JPH0466717A - 排気ガス微粒子浄化装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明はディーゼルエンジンの排気ガス微粒子（以下パ
ティキュレートと称する）の浄化装置に関し、特にパテ
ィキュレート堆積重量を正確に把握するための手段を携
えた排気ガス微粒子浄化装置に関する。

〔従来の技術〕

ディーゼルエンジンの排気管には、排気ガス中のカーボ
ン粒子等の微粒子（パティキュレート）を捕集して浄化
する浄化装置が設けられており、その−例を第８図で説
明する。

第８図において、エンジン５の排気管４は途中を分岐せ
しめ、分岐管の一方は中間部を大径として内部にセラミ
ック製の微粒子捕集フィルタ１を設置しである。この捕
集フィルタ１はハニカム構造を有する筒体で、隔壁１１
で仕切られた多数の流路１ａ、ｌｂを有するとともに、
隣接する流路ｌａ、ｌｂは上流側と下流側の端部が交互
に閉鎖されている。しかして、捕集フィルタ１の上流側
より至った排気ガスは、上流側へ開口する流路１ａ内へ
流入し、隔壁１１を通過して隣接する流路１ｂより下流
側へ流出する。この時、排気ガス中に含まれる微粒子は
上記隔壁１１で通過を阻まれてここに捕集され堆積する
。

微粒子の堆積が進行すると通気抵抗が増加し、捕集フィ
ルタ１の前後差圧ΔＰが増大してエンジン５の出力低下
を招くため、堆積微粒子を周期的に除去する必要がある
。そこで、例えば捕集フィルタ１の上流側端面に、ヒー
タ２を設けて捕集微粒子を加熱燃焼せしめて除去してい
る。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところで、パティキュレートの堆積重量と再生時の燃焼
ピーク温度は大きな相関があり（第２図）堆積重量ｍが
、多過ぎるとクラック等を発生する温度Ｔ１を越える異
常高温となり、逆にｍが少な過ぎるとパティキュレート
の着火温度Ｔ、を下回って再生ミスを生じるため良好な
再生を行うには燃焼温度をＴ６〜Ｔ、（約り００℃〜約
９００″Ｃ）、即ち、堆積重量がｍ、〜ｍ、の間に制御
する必要がある。最適堆積量はフィルタ諸元により異な
るが、大略５〜１０（ｇ／ｆ）の範囲にある。一般に堆
積量を検出する手段としては、フィルタの前後差圧ΔＰ
から推測する方法やエンジンの積算回転数から推測する
方法が提案されているが、時間（再生回数）と共にパテ
ィキュレートが完全に除去されずにフィルター内に堆積
することによってフィルタ機能が劣化する様な場合には
、初期のΔＰ、或いはエンジン積算回転数に対する堆積
量と異なったものとなり、従って再生を実行する必要の
ある目標値としての堆積量は当初の堆積量Ｉｔから次第
にずれて、良好な再生範囲から逸脱した堆積量で再生を
してしまい、異常高温や再生ミスを生じて、フィルタの
破損に至る場合がある。

一方、かかる技術に関する公知例として、特開昭５７−
８３１１が存在するが、かかる公知例においては、フィ
ルタ内部に測温体を挿入し、その温度がパティキュレー
トの燃焼温度を越えているか否かでどこまで再生を終了
したかを判定するものである。然しなから実際上、フィ
ルタ内に測温体を入れた構成のものは製作が困難である
かつ高価なものとなる。

そこで本発明の目的は、かかる欠点を解決するもので、
正確な堆積重量を把握する為にフィルター前後の圧力差
ΔＰやエンジン積算回転数と堆積量との関係を、再生処
理を実行するごとに、その燃焼温度から逆に推測して、
常に良好な再生範囲で再生を行い得る排気ガス微粒子浄
化装置を捉供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は上記した目的を達成するため以下に示すような
技術構成を採用するものである。即ちエンジン５、エン
ジンの排気管に設けられた、排気ガス中に含まれるパテ
ィキュレートを補促するフィルター手段１、再生時に該
フィルター手段１の後流側となる端面近傍に配置された
温度検出手段２該フイルター手段１内のパティキュレー
ト堆積量検出手段１５、該温度検出手段２からの温度情
報にもとづいて次回の再生時期を判断する再生制御手段
１０とを有する予浸化装置である。

