JPS6258007A - デイ−ゼル機関の排気浄化装置 - 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】 し産業上の利用分野］ 本発明は、ディーゼル機関の排気浄化装置に係り、特に
ディーゼル機関の排気通路に排気微粒子を捕集するフィ
ルタを設けて、これに捕集した排気微粒子を適宜電気ヒ
ータで焼却処理するようにした排気浄化装置において、
その焼却処理時におけるディーゼル機関の性能低下を可
及的に抑えつつその消費電力の低減化を計ったディーゼ
ル機関の排気浄化装置に関する。

［従来の技術］ ディーゼル［１か、ら排出される排気ガス中には未燃炭
化水素や硫黄酸化物、あるいは窒素酸化物等が付着した
未燃のカーボン粒子（カーボン環）が含まれており、そ
れらの排気微粒子は、所謂スモークとして大気中に放散
されると、大気を汚染させて人体に悪影響を及ぼす原因
ともなる。

このため近年では、その排気公害を解消するために、デ
ィピル機関の排気通路に排気微粒子を付着堆積させる捕
集用のフィルタを設けて、−大気に放出゛する排気ガス
を浄化するようにな、している。

［発明が解決しようとする問題点］ ところで、ディーゼル機関の排気通路に排気微粒子の捕
集用フィルタを設けると、機関の高速運転時や高負荷運
転時には機関から排出される排気ガスの温度が高温とな
るために、その高温の排気ガスによってフィルタに付着
する排気微粒子は再燃焼して焼却処理されてしまう。し
かしながら、それ以外の通常の運転時においては、排気
ガス温度が低くなるために、フィルタに付着する排気微
粒子は燃焼せずに堆積していきフィルタに目詰り等を起
させて機関の排圧を上昇させ、その結果機関出力の低下
及び燃費の悪化等をＩＢき、最悪の場合には機関停止や
損傷に至る虞れがあった。このため、フィルタの上流側
に電気ヒータを設け、この電気ヒータによってフィルタ
に流入する排気ガスを加熱して適宜フィルタに捕集した
排気微粒子を焼却処理するようになしたものがある。

ところが、電気ヒータで排気微粒子を焼却除去しようと
すると、大電力が必要となり、車載のバッテリやジェネ
レータの能力ではその容量が不足してしまい、実用面に
問題があった。

また一方、フィルタに大量の排気微粒子が堆積している
ときに、電気ヒータによっであるいは機関が高負荷運転
されたりして、その排気微粒子に一旦着火すると急激な
燃焼が生じて大量の熱が発生し、フィルタを損傷させて
しまう問題もあった。

このため、それらの問題を解消し得るものとして、排気
微粒子の再燃焼時に排気ガスを全てフィルタをバイパス
さすで流し、フィルタには燃焼用の２次空気を導入して
電気ヒータで加熱し、かつこのとき２次空気の導入量を
フィルタ部の温度に応じて調節してその燃焼温度をフィ
ルタの損傷温度以下に制御するようにしたものが特開昭
５９−１０１５１８号公報に提案されている。

しかしながら、当該提案のものでは電気ヒータへの通電
と同時に低温の２次空気を導入するので、フィルタの温
度を再燃焼可＃、な温度までに上昇させるのに時間がか
かり無駄な電力を消費してしまう一面が残っていた。

［発明の目的］ 本発明は上記事情を考慮して創案されたものであり、そ
の目的は、フィルタに捕集した排気微粒子を電気ヒータ
で充分に再燃焼除去することができ、かつその再燃焼時
の消費電力を可及的に低減できると共にその再燃焼時に
おける機関の性能低下と燃費の悪化とを可及的に防止で
きるディーゼル機関の排気浄化装置を提供することにあ
る。

