JPH0618029Y2 - ディーゼル排気微粒子除去装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本考案は、ディーゼルエンジの排気微粒子の除去装置に
関する。

〔従来の技術〕

ディーゼルエンジでは、不完全燃焼のために排気ガス中
に黒煙の源となるパティキュレート（未燃炭火水素成分
等）が含まれる。この為排気通路にパティキュレートを
捕集するフィルタを配置して、ディーゼルエンジンの排
気ガス中に含まれるパティキュレートを空気中に排出す
ることなく捕集する装置が数多く提案されている。この
装置においては、長い使用の間に起こるフィルタの目詰
まりを防ぐために、フィルタに近接した位置に電気ヒー
タからなる加熱手段を設け、所定の期間毎に電気ヒータ
に通電してフィルタに捕集された未燃炭化水素成分等の
可燃性の排気微粒子を燃焼させフィルタを再生してい
る。

しかしながら、パティキュレートを燃焼させる場合、フ
ィルタの予熱温度が高いと、電気ヒータに通電し再生を
開始した時フィルタ温度が高くなり過ぎてフィルタを溶
損させる虞れがある。このような問題点に対し、実開昭
５７−９５４１４号公報にはフィルタ内に温度センサを
設け、再生時に検出温度が所定値以上の時は加熱装置を
非作動状態にする排気微粒子除去装置が開示されてい
る。

〔考案が解決しようとする課題〕

しかしながら、上記実開昭５７−９５４１４号公報の排
気微粒子除去装置においてはフィルタ内に温度センサが
設けられており、そのためフィルタの耐久性、排気ガス
の洩れ等の問題を生じる。そこで温度センサをフィルタ
の上流に設けて排気ガス温度を検出するようにすれば上
記の問題は解消できる。しかし、車両の走行状態をいか
んによっては実際のフィルタ温度と検出されフィルタ入
口排気ガス温度では大きな温度差を生じることになる。
すなわち、フィルタが熱容量を持つため、フィルタ入口
の排気が温度の急激な変化に対してフィルタ温度は遅れ
を伴って変化する。例えば高速・高負荷運転状態から急
減速すると、フィルタ入口排気ガス温度は急激に下がる
が、フィルタ温度は緩やかに下がっていく。そのためフ
ィルタ温度が急激に変化する状態下ではフィルタ入口排
気ガス温度によりフィルタ温度を正確に検出することは
困難である。

従って次のような問題点を生ずる。このことを第４図に
基づいて説明する。第４図は横軸を時間、縦軸を温度と
したものである。実線は実測されるフィルタ入口の排気
ガス温度であり、破線は実際のフィルタ温度である。な
お一点鎖線で示す再生臨界温度Ｔ_oよりも低い温度が再
生可能領域であり高い温度が再生不可能領域、つまりこ
の領域において電気ヒータを再生作動させた場合フィル
タが溶損してしまう領域である。

例えば、車両が高速・高負荷の運転状態（０〜ｔ_o）か
ら減速状態へ移行（ｔ_o〜）したとする。フィルタ入口
排気ガス温度は急激に下がるが、実際のフィルタ温度は
破線に示されるように緩やかに下降する。同図（Ａ）の
時点で再生時期であると判断された場合、検出されたフ
ィルタ入口排気ガス温度（ａ）は再生可能領域にあるた
め電気ヒータに通電して再生を開始する。しかし、実際
のフィルタ温度（ｂ）は再生不可能領域にあるため、電
気ヒータに通電して再生を開始するとフィルタが溶損し
てしまう。逆にどのような車両走行状態においてもフィ
ルタの溶損を防止できるよう再生臨界温度を低く設定す
ると（同図二点鎖線）、再生可能領域が大幅に制限され
本来再生可能であっても再生されない。そのため圧損が
大きくなり出力の低下、燃費の悪化の問題を起こす。従
って再生臨界温度はフィルタ入口排気ガス温度とフィル
タ温度との差が少ない定常走行状態でフィルタ溶損を生
じない範囲で極力高く設定するのが望ましい。

