JPH07102942A - パティキュレートトラップフィルタ再生装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】トラップフィルタ再生時の温度ピーク現象の発
生を抑制することを目的とする。 【構成】トラップフィルタの再生時に、バーナを作動さ
せ（Ｓ１〜３）、エンジン回転Ｎがアイドル状態相当の
所定値Ｎ₀ より低い時のみ助燃エア供給量を最大し（Ｓ
４〜６）、規定時間ｔ₀ トラップフィルタの再生を行う
（Ｓ７）。規定時間になったらバーナを停止してトラッ
プフィルタの再生を終了する（Ｓ８〜１０）。また、フ
ィルタ再生前半のみエンジン回転速度に応じて助燃エア
量を可変制御し、フィルタ再生後半は助燃エア供給量を
必要最低限とする構成とすれば、助燃エア供給装置によ
る無駄な電力消費の防止を図れる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、排気中のパティキュレ
ートを捕集するパティキュレートトラップフィルタの再
生装置に関し、特に、再生中もエンジンの排気全量をト
ラップフィルタに導入する、所謂フルフロー式の再生装
置のトラップフィルタ再生技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、特に、ディーゼルエンジン等で
は、排気中に含まれるパティキュレート（排気微粒子）
を捕集するため、排気通路にパティキュレートトラップ
フィルタが介装されている。このようなパティキュレー
トトラップフィルタにおいては、捕集されたパティキュ
レートが増加すると、トラップ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、トラップフィルタに捕集されたパティキュレート
を、燃焼除去し、トラップフィルタの再生を図るように
したパティキュレートトラップフィルタの再生装置があ
る。

【０００３】かかる再生装置として、エンジンの排気全
量を軽油バーナ等の燃焼装置で昇温させてトラップフィ
ルタに導入しパティキュレートを燃焼除去してトラップ
フィルタを再生する、所謂フルフロー式の再生装置が提
案されている（例えば特開平２−１０４９１２号公報等
参照）。このものは、排気全量をトラップフィルタに導
入するため、再生時に排気をバイパスさせるバイパス方
式に比べて、トラップフィルタを通過するガス流量が多
いためトラップフィルタ内の温度が均一になり易く、ま
た、再生中にパティキュレートが排出されない等の利点
を有する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、パティキュ
レートトラップ装置に用いるトラップフィルタとして
は、近年、熱伝導性が良く、圧損が低い特性を有する、
例えばシリコンカーバイドフィルタ（以下、ＳｉＣフィ
ルタとする）が用いられつつある。このＳｉＣフィルタ
をフルフロー式のパティキュレートトラップ再生装置に
適用した場合、圧損が低いため、パティキュレートの捕
集量を多くすることができ規定の圧損になるまでの時間
が長くパティキュレートの捕集時間を長くとれるように
なる。

【０００５】しかしながら、フルフロー式の再生装置に
ＳｉＣフィルタを用いると、パティキュレートの捕集量
を多くできる反面、捕集量が多いために、逆に、トラッ
プフィルタ再生時に、トラップフィルタ中心付近の温度
が異常上昇する、所謂温度ピーク現象が発生し易くな
る。即ち、エンジンアイドル状態でトラップフィルタの
再生が行われると、エンジンのアイドル状態では排気流
量が少なくトラップフィルタ内の通過ガス量が少なくな
るため、トラップフィルタ内で発生した熱の持ち去りが
充分でなく、温度ピーク現象が発生するという問題があ
った。

【０００６】本発明は上記の事情に鑑みなされたもの
で、エンジンアイドル状態でのトラップフィルタ再生時
に発生する温度ピーク現象を抑制できるようにしたパテ
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。

【０００７】

【課題を解決するための手段】このため本発明は、排気
通路にトラップフィルタを介装し、該トラップフィルタ
上流側排気通路に設けた燃焼装置でエンジンからの排気
全量を昇温してトラップフィルタ内に導入し、前記トラ
ップフィルタに捕集された排気中のパティキュレートを
燃焼除去してトラップフィルタを再生する構成のパティ
キュレートトラップフィルタ再生装置において、エンジ
ン回転速度検出手段と、トラップフィルタ再生中に前記
エンジン回転速度検出手段で検出されたエンジン回転速
度が所定値より低い時に前記燃焼装置の助燃エア供給量
を最大値に制御する助燃エア制御手段とを備えて構成し
た。

