JPH0710019Y2 - パーティキュレートトラップフィルタ再生装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本考案は、ディーゼルエンジン等のパーティキュレート
トラップフィルタ再生装置に関する。

〈従来の技術〉 従来、ディーゼルエンジンでは、排気中に含まれる排気
微粒子（以下、パーティキュレートと称する）を捕集す
るための多数のセルを有したフィルタ所謂パーティキュ
レートトラップフィルタが排気通路に介装されている。

ところで、捕集されたパーティキュレートが増大する
と、前記フィルタの目詰まりによって排気圧力が上昇
し、エンジン性能が低下する。

このため、従来では、前記フィルタの上流側に加熱部を
配したバーナ等の再生装置を用いてフィルタに捕集され
たパーティキュレートを燃焼除去し、フィルタの再生を
図るようにしている。

そして、従来では、上記再生装置による加熱量を、フィ
ルタ上流側に配設した温度センサからの出力信号に基づ
いて制御する、つまりフィルタ上流側の温度をフィード
バック制御するようにしている（実開昭60−150414号公
報等参照）。

〈考案が解決しようとする課題〉 しかしながら、このようにフィルタ上流側の温度をフィ
ードバック制御する構成では、次のような問題点があ
る。

即ち、フィルタ内部特に中心部温度は周辺部等よりも上
昇するのが遅く、フィルタ上流側の温度を所定値以下に
フィードバック制御したとしても、フィルタ内部の中心
部温度が上昇し、該中心部温度と周辺部等との温度格差
が大きくなる。

この結果、フィルタのクラックが発生し、ひいてはフィ
ルタの捕集性能が悪化して、使用不能となってしまうこ
とがある。

そこで、本考案は以上のような従来の問題点に鑑み、フ
ィルタ内部の温度の制御を独特の構成によって実行し
て、フィルタ内部の中心部温度の上昇を防止し、かつフ
ィルタ再生効率を向上するようにしたパーティキュレー
トトラップフィルタ再生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〉 このため、本考案のパーティキュレートトラップフィル
タ再生装置は、第１図に示すように、排気通路にパーテ
ィキュレートトラップフィルタを配設し、捕集されたパ
ーティキュレートを燃焼除去するフィルタ再生装置の加
熱部をパーティキュレートトラップフィルタ上流側に配
設し、フィルタ内部の中心部の温度を検出する第１温度
検出手段と、フィルタ内部の下流側隅部の温度を検出す
る第２温度検出手段とを備える一方、フィルタ再生時に
前記第１温度検出手段から出力される検出信号に基づい
てフィルタ内部の中心部温度の上昇が所定値以上となっ
た際にフィルタ再生装置による加熱量を低減し、前記中
心部温度が所定温度未満となった際にフィルタ再生装置
による加熱量を増大し、かつフィルタ内部の隅部温度が
所定温度以上となった際にフィルタ再生装置の作動を停
止する制御手段を備えた構成とする。

〈作用〉 かかる構成において、フィルタ再生時には、フィルタ内
部の中心部温度の上昇が所定値以上となった時にフィル
タ再生装置による加熱量が漸次低減され、フィルタ内部
の中心部温度が所定温度まで低下されて、温度上昇が抑
制される。一方、フィルタ中心部温度が所定温度未満と
なった時には、逆に加熱量が増大されることで、フィル
タ入口部やフィルタ内部の温度が上昇し、パーティキュ
レートが完全に燃焼される。

即ち、フィルタ中心部温度が危険温度に達しないように
加熱量が低減し、安全な温度に達したところで再び加熱
量が増大されて、パーティキュレートの燃焼が押し進め
られる。尚、再び加熱量を増大してもフィルタ中心部温
度が危険温度に達する前にパーティキュレートの燃焼が
終了してしまい、フィルタ中心部温度が再び危険温度に
達することがない。

従って、フィルタ中心部温度の上昇の抑制によるクラッ
クの発生を確実に抑えつつ、パーティキュレートの完全
燃焼によるフィルタ再生を確実に行うことができ、もっ
て次のパーティキュレート再生までの時間を長く取るこ
とができると共に、燃料消費も低減することが可能とな
る。

