手段と、パティキュレート捕集量が第１
所定値以上の時、フィルタを再生する再生手段と、上記
第１所定値より大きい第２所定値以上の時、排気ガスに
上記フィルタをバイパスさせるバイパス手段とを有す
る。

【０００８】

【作用】装置は、検出されるパティキュレート捕集量が
第１所定値を越えた時、フィルタ再生するが、何等かの
事情により捕集量が第１所定値よりも大きな値に設定さ
れる第２所定値以上となってしまった場合、排気ガスに
フィルタをバイパスさせるため、フィルタの過捕集状態
は回避できる。

【０００９】

【実施例】以下、図面を参照しながら、本発明の各実施
例を説明する。図１は本発明の第１実施例による排気浄
化装置の概略的構成図であって、１は排気ガス中のパテ
ィキュレートを捕集するフィルタ、２は図で左方に位置
するディーゼルエンジン本体（図示せず）からの排気ガ
スをフィルタ１に導く排気管である。

【００１０】フィルタ１は、図中部分的に示したよう
に、例えば多数のセル３の端部に交互にプラグを配した
ハニカムフィルタとして構成することができ、パティキ
ュレート捕集時、排気ガスはその上流側端部が開口した
セル３ａから入り、隔壁を通過した後、下流側端部が開
口したセル３ｂからフィルタ下流側へと抜けていく。本
実施例ではフィルタ１の排気上流側端面には、フィルタ
再生手段を構成する電気ヒータ４が設けられ、バッテリ
５からの通電は制御回路（ＥＣＵ）６からの信号によっ
て作動するヒータリレー７によってオンオフ制御され
る。

【００１１】フィルタ１によって捕集されたパティキュ
レート量を検出する手段として、この排気浄化装置に
は、フィルタ１前後の排気圧力からパティキュレート捕
集度パラメータとしてのフィルタ圧力損失値（差圧）Δ
Ｐを検出する差圧センサ８が設けられ、その出力信号は
先のＥＣＵ６に入力される。尚、ＥＣＵ６には、この
他、検出されたフィルタ差圧ΔＰを、再生時期判定のた
めの標準運転条件下の差圧値ΔＰ′に換算するための各
運転状態パラメータ（例えば、排気温度Ｔｉｎや吸入空
気量Ｇａなど）が入力されるが、本実施例ではそれらの
特性を検出する手段は省略することとする。

【００１２】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、フィルタ１より排気上流側にお
いて、排気ガスにフィルタ１を迂回させるための、所謂
バイパス手段を構成するバイパス管９が排気管２に接続
される。そして、このバイパス管９と排気管２との接続
部には、差圧センサ８からの差圧情報に基づきＥＣＵ６
によって作動制御され、バイパス管開口部を開閉するバ
イパス制御弁１０（バイパス手段）が設けられ、更に本
実施例によれば、バイパス管９内を流れる排気を冷却す
るクーラー１２が設けられ、ＥＣＵ６の出力側には後述
する異常発生時、運転者などに異常を知らせる警報ラン
プ１３が接続される。

【００１３】このように構成された排気浄化装置の作動
に関しては、図２のフローチャートを参照しながら以下
説明する。エンジンの運転開始と共にスタートするこの
フローに関し、まずステップ２１では差圧センサ８によ
ってフィルタ差圧ΔＰが検出され、続くステップ２２で
はこの差圧ΔＰに加え、検出された現在の運転条件パラ
メータ（排気温度Ｔｉｎ、吸入空気量Ｇａ）によって標
準運転条件下の差圧値ΔＰ′を演算する。

【００１４】そしてルーチンは次のステップ２３に進
み、フィルタ１に捕集されている現在のパティキュレー
ト量がフィルタ再生処理を要するほど大きなものか否か
を、上記差圧値ΔＰ′と予め実験的に求め得る第１所定
値ａとの比較で判定する。即ち、本ステップでは差圧値
ΔＰ′が第１所定値ａ以上であるか否かを判定し、Ｎｏ
と判定された場合には未だフィルタ再生時期でないた
め、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２１へと復帰する。