本考案は上記問題点に鑑みて、出力及び燃費の悪化をき
たすことなくフィルタの溶損を防止できるディーゼル排
気微粒子除去装置を提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

ディーゼルエンジンの排気通路に設けられ排気ガス中の
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を再生加熱する加熱手段
と、該加熱手段の再生作動の開始を検出する再生作動開
始手段と、前記フィルタの上流側の入口排気ガス温度を
検出するフィルタ入口排気ガス温度検出手段とを備える
ディーゼル排気微粒子除去装置において、前記フィルタ
入口排気ガス温度検出手段から検出された温度が再生臨
界温度以上から低下した時には前記加熱手段を遅延させ
る再生作動遅延手段を設けたことを特徴とする排気微粒
子除去装置を提供する。

〔作用〕

フィルタ再生時期になっても、フィルタ入口排気ガス温
度が再生臨界温度以上から低下した場合には、加熱手段
の再生作動開始が遅延される。従って、加熱手段による
再生作動が開始される時点ではフィルタ温度は溶損を生
じない再生不可能領域まで低下している。この結果フィ
ルタの溶損を生じない再生臨界温度を極力高く設定する
ことが可能となる。

〔実施例〕

以下、図示実施例に基いて本考案を説明する。

第１図は本考案の一実施例を示す。この図において、デ
ィーゼルエンジン１１の排気通路１２には排気中のパテ
ィキュレートを捕集するためのフィルタ１３と、その下
流にマフラ３０とが設けられる。排気通路１２はフィル
タ１３の上流側でパティキュレート捕集用通路１２ａと
フィルタ再生用通路１２ｂとに分岐している。フィルタ
再生用通路１２ｂはフィルタ１３の下流側の排気通路１
２に接続して、フィルタ再生時フィルタ１３の下流側か
ら上流側に再生用排気ガスを導くようになっている。通
路１２ａと１２ｂとの分岐部より下流側であってフィル
タ１３より上流側には、フィルタ再生の際、パティキュ
レート捕集用通路１２ａを遮断してエンジン１１からの
排気ガスがフィルタ再生用通路１２ｂに導かれるように
する第１開閉弁１４が設けられ、またフィルタ再生用通
路１２ｂとパティキュレート捕集用通路１２ａとの合流
部にはフィルタ再生用通路１２ｂを経由してきた排気ガ
スの一部（好ましくは排気ガスの１／１０程度）を、再
生用ガスとしてフィルタ１３へと導くための第２開閉弁
１５が設けられる。また上記通路とは別に、フィルタ再
生時、パティキュレート燃焼ガスをフィルタ下流側へ導
くための通路１２ｃが第１開閉弁１４と第２開閉弁１５
の近傍に開口して設けられ、従って第１開閉弁１４は所
謂、三方弁として、また弁第２開閉弁１５は四方弁とし
て作動するようになっている。第１及び第２開閉弁１
４、１５は差圧アクチュエータ１６、１７を介してマイ
クロコンピュータ（ＥＣＵ）１８に作動制御されるよう
になっており、ＥＣＵ１８は後述する再生タイミング毎
に弁作動信号を出力する。尚、図中実線矢印は、通常の
パティキュレート捕集時の排気ガス流れを、また破線矢
印及び各弁１４、１５の破線位置はフィルタ再生時の排
気ガス流れ及び弁作動位置を示している。

フィルタ１３はパティキュレートを捕集するハニカムフ
ィルタ１９と電気ヒータ２０とによって構成されてお
り、電気ヒータ２０はＥＣＵ１８によって制御されるヒ
ータリレー２１を介してバッテリ２２に電気的に接続さ
れている。またＥＣＵ１８へは車両の走行状態を判断す
るためのエンジン回転数センサ２３、アクセル開度セン
サ２４からの信号が入力されるとともに、排気通路１２
内には排気温度センサ２５が設けられ同じくＥＣＵ１８
に信号が入力される。

