JPH05149126A - デイーゼル微粒子後処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 微粒子捕集完了時のフィルタ温度が如何なる
場合でも，フィルタの割れ，溶損等の損傷がなく，捕集
信頼性，耐久性に優れたディーゼル微粒子後処理装置を
提供すること。 【構成】 微粒子捕集用フィルタ９と，再生時の排気隔
離用バイパス管１５と，再生ガス供給手段１６と，着火
手段１１とを備えたディーゼル微粒子後処理装置におい
て，フィルタ温度検出手段としての温度センサ２２と，
フィルタの昇温冷却手段と制御手段１８とを有する。制
御手段１８は，微粒子捕集完了後に，温度検出手段から
の信号によりフィルタ９が再生開始温度範囲にあるか否
かを判断し，昇温冷却手段によりフィルタを昇温又は冷
却させ，再生開始温度範囲となった場合には着火手段１
１及び再生ガス供給手段１６を作動させて，微粒子の燃
焼除去を行わせる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は，フィルタの再生開始温
度の最適化を図ることができる，捕集信頼性に優れた，
ディーゼル微粒子後処理装置に関する。

【０００２】

【従来技術】ディーゼルエンジンの排気中には，カーボ
ン等の微粒子が多く含まれている。この微粒子は，最近
の環境汚染防止の観点から，排気として大気に放出され
る前に除去する必要がある。この微粒子を処理する方法
としては，各種のものが提案されており，ディーゼル微
粒子後処理装置もその一例である。該ディーゼル微粒子
後処理装置は，図５に示すごとく，排気９９をフィルタ
９により濾過し，排気９９中の微粒子をフィルタ９にて
捕集し，規定量の微粒子が捕集された時点で電気ヒータ
等の着火手段１１を作動させ，微粒子を着火・伝播燃焼
させるものである。なお，符号１０はクラムシェルであ
る。

【０００３】そして，上記装置において，フィルタを再
生する方法としては，フィルタにより排気を濾過しなが
ら再生する方法，もしくは，排気の一部を濾過しながら
再生する方法が提案されている。この方法は，排気を用
いて伝播燃焼を行うため，エアポンプの様な再生ガス供
給装置が不要であるというメリットがある。しかし，そ
の反面，フィルタ再生中におけるエンジンの排気流量と
排気温度は，運転状態によって変化する。そのため，急
激な燃焼発熱を生じ，フィルタ内に局所的な割れ，溶損
が発生し，フィルタの捕集性能を低下させるおそれがあ
る。

【０００４】また，着火ミスや失火による燃え残りが発
生し，燃え残りによる捕集・再生サイクルの増加や捕集
量推定誤差（推定値以上の微粒子が捕集される）を生ず
ることがある。そのため，この点でもフィルタの割れ，
溶損等の間接的な要因となり，微粒子捕集の信頼性の低
下につながる。そこで，この対策として，再生時にフィ
ルタへ送入する再生ガスの流量を一定化させ，くり返し
安定した再生を行うディーゼル微粒子後処理装置がすで
に提案されている。

【０００５】このディーゼル微粒子後処理装置は，特開
昭６３−７１５１１号公報にも開示されている。この装
置は，再生時にはフィルタを排気通路から切り離し，再
生時の燃焼伝播に用いるガスとして，排気以外の再生ガ
ス供給装置から供給される再生ガスを用いるものであ
る。この再生ガスは，エアポンプにより大気を供給する
ことにより行う。そして，かかる装置により，フィルタ
再生時のガス流量の最適化，安定化を図り，装置の信頼
性向上を図っている。

【０００６】

【解決しようとする課題】しかしながら，上記従来の装
置には，つぎの問題点がある。即ち，上記装置において
は，着火開始時のフィルタ温度が管理されていない。そ
のため，図６に示すごとく，フィルタ温度が所定値以
下，即ち再生可能範囲Ａよりも低い温度で再生を開始し
た場合，燃え残りが生じ微粒子燃え残り量Ｂ（燃焼除去
した微粒子の割合）を満足できない。また，該フィルタ
の温度が，割れ限界値Ｅ以上の場合，割れ・溶損が発生
している。

