JPS62210212A - デイ−ゼル機関の排気微粒子除去装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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機関の排気微粒子除去装置に関する
。

〔従来の技術および問題点〕

ディーゼル機関の排気ガス中には炭化化合物からなる可
燃性の微粒子、すなわちパティキュレートが含まれてお
り、このパティキュレートが大気に放出されると大気汚
染をひき起こす。そこで従来、ディーゼル機関には、パ
ティキュレートが大気に放出されるのを阻止するために
排気通路内にパティキュレート捕集用フィルタが配設さ
れる。

ところがフィルタに捕集されたパティキュレートの量が
増大すると排気通路内の圧力損失が大きくなり、このた
めフィルタ上のパティキュレートは定期的に燃焼除去さ
れなければならない。

しかしてパティキュレートを燃焼除去する装置として、
吸気系に生じるエンジン負圧によりフィルタの下流側か
ら空気を４いてバーナによりバティキュレートを燃焼さ
せ、この再生ガスを吸気系に循環させるものが、特開昭
５９−７７０２２号公報に開示されている。ところがこ
の従来装置は、このように２次空気を必要とするバーナ
によりフィルタ再生を行なうようになっているため構成
が複雑であるという問題を有する。また、再生時にフィ
ルタ近傍に空気の逆流を生じさせるためにフィルタの上
流側と下流側にそれぞれバルブを必要とするが、これら
のバルブの閉塞状態が不充分であると空気逆流が生じ難
く、フィルタ再生が困難となるという問題を生じる。さ
らに、再生ガスを吸気系に循環させると、この再生ガス
中の微粒子が燃焼室内に導入されることになるのでこの
微粒子によってシリンダ内壁の摩耗を生じるおそれがあ
り、またセラミックフィルタの場合、セラミックの破片
が吸気弁と弁座の間に挟まって、これらを傷つげるおそ
れがある。

本発明は構成が簡単であり、かつフィルタを確実に再生
することができ、かつエンジンの耐久性を損なうことの
ない排気微粒子除去装置を得ることを目的としてなされ
たものである。

なお、本発明と同様にフィルタの下流側にヒータを配設
した構成が特開昭５５−１３］、５１８号公報に開示さ
れているが、これはフィルタ再生時にヒータ側からフィ
ルタへガスを流動させる構成を有するものではない。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明に係る排気微粒子除去装置は、ディーゼル機関の
排気通路に設けられ、微粒子の捕集時における排気ガス
流動方向の上流側に入口部を向け、排気ガス流動方向の
下流側に出口部を向けたフィルタと、このフィルタの出
口部に近接して設けられたヒータと、上記フィルタの上
流側と下流側とを連通させる通路を開閉する第１バルブ
と、上記フィルタの入口端部の近傍を排気管に連通させ
る通路を開閉する第２バルブとを備えるものである。

上記第１および第２バルブは、微粒子の捕集時、閉弁し
て排気ガスを上記フィルタの入口部から出口部へ流動さ
せ、フィルタの再生時、開弁して上記フィルタ内の排気
ガスを上記出口部から入口部へ流動させる。

〔実施例〕

以下図示実施例により本発明を説明する。

第１図および第２図は本発明の一実施例を示し、第１図
はパティキュレート捕集時、第２図はフィルタ再生時を
それぞれ示す。ハウジング１１内には上流仕切壁１２と
下流仕切壁１３が設けられる。

上流仕切壁１２は入口ボート１８側に位置するハウジン
グ上壁１１ａから出口ボート２２へ向かって延び、ハウ
ジング右壁１１．ｂとの間に第１通路１４が形成される
。また下流仕切壁１３は出口ボート２２からハウジング
左壁１１Ｃに沿って延び、このハウジング左壁１１ｃと
の間に第２通路１５が形成される。フィルタ１６は上流
仕切壁１２と下流仕切壁１３の流に挿入され、パティキ
ュレート捕集時における排気ガス流動方向の上流側（図
中、下方）に入口部１６ａを向け、この排気ガス流動方
向の下流側（図中、上方）に出口部１６ｂを向けて配置
される。電気ヒータ１７はフィルタ１６の出口部１６ｂ
に近接して設けられる。

