JPS639613A - 内燃機関用排気ガスフイルタ再生装置 - 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 この発明は、内燃機関用排気ガスフィルタ再生装置、特
に、急激燃焼によってフィルタを焼損することなくフィ
ルタを再生できる内燃機関用排気ガスフィルタ再生装置
に関連する。

災米立投亙 現在、Ｄ　Ｐ　Ｆ　（Ｄｅｉｓｅｌ　Ｐａｒｔｉｅｕｌ
ａｔａ　Ｆｉｌｔａｒ）再生用バーナは、内燃機関の排
気ガスに含まれる微粒子（Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ）を
トラップと呼ばれるフィルタで捕集し、バーナから噴出
する燃料の燃焼によりフィルタの反復使用を可能にする
内燃機関の排気浄化装置として用いられている。この型
式の排気浄化装置では、例えば、特開昭５６−１１５８
０号公報に示される通り、排気通路中に設けたトラップ
によって排気ガス中に含まれるカーボンを主成分とする
微粒子を捕集する。一定期間使用後、トラップの入口圧
力と出口圧力との圧力差を検出してトラップでの微粒子
捕集状態を決定するが、この圧力差が所定レベルに達し
たとき、バーナを作動して、トラップ内の微粒子を焼却
してフィルタの再生が行われる。

上記装置を第５図について説明すると、内燃機関１の排
気管２中に形成された濾過室３内には、フィルタ４が配
置される。フィルタ４は、ハニカム形状を有する多孔質
セラミックで形成される。

ハニカ・ム形状を有する型式のハニカム式エアフィルタ
は、例えば、特開昭５９−１２７６１８号公報に開示さ
れる通り、並置された多数の通気孔を流入口で１つおき
に密封材で充填すると共に、流出口では、流入口で充填
されない通気孔を密封材で充填した構造を有する。排気
管２を通る排気ガス中に含まれる炭素等の可燃性微粒子
は、フィルタ４で捕集される。

一定期間の使用を通じてフィルタ４に捕集されかつ１積
した微粒子は、可燃性付着物を形成し。

フィルタ４は、目詰りを生ずる。そこで、フィルタ４に
隣接するバーナ６の作動により、目詰りの原因である可
燃性付着物は燃焼し、フィルタ４は再生される。この目
的で、バーナ６は、グロープラグを有しかつ燃料ポンプ
（図示せず）に接続される。また、バーナ６は、電磁制
御によってバーナ６への燃料供給量を制御するインジェ
クタ５を有する。フィルタ４の上流には、排気ガスの圧
力を検出する圧力センサ９及びバーナ６の燃焼温度を測
定する温度センサ１ｏが設けられる。内燃機関１には、
エンジン回転数を検出する回転センサ１１が取付けられ
、バーナ６に酸素を供給するエアポンプ１２が設けられ
る。エアポンプ１２には、バーナ６へ空気を送る空気供
給管１３が接続される。また、上記グロープラグ、燃料
ポンプ、インジェクタ５、圧力センサ９、温度センサ１
ｏ及び回転センサ１１は、制御装置１４に接続され、電
気的に測定又は制御される。

目詰りの原因である可燃性付着物を除去しフィルタ４を
再生するとき、フィルタ４に隣接するバーナ６をグロー
プラグによって点火し、燃料ポンプから燃料をバーナ６
のインジェクタ５に供給すると共に、エアポンプ１２が
ら空気供給管１３を通じてバーナ６に空気を供給するこ
とにより、バーナ６を加熱してフィルタ内の捕集粒子を
燃焼し、フィルタを再生する。フィルタ４の上記目詰り
状態は、濾過室３の入口部１５に設けられた圧力センサ
９によって検出される。即ち、微粒子の捕集量の増加に
伴って可燃性付着物の蓄積量が増加し、フィルタ４の入
口部１５の排気ガス圧力が上昇する。この排気ガス圧力
が一定レベル以上に上昇したとき、目詰りと決定し、バ
ーナ６を作動して可燃性付着物の燃焼を行う６内燃機関
の全運転領域において、目詰り状態を判断するために、
内燃機関の稼動中に回転センサ１１により内燃機関の全
回転数を検出し、また温度センサ１６により排気ガスの
温度を検出すると共に、これらの検出信号を制御装！１
１４に送出し、排気ガス圧力の測定と共に回転数と排気
ガス温度を常時測定する。フィルタ４に捕集された可燃
性付着物のバーナ６による燃焼時には、温度センサ１０
によってバーナ６の燃焼温度を検出して、バーナ６の燃
焼温度が異常に上昇しないように、例えば、この燃焼温
度を７５０℃に保持するように、制御装置１４で燃料ポ
ンプ又はインジェクタ５を制御して、バーナ６への燃料
の供給量を制限する。

