JPH0988552A

JPH0988552A - 内燃機関用排ガス浄化装置

Info

Publication number: JPH0988552A
Application number: JP7242868A
Authority: JP
Inventors: Masao Noguchi; 正夫野口; Tomotaka Nobue; 等隆信江; Tsuneo Akutsu; 統雄垰; Nobuhiko Fujiwara; 宣彦藤原
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1995-09-21
Filing date: 1995-09-21
Publication date: 1997-03-31

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明は内燃機関用排ガス浄化装置に関し、
パティキュレートを捕集するフィルタの再生性能、信頼
性向上を目的とする。【構成】内燃機関の第一排気管２２と排気トップ２７
との間に配設し、パティキュレートを捕集するフィルタ
２３と、前記パティキュレートを加熱燃焼させる加熱手
段２４と、空気の吸い込み量と送風量の可変機能を兼ね
備えた送風制御手段２８と、前記フィルタ２３と前記送
風制御手段２８の間を燃焼ガスと空気の混合ガスが前記
第一排気管２２と前記排気トップ２７を介して循環する
ように接続された再循環回路３１と、前記フィルタ２３
と前記送風制御手段２８の吸入部４９との間に空気吸い
込み口５８ａ，５８ｂを有する吸気開口面積可変手段２
９を設けて構成された内燃機関用排ガス浄化装置を備
え、再生性能向上、信頼性向上を保証した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はディーゼルエンジン（内
燃機関）が排出する排気ガス中に含まれるパティキュレ
ート（微粒子状物質）を捕集するフィルタと、捕集され
たパティキュレートを加熱燃焼させて除去しフィルタの
捕集性能を回復再生する内燃機関用排ガス浄化装置に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】ディーゼルエンジンは、ガソリンエンジ
ンに比べて燃焼効率が高く、耐久性に優れているという
特長がある一方で、大気汚染物質を排出する欠点を有し
ている。ディーゼルエンジンが排出する排気ガスの中に
は窒素酸化物と共にパティキレート（微粒子状物質）が
含まれており、排気ガス規制の強化が進められいる。こ
の規制強化に対して燃料噴射時期遅延による燃焼改善や
軽油の低硫黄化などの燃料改善の取り組みがなされてい
るが、窒素酸化物の低減とパティキュレートの低減とは
技術上背反する関係にあり、現状ではエンジン周りでの
窒素酸化物の低減を図り、パティキュレートは排気系で
処理することが有望な解決策と考えられている。

【０００３】パティキュレートは、主にＳＯＦ（Ｓｏｌ
ｕｂｌｅＯｒｇａｎｉｃＦｒａｔｉｏｎ）、すす、
硫黄化合物の３種類からなり、このパティキュレートを
排気系で処理する方法として、ＳＯＦを減少させる酸化
触媒方式やフィルタを用いてパティキュレートを捕集す
る方式が進められている。酸化触媒方式は、すすの低減
ができないためフィルタ方式が好ましい。ところが、フ
ィルタ方式は、パティキュレートを捕集し続けるとフィ
ルタは目詰まりを生じて排気ガスの流れが悪くなってエ
ンジン出力の低下あるいはエンジンの停止に至る。これ
に対して現在では、フィルタの捕集能力を再生させるた
めの技術開発が進められている。

【０００４】フィルタに捕集されたパティキュレートの
量があまりに多くなるとエンジンに対しての負荷が増
し、最悪の場合、エンジン停止に至るので適当な時期に
パティキュレートを除去する必要がある。フィルタの捕
集性能を再生する方法としてフィルタ内でパティキュレ
ートを燃焼除去する方式や高圧空気を供給しフィルタ外
にパティキュレートを吹き飛ばしてフィルタ外部でパテ
ィキュレートを燃焼除去する方式が提案されている。フ
イルタ外部で処理する方式は、パティキュレートの除去
を完全に行うことが課題であり、再生方式の主流は、フ
ィルタ内で燃焼除去させる方式である。パティキュレー
トは６００℃程度から燃焼することが知られている。パ
ティキュレートをこの高温度領域に昇温するためのエネ
ルギー加熱手段として、バーナ方式、電気ヒータ方式あ
るいはマイクロ波方式などが考えられている。

【０００５】マイクロ波加熱方式によるフィルタ再生装
置としては、たとえば図３に示すように、エンジン１か
ら排出された排気ガスが第一通路管２、フィルタ３、連
結管４、遮断弁５を経て排気トップ６を通じて、大気へ
排出される捕集手段と、一定時間経過後、エンジンを停
止し、かつ遮断弁５によって一時遮断して、フィルタ３
と遮断弁５の間に設けられたマイクロ波加熱部７を作動
させ、送風手段８により空気供給口９から空気を送り込
みながら、フイルタ３内に溜まったすすを燃焼させ、こ
こで発生した燃焼ガスを第一通路管２から分岐された分
岐管１０、開放された排気弁１１を経て排気トップ６へ
排出してフィルタ性能を回復する再生手段から構成され
た逆流型排ガス浄化装置がある。