〈実施例〉 以下、本考案の実施例を図面に基づいて説明する。

第２図において、ディーゼルエンジン１の排気通路を構
成する排気管２の管路途中には、排気中のパーティキュ
レートを捕集するパーティキュレートトラップフィルタ
３が介装される。更に、この排気管２の管路途中には、
フィルタ３の上流側と下流側とを連通するバイパス通路
としてのバイパス管５が連結されている。前記排気管２
のバイパス管５の分岐部には、排気管２とバイパス管５
を選択的に開閉する排気バイパスバルブ４が介装されて
いる。

又、フィルタ３に捕集されたパーティキュレートを燃焼
除去するフィルタ再生装置の加熱部は、前記フィルタ３
の直上流側に配設される。このフィルタ再生装置として
の燃焼装置（バーナ）６は、燃料供給を行う図示しない
燃料ポンプと、該燃料ポンプに接続された燃料パイプ８
と、燃焼用空気の供給を行う図示しないエアポンプと、
該エアポンプに接続されたエアパイプ10とを含んで構成
される。そして、燃料パイプ８の先端のインジェクタ７
とエアパイプ10の先端のエア吐出口14とは、夫々フィル
タ３の直上流側に臨まされる。

又、燃料パイプ８には燃料供給量の調整バルブ９が、エ
アパイプ10にはエア量の調整バルブ11が夫々介装されて
いる。

一方、フィルタ３には、パーティキュレートの捕集状態
を検出する捕集状態検出手段が設けられている。

この捕集状態検出手段としては、フィルタの入口部と出
口部夫々の圧力を検出し、この圧力差で捕集状態を知る
構成とする。

即ち、排気管２のフィルタ３の入口部には入口圧力セン
サ12が、出口部には出口圧力センサ13が夫々配設されて
いる。

更に、フィルタ３内部の中心部の温度を検出する第１温
度検出手段としての第１温度センサ16と、フィルタ３内
部の下流側隅部の温度を検出する第２温度検出手段とし
ての第２温度センサ17とが夫々フィルタ３内部に突入し
て設けられている。

そして、両圧力センサ12,13から出力される検出信号に
基づいて所定捕集量となった時に、前記燃焼装置６を作
動すると共に、前記第１温度センサ16から出力される検
出信号に基づいてフィルタ３内部の中心部温度の上昇が
所定値以上となった時に燃焼装置６による加熱量を低減
し、前記中心部温度が所定温度未満となった時に燃焼装
置６による加熱量を増大し、かつフィルタ３内部の隅部
温度が所定温度以上となった時に燃焼装置６の作動を停
止する制御手段としてのコントローラ15が備えられてい
る。

即ち、このコントローラ15には、両圧力センサ12,13
と、両温度センサ16,17夫々から出力される検出信号が
入力され、これら各センサから出力される検出信号に基
づく制御信号を、燃料量の調整バルブ９とエア量の調整
バルブ11とに出力する。又、コントローラ15からは、排
気バイパスバルブ４の制御信号も出力される。

次に、かかる構成のパーティキュレートトラップフィル
タ再生装置の作用・効果について説明する。

まず、パーティキュレートの捕集中は、排気バイパスバ
ルブ４を排気管２が開通するように制御する。

即ち、コントローラ15は、両圧力センサ12,13からの検
出信号に基づくフィルタ３の入口部と出口部の圧力の差
とフィルタ３の入口部の圧力との比が、即ち、圧力の変
化率が所定値未満となった場合、パーティキュレートの
捕集量が未だ規定量に満たないと判定して、排気バイパ
スバルブ４を排気管２が開通するように制御して、排気
の全量をフィルタ３に流通させる。

又、コントローラ15は、パーティキュレートの捕集が進
んで、両圧力センサ12,13からの検出信号に基づいて算
出された圧力の変化率が所定値以上となった場合、パー
ティキュレートの捕集量が規定量を満たしたと判定し
て、排気バイパスバルブ４をバイパス管５が開通するよ
うに制御して、排気の全量をバイパス管５に流通させ
る。