［発明の概要］ 本発明は上記目的を達成するために、ディーゼル機関の
排気通路に設けられて排気微粒子を捕集するフィルタと
、そのフィルタに捕集した排気微粒子を焼却する電気ヒ
ータと、上記フィルタに流入する排気ガス蚤を調節する
排気絞り弁と、この排気絞り弁の絞り時に上流側の排気
ガスが設定圧を超えるとフィルタをバイパスさせて流す
バイパス通路とを備えたもので、フィルタの再生時に排
気絞り弁を絞ってエンジンからの排気温を上昇させ、同
時にフィルタに流入する排気ガス量を減少させると共に
その少量の排気ガスを電気ヒータで加熱してフィルタに
堆積した排気微粒子を焼却処理するようになし、もって
電気ヒータの消費電力の低減化と排気微粒子の急激な再
燃焼の防止とを計り、かつ排気ガス圧力が設定値を超え
るとバイパス通路を開いて余剰の排気ガスをフィルタを
バイパスさせて流し、機関出力の低下と燃費の悪化とを
可及的に防止するものである。

［実施例］ 以下に、本発明の好適一実施例を添付図面に基づき詳述
する。

第１図に示すように、ディーゼル機関１の排気通路２に
は排気ガス中に含まれる排気微粒子を付着堆積させて捕
集するフィルタ３が設けられ、このフィルタ３に並設さ
れてその上流側と下流側との排気通路２を結んでバイパ
ス通路４が形成される。排気通路２には、フィルタ３に
流入する排気ガスを加熱してフィルタ３に捕集堆積させ
た排気微粒子を高温の排気ガスで燃焼させるための電気
ヒータ５と、そのフィルタ３に流入する排気ガス量を調
節するための排気絞り弁６とが設けられている。排気絞
り弁６は、フィルタ３の上流側あるいは下流側のどちら
に設けても良く、下流側に設ける場合には、図示するよ
うにバイパス通路４との合流部７より上流側に設ける。

また図示しないが、フィルタ３の上流側に設ける場合に
は、バイパス通路２の分岐部８より下流側に設け、その
更に下流に上記の電気ヒータ５を設ける。

また、排気通路２には上記フィルタ３の上流側に、排気
通路２内の排気ガス圧力を検知するための排圧センサ９
が設番プられ、もし上記排気絞り弁６をフィルタ３の上
流側に設けた場合には、その排圧センサ９は更にその上
流側に設けられる。

バイパス通路４には、その通路を開閉するバイパス弁１
０が設けられており、そのバイパス弁１０はこれより上
流側の排気ガス圧力が、上記排気絞り弁６が絞られるこ
とによって昇圧したときに、その圧力値が設定値を超え
ないように適宜バイパス通路４を開放して、余剰となる
排気ガスをフィルタ３をバイパスさせて流すようになっ
ている。

また、上記排気絞り弁６と電気ヒータ５及びバイパス弁
１０は電子制御装Ｗ１１１によってその作動が制御れる
ようになっており、電子制御装置１１には上記排圧セン
サ９からの信号と、燃料噴射ポンプ１２に設けられた機
関回転数センサ１３及び機関負荷センサ１４とからの信
号とが入力されて、それらの入力信号に応じて上記排気
絞り弁６、電気ヒータ５、バイパス弁８とを制御するよ
うになっている。即ち電子制御装置１１は、フィルタ３
の目詰りによって生じるフィルタ３の上流側排気通路２
内の排気ガス圧力の上界を排圧センサ９で検知して、そ
の圧力値が所定値を超えてフィルタ３の再生時期に達し
たと判断すると、排気絞り弁６を絞ると共に電気ヒータ
５のリレー１５を作動させて通電し、かつバイパス弁１
０を作動させてフィルタ３上流側の排気ガス圧力を調節
し、これを機関の運転に不具合が生じない圧力値に保持
するようになっている。

