JPH0693828A - 排気ガス浄化装置 - Google Patents

排気ガス浄化装置

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JPH0693828A
JPH0693828A JP4240316A JP24031692A JPH0693828A JP H0693828 A JPH0693828 A JP H0693828A JP 4240316 A JP4240316 A JP 4240316A JP 24031692 A JP24031692 A JP 24031692A JP H0693828 A JPH0693828 A JP H0693828A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 セラミック製フィルターの急激な温度変化に
よる割れを防ぎ、排気ガスフィルターとして有効に機能
する排気ガス浄化装置を提供すること。 【構成】 エンジン１からの排気パイプ２、６内に弁
８、９を設け、制御装置７が、温度検出器１３、１４の
出力を基に弁８、９を制御して、フィルター３に急激な
温度変化が加わらないように、高温の排気ガスを、エン
ジン始動時直後等に徐々に与える事により、フィルター
３の温度上昇を徐々に上昇するように制御してフィルタ
ー３の割れを防止する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はエンジンの排気ガス中の
微粒子をフィルターによって付着させて浄化する排気ガ
ス浄化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、自動車等の輸送手段の発達はめざ
ましく、遠距離輸送は日常行われるにいたった。一方、
それらの発達にともなって、地球環境にも様々な影響を
与えている。特に最近問題視されているのは内燃機関の
排気ガスによる大気汚染があげられる。我が国において
も、東京、名古屋、大阪といった都心では、自動車の窓
ガラスを開けたままの走行を避けたくなるほど大気が汚
れている。大気汚染は、肺癌等の一要因と言われてお
り、人類が必ず解決しなければならない課題である。
【０００３】そのような大気汚染を最小限にとどめるた
めに、内燃機関の排気ガスを浄化することが提案されて
いる。
【０００４】従来の排気ガス浄化装置としては、例えば
ＳＡＥ（The Engineering SocietyFor Advancing Mobil
ity Land Sea Air and Space 、登録商標）Ｐ−２４
０、１９９１年２月２５日、Ｐ８３〜Ｐ９２（Hino Mot
ers,Ltd.）に記載のようなものがある。図８に従来の排
気ガス浄化装置を示す。図８に示すように、従来の排気
ガス浄化装置は、まずエンジン８１からの排気ガスがマ
フラー８２で消音され、続いてフィルター８３により浄
化される。このフィルター８３は、例えば炭素成分が付
着する事により、一定時間使用すると、そのフィルター
としての機能が低下してくる。そこで従来の排気ガス浄
化装置では、このようなフィルターの機能低下を排気ガ
ス圧センサー８４により検出し、フィルターの機能が低
下してきたと判断した場合には弁８５を閉じ、弁８６を
開いて排気ガスをバイパスパイプ８７から排気しつつ、
フィルター８３に設けられた電熱器８８によりフィルタ
ー８３を加熱し、フィルター８３につまった炭素成分を
燃焼させて、フィルターを再び活性化させるようＥＣＵ
８９により制御している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな構成の排気ガス浄化装置では、その使用されている
フィルターはセラミックで構成されている。（表１）に
排気ガスフィルターとして使用する主なセラミックの諸
特性を示す。また、（表２）に代表的な粒子フィルター
の諸特性を示す。
【０００６】
【表１】
【０００７】
【表２】
【０００８】これらの表からもわかるように、セラミッ
クは急激な温度変化には非常に弱く、例えばエンジンが
高負荷運転中で排気ガスをバイパスさせておき、その状
