JPH0128255Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本考案は、デイーゼルエンジンの排気中に含ま
れる未燃カーボン等の微粒子成分（パテイキユレ
ート）を排気通路に設けた触媒付捕集部材により
捕集するようにしたデイーゼルエンジンの排気浄
化装置に関し、特に上記触媒付捕集部材を再生す
る対策に関する。

（従来技術） 従来より、この種の、排気通路に微粒子成分捕
集用の捕集部材（フイルタ部材）を配置せしめた
デイーゼルエンジンの排気浄化装置はよく知られ
ているが、このものでは長期間経過すると捕集さ
れた微粒子成分の堆積により捕集部材に目詰まり
が生じてエンジン出力が低下する等の問題があ
り、この問題に対処するために定期的に上記捕集
部材の目詰まりを解消してその再生を行う必要が
ある。

そして、このような捕集部材の再生を行う方式
の一例として、従来、例えば特開昭56−56921号
公報等に開示されているように、排気通路に配設
する捕集部材を、排気中の未燃ガスを酸化燃焼さ
せる触媒作用を併有する触媒付のものとするとと
もに、該触媒付捕集部材よりも上流側の排気通路
に排気ガスを加熱する電気発熱体（電気ヒータ）
等の加熱手段を設け、該加熱手段により加熱され
た排気ガスを再生ガスとして触媒付捕集部材に導
いて該触媒付捕集部材での酸化反応によりさらに
高温にし、この高温となつた排気ガスによつて捕
集部材に捕集されている微粒子成分を燃焼除去す
るようにしたものが提案されている。

（考案が解決しようとする問題点） ところで、この提案のものでは、触媒付捕集部
材での排気ガスの再燃焼による発熱を利用して微
粒子成分を加熱燃焼させるため、加熱手段の発熱
体容量、バツテリ容量等をある程度は小さくする
ことができる。しかし、微粒子成分を効果的に燃
焼除去するには約600℃以上の高温度への加熱が
必要であることを考慮した場合、上記加熱手段の
発熱体容量、バツテリ容量をあまりに小さく設定
することはできないものである。

そこで、上記の触媒付捕集部材を加熱再生する
ための再生ガスを、電気発熱体と該電気発熱体か
らの熱エネルギーを蓄熱する蓄熱材との組合せに
よつて加熱するようにすることにより、触媒付捕
集部材を効果的に再生しながら電気発熱体やバツ
テリの容量を従来のものよりもさらに小さく設定
できるようにすることが考えられる。

ところが、その場合、蓄熱材の利用によつて電
気発熱体およびバツテリの容量を小さくした分だ
け電気発熱体からの熱エネルギーを蓄熱材に十分
に蓄熱するまでの時間が長くかかり、短時間のエ
ンジン運転を繰り返すときには蓄熱材での熱エネ
ルギーの蓄熱不足により再生ガスが高温度まで加
熱昇温されず、捕集部材を確実に再生することが
できないという問題が生じる。

（考案の目的） 本考案はかかる諸点に鑑みてなされたもので、
その目的とするところは、上記した蓄熱材の温度
がエンジンの排気ガス熱を受けて所定温度以上に
上昇するとその熱エネルギーを活かして直ちに捕
集部材の再生を行うようにすることにより、蓄熱
材の使用により電気発熱体およびバツテリの容量
を小さく設定しつつ、電気発熱体での消費電力を
低減して捕集部材の再生を確実に行い得るように
することにある。

（考案の構成） 上記目的を達成するために、本考案の構成は、
排気通路に微粒子成分捕集用の触媒付捕集部材を
配設してなるデイーゼルエンジンの排気浄化装置
において、上記触媒付捕集部材上流側の排気系
に、排気ガスと接触し、かつ捕集部材に捕集され
た微粒子成分を燃焼除去するための再生ガスを加
熱する蓄熱材と、該蓄熱材を加熱して熱エネルギ
ーを蓄熱させる電気発熱体と、所定期間毎に上記
電気発熱体に通電させる第１の発熱体制御手段と
を設ける。さらに、上記蓄熱材の温度を検出する
蓄熱材温度検出器と、該蓄熱材温度検出器の出力
を受け、蓄熱材温度が所定値以上に上昇したとき
には上記所定期間内であつても上記電気発熱体に
通電させる第２の発熱体制御手段とを設けたもの
である。