第１通路１４の上流側には、排気ガスが流入する入口ボ
ート１８が形成され、また上流仕切壁１２のハウジング
上壁１１ａに近接する部分には孔１９が穿設される。こ
の孔１９は第１バルブ２１により開閉される。この第１
バルブ２１は、パティキュレート捕集時、第１図に示す
ように閉弁しているが、フィルタ再生時、第２図に示す
ように開弁する。第１通路１４および第２通路１５の下
流側に形成される出口ポート２２は排気管（図示せず）
に連通し、この出口ボート２２の第１通路１４の下流側
部分は第２バルブ２３により開閉される。第２バルブ２
３は、パティキュレート捕集時、第１図に示すように閉
弁しているが、フィルタ再生時、第２図に示すように開
弁する。第２バルブ２３が開弁すると、フィルタ１６の
入口部１６ａの近傍が排気管に直接連通することとなる
。

第１および第２バルブ２１．２３はそれぞれダイアフラ
ムｇｆｆ３１．３２により開閉駆動される。

ダイアフラム装置３１は、シェル３３内をダイアフラム
３４により区画して変圧室３５を形成するとともに、こ
の変圧室３５にばね３６を設けて構成される。ダイアフ
ラム３４はピン３７に固転自在に取付けられたアーム３
８の一端に連結され、このアーム３８の他端は第１バル
ブ２１に連結される。また変圧室は負圧切換弁３９を介
して負圧もしくは大気圧を選択的に導かれるようになっ
ている。しかして変圧室３５に大気圧が導かれる時、第
１図に示すように、ダイアフラム３４はばね３６に押圧
されて変圧室３５の容積が大きくなる方へ変位し、これ
により、第１バルブ２１は孔１９を閉塞する。これに対
し、変圧室３５に負圧が導かれる時、第２図に示される
ように、ダイアフラム３４はばね３６を圧縮して変位し
、これにより、第１バルブ２１は孔１９を開放する。

第２バルブ２３を駆動するダイアフラム装置３２もダイ
アフラム装置３１と全く同じ構成を有し、ダイアフラム
４１はロッド４２を介して第２バルブ２３に連結され、
また変圧室４３には負圧切換弁４４を介して負圧もしく
は大気圧が選択的に浬かれる。

フィルタ１６に堆積するパティキュレートの量が増大し
てこのフィルタ１６を再生する必要が生じたことを検知
するため、第１通路１４および第２通路１５にそれぞれ
圧力センサ４５．４６が設けられ、また第１通路１４内
であって圧力センサ４５の下流側に温度センサ４７が設
けられる。これらの圧力センサ４５，４６により検出さ
れたフィルタ１６による圧力損失が所定値を越えるとフ
ィルタ１６の再生制御が開始される。この所定値はエン
ジン回転数およびエンジン負荷に対して変化する。

再生制御の開始時、まず負圧切換弁３９．４４が切換え
られてダイアフラム装置３１．３２の各変圧室３５．４
３に負圧が導かれ、この結果、第１および第２バルブ２
１．２３がそれぞれ孔１９および出口ボート２２を開放
する。このとき大部分の排気ガスは第１通路１４から第
２バルブ２３を通って直接排気管へ排出され、あるいは
孔１９を通過し、第２通路１５へ流動して排気管へ排出
される。そして一部の排気ガスは孔１９から電気ヒータ
１７側へ流れ、フィルタ１６を通過して第２バルブ２３
から排気管へ排出される。次いで電気ヒータ１７が発熱
し、このヒータ１７の最も近くにおいてフィルタ１６上
に堆積しているパティキュレートがまず着火され、そし
て火炎が下流に向けて徐々に燃え広がる。しかしてフィ
ルタ１６上に堆積した全パティキュレートが燃焼し、フ
ィルタ１６の再生が完了する。この後、負圧切換弁３９
．４４が切換えられてダイアフラム装置３１゜３２の変
圧室３５．４３に大気圧が導かれ、第１および第２バル
ブ２１．２３が閉弁する。