態からバルブを切り換えて排気ガスをフィルターに流入
させた場合などでは、５００゜Ｃ以上もの高温の排気ガ
スがフィルター内に流入し、フィルターは常温から極め
て短時間に５００゜Ｃ以上に加熱され、フィルター自体
が温度変化により割れてしまい、その後、フィルターと
しての機能を果たさなくなる。
【０００９】従来のエンジンにおいて、高負荷運転状態
でバルブを切り換えて排気ガスをフィルターに流入させ
た場合のフィルター内の時間ー温度特性を図９に示す。
図９において、各線はフィルター内に配置した複数個の
各温度センサーの出力である。この従来のフィルター
は、実験後の検視で、温度変化による割れが見つかっ
た。
【００１０】本発明は、このようなセラミックの急激な
温度変化による割れを防ぎ、排気ガスフィルターとして
有効に機能する排気ガス浄化装置を提供する事を目的と
する。
【００１１】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本発明は、エンジンからの排気ガス中の炭素成分を付着
させて吸収し、炭素成分が一定量たっまった時点で、前
記たまった炭素成分を燃焼させる事によりフィルター自
身を活性化するフィルターと、エンジンからの排気ガス
を前記フィルターに送り込む第１のパイプと、前記フィ
ルターで浄化された排気ガスを消音器に送り込む第２の
パイプと、前記第１のパイプから分岐されかつ前記第２
のパイプに連結され、第１のパイプから第２のパイプへ
排気ガスをバイパスするパイパスパイプと、前記第１の
パイプ内に設けられ、前記フィルターへの排気ガス流量
を制御する第１の弁と、前記バイパスパイプ内に設けら
れ、前記バイパスパイプ内の排気ガスの流量を制御する
第２の弁と、前記第１のパイプ内の排気ガスの温度を検
出する第１の温度検出器と、前記フィルターの温度を検
出する第２の温度検出器と、前記フィルターを加熱する
加熱装置と、前記第１の温度検出器、第２の温度検出器
及びエンジンの出力をもとに、前記加熱装置、第１の
弁、第２の弁を制御する制御装置を具備し、前記制御装
置は、前記第１の温度検出器が検出した温度と、前記第
２の温度検出器が検出した温度との温度差が、一定値以
上になった場合に、前記第１の弁を絞り、前記第２の弁
を開くように制御し、前記温度差によって第１の弁と第
２の弁の開き具合の関係を制御する事を特徴とする排気
ガス浄化装置である。
【００１２】また、温度検出手段を省略し、制御装置
は、エンジンの始動を開始した場合に、あるいは一定時
間以上フィルターに排気ガスが流れなかった場合（フィ
ルターの温度が下がってしまった場合）には前記第１の
弁を絞り、前記第２の弁を開くように制御し、運転開始
からの経過時間や、あらかじめプログラムされた弁の開
け方にしたがって第１の弁と第２の弁の開き具合の関係
を制御する事を特徴とする排気ガス浄化装置である。
【００１３】
【作用】上記構成により本発明は、温度検出器で排気ガ
スの温度を検出したり、あるいはエンジンの始動時には
急激な温度変化があることを考慮して、第１の弁と第２
の弁を制御して、セラミック製のフィルターに急激な温
度変化を与えないように、作用する。このことにより、
セラミック製フィルターの割れを防ぐ。
【００１４】
【実施例】
（実施例１）以下、本発明の第１の実施例について図面
を参照しながら説明する。図１は本発明の排気ガス浄化
装置のブロック構成図である。図１において、１はエン
ジン、２はエンジンからの排気ガスをフィルターに導く
ための第１のパイプ、３は排気ガス中の炭素成分等の粒
子を付着させて排気ガスを浄化するフィルター、４はフ
ィルター３から排出された排気ガスを消音器５に導く第
２のパイプである。図２に本実施例で使用したフィルタ
ー３の構造を示す。５は排気音を減少させる消音器であ
る。６は第１のパイプ２と第２のパイプ４を結び、フィ
ルター３を通さずに排気ガスを消音器５に導くことがで
きるバイパスパイプである。７はエンジン１、温度検出
器１３、１４、圧力センサー１５、１６の出力を基に、
弁８、、弁９、加熱装置１７、送風器１８等を制御する
制御装置であり、主にＣＰＵとメモリから構成されてい