このことにより、デイーゼルエンジンの運転中
に排気ガスによる加熱を受けて蓄熱材が所定値以
上に温度上昇すると、他の制御に優先して捕集部
材の再生を実行するようにしたものである。

（考案の効果） したがつて、本考案によれば、デーゼルエンジ
ンの運転中、排気系に配設された蓄熱材の温度が
所定値以上に達すると、捕集部材の再生インター
バルに達していなくても電気発熱体に通電して排
気通路の微粒子成分捕集用の触媒付捕集部材を再
生するようにしたものであるので、蓄熱材の使用
により電気発熱体およびバツテリの容量を小さく
設定しながら、短時間のエンジン運転であつても
捕集部材を確実に再生することができ、排気抵抗
の低減促進による燃費、出力の改善を図り得、ひ
いてはエンジンの排気ガス熱利用による電気発熱
体での消費電力の低減、触媒付捕集部材に対する
再生インターバルの安全サイドへの設定等を図る
ことができる。

（実施例） 以下、本考案の実施例を図面に基づいて詳細に
説明する。

第１図は本考案の実施例に係るデイーゼルエン
ジンの排気浄化装置の全体構成を示し、１はデイ
ーゼルエンジン、２は該エンジン１に吸気を供給
するための吸気通路、３はエンジン１からの排気
ガスを外部に排出するための排気通路であつて、
該排気通路３の途中には排気ガス中のカーボン粒
子等の微粒子成分を捕集する触媒付捕集部材４が
配設されている。該触媒付捕集部材４は、セラミ
ツク等の多孔質材料によりハニカム状に形成さ
れ、そのハニカム孔の開口端はハニカム体の両端
部で交互に閉塞され、かつ排気ガスに接触する表
面には貴金属あるいは卑金属による酸化触媒がコ
ーテイングされており、一端部のハニカム孔開口
端から流入した排気ガスが通気性を持つ多孔質隔
壁を通つて他端部のハニカム孔開口部から流出す
る間に上記多孔質隔壁によつて排気ガス中の微粒
子成分を捕集するとともに、酸化触媒によつて排
気ガス中の未燃ガスを酸化反応させるものであ
る。

上記触媒付捕集部材４よりも上流側の排気通路
３には再生ガス供給通路５の上流端が開口され、
該再生ガス供給通路５の上流端はエアポンプ６に
連通され、再生ガス供給通路５の途中部は連通路
７を介して排気通路３の再生ガス供給通路５下流
端との接続部よりも上流側に連通されている。ま
た、排気通路３の再生ガス供給通路５下流端との
接続部と、連通路７との接続部との間には排気バ
イパス通路８の上流端が開口され、該排気バイパ
ス通路８の下流端は上記捕集部材４よりも下流側
の排気通路３に開口されている。

また、上記排気通路３の連通路７との接続部に
は開度調整可能な常時閉の電磁式の第１開閉弁９
が配設され、該第１開閉弁９は、閉じた状態では
連通路７の排気通路３との連通を遮断するととも
に第１開閉弁９上下流側の排気通路３，３同士を
連通させ、図で仮想線にて示すように開くと連通
路７を第１開閉弁９上流側の排気通路３に連通さ
せるとともに該第１開閉弁９上下流側の排気通路
３，３同士の連通を遮断するように開閉する。ま
た、上記排気通路３の排気バイパス通路８上流端
との接続部には開度調整可能な常時閉の電磁式の
第２開閉弁１０が配設され、該第２開閉弁１０
は、閉じた状態では排気バイパス通路８の排気通
路３との連通を遮断するとともに第２開閉弁１０
上下流側の排気通路３，３同士を連通させ、図で
仮想線にて示すように開くと排気バイパス通路８
を第２開閉弁１０上流側の排気通路３に連通させ
るとともに該第２開閉弁１０上下流側の排気通路
３，３同士の連通を遮断するように開閉する。さ
らに、上記再生ガス供給通路５の連通路７との接
続部よりも下流側には該再生ガス供給通路５を開
閉する常時閉の電磁式の第３開閉弁１１が配設さ
れている。そして、全開閉弁９〜１１を開くこと
により、エンジン１の排気ガスを、触媒付捕集部
材４に捕集された微粒子成分を燃焼除去させるた
めの再生ガスとして連通路７および再生ガス供給
通路５を通して捕集部材４に供給し、また第１開
閉弁９を閉じかつ第２および第３開閉弁１０，１
１を開いた状態でエアポンプ６を作動させること
により、該エアポンプ６から吐出されたエアを再
生ガス供給通路５を通して捕集部材４に供給する
ように構成されている。