【０００６】上記構成において、エンジン１から排出さ
れた排気ガスにはすす等のパティキュレートが含まれて
おり、これが捕集手段の作用によってフィルタ３を通過
する間、フィルタ３に捕集される。一定時間、捕集過程
を踏んだ後、エンジン１を一時停止し、かつ遮断弁５を
遮断して、マイクロ波加熱部７を作動させ、空気供給口
９から空気を送り込みながら、フイルタ３内に溜まった
すすを加熱燃焼させ、ここで発生した燃焼ガスを第一通
路管２から分岐された分岐管１０、開放された排気弁１
１を経て排気トップ６、大気へと排出してフィルタ３の
性能が回復される。

【０００７】この後、再び、捕集手段の動作に移り、同
様のプロセスが繰り返される。また、他の従来例とし
て、再生時の燃焼ガスを再びフイルタ内に戻し循環させ
る再循環回路と、燃焼ガスの酸素濃度を検出する酸素ン
サと、酸素センサの出力に応じて還流量を制御する還流
制御弁および電動ポンプ、ならびに外部空気吸い込み量
を制御する外気制御弁が配設された燃焼ガス循環型排ガ
ス浄化装置（特開平６−３２３１３０号公報）がある。

【０００８】この装置は、燃焼後のガスを、主として炭
酸ガスを再びフイルタへ戻し、外気の酸素濃度に比べ
て、相対的に酸素濃度を下げ、燃焼時の発熱温度を抑え
る方法（特開平５−３３２１２４号公報）に加えて、酸
素センサの出力に応じて、還流制御弁と外気制御弁を開
閉し、回転数可変型の電動ポンプを制御して、フィルタ
内を通過する、還流量および酸素濃度を変え、燃焼温度
を抑制する。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記の従
来構成では、先ず逆流型排ガス浄化装置においては再生
時のフィルタ内に溜まったパティキュレートの燃焼温度
が高温度に達し、他方では、まだ同時に燃えない領域や
温度が上がり切らないフィルタの領域などが現れ、温度
差の大きい温度分布となる。この結果フィルタの熱衝撃
が大きくなると共に、フィルタにクラックが発生する場
合がある。このため次の捕集時にはパティキュレートが
リークし捕集効果がなくなる等の問題が起こり、フィル
タの再利用ができない場合があった。またフィルタ内の
燃焼温度を下げるため、空気の吸い込み量を小さい方向
へ変えようとすると、かなり小さく制御しないと燃焼温
度を抑制できないことと、あまり小さくなり過ぎて逆に
フイルタ内の流量分布に大きなムラが生じると同時に、
完全に燃焼仕切れないパティキュレートの残留領域が生
じる。この結果、フイルタの再生率（（再生前の捕集量
−再生後の残留量）を再生前の捕集量で割った値）が悪
くなるという課題があった。また、捕集、再生がくり返
されると流量分布の悪さが広がり残留量が益々増加する
傾向にあった。

【００１０】また他方式の燃焼ガス循環型排ガス浄化装
置においては、例えば酸素センサの出力に応じて、還流
制御弁および外気制御弁を開閉し、回転数可変型の電動
ポンプを制御してフィルタ内を通過する酸素濃度を変
え、燃焼温度を抑制する方式（特開平６−３２３１３０
号公報）のものは、酸素センサの感度の経年変化、応答
性に問題があり、また制御部品が多い等の要因から再生
の制御性にも影響を及ぼす。このため燃焼速度と、酸素
センサの出力に応じての還流制御弁、電動ポンプ、外気
制御弁の応答性とに開きが生じ、実際の現象に制御が追
従しなくなる場合が推測される。この結果、益々フィル
タ内の燃焼温度を適切な範囲に制御することが困難にな
ることが想定される。また耐久性が悪く、かつコストが
高くなる等の問題が考えられる。

【００１１】加えて、実際には、フィルタ内のパティキ
ュレート捕集分布は一様ではないことや、加えて着火
点、燃焼箇所のバラツキ、または、これらと空気通流の
バラツキ等の相互作用によって燃焼促進のバラツキを誘
発し、局部的に、燃焼が進む、と同時に、この部分の空
気抵抗が次第に減少するため、益々この部分に空気が集
中して流れるようなる。この結果、益々局部的な燃焼が
活発になり、この部分の燃焼温度が益々上昇する。とこ
ろが、酸素センサの出力に関係する全体の燃焼ガス中の
酸素濃度は平均化されあまり変化していないという情報
となり、コントロール回路としては制御動作が行われな
いという現象が現れる。この結果、温度差が大きい温度
分布となり、このためフィルタの熱衝撃が起り易くなっ
てフィルタにクラックが発生する恐れが予想される。