明が解　じょ゛とする司“δ フィルタの再生時には、フィルタを通過する排気ガスが
特定の状態にあるとき、フィルタに付着した微粒子が爆
発的に燃焼を開始し、このためフィルタ内の温度が急激
に上昇する急激燃焼現象を発生する。急激燃焼現象が発
生すると、フィルタ内の温度が部分的に著しく高くなり
、このため部分的に大きな温度差が生ずるので、フィル
タに亀裂が発生したり、焼損することがある。このよう
な状況を回避するため、従来では、カーボン捕集量が少
ない時期に再生を行う短周期燃焼法又はバーナへの燃料
供給量を徐々に増加して一定時間後に一定供給量に達す
るように燃料供給量を制御する燃料供給微量増加法のい
ずれかを行っている。

上記短周期燃焼法では、カーボン捕集量が少ない時期に
再生を行うと、再生周期が短くなるので、再生回数が増
加し、フィルタの寿命が短くなると共に、再生用燃料の
使用量が増加する。また、燃料供給ｖｌｉ量増加増加法
、バーナの燃焼温度上昇が緩慢になり、再生に長時間を
必要とする。いずれの方法においても１回転数又は負荷
の変動する内燃機関の稼動状態の下では、フィルタ内で
急激燃焼が発生する状態を予測できないため、フィルタ
の再生を自動的に行うことができず、内燃機関を特定の
状態１例えば１回転数の高いハイアイドリング状態に保
持し、バーナへの燃料供給量を制御しながらフィルタの
再生を行っていた。このため、フィルタの再生に長時間
を必要とした。

この発明は、内燃機関を変動する回転数又は負荷で稼動
しながらかつフィルタを焼損することなく自動的に再生
できる内燃機関用排気ガスフィルタ再生装置を提供する
ことを目的とする。

即」Ｌｌ（邂］すＬ４力１慕へ毛皮− この発明による内燃機関用排気ガスフィルタ再生装置は
、内燃機関の排気管を通って排出される排気ガス中に含
まれる微粒子をろ過するフィルタと、フィルタで捕集さ
れた微粒子を燃焼するバーナと、バーナに供給する燃料
の供給量を制御するインジェクタ又は燃料ポンプとを備
えた内燃機関用排気ガスフィルタ再生装置において、バ
ーナの上流における前記排気管に取付けられ排気ガスの
温度を測定する温度センサと、内燃機関の回転数を検出
する回転センサと１回転センサ及び前記温度センサから
の電気信号を受け、フィルタの加熱時に内燃機関の回転
数が所定の回転数範囲になりかつ上記温度センサの周囲
を流れる排気ガスの温度が所定の温度範囲に達した時、
バーナへの燃料供給量を制限する制御出力を前記インジ
ェクタ又は燃料ポンプに与える制御回路とを設けたこと
を特徴とする。