即ち、本発明に係る排気ガス微粒子浄化装置の基本的な
技術構成は、再生時、フィルタの後流部となる当該フィ
ルター１の後端面近傍に測温体５を配設し、該温度情報
から堆積量を推測して次回の再生時期を決定する制御手
段１０を、パティキュレート堆積量を検出するため例え
ばフィルタの前後差圧を測定する差圧計１３或いはエン
ジン５の回転数積算値を検出するカウンター１２等から
なるパティキュレート堆積量検出手段とを具備するもの
である。

〔作　用〕

本発明に係る排気ガス微粒子浄化装置においては、フィ
ルターの後流端面に配置された温度計によりピーク温度
を検出し、それによりその時のパティキュレートの堆積
量を求め、その情報をもとに次の再生時期迄における堆
積量がどの様に変化するかを推定しその新たな推定関数
を基準として次回の再生時期を決定するものである。

〔実施例〕

以下に本発明に係る排気ガス微粒子浄化装置についての
具体例を説明する。

実施例１ 第１図は本発明に係る排気ガス微粒子（パティキュレー
ト）浄化装置の一具体例を示すものである。

第１図において第８図で示される従来技術と同一機能を
有する部分には同一の符号が付されており、それ等につ
いての説明は省略する。

本具体例においては、通常の排気工程においてはバルブ
１９が開き、又バルブ１８が閉じて排気ガスは直接第８
図に示すものと同一構成からなるフィルター１を図の左
側から右側の方向に通過し、排気ガス中に含まれるパテ
ィキュレートは上記フィルターに補促され逐次フィルタ
ー内に堆積されて行く。次に該フィルターのパティキュ
レートを燃焼除去する場合には、上記バルブ１９が閉じ
られ、又バルブ１８が開かれ、排気ガスがフィルター１
に入ることを妨げられ従って排気ガスはバイパス４′を
通って外部に排出される。尚バルブ１８と１９とは後述
する制御手段１０からの信号によりそれぞれのコントロ
ーラ２０　、２１を介して開閉されるものである。一方
、再生時においては、該フィルターの一端側（即ち、通
常の排気工程における後流側端部であった部分）にエア
ポンプ２２がら空気を供給するとともに例えば電気的エ
ネルギーにより加熱されるヒーターを設けこれを加熱さ
せることによってフィルター１に付着したパティキュレ
ートを燃焼させる。従って本具体例ではフィルターｌの
他の端部即ち通常排気工程では排気ガスの入力端の端部
は再生時には気流の流れが逆となるため後流端部となる
がこの部分に温度検知装置２が設けられ、該フィルター
１を通過して来た加熱流体の温度を検知する。尚、該フ
ィルター１を通過した加熱流体は補助排出管１７を通っ
て外部に排出される。

該温度検出装置２の検出温度情報は制御手段１０に入力
され後述する演算処理に供される。−力木具体例におい
ては該フィルター１内に堆積するパティキュレートの量
を検出するためのパティキュレート堆積量検出手段１５
が設けられており、該検出手段１５の検出情報は又上述
した制御手段１０に入力される。

該パティキュレート堆積量検出手段１５は該フィルター
手段の前後における圧力差にもとづいて該堆積量を検出
するものである差圧計１３から構成されていてもよく、
エンジンの回転数を積算して判断するカウンター１２か
ら構成されていても良い。

本発明における排気ガス微粒子浄化装置の作動方法につ
いて説明する。

第２図に、燃焼ピーク温度Ｔとパティキュレート堆積重
量ｍとの関係を示す。

フィルター内のパティキュレートが、ヒーター３に近い
部分から燃焼が開始されそれが徐々に左側に移動して行
きその間にピーク温度があられれ、該燃焼が左側の後流
端側に及ぶとその温度は下ってくる。第２図の燃焼ピー
ク温度はこの時の最高温度値を示すものである。又前述
したとおり燃焼ピーク温度はＴｕとＴ、との間に発生す
るよう制御することが好ましく又この間が良好な再生を
行うのに適した条件と言える。ここで第２図に示す関係
からある時点における再生処理時の燃焼温度が仮にＴ、
であったとすると堆積量はｍ、と推測できるが、この情
報から、第３図に示す様にフィルタ前後差圧ΔＰと堆積
重量の関係にもとづいて当該再生処理時にフィルター内
に堆積していたパティキュレートの量を初期には曲線１
（ｍ＝ｆ（ΔＰ））の関係式を用いて推定することが出
来る。