【０００８】また、上記記載のパティキュレートトラッ
プフィルタ再生装置において、トラップフィルタ再生開
始からの経過時間を計時するタイマ手段を設け、トラッ
プフィルタ再生開始から所定時間経過後は前記助燃エア
制御手段によって制御される助燃エア供給量を必要最小
限の供給量に設定する構成とした。

【０００９】

【作用】かかる構成において、トラップフィルタの再生
時において、エンジン回転速度検出手段で検出されたエ
ンジン回転速度が所定値より低い場合には、助燃エア制
御手段によって、燃焼装置の助燃エア供給量を最大値に
セットする。これにより、エンジン回転速度が低く排気
流量が少ない場合でも、トラップフィルタの通過ガス流
量が増大し、トラップフィルタからの熱の持ち去りが増
えて温度ピークの発生を抑制できるようになる。

【００１０】また、トラップフィルタ再生開始からの経
過時間をタイマ手段で計時し、計時時間が所定時間を経
過した後は、燃焼装置への助燃エア供給量をエンジン回
転速度に関係なく必要最小限とする。温度ピーク現象は
トラップフィルタ再生の前半で発生する傾向があり、こ
うすることにより、助燃エア供給装置における無駄な電
力消費防ぐことができるようになる。

【００１１】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。第１実施例を示す図１において、エンジン１に接
続される排気通路２の途中には、排気中のパティキュレ
ートを捕集するためのトラップフィルタ３が介装されて
いる。該トラップフィルタ３は、ケース４内に、パティ
キュレート捕集用の例えばＳｉＣフィルタ５が収納され
ている。

【００１２】前記トラップフィルタ３より上流側の排気
通路２には、バーナ６が設けられている。該バーナ６
は、燃料供給装置７と助燃エア供給装置８からそれぞれ
燃料と助燃エアが供給され、点火駆動装置９からの点火
信号により点火されて、エンジン１からの全排気を昇温
する。これらバーナ６、燃料供給装置７、助燃エア供給
装置８及び点火駆動装置９によって燃焼装置が構成され
る。昇温した排気の全量はトラップフィルタ５に導入さ
れて捕集されたパティキュレートが燃焼除去される。１
０はマフラーである。

【００１３】バーナコントローラ１１は、マイクロコン
ピュータを内蔵し、フィルタ５の圧損が所定値以上とな
った時に点火駆動装置９を駆動させてトラップフィルタ
３の再生を行うべくバーナ６を作動させる。そして、ト
ラップフィルタ３再生中は、バーナ６下流でトラップフ
ィルタ３入口近傍に設けた温度センサ１２からの温度信
号に基づいて、トラップフィルタ５入口温度が常時所定
温度（例えば７５０℃）となるよう、前記燃料供給装置
７及び助燃エア供給装置８を駆動制御して燃料供給量及
び助燃エア量を調整する。

【００１４】また、本実施例では、エンジン１のクラン
ク軸等の回転に基づいてエンジン回転速度を検出するエ
ンジン回転速度検出手段としての回転センサ１３が設け
られている。そして、バーナコントローラ１１は、図２
のフローチャートに示すように、トラップフィルタ３の
再生開始時に、回転速度センサ１３からの信号に基づい
て助燃エア供給装置８を駆動制御してバーナ６への助燃
エア供給量を適正に制御する。ここで、助燃エア供給装
置８は、電動モータでエアポンプを駆動する構成であ
り、バーナコントローラ１１により電圧制御回路を介し
て電動モータの駆動電圧を可変制御することでエアポン
プからの助燃エア量が制御されるようになっている。バ
ーナコントローラ１１が助燃エア制御手段の機能を有し
ている。

【００１５】次に動作を説明する。まず、バーナコント
ローラ１１において、トラップフィルタ３の圧損が所定
値以上になったことを感知して再生動作が開始される
と、ステップ１（図中、Ｓ１で示し、以下同様とする）
では、点火駆動装置９を駆動して点火プラグをＯＮ（点
火）させる。これと略同時に、ステップ２及びステップ
３を実行して、助燃エア供給装置８及び燃料供給装置７
を駆動して助燃エアと燃料との供給を開始してバーナ６
を燃焼させる。