ＥＣＵ１８はフィルタの再生時期を判断して、フィルタ
再生制御を行なう。以下、ＥＣＵ１８の作動を第２図の
フローチャートに基づいて説明する。

第２図はフィルタの再生を開始させる所定ルーチンを示
す。このルーチンは一定毎に実行されるルーチンであ
る。

まずステップ１００で再生時期であるかどうかを判断す
る。この再生時期の判断は、エンジン回転数センサ２３
及びアクセル開度センサ２４からの信号により演算され
るエンジン回転数の積算値に応じて推定する。尚、この
フィルタ再生時期判断には他に、図示しない車速センサ
等使用しても良いし、背圧センサ（図示せず）によりフ
ィルタ１３前後差圧を測定してその前後背圧の大きさか
らパティキュレート捕集量が所定値を越えているか否か
を推定してもよい。再生時期と判断された場合、ステッ
プ１１０に進み排気ガス温度センサ２５で検出れたフィ
ルタ入口の排気ガス温度Ｔ₁がフィルタの再生臨界温度
Ｔ₀より低いか否かが判別される。Ｎｏと判別された場
合、つまりフィルタ入口の排気ガス温度が再生不可能領
域（再生することでフィルタが溶損してしまう領域）に
ある時はステップ１４０に進み電気ヒータ２０への通電
を遅延させ再びステップ１１０に戻る。再生臨界温度
は、フィルタ入口排気ガス温度とフィルタ温度との差が
少ない定常状態でフィルタ溶損を生じない範囲で極力高
く設定する。尚、遅延時間は第４図に示すように検出さ
れた排気ガス温度に応じて決定される。

逆にステップ１１０で検出されたフィルタ入口排気ガス
温度Ｔ₁がフィルタの再生臨界温度Ｔ₀より低いと判別さ
れた時は、次のステップに進む。

ステップ１２０、１３０では再生時期と判断した時点が
ディーゼルエンジン１１の高速、高負荷の状態から急減
速した時の排気ガス温度であるか否かが判断される。ま
ずステップ１２０で所定時間内の最高履歴温度Ｔ₃を読
み込みＥＣＵ１８へ記憶する。尚、ここでの所定時間と
は予め経験的に求められた、車両の最も厳しい条件下
（高速・高負荷からの急減速）でも必ずフィルタ温度が
臨界温度以下になる時間である。ステップ１３０では前
のステップ１２０で記憶された所定時管内の最高履歴温
度Ｔ₃と再生臨界温度Ｔ₀を比較判別する。Ｎｏ（Ｔ₃＜
Ｔ₀）の場合は、明らかに実際のフィルタ温度も再生臨
界温度Ｔ₀以下と考えられるのでステップ２２０に進
み、第１及び第２の開閉弁１４、１５を図示破線の再生
位置とするとともに、電気ヒータ２０に通電させフィル
タ１３を再生させる。この時フラグｆに１がセットされ
る。尚、この再生時には、ディーゼルエンジン１１から
排出された排気ガスはフィルタ再生用通路１２ｂを通
り、その一部がフィルタ１３へ逆流して通路１２ｃを通
って第２開閉弁１５の下流へ排出される。そして捕集さ
れたパティキュレートは電気ヒータ２０にて着火され良
好に燃焼される。ステップ１３０でＹｅｓ（Ｔ₃＞Ｔ₀）
と判断された場合は次のステップ１６０に進みタイマー
から成る再生作動遅延手段を作動させる。タイマーには
予め経験的に求められた、フィルタ入口排気ガス温度と
フィルタ温度の温度差によって生じるフィルタ溶損が防
止できるほどの時間が記憶される。尚、タイマ作動中に
加速状態が検出された場合には、第１図における第１及
び第２開閉弁１４、１５を調節しフィルタ１３を通過す
る通気ガス流量を減少せしめフィルタ温度が急激に再度
上昇するのを防止する。つまりステップ１６０でタイマ
を作動させる。ステップ１７０で所定時間が経過したか
どうかを判別し、まだ所定時間経過してなければステッ
プ１８０へ進みフラグｆに１がセットされているか否か
判断する。フラグｆ＝１の状態とは第１及び第２制御弁
１４、１５が第１図の破線の位置にある状態を示し、フ
ィルタ再生時の位置である。ステップ１８０でフラグｆ
に１がセットされていればステップ１７０へ戻る。フラ
グｆに１がセットされていなければ次のステップ１９０
に進む。尚、本ルーチンにおいては、初期にフラグｆは
０にリセットされている。フラグｆ＝０の状態とは第１
図に示される第１及び第２制御弁１４、１５が実線の位
置にある状態であり、パティキュレート捕集時の位置を
いう。