同時に、燃焼装置６を作動して、フィルタ３に捕集され
たパーティキュレートを燃焼させ、フィルタ３の再生を
実行する。

コントローラ15によるフィルタ３の再生制御を第３図の
フローチャート等に基づいて説明する。

ステップ１においては、パーティキュレート捕集量と見
做される上記の圧力の変化率（ΔP/P）を入力し、ステ
ップ２では、この圧力の変化率に応じた燃焼装置６によ
る加熱量即ち、燃料量Q₁とエア量A₁とを決定する。ステ
ップ３においては、フィルタ３の中心部の温度T₁（ｎ）
（第５図参照）を入力し、ステップ４で、この中心部の
温度の変化量即ち、温度上昇分ΔT₁（＝T₁（ｎ）−T
₁（ｎ−１））を演算する。ステップ５では、フィルタ
３の中心部温度T₁（ｎ）に対する基準となる前記温度上
昇分ΔTnをパーティキュレートの捕集量A,B,C…毎に予
め定めた第４図のマップを参照して、その時のフィルタ
３の中心部温度T₁（ｎ）に対応する基準の温度上昇分Δ
Tnを読み取る。

ステップ６では、実際の温度上昇分ΔT₁と基準の温度上
昇分ΔTnとを比較し、温度上昇が小さければ、ステップ
３に戻って、同様の作用を繰り返し、温度上昇が大きけ
れば、ステップ７に進む。

ステップ７では、燃焼装置６による加熱量を減少させる
べく、燃料量Q₂とエア量A₂とを減少させる制御を実行す
る。

ステップ８では、フィルタ３の中心部の温度T₁が所定値
Ａ未満となったか否かを判定する。所定値Ａ以上と判定
されたならば、ステップ９に進み、燃焼装置６による加
熱量を更に減少させるべく、燃料量とエア量とを更に減
少させる制御（Q₂（ｎ）−ΔQ,A₂（ｎ）−ΔＡ）を実行
して、フィルタ３の中心部の温度T₁が所定値Ａ未満と判
定されるまで、燃料量とエア量の減少制御を繰り返す。

フィルタ３の中心部の温度T₁が所定値Ａ未満となったな
らば、ステップ10に進んで、燃焼装置６による加熱量を
増大させるべく、燃料量Q₃とエア量A₃とを増大させる制
御を実行する。

ステップ11では、フィルタ３内部の下流側隅部の温度T₂
を読み取り、ステップ12に進む。ステップ12では、読み
取ったフィルタ３内部の下流側隅部の温度T₂（第５図参
照）が所定値Ｂ以上となったか否かを判定する。所定値
Ｂ以上と判定されたならば、即ち、パーティキュレート
の燃焼が終了したならば、燃焼装置６の作動を停止し、
再生を完了する。又、所定値Ｂ未満であれば、即ち、パ
ーティキュレートの燃焼が終了していなければ、ステッ
プ11に戻って、同様の作用を実行して所定値Ｂ以上とな
るまで燃焼装置６を作動し続けて、ステップ12に進む。

以上のフィルタ再生制御によるフィルタ３各部の温度変
化状況を第６図に示す。

図のT₀（第５図参照）におけるプロット点a₁，a₂，a₃，
a₄は、上記のフローチャートのステップ９による燃焼装
置の加熱量減少制御点であり、これにより、T₀が徐々に
低下すると共に、T₁の上昇が制御され、該T₁がＡの温度
未満となる。

図の点線はかかる加熱量減少制御を実行しない場合のT₁
の変化を示しており、Ａの温度を越えて高温度になるこ
とが判る。

一方、図のプロット点ｂは、フローチャートのステップ
10による燃焼装置６の加熱量増大制御点を示しており、
これにより、T₀，T₁，T₂が夫々上昇して、パーティキュ
レートの燃焼が進められている状態が判る。

図のプロット点ｃはT₂がＢの温度を越えた点で、この点
でパーティキュレートの燃焼が終了したことを示してい
る。

かかる構成のパーティキュレートトラップフィルタ再生
装置は、フィルタ３の再生時に、フィルタ３内部の中心
部温度の上昇が所定値以上となった時に燃焼装置６によ
る加熱量を徐々に低減して、フィルタ３内部の中心部温
度を所定温度まで低下させるようにして、温度上昇を抑
制する一方、フィルタ３の中心部温度が所定温度未満と
なった時には、逆に加熱量を増大することで、フィルタ
３の入口部やフィルタ３内部の温度を上げて、パーティ
キュレートが完全に燃焼されるようにしたものである。