【００１６】ステップ４では、回転センサ１３からの信
号に基づいて検出される実際のエンジン回転速度Ｎと、
予め設定したエンジンアイドル状態に相当するエンジン
回転速度Ｎ₀ （例えば８００ｒｐｍ）とを比較する。こ
こで、Ｎ＜Ｎ₀ の時は（判定がＹＥＳ）、エンジン回転
速度が低くトラップフィルタ３を通過するガス流量が少
ないと判断して、ステップ５に進み、助燃エア供給量を
最大とすべく助燃エア供給装置８の駆動を制御する。一
方、Ｎ＜Ｎ₀ ではないときは（判定がＮＯ）、ステップ
６に進み、助燃エア供給量を必要最小限の量にすべく助
燃エア供給装置８の駆動を制御する。

【００１７】ステップ７では、トラップフィルタの再生
開始と同時に計時を開始したタイマの値ｔが予め設定し
た規定時間ｔ₀ を経過したか否かを判定する。ここで、
トラップフィルタ再生開始からの時間が規定時間ｔ₀ を
越えていない時（ＮＯ）には、ステップ４に戻ってエン
ジン回転速度に応じてステップ５又はステップ６を実行
して助燃エアの供給量を制御する。このように、エンジ
ン回転速度に応じて助燃エア量を適切に制御しながら規
定時間になるまでバーナ６の作動を続行してトラップフ
ィルタ３の再生を継続する。そして、ステップ７におい
て再生開始からの経過時間ｔが規定時間ｔ₀ を経過した
時は、ステップ８に進む。

【００１８】ステップ８では、燃料供給装置７を停止
し、ステップ９で助燃エア供給装置８を停止し、ステッ
プ１０で点火駆動装置９を停止させ、燃料及び助燃エア
の供給を停止すると共に点火プラグをＯＦＦとしてバー
ナー６の作動を停止してトラップフィルタ３の再生動作
を終了する。以上のように、エンジン１が排気流量の少
ないアイドル状態相当のエンジン回転速度の時にトラッ
プフィルタ３の再生が行われ場合、バーナ６の助燃エア
供給量を増大させるので、バーナ６からトラップフィル
タ３へ流入するガス流量が増大するため、トラップフィ
ルタ３で発生する熱の持ち去り量が増え、フィルタ５の
中心部が異常昇温する温度ピーク現象の発生を抑制でき
る。従って、フィルタ５の焼損等を防止でき、トラップ
フィルタ装置の寿命を向上できるようになる。

【００１９】ところで、温度ピーク現象は、フィルタ再
生開始からフィルタ再生に必要な温度（約７５０℃）に
達した時点（約３分ぐらい）で発生することが知られて
おり、言い換えれば、フィルタ再生初期において発生す
るものである。このことを考慮して助燃エア供給装置８
を効果的に駆動制御して無駄な電力消費を防止するよう
にした本発明の第２実施例を以下に説明する。

【００２０】本発明の第２実施例のハード構成は、図１
に示す第１実施例のものと同様でありバーナコントロー
ラ１１による助燃エア供給制御のみが異なるので、以下
では助燃エア供給動作について図３及び図４を参照しな
がら説明する。まず、バーナコントローラ１１におい
て、トラップフィルタ３の圧損が所定値以上になったこ
とを感知して再生動作が開始されると、第１実施例と同
様に、ステップ２１〜ステップ２３を実行し、点火駆動
装置９を駆動して点火プラグをＯＮ（点火）させると共
に、助燃エア供給装置８及び燃料供給装置７を駆動して
助燃エアと燃料との供給を開始してバーナ６を燃焼させ
る。

【００２１】ステップ２４では、同じく回転センサ１３
からの信号に基づいて検出される実際のエンジン回転速
度Ｎと、予め設定したエンジンアイドル状態に相当する
エンジン回転速度Ｎ₀ （例えば８００ｒｐｍ）とを比較
し、Ｎ＜Ｎ₀ の時は（判定がＹＥＳ）、エンジン回転速
度が低くトラップフィルタ３を通過するガス流量が少な
いと判断して、ステップ２５に進み、助燃エア供給量を
最大とすべく助燃エア供給装置８の駆動を制御する。一
方、Ｎ＜Ｎ₀ ではないときは（判定がＮＯ）、ステップ
２６に進み、助燃エア供給量を必要最小限の量にすべく
助燃エア供給装置８の駆動を制御する。

【００２２】ステップ２７では、トラップフィルタの再
生開始と同時に計時を開始したタイマの値ｔが予め設定
したフィルタ再生前半の規定時間ｔ₁ （例えば５分）を
経過したか否かを判定する。ここで、トラップフィルタ
再生開始からの時間が前記規定時間ｔ₁ を越えていない
時（ＮＯ）には、ステップ２４に戻ってエンジン回転速
度に応じてステップ２５又はステップ２６を実行して助
燃エアの供給量を制御する。ステップ２７の判定がＹＥ
Ｓとなり前半が過ぎたときはステップ２８に進む。