ステップ１９０ではエンジン回転数センサ２３、アクセ
ル開度センサ２４からの信号により車両が加速状態であ
るか否かが判別される。加速状態でなければステップ１
７０に戻る。加速状態の時はステップ２００に進み、第
１及び第２制御弁が破線の位置になるよう制御信号がＥ
ＣＵ１８より出力され、ステップ２１０でフラグｆを１
にセットする。つまり一旦減速状態になったものの再度
加速されるような走行条件においては、フィルタ１９内
を通過する排気ガス流量を減少せしめ、フィルタ１９の
過剰な過熱を防止する。

次にステップ１７０で再生の遅延時間が経過した時に
は、ステップ２２０で再生を開始するため、電気ヒータ
２０が通電されパティキュレートを燃焼し始める。そし
て所定時間経過後（再生終了後）電気ヒータ２０への通
電を止め、開閉制御弁１４、１５を捕集時の位置（第１
図実線位置）に戻し、フラグｆを０にリセットし、（ス
テップ２３０、２４０）本ルーチンを終了する。

尚、上記実施例ではフィルタ再生時に排気ガスをパティ
キュレート捕集時と逆方向に流すようにした所謂逆流再
生方式の微粒子除去装置を例にとって説明したが、上記
実施例に限定されるものではなく、フィルタ再生時にお
けるフィルタ排気ガス流れがパティキュレート捕集時と
同方向である通常の順流再生方式の微粒子除去装置にも
適用可能である。また加熱手段としてはバーナを利用す
ることもできる。

〔考案の効果〕

本考案によれば、フィルタに捕集されたパティキュレー
トを再生燃焼する場合、定常走行時等には再生臨界温度
を高く設定できるので、圧損大に伴う出力低下、燃費の
悪化等の問題がない。また高速・高負荷からの減速時等
実際のフィルタ温度とフィルタ入口排気ガス温度との差
から生じるフィルタの溶損に対しても、再生作動開始を
遅らせることで解決できるという一見相反する問題を供
に解決するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の一実施例を適用した排気系の一例の概
略構成図、第２図は再生時制御のフローチャート図、第
３図はフィルタ入口排気ガス温度とフィルタ再生の遅延
時間との関係を示したグラフ、第４図は高速・高負荷運
転状態から減速した場合のフィルタ入口排気ガス温度と
フィルタ温度との関係を示す図である。 １１……ディーゼルエンジン １２……排気通路 １３……フィルタ １４、１５……開閉制御弁 １８……ＥＣＵ ２０……電気ヒータ ２５……排気ガス温度センサ

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】ディーゼルエンジンの排気通路に設けられ
   排気ガス中の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を再生加熱す
   る加熱手段と、該加熱手段の再生作動の開始を検出する
   再生作動開始手段と、前記フィルタの排気上流側の入口
   排気ガス温度を検出するフィルタ入口排気ガス温度検出
   手段とを備えるディーゼル排気微粒子除去装置におい
   て、前記フィルタ入口排気ガス温度検出手段から検出さ
   れた温度が再生臨界温度以上から低下した時には前記加
   熱手段を遅延させる再生作動遅延手段を設けたことを特
   徴とするディーゼル排気微粒子除去装置。