【００１２】またこのまま使用すると次の捕集時にはパ
ティキュレートがフィルタからリークし捕集効果がない
という問題が起り、フィルタの再利用ができない場合が
考えられる。また局部の温度上昇を避けようとして酸素
センサの出力に対する制御設定値を変え空気の吸い込み
量を抑えようとすると燃焼が進まない領域が逆に増え、
益々再生率が悪くなるという問題が発生する。また、フ
ィルタは、細い、小さなフィルタ機能を有するセルの集
まりからできているため、局部的な燃焼が起こると、局
部のセル内のパティキュレートの燃焼が進行し、この燃
焼が終了に近づくと、この部分の空気抵抗が減少し、通
過する空気量も益々集中して流れ、燃焼に消費されない
空気量が増える。このため酸素濃度が逆に上昇する。こ
の結果酸素センサの出力も増大するためコントロール回
路には酸素濃度を抑えようと空気供給量を減らす方向に
作用する。このため、他の領域のセル内には酸素を必要
としているパティキュレートが有り、未燃焼まま残ると
いう問題が出てくる。

【００１３】また制御性から見ると、酸素センサの応答
性に問題があることに加えて、その出力に応じて還流制
御弁、外気制御弁の開閉と循環流量を可変することは酸
素濃度に大幅な変化が現れるため、前記酸素センサの応
答性と制御弁の遅れからくる制御特性にオーバーシュー
トなどのハンチング現象が現れ、益々フィルタの温度上
昇を抑制仕切れない場合が考えられる。

【００１４】また再循環回路の送風量可変送風機の戻り
回路の一部に負圧に応動する逆止弁付き外気吸い込み手
段を配設する方式が考えられるが、この方式は循環流量
の多い範囲であれば、負圧も大きい範囲であり、したが
ってフィルタ再生時の燃焼温度が上昇すれば送風機の回
転数を下げて循環流量を下げれば負圧が小さくなり、同
時に吸い込み空気量も低くなり、燃焼温度を抑制する。
負圧に応動する逆止弁の効用は単なる吸い込み口のみに
比べて送風機の送風量に対する空気吸い込み量の変化率
が高いため、燃焼温度の急激な上昇に対しての抑制範囲
が広いことと、抑制効果、応答性が高い等の特質を持っ
ている。このため比較的パティキュレートの量が多い範
囲で循環流量と空気吸い込み量共に多く必要する領域で
あれば、簡単な方式あるためメリットが高い。しかし循
環流量が低い領域、即ち負圧の小さい領域では、逆止弁
による空気吸い込み口の閉塞性が高くなり、急激に吸い
込み空気量の抑制効果が大きくなり過ぎると言う問題が
出てくる。このためパティキュレートの失火の頻度が多
くなり、フィルタの再生率が低くなる等の欠点も避けら
れない。

【００１５】また、再生は、加熱源のＯＮと同時にパテ
ィキュレートの着火温度に達するまでの予熱期間と、着
火と同時に燃焼が始まり、燃焼が次第に加速して行く燃
焼加速期間と、燃焼が終わり、フィルタの温度が下がっ
て行く冷却期間との大方３段階の過程を踏むと考えられ
る。この過程において、特に問題になるのは燃焼促進期
間の中間から後半にかけて急激な温度上昇が起こり燃焼
領域と、比較的温度上昇の低いフィルタ外周部との温度
差が急激に広がり、これが熱衝撃となってフィルタにク
ラックが発生しフィルタの再使用ができなくなることで
ある。これはパティキュレートの量、これに含まれるす
す、未燃料油等の成分の割合や、加熱熱量、フィルタに
送り込む風量、空気量（酸素濃度）によって異なる。

【００１６】この中で、基本的には捕集量センサ、燃焼
状況や燃焼温度の検知センサの出力に応じて、先ず、初
めの予熱期間は、前面のパティキュレートを加熱しつ
つ、一部の加熱熱量を風量の流れに添って後流側へ伝え
るように、そして前面が逆に冷却しない程度の、かつ酸
素の豊富な状態の低めの風量を維持し、また燃焼促進期
間では、初めは着火と同時に相当の空気量を送り込んで
燃焼促進と加速を行う必要があり、燃焼時に得られる熱
量を積極的に後流側のパティキュレートへ伝熱させる必
要がある。また中間から後半にかけて風上でのパティキ
ュレートの燃焼が広がるにつれて、その熱量が後流側で
は加算され、これに応じて燃焼温度が急激に上昇する。
この処置方法として、単に風量を下げるだけでは、対応
できない場合があり、合わせて通流する空気量の酸素濃
度を下げる必要がある。これには燃焼ガスをフィルタに
戻す再循環方式が考えられる（特開平５−３３２１２４
号公報）。しかしながら、単に再循環だけでは酸素濃度
が急激に減少するため失火してしまい再生機能が失うこ
とになる。したがって外気を適切に送りこみ酸素を補充
する必要がある。さらに循環流量が小さ過ぎると燃焼熱
の後流側への伝熱量が少なくなり、逆に燃焼時間が長く
なる相応の流量が必要になる。また冷却期間は再生時間
を短縮するためには相応の循環流量で冷却する必要があ
る。

