JPH08121146A - ディーゼル機関の排気微粒子除去装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 捕集量が過捕集となったときにも、フィルタ
の割れ等による損傷や溶損等の破損がないこと。 【構成】 ディーゼル機関１の排気管３内のフィルタ２
に捕集された微粒子がヒータ６にて着火され、エアポン
プ５で再生ガスが供給される。温度センサ７で検出され
たフィルタ２の温度が予め設定された温度に達した時点
でリレー８によりエアポンプ５の作動が停止され、その
後、フィルタ２の温度が予め設定された温度に下降する
までの時間がＥＣＵ１０により計測される。この時間に
基づいて予め設定された周期によりＥＣＵ１０でリレー
８が制御される。これにより、本実施例装置は、再生初
期の燃焼温度の遷移状態に基づく最適な再生ガスの供給
制御を行うことができ、過捕集による異常高温でのフィ
ルタ割れや溶損等の破損を防止して、信頼性及び耐久性
を向上することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、排気中の微粒子を捕集
するフィルタの破損を防止するディーゼル機関の排気微
粒子除去装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、環境汚染防止の観点から、ディー
ゼル機関の排気中に多く含まれるカーボン等の微粒子が
大気中に放出されるのを防止しようとする気運が高まっ
ている。この微粒子を処理するものとして、微粒子の捕
集量をフィルタの前後差圧によって検出し、フィルタの
再生に最適な捕集量差圧に達したら、電気ヒータ及び再
生エア供給機器等を作動させ微粒子を燃焼させフィルタ
を再生させるディーゼル機関の排気微粒子除去装置が一
般に知られている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、捕集量検出
誤差や捕集量検出機器そのものの不具合があったり、運
転パターンによる微粒子性状の違いなどによる過捕集と
なってフィルタ再生時の燃焼温度が所定の温度を越えて
しまうとフィルタが破損するという不具合があった。

【０００４】そこで、この発明は、かかる不具合を解決
するためになされたもので、捕集量が過捕集となったと
きにも、フィルタの割れ等による損傷や溶損等の破損が
なく、信頼性及び耐久性に優れたディーゼル機関の排気
微粒子除去装置の提供を課題としている。

【０００５】

【課題を解決するための手段】請求項１にかかるディー
ゼル機関の排気微粒子除去装置は、ディーゼル機関の排
気通路内に設けられ排気中の微粒子を捕集するフィルタ
と、前記フィルタの上流側に設置され、前記フィルタに
捕集された微粒子に着火する着火手段と、前記フィルタ
を再生する際の再生ガスを前記フィルタ内に供給する再
生ガス供給手段と、前記フィルタの温度を検出する温度
検出手段と、前記再生ガス供給手段を作動または停止す
る作動／停止手段と、前記温度検出手段で検出される前
記フィルタの温度が予め設定された温度に達した時点に
て前記再生ガス供給手段の作動を前記作動／停止手段に
より停止させ、その停止時からその後に前記温度検出手
段で検出される前記フィルタの温度が予め設定された温
度に下降するまでの時間を計測する時間計測手段と、前
記時間計測手段で計測された時間に基づいて予め設定さ
れた周期により前記作動／停止手段を制御する制御手段
とを具備するものである。

【０００６】請求項２にかかるディーゼル機関の排気微
粒子除去装置は、請求項１の具備する手段に加えて、前
記温度検出手段が前記フィルタ内部に挿設され、その位
置を前記着火手段の設置されている側の前記フィルタの
端面近傍及び中心部近傍とするものである。

