JPH07224636A - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 パティキュレートフィルタの再生時期を正確
に判定するために、パティキュレートの堆積量を推定す
る差圧計への圧力導入管が詰まるのを防止する。 【構成】 差圧計４への圧力導入管１１の先端部分が排
気管２内へ挿入されており、開口１１ａの付近や挿入部
分１１ｂが排気の熱を吸収して高温に保持される。従っ
てパティキュレートが熱泳動現象によって開口１１ａの
付近や挿入部分１１ｂの管内に付着しなくなる。その
他、排気脈動による侵入付着を防止するために脈動吸収
室を設ける例もある。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、内燃機関に設けられる
排気浄化装置に係り、特に、ディーゼル機関の排気浄化
装置に使用されるパティキュレートフィルタにおけるパ
ティキュレートの捕集量を常に正確に把握することがで
きるようにした排気浄化装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば、ディーゼル機関の排気中には排
気微粒子、即ちパティキュレートが多く含まれているた
め、機関の排気系にはこのパティキュレートを捕集する
ためのパティキュレートフィルタ（以下、フィルタと呼
ぶ。なお、図中では略号としてＤＰＦを用いる。）が装
着されている。ところで、このフィルタは例えばセラミ
ック材に代表されるような耐熱材であって、しかも通気
性のある多孔質の材料から形成されており、使用に伴っ
てその内部に堆積するパティキュレートの量が増えると
通気性が次第に損なわれ、捕集効率や機関出力も低下す
ることになるためパティキュレート捕集量に応じて定期
的に再生されなければならない。

【０００３】ここで、このフィルタの再生とは、フィル
タの端面の近傍に設けた電気ヒータ等の加熱手段を加熱
することにより、堆積したパティキュレートに着火して
燃焼させ、再びフィルタの通気性とパティキュレートの
捕集能力を回復させることを意味する。

【０００４】ところで、このフィルタの再生時期は堆積
したパティキュレートの量（捕集量）に対応するため、
一般にフィルタ前後の差圧の大きさによって判定される
が、図３に示されるような従来の圧力導入部の形状で
は、使用しているうちに圧力検出のための圧力導入管入
口部分Ａに次第にパティキュレートが付着、堆積してく
る。このような状態のまま使用していると目詰まりを起
こすことがあり、目詰まりを起こすと、圧力の検出を正
確に行うことができなくなる。その結果、演算による捕
集量の誤差が大きくなり、実際の捕集量が少ないと加熱
手段によるパティキュレートへの着火が不完全となって
燃え残りが生じたり、逆に捕集量が多いとパティキュレ
ートの燃焼による発熱量が過大となって、フィルタに溶
損が発生したりする場合がある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】そこで本発明は、圧力
導入管に詰まりが生じることがなく、常に良好に圧力の
検出を行なうことができる排気浄化装置を提供すること
を目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】一般にパティキュレート
のような微粒子が排気ガスのような高温の気体中に浮遊
状態で含まれている場合には、その気体に接触する管壁
のような周囲の壁面の温度が低いと、気体と壁面との間
に生ずる温度勾配により、低温の管壁に微粒子が引き寄
せられるという「熱泳動現象」が発生して、微粒子が壁
の表面に付着することが知られている。

【０００７】従来の圧力導入管におけるパティキュレー
ト付着のメカニズムを考えた場合、圧力導入管の管壁は
走行風等によって冷却されて低温になっているため、排
気脈動によって圧力導入管内へ侵入してきたパティキュ
レートは、前述の熱泳動現象により管壁に引き寄せられ
ることになり、その結果、管壁にパティキュレートが付
着・堆積するものと考えられる。従って、パティキュレ
ートが侵入してくる部分の管壁の温度を高温状態に維持
すれば熱泳動現象が起きにくくなり、パティキュレート
の付着・堆積を防ぐことができることになる。

【０００８】そこで、発明者らは圧力導入管にパティキ
ュレートが排気脈動によって侵入してくる距離と圧力導
入管の内径との関係を調べてみた。その結果を図２に示
す。この実験結果から発明者らは、圧力導入管の内径が
大きくなるにつれてパティキュレートの侵入してくる距
離が長くなることを見出した。即ち、圧力導入管の詰ま
りを防ぐためには、その内径が大きい場合には高温に維
持する導入管の長さを長くする必要がある。さらにパテ
ィキュレートが慣性力によって圧力導入管内へ侵入する
のを防ぐために、導入管の入口開口部を排気ガスの流れ
に対して下流方向に、あるいは垂直方向に向けるととも
に、ある一定長さ以上排気管に挿入されていることが望
ましい。