更に詳しく説明すると、ディーゼル機関１はその負荷り
と回転数Ｎとに相応して排出する排気ガス圧力Ｐが変動
し、排気通路２内の圧力を一定（例えばＰＣｔ　、ＰＯ
２−・−Ｐａｎ）に保って機関負荷りとその回転数Ｎと
を測定すると、第５図に示すようなグラフ（マツプ）を
得ることができる。従って、フィルタ３にある程度目詰
りが生じてフィルタ３の再生（捕集した排気微粒子の再
燃焼）が必要となる時点での排気通路２内圧力（Ｐｃｔ
　、ＰＯ２・・−ｐｃｎ）を、機関負荷りと、その回転
数Ｎとの関係（Ｐｃｎ−ｆｎｃＮ、Ｌ）として表わせる
。）で、予めマツプＡとして電子制御装置１１に記憶さ
せておけば、１圓回転数センサ１３と機関負荷センサ１
４とで検知した負荷Ｌａと回転数Ｎａとから導き出され
る再生時期判定用の排気通路内圧力Ｐｃｎと、排圧セン
サ９で検知した実際の排気通路内圧力Ｐａとを比較して
フィルタ３の再生時期を判断することができる。

一方、排気絞り弁６は具体的には例えば第２図に示すよ
うに構成される。１６は排気通路２を形成する排気管で
、この排気管１６に回動自在に弁体１７が軸支され、そ
の回転＠１８にレバ１９を介してダイヤフラム２０でな
るアクチュエニタが連結される。ダイヤフラム２ｏの圧
力作用ｖ２１にはバキュームポンプ等の負圧源（図示せ
ず）が接続され、その圧力供給管２２には、その管路を
上Ｆ！ａ電子電子制置装置からの０Ｎ−ＯＦＦ信号で間
開する電磁弁２３が設けられる。その電磁弁２３は、そ
のＯＮ時に圧力作用室２１に負圧源からの負圧を作用さ
せてブを体１７を閏じさせ、ＯＦＦ時には圧力作用室２
１にブリージング孔２４から大気を導入して弁体１７を
開放させるようになっている。また、弁体１７にはこれ
を閉じたときに少量の排気ガスを流すた・めの小穴２５
が設けられている。

また同様に、排気バイパス弁１０は第３図に示すように
構成される。１６は排気通路２を形成する排気管で、２
６はその排気管１６に接続されてバイパス通路４を形成
するバイパス管である。排気通路２とバイパス通路４と
の分岐部８となるバイパス管２６の接合部にはその流入
口２７部に弁座２８が形成され、その弁座２８にはこれ
に着座°　゛してバイパス通路４を開閉する弁体２９が
、ダイヤフラム３０よって弁座２８上を往復移動自在に
設けられる。ダイヤフラム３０の圧力作用室３１にはバ
キュームポンプ等の負圧源（図示せず）が接続され、そ
の圧力供給管３２には供給負圧（ａを調節するためのＩ
ｌｌ弁でなるバキュームコントロールバルブ（以後ＶＳ
■と略す。）３３が設けられ、このＶＳＶ３３が電子制
御装置１１で作動制御されるようになっている。

また、電子制御装置１１には第６図に示すようにＲｎｔ
ｌ　ＰＪＭ　Ｌ　ｎとその回転数Ｎｎとに応シテ排気通
路２内の排気ガス圧力の許容限界値ＰＲ１１＜機関の運
転に不具合を生じさせる略限界の圧力）がマツプＢとし
て記憶されており、排気絞り弁６が閉じられてフィルタ
３の再生が開始されると、排圧センυ・９で検知した実
際の圧力ｐａを予め設定された上記の許容限界圧力ｐＨ
１に一致させるべくＶＳＶ３３の作動を制御してバイパ
ス弁１０の開度をフィードバック制御するようになって
いる。

尚、第１図において３４は、フィルタ３近傍の下流側に
設けられて、その出口側の排気ガス温度Ｔを検知するめ
の排気温度センサであり、その出力は電子制陣装＠１１
に入力されている。また３５は排気通路２より分岐され
たＥＧＲ通路であり、バイパス通路４の合流部７より下
流側から分岐されている。