【００１５】これに対して、ステップ２３でＹｅｓと判
定された場合、次のステップ２４に進み、今度はこの差
圧値ΔＰ′が、第２所定値ｂより以上か否かを判定す
る。この第２所定値ｂは、例えば電気ヒータ４の通電不
良等の事故によってパティキュレートが燃焼されずその
まま捕集を続行された場合に、その差圧上昇に伴って達
し得る値であって、当然ながら先の第１所定値ａよりも
大きく、実験などによって予め設定される。

【００１６】そして本ステップ２４でＮｏと判定され、
現在まで差圧の異常上昇が認められない場合、ルーチン
はステップ２５に進み、一連のフィルタ再生処理、即ち
具体的には電気ヒータ４に通電するべくヒータリレー７
に作動信号を出力し、ほぼ同時にパティキュレート燃焼
用としての再生用ガス（排気ガスや２次空気など）を供
給し、又、ヒータ通電時間Ｔｈ及び再生用ガス供給時間
Ｔｇ（＝Ｔｈ＋Δｔ）を制御するためのタイマをスター
トさせる。

【００１７】このようにしてフィルタ再生がスタートさ
れたならば、次にルーチンはステップ２６に進み、ここ
でタイマの値を見て再生経過時間がヒータ通電時間や再
生用ガス供給時間に到達したか否かを判定し、夫々の時
間Ｔｈ，Ｔｇの到達時点でヒータ通電や再生ガス供給を
停止し本ルーチンを終了する。これに対して、ステップ
２４でＹｅｓと判定され、ステップ２２で得られた差圧
値ΔＰ′が第２所定値ｂ以上の場合、これは以前のルー
チン実行時点で再生不良のまま再生時間が終了し現在に
至ったと判断されるため、直ちにステップ２７でバイパ
ス制御弁１０を開弁させる信号を出力し、排気管２に対
してバイパス管９を開口させる。

【００１８】この結果、エンジン本体側からフィルタ１
に向かって流れてくる排気ガスは、排気管２よりバイパ
ス管９に流入することになり、従って、フィルタ１にお
けるパティキュレート過捕集による通気性悪化に起因す
るフィルタ上流側の極端な排気圧力上昇は、この排気バ
イパスによって抑えられエンジンストールは起こらなく
なる。尚、本実施例では、このようにしてバイパスされ
た排気ガスは下流側に設けられたクーラー１２によって
冷却されるため、通気性悪化に伴う排気系全体の高温化
は軽減されることになる。

【００１９】そしてステップ２７に続くステップ２８で
は、例えば図示するように警報ランプ１３を点灯させて
車両運転者に異常を知らせ、例えばフィルタ１を交換し
たりフィルタ再生系統をチェックするような早急な異常
対策処理を促すようにして本ルーチンを終了するのであ
る。以上が図１に示した本発明の第１実施例による装置
の、パティキュレート捕集作動、フィルタ再生作動及び
パティキュレート過捕集時（異常発生時）に対処する装
置作動を達成するフローチャートである。

【００２０】尚、この実施例では差圧値ΔＰ′が第２所
定値ｂを超えた時、ＥＣＵ６からの出力信号によってバ
イパス制御弁１０を作動させるものであったが、変形実
施例としては、上記バイパス制御弁１０をフィルタ上流
側の圧力に応じて自動的に開弁する、所謂圧力応動型の
安全弁として構成し、その開弁設定圧力を先の第２所定
値ｂに相当する圧力に設定するようにしても良い。尚、
この場合の外部に対する異常発生警告は、図１に点線で
示すように、例えば温度センサ１１によってバイパス管
９内温度をモニタリングし、その温度上昇を検知するこ
とで警報ランプ１３を点灯したり、或は直接この安全弁
の開弁作動を検知して警報ランプ１３を点灯するように
しても良い。