第３図および第４図は、再生時におけるフィルタ１６上
のパティキュレートＰの燃焼状態を示すものである。第
３図は再生の開始時を示し、この時パティキュレートＰ
は平行に設けられた各フィルタ基材１６ｃの出口部１６
ｂに１つおきに設けられた栓１６ｄの部分まで存在して
いる。排気ガスは矢印に沿って出口部１６ｂからフィル
タ１６内に流入し、フィルタ基材１６ｃの裏面からパテ
ィキュレートＰの堆積している面へ通過して、入口部１
６ａ（第１図および第２図）へ流出する。パティキュレ
ートＰは第４図に示すように、ヒータ１７に近接するも
のから着火され、徐々に燃焼して除去される。しかして
、この再生時に排気ガスはフィルタ基材１６ｃからパテ
ィキュレ−１−Ｐへ向かって流れるため、フィルタ基材
１６ｃを通過する排気ガスの温度はできるだけ低く抑え
られることとなり、パティキュレートＰの堆積量が多（
でも焼損するおそれがない。

一方、パティキュレートの捕集時、第１および第２バル
ブ２１．２３は閉弁しており、全ての排気ガスは、第１
図に示すようにフィルタ１６の入口部１６ａから出口部
１６ｂへ流れ、ヒータ１７を通って第２通路１５から排
気管へ流出する。

第１および第２バルブ２１．２３と電気ヒータ１７は電
子制御ユニット５０の出力信号に基いて制御される。第
１図に示すように、電子制御ユニット５０はマイクロコ
ンピュータからなり、中央演算処理装置（ＣＰＵ）５１
、リードオンリメモリ　（ＲＯＭ）５２、ランダムアク
セスメモリ　（ＲＡＭ）５３、Ａ／Ｄ変換器５４、およ
び入出力（Ｉ　１０）ボート５５を有し、これらはパス
ライン５６により相互に接続される。Ａ／Ｄ変換器５４
には、圧力センサ４５，４６、温度センサ４７および負
荷センサ４８が接続される。Ｉ１０ボート５５には、回
転数センサ４９が接続され、また駆動回路５７を介して
負圧切換弁３９．４４および電気ヒータ１７が接続され
る。負荷センサ４８は図示しない燃料噴射ポンプのレバ
ーに取付けられ、アクセルペダルに連動するこのレバー
の開度を検出するものであり、この開度の大きさを負荷
の大きさとして検知する。一方、回転数センサ４９はエ
ンジン回転数を検出する。

第５図および第６図は電子制御ユニット５０により行な
われるフィルタ１６の再生制御を示す。

第５図は所定のクランク角毎に行なわれるメインルーチ
ンを示す。まずステップＬｏｔにおいて再生条件が成立
しているか否かが判別される。この再生条件は従来行な
われているように、予めＲＯＭ５２に記憶されている、
フィルタ１６の圧力損失のエンジン回転数およびエンジ
ン負荷に対するマツプを読み、さらにこれを排気ガス温
度に応して補正することにより求められる。しかして再
生条件が成立すればステップ１０２においてフラグｆが
１にセットされる。

第６図は一定時間毎（本実施例では２００ｍ５ｅｃ毎）
に実行される再生ルーチンを示す。まずステップ２０１
においてフラグｆが１にセットされているか否か判別さ
れ、フラグｆがセットされていなければこのルーチンは
このまま終了するが、フラグｆがセットされていればス
テップ２０２へ進み、カウンタＣの値が６００以上か否
か判別される。カウンタＣは後述するステップ２０６を
実行する毎に１ずつ加算され、したがってステップ２０
２ではカウンタの加算が始まってから１２０秒経過した
か否かが判別される。カウンタＣはプログラムの起動時
に初期設定において０にセットされており、初めてステ
ップ２０２が実行される時０である。したがって、初め
はステップ２０３へ進み、第１および第２バルブ２１，
２３が開放される。次いでステップ２０４ではカウンタ
Ｃが１５０以上か否か、すなわちカウンタの加算が始ま
ってから３０秒経過したか否か判別される。初めてステ
ップ２０４が実行される時、カウンタＣはＯであり、し
たがって初めはステップ２０５へ進み、電気ヒータ１７
が通電される。次いでステップ２０６においてカウンタ
Ｃの値が１だけ加算され、このルーチンは終了する。