この発明は、排気ガス流量、温度及び排気ガス中の酸素
濃度によってフィルタ内の微粒子が急激燃焼する条件が
決定され、これらは、内燃機関の回転数及び排気ガス温
度によって決定できる事実を発見したことに基づくもの
である。この場合、排気ガスの流量及び酸素濃度は、内
燃機関の回転数と排気ガス温度の測定により検出するこ
とができる。即ち、排気ガス流量が比較的少ないアイド
リング時の回転数、例えば６００ｒｐｍから１６０Ｑ　
ｒｐｍの間でかつ排気ガス中の酸素濃度が比較的高い低
負荷のとき、かつ、アイドリング時の排気ガス温度、例
えば１００℃から４５０”Ｃのときは、フィルタ４内は
急激燃焼を誘発しゃすい状眉が形成される。従って、こ
れらの回転範囲及び温度範囲では、バーナへの燃料供給
量を減少すべきである０本来、フィルタ内の酸素濃度を
測定することが望ましいのであるが、酸素濃度の測定に
は不安定なａ素濃度センサと複雑な信号処理回路が必要
であり、実用に適する酸素濃度測定装置を開発すること
は困難である。そこで、この発明は、排気ガスの温度及
び内燃機関の回転数を検出することによりフィルタ内微
粒子の急激燃焼を防止する手段を提供するものである。

土足 回転数の変化する内燃機関の回転数が所定の回転数範囲
に該当し、かつ排気ガスの温度が所定の温度範囲に該当
するとき、バーナへの燃料供給量を制限する制御出力を
インジェクタに与えて、バーナで燃焼する燃料示を自動
的に減少する。

大適員 以下、この発明の実施例を第１図ないし第４図について
説明する。これらの図面では、第５図に示す部分と同一
の部分については同一符号を付し説明を省略する。

第１図に示すように、この発明による内燃機関用排気ガ
スフィルタ再生装置は、バーナ６の上流における排気管
２に取付けられ排気ガスの温度を測定する温度センサ１
６と、内燃機関１の回転数を検出する回転センサ１１と
、回転センサ１１及び温度センサ１６からの電気信号を
受け、フィルタ４の加熱時に内燃機関の回転数が所定の
回転数範囲になりかつ温度センサ１６の周囲を流れる排
気ガスの温度が所定の温度範囲に達した時、バーナ６へ
の燃料供給量を制限する制御出力をインジェクタ５に与
える制御回路２ｏとが設けられる。

また、第１図では、グロープラグ１７はインジェクタ５
の先端部に取付けられ制御回路２０に接続される。バー
ナ６に燃料を供給する燃料供給管１８に燃料ポンプ１９
が接続され、この燃料ポンプ１９も制御回路２０に接続
さ五る。濾過室３内では、フィルタ４の後流に触媒体７
が取付けられる。

制御回路２０は、第２図に詳細に示されるように、フィ
ルタ４の上流の排気ガス圧力を感知する圧力センサ９と
回転センサ１１とが設けられた起動回路２２と、起動回
路２２の出力でインジェクタ１９を作動する駆動回路２
３と１回転センサ１１及び温度センサ１６からの電気信
号を受け、フィルタ４の再生時に内燃機関１の回転数が
所定の回転数範囲になりかつ温度センサ１６の周囲を流
れる排気ガスの温度が所定の温度範囲に達した制御範囲
を検出する温度一回転数検出回路２１とを有する。温度
一回転数検出回路２１は、上記制御範囲を検出したとき
、バーナ６への燃料供給量を制限する制御出力を燃料制
御回路２４を通じてインジェクタ５に与える。

起動回路２２は、圧力センサ９に接続された増幅器３０
と、増幅器３０の出力と基準電圧電源３１の出力とを比
較する比較器３２と、増幅器３３を介して回転センサ１
１の出力及び比較器３２の出力を受けるアンドゲート３
４と、アンドゲート３４の出力でパルスを生ずるワンシ
ョットマルチバイブレータ３５とを有する。マルチバイ
ブレータ３５の出力は、Ｒ／Ｓフリップフロップ３６の
セット端子及びタイマ回路２７に接続される。フリップ
フロップ３６のＱ出力端子は、駆動回路２３のトランジ
スタ４０のベースに接続される。

駆動回路２３は、上記トランジスタ４０と、トランジス
タ４０のコレクタと電源との間に接続されたグロープラ
グ１７と、トランジスタ４０のコレクタに接続されたエ
ミッタを有するトランジスタ４１と、トランジスタ４１
のコレクタに接続されたベースを有するトランジスタ４
２と、トランジスタ４２のコレクタに接続された一端と
接地された他端とを有するインジェクタ５のコイル４５
と、トランジスタ４２のエミッタと電源との間に接続さ
れた抵抗４３と、トランジスタ４１のベースと電源との
間に接続された抵抗４６とを有する。