さらに、上記再生ガス供給通路５の連通路７と
の接続部と第３開閉弁１１との間には、通電によ
り発熱する電気発熱体１２（ヒータ）と、該電気
発熱体１２を埋め込んで密封形成された蓄熱材１
３とが配設されている。上記蓄熱材１３は、例え
ば融点が200〜300℃内外のリン酸塩や硝酸カリウ
ムと亜硝酸ナトリウムとの混合塩等の溶融塩、あ
るいは融点が200℃程度のテフロン系プラスチツ
ク、ウツドメタル（低融点合金）等からなり、電
気発熱体１２により加熱されて該電気発熱体１２
で発生した熱エネルギーを蓄熱するとともに放熱
により上記再生ガス（エンジン１の排気ガス）を
加熱するように設けられている。

一方、１４は上記エアポンプ６、第１〜第３開
閉弁９〜１１のアクチユエータおよび電気発熱体
１２に電力を供給するバツテリ、１５はエアポン
プ６をON−OFF制御するエアポンプ用電磁スイ
ツチ、１６は同じくエアポンプ６への通電電圧を
変えてエアポンプ６の回転数すなわちそのエア吐
出量を増減制御する変圧装置である。また、１７
は上記第１開閉弁９を開閉制御する第１開閉弁用
電磁スイツチ、１８は第２開閉弁１０を開閉制御
する第２開閉弁用電磁スイツチ、１９は第３開閉
弁１１を開閉制御する第３開閉弁用電磁スイツ
チ、２０は上記電気発熱体１２を作動制御する発
熱体用電磁スイツチであつて、以上の各電磁スイ
ツチ１５，１７〜２０は常時はOFF状態のもの
である。

また、２１は上記触媒付捕集部材４の直上流側
の排気通路３に臨設された、排気ガス温度T_Eを
検出する排気ガス温度検出器、２２は触媒付捕集
部材４の直下流側の排気通路３に臨設された、排
気ガス中の酸素濃度を検出する酸素濃度検出器、
２３は上記蓄熱材１３内に埋設された、蓄熱材温
度T_Rを検出する蓄熱材温度検出器、２４は捕集
された微粒子成分の堆積によつて捕集部材４が目
詰まり状態になつたことを検出する目詰まり検出
器であつて、該目詰まり検出器２４は、捕集部材
４にその軸方向に所定の間隔をあけて埋設された
２本の電極２５，２５間の電気抵抗値を測定し
て、該電気抵抗値が微粒子成分の捕集部材４への
堆積に伴つてその主成分たるカーボン粒子の電気
伝導度の上昇により所定値以下に減少変化したこ
とを判定することによつて目詰まり状態を検出す
るものである。