２００ｍ５ｅｃ　ｉｌｔ、再びこの再生ルーチンが実行
されるが、フラグｆがセットされている場合、ステップ
２０１，２０２，２０３，２０４，２０５，２０６が順
次実行され、カウンタＣは１ずつ加算されていく。しか
してフィルタ１６の再生処理が開始されて３０秒経過す
ると、カウンタＣが１５０になるのでステップ２０４に
おいて肯定判断され、ステップ２０７へ進んで電気ヒー
タ１７の通電が停止される。次いでステップ２０６にお
いてカウンタＣの加算が行なわれ、カウンタＣの値は１
５０を越える。その後、この再生ルーチンが割込み処理
されると、ステップ２０１，２０２゜２０３．２０４，
２０７，２０６の順に実行される。しかしてフィルタ１
６の再生処理が開始されて１２０秒経過すると、カウン
タＣが６００になるのでステップ２０２において肯定判
断され、ステップ２０８において第１および第２バルブ
２１．２３が閉塞されるとともに、ステップ２０９にお
いてフラグｆおよびカウンタＣがそれぞれＯにリセット
される。

なお、電気ヒータ１７を複数個設けて１個ずつ通電する
場合、各電気ヒータ毎にステップ２０４゜２０５．２０
７を実行すればよい。またバルブ２１゜２３の開放時間
およびヒータ１７の通電時間は上記実施例のものに限定
されないことはもちろんである。

〔発明の効果〕

以上のように本発明によれば、フィルタ再生時、排気ガ
スはフィルタ基材側からパティキュレートへ向かって流
れるので、パティキュレートの燃焼熱のフィルタ基材へ
の伝導が少なく、またフィルタ基材は比較的低温の排気
ガスにより冷却されるのでパティキュレートの堆積量が
多くても熱により損傷することがない。また本発明は、
フィルタ再生のためにバーナ等の特別な機構を必要とし
ないので構成が簡単であり、しかも確実にフィルタを再
生することができる。さらに本発明は再生ガスを吸気系
へ循環させるものではないので、エンジンの耐久性の点
においても有利である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示し、パティキュレート捕
集時を示す断面図、 第２図は第１図の装置のフィルタ再生時を示す断面図、 第３図は再生開始時におけるフィルタの断面図、第４図
は再生の途中におけるフィルタの断面図、第５図はメイ
ンルーチンを示すフローチャート、第６図は再生ルーチ
ンを示すフローチャートである。 １４・・・第１通路、 １５・・・第２通路、 １６・・・フィルタ、 １６ａ・・・入口部、 １６ｂ・・・出口部、 １７・・・ヒータ、 １９・・・孔、 ２１・・・第１バルブ、 ２３・・・第２バルブ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １．　ディーゼル機関の排気通路に設けられ、微粒子の
   捕集時における排気ガス流動方向の上流側に入口部を向
   け、該排気ガス流動方向の下流側に出口部を向けたフィ
   ルタと、このフィルタの出口部に近接して設けられたヒ
   ータと、上記フィルタの上流側と下流側とを連通させる
   通路を開閉する第１バルブと、上記フィルタの入口部の
   近傍を排気管に連通させる通路を開閉する第２バルブと
   を備え、上記第１および第２バルブは微粒子の捕集時、
   閉弁して排気ガスを上記フィルタの入口部から出口部へ
   流動させ、フィルタの再生時、開弁して上記フィルタ内
   の排気ガスを上記出口部から入口部へ流動させることを
   特徴とするディーゼル機関の排気微粒子除去装置。