トランジスタ４０のエミッタは接地され、トランジスタ
４１のベースは、抵抗４９を介してトランジスタ４４の
コレクタにも接続される。トランジスタ４４は、燃料制
御回路２４を構成する。

温度一回転数検出回路２１は、増幅器３３を介して回転
センサ１１に接続された比較器５１及び５２と、増幅器
５５を介して温度センサ１６に接続された比較器５３及
び５４と、比較器５１〜５４にそれぞれ定電圧を印加す
る定電圧電源５６〜５９と、比較器５１の出力及び反転
入力端子により比較器５２の出力を受けるアンドゲート
６０と、比較器５３の出力及び反転入力端子により比較
器５４の出力を受けるアンドゲート６１と、アンドゲー
ト６０及び６１の出力を受け、前記トランジスタ４４の
ベースに出力を送出するアンドゲート６２とを有する。

アンドゲート６２の出力は、タイマ回路２７にも印加さ
れ、タイマ回路２７の計数を一時的に停止する。タイマ
回路２７の出力及び停止スイッチ３８の出力は、オアゲ
ート３７を通じてＲＳフリップフロップ３６のリセット
端子に接続される。

比較器５１は、内燃機関の回転数範囲のフィトリング時
の下限回転数、例えば、６００ｒｐｍを検出して下限回
転数以上の回転数で出力を発生し、比較器５２は、上限
回転数、例えば、１６００ｒｐｍを検出し、上限回転数
以上の回転数で出力を発生する。また、比較器５３は、
排気ガスの温度範囲のアイドリング時の下限温度、例え
ば、１００℃を検出して下限温度以上の温度で出力を発
生し、比較器５４は、上限温度、例えば、４５０℃を検
出し、上限温度以上の温度で出力を発生する。

上記構成において、多量の微粒子付着のためフィルタ４
に目詰りが生ずると、増幅器３０を介して比較器３２に
与えられる圧力センサ９の出力は。

基準電圧電源３１の出力より高くなり、比較器３２は、
出力をアンドゲート３４に送出する。内燃機関１の回転
数を検出する回転センサ１１の出力が増幅器３３を通じ
てアンドゲート３４に与えられるから、アンドゲート３
４は、出力を発生し、マルチバイブレータ３５にパルス
を発生させる。

従って、フリップフロップ３６がセットされ、Ｑ出力端
子からトランジスタ４０のベース入力が与えられる。こ
のため、トランジスタ４０は、オンとなり、グロープラ
グ１７が点火され、またトランジスタ４１のエミッタ電
流が流れるので、トランジスタ４２がオンとなり、電源
から抵抗４３及びトランジスタ４２を通じてインジェク
タ５のコイル４５に通電される。従って、バーナ６に燃
料が供給され、フィルタ４の再生が開始される。

内燃機関１の回転数がフィルタ４°の急激燃焼を予測す
る所定の回転数範囲の下限値に達したとき、即ちアイド
リング時に比較器５１が出力を生じ、上限値に達する前
では比較器５２は出力を生じないので、アンドゲート６
０は、出力を発生する。

また、排気管２に取付けた温度センサ１６の周囲の温度
がフィルタ４の急激燃焼を予測する所定の温度範囲の下
限値、即ちアイドリング時に、比較器５３は、出力を生
じ、上限値に達する前では比較器５２は出力を生じない
ので、アンドゲート６１は、出力を発生する。従って、
所定回転数範囲及び所定温度範囲に該当する状態では、
アンドゲート６２は、出力を発生し、トランジスタ４４
をオン状態に保持する。従って、トランジスタ４１のベ
ース電流が減少し、トランジスタ４１のエミッタ電流は
制限され、従って、トランジスタ４２のベース電流及び
コイル４５への電流が減少し。