【０００９】以上の考察の上に立脚して上記目的を達成
するために、本発明による第１の解決手段においては、
内燃機関の排気系に設けられパティキュレートを捕集す
るフィルタを備え、フィルタ再生時に加熱手段によって
捕集されたパティキュレートに着火すると共に、フィル
タにフィルタ再生用ガスを導入してパティキュレートを
焼却する排気浄化装置であって、パティキュレート捕集
時にフィルタの前後の差圧を検出する手段と、検出され
た値から捕集量を演算する手段を有し、特に圧力を検出
するための圧力導入管の先端の入口部を排気ガスに接触
させて、入口部の管壁温度を高温に保つことができるよ
うに、内径に応じて定まる長さ以上の先端部分を排気管
内に挿入し、さらに先端部分の入口開口を排ガスの流れ
に対して、下流側、あるいは垂直方向に向けたことを特
徴とする排気浄化装置を提供する。

【００１０】ところで、圧力導入管内へパティキュレー
トが侵入してくる原因は、熱泳動現象やパティキュレー
トに作用する慣性力のほかに、前述のように排気脈動に
よるものが考えられる。排気脈動によるパティキュレー
トの侵入を防ぐためには、排気管から圧力導入管への入
口において排気脈動を吸収すれば、圧力導入管内へのパ
ティキュレートの付着・堆積を防止することができる。

【００１１】以上の考察の上に立脚して上記目的を達成
するため、本発明による第２の解決手段においては、内
燃機関の排気系に設けられパティキュレートを捕集する
フィルタを備え、フィルタ再生時に加熱手段によって捕
集されたパティキュレートに着火すると共に、フィルタ
にフィルタ再生用ガスを導入してパティキュレートを焼
却する排気浄化装置であって、パティキュレート捕集時
にフィルタの前後の差圧を検出する手段と、その検出さ
れた値から捕集量を演算する手段を有し、特に圧力を検
出するための圧力導入管と排気管との間に排気脈動を吸
収することができるように脈動吸収室を設けたことを特
徴とする排気浄化装置を提供する。

【００１２】

【作用】第１の解決手段による排気浄化装置において
は、フィルタの前後差圧を検出するための圧力導入管の
入口部が、外側から接触する排気ガスによって加熱され
て高温となるために熱泳動現象が発生しにくくなる上
に、導入管の長さがパティキュレートの侵入する長さ以
上となっているので、導入管内にパティキュレートが付
着・堆積することが少なくなり、常に詰りのない圧力導
入管によって、良好に圧力を検出することが可能にな
る。

【００１３】第２の解決手段による排気浄化装置におい
ては、フィルタの前後差圧を検出するための圧力導入管
の入口部が、脈動吸収室を介して排気管に接続されてい
るために、排気ガスの脈動が圧力導入管へ伝わらないの
で、脈動によってパティキュレートが侵入することがな
く、パティキュレートが圧力導入管内に付着・堆積する
こともない。従ってこの場合も常に詰りのない圧力導入
管によって良好に圧力を検出することができる。

【００１４】

【実施例】以下、排気浄化装置の概略的構成を示す図１
を参照して本発明の第１実施例の全体構成を説明する。
図１において、１ａ及び１ｂは並列に接続されてパティ
キュレートを捕集するフィルタ、２はパティキュレート
捕集時に、エンジン本体３からの排気ガスをフィルタ１
に導く排気管である。パティキュレート捕集時において
エンジン本体３からの排気ガスを例えばフィルタ１ａに
導くと共に、フィルタ再生時においては排気ガスをもう
一方のフィルタ１ｂに導いてフィルタ１ａを迂回させる
ための排気制御弁５ａ，５ｂが設けられており、この排
気制御弁５ａ，５ｂは制御回路（ＥＣＵ）６によって作
動制御される。

