JPH0715250B2 - ディーゼルエンジンの排気浄化装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、ディーゼルエンジンの排気系に設けられて排
気ガス中のパティキュレートを捕集する排気浄化装置に
関する。

〔従来の技術〕

この排気浄化装置は、例えばハニカムフィルタを有し、
パティキュレートの捕集量が所定値を越えた時、パティ
キュレートを燃焼させてフィルタを再生させるように構
成される。特開昭61−223215号公報は従来の排気浄化装
置を示し、この装置において、フィルタの一方の端部に
近接した部位に電気ヒータが設けられ、またフィルタを
迂回する２本のバイパス管が配設されるとともに、これ
らのバイパス管およびフィルタ内の排気ガスの流動を制
御するバルブが設けられる。排気ガスは、パティキュレ
ート捕集時、フィルタ内を流動した後電気ヒータを通過
して大気中へ放出され、フィルタ再生時、一方のバイパ
ス管を通って電気ヒータ側からフィルタへ流入し、他方
のバイパス管を通過し大気中へ放出される。

〔発明が解決しようとする課題〕

上述の従来技術のように、捕集時と再生時とで排気ガス
の流動方向を変えることは、再生時のフィルタ溶損を防
止する点において好ましい。しかし、再生時パティキュ
レートを着火する際、ヒータの熱がフィルタのセル壁を
介してパティキュレートに供給されるため、電気ヒータ
は一定値以上の容量を有していなければならず、また所
定時間以上通電される必要がある。したがって、従来、
バッテリの負担が大きく、また電気ヒータの耐久性を充
分なものとすることができないという問題があった。

本発明は、パティキュレート量が少なくてもパティキュ
レートを短時間で確実に着火させることができ、これに
より、電気ヒータ等の加熱手段のためのエネルギ源の負
担を軽減させると共に加熱手段の耐久性を向上させるこ
とを目的としてなされたものである。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、第１図の発明の構成図に示すように、排気ガ
スに含まれるパティキュレートを捕集するフィルタ15
と、このフィルタ15に対し、パティキュレート捕集時に
おける排気ガスの流動方向の下流側に設けられ、フィル
タ再生時パティキュレートを着火させるための加熱手段
41とを備え、パティキュレートの捕集時の排気流れ方向
と逆方向から再生用ガスを供給してフィルタを再生させ
るディーゼルエンジンの排気浄化装置において、少なく
とも再生初期の所定時間にわたり排気ガスを捕集時の排
気流れ方向と逆方向から流入させる排気ガス流制御手段
（バイパス管21,24、切換弁31,32）を有し、前記所定時
間経過した後、前記加熱手段41を作動させることを特徴
としている。

〔実施例〕

以下図示実施例に基いて本発明を説明する。

第２図〜第５図は本発明の第１実施例を示す。これらの
図において、ディーゼルエンジン11の排気マニホルド12
に連結された排気管13には拡径部14が形成され、この拡
径部14内には、排気ガス中のパティキュレート（炭素微
粒子と炭素固体表面に吸着される液状HCとから成る）を
捕集するためのフィルタ15が設けられる。マフラー16
は、拡径部14より下流側の排気口の近傍に設けられる。

第１のバイパス管21は、エンジン11と拡径部14の間に位
置する第１連結部22と、拡径部14とマフラー16の間に位
置する第２連結部23とを連通させる。第２のバイパス管
24は、第１連結部22と拡径部14の間に位置する第３連結
部25と、第２連結部23とマフラー16の間に位置する第４
連結部26とを連通させる。第１連結部22には、第１のバ
イパス管21を開閉する第１切換弁31が配設され、第４連
結部26には、第２のバイパス管24を開閉する第２切換弁
32が設けられる。

第１切換弁31を開閉制御する、アクチュエータ33は、従
来公知のダイヤフラム型の構造を有し、負圧調整弁34に
より負圧あるいは大気圧を導かれて作動する。負圧調整
弁34はマイクロコンピュータを備えた制御回路（ECU）5
1により制御され、負圧源あるいは大気をアクチュエー
タ33に連通させる。第２切換弁32を開閉制御するアクチ
ュエータ36もダイヤフラム型の構造を有し、ECU51によ
り制御される負圧調整弁37により負圧あるいは大気圧を
導かれて作動する。