【０００７】

【作用】請求項１においては、ディーゼル機関の排気通
路内に設けられたフィルタに捕集された微粒子に着火手
段にて着火されると共に再生ガス供給手段で再生ガスが
フィルタ内に供給される。温度検出手段で検出されたフ
ィルタの温度が予め設定された温度に達した時点で作動
／停止手段により再生ガス供給手段の作動が停止され、
その停止時からその後にフィルタの温度が予め設定され
た温度に下降するまでの時間が時間計測手段により計測
される。この計測される時間はフィルタの捕集量が多い
程長く、捕集量が少ない程短いことから再生初期に捕集
量を推定することができる。そして、捕集量が少ないと
きには再生ガスを連続供給してもフィルタは破損温度に
達することがなく、捕集量が多いときには燃焼温度を抑
制するため再生ガスを間欠供給することでフィルタは異
常高温に至ることがない。したがって、時間計測手段で
計測された時間に基づいて予め設定された周期により制
御手段で作動／停止手段が制御される。

【０００８】請求項２のディーゼル機関の排気微粒子除
去装置の温度検出手段は、請求項１の作用に加えて、そ
の挿設位置をフィルタ内部で着火手段が配置されている
側の端面近傍及び中心部近傍としている。このため、再
生初期に補集量を推測することができる。

【０００９】

【実施例】以下、本発明を具体的な実施例に基づいて説
明する。

【００１０】図１は本発明の一実施例にかかるディーゼ
ル機関の排気微粒子除去装置を示す概略構成図である。

【００１１】図１において、１はディーゼル機関であ
り、２はディーゼル機関１の排気通路としての排気管３
の途中に設けられ排気中の微粒子を捕集するフィルタで
ある。４はフィルタ２を再生時に排気から隔離するため
のバイパス管である。５は排気隔離後にフィルタ２を再
生するための再生ガスを供給する再生ガス供給手段とし
てのエアポンプ、６はフィルタ２に捕集された微粒子を
加熱して再生する着火手段としてのヒータである。７は
フィルタ２の温度を検出する温度検出手段としてのサー
ミスタからなる温度センサ、１０は温度センサ７からの
信号によりエアポンプ５を作動または停止する作動／停
止手段としてのリレー８及びヒータ６を作動または停止
する作動／停止手段としてのリレー９を制御する制御手
段としてのＥＣＵ（Electronic Control Unit:電子制御
装置）である。

【００１２】バイパス管４の上流側及び下流側と排気管
３との接続部分にはそれぞれ排気切換弁４ａ，４ｂが設
けられている。また、排気管３とバイパス管４の上流側
との接続部分より下流側でフィルタ２の上流側には再生
時に再生ガスを供給する再生ガス供給管１１が設けら
れ、この再生ガス供給管１１の途中には再生ガス供給弁
１１ａが設けられている。そして、フィルタ２の下流側
で排気管３とバイパス管３の下流側との接続部分より上
流側には再生ガスを排気するための再生ガス排気管１２
が設けられ、この再生ガス排気管１２の途中には再生ガ
ス排気弁１２ａが設けられている。更に、排気管３内の
圧力を計測するためフィルタ２の上流及び下流の排気管
３にはそれぞれ圧力センサ１３，１４が配設され、ディ
ーゼル機関１には機関回転数センサ１５及び吸入空気量
センサ１６が配設されている。各種センサ、エアポンプ
５、ヒータ６、排気切換弁４ａ，４ｂ等はＥＣＵ１０と
電気的に接続されている。

【００１３】次に、その作用について説明する。

【００１４】図１に実線で示す状態において、ディーゼ
ル機関１から排出された排気中の微粒子は、吸気管３内
の途中に設けられたフィルタ２で捕集される。このフィ
ルタ２における微粒子の捕集量が所定値に達したと判定
されると、排気切換弁４ａ，４ｂが、図１に実線で示す
状態から破線で示す状態に切換えられ、排気がバイパス
管４を通過する状態となる。次に、エアポンプ５及びヒ
ータ６がリレー８，９により作動され、再生ガス供給弁
１１ａ及び再生ガス排気弁１２ａが図１に実線で示す閉
状態から破線で示す開状態に切換えられ、再生ガスによ
るフィルタ２の再生が開始される。なお、微粒子の捕集
量の判定は、圧力センサ１３，１４、温度センサ７、機
関回転数センサ１５及び吸入空気量センサ１６等からの
信号に基づいてＥＣＵ１０で行われる。