【００２１】図３に本発明の第２実施例を示す。この実
施例はフィルタが過捕集状態にある時、排気ガスをフィ
ルタよりバイパスさせるという本発明原理を、従来のデ
ュアルフィルタタイプの排気浄化装置に適用し、そのバ
イパス時においてもパティキュレートの外部流出を抑え
ようとしたものである。尚、本実施例を含め、以下記述
する各実施例装置について、先の第１実施例の構成要素
と同一なる構成要素は同一番号を付すことにする。

【００２２】しかして、その構成を概略的に説明する
と、排気管２は図示するように分岐管２ａ，２ｂに夫々
分岐され、その各々に対してフィルタ１ａ，１ｂが設け
られ、分岐管２ａ，２ｂの分岐部には、パティキュレー
ト捕集時エンジン本体からの排気ガスを両フィルタ１
ａ，１ｂに導くと共に、フィルタ再生時、再生対象とな
るフィルタ１ａ又は１ｂへの排気流入を阻止する第１排
気制御弁１４が設けられている。

【００２３】又、分岐管２ａ，２ｂの合流部にはパティ
キュレート捕集時、各フィルタ１ａ，１ｂを経由した排
気ガスをそのまま排気下流側に導くと共に、フィルタ再
生時、再生対象となるフィルタ１ａ又は１ｂの分岐管２
ａ又は２ｂに対してエアポンプ１５からの再生用ガス供
給口を開口させる第２排気制御弁１６が設けられる。
尚、上述したエアポンプ１５及び各制御弁１４，１６
は、フィルタ下流側端面の配置される電気ヒータ４と共
にＥＣＵ（図示せず）によって作動制御されるようにな
っている。

【００２４】以上のように構成される排気浄化装置にお
いて本実施例によれば、各フィルタ１ａ，１ｂより排気
上流側の分岐通路内には、先の実施例におけるバイパス
制御弁に相当するバイパス制御弁１０ａ，１０ｂが設け
られ、この弁設置部に対しては、その内部に前記フィル
タ１ａ，１ｂとは異なる別のフィルタ１７ａ，１７ｂを
夫々介装したバイパス管９ａ，９ｂが接続される。

【００２５】しかしてこの排気浄化装置の作動は、先の
実施例と同様に、差圧センサ８によって検出されるフィ
ルタ前後差圧値（標準運転条件下に換算後）ΔＰ′が、
第１所定値ａ′を超えフィルタ再生時期となったなら
ば、例えば第１排気制御弁１４、第２排気制御弁１６及
びバイパス制御弁１０ａを図中、実線で示した位置に移
動して、エンジンからの排気ガスをフィルタ１ｂのみに
導き、エアポンプ１５と電気ヒータ４を作動させ、再生
用ガスがフィルタ１ａを逆流し、バイパス管９ａを介し
て外部に排出されるようにして、フィルタ１ａより再生
を開始することになる（フィルタ１ａ再生後はフィルタ
１ｂの再生に移行する）。

【００２６】そして、本実施例によれば、例えばフィル
タ１ａ再生中においても、差圧センサ８によって差圧検
出を継続して、フィルタ１ｂにおけるパティキュレート
捕集状況をモニタリングし、その値が例えば第２所定値
ｂ′（但し、ｂ′＞ａ′）を超え、所謂パティキュレー
ト過捕集域に入る可能性が高くなったならば、もう一方
のバイパス制御弁１０ｂを、それまでの中立位置から実
線位置に作動させ、実線矢印で示したように排気ガスに
フィルタ１ｂをバイパスさせる（尚、このバイパスはフ
ィルタ１ａの再生終了まで継続され、その後フィルタ１
ｂの再生が開始されたならば、今度はフィルタ１ａの差
圧を検出して過捕集又は再生不良をチェックする）。