フィルタ15の再生すなわちパティキュレートの燃焼のた
め、このフィルタ15の下流側すなわちマフラー16側には
電気ヒータ41が設けられる。電気ヒータ41はリレー42を
介してバッテリ43に連結される。リレー42はECU51に制
御されて開閉し、フィルタ再生時期であると判断された
時、ヒータ41に通電してこれを発熱させ、これによりフ
ィルタ15に捕集されたパティキュレートは着火して燃焼
する。フィルタ15の再生時期の判断および再生制御は、
従来公知のように、燃焼噴射ポンプ44に設けられたエン
ジン回転数センサ45およびアクセル位置センサ46と、圧
力センサ47と、排気温センサ48とから得られる検出信号
に従って行なわれる。

フィルタ15はハニカムフィルタであり、第４図に示すよ
うに、入口側が栓詰めされた多孔質セルと、出口側が栓
詰めされた多孔質セルとを交互に配設して成形されたコ
ージェライト基材を有し、コージェライト基材の表面に
は、HC等の悪臭成分を吸着するγアルミナがコーティン
グされる。またγアルミナの表面には、捕集されたパテ
ィキュレートを燃焼させる再生時にパティキュレートの
着火温度を下げるため、銅、銀等の触媒が担持される。

通常のパティキュレート捕集時、第１および第２切換弁
31,32は、第２図に示すように、それぞれ第１および第
２のバイパス管21,24を閉塞するとともに排気管13を開
放している。したがって、排気ガスは第１および第２の
バイパス管21,24を流れることなく、全て拡径部14へ流
入し、フィルタ15および電気ヒータ41の順に流動して大
気中へ放出される。この間、排気ガス中に含まれるパテ
ィキュレートはフィルタ15により捕集される。

フィルタ15上のパティキュレート捕集量が一定値に達
し、フィルタ15の再生処理を開始する場合、第３図に示
すように、まず、第１切換弁31は第１のバイパス管21を
開放するとともに排気管13の第１および第３連結部22,2
5間を遮断し、第２切換弁32は第２のバイパス管24を開
放するとともに排気管13の第２および第４連結部23,26
間を遮断する。この結果、全ての排気ガスは、第１のバ
イパス管21を通って電気ヒータ41側からフィルタ15へ流
入し、第２のバイパス管24を通ってマフラー16から大気
中へ放出される。したがって、第４図に示すように、通
常のパティキュレート捕集時パティキュレートＰはフィ
ルタ15の表面15a上に堆積するが、再生処理の開始時パ
ティキュレートＰはフィルタ15の裏面15bすなわち電気
ヒータ41側の面に堆積する。

第１および第２切換弁31,32が、第３図に示すように第
１および第２のバイパス管21,24を全開させてから所定
時間（例えば1/4〜1/8時間）経過すると、第５図に示す
ように、第２切換弁32は第２のバイパス管24および排気
管13を所定の開度で開放する。したがって、一部の排気
ガスは第１のバイパス管21を通過した後電気ヒータ41側
からフィルタ15に流入し第２のバイパス管24を通って大
気中へ放出され、残りの排気ガスは第１のバイパス管21
から連接マフラー16側へ流れ大気中へ放出される。この
時電気ヒータ41は通電されて発熱し、これによりフィル
タ15上のパティキュレートは着火して燃焼する。

このように電気ヒータ41によりパティキュレートを着火
させる時、既にフィルタ15の裏面15b上にはパティキュ
レートが堆積している。裏面15b上のパティキュレート
は電気ヒータ41に面しているため、着火しやすく、すぐ
に燃焼しはじめる。この裏面15b上のパティキュレート
の燃焼熱は、フィルタ15を通して表面15a上のパティキ
ュレートに伝達され、これにより表面15a上のパティキ
ュレートも着火して燃焼する。しかしてフィルタ15の両
面のパティキュレートは燃焼し、フィルタ15の再生が行
なわれる。