【００１５】次に、温度センサ７でフィルタ２の燃焼温
度が検出され、所定の温度に達したらエアポンプ５によ
る再生ガスの供給がリレー８により一旦停止される。エ
アポンプ５が停止され燃焼温度が所定の温度をオーバシ
ュートしたのち所定の温度まで低下する再生初期の燃焼
温度遷移に対する経過時間に基づいて、こののち再生ガ
スを連続で供給するかまたは間欠で供給するかが決定さ
れ、ＥＣＵ１０によりエアポンプ５のリレー８がＯＮ／
ＯＦＦ制御される。なお、ヒータ６は所定の時間経過し
たのちリレー９により停止される。再生終了後は、再生
ガス供給弁１１ａ及び再生ガス排気弁１２ａが図１に破
線で示す開状態から実線で示す閉状態に切換えられると
共にエアポンプ５の作動が停止され再生ガスの供給が停
止される。そして、排気切換弁４ａ，４ｂが、図１に破
線で示す状態から実線で示す状態に切換えられ、ディー
ゼル機関１からの排気ガスは通常の排気管３内のフィル
タ２を通過する状態となる。

【００１６】次に、本発明の一実施例にかかるディーゼ
ル機関の排気微粒子除去装置で使用されているＥＣＵ１
０内のＣＰＵの処理手順を図２のフローチャートに基づ
き、図３、図４、図５及び図６を参照して説明する。な
お、図３及び図４はフィルタ再生時の時間ｔとフィルタ
温度Ｔとの関係を示す特性図、図５はフィルタ２の捕集
量と時間ｔx との関係を示す特性図、図６は時間ｔx と
再生ガス供給の周期（ｔoff ／ｔon）との関係を示す特
性図である。

【００１７】上述したように微粒子の捕集量に基づいて
フィルタ２の再生開始と判定されると、排気切換弁４
ａ，４ｂ、再生ガス供給弁１１ａ及び再生ガス排気弁１
２ａ、エアポンプ５、ヒータ６が作動され、フィルタ２
内に捕集された微粒子の燃焼が開始される。そして、ス
テップＳ１０１で、温度センサ７で検出されるフィルタ
温度Ｔが所定の温度Ｔ0 以上であるかが判定される。フ
ィルタ温度Ｔが所定の温度Ｔ0 以上となるまで待って、
ステップＳ１０２に移行し、エアポンプ５の作動が一旦
停止され再生ガスの供給が停止される。再生ガスの供給
が停止されると、図３及び図４に示すように、フィルタ
温度Ｔは所定の温度Ｔ0 を越えオーバシュートしたの
ち、酸素不足と放熱により低下する。そして、ステップ
Ｓ１０３で、フィルタ温度Ｔが所定の温度Ｔ1 以下であ
るかが判定される。フィルタ温度Ｔが所定の温度Ｔ1 を
越えた状態からその温度Ｔ1 以下となるまで待って、ス
テップＳ１０４に移行し、フィルタ温度Ｔが所定の温度
Ｔ0 を越えて所定の温度Ｔ1 以下となるまでの時間ｔx
（図３に示すｔ1 、図４に示すｔ2 ）が計測される。

【００１８】ここで、所定の温度Ｔ0 は６００〜８００
℃が望ましい。これは、排気中の微粒子の燃焼開始温度
が約６００℃であり、６００℃以上であればヒータ６の
輻射熱の影響等を受けずに微粒子そのものの燃焼温度を
検出することができるからである。また、捕集量が過多
のときでも、８００℃以下で再生ガスの供給を停止すれ
ばフィルタ２が破損の許容温度である１０００℃を越え
ないことが発明者の実験等により分かっているからであ
る。

