JPH05141225A - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ２個のパティキュレートフィルタ5A, 5Bの再
生時に排気ガスを全量バイパスさせるディーゼル機関の
排気浄化装置において、フィルタ再生時間の短縮を図る
ことができる排気浄化装置の提供を目的とする。 【構成】 排気ガス通路２を分岐して設けられた各分岐
通路3, 4中にパティキュレート捕集用フィルタ5A, 5Bが
内蔵され、これらのフィルタの再生時には２分岐通路3,
4のバイパス通路８に排気ガスを全量バイパスさせる排
気浄化装置において、各フィルタ3, 4の同じ側の端面
に、フィルタ中心側と外周側とに分割した２組のヒータ
HAa,HAb とHBa,HBb を設け、フィルタ再生時に各フィル
タの２組のヒータの内の一方HAa, HBaのみに同時に所定
時間通電すると共に２次空気を流し、所定時間後に各フ
ィルタの２組のヒータの他方HAb, HBbに同時に所定時間
通電すると共に２次空気を流すように構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は内燃機関の排気浄化装置
に関し、特に、ディーゼル機関の排気ガス中に含まれる
パティキュレートを捕集除去するフィルタの再生を効率
良く行うようにした排気浄化装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】自動車等の内燃機関、特に、ディーゼル
機関の排気ガス中には、カーボンを主成分とする排気微
粒子（パティキュレート）が含まれており、排気黒煙の
原因となっている。環境汚染の観点からはこのパティキ
ュレートは除去することが望ましく、近年、ディーゼル
機関の排気通路にセラミック製のフィルタを配置し、デ
ィーゼルパティキュレートをこのフィルタによって除去
することが提案されている。

【０００３】図５(a) は従来の内燃機関の排気浄化装置
１０の全体構成を示すものである。図において１はディ
ーゼル機関、２は排気ガス通路、３，４は排気ガス通路
２の一部に設けられた分岐通路、５Ａ，５Ｂはその分岐
通路３，４に内蔵された排気ガス中のパティキュレート
を捕集するためのパティキュレートフィルタ、６は２次
空気供給通路、７は燃焼ガス排出通路、８は分岐通路
３，４をバイパスする排気バイパス通路、９は２次空気
を供給するエアポンプ、ＨＡ，ＨＢは電気ヒータ、Ｖ１
は排気通路２と排気バイパス通路８とを切り換える切換
弁、Ｖ２，Ｖ３は分岐通路３，４の分岐部に設けられた
切換弁、Ｖ４は排気バイパス通路８の出口に設けられた
出口切換弁、Ｖ５は２次空気供給通路６の開閉弁、Ｖ６
は燃焼ガス排出通路７の開閉弁を示している。

【０００４】通常の排気ガス中のパティキュレート捕集
時には、各弁Ｖ１〜Ｖ６は破線の位置にあり、ディーゼ
ル機関１から排出された排気ガスは、分岐通路２，３に
内蔵されたパティキュレートフィルタ５Ａ，５Ｂによっ
てパティキュレートが除去されて大気中に放出される。
なお、切換弁Ｖ２，Ｖ３はパティキュレート捕集時に分
岐通路２，３の一方を閉じ、他方を開くように制御され
ることもある。

【０００５】このように構成された排気浄化装置１０で
は、パティキュレートフィルタ５Ａ，５Ｂの使用に伴っ
てその内部に捕集されるパティキュレートの量が増える
と通気性が次第に失われ、機関性能が低下することにな
るため、パティキュレートフィルタ５Ａ，５Ｂの端部に
設けられた電気ヒータＨＡ，ＨＢに通電すると共に、パ
ティキュレートフィルタ５Ａ，５Ｂに再生用ガス、例え
ば２次空気を供給してパティキュレートを燃焼させるフ
ィルタの再生処理が必要である。