バーナ６への燃料供給量が減少する。上記所定回転数範
囲及び所定温度範囲に該当する状態１例えば、内燃機関
の回転数が１６００ｒｐ１１以下のとき及び排気ガス温
度が４５０℃以下のときは、アンドゲート６０及び６１
は出力を生じ、この発明の再生装置ではバーナ６への燃
料供給量が減少される。しかし、上記回転数及び排気ガ
ス温度の範囲外では、この発明の再生装置では、燃料供
給量は制御されず、バーナ６の燃焼温度は、約７５０℃
に保持される。この目的で１図示しない制御回路により
、フィルタ４の異常加熱時、異常低温時。

再生開始時及び終了時には、燃料供給量が所定のレベル
に制御されることは従来の装置と同様である。

バーナ６の再生開始後、一定時間経過すると。

ワンショットマルチバイブレータ３５の出力を受けたタ
イマ回路２７はオアゲート３７を通じてＲ／Ｓフリップ
フロップ３６をリセットし、トランジスタ４０のベース
への通電を停止する。従って、トランジスタ４ｏがオフ
になり、インジェクタ５のコイル４５への通電が停止さ
れ、バーナ６への燃料供給が阻止される。

第３図は、内燃機関の回転数（ｒｐｍ）とエキゾースト
マニホールド出口での排気ガス温度（’Ｃ）とにより、
フィルタ４内で急激燃焼が発生すると予想される回転数
と排気ガス温度の関係を示し、図示の扇形範囲内では、
急激燃焼が発生すると予測される。この扇形範囲は１回
転数では、６００〜１６０Ｑｒｐｍであり、排気ガス温
度では、１００℃〜４５０℃である。前述の通り、排気
ガス流量が比較的少ないアイドリング時の回転数６０Ｏ
ｒｐｍから１６０Ｏｒｐｍの間でかつ排気ガス中の酸素
濃度が比較的高い低負荷のとき、即ち、アイドリング時
の排気ガス温度１００℃から４５０℃のときは、フィル
タ４内は急激燃焼を誘発しやすい状態が形成される。

この発明の内燃機関用排気ガスフィルタ再生装置では、
微粒子の急激燃焼の発生を回避するため、種々の制御方
法でインジェクタ５を通る燃料を制御することができる
１例えば、第４図のフローチャートに示される通り、ス
テップ７ｏで目詰りを検知したとき、６０〜７０秒間、
グロープラグ１８の通電を行い、燃料供給を開始する（
ステップ７１．７２）、この段階では、内燃機関の回転
数及び排気ガスの温度を悶定しながら、燃料供給量は増
加される（ステップ７３）、フィルタ４が急激燃焼を開
始することが予測される上記所定回転数範囲及び所定温
度範囲に該当する状態（ステップ７４）か否か判断し、
内燃機関の回転数及び排気ガス温度が急激燃焼範囲のと
き、燃料供給量を制御される（ステップ７５）、Ｌ、か
じ、これらが急激燃焼範囲外のときはバーナの燃焼温度
が７５０℃に保持され（ステップ７６）、この状態にお
いて所定時間の経過による再生終了か否か判断しくステ
ップ７７）、一定時間経過していれば、燃料の供給が停
止され、再生が終了する。

この発明の上記実施例では、変更が可能である。

例えば、制御回路２０は、マイクロコンピュータで構成
し、燃料供給量をプログラム制御で行ってもよい、また
、フィルタ内で微粒子が急激燃焼を開始する範囲は１通
常回転数では、６００〜１６００ｒｐｍであり、排気ガ
ス温度では、１００℃〜４５０℃であるが、微粒子の組
成成分、フィルタの形状及び排気ガスの通過状態等の種
々の要因によって変動するから、燃料供給量を制限する
上記急激燃焼に対する条件の具体的数値は、種々の状態
を勘案して設定しなければならない。バーナへ供給する
燃料量の制御は、インジェクタの替わりに燃料ポンプで
行ってもよい、また、この発明のように急激燃焼を予測
せずかつバーナ６の燃焼温度を検出する温度センサ１ｏ
の信号に応答してバーナ６への燃料供給量を制御する従
来の再生装置と組合せて、再生開始時又は終了時に燃料
供給量の増加、減少又は所定レベル維持によりフィルタ
を所定の温度に保持してもよい、更に、第２図において
、アイドリング状態を検出する比較器５１と５３とを省
略して、増幅器３３の出力をアンドゲート６６に直接与
えると共に、増幅器５５出力をアンドゲート２１に直接
与えてもよい。