【００２３】ステップ２８では、エンジン回転速度に関
係なく助燃エア供給装置８の助燃エア量を必要最小限と
するようセットする。ステップ２９では、タイマの値ｔ
が予め設定したフィルタ再生終了時間ｔ₂ （例えば１０
分）を経過したか否かを判定し、終了時間ｔ₂ を経過す
るまでは助燃エア量を必要最小限の供給量でバーナ６の
燃焼を継続する。終了時間ｔ₂ を経過した時には、ステ
ップ２９の判定がＹＥＳとなり、ステップ３０〜ステッ
プ３２を実行し第１実施例と同様に、燃料供給装置７、
助燃エア供給装置８及び点火駆動装置９をそれぞれ順次
停止させてバーナー６の作動を停止してトラップフィル
タ３の再生動作を終了する。ここで、ステップ２７及び
ステップ２９がタイマ手段の機能に相当する。

【００２４】このように、本実施例では、図４に示すよ
うに、トラップフィルタ再生の前半（フィルタ再生開始
から時間ｔ₁ までの間）では、エンジン回転速度に応じ
て助燃エア量を、最大又は必要最小限に制御し、後半
（時間ｔ₁ から再生終了時間ｔ ₂ の間）では、エンジン
回転速度に関係なく、助燃エア量を必要最小限に制御す
るようにしたので、温度ピーク現象が発生するフィルタ
再生前半では、エンジン回転速度が低いときに助燃エア
量を増大させて温度ピークを防止できる。また、温度ピ
ークが発生する虞れのないフィルタ再生後半では、助燃
エア量を必要最小限に固定することで、消費電力の大き
い助燃エア供給装置８のフィルタ再生中における大供給
量の運転時間を短くでき無駄な電力消費を防止できる。

【００２５】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、エ
ンジン回転速度が所定値より低く排気流量が少ない時に
トラップフィルタの再生が実行された場合は、助燃エア
を増大することでフィルタ再生時にトラップフィルタで
発生する熱の持ち去り量を増大でき、温度ピーク現象の
発生を抑制できる。従って、フィルタの焼損を防止で
き、トラップフィルタ装置の寿命を向上させることがで
きる。

【００２６】また、温度ピーク現象の発生しないフィル
タ再生後半ではエンジン回転速度に関係なく助燃エア供
給量を必要最低限の量にセットすることで、助燃エア供
給装置の無駄な駆動を防止でき、無駄な電力消費を防止
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るパティキュレートトラップフィル
タ再生装置の第１実施例を示す全体構成図

【図２】同上第１実施例の動作を説明するフローチャー
ト

【図３】本発明に係るパティキュレートトラップフィル
タ再生装置の第２実施例の動作を説明するフローチャー
ト

【図４】同上第２実施例のフィルタ再生中の助燃エアの
供給形態を説明する図

【符号の説明】

１ エンジン ２ 排気通路 ３ トラップフィルタ ６ バーナ ８ 助燃エア供給装置 １３ 回転センサ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】排気通路にトラップフィルタを介装し、該
   トラップフィルタ上流側排気通路に設けた燃焼装置でエ
   ンジンからの排気全量を昇温してトラップフィルタ内に
   導入し、前記トラップフィルタに捕集された排気中のパ
   ティキュレートを燃焼除去してトラップフィルタを再生
   する構成のパティキュレートトラップフィルタ再生装置
   において、エンジン回転速度検出手段と、トラップフィ
   ルタ再生中に前記エンジン回転速度検出手段で検出され
   たエンジン回転速度が所定値より低い時に前記燃焼装置
   の助燃エア供給量を最大値に制御する助燃エア制御手段
   とを備えて構成したことを特徴とするパティキュレート
   トラップフィルタ再生装置。
2. 【請求項２】請求項１記載のパティキュレートトラップ
   フィルタ再生装置において、トラップフィルタ再生開始
   からの経過時間を計時するタイマ手段を設け、トラップ
   フィルタ再生開始から所定時間経過後は前記助燃エア制
   御手段によって制御される助燃エア供給量を必要最小限
   の供給量に設定する構成としたことを特徴とするパティ
   キュレートトラップフィルタ再生装置。