【０００６】図５(a) に示した従来の内燃機関の排気浄
化装置１０では、この再生処理時には各弁Ｖ１〜Ｖ６が
実線の位置に切り換わる。この状態では、ディーゼル機
関１からの排気ガスは排気バイパス通路８を通って空気
中に放出される。また、この時は、ヒータＨＡ，ＨＢに
図５(b) に示すように片一方（この例ではパティキュレ
ートフィルタ５Ａが先）ずつ通電が行なわれると共に、
エアポンプ９から通電されたパティキュレートフィルタ
を有する側の分岐通路２または３に２次空気が供給さ
れ、パティキュレートフィルタ５Ａまたは５Ｂ内に捕集
されたパティキュレートの燃焼が行われる。そして、燃
焼ガスは燃焼ガス排出通路７から空気中に放出される。
前述の電気ヒータＨＡ，ＨＢの消費電力は1600Ｗ程度で
ある。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところが、従来の排気
浄化装置１０では、図５(b) に示されるように２つのパ
ティキュレートフィルタ５Ａ，５Ｂを交互に再生（フィ
ルタ５Ａの再生が終了してからフィルタ５Ｂの再生）す
るので、再生時間が長いという問題がある。また、一方
のフィルタが再生されている間中、他方のフィルタには
排気ガスが流れておらず、温度が低下するため、後から
再生される他方のフィルタの着火性が悪く、燃え残りが
発生し易いといった問題点もあった。

【０００８】そこで、本発明は前記従来の内燃機関の排
気浄化装置の有する課題を解消し、パティキュレートフ
ィルタの再生時に排気ガスを全量パティキュレートフィ
ルタをバイパスさせ、かつ、排気ガス通路に２系統のパ
ティキュレートフィルタを備えた内燃機関の排気浄化装
置において、２系統の排気ガス通路それぞれのパティキ
ュレートフィルタを、電気ヒータを用いて部分的に同時
に着火させることによって再生時に２系統のフィルタの
再生を同時に行い、パティキュレートフィルタの再生に
要する時間を大幅に短縮することができる排気浄化装置
を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成する本発
明の内燃機関の排気浄化装置は、内燃機関の排気ガス通
路の一部に２分岐通路を有し、各分岐通路中にパティキ
ュレート捕集用フィルタが内蔵され、これらのフィルタ
の再生時には前記２分岐通路をバイパスする別の排気通
路に排気ガスを全量バイパスさせる排気浄化装置におい
て、前記各フィルタの同じ側の端面に、フィルタ中心側
と外周側とに分割した２組のヒータを設け、フィルタ再
生時に各フィルタの２組のヒータの内の一方のみに同時
に所定時間通電し、所定時間後に各フィルタの２組のヒ
ータの他方に同時に所定時間通電するようにしたことを
特徴としている。

【００１０】

【作用】本発明の内燃機関の排気浄化装置によれば、デ
ィーゼル機関の排気ガス通路に設けられた２系統の分岐
通路に内蔵されたパティキュレートフィルタが、同時に
かつ部分的に着火され、所定時間後にパティキュレート
フィルタの残りの部分の着火が同時に行われる。この結
果、特に後から再生されるフィルタの着火性が向上して
燃え残りが低減し、更にはフィルタの再生処理時間が大
幅に短縮される。

【００１１】

【実施例】以下添付図面を用いて本発明の実施例を詳細
に説明する。図１(a) は本発明の内燃機関の排気浄化装
置２０に使用するパティキュレートフィルタ５Ａ，５Ｂ
に取り付ける電気ヒータＨＡａ，ＨＡｂ，ＨＢａ，ＨＢ
ｂの一実施例の構成を示すものであり、図１(b) はこれ
らの電気ヒータＨＡａ，ＨＡｂ，ＨＢａ，ＨＢｂへの通
電波形を示すものである。図１(a) に示すようにパティ
キュレートフィルタ５Ａ，５Ｂは多孔性物質からなるハ
ニカム状の隔壁を備えたハニカム状フィルタであり、一
般に円筒状をしていて内部に隔壁で囲まれた多数の直方
体状の通路がある。そして、この通路の隣接するもの
は、排気ガスの流入側と排気ガスの流出側で交互にセラ
ミック製の閉塞材によって栓詰めされて閉通路となって
いる。