見胛Δ肱策 フィルタ内に捕集された微粒子が急激燃焼を開始する状
態を内燃機関の回転数及び排気ガスの温度から予測し、
内燃機関の回転数が所定の回転数範囲にあり、かつ排気
ガスの温度が所定の温度範囲にあるとき、バーナへの燃
料供給量を制限する制御出力をインジェクタ又は燃料ポ
ンプに与えて、バーナで燃焼する燃料量を減少するので
、回転数又は負荷の変動する内燃機関の稼動時において
も自動的にフィルタの再生を行うことができ、フィルタ
の急激燃焼を充分に阻止することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明による内燃機関用排気ガスフィルタ
再生装置の略示図、第２図は、第１図の再生装置に使用
する制御回路の詳細を示す電気回路図、第３図は、フィ
ルタの急激燃焼を予測する内燃機関の回転数と排気ガス
温度との関係を示すグラフ、第４図は、この発明の再生
装置での燃料制御方法の一例を示すフローチャートで、
第５図は、従来の内燃機関用排気ガスフィルタ再生装置
の略示図である。 １０．内燃機関、　　２６．排気管、　４９．フィルタ
、　５０．グロープラグ、　６１．バーナ、９０．圧力
センサ、　　　１０．１６６．温度センサ、１１００回
転センサ、　　２０．、制御回路、第３図 第５図

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）内燃機関の排気管を通って排出される排気ガス中
   に含まれる微粒子をろ過するフィルタと、該フィルタで
   捕集された微粒子を燃焼するバーナと、該バーナに供給
   する燃料の供給量を制御するインジェクタ又は燃料ポン
   プとを備えた内燃機関用排気ガスフィルタ再生装置にお
   いて、 前記バーナの上流における前記排気管に取付けられ排気
   ガスの温度を測定する温度センサと、内燃機関の回転数
   を検出する回転センサと、該回転センサ及び前記温度セ
   ンサからの電気信号を受け、前記フィルタの加熱時に内
   燃機関の回転数が所定の回転数範囲になりかつ上記温度
   センサの周囲を流れる排気ガスの温度が所定の温度範囲
   に達した時、前記バーナへの燃料供給量を制限する制御
   出力を前記インジェクタ又は燃料ポンプに与える制御回
   路とを設けたことを特徴とする内燃機関用排気ガスフィ
   ルタ再生装置。
2. （２）上記内燃機関の所定の回転数範囲は、アイドリン
   グ時の回転数から１６００ｒｐｍであり、排気ガスの所
   定の温度範囲は、アイドリング時の温度から４５０℃で
   ある特許請求の範囲第（１）項記載の内燃機関用排気ガ
   スフィルタ再生装置。
3. （３）上記アイドリング時の回転数は、６００ｒｐｍで
   あり、アイドリング時の排気ガス温度は、１００℃であ
   る特許請求の範囲第（２）項記載の内燃機関用排気ガス
   フィルタ再生装置。
4. （４）上記制御回路は、上記フィルタの上流の排気ガス
   圧力を測定する圧力センサを設けた起動回路と、上記温
   度センサ及び上記回転センサに接続され排気ガス温度と
   回転数が所定の温度範囲及び回転数範囲にあるか否かを
   判断する温度−回転数検出回路と、前記起動回路の出力
   で上記インジェクタを作動する駆動回路と、上記温度一
   回転数検出回路の出力が発生したとき、前記インジェク
   タへ供給する出力を減少する燃料制御回路とを有する特
   許請求の範囲第（１）項記載の内燃機関用排気ガスフィ
   ルタ再生装置。