る。８は第１のパイプ内に設けられた弁であり、フィル
ター３に流れ込む排気ガスの流量を制御するものであ
る。本実施例では円形の板を回転させることによりパイ
プ内の流量を制御する弁を用いた。９はバイパスパイプ
６内の流量を制御する弁であり、構造は弁８と同様のも
のを用いた。１０、１１は弁８、９をそれぞれ駆動する
ためのアクチュエータであり、本実施例ではステッピン
グモータを用い、オープンループで制御を行っている。
【００１５】１２はフィルター３にたまった炭素成分を
燃焼するためのエネルギーを蓄えているバッテリーであ
り、本実施例では２４Ｖ３００Ａｈのものを用いた。ま
たこのバッテリー１２は通常時はダイナモにより充電さ
れており、フィルター３の炭素成分を燃焼する際にスイ
ッチ１２ａが制御装置７よりＯＮされて、加熱装置１７
に電流を流し、フィルター３にたまった炭素成分を燃焼
させる。１３、１４はパイプ内の排気ガスの温度及びフ
ィルター３の温度を検出する温度検出器であり、本実施
例では熱電対により構成した。なお温度検出器１４はフ
ィルター３の後方に設置してもよい。１５、１６はパイ
プ内の排気ガスの圧力を検出する圧力センサーであり、
本実施例では、半導体を用いた圧力センサーを使用して
いる。１８はフィルター３での炭素成分の燃焼を促すた
めに空気を送り込むための送風器である。本実施例では
フィルター３の材質としてはムライト（３Ａｌ2Ｏ3・２
ＳｉＯ2）を使用し、フィルターの構造としては繊維状
に構成した。フィルター３の外観を図２に示す。
【００１６】さて以上のように構成された本実施例の排
気ガス浄化装置の動作について図３に示すフローチャー
トを参照しながら説明する。
【００１７】図３において、エンジンがかけられた場合
等で本排気ガス浄化装置に電源が投入されると、まずス
テップ３０１で、温度検出器１３、１４、圧力センサー
１５、１６、弁８、９等の初期値設定を行う。本実施例
では弁８は初期設定時には「開」の状態であり、弁９は
初期設定値では「閉」の状態である。続いてエンジンが
始動し始め、排気ガスが第１のパイプ、弁８を通じてフ
ィルター３の方向へ流れてくると、ステップ３０２で排
気ガスの温度Ｔ１とフィルター３付近の温度Ｔ２を測定
し検出する。続いてステップ３０３に進み、先ほどステ
ップ３０２で検出した温度Ｔ１とＴ２を比較し、Ｔ１と
Ｔ２との差が一定値以上である場合はステップ３１３に
進み、Ｔ１とＴ２との差が一定値以下である場合はステ
ップ３０４に進む。本実施例ではこの一定値として３０
０゜Ｃを設定している。以下このＴ１とＴ２の温度差が
２５０〜３００゜Ｃの場合、２００〜２５０゜Ｃの場
合、１５０〜２００゜Ｃの場合、１００〜１５０゜Ｃの
場合、１００゜Ｃ以下の場合の６通りについて、場合分
けしている。ステップ３０３でＴ１とＴ２の差が３００
゜Ｃ以上と判断された場合には、ステップ３１３に進
み、弁８を２０％開き、弁９を８０％開いてフィルター
３に急激に熱い排気ガスが流れ込むのを防ぐと共に、小
量ではあるが排気ガスをフィルター３に送り込み、フィ
ルター３自体の温度を少しずつ上昇させる。そしてステ
ップ３０２に戻り、もう一度温度検出（Ｔ１、Ｔ２）か
ら行っていく。さて先ほどステップ３０３でＴ１とＴ２
との温度差が３００゜Ｃ以下の場合、ステップ３０４に
進み、次にＴ１とＴ２との温度差が２５０゜Ｃ以上であ
るかどうかを判断する。もし２５０゜Ｃ以上であった場
合は、ステップ３１４に進み、弁８を７０％開き、弁９
を３０％開く。すると先ほどよりはたくさん排気ガスが
フィルター３の方へ流れ込むので、フィルター３の温度
はさらに上昇しようとする。以下同様にしてステップ３
０５、３０６、３０７でＴ１とＴ２の温度差を分類し
て、この異なる温度差ごとに、あらかじめ計算して決定
しておいた弁の開き方を行う。つまり図３に示すよう
に、Ｔ１とＴ２の温度差が３００゜Ｃ以上の場合は、弁
８を２０％開き、弁９を８０％開く（ステップ３１
３）。Ｔ１とＴ２の温度差が２５０゜Ｃ〜３００゜Ｃの
場合は、弁８を３０％開き、弁９を７０％開く（ステッ
プ３１４）。Ｔ１とＴ２の温度差が２００゜Ｃ〜２５０
゜Ｃの場合は、弁８を５０％開き、弁９を５０％開く