【００１２】本発明では、このようなパティキュレート
フィルタ５Ａ，５Ｂの一方の端面に略同心円状の２個の
電気ヒータＨＡａ，ＨＡｂ，ＨＢａ，ＨＢｂが設けられ
ている。更に詳しく説明すると、パティキュレートフィ
ルタ５Ａ側に２個の電気ヒータＨＡａ，ＨＡｂ、パティ
キュレートフィルタ５Ｂ側に２個の電気ヒータＨＢａ，
ＨＢｂが設けられており、電気ヒータＨＡａ，ＨＢａが
フィルタの外周の近傍に、電気ヒータＨＡｂ，ＨＢｂが
フィルタの中心の近傍に配置されている。各電気ヒータ
ＨＡａ，ＨＡｂ，ＨＢａ，ＨＢｂは図示しないスイッチ
を介して図示しない電源に接続されており、各電気ヒー
タＨＡａ，ＨＡｂ，ＨＢａ，ＨＢｂの消費電力はそれぞ
れ 800Ｗ程度である。

【００１３】図２は図１(a) のように電気ヒータＨＡ
ａ，ＨＡｂ，ＨＢａ，ＨＢｂが取り付けられたパティキ
ュレートフィルタ５Ａ，５Ｂを備えた本発明の一実施例
の内燃機関の排気浄化装置２０の全体構成図であり、図
５(a)に示した従来の内燃機関の排気浄化装置１０と同
じ構成部材には同じ符号が付されている。従って、図２
において、１はディーゼル機関、２は排気ガス通路、
３，４は排気ガス通路２の一部に設けられた分岐通路、
５Ａ，５Ｂはその分岐通路３，４に内蔵された排気ガス
中のパティキュレートを捕集するためのパティキュレー
トフィルタ、６は２次空気供給通路、７は燃焼ガス排出
通路、８は分岐通路３，４をバイパスする排気バイパス
通路、９は２次空気を供給するエアポンプ、１１はバッ
テリ、ＨＡａ，ＨＡｂ，ＨＢａ，ＨＢｂは電気ヒータ、
Ｓｏはパティキュレートフィルタ５Ａ，５Ｂの外周近傍
に設けられた電気ヒータＨＡａ，ＨＢａに通電するため
のスイッチ、Ｓｉはパティキュレートフィルタ５Ａ，５
Ｂの中心近傍に設けられた電気ヒータＨＡｂ，ＨＢｂに
通電するためのスイッチ、Ｖ１は排気通路２と排気バイ
パス通路８とを切り換える切換弁、Ｖ４は排気バイパス
通路８の出口に設けられた出口切換弁、Ｖ５は２次空気
供給通路６の開閉弁、Ｖ６は燃焼ガス排出通路７の開閉
弁である。そして、スイッチＳｏ，Ｓｉ、および弁Ｖ
１，Ｖ４〜Ｖ６の制御は制御回路１００によって行われ
る。なお、本実施例では従来の内燃機関の排気浄化装置
１０において分岐通路３，４の分岐部に設けられた切換
弁Ｖ２，Ｖ３は不要であり、コスト低減を図ることがで
きる。