【００１５】パティキュレートの捕集が進み、例えばフ
ィルタ１ａを再生するときには、排気制御弁５ａ，５ｂ
を図１に破線で示す位置へ切り換えて、フィルタ１ａへ
の排気ガスの流入を遮断するとともに、排気ガスの全量
をもう一方のフィルタ１ｂへ導入する。このときにパテ
ィキュレートを燃焼させるための再生ガス（例えば二次
空気）をフィルタ１ａの排気下流側（以下、下流側と呼
ぶ）へ供給するエアポンプ７が設けられており、これに
は、フィルタ１ａの下流側端面近傍に配置されているフ
ィルタ加熱手段としての電気ヒータ８ａと共に電力が供
給される。フィルタ１ｂの下流側端面近傍には電気ヒー
タ８ｂが配置されており、フィルタ１ｂが再生されると
きには、電気ヒータ８ｂに電力が供給される。また、エ
アポンプ７はＥＣＵ６により切り換え制御される切換弁
９ａを介してその時に再生処理を行うフィルタ１ａ又は
１ｂの下流側へ再生ガスを供給する。再生ガス流量は、
やはりＥＣＵ６によって可変制御されるようになってい
る。フィルタ１ａ又は１ｂにおいてパティキュレートを
焼却することによって発生する燃焼ガスは、それらの上
流側からＥＣＵ６によって切り換え制御される切換弁９
ｂを通って外部へ放出される。

【００１６】ところで、フィルタ１ａが再生処理を必要
としているか否かの判定には、捕集されたパティキュレ
ートの量を直接に計量することが難しいので、前述のよ
うにフィルタ前後の差圧を測定する方法が一般的に行わ
れている。従って、制御回路６には、差圧計４によって
計測されるフィルタ前後の差圧信号が入力される。その
ために、差圧計４には、フィルタ１ａ及び１ｂの上流側
と下流側に接続された圧力導入管１１及び１２によって
圧力が導入される。なお、制御回路６には、差圧信号の
他に、現在のエンジンの運転状態を示す各種の信号等も
入力されるが、本発明には直接関係がないため、これら
についての説明を省略する。そして、制御回路６はこれ
ら各種センサから得られた運転情報に基づいてエンジン
制御を実行したり、フィルタ１ａ，１ｂに関して言え
ば、フィルタの再生時期を判断したり、フィルタの再生
処理を実行したりする。

【００１７】以下、本発明及び第１実施例の大きな特徴
であるフィルタ前後差圧検出用の圧力導入管に関して説
明する。エンジン運転時には、フィルタの上流側の圧力
導入管１１の先端部に設けられた開口１１ａよりパティ
キュレートが排気脈動により侵入し、前述のように、こ
のパティキュレートは熱泳動現象により導入管１１の管
壁に付着・堆積する。さらに、パティキュレートの侵入
する長さと導入管１１の内径との関係を調査した結果、
図２のように管径が大きいほど侵入長さが大きくなるこ
とがわかった。従って第１実施例では、少くとも圧力導
入管１１の内径に応じてパティキュレートが侵入してく
る一定の長さだけ、導入管１１の先端開口１１ａに近い
部分１１ｂを排気管２内に挿入して、挿入部分１１ｂを
排気ガスにさらすことにより高温に保持し、熱泳動現象
によるパティキュレートの付着・堆積を防止する。

【００１８】また、排気脈動の他に、パティキュレート
の慣性力による圧力導入管１１内への侵入が考えられる
が、これに対しては圧力導入管の先端部開口１１ａを排
気ガスの流れに対して、下流側あるいは垂直方向に向け
て、導入管の入口部分１１ｂを前述の一定長さ以上挿入
することによって、慣性力の影響をも防ぐことができ
る。以上の観点から、第１実施例では、図４に示すよう
に導入管先端部の開口１１ａが流れに対して下流側に向
かうように、導入管１１の先端の所定長さの挿入部分１
１ｂを排気管２内に支持している。

【００１９】そこで、実際に実施例の効果を調べたとこ
ろ、図３に示す従来の圧力導入管取付形状では、このエ
ンジン本体３とフィルタ１ａ，１ｂを搭載した自動車が
２０００Km走行した状態で、導入管入口部分の開口の近
傍Ａに厚さ０．６〜０．７mm程度のパティキュレートが
堆積したのに対し、図４に示す第１実施例の場合では導
入管の挿入部分１１ｂの先端部開口１１ａの近傍Ａに堆
積した量は厚さ０．１mm程度であることが確認された。