さらに、２６は上記排気ガス温度検出器２１、
酸素濃度検出器２２、蓄熱材温度検出器２３およ
び目詰まり検出器２４からの出力を受けて上記変
圧装置１６および各電磁スイツチ１５，１７〜２
０を制御する制御回路であつて、該制御回路２６
はマイクロコンピユータを内蔵しており、各検出
器２１〜２４からの出力信号をマイクロコンピユ
ータで処理して変圧装置１６および電磁スイツチ
１５，１７〜２０に所定の制御指令信号を出力す
るものである。そして、この制御回路２６は、目
詰まり検出器２４によつて検出される捕集部材４
の目詰まり状態で代表される所定期間毎に上記電
気発熱体１２に通電させる第１の発熱体制御手段
を構成するとともに、蓄熱材温度検出器２３によ
つて検出された蓄熱材温度T_Rが、捕集部材４を
加熱再生可能な再生温度T₀より高い第２の設定
温度T₂よりも低くかつ再生温度T₀よりも低い第
１の設定温度T₁以上に上昇したときには上記所
定期間内であつても上記電気発熱体１２に通電さ
せるように制御する第２の発熱体制御手段を構成
する。

次に、上記実施例の作動について第２図に示す
制御フローチヤートを参考に説明する。

制御フローのスタート後、先ず、ステツプS₁に
おいて排気ガス温度検出器２１で検出した排気ガ
ス温度T_Eが蓄熱材温度検出器２３で検出した蓄
熱材温度T_Rよりも高いか否かの判定を行う。こ
の判定がT_E≦T_RであるNOのときにはステツプ
S₂に移り、第１〜第３開閉弁９〜１１を全て閉状
態に保つことによりエンジン１からの排気ガスを
排気通路３のみを通して触媒付捕集部材４に流通
させる。一方、上記ステツプS₁での判定がT_E＞
T_RであるYESのときにはステツプS₃に移り、第
１および第３開閉弁９，１１を開くとともに第２
開閉弁１０を閉じることにより排気ガスを連通路
７および再生ガス供給通路５を通して蓄熱材１３
側に流通させる。以上の状態では、排気ガス中の
カーボン等の微粒子成分が捕集部材４に捕集さ
れ、かつ未燃ガスが捕集部材４の触媒によつて酸
化されることにより、排気ガスが浄化される。ま
た、排気ガス温度T_Eが蓄熱材温度T_Rよりも高い
ときのみに排気ガスが蓄熱材１３側に流れるた
め、該排気ガスの熱エネルギーによつて蓄熱材１
３を加熱昇温させることができる。

この後、ステツプS₄において上記蓄熱材温度
T_Rが第１設定温度T₁以上にあるか否かが判定さ
れ、この判定がT_R＜T₁のNOであるときにはス
テツプS₅に移つて捕集部材４の再生インターバル
が設定インターバルに達したか否か、すなわち捕
集部材４に捕集された微粒子成分により電極２
５，２５間の電気抵抗値が所定値以下に減少して
目詰まり検出器２４から捕集部材４の目詰まりを
示す目詰まり信号が出力されているか否かの判定
を行う。このステツプS₅での判定がNOであると
きにはステツプS₁に戻つて制御フローを繰り返
す。上記ステツプS₄での判定がYESであるとき
には直ちに次のステツプS₆以降の再生準備行程に
入る。また、ステツプS₅での判定がYESである
ときも再生準備行程に入る。

上記再生準備行程では、先ずステツプS₆におい
て電気発熱体１２を通電により発熱させて蓄熱材
１３を加熱し、発熱体１２で発生した熱エネルギ
ーを蓄熱材１３に蓄熱する。この後、ステツプS₇
で排気ガス温度T_Eが蓄熱材温度T_Rよりも高いか
否かの判定を行い、この判定がT_E≦T_Rである
NOのときにはステツプS₈に移り、上記第１〜第
３開閉弁９〜１１を全て閉状態に保つことにより
排気ガスを排気通路３を通して捕集部材４側に流
す。判定がT_E＞T_RであるYESのときにはステツ
プS₉に移り、第１および第３開閉弁９，１１を開
くとともに第２開閉弁１０を閉じることにより排
気ガスを連通路７および再生ガス供給通路５を通
して蓄熱材１３側に流す。このことにより、蓄熱
材１３はその温度T_Rよりも低温の排気ガスによ
つて冷却されるのが阻止され、蓄熱材１３の蓄熱
効率を高めることができる。