第１および第２切換弁31,32の開閉および電気ヒータ41
の通電はECU51により行なわれる。ECU51は入力ポート5
2、出力ポート53、メモリ54、および中央演算処理（CP
U）55を備え、これらはバス56により相互に接続され
る。入力ポート52はエンジン回転数センサ45、アクセル
位置センサ46、背圧センサ47および排気温センサ48に連
結され、出力ポート53は負圧調整弁34,37およびリレー4
2に連結される。

第６図はECU51による切換弁31,32および電気ヒータ41の
制御ルーチンのフローチャートを示す。この制御ルーチ
ンは、50msec毎に割込み処理される。

ステップ101では、エンジン回転数センサ45からエンジ
ン回転数、アクセル位置センサ46からアクセル開度、ま
た圧力センサ47から排気ガス圧が読込まれる。ステップ
102では、第１フラグＦが１にセットされているか否か
が判別される。フラグＦは、通常のパティキュレート捕
集時０にリセットされているが、フィルタ再生時ステッ
プ105において１にセットされている。したがってフィ
ルタの再生が始まる前、フラグＦは０でありステップ10
3へ進む。ステップ103では、エンジン回転数とアクセル
開度から、フィルタの再生時期を判断するための基準圧
が演算される。なおこの基準圧は予めメモリ54に記憶さ
れたマップから読込むようにしてもよい。ステップ104
では排気ガス圧が基準圧よりも高いか否かが判別され
る。排気ガス圧が低い時、またフィルタを再生する必要
がないので、このルーチンはこのまま終了するが、排気
ガス圧が高い時、フィルタの再生処理を行なうべくステ
ップ105以下が実行される。

ステップ105では第１および第２切換弁31,32が作動さ
れ、これにより第１および第２のバイパス管21,24がそ
れぞれ全開されるとともに、排気管13の第１および第３
連結部22,25間と第２および第４連結部23,26間とが遮断
される。またフラグＦが１にセットされるとともに、エ
ンジン回転数の積算が開始される。しかして切換弁31,3
2は第３図に示す開閉状態となり、排気ガスは電気ヒー
タ41側からフィルタ15に流入し、フィルタの裏面15b
（第４図）にパティキュレートが堆積しはじめる。ステ
ップ106では、現在のエンジン回転数の積算値が所定値
より大きいか否かが判別される。フィルタ裏面上のパテ
ィキュレート堆積量が比較的少ない時、積算値は所定値
以下であり、このルーチンはこのまま終了する。第１お
よび第２切換弁31,32が開弁されて排気ガスの逆流が始
まると、ステップ105においてフラグＦが１にセットさ
れるため、ステップ102からステップ111に移り、フラグ
ｆが１にセットされているか否かが判別される。電気ヒ
ータ41への通電が開始される前、フラグｆは０であり、
ステップ111からステップ106へ進む。

しかしてステップ106においてエンジン回転数の積算値
が所定値よりも大きくなると、フィルタ裏面上のパティ
キュレート堆積量が一定値以上になったと判断され、次
にステップ107が実行される。すなわち、電気ヒータ41
が通電されて発熱しはじめ、また第２切換弁32は第２の
バイパス管24と排気管13を所定開度で開放する。しかし
て切換弁31,32は第５図に示す開閉状態となり、一部の
排気ガスは電気ヒータ41側からフィルタ15に流入する。
またヒータ41の発熱によりフィルタ15上のパティキュレ
ートが着火し燃焼する。さらにステップ107では、フラ
グｆが１にセットされ、タイマが起動されるとともに、
ステップ105において開始されたエンジン回転数の積算
が停止されてその積算値が０にリセットされる。

このルーチンのその後の処理において、ステップ102か
らステップ111へ進むと、フラグｆは１にセットされて
いるため、ステップ112において、タイマが起動されて
から４分経過したか否かが判定される。４分経過前、こ
のルーチンはこのまま終了するが、フィルタの再生が始
まって４分経過するとステップ113へ進み、フィルタの
再生処理が終了する。すなわち、第１および第２切換弁
31,32が第１および第２のバイパス管21,24を閉塞し、電
気ヒータ41への通電が停止される。またタイマが停止さ
れるとともにリセットされ、フラグF,fが０にリセット
される。