【００２０】図５は本発明の第２実施例の要部を示すも
ので、要部以外の全体構成は図１に示す第１実施例のそ
れと同様なものである。この場合は排気管２内に挿入さ
れた先端が閉塞されている圧力導入管１１の挿入部分１
１ｂの筒面に、開口１１ｃが流れに対し垂直の方向を向
くように形成されている。これにより、差圧計４の検出
値が動圧による影響を受けにくくなるので、より正確に
圧力を検出することが可能になる。

【００２１】図６は本発明の第３実施例の要部を示すも
ので、この場合も第２実施例と同様に排気管２内へ挿入
された圧力導入管１１の挿入部分１１ｂの先端が閉塞さ
れ、先端に近い筒面に、この場合は圧力導入用の開口１
１ｃが複数個設けられている。開口１１ｃが１個の場合
よりも詰まりにくいので、より長時間良好に圧力の検出
を行うことができる。

【００２２】図７は本発明の第４実施例の要部を示すも
ので、この場合は排気管２内に挿入される圧力導入管１
１の挿入部分が１１ｄとして示すようにスパイラル状に
なっている。スパイラル状の挿入部分１１ｄは全長が長
くても巻き上げた長さを短くすることが可能である。な
お第４実施例における先端部開口１１ａは、図４に示し
た第１実施例の場合と同様に、下流側に向う管の末端に
形成されている。

【００２３】以上のように本発明の第１ないし第４実施
例によれば、圧力導入管１１のうちパティキュレートの
侵入してくる先端に近い部分を排気管２内に挿入し、そ
の部分を高温とすることにより、パティキュレートの付
着・堆積を防止することができ、常に良好に圧力の検出
を行うことができる。

【００２４】次に図８に示した本発明の第５実施例につ
いて説明する。先に従来例として説明した図３のよう
に、排気管２に対して圧力導入管を直接取付けた従来例
の場合、エンジンの運転時には、圧力導入管１１へパテ
ィキュレートが排気管２内を流れる排気ガスの脈動によ
り侵入し、拡散により圧力導入管１１の入口部分の管壁
に付着・堆積する。

【００２５】そこで、この原因による導入管壁へのパテ
ィキュレートの付着・堆積を防止するためには、排気脈
動を吸収するための排気消音器のような構造を有する脈
動吸収室１３を圧力導入管と排気管との間に接続すれば
よい。

【００２６】図８は第５実施例としての排気浄化装置の
全体構成を示したものであるが、先に第１実施例として
説明した図１の構成と比べて、脈動吸収室１３を設けた
ことと、エアポンプ７、切換弁９ａ，９ｂ、電気ヒータ
８ａ，８ｂの位置を変更してパティキュレートの焼却を
フィルタ１ａ，１ｂの上流側から行うようにしている点
で異なる。それ以外は先に説明した図１（第１実施例）
と同じであるから、図８についての重複した説明は省略
する。図８に示した脈動吸収室１３は、原理を示すため
に最も簡単な構成を有するもので、圧力導入管１１の入
口部としての開口１１ｅと、排気管２に通じる開口２ａ
とを備えている所定容量の空胴からなっている。

【００２７】そこで、実際に脈動吸収室１３による第５
実施例の効果を調査したところ、図３に示すように排気
管２に圧力導入管１１を直接取付けた従来の場合では、
２０００Km走行後には、圧力導入管１１の入口開口近傍
Ａにパティキュレートが厚さ０．６〜０．７mm付着した
のに対し、図８のような第５実施例では、圧力導入管の
入口部１１ｅに付着したパティキュレートの厚さは０．
１mm程度であることが確認された。

【００２８】図９及び図１０は本発明の第６実施例を示
すものである。この実施例においては、脈動吸収室１３
の室壁１３ａは排気管２の管壁の一部を利用して形成さ
れており、他の室壁１３ｂ，１３ｃ，１３ｄ，１３ｅ，
１３ｆと比較して壁温が高温になっている。そのため
に、排気脈動により開口２ａから脈動吸収室１３内へ侵
入してきたパティキュレートは、壁温の低い室壁１３
ｂ，１３ｃ，１３ｄ，１３ｅ，１３ｆへ「熱泳動現象」
により引き寄せられるので、壁温の高い室壁１１ｄには
パティキュレートは付着しない。そこで、圧力センサへ
の圧力導入管１１の入口部としての開口１１ｆを脈動吸
収室の壁１３ａに設けることにより、圧力導入管入口部
１１ｆにパティキュレートが付着するのを防止すること
ができる。