【００１４】次に、以上のように構成された内燃機関の
排気浄化装置２０の動作を説明する。 (1) パティキュレート捕集動作時 通常の排気ガス中のパティキュレート捕集時には、各弁
Ｖ１，Ｖ４〜Ｖ６は破線の位置にある。従って、バイパ
ス通路８、エアポンプ９からの２次空気供給通路６およ
び燃焼ガス排出通路７は閉じており、このときは、ディ
ーゼル機関１から排出された排気ガスは分岐通路３，４
に分岐して流れ、分岐通路２，３に内蔵されたパティキ
ュレートフィルタ５Ａ，５Ｂによってパティキュレート
が除去されて図示しないマフラーを通して大気中に放出
される。 (2) パティキュレートフィルタ再生動作時 パティキュレートフィルタ５Ａ，５Ｂの再生処理時には
各弁Ｖ１，Ｖ４〜Ｖ６は実線の位置に切り換わる。この
状態では、ディーゼル機関１からの排気ガスは排気バイ
パス通路８，マフラーを通って空気中に放出される。ま
た、この時はエアポンプ９から２次空気が分岐通路３，
４に供給され、電気ヒータＨＡａ，ＨＡｂ，ＨＢａ，Ｈ
Ｂｂによって着火されたパティキュレートの燃焼を助け
る。そして、燃焼ガスは燃焼ガス排出通路７を通って大
気中に放出される。

【００１５】この再生動作時の電気ヒータＨＡａ，ＨＡ
ｂ，ＨＢａ，ＨＢｂおよびエアポンプ９からの２次空気
の供給量の関係を示すものが図１(b) である。この図に
示すように、フィルタ再生動作が開始されると、所定時
間Ｔ１の間だけ電気ヒータＨＡａ，ＨＢａに通電が行わ
れ、この時のエアポンプ９からの２次空気の供給量はＱ
１である。所定時間Ｔ１経過後は、電気ヒータＨＡａ，
ＨＢａへの通電が遮断され、代わりに電気ヒータＨＡ
ｂ，ＨＢｂに通電が行われる。この時のエアポンプ９か
らの２次空気の供給量はＱ１より多いＱ２である。

【００１６】ここで、図２の制御回路１００のフィルタ
再生制御を図３のフローチャートを用いて更に詳しく説
明する。このフィルタ再生制御は所定期間、例えば、車
両の運転累積時間や車両の走行距離が所定値を超えたと
きに行えば良い。ステップ301 ではフィルタ再生時期か
否かが判定される。この判定はパティキュレートフィル
タ５Ａ, ５Ｂの上流側と下流側の圧力の差が所定値を超
えた時等によって行えば良い。そして、フィルタ再生時
期でないと判定された時(NO)はステップ309 にてこのル
ーチンを終了する。一方、ステップ301 でフィルタ再生
時期であると判定された時はステップ302 に進み、ここ
で、弁Ｖ１, Ｖ４〜Ｖ６の破線位置から実線位置への切
り換えによってバイパス通路８が開かれ、２次空気供給
通路６および燃焼ガス排出通路７が開かれると共に、ス
イッチＳｏが閉じられて電気ヒータＨＡａ，ＨＢａへの
通電が行われる。これと同時に、エアポンプ９がＯＮさ
れ、２次空気流量Ｑ＝Ｑ１の２次空気がパティキュレー
トフィルタ５Ａ，５Ｂに供給される。この結果、パティ
キュレートフィルタ５Ａ，５Ｂの外周部近傍に捕集され
たパティキュレートが着火する。

【００１７】ステップ303 では電気ヒータＨＡａ，ＨＢ
ａへの通電時間がＴ１を超えたか否かが判定され、経過
するとステップ304 に進む。この時点ではパティキュレ
ートフィルタ５Ａ，５Ｂの外周部近傍に捕集されたパテ
ィキュレートが着火して燃焼状態にある。ステップ304
ではスイッチＳｏが開かれて電気ヒータＨＡａ，ＨＢａ
への通電が停止され、代わりに、スイッチＳｉが閉じら
れて電気ヒータＨＡｂ，ＨＢｂへの通電が行われる。こ
れと同時に、エアポンプ９からの２次空気流量Ｑ＝Ｑ２
の２次空気がパティキュレートフィルタ５Ａ，５Ｂに供
給される。この結果、パティキュレートフィルタ５Ａ，
５Ｂの中心部近傍に捕集されたパティキュレートも着火
する。