（ステップ３１５）。Ｔ１とＴ２の温度差が１５０゜Ｃ
〜２００゜Ｃの場合は、弁８を７０％開き、弁９を３０
％開く（ステップ３１６）。Ｔ１とＴ２の温度差が１０
０゜Ｃ〜１５０゜Ｃの場合は、弁８を８０％開き、弁９
を２０％開く（ステップ３１７）。Ｔ１とＴ２の温度差
が１００゜Ｃ以下の場合は、弁８を１００％開き、弁９
を閉じる（ステップ３０８）。このようにしてフィルタ
ー３に高温の排気ガスが急激に大量に流れ込むのを防
ぎ、フィルター３の温度を徐々に上昇させることによっ
て、フィルター３の割れを防止する。図４に本実施例に
おけるエンジンをスタートさせてからのフィルター３の
温度上昇の様子を示す。図４からもわかるように、従来
のものに比べて、時間的にゆっくりした温度勾配でフィ
ルター３の温度が上昇しているのがわかる。
【００１８】さて、フィルター３の温度がある程度上昇
すると、通常時となり、上記のような動作はほとんど行
わないが、何らかの原因でフィルター３の温度と排気ガ
スの温度との間に著しい差を生じたときは、上記の動作
を行って、フィルター３の割れを防止する。例えば、エ
ンジンの最大出力で走行したいときなどは、弁８を閉じ
て、弁９を開き、フィルター３を用いずに走行する場合
等も考えられる。又、市街地だけが排気ガス規制の対象
になっている場合には、市街地を走行するときだけフィ
ルター３を用い、それ以外の道路ではフィルター３を用
いないで走行するという事も考えられる。このような場
合にはフィルター３が冷めてしまい、常温になる場合が
ある。したがってこのような場合にも、上記のような動
作を行って、フィルター３の割れを防止する。フィルタ
ー３の温度が通常運転時程度まで上昇したら、ステップ
３０９により第１のパイプと第２のパイプ内の排気ガス
の圧力Ｐ１、Ｐ２を、圧力センサー１５、１６により測
定し、検出する。次にステップ３１０に進み、先ほどス
テップ３０９で検出した圧力Ｐ１とＰ２を比較する。Ｐ
１とＰ２の差が一定値以上あった場合、フィルター３が
目づまり等を起こしており、機能が低下していると判断
して、ステップ３１１に進む。本実施例では、直径５．
６６インチ、長手方向が６．００インチの円筒形のフィ
ルターを用いているのでＰ１とＰ２の圧力差が１０００
ｍｍＡｑに達したときにフィルター３を燃焼させるよう
にしている。このＰ１とＰ２の圧力差の設定値はフィル
ター３の形状や材質により異なってくる。ステップ３１
１ではフィルター３に機能を再生するべく、加熱装置１
６により加熱され、送風器１７より空気が送り込まれ、
たまったすす等が焼却されてフィルター３はきれいに再
生される。図５に炭素成分を焼却する際の動作のフロー
チャートを示す。これは従来のものと同様であるので説
明は省略する。なお、図５のフローチャートには記載し
ていないが、例えば燃焼温度を下げるための触媒をいれ
たりすることは、従来からのものと同様である。ステッ
プ３１で炭素成分が焼却されるとステップ３０２に戻
り、再び温度検出から同じルーチンを繰り返す。
【００１９】以上のように本実施例によれば、フィルタ
ー３に流れ込む排気ガスの温度を検出し、フィルター３
の温度と、あまりにもかけ離れている場合には、弁８、
弁９を制御してフィルター３にあまり大量に高温の排気
ガスがあたらないようにし、急激な温度変化によるフィ
ルター３の割れを防ぐ事ができる。
【００２０】（実施例２）以下本発明の第２の実施例に
ついて、図面を参照しながら説明する。図６に本実施例
のブロック構成図を示す。図６において、第１の実施例
と同様のものには同一の番号が付してある。本実施例で
第１の実施例と異なるところは、温度検出器１３、１４
がない事である。本実施例は、第１の実施例を簡素化
し、改良したものである。温度検出器を省略した根拠
は、フィルター３が破壊されるほどの温度変化は、ほと
んどの場合がエンジンを始動させた直後又はフィルター
３を使用せず走行した後フィルター３が冷えた状態で、
高温の排気ガスをフィルター３に流入させた場合であ
る。したがってエンジンの始動時及び一定間隔をおいて
フィルター３を使用した場合でも、先ほど第１の実施例