然しなから、パティキュレートは１図の再生処理工程に
おいて完全には燃焼により除去しえないこともあり、次
の通常の排気ガス工程におていは、フィルターに堆積す
るパティキュレートｍｔは初期の排気時間における同堆
積量ｍ、に比べて若干多くなるとかフィルター詰りを生
ずる可能性がある。更に、フィルタ流入ガス流量など再
生条件によっては実際に再生を終了する前に時間切れと
なり、未再生分を未検知のまま次回捕集を開始してしま
うことがある。このために次回捕集量が過大となり、そ
のまま再生すると、フィルタ内部温度が上昇し過ぎ、フ
ィルタの溶損・クランクが発生して捕集率の劣下を生じ
ることがある。従って次回の再生処理時に得られるピー
ク温度値も変ってくることが予測される。一方策３図に
おける曲線■はパティキュレートの堆積量もフィルタ前
後の差圧との関係を示す関数式であって例えばパティキ
ュレートの堆積量ｍ、の時差圧がΔＰｔであるという排
気ガスの初期における理想的な両者の関係を示すもので
あるから、上記のように再生処理が何回か行われると、
両者の関係は当然変ってくるので、その為に再生処理回
数或は再生時間に関連した種々の関数式つまり曲線ＩＩ
（ｍ＝ｇ（ΔＰ）、）、曲線式ｍ　（ｍ＝ｈ　（ΔＰ）
）・・・等を用意することが必要となってくる。かかる
各曲線ｔ、ｎ、ｍ・・・等は、予め実験を行って求め適
宜のメモリー手段に記憶させてお（ことが出来る。

そこで、前回の再生処理時におけるピーク値温度がＴ、
であれば、その時のパティキュレートの堆積量はｍ、で
その時の圧力差がΔＰ＋であったと推定される。然しな
がら次の再生処理を圧力差ΔＰ、の時に開始するとすれ
ば例えばパティキュレートが十分堆積しない間に再生処
理が開始されてしまうことにもなり、適正な再生処理が
実行出来ないことになる。従って、実際の処理方法とす
れば、前回の再生処理時においてパティキュレートの堆
積量ｍとフィルター前後の差圧ΔＰとが曲線Ｉの関係に
あった時、その後の排気ガス工程ではその関係が曲線■
に移行されたものと判断し、曲線■におけるパティキュ
レート堆積量ｍ、となる差圧ΔＰｔと同じ差圧の時に得
られる曲線■でのパティキュレート堆積量Ｉｔを次回の
再生処理時の目標とし、同曲線■がパティキュレート堆
積量ｍ１となる時の差圧ΔＰ２を管理目標に定め、当該
差圧がΔＰ２となったことを検知して、その情報を制御
手段１０に出力し、次の再生処理が行われ、後かかるプ
ロセスが繰返される。

第５図は上記再生処理の方法をフローチャートにより示
したものである。

今、前回の再生処理により得られたパティキュレートの
堆積量がｍ、でその時の差圧がΔＰ、であったとし、今
回の再生処理における管理目標即ち再生処理を開始する
時点となる差圧ΔＰをΔＰ１に設定したとする。

スタート（ステップａ）で排気ガスの捕集を開始する。

フィルター１の前後圧ΔＰが次第に上昇するが目標差圧
ΔＰ１との差を監視する（ステップｂ）。該差圧ΔＰが
ΔＰｔより小さければこのステップｂをくり返し、差圧
ΔＰがΔＰＬより大となればステップＣに移ってバルブ
１８　、１９の切り替やヒーター３への通電、エアポン
スの駆動を行い再生処理モードを実行する。