【００１８】ステップ305 では電気ヒータＨＡｂ，ＨＢ
ｂへの通電時間がＴ２を超えたか否かが判定され、経過
するとステップ306 に進む。ステップ306 ではスイッチ
Ｓｉが開かれて電気ヒータＨＡｂ，ＨＢｂへの通電が停
止される。この時点ではパティキュレートフィルタ５
Ａ，５Ｂの中心部近傍に捕集されたパティキュレートも
着火して燃焼状態にある。

【００１９】このようにして、時間Ｔ１＋Ｔ２後はパテ
ィキュレートフィルタ５Ａ，５Ｂの全体が燃焼状態にあ
り、続くステップ307 ではパティキュレートフィルタ５
Ａ,５Ｂの再生が終了したか否かが判定され、再生が終
了するとステップ308 に進む。このパティキュレートフ
ィルタ５Ａ,５Ｂの再生終了の判定は、時間の経過、あ
るいはパティキュレートフィルタ５Ａ, ５Ｂの上流側と
下流側の圧力差によって判定すれば良い。

【００２０】ステップ308 ではエアポンプ９がＯＦＦさ
れ、スイッチＶ１、Ｖ４からＶ６が実線位置から破線位
置に切り換えられてバイパス通路８が閉じられ、続くス
テップ309 にてこのルーチンが終了する。以上のよう
に、この実施例の内燃機関の排気浄化装置２０では、パ
ティキュレートフィルタ５Ａ，５Ｂが同時に燃焼するの
で、再生時間を大幅に短縮することが可能である。ま
た、電気ヒータＨＡａ，ＨＢａ，ＨＡｂ，ＨＢｂの消費
電力はそれぞれ従来の半分程度であるので、電気ヒータ
ＨＡａ，ＨＢａ，ＨＡｂ，ＨＢｂが同時に２つ通電され
ても消費電力がオーバーすることもない。更に、従来の
内燃機関の排気浄化装置１０では、一方のパティキュレ
ートフィルタの再生中は他方のパティキュレートフィル
タは待機していたので、待機中のパティキュレートフィ
ルタの温度は低下し、再生時の着火性、再生率が悪化し
ていたが、本発明の内燃機関の排気浄化装置２０では、
両方のパティキュレートフィルタ５Ａ，５Ｂが同時に再
生されるので、再生時の着火性、再生率が向上する。

【００２１】以上説明した実施例では、電気ヒータＨＡ
ａ，ＨＢａ，ＨＡｂ，ＨＢｂの内のパティキュレートフ
ィルタ５Ａ，５Ｂの外周部に近い側のヒータＨＡａ，Ｈ
Ｂａから先に通電したが、これはパティキュレートフィ
ルタ５Ａ，５Ｂの中心部分の燃焼速度が速いためであ
り、パティキュレートフィルタ５Ａ，５Ｂの再生時間を
短くするための制御である。しかしながら、以上説明し
た実施例により、電気ヒータＨＡａ，ＨＢａ，ＨＡｂ，
ＨＢｂの通電順序が制限されるものではない。