【００１７】本発明はこのような課題を解決したもの
で、再生性能を上げて高性能化することを第１の目的と
し、そして制御性の向上や小型化を図り信頼性を向上す
ることを第２の目的としたものである。

【００１８】

【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するため、内燃機関の第一排気管と排気トップとの間に
配設し、排気ガス中に含まれるパティキュレートを捕集
するフィルタと、前記パティキュレートを加熱させる加
熱手段と、送風量の可変機能を備えた送風制御手段と、
前記フィルタと前記送風制御手段の間を燃焼ガスと空気
の混合ガスが前記第一排気管と排気トップを介して循環
するように接続された再循環回路と、前記フィルタと前
記送風制御手段の吸入部との間に空気吸い込み口を有す
る吸気開口面積可変手段と、前記送風制御手段ならびに
吸気開口面値可変手段を制御する制御回路を設けた構成
としてある。

【００１９】また上記戻りガスが流入する送風制御手段
の吸入部に吸気開口面積可変手段を内設した構成として
ある。

【００２０】さらに吸気開口面積可変手段を電動式動力
手段と昇降形弁とで構成し、そして電動式動力手段はス
テッピングモータで構成してある。

【００２１】また上記吸気開口面積可変手段のステッピ
ングモータの回転軸と昇降形弁の弁軸は直交する弁移動
手段で連係させた構成としてある。

【００２２】また吸気開口面積可変手段の弁体を高分子
樹脂材でコーティングまたは一体成形した構成としてあ
る。

【００２３】また制御回路は、パティキュレートの捕集
過程において吸気開口面積可変手段を閉状態に維持する
捕集時閉モードを有する構成としてある。

【００２４】また制御回路は、フィルタの再生過程に入
る直前に吸気開口面積可変手段を一旦閉状態にするリセ
ットモードを有する構成としてある。

【００２５】また制御回路は、フィルタの再生過程にお
いて、送風制御手段の回転数と吸気開口面積可変手段の
開口面積を階段状に増減可変する再生モードを有する構
成としてある。

【００２６】

【作用】本発明は上記構成によって、フィルタに捕集さ
れたパティキュレートを燃焼焼却しフィルタを再生する
過程において、まず加熱手段と送風量可変形の送風制御
手段を作動させ、パティキュレートの量と質に応じて前
記フィルタへ空気を送り込みながら加熱手段で加熱す
る。このときに発生する燃焼ガスを再び再循環回路で循
環させ、フィルタへ戻すことによって燃焼温度を抑制し
ながら再生するのであるが、比較的パテイキュレートの
多い範囲では、送風制御手段の回転数を制御し送風量を
増やすと同時に再循環回路の吸い込み口近傍での負圧が
大きくなり、外部から吸い込まれる空気量も増大するの
で送風制御手段を通過する吐出量の酸素濃度は、大気よ
りも低く、やや大き目の酸素濃度範囲で制御できる。ま
たパティキュレートの少ない領域では、逆に送風制御手
段の送風量を減らし、これに対応して吸い込み口での負
圧が低くなり外部空気の吸い込み量も吸気開口面積可変
手段の開度を全開のまままでも減少するが、このままの
状態ではパティキュレートの燃焼温度の上昇を抑え切れ
ない範囲が存在する。このため吸気開口面積可変手段を
絞り、外気吸い込み量をさらに抑え送風制御手段を通過
する吐出量の酸素濃度を低く制御し、パティキュレート
の燃焼温度を抑制しながら加熱焼却できる。

【００２７】このように循環流量の制御は送風量可変手
段によって制御し、また外気の吸い込み量は前記送風制
御手段の送風量の増減と吸気開口面積可変手段の相乗効
果によって制御範囲が広くなる。従来例のような還流制
御弁の制御が入ると前記の吸気開口面積可変手段近傍の
圧力状態が大きく変わり、吐出圧が大きい方向に、さら
には吸い込み圧も大きい方向（負圧が小さくなる方向）
に作用し、むしろ制御性が減少する方向に作用する恐れ
がある等の問題は軽減される。

【００２８】また送風制御手段の吸入部に吸気開口面積
可変手段を一体に内設して構成したものは、本体自身の
小形化、送風制御手段と吸気開口可変手段との接続管が
不要になり、システムとしての小形化が期待できる。

【００２９】またギャード形モータやステッピングモー
タ、制御モータなどの電動式弁動力手段と昇降形ポペッ
ト弁で吸気開口面積可変手段を構成したものは、ちょう
形弁などと比べて弁と弁座部との間の不純物等により固
着したり摩擦力が増加するなどの問題が少なく、低負荷
形かつ小形の動力手段が期待できる。