【００２９】図１１及び図１２は本発明の第７実施例を
示すもので、この実施例においては脈動吸収室１３が邪
魔板１４及び１５によって複数の室に分けられており、
それによって動圧の減衰効果が高められるので、圧力導
入管の入口部１１ｅへのパティキュレートの付着・堆積
を更に確実に防止することができる。

【００３０】

【発明の効果】本発明によれば、排気管からフィルタ前
後の差圧を検出する検出手段への圧力導入管がパティキ
ュレートの付着によって詰まるというトラブルを確実に
回避することができるので、常にフィルタにおけるパテ
ィキュレートの堆積量を正確に推定することが可能にな
り、再生の時期を適確に決めることができる。従ってフ
ィルタが正常な排気浄化作用をすることが保証され、フ
ィルタの再生が不十分になったり、フィルタが溶損した
りする問題も解決する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例としての排気浄化装置の全
体構成図である。

【図２】圧力導入管の内径と導入管内へパティキュレー
トが侵入してくる距離との関係を示す線図である。

【図３】従来の圧力導入部を例示する断面図である。

【図４】本発明の第１実施例の要部である圧力導入管の
先端部開口付近の拡大断面図である。

【図５】本発明の第２実施例の要部である圧力導入管先
端部の開口付近の拡大断面図である。

【図６】本発明の第３実施例の要部である圧力導入管先
端部の開口付近の拡大断面図である。

【図７】本発明の第４実施例の要部である圧力導入管先
端部の開口付近の拡大断面図である。

【図８】本発明の第５実施例としての排気浄化装置の全
体構成図である。

【図９】本発明の第６実施例の要部である脈動吸収室付
近の拡大断面図である。

【図１０】図９のＸ−Ｘ断面図である。

【図１１】本発明の第７実施例の要部を示す拡大断面図
である。

【図１２】図１１のＸII−ＸII断面図である。

【符号の説明】

１ａ，１ｂ…フィルタ ２…排気管 ４…差圧計 ５ａ，５ｂ…排気制御弁 １１…圧力導入管 １１ａ，１１ｃ…開口 １１ｂ…挿入部分 １１ｄ…スパイラル状の挿入部分 １１ｅ，１１ｆ…入口部 １３…脈動吸収室 １３ａ〜１３ｆ…室壁 １４，１５…邪魔板

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｇ０１Ｌ 23/24 23/26 (72)発明者 高木 二郎 愛知県西尾市下羽角町岩谷14番地 株式会 社日本自動車部品総合研究所内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内燃機関の排気系に設けられパティキュ
   レートを捕集するフィルタを備え、フィルタ再生時に加
   熱手段によって捕集されたパティキュレートに着火する
   と共に、フィルタにフィルタ再生用ガスを導入してパテ
   ィキュレートを焼却する排気浄化装置であって、パティ
   キュレートの堆積量を算出するためにフィルタ前後差圧
   の検出手段へフィルタの上流側圧力を導入する管の一部
   分が排気ガスの熱を吸収することができるように、所定
   の長さだけ排気管内に挿入されていることを特徴とする
   排気浄化装置。
2. 【請求項２】 排気管内に挿入された圧力導入管の一部
   分に設けられる開口が、排気ガスの流れに対して、下流
   側あるいは垂直方向を向くように形成されていることを
   特徴とする請求項１記載の排気浄化装置。
3. 【請求項３】 内燃機関の排気系に設けられパティキュ
   レートを捕集するフィルタを備え、フィルタ再生時に加
   熱手段によって捕集されたパティキュレートに着火する
   と共に、フィルタにフィルタ再生用ガスを導入してパテ
   ィキュレートを焼却する排気浄化装置であって、パティ
   キュレートの堆積量を算出するためにフィルタ前後差圧
   の検出手段へフィルタの上流側圧力を導入する管が、脈
   動吸収室を介して排気管に接続されていることを特徴と
   する排気浄化装置。
4. 【請求項４】 脈動吸収室の壁の一面を排気管壁の一部
   によって形成すると共に、この部分に圧力導入管を開口
   させたことを特徴とする請求項３記載の排気浄化装置。