【００１９】また、フィルタ２における微粒子の捕集量
が多い程、燃焼時の発熱量は大きく、６００〜８００℃
ではその発熱量の差が顕著に現れ、この温度範囲におけ
る温度上昇率は捕集量が多い程高い。また、時間ｔx も
発熱量の差により捕集量が多い程長く、捕集量が少ない
程短く、図５に示すように、捕集量と時間ｔx とには相
関関係がある。したがって、時間ｔx を計測することに
より捕集量の推定が可能となる。

【００２０】次にステップＳ１０５に移行して、図６
（ａ）に示す時間ｔx と再生ガス供給の周期（ｔoff ／
ｔon）との関係を示すマップから、ステップＳ１０４で
計測された時間ｔx に応じて、周期（ｔoff ／ｔon）が
決定される。ここで、図６（ｂ）に示すように、ｔoff
は再生ガスの供給停止（ＯＦＦ）時間、ｔonは再生ガス
の供給（ＯＮ）時間である。次にステップＳ１０６に移
行して、ステップＳ１０５で決定された再生ガス供給の
周期（ｔoff ／ｔon）に基づいてエアポンプ５が作動さ
れ、後述の再生ガス供給制御処理が実行され、本プログ
ラムを終了する。

【００２１】ここで、上記ステップＳ１０６の再生ガス
供給の周期（ｔoff ／ｔon）に基づく再生ガス供給制御
処理について詳細に説明する。

【００２２】フィルタ温度Ｔが所定の温度Ｔ0 から所定
の温度Ｔ1 となるまでの時間ｔx が時間ｔ1 （図３参
照）であり、図６（ａ）に示す連続エアと間欠エアとの
分岐時間ｔ0 より短いならば再生ガスを連続して供給し
てもフィルタ２に対して許容温度以下が維持できる。こ
のため、図３のフィルタ温度Ｔが温度Ｔ1 以後において
は時間ｔ1 に応じた連続エア制御が実施される。一方、
フィルタ温度Ｔが所定の温度Ｔ0 から所定の温度Ｔ1 と
なるまでの時間ｔx が時間ｔ2 （図４参照）であり、図
６（ａ）に示す連続エアと間欠エアとの分岐時間ｔ0 よ
り長いならばフィルタ２に対して許容温度を越えず燃残
りも極力少なくなるような周期（ｔoff ／ｔon）が決定
される。このため、図４のフィルタ温度Ｔが温度Ｔ1 以
後においては時間ｔ2 に応じた間欠エア制御が実施され
る。

【００２３】このように、本実施例のディーゼル機関の
排気微粒子除去装置は、ディーゼル機関１の排気通路と
しての排気管３内に設けられ排気中の微粒子を捕集する
フィルタ２と、フィルタ２の上流側に設置され、フィル
タ２に捕集された微粒子に着火するヒータ６からなる着
火手段と、フィルタ２を再生する際の再生ガスをフィル
タ２内に供給するエアポンプ５からなる再生ガス供給手
段と、フィルタ２の温度を検出する温度センサ７からな
る温度検出手段と、前記再生ガス供給手段を作動または
停止するリレー８からなる作動／停止手段と、前記温度
検出手段で検出されるフィルタ２の温度が予め設定され
た温度に達した時点にて前記再生ガス供給手段の作動を
前記作動／停止手段により停止させ、その停止時からそ
の後に前記温度検出手段で検出されるフィルタ２の温度
が予め設定された温度に下降するまでの時間ｔx を計測
するＥＣＵ１０にて達成される時間計測手段と、前記時
間計測手段で計測された時間ｔx に基づいて予め設定さ
れた周期（ｔoff ／ｔon）により前記作動／停止手段を
制御するＥＣＵ１０にて達成される制御手段とを具備す
るものであり、これを請求項１の実施例とすることがで
きる。