以上のように、フィルタ再生時、従来フィルタ15を裏面
15b側から加熱して表面15a上のパティキュレートを着火
させていたのに対し、本実施例では裏面15b上のパティ
キュレートの燃焼熱を利用して表面15a上のパティキュ
レートを着火させており、パティキュレートは、堆積量
が少なくても短時間で確実に着火する。したがって、バ
ッテリ43の消費電力は少なくなり、バッテリ43の負担は
軽減し、その耐久性が向上する。また電気ヒータ41の通
電時間が短くなることにより、このヒータ41の耐久性が
改善される。さらに本実施例によれば、フィルタ上のパ
ティキュレート捕集量が少なくてもフィルタの再生がで
きるので、排気系の背圧が従来よりも小さくなり、この
結果、燃費および過渡時におけるエンジン出力が向上す
る。また、フィルタの再生処理時間、すなわち第２切換
弁32を半開にする（第５図）時間が短くなるので、大部
分の排気ガスがフィルタ15を通ることなく大気中へ放出
される時間が短くなり、パティキュレート捕集率が増加
する。

第７図は、電気ヒータ41に通電してフィルタ上のパティ
キュレートを燃焼させる状態の他の例、すなわち第２実
施例を示す。すなわち、第１切換弁31は第１のバイパス
管21と排気管13を所定の開度で開放し、また第２切換弁
32は第２のバイパス管24を開放するとともに排気管13の
第２および第４連結部23,26を遮断している。この例に
よっても、一部の排気ガスを電気ヒータ41側からフィル
タ15へ流入させることができ、第２〜５図の第１実施例
と同様な効果が得られる。

第８図は第３実施例を示す。この実施例において、第１
切換弁31は第３連結部25に設けられて第２のバイパス管
24を開閉し、また第２切換弁32は第２連結部23に設けら
れて第１のバイパス管21を開閉する。これらの第１およ
び第２切換弁31,32の開閉動作は上記第１実施例と同じ
であり、この第３実施例によっても第１実施例と同様な
効果が得られる。

なお、電気ヒータ41をフィルタ15のエンジン11側に配設
し、フィルタ15に対して排気ガスを、パティキュレート
捕集時マフラー16側から流入させ、かつフィルタ再生時
エンジン11側から流入させる排気系にも、本発明は適用
される。

〔発明の効果〕

以上のように本発明によれば、フィルタ上のパティキュ
レートの着火が容易となり、加熱手段のエネルギ源の負
担を軽減させると共に加熱手段の耐久性を向上させるこ
とが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は発明の構成図、 第２図は第１実施例におけるパティキュレート捕集状態
を示す断面図、 第３図は第１実施例においてフィルタ再生前排気ガスを
逆流させた状態を示す断面図、 第４図はフィルタを拡大して示す断面図、 第５図は第１実施例におけるフィルタ再生時を示す断面
図、 第６図は切換弁および電気ヒータの制御ルーチンを示す
フローチャート、 第７図は第２実施例におけるフィルタ再生時を示す断面
図、 第８図は第３実施例においてフィルタ再生前排気ガスを
逆流させた状態を示す断面図である。 15…フィルタ、21…第１のバイパス管、24…第２のバイ
パス管、31…第１切換弁、32…第２切換弁、41…電気ヒ
ータ、51…制御回路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】排気ガスに含まれるパティキュレートを捕
   集するフィルタと、このフィルタに対し、パティキュレ
   ート捕集時における排気ガスの流動方向の下流側に設け
   られ、フィルタ再生時パティキュレートを着火させるた
   めの加熱手段とを備え、パティキュレートの捕集時の排
   気流れ方向と逆方向から再生用ガスを供給してフィルタ
   を再生させるディーゼルエンジンの排気浄化装置におい
   て、少なくとも再生初期の所定時間にわたり排気ガスを
   捕集時の排気流れ方向と逆方向から流入させる排気ガス
   流制御手段を有し、前記所定時間経過した後、前記加熱
   手段を作動させることを特徴とするディーゼルエンジン
   の排気浄化装置。