【００３０】また電動式弁動力手段にステッピングモー
タを用いたものは、弁の移動するストロークが小さい領
域での吸気量の制御性が高いこと、低負荷形でかつ動作
中の無駄な電力が消費されないため省電力形であること
の特徴が得られる。

【００３１】また弁軸と電動機の回転軸を直交させてラ
ックピニオン形弁移動手段で連係させたものは、弁の移
動するストロークが大きく取れ易いこと、このため可変
幅の大きい吸い込み量と、速い燃焼速度で変化する温度
上昇に対しても対応能力が高く、制御性が良くなる。

【００３２】また弁体を高分子樹脂でコーティングまた
は一体成形したものは、再生時の循環ガス（燃焼ガス）
や捕集時の排気ガスなどによる不純物の付着および腐食
等が軽減され、この結果シール性の向上が期待される。

【００３３】また捕集時に、吸気開口面積可変手段を、
常に閉状態に維持する捕集時閉モードを有する制御回路
を備えたものは、捕集時にエンジンから噴射される高圧
の排気ガスのリークを防止する効果がある。

【００３４】またフィルタ再生過程に入る直前に吸気開
口面積可変手段を一旦閉状態を再確認するリセットモー
ドを有する制御回路を備えたものは、再生時の弁動作に
際してスタート位置の閉を確認し、これを基準に弁開度
の制御を行うように作動するため、長い間の弁座に堆積
された不純物による弁座開口面積の誤差を補正する働き
がある。よって弁制御性の信頼性が得られる。

【００３５】また少ない制御弁数と応答性の高い制御
弁、ならびに応答性の高い送風量可変形送風制御手段に
よる相乗効果に加えて、再生過程を、予熱期間、前記の
燃焼促進期間を前半から中間にかけての燃焼促進期間
と、中間から後半にかけての燃焼抑制期間に分け、加え
て冷却期間を入れて、４〜５段階の期間にわけて、再生
開始時に、捕集量の大きさによって変化するフィルタ内
マイクロ波の電界強度変化を捕え、捕集量を認知する捕
集量センサの出力、さらに時間を追って、パティキュレ
ート残留量、燃焼状態によって変化するフィルタ内マイ
クロ波の電界強度変化を検出する捕集量センサの出力ま
たはフィルタの出口温度を検知する温度センサの出力、
または再生時間に応じて送風制御手段の回転数（風量）
と、吸気開口面積可変手段の開口面積を連続的に可変せ
ず階段状（ステップ状）に、所謂次ぎのステップに移行
する立ち上がり、または下る時間よりも移行後の定状の
時間を長く取って、制御するようにしたものは、送風制
御手段、吸気開口面積可変手段の変化に対するフィルタ
内の状態変化を把握しやすく、急激な温度上昇を事前に
予測して抑制を行う事が可能となる。そしてフィルタに
は熱的な衝撃や、送風制御手段や吸気開口面積可変手段
には機械的なストレスを掛けることなくパティキュレー
トを加熱焼却させることが可能となる。

【００３６】

【実施例】以下本発明の実施例を図１を参照して説明す
る。図１において、２１はガス再循環形の逆流型排気ガ
ス浄化装置を示し、フィルタ再生時の燃焼助成用空気の
流れが排気ガスと逆方向に流す方式である。本装置２１
は、第一排気管２２、フィルタ２３、マイクロ波加熱手
段２４、連結管２５、バルブユニット２６、排気トップ
２７、送風制御手段２８に吸気開口面積可変手段２９を
内設して一体に構成された吸気強制循環制御手段３０
と、再循環回路３１、温度検知器３２、捕集量検知器３
３、制御回路３４から構成されている。

【００３７】またマイクロ波加熱手段２４はマグネトロ
ンユニット３５と導波管３６、インレット缶体３７を接
続して構成されている。またバルブユニット２６は遮断
弁３８と排気バルブ３９と、遮断弁３８が閉のときは排
気バルブ３９は開、遮断弁３８が開のとき排気バルブ３
９は閉の状態になるようにプル・ダウン機構部４０を備
えてバルブ切替え手段４１が構成されている。送風制御
手段２８は吐出側４５に逆止弁（図示省略）が内設され
た多翼型ファン（ターボファン又は渦流ファン）４２と
これを駆動するブラシレス直流電動機等の送風量可変手
段４３から構成されている。温度検知器３２は前記第一
排気管２２に配設し再生時の燃焼ガス温度を検知するよ
うに構成されている。