【００２４】したがって、ディーゼル機関１の排気管３
内に設けられたフィルタ２に捕集された微粒子がヒータ
６にて着火されると共にエアポンプ５で再生ガスがフィ
ルタ２内に供給される。温度センサ７で検出されたフィ
ルタ２の温度が予め設定された温度に達した時点でリレ
ー８によりエアポンプ５の作動が停止され、その停止時
からその後にフィルタ２の温度が予め設定された温度に
下降するまでの時間ｔx がＥＣＵ１０により計測され
る。この計測される時間ｔx はフィルタ２の捕集量が多
い程長く、捕集量が少ない程短いことから再生初期に捕
集量を推定することができる。つまり、捕集量が少ない
ときには再生ガスを連続供給してもフィルタ２は破損温
度に達することがなく、捕集量が多いときには燃焼温度
を抑制するため再生ガスを間欠供給することでフィルタ
２は異常高温に至ることが防止される。そして、ＥＣＵ
１０で計測された時間ｔx に基づいて予め設定された周
期（ｔoff ／ｔon）によりＥＣＵ１０でリレー８が制御
される。

【００２５】故に、本実施例のディーゼル機関の排気微
粒子除去装置は、再生初期の燃焼温度の遷移状態に基づ
き、最適な再生ガスの供給制御を行うことにより、過捕
集による異常高温でのフィルタ割れや溶損等の破損を防
止することができ、信頼性及び耐久性に優れたものとな
る。

【００２６】また、本実施例のディーゼル機関の排気微
粒子除去装置は、温度センサ７からなる温度検出手段
が、フィルタ２内部に挿設され、その位置をヒータ６か
らなる着火手段の設置されている側のフィルタ２の端面
近傍及び中心部近傍とするものであり、これを請求項２
の実施例とすることができる。

【００２７】したがって、温度センサ７の挿設位置をフ
ィルタ２内部でヒータ６が配置されている側の端面近傍
及び中心部近傍としている。このため、フィルタ２の再
生初期に補集量を推定することができる。。

【００２８】故に、正確な燃焼温度に基づいたフィルタ
再生においては最適な再生ガスの供給制御を行うことが
でき、過捕集による異常高温でのフィルタ割れや溶損等
の破損を防止することができ、信頼性及び耐久性に優れ
たものとなる。

【００２９】ところで、上記実施例の構成におけるフィ
ルタ２としては排気管３途中に単独に設けたものとした
が、本発明を実施する場合には、これに限定されるもの
ではなく、複数のフィルタを排気管内に並列に設けてフ
ィルタを交互に切換再生するようにしたものであっても
よい。

【００３０】また、上記実施例の再生ガス供給手段はエ
アポンプ５、それを連続または間欠制御するための作動
／停止手段はリレー８としたが、本発明を実施する場合
には、これに限定されるものではなく、コンプレッサか
らの再生ガスを電磁弁により連続または間欠制御する構
成等、再生ガスの供給を連続または間欠制御できるもの
であればよい。

【００３１】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１のディー
ゼル機関の排気微粒子除去装置によれば、再生時期の判
定に基づき着火手段と再生ガス供給手段とが作動／停止
手段にて作動されフィルタに捕集された微粒子の燃焼が
開始され、温度検出手段で検出されるフィルタの燃焼温
度が所定の温度に達すると再生ガス供給手段が停止さ
れ、その時点から燃焼温度が所定の温度まで下降する時
間が時間計測手段にて計測され、その計測された時間に
基づき制御手段で予め設定された周期により作動／停止
手段が制御される。つまり、フィルタ再生の際に、フィ
ルタの燃焼温度は所定の温度に達したのち、再生ガスの
供給が停止されると燃焼温度は一旦上昇し、その後、酸
素不足や放熱等により下降する。この再生ガスの供給を
停止してからフィルタの燃焼温度が所定値まで下降する
時間は、捕集量が多い程長く、捕集量が少ない程短いの
で、この時間を計測することで再生初期に捕集量を推定
することが可能である。そして、この時間が所定値より
短いときには、再生ガスを連続供給してもフィルタ破損
温度に達しない捕集量と判断し、再生ガスが連続供給さ
れる。一方、この時間が所定値より長いときには、燃焼
温度を抑制するため再生ガスが予め設定された周期によ
り間欠供給される。このような再生ガス間欠供給制御に
より、再生ガス停止中の酸素不足と放熱により再生温度
を抑制しつつ、断続的に再生ガスを供給することでフィ
ルタが異常高温に至ることなく再生を完了することがで
きる。このような再生初期の燃焼温度遷移により捕集量
を推定しその捕集量に応じた再生ガス供給制御を行うこ
とができ、過捕集時の高温燃焼によるフィルタの割れや
溶損等の破損の防止が可能となり信頼性及び耐久性に優
れたものとすることができる。