再生処理モードにおいては温度検出手段３によりフィル
ター１の後流端側における燃焼温度を測定しそのピーク
温度を検出する（ステップｄ）。

次でピーク温度情報を制御手段１０に入力し適宜の演算
手法を用いてパティキュレートの堆積量を算出する（ス
テップｅ）。

次にかくして求められた該パティキュレート堆積量と適
宜のメモリー手段に格納されている関数群（曲線■、■
・・・）の中から選択された適当な関数とを用いて次回
の再生処理開始目標となる差圧ΔＰ＝ΔＰ２を算出し制
御手段に記憶させる（ステップｆ）。

次で燃焼温度が所定の値以下に低下し再生処理が終了し
たと判断されると再生モードは終了し捕集操作が再開さ
れ（ステップｇ）、続いて上記差圧ΔＰと目標値ΔＰ２
との関係を常時判断しくステップｈ）、ΔＰがΔＰ２よ
り大となった時にはステップｅに戻って再生モードに入
る。

ここで本実施例の操作のポイントをまとめると、再生時
の燃焼温度がＴ、であった場合には、第２図から堆積重
量をｍｌと推定できるため、次回の再生が狙いの堆積重
量ｍｔとなる様、フィルタ前後差圧ΔＰを今回よりも少
し高いΔＰ１に設定する。即ち、第３図に示す様に初期
のフィルタ前後差圧と堆積重量の関係（曲線Ｉ）がフィ
ルタ機能の劣化等により経時変化して曲線■に示す関係
になったと推定し、狙いの堆積重量ｍ、を得る様な差圧
ΔＰ１を次回の再生時期として設定するものである。

実施例２ 以上の実施例は、フィルター内におけるパティキュレー
トの堆積量をフィルター前後の差圧検出手段１３を用い
て検出したものであるが、本実施例では、エンジンの積
算回転数を検出する手段１２を利用してパティキュレー
トの堆積量を検出しようとするものである。

即ち本実施例においては、第２図に示されるようにピー
ク温度から推定されるパティキュレートの堆積量ｍ１と
第４図に示されるパティキュレート堆積量ｍとエンジン
積算回転数Ｎとの関係を示す複数の関数（曲線（Ｉ）、
（Ｉ［）、（１）・・・）とから前記実施例と同じ考え
方により、両者の関係が再生処理前後で曲線（１）（ｍ
＝Ｐ　（Ｎ））から曲線（ＩＩ）（ｍ＝ｇ　（Ｎ））の
関係に変化したとして次回の再生時期の目標値を堆積重
置ｍｕとし、この目標値ｍｕとなる積算回転数Ｎ１に設
定するものである。

ここで上記実施例の操作上のポイントを説明すると、 この場合にも前述のフィルタ前後差圧と同様、再生時の
燃焼温度から堆積重量を推定し、次回に再生を行う機関
回転数積算値をＮ１に設定するものである。この様に本
発明では、再生時の燃焼温度を毎回フィードバックして
次回の再生時期を決めるため、フィルタ機能の経時変化
等に左右されることなく、常に良好な再生を成し得ると
いう優れた特徴を有する。

ここで再生終了の判定としては、種々の実験によると第
７図に示す様に、フィルタ後端面で検出されるピーク温
発生時期と後端面近傍に置かれた測温体のピーク温発生
時期とは殆んど時間差が無く、従って燃焼帯が後端面に
達した（即ち再生が終了した）ことを測温体で検出でき
ることが確認できた。

よってピーク温度の検出から堆積重量の推定を、ピーク
温発生時間から再生終了判定を、それぞれ１つの測温体
で行うことができる。

実施例３ 上記２つの実施例においては、再生処理時に通常の排気
ガスがフィルター１を通過する方向と逆の方向に加熱気
流を流して再生処理をする例を示したが、本実施例は、
特にその再生処理時における気流の方向を排気ガスの通
過方向とは逆にせず、排気ガスの一部を再生処理のため
に活用する例を示している。