【００３８】システムは第一排気管２２、アウトレット
缶体４４、フィルタ２３、インレット缶体３７、連結管
２５、バルブユニット２６、排気トップ２７の順に接続
し、エンジンの排気ガスが第一排気管２２から排気トッ
プ２７を経て大気へ排出されるように構成される。さら
に再生時において送風制御手段２８の吐出口４５から空
気送風管４６、インレット缶体３７、フィルタ２３、ア
ウトレット缶体４４、第一排気管２２、バイパス管４
７、排気バルブ３９、排気トップ２７、戻り管４８、吸
気開口面積可変手段２９、前記送風制御手段２８の吸入
部４９へと循環するように接続され、再循環回路３１が
構成されている。

【００３９】また吸気開口面積可変手段２９は、外気が
前記吸入部４９に吸気されるように送風制御手段２８に
内設され、これは図２に示すように前記吸入部４９に連
通する弁座部５０と、これと対面して弁座開口部５０の
開口面積を変える昇降形弁５１と、これに昇降動力を伝
える電動式動力手段５２（以下ステッピングモータと称
す）と、その回転軸５３の先端に設けられた回転歯車５
４と昇降形弁５１の弁軸である歯車軸５５とを直交する
ように歯車対歯車軸の直交配列、所謂ラックピニォン形
を形成する移動手段５６とを備えており、前記昇降形弁
５１はポリフィニレンスルフィド、ふっ素系樹脂、ポリ
エミド系樹脂等の高分子樹脂で成形またはコーティング
してある。この吸気開口面積可変手段２９は外気を弁室
５７の外壁５９に配設された吸気口５８ａ、５８ｂから
吸い込み、昇降形弁５１、弁座部５０を経て送風制御手
段２８の吸入部４９へ流す。

【００４０】温度検知器３２、捕集量検知器３３の出力
に応じて捕集過程、再生過程の運転制御を行う制御回路
３４が内蔵されている。これには、パティキュレートの
捕集過程において吸気開口面積可変手段２９の昇降形弁
５１は弁座部５０を閉状態に維持するようにステッピン
グモータ５２を制御する捕集閉モードを備えた構成とし
ている。またフィルタ２３の再生過程に入る直前には吸
気開口面積可変手段２９を一旦閉状態に戻し、閉を確認
するリセットモードを備えて構成されている。またフィ
ルタ２３の再生過程を、予熱期間と、前記の燃焼促進期
間を前半から中間にかけての燃焼促進期間と、中間から
後半にかけての燃焼抑制期間に分け、加えて冷却期間を
入れて、ほぼ４段階の期間に分けて送風制御手段２８の
回転数（風量）と、吸気開口面積可変手段２９の開口面
積を階段状（ステップ状）に制御を行う再生モードを備
えた構成としている。

【００４１】上記構成において、まず捕集過程において
は、内燃機関であるエンジンから排出された排気ガスは
アウトレット缶体４４を経て、フィルタ２３から連結管
２５、バルブ切替え手段４１を介して開かれた遮断弁３
８、排気バルブ３９の通路を経て排気トップ２７から大
気へ放出される。このとき排気ガスに含まれるパティキ
レートはフィルタ２３に捕集される。

【００４２】また再生過程では、一定量のパティキュレ
ートが捕集されたことを捕集量検知センサ３３で検知し
た後、制御回路３４からの指令によって、エンジンから
第一排気管２２へ流入する排気ガスを、一旦遮断し（た
とえば切り替えバルブで排気方向を換えるとか、エンジ
ンを一旦停止する場合を指す）、前記バルブ切替え手段
４１を介して遮断弁３８を閉、排気バルブ３９を開の状
態に切り替え、マイクロ波加熱手段２４と送風制御手段
２８が作動し、前記マイクロ波加熱手段２４がフィルタ
２３内のパティキュレートを加熱燃焼させ、同時に送風
制御手段２８の作動によって循環流量は送風管４６、連
結管２５、インレット缶体３７を経て、フィルタ２３へ
送り込まれる。この空気はパティキュレートの燃焼の助
成用として消費される。

【００４３】ここで燃焼反応で生成した燃焼ガスはバイ
パス管４７、排気バルブ３９、戻り管４８を経て通流し
前記送風制御手段２８の吸入部４９へ戻り、これが再び
再循環される。所謂再循環回路３１が形成される。前記
送風制御手段２８の吸入部４９に流入するガスは、燃焼
ガスが戻り管４８を経て戻って来たガスと、前記吸気開
口面積可変手段２９の吸い込み口５８ａ、５８ｂから弁
座部５０を経て吸い込まれてきた空気との混合ガスであ
り、循環流量、酸素量、酸素濃度は、パティキュレート
の燃焼量、あるいはその状態、送風制御手段２８の回転
数、吸気開口面積可変手段２９の弁座開口度によって変
化する。

【００４４】また制御回路３４は捕集時に、常に吸気開
口面積可変手段２９を閉状態に維持する捕集時閉モード
を有するので、捕集時のエンジンからの高圧力で噴射さ
れる排気ガスは排気トップ２７、戻り管４８を経て外気
へリークする恐れはない。またフィルタ２３から排出さ
れたエンジンの排気ガスは送風管４６をへて送風制御手
段２８に流入することは、前記送風制御手段２８に内設
された逆止弁の作用で防止される。