【００３２】請求項２のディーゼル機関の排気微粒子除
去装置によれば、請求項１の効果に加えて、温度検出手
段の挿設位置をフィルタ内部で着火手段が配置されてい
る側の端面近傍及び中心部近傍としている。このため、
フィルタの再生初期に補集量を推定することができる。
これにより、最適な再生ガスの供給制御を行うことがで
き、過捕集による異常高温でのフィルタ割れや溶損等の
破損を防止することができ、信頼性及び耐久性に優れた
ものとすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 図１は本発明の一実施例にかかるディーゼル
機関の排気微粒子除去装置を示す概略構成図である。

【図２】 図２は本発明の一実施例にかかるディーゼル
機関の排気微粒子除去装置で使用されているＥＣＵ内の
ＣＰＵの処理手順を示すフローチャートである。

【図３】 図３は本発明の一実施例にかかるディーゼル
機関の排気微粒子除去装置におけるフィルタ再生時の時
間ｔとフィルタ温度Ｔとの関係を示す特性図である。

【図４】 図４は本発明の一実施例にかかるディーゼル
機関の排気微粒子除去装置におけるフィルタ再生時の時
間ｔとフィルタ温度Ｔとの関係を示す特性図である。

【図５】 図５は本発明の一実施例にかかるディーゼル
機関の排気微粒子除去装置におけるフィルタの捕集量と
時間ｔx との関係を示す特性図である。

【図６】 図６は本発明の一実施例にかかるディーゼル
機関の排気微粒子除去装置における時間ｔx と再生ガス
供給の周期（ｔoff ／ｔon）との関係を示す特性図であ
る。

【符号の説明】

１ ディーゼル機関 ２ フィルタ ３ 排気管 ４ バイパス管 ４ａ，４ｂ 排気切換弁 ５ エアポンプ ６ ヒータ ７ 温度センサ ８，９ リレー １０ ＥＣＵ（電子制御装置） １１ 再生ガス供給管 １１ａ 再生ガス供給弁 １２ 再生ガス排気管 １２ａ 再生ガス排気弁 １３，１４ 圧力センサ １５ 機関回転数センサ １６ 吸入空気量センサ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ディーゼル機関の排気通路内に設けられ
   排気中の微粒子を捕集するフィルタと、 前記フィルタの上流側に設置され、前記フィルタに捕集
   された微粒子に着火する着火手段と、 前記フィルタを再生する際の再生ガスを前記フィルタ内
   に供給する再生ガス供給手段と、 前記フィルタの温度を検出する温度検出手段と、 前記再生ガス供給手段を作動または停止する作動／停止
   手段と、 前記温度検出手段で検出される前記フィルタの温度が予
   め設定された温度に達した時点にて前記再生ガス供給手
   段の作動を前記作動／停止手段により停止させ、その停
   止時からその後に前記温度検出手段で検出される前記フ
   ィルタの温度が予め設定された温度に下降するまでの時
   間を計測する時間計測手段と、 前記時間計測手段で計測された時間に基づいて予め設定
   された周期により前記作動／停止手段を制御する制御手
   段とを具備することを特徴とするディーゼル機関の排気
   微粒子除去装置。
2. 【請求項２】 前記温度検出手段は、前記フィルタ内部
   に挿設され、その位置を前記着火手段の設置されている
   側の前記フィルタの端面近傍及び中心部近傍とすること
   を特徴とする請求項１に記載のディーゼル機関の排気微
   粒子除去装置。