即ち本実施例においては、温度検出手段２は捕集時、再
生時ともフィルター１の流れ後方の端面近傍に配設され
ている。又本実施例の装置においてはエンジン５からの
排気ガスはバルブ６．６′の開口度を適宜に調整するこ
とにより捕集時は全量の排気ガスをフィルターに通すが
、再生処理時にはその一部をフィルターに通すようにし
ている。

即ち捕集時にはバルブ６を閉じて全量の排気ガスをフィ
ルタ１に通してパティキュレートを捕集し、再生処理時
にはバルブ６．６′の開度を調整して最適な流量の排気
ガスがフィルタ１に流入してパティキュレートの燃焼を
促進させる様にしてかつ電気ヒータに通電し、再生処理
を行うものである。

その時の排気ガス温度を温度検出手段２により測定し、
ピーク温度の検出、堆積量の推定、次回再生時期の算出
をコントローラにて行う。

〔発明の効果〕

以上の如く、本発明の排気ガス嶽粒子浄化装置によれば
、再生処理時の温度を毎回フィードバックして次回の再
生処理時期を決めるため、フィルタ機能の経時変化等に
左右されることなく常に良好な再生。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に係る排気ガス微粒子浄化装置の第１
の実施例を示す図であり、 第２図は、パティキュレート堆積重量と燃焼ピーク温度
の関係を示す図である。 第３図はフィルタ前後差圧とパティキュレート堆積量と
の関係を示す図である。 第４図はエンジンの積算回転数とパティキュレート堆積
量との関係を示す図である。 第５図は本発明における排気ガス微粒子浄化装置の操作
フローを示すフローチャートである。 第６図は本発明の他の実施例を示す図である。 第７図はフィルタ内部の温度分布と温度検出手段の検出
温度との関係を示す図である。 第８図は従来における排気ガス微粒子浄化装置の一例を
示す図である。 １・・・フィルター　　　２・・・温度検出手段、３・
・・加熱手段、　　　４・・・排気ガス管、４′・・・
バイパス管、　　５・・・エンジン、６．６’、１８．
１９・・・バルブ、 １０・・・制御手段、　　　１１・・・隔壁、１２・・
・エンジン回転積算カウンタ、１３・・・差圧計、 １５・・・パティキュレート堆積量検出手段、２０　、
２１・・・バルブ制御手段、 ２２・・・ニアブロワ。 パティキエレート堆積重量ｍ 第２図 第 図 曲線１：ｍ＝ｆ（ΔＰ） フィルタ前後差圧ΔＰ 第 図 第 図

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. １．エンジン、エンジンの排気管に設けられた、排気ガ
   ス中に含まれるパティキュレートを補促するフィルター
   手段、再生時に該フィルター手段の後流側となる端面近
   傍に配置された温度検出手段、該フィルター手段内のパ
   ティキュレート堆積量検出手段、該温度検出手段からの
   温度情報にもとづいて次回の再生処理実行時期を判断す
   る再生処理制御手段とを有することを特徴とする排気ガ
   ス微粒子浄化装置。
2. ２．該パティキュレート堆積量検出手段は該フィル手段
   の前後における圧力差にもとづいて該堆積量を検出する
   ものであることを特徴とする請求項１記載の排気ガス微
   粒子浄化装置。
3. ３．該パティキュレート堆積量検出手段はエンジンの積
   算回転数にもとづいて該堆積量を検出するものであるこ
   とを特徴とする請求項１記載の排気ガス微粒子浄化装置
   。
4. ４．再生処理時該フィルター手段に空気を供給する手段
   が付加されていることを特徴とする請求項１記載の排気
   ガス微粒子浄化装置。
5. ５．再生処理時に該フィルター手段を通過する気流は排
   気ガスのパティキュレートを補促する時の気流と逆方向
   となるように制御する気流制御手段を有していることを
   特徴とする請求項１記載の排気ガス微粒子浄化装置。
6. ６．該温度検出手段のピーク値を用いて次回の再生処理
   実行時期が決定されるものであることも特徴とする請求
   項１記載の排気ガス微粒子浄化装置。
7. ７．該再生処理は該温度検出手段の出力するピーク値に
   応答してその実行が停止されるよう制御されていること
   を特徴とする請求項１記載の排気ガス微粒子浄化装置。