【００４５】一方、前記制御回路３４はフィルタ再生過
程に入る直前に吸気開口面積可変手段２９の閉状態を一
旦再確認するリセットモードを有する制御を備えている
ので捕集時に振動等によって起こり得る弁５１の位置変
化の防止と、再生過程に入る弁作動に際してスタート位
置の閉を確認し、これを基準に弁開度の制御が行うよう
に作動する。したがって長い間の弁座部５０に堆積され
た不純物による弁座開口面積の誤差を補正する。よって
高い弁制御性の信頼性が期待される。

【００４６】また少ない制御弁数と応答性の高い制御
弁、ならびに応答性の高い送風量可変動の送風制御手段
２０による相乗効果に加えて、再生過程を、初期段階と
して予熱期間、前記の燃焼促進期間を前半から中間にか
けての燃焼促進期間、中間から後半にかけての燃焼抑制
期間に分け、加えて最終段階の冷却期間を入れて、ほぼ
４段階の期間にわけて、再生開始時に、捕集量検知器３
３によって捕集量の大きさによって変化するフィルタ内
マイクロ波の電界強度変化を捕えて捕集量を認知し、さ
らに再生の時間経過と共に、パティキュレートの残留
量、および燃焼状態を、フィルタ内マイクロ波の電界強
度変化を捕えて検知し、またフィルタの出口温度を検知
する温度検知器３２、または再生経過時間等の各信号に
よって初期の捕集状態ならびに再生開始後の燃焼状態を
把握し、これに応じて送風制御手段２８の回転数（風
量）と、吸気開口面積可変手段２９の開口面積を、連続
的に増減可変を行わず階段状（ステップ状）に増減変化
させ、可変動作後の燃焼反応状態を、再度前記各検知器
で判断できるような時間を置いて次ぎの階段へはいる制
御をするため、送風制御手段２８と、気開口面積可変手
段２９の変化に対するフィルタ内の状態変化が把握しや
すく、急激な温度上昇を事前に予測して抑制を行う事が
可能となる。この結果フィルタには熱的な衝撃や、送風
制御手段２８や吸気開口面積可変手段２９には機械的な
ストレスを掛けることなくパティキュレートを加熱焼却
させることができる。

【００４７】

【発明の効果】以上のように本発明の内燃機関用排ガス
浄化装置によれば、次の効果が得られる。

【００４８】（１）フィルタを再生する過程において、
前記フィルタへ空気を送り込みながら加熱手段で加熱
し、このときに発生する燃焼ガスを再びフィルタへ戻す
再循環回路に加えて排気トップと送風制御手段の吸込部
との間の再循環回路の一部に外部空気を導入する吸い込
み口と、この吸い込み口の開口面積を可変する吸気開口
面積可変手段を配設した単純な構成とし、かつ制御弁、
送風制御手段の２系統で循環流量及び外気吸い込み量を
制御する方式としているため制御性が向上する。また循
環流量の制御は送風量可変手段によって制御し、また外
気の吸い込み量は前記送風制御手段の送風量の増減に伴
う外気吸い込み近傍の負圧変化と、吸気開口面積可変手
段の開度変化の相乗効果によって決定されるため燃焼制
御範囲が広くとれる。

【００４９】（２）送風制御手段の吸入部に吸気開口面
積可変手段を一体に内設して構成しているため、本体自
身の小形化ならびに送風制御手段と吸気開口面積可変手
段との接続管が不要になりシステムとしての小形化が図
れる。

【００５０】（３）電動式弁動力手段と昇降形ポペット
弁で吸気開口面積可変手段を構成しているため、弁と弁
座部との間の不純物等によりこれが固着したり摩擦力が
増加するなどの問題が少なく、低負荷形化が可能とな
り、かつ小形の動力手段が採用できる。また弁動力手段
はステッピングモータ以外に、ギャード形モータ、制御
ＡＣモータであっても同様な性能が得られる。

【００５１】（４）弁動力源としてステッピングモータ
を用いているため、弁の、移動するストロークが小さく
制御できる。この結果弁座開口度の小さい領域での吸気
量の制御性が高いこと、正逆回転の電気的切替えに必要
なリレー等間の電気部品が不要になるためエンジン周辺
部品としての安全性が高い。また低負荷形で省電力形と
することができる。

【００５２】（５）昇降形弁と動力源である電動機にお
いて弁軸と電動機の回転軸を直交させてラックピニオン
形弁移動手段で連係させているので、弁の移動するスト
ロークが大きく取れ、また可変幅の大きい吸い込み量
と、速い燃焼速度で変化する温度上昇に対しても対応能
力が高く、制御性が良い。