で行ったようなフィルター３に徐々に排気ガスを与える
動作を行えば、同様の効果を得られるというところであ
る。
【００２１】従って、本実施例では、まず制御装置７が
エンジン１の始動を検出して、エンジン１が始動した場
合は、まず、排気ガス浄化装置の初期運転を行うように
している。
【００２２】本実施例の構成は、先ほどの第１の実施例
とほぼ同様であるので、ここでは省略する。
【００２３】次に本実施例の動作について説明する。本
実施例の動作を表すフローチャートを図７に示す。
【００２４】図７に示すように、エンジンが始動される
とこの排気ガス浄化ルーチンがスタートする（ステップ
７００）。次にステップ７０１で初期値の設定を行
い。、弁８、９、圧力センサー１５、１６を初期化す
る。次にステップ７０３に移り、弁８、弁９を制御して
初期運転を行う。具体的には図７に示す通りであるが、
まず、ステップ７０３では、弁８を８０％開き、弁９を
２０％開く。この動作を５秒間、持続する。この５秒の
時間は例えばＣＰＵのクロック周波数を利用してカウン
トすればよい。次にステップ７０４では、弁８を３０％
開き、弁９を７０％開く。同様にステップ７０５では、
弁８を５０％開き、弁９を５０％開く。ステップ７０６
では、弁８を７０％開き、弁９を３０％開く。ステップ
７０７では、弁８を８０％開き、弁９を２０％開く。ス
テップ７０８では、弁８を１００％開き、弁９を閉じ
る。以上ステップ７０１から７０８までが初期運転であ
り、この初期運転により急激な温度変化を防ぎ、フィル
ター３の割れをなくす事ができる。なお、この初期運転
をした場合のフィルター３の温度上昇も図４に示した第
１の実施例の場合とほぼ同様になる。また本実施例で
は、それぞれのステップには５秒を割り当てた。次にス
テップ７０９、７１０、７１１と続くがこのステップは
第１の実施例のステップ３０９、３１０、３１１と同様
であるのでここでは説明を省略する。
【００２５】また、実施例１でも説明したが、エンジン
の最大出力で走行したいときなどは、弁８を閉じて、弁
９を開き、フィルター３を用いずに走行する場合等も考
えられ、又、市街地だけが排気ガス規制の対象になって
いる場合には、市街地を走行するときだけフィルター３
を用い、それ以外の道路ではフィルター３を用いないで
走行するという事も考えられる。このようにエンジンの
始動時以外にも、何らかの原因でフィルター３の温度と
排気ガスの温度との間に著しい差を生じることもある。
この対策としては弁８と弁９の開き具合と、開いている
時間を制御装置７で把握しておき、弁８が閉じている時
間が一定時間（例えば２分）以上になった場合には、フ
ィルター３が冷めている可能性が大きいので、上記の動
作を行って、フィルター３の割れを防止するようにすれ
ばよい。
【００２６】以上のように本実施例によれば、温度検出
器を使用する事なく、エンジンを始動してからの時間に
より初期運転を行い、フィルター３に急激な温度変化を
与えないように、弁８、９を制御して、高温の排気ガス
が、一気にフィルター３に流れない構成をとっているの
で、フィルター３の割れを防ぐ事ができる。
【００２７】なお、第１の実施例、第２の実施例も弁
８、弁９の制御を段階的に行ったが、これは連続した形
で行ってもよい。また、これら本実施例はすべてのセン
サーからの出力をデジタル化し、制御装置７はＣＰＵと
メモリを用いてプログラムすることにより実現したが、
これはアナログ回路でも同様に実現する事ができる。
【００２８】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、排気ガス
フィルターの急激な温度変化を防止し、割れをなくす事
が出来るので、耐久性に優れた排気ガス浄化装置を提供
する事ができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例のブロック構成図
【図２】本発明の実施例で使用するフィルターの外観を
示す図
【図３】本発明第１の実施例の動作を表すフローチャー
ト
【図４】本発明の実施例のフィルターの温度変化を表す
図
【図５】本発明の実施例の炭素成分焼却の動作を表すフ