即ち、フィルタ３の中心部温度が危険温度に達しないよ
うに加熱量を低減し、安全な温度に達したところで再び
加熱量を増大して、パーティキュレートの燃焼を押し進
めるようにしている。尚、再び加熱量を増大してもフィ
ルタ３の中心部温度が危険温度に達する前にパーティキ
ュレートの燃焼が終了してしまい、フィルタ３の中心部
温度が再び危険温度に達することがない。

従って、フィルタ３の中心部温度の上昇の抑制によるク
ラックの発生を確実に抑えつつ、パーティキュレートの
完全燃焼によるフィルタ３の再生を確実に行うことがで
き、もって次のパーティキュレート再生までの時間を長
く取ることができると共に、燃料消費も低減することが
可能となる。

尚、上記実施例は、本考案の構造的制約を示すものでは
なく、要は、排気通路に配設されたパーティキュレート
トラップフィルタに捕集されたパーティキュレートを燃
焼除去するフィルタ再生装置を備えたものおいて、フィ
ルタ内部の中心部の温度検出手段と、フィルタ内部の下
流側隅部温度検出手段と、フィルタ再生時に前記中心部
温度検出手段から出力される検出信号に基づいてフィル
タ内部の中心部温度の上昇が所定値以上となった時にフ
ィルタ再生装置による加熱量を低減し、前記中心部温度
が所定温度未満となった時にフィルタ再生装置による加
熱量を増大し、かつフィルタ内部の隅部温度が所定温度
以上となった時にフィルタ再生装置の作動を停止する制
御手段とを備えた構成であれば良い。

〈考案の効果〉 以上説明したように、本考案のパーティキュレートトラ
ップフィルタ再生装置によれば、フィルタ再生時に、フ
ィルタ内部の中心部温度の上昇が所定値以上となった時
にフィルタ再生装置による加熱量を漸次減少して、フィ
ルタ内部の中心部温度を所定温度まで低下させるように
して、温度上昇を抑制する一方、フィルタ中心部温度が
所定温度未満となった時には、逆に加熱量を増大するこ
とで、フィルタ入口部やフィルタ内部の温度を上げて、
パーティキュレートが完全に燃焼させるようにしたか
ら、フィルタ中心部温度の上昇の抑制によりクラックの
発生を確実に抑えつつ、パーティキュレートの完全燃焼
によるフィルタ再生を確実に行うことができ、再生効率
の向上とフィルタの損傷防止とを両立して図ることがで
きる実用的効果大なるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案に係るパーティキュレートトラップフィ
ルタ再生装置のクレーム対応図、第２図は同上装置の一
実施例を示すシステム図、第３図は同上実施例の作用を
説明するフローチャート、第４図はフィルタの中心部温
度に対する基準となる温度上昇分をパーティキュレート
の捕集量毎に予め定めたマップ、第５図はフィルタ各部
の温度検出点を示す概略図、第６図は同上実施例の作用
に基づくフィルタ各部の温度変化状況を示す特性図であ
る。 １…ディーゼルエンジン、２…排気管、３…パーティキ
ュレートトラップフィルタ、６…燃焼装置、15…コント
ローラ、16…第１温度センサ、17…第２温度センサ

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】排気通路にパーティキュレートトラップフ
   ィルタを配設し、捕集されたパーティキュレートを燃焼
   除去するフィルタ再生装置の加熱部をパーティキュレー
   トトラップフィルタ上流側に配設し、フィルタ内部の中
   心部の温度を検出する第１温度検出手段と、フィルタ内
   部の下流側隅部の温度を検出する第２温度検出手段とを
   備える一方、フィルタ再生時に前記第１温度検出手段か
   ら出力される検出信号に基づいてフィルタ内部の中心部
   温度の上昇が所定値以上となった際にフィルタ再生装置
   による加熱量を低減し、前記中心部温度が所定温度未満
   となった際にフィルタ再生装置による加熱量を増大し、
   かつフィルタ内部の隅部温度が所定温度以上となった際
   にフィルタ再生装置の作動を停止する制御手段を備えた
   ことを特徴とするパーティキュレートトラップフィルタ
   再生装置。