次いで、ステツプS₁₀において上記蓄熱材温度
T_Rが第２設定温度T₂以上に達したか否かを判定
する。この判定がT_R＜T₂のNOであるときには
上記ステツプS₇に戻つてそれ以降のステツプS₈，
S₉を繰り返す。上記判定がT_R≧T₂のYESになる
と再生行程に入る。

この再生行程では、先ずステツプS₁₁において
エンジン１の排気ガス温度T_Eが捕集部材４を加
熱再生可能な再生温度T₀よりも高い状態にある
か否かの判定を行い、この判定がT_E≦T₀のNO
であるときには、ステツプS₁₂において第２開閉
弁１０を閉じかつ第３開閉弁１１を開くとともに
第１開閉弁９の開度を調整することにより、排気
ガスの一部を再生ガス供給通路５に流して該再生
ガス供給通路５の第２設定温度T₂以上に加熱さ
れた蓄熱材１３により再生温度T₀に上昇するま
で加熱したのち再び排気通路３内に戻し、排気ガ
ス全体を再生温度T₀に加熱昇温させる。この再
生温度T₀まで加熱昇温された排気ガスは再生ガ
スとなつて捕集部材４に流入して該捕集部材４に
捕集されている微粒子成分を加熱燃焼させる。

一方、上記ステツプS₁₁での判定がT_E＞T₀であ
るYESのときには、ステツプS₁₃において第１な
いし第３開閉弁９〜１１を全て閉じることによ
り、該高温の排気ガスをそのまま再生ガスとして
排気通路３を通して捕集部材４側に流通させる。
このことにより、上記と同様に、捕集部材４に捕
集されていた微粒子成分が加熱されて燃焼除去さ
れる。

そして、上記ステツプS₁₂またはステツプS₁₃の
後はステツプS₁₄′において、２本の電極２５，２
５間の電気抵抗値が所定値以上か否かが判定さ
れ、所定値以上であるYESのとき（捕集部材４
の目詰まりが解消されたとき）はステツプS₁₆に
移る。また、電気抵抗値が所定値未満であるNO
のときはステツプS₁₄″に移る。このステツプ
S₁₄″において、酸素濃度検出器２２によつて検出
された排気ガス中の酸素濃度が設定値以下にある
か否かの判定を行う。この判定がNOであると
き、すなわち排気ガス中の酸素が捕集部材４の再
生状態で微粒子成分の燃焼に費やされた後でも設
定濃度よりも多く残存しているときには、エンジ
ン１から排出された排気ガス中に微粒子成分の燃
焼のための酸素が充足している状態とみて、ステ
ツプS₁₅′により、エアポンプ６の作動を停止状態
（つまりエアポンプ６が停止状態であれば停止を
維持させ、エアポンプ６が作動状態であれば停止
させること）にするために電磁スイツチ１５を介
してエアポンプ６への通電を停止させる。その
後、ステツプS₁₁に戻り、その後の制御フローを
繰り返す。一方、ステツプS₁₄″での判定がYESで
あるとき、すなわち捕集部材４通過後の排気ガス
中の酸素濃度が設定濃度以下であるときには、エ
ンジン１からの排気ガス中に微粒子成分を十分に
燃焼させるだけの酸素が不足している状態とみ
て、次のステツプS₁₅″において排気ガス中の酸素
不足を補充してその濃度を設定値に収めるべく、
第１開閉弁９を閉じかつ第３開閉弁１１を開いた
状態で第２開閉弁１０の開度を調整し、かつエア
ポンプ６への通電およびその電圧の制御によりエ
ア吐出量を調整する。このことにより、捕集部材
４に捕集されている微粒子成分を十分な量の酸素
（エア）のもとで確実に燃焼させて除去すること
ができる。その後、ステツプS₁₁に戻り制御フロ
ーを繰返し、ステツプS₁₄′の判定がYESとなつて
捕集部材４の再生が終了すると最後のステツプ
S₁₆で電気発熱体１２およびエアポンプ６を作動
停止させたのち制御フローの１サイクルが完了す
る。