ローチャート
【図６】本発明の第２の実施例のブロック構成図
【図７】本発明の第２の実施例の動作を表すフローチャ
ート
【図８】従来の排気ガス浄化装置のブロック構成図
【図９】従来の排気ガス状か装置におけるフィルターの
温度変化を示す図
【符号の説明】
１ エンジン ２ 第１のパイプ ３ フィルター ４ 第２のパイプ ５ 消音器 ６ バイパスパイプ ７ 制御装置 ８ 弁（第１のパイプ用） ９ 弁（バイパスパイプ用） １０ アクチュエータ １１ アクチュエータ １２ バッテリー １２ａ スイッチ １３ 温度検出器 １４ 温度検出器 １５ 圧力センサー １６ 圧力センサー １７ 加熱装置

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】エンジンからの排気ガス中の炭素成分を付
    着させて吸収し、炭素成分が一定量たっまった時点で、
    前記たまった炭素成分を燃焼させる事によりフィルター
    自身を活性化するフィルターと、エンジンからの排気ガ
    スを前記フィルターに送り込む第１のパイプと、前記フ
    ィルターで浄化された排気ガスを消音器に送り込む第２
    のパイプと、前記第１のパイプから分岐されかつ前記第
    ２のパイプに連結され、第１のパイプから第２のパイプ
    へ排気ガスをバイパスするパイパスパイプと、前記第１
    のパイプ内に設けられ、前記フィルターへの排気ガス流
    量を制御する第１の弁と、前記バイパスパイプ内に設け
    られ、前記バイパスパイプ内の排気ガスの流量を制御す
    る第２の弁と、前記第１のパイプ内の排気ガスの温度を
    検出する第１の温度検出器と、前記フィルターの温度を
    検出する第２の温度検出器と、前記フィルターを加熱す
    る加熱装置と、前記第１の温度検出器、第２の温度検出
    器及びエンジンの出力をもとに、前記加熱装置、第１の
    弁、第２の弁を制御する制御装置を具備し、前記制御装
    置は、前記第１の温度検出器が検出した温度と、前記第
    ２の温度検出器が検出した温度との温度差が、所定値以
    上になった場合に、前記第１の弁を絞り、前記第２の弁
    を開くように制御し、前記温度差によって第１の弁と第
    ２の弁の開き具合の関係を制御する事を特徴とする排気
    ガス浄化装置。
  2. 【請求項２】エンジンからの排気ガス中の炭素成分を付
    着させて吸収し、炭素成分が一定量たまった時点で、前
    記たまった炭素成分を燃焼させる事によりフィルター自
    身を活性化するフィルターと、エンジンからの排気ガス
    を前記フィルターに送り込む第１のパイプと、前記フィ
    ルターで浄化された排気ガスを消音器に送り込む第２の
    パイプと、前記第１のパイプから分岐されかつ前記第２
    のパイプに連結され、第１のパイプから第２のパイプへ
    排気ガスをバイパスするパイパスパイプと、前記第１の
    パイプ内に設けられ、前記フィルターへの排気ガス流量
    を制御する第１の弁と、前記バイパスパイプ内に設けら
    れ、前記バイパスパイプ内の排気ガスの流量を制御する
    第２の弁と、前記フィルターを加熱する加熱装置と、エ
    ンジンの出力をもとに、前記加熱装置、第１の弁、第２
    の弁を制御する制御装置を具備し、前記制御装置は、エ
    ンジンの始動を開始した場合に、前記第１の弁を絞り、
    前記第２の弁を開くように制御し、運転開始からの経過
    時間によって第１の弁と第２の弁の開き具合の関係を制
    御する事を特徴とする排気ガス浄化装置。
  3. 【請求項３】制御装置は、第１の弁と第２の弁を開いて
    いる角度及びその時間を記憶し、フィルターに排気ガス
    が一定時間以上流れなかった場合に、次回に前記第１の
    弁を開く場合には第１の弁と第２の弁の開き具合の関係
    を制御する事を特徴とする請求項２記載の排気ガス浄化
    装置。
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