【００５３】（６）吸気開口面積可変手段の弁体を高分
子樹脂でコーティングまたは一体成形しているので再生
時の循環ガス（燃焼ガス）や捕集時の排気ガスなどによ
る不純物の付着および腐食等が軽減され、この結果シー
ル性が向上する。

【００５４】（７）制御回路は、吸気開口面積可変手段
を、常に閉状態に維持する捕集時閉モードを有するた
め、捕集時にエンジンから噴射される高圧の排気ガスの
リークを防止することができる。

【００５５】（８）制御回路は、フィルタ再生過程に入
る直前に吸気開口面積手段を一旦閉状態になっているか
再確認するリセットモードを有するため、捕集時に振動
等によって起こり得る弁の位置変化の防止と、再生過程
に入る弁作動スタート位置の確認と、この位置からの制
御開始が可能になるため、弁周りの状態変化によ誤差の
補正を都度行うことができ、この結果弁制御性が向上す
る。

【００５６】（９）再生過程を、初期段階の予熱期間、
前記の燃焼促進期間を、前半から中間にかけての燃焼促
進期間と、中間から後半にかけての燃焼抑制期間に分
け、加えて最終段階の冷却期間を入れて、４〜５段階の
期間にわけて、再生開始時の捕集量検知器の出力、再生
経過毎の捕集量検知器の出力またはフィルタの出口温度
を検知する温度検知器の出力、または再生経過時間に応
じて送風制御手段の回転数（風量）と、吸気開口面積可
変手段の開口面積を階段状（ステップ状）に増減可変を
与える再生モードを有する制御回路を有するため、再性
過程を制御されるため送風制御手段、吸気開口面積可変
手段の変化に対するフィルタ内の状態変化が把握しやす
く、急激な温度上昇を事前に予測して抑制を行う事が可
能となり、フィルタには熱的な衝撃や、送風制御手段や
吸気開口面積可変手段には機械的なストレスを軽減し、
パティキュレートを加熱焼却させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例における内燃機関用排ガス浄
化装置の構成図

【図２】同内燃機関用排ガス浄化装置における吸気開口
面積可変手段の構成図

【図３】従来の内燃機関用排ガス浄化装置のブロック図

【符号の説明】

２１逆流型内燃機関用排ガス浄化装置２２第一排気管２３フィルタ２４加熱手段２８送風制御手段２７排気トップ２９吸気開口面積可変手段３１再循環回路３４制御回路４３送風量可変手段４５吸入部５２ステッピングモータ５４回転軸５５弁軸５６弁移動手段５８ａ、５８ｂ空気吸い込み口

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者藤原宣彦大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】内燃機関の第一排気管と排気トップとの間
に配設し、排気ガス中に含まれるパティキュレートを捕
集するフィルタと、前記パティキュレートを加熱させる
加熱手段と、送風量の可変機能を備えた送風制御手段
と、前記フィルタと前記送風制御手段の間を燃焼ガスと
空気の混合ガスが前記第一排気管と排気トップを介して
循環するように接続された再循環回路と、前記フィルタ
と前記送風制御手段の吸入部との間に空気吸い込み口を
有する吸気開口面積可変手段と、前記送風制御手段なら
びに吸気開口面値可変手段を制御する制御回路を設けて
構成した内燃機関用排ガス浄化装置。
【請求項２】戻りガスが流入する送風制御手段の吸入部
に吸気開口面積可変手段を内設した請求項１記載の内燃
機関用排ガス浄化装置。
【請求項３】吸気開口面積可変手段を電動式動力手段と
昇降形弁とで構成した請求項１または２記載の内燃機関
用排ガス浄化装置。
【請求項４】電動式動力手段をステッピングモータで構
成した請求項３記載の内燃機関用排ガス浄化装置。
【請求項５】ステッピングモータの回転軸と昇降形弁の
弁軸を、直交する弁移動手段で連係させた請求項４記載
の内燃機関用排ガス浄化装置。
【請求項６】吸気開口面積可変手段の弁体を高分子樹脂
材でコーティングまたは一体成形して構成した請求項１
から５のいずれか１項記載の内燃機関用排ガス浄化装
置。
【請求項７】制御回路は、パティキュレートの捕集過程
において吸気開口面積可変手段を閉状態に維持する捕集
時閉モードを有する請求項１から６のいずれか１項記載
の内燃機関用排ガス浄化装置。
【請求項８】制御回路は、フィルタの再生過程に入る直
前に吸気開口面積可変手段を一旦閉状態にするリセット
モードを有する請求項１から７のいずれか１項記載の内
燃機関用排ガス浄化装置。
【請求項９】制御回路は、フィルタの再生過程におい
て、送風制御手段の回転数と吸気開口面積可変手段の開
口面積を階段状に増減可変する再生モードを有する請求
項１から８のいずれか１項記載の内燃機関用排ガス浄化
装置。