次に、本発明の作用を第４図のフローチャートを基にし
て説明する。

先ず、ディーゼル機関１が始動されると、電子制御装置
１１は機関回転数センサ１３と負荷センサ１４及び排圧
はンサ９とによって機関の実際の回転数Ｎａと負荷しａ
及び排気通路内圧力ｐａとを検知する。そしてマツプ八
に記憶されているＮａ、Ｌａの時のフィルタ３の再生時
期判定用排気通路内圧力Ｐｃｎと上記Ｐａとを比較して
Ｐａ≧ｐｃｎとなったか否かによってフィルタ３の再生
開始時１！１を判断する。ｐａ＜ｐａｎ（即ちＮｏ）の
場合には、排気絞り弁６を開け、バイパス弁１０を閉じ
、電気ヒータ５への通電・をＯＦＦにしたままにして、
排気ガスの全てをフィルタ３を通過させてその中に含ま
れる排気微粒子をフィルタ３に捕集しつつ浄化して大気
に放出する。

ｐａがｐｃｎ以上（即ちｐａ≧ｐｃｎがＹｅＳ）となる
と、電子制′＃Ｊ！＠１１はフィルタ３の再生時期に達
したと判断して排気絞り弁６を閉じる。すると排気ガス
は排気絞り弁６の弁体１７の小穴２５から少量づつ流れ
るようになってフィルタ３に流入する排気ガス但が減少
される。そして、排気絞り弁６が絞られることによって
これより上流側の排気通路２内は余剰となる排気ガスに
よって昇圧していく。このとき電子制御装置１１は機関
回転数Ｎａとその負荷１ａ及び排気通路内圧力ｐａとを
検知して、その入力されるＮａ、しａに応じてマツプＢ
に記憶されている排気通路内圧力の許容限界圧力ｆｌｌ
ｌＰｎにまでｐａを高め、かつｐａがＰｎ以上とならな
いようにＶＳＶ３３の作動をυ制御してバイパス弁１ｏ
の開閉及びその開度を調節し、Ｐａをフィードバック制
御する。

そして次に、電気ヒータ５への通電を開始し、フィルタ
３に流入する少量の排気ガスを加熱してその温度をフィ
ルタ３に捕集した排気微粒子の再燃焼可能な温度以上に
昇温させ、排気微粒子を再燃焼させて焼却処理する。ま
たこのとき、電子制御装置１１は電気ヒータ５への通電
開始と同時にその通電時間［を計測し始め、かつ排気温
度センサ３４によってフィルタ３出口側の排気温度Ｔを
検知してその温度Ｔがフィルタ３部の損傷温度ＴＯ以下
となっていることを監視する。ＴがＴ。

以下（Ｔ≦ＴｏがＹｅｓ）であるならば通電時間℃が設
定時間ｔｏに達するまで通電を継続し、ｔがｔｏ以上（
即ちｔ≧ｔｏがＹｅｓ）となると電気ヒータ５への通電
を停止して排気絞り弁６を間放し、かつ排気バイパス弁
１０を閉じてフィルタ３の再生（再燃焼）を終了さける
。また、電気ヒータ５への通電中に排気温度ＴがＴＯ以
上（即ちＴ≦ＴｏがＮｏ）となると、直ちに電気ヒータ
５への通電を停止し、フィルタ３の再生を終了させてそ
のａｍを防止する。

即ち、本発明のディーゼル開開の排気性−七装冒は、フ
ィルタ３の再生時に排気絞り弁６を絞ってフィルタ３に
流入する排気ガス量を減少させる。

そして少量の排気ガスを電気ヒータ５で加熱してフィル
タ３に捕集した排気微粒子を焼却除去する。

このため、排気ガスの全量をフィルタ３に流入させつつ
電気ヒータ５で焼却さ眩る場合に比較して、電気ヒータ
５の容ｌを約１／２以下となしてもフィルタ３に流入す
る排気ガス温度を排気微粒子の再燃焼可能温度以上に上
昇させることができ、その消費電力を可及的に低減でき
るようになる。