【００２２】図４は図１(a) のように電気ヒータＨＡ
ａ，ＨＡｂ，ＨＢａ，ＨＢｂが取り付けられたパティキ
ュレートフィルタ５Ａ，５Ｂを備えた本発明の他の実施
例の内燃機関の排気浄化装置３０の全体構成図であり、
図２に示した内燃機関の排気浄化装置２０と同じ構成部
材には同じ符号が付されている。この実施例の内燃機関
の排気浄化装置３０が図２に示した内燃機関の排気浄化
装置２０と異なるのは、排気ガスの流れる方向に対する
パティキュレートフィルタ５Ａ，５Ｂへの電気ヒータＨ
Ａａ，ＨＡｂ，ＨＢａ，ＨＢｂの取付位置、および２次
空気供給通路６と燃焼ガス排出通路７の分岐通路３，４
に対する取付位置のみである。即ち、図２の実施例で
は、排気ガスの流れる方向と、再生時の２次空気の流れ
る方向が一致するように、パティキュレートフィルタ５
Ａ，５Ｂの上流側に電気ヒータＨＡａ，ＨＡｂ，ＨＢ
ａ，ＨＢｂが取り付けられると共に、２次空気供給通路
６が分岐通路３，４の上流側に取り付けられ、燃焼ガス
排出通路７が分岐通路３，４の下流側に取り付けられて
いた。しかしながら、図４の実施例では排気ガスの流れ
る方向と、再生時の２次空気の流れる方向が異なるよう
に、パティキュレートフィルタ５Ａ，５Ｂの下流側に電
気ヒータＨＡａ，ＨＡｂ，ＨＢａ，ＨＢｂが取り付けら
れると共に、２次空気供給通路６が分岐通路３，４の下
流側に取り付けられ、燃焼ガス排出通路７が分岐通路
３，４の上流側に取り付けられている。

【００２３】従って、図４の実施例の内燃機関の排気浄
化装置３０の制御は、図２の実施例の内燃機関の排気浄
化装置２０の制御と全く同じように行えば良く、図１
(b) の波形図、図３のフローチャートはそのままこの実
施例にも適用することができるので、この実施例の制御
については説明を省略する。

【００２４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
パティキュレートフィルタの再生時に排気ガスを全量パ
ティキュレートフィルタをバイパスさせ、かつ、排気ガ
ス通路に２系統のパティキュレートフィルタを備えた内
燃機関の排気浄化装置において、２系統の排気ガス通路
それぞれのパティキュレートフィルタを、電気ヒータを
用いて部分的に同時に着火させることによって再生時に
２系統のフィルタの再生を同時に行い、パティキュレー
トフィルタの再生に要する時間を大幅に短縮することが
できるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明における内燃機関の排気浄化装置の一実
施例の構成を示すものであり、(a) はパティキュレート
フィルタへの２組の電気ヒータの取り付け例を示す斜視
図、(b) は(a) の電気ヒータへの通電制御を示す波形図
である。

【図２】本発明の内燃機関の排気浄化装置の一実施例の
全体構成を示すシステム図である。

【図３】図２の制御回路の動作手順の一実施例を示すフ
ローチャートである。

【図４】本発明の内燃機関の排気浄化装置の他の実施例
の全体構成を示すシステム図である。

【図５】従来の内燃機関の排気浄化装置を説明するもの
であり、(a) は排気浄化装置の全体構成図、(b) は(a)
の電気ヒータの制御波形を示す波形図である。

【符号の説明】

１…ディーゼル機関 ２…排気ガス通路 ３，４…分岐通路 ５Ａ，５Ｂ…パティキュレートフィルタ ６…２次空気供給通路 ７…燃焼ガス排出通路 ９…エアポンプ １０…従来の排気浄化装置 ２０…本発明の一実施例の排気浄化装置 ３０…本発明の他の実施例の排気浄化装置 ＨＡ，ＨＢ，ＨＡａ，ＨＡｂ，ＨＢａ，ＨＢｂ…電気ヒ
ータ Ｖ１〜Ｖ６…弁

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内燃機関の排気ガス通路の一部に２分岐
   通路を有し、各分岐通路中にパティキュレート捕集用フ
   ィルタが内蔵され、これらのフィルタの再生時には前記
   ２分岐通路をバイパスする別の排気通路に排気ガスを全
   量バイパスさせる排気浄化装置において、 前記各フィルタの同じ側の端面に、フィルタ中心側と外
   周側とに分割した２組のヒータを設け、フィルタ再生時
   に各フィルタの２組のヒータの内の一方のみに同時に所
   定時間通電し、所定時間後に各フィルタの２組のヒータ
   の他方に同時に所定時間通電するようにしたことを特徴
   とする内燃機関の排気浄化装置。