したがつて、この場合、触媒付捕集部材４に対
する再生準備行程で電気発熱体１２からの熱エネ
ルギーを蓄熱材１３に徐々に蓄熱しておき、再生
時にはこの蓄熱材１３で蓄熱された熱エネルギー
によつてエンジン１の排気ガス（再生ガス）を再
生温度T₀まで加熱昇温させるため、再生時に単
に電気発熱体のみで再生ガスを加熱する加熱シス
テムに比べて電気発熱体１２にて賄う熱エネルギ
ーが少なくて済み、よつて電気発熱体１２の発熱
容量およびバツテリ１４の電気容量を小さく設定
することができる。

また、このように電気発熱体１２の発熱容量お
よびバツテリ１４の電気容量が小さくなると、そ
の小さくなつた分だけ捕集部材４の再生準備時
間、つまり蓄熱材１３が所定温度以上に上昇する
までの時間が長くなり、その再生準備時間の経過
中にエンジン１の運転を停止するという短時間運
転パターンが繰り返されたときには、蓄熱材１３
で蓄熱する熱エネルギーが不足して捕集部材４の
再生を良好に行うことが困難になる。しかし、本
実施例では、蓄熱材１３がエンジン１の排気ガス
熱により加熱されてその温度T_Rが第１の設定温
度T₁以上に上昇すると、捕集部材４の再生イン
ターバルに達しなくても電気発熱体１２が通電さ
れて捕集部材４に対する再生準備行程およびその
後の再生行程に移るので、電気発熱体１２を僅か
な発熱量で発熱させるだけで蓄熱材１３に十分な
熱エネルギーを蓄熱して捕集部材４を確実に再生
することができることになり、排気抵抗の低減促
進による燃費及び出力の改善を図ることができ
る。また、このことにより、電気発熱体１２によ
る消費電力を大幅に低減することができるととも
に、捕集部材４の再生インターバルを安全側に設
定することができる。

尚、上記実施例では、捕集部材４を再生するた
めの再生ガスにエンジン１の排気ガスを用いた
が、エアポンプ６からの吐出エアを蓄熱材１３に
よつて加熱して再生ガスとしてもよい。

また、上記実施例では、第１の発熱体制御手段
として、電極２５，２５間の電気抵抗値の減少変
化により捕集部材４の目詰まりを検出して電気発
熱体１２に通電させて捕集部材１４の再生を行う
ようにしたが、本考案は、排気通路の捕集部材上
下流側間の圧力差をみて該圧力差が増大したとき
に捕集部材を目詰まり状態と判定するようにした
ものや、燃料消費量、エンジンの運転時間等を累
積してその値が一定値を越えると定期的に捕集部
材の再生を行うようにしたものに変更してもよい
のは勿論のことである。

【図面の簡単な説明】

図面は本考案の実施例を示すもので、第１図は
全体構成図、第２図は制御システムのフローチヤ
ート図である。 １……エンジン、３……排気通路、４……触媒
付捕集部材、６……エアポンプ、９……第１開閉
弁、１０……第２開閉弁、１１……第３開閉弁、
１２……電気発熱体、１３……蓄熱材、２１……
排気ガス温度検出器、２２……酸素濃度検出器、
２３……蓄熱材温度検出器、２４……目詰まり検
出器、２６……制御回路。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 排気通路にカーボン粒子等の微粒子成分を捕集
   する触媒付捕集部材を設けてなるデイーゼルエン
   ジンの排気浄化装置において、上記触媒付捕集部
   材上流側の排気系に配設され、捕集部材に捕集さ
   れた微粒子成分を燃焼除去するための再生ガスを
   加熱する蓄熱材と、該蓄熱材を加熱して熱エネル
   ギーを蓄熱させる電気発熱体と、所定期間毎に上
   記電気発熱体に通電させる第１の発熱体制御手段
   とを備えるとともに、上記蓄熱材の温度を検出す
   る蓄熱材温度検出器と、該蓄熱材温度検出器の出
   力を受け、蓄熱材温度が所定値以上に上昇したと
   きには上記所定期間内であつても上記電気発熱体
   に通電させる第２の発熱体制御手段とを備えてい
   ることを特徴とするデイーゼルエンジンの排気浄
   化装置。