また、排気微粒子を再燃焼させるにあたっては排気ガス
の一部しか使わず、２次空気も導入しないので０２量は
少なく、排気微粒子（カーボン。

煤）は電気ヒータ５が通電されている間だけ緩やかに燃
焼する。このため、排気微粒子が急激に燃焼反応を起し
てフィルタ３を損傷させる虞れがない。

また更に、再生時には排気絞り弁６を絞ってこれより上
流側の排気通路２内の排気ガス圧力を上背させると共に
、その圧力が設定１ｉ１ｆｆ（本実施例では許容限界圧
力）を超えるとバイパス通路４を問いて昇圧した排気ガ
スをフィルタ３をバイパスさせて流すようにしたので、
機関に不具合を生じさせない程度にその排気ガス圧力を
高めて、機関から排出される排気ガス温度を可及的に上
昇させることができる。このためフィルタ３に捕集ｊ「
積した排気微粒子を再燃焼させ易い環境にすることがで
き、電気ヒータ５は再燃焼に不足する熱１分だけ排気ガ
スを加熱さＶれば良くなり、その消費電力を更に可及的
に低減できるようになる。従って、電気ヒータ５のワッ
ト数は更に数分の１から士数分の１にその容量を小さく
することが可能になる。

尚、排気バイパス弁１０は、簡易的にスプリング等で付
勢して、固定された設定圧力値で開放するように構成し
ても良い。

［発明の効果］ 以上型するに、本発明によれば次のごとき層れた効果を
発揮する。

（１）　　排気通路に排気絞り弁を設けてフィルタの再
生時にフィルタに流入する排気ガス尋を減少させるよう
にしたので、その流入する排気ガスを加熱するための電
気ヒータの容Ｉを小さくすることができ、かつ排気を絞
ることによってこれより上流側の排気通路内の圧力を上
昇させて機関から排出される排気ガス温度を上昇させる
ようにしたので電気ヒータの消費電力を可及的に低減で
きる。

（２）　　排気通路内の排ガス圧力が設定値を超えると
フィルタをバイパスさせて余剰となる排気ガスを流すバ
イパス通路を設けたので、機関に不具合を生じさせるこ
となく機関から排出される排気ガス温度を可及的に上昇
させることができる。

（３）　　排気微粒子を再燃焼させるにあたっては、排
気ガスの一部しか使わず、２次空気も導入しないので、
０２ｆｆｉは少なく、電気ヒータに通電している間だけ
緩やかに再燃焼させて排気微粒子を焼ｕＪ処即すること
ができ、排気微粒子の急激な燃焼反応を抑えてフィルタ
の損傷を防止することができる。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明に係るディービル殿関の排気浄化装置の
好適一実施例を示す概略構成図、第２図は排気絞り弁の
具体的な構成例を示す斜視図、第３図は排気バイパス弁
の具体的な構成例を示す側断面図、第４図は本発明の排
気浄化装置の制御の一例を示すフローチャート図、第５
図はフィルタの再生時期を判断するための圧力１直を記
憶したマツプを示す図、第６図はバイパス通路を開放す
るための設定圧力値を記憶したマツプを示す図である。 図中、１はディーゼル機関、２は排気通路、３はフィル
タ、４はバイパス通路、５は電気ヒータ、６は排気絞り
弁である。 特許出願人　　いすず自動車株式会社 代理人弁理士　絹　　谷　　信　　雄 第２図 第３図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ディーゼル機関の排気通路に設けられて排気微粒子を捕
   集するフィルタと、該フィルタにより捕集した排気微粒
   子を焼却する電気ヒータと、上記フィルタに流入する排
   気ガス量を調節する排気絞り弁と、該排気絞り弁の絞り
   時に上流側の排気ガスが設定圧を超えるとフィルタをバ
   イパスさせて流すバイパス通路とを備えたことを特徴と
   するディーゼル機関の排気浄化装置。