【００２７】この結果、フィルタ１ｂにおいては、パテ
ィキュレート過剰捕集状態が回避され、いざ再生となっ
てもフィルタ劣化の恐れはなくなる。又、以上のように
してバイパスされる排気ガスについても、そのバイパス
管９ｂにはフィルタ１７ｂが設けられているために、こ
こでパティキュレートが捕集されることになり、外部流
出は避けることができる。

【００２８】以上説明したフィルタ再生作動は、フィル
タ１ｂ再生時においても同様であって、この時にはフィ
ルタ１ａの差圧がモニタリングされ、過捕集の恐れがあ
る時にはバイパス制御弁１０ａが作動することになる。
尚、本実施例によれば、上述した効果に加えて、フィル
タ再生時のパティキュレート燃焼ガスが、必ずフィルタ
１７ａ又は１７ｂを通過するため、再生時発生するスス
や臭気成分も浄化されることになる。又、フィルタ１７
ａ，１７ｂの再生については、予め再生インターバルを
決めてヒータ４に通電し再生するようにしても良いし、
或はメインとなるフィルタ１ａ，１ｂの再生に先立って
必ず再生するようにしても良い。

【００２９】このデュアルフィルタタイプの排気浄化装
置に関連する本発明の第３実施例を図４に示す。その構
成に関して説明するに、先の実施例が各フィルタに対応
してバイパス管を夫々設けたのに対し、本実施例では、
第１実施例のように排気管２に対して１つのバイパス管
９ｃが接続され、ここに小型のフィルタ１７ｃが設けら
れる。

【００３０】そして、この接続部には第１実施例に関連
して説明したような一定圧力でバイパス通路を開くよう
なバイパス制御弁１０ｃが設けられ、当然その開弁圧は
メインとなるフィルタ１ａ，１ｂの再生基準となる差圧
ΔＰ′よりも大きな差圧相当値に設定される。しかして
本実施例における作用は、先の実施例と同様であって、
メインとなるフィルタ１ａ，１ｂのパティキュレート過
捕集を避けると共に、この時バイパス管９ｃからのパテ
ィキュレート流出をフィルタ１７ｃで防止するものであ
る。尚、当然ながら、この実施例においてもバイパス管
９ｃ内への排気導入に伴って、運転者に対して警報ラン
プ（図示せず）を点灯し異常を知らせることが望まし
い。

【００３１】

【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量がフィルタ再生基準としての第１
所定値よりも大きな第２所定値以上となってしまった場
合、排気ガスにフィルタをバイパスさせるため、排気浄
化装置におけるフィルタ再生作動が故障などによって正
常に作動しない場合にも、フィルタのパティキュレート
過剰捕集状態は回避でき、又フィルタ上流側の圧力（又
は肯圧）を大きくせず、エンジンストールを起こすこと
なく、良好なドライバビリティを保つことが可能にな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による第１実施例としての排気浄化装置
の概略的構成図である。

【図２】図１に示した排気浄化装置のパティキュレート
捕集、フィルタ再生及び排気バイパス作動を説明するフ
ローチャート図である。

【図３】本発明による第２実施例としてのデュアルフィ
ルタタイプの排気浄化装置の概略的構成図である。

【図４】本発明の第３実施例としての排気浄化装置の概
略的構成図である。

【符号の説明】

１…フィルタ ２…排気管 ４…電気ヒータ ５…バッテリ ６…制御回路 ７…ヒータリレー ８…差圧センサ ９，９ａ，９ｂ，９ｃ…バイパス管 １０，１０ａ，１０ｂ，１０ｃ…バイパス制御弁

───────────────────────────────────────────────────── 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

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通路に設けら
   れパティキュレートを捕集するフィルタと、該フィルタ
   に捕集されたパティキュレート量を検出する捕集量検出
   手段と、パティキュレート捕集量が第１所定値以上の
   時、フィルタを再生する再生手段と、上記第１所定値よ
   り大きい第２所定値以上の時、排気ガスに上記フィルタ
   をバイパスさせるバイパス手段とを有してなるディーゼ
   ルエンジンの排気浄化装置。