【０００７】なお，図６において，曲線Ｃは再生開始時
フィルタ温度に対する再生時のフィルタ最高温度特性を
示している。また，曲線Ｆは再生開始時フィルタ温度に
対する微粒子燃え残り量特性を示している。それ故，両
曲線Ｃ，Ｆより，再生時フィルタ最高温度と燃え残り量
はトレードオフの関係であり，両者の条件を満たす再生
可能な再生開始時フィルタ温度は，限られた範囲にある
ことがわかる。上記のごとく，従来のディーゼル微粒子
後処理装置においては，フィルタ再生時においてフィル
タの割れ，溶損等の損傷を生じるおそれがあり，捕集信
頼性，耐久性に問題がある。本発明は，かかる問題点に
鑑み，捕集完了時のエンジン排気温度が如何なる場合に
おいても，フィルタの割れ，溶損等の損傷がなく，捕集
信頼性，耐久性に優れたディーゼル微粒子後処理装置を
提供しようとするものである。

【０００８】

【課題の解決手段】本発明は，排気通路内に設けられ排
気中の微粒子を捕集するフィルタと，該フィルタを排気
から隔離する隔離手段と，隔離後にフィルタ内へ再生ガ
スを供給する再生ガス供給手段と，微粒子を加熱してフ
ィルタを再生する着火手段を備えたディーゼル微粒子後
処理装置において，上記フィルタの温度を検出する温度
検出手段と，フィルタを昇温又は冷却する昇温冷却手段
と，上記温度検出手段からの信号により上記昇温冷却手
段を制御してフィルタを所定の再生開始温度範囲に調整
し，その後上記着火手段及び再生ガス供給手段を作動さ
せる制御手段とを具備していることを特徴とするディー
ゼル微粒子後処理装置にある。

【０００９】本発明において最も注目すべきことは，フ
ィルタにその温度を検出する温度検出手段を設けると共
に昇温冷却手段及び制御手段を設け，微粒子捕集完了後
にフィルタを加熱又は冷却して所定の再生開始温度範囲
となし，その後着火手段を駆動するよう構成したことに
ある。上記再生ガスは，微粒子を捕集したフィルタに対
して送入し，該微粒子を燃焼除去するためのガスで，空
気或いは酸素含有ガス等を用いる。また，再生ガス供給
手段としては，エアポンプ，ガスボンベ等がある。着火
手段としては，電気ヒータバーナー等を用いる。

【００１０】また，昇温冷却手段は，微粒子捕集後のフ
ィルタを，昇温又は冷却して再生開始温度範囲にするた
めの手段である。かかる昇温手段としては，上記着火手
段を併用することができる。また，冷却手段としては，
ほぼ常温状態の上記再生ガスの併用がある。即ち，これ
ら着火手段及び再生ガスは，本来はフィルタに捕集され
た微粒子を燃焼除去するために用いるものであるが，そ
の本来の使用に先立ってフィルタを上記再生開始温度範
囲に昇温又は冷却するために用いるものである。

【００１１】上記再生開始温度範囲は，フィルタの加熱
再生，即ち微粒子の燃焼除去に先立って，フィルタが前
記のごとき損傷を生じず，かつ効率的な再生開始を行う
ことができる温度である。この再生開始温度範囲は，フ
ィルタの材質，構造等によっても異なるが，セラミック
ハニカムのフィルタを用いた場合には，２００℃〜４０
０℃とすることが好ましい。

【００１２】

【作用及び効果】本発明のディーゼル微粒子後処理装置
においては，微粒子の捕集完了時に，フィルタの温度
が，再生開始温度範囲にあるか否かを温度検出手段によ
り検出する。そして，再生開始温度範囲にあれば，制御
手段により着火手段を加熱すると共に再生ガス供給手段
より再生ガスをフィルタに送り，微粒子の燃焼除去を行
う。一方，フィルタが再生開始温度範囲よりも低いか又
は高い場合には，昇温冷却手段によりフィルタを昇温又
は冷却して，再生開始温度範囲とする。この場合，上記
のごとく，昇温冷却手段として着火手段又は再生ガスを
用いる。

【００１３】そして，温度検出手段によりフィルタが再
生開始温度範囲に達したことを確認した後，上記のごと
く，制御手段により着火手段及び再生ガス供給手段を作
動させて，微粒子の燃焼除去を行う。以上のごとく，本
発明においては，捕集微粒子の燃焼除去に先立ってフィ
ルタ温度検出手段を再生開始温度範囲に管理し，その後
再生加熱を行っている。そのため，微粒子の異常燃焼に
よるフィルタの割れ，溶損等の損傷を防止することがて
きる。また，そのため，微粒子の燃え残りを生ずること
がない。

【００１４】また，そのため，再生後の微粒子捕集につ
いても，フィルタの全捕集能力を発揮させることがで
き，捕集信頼性，耐久性にも優れる。したがって，本発
明によれば，微粒子捕集完了時のエンジン排気温度，フ
ィルタ温度が如何なる場合においても，フィルタの割
れ，溶損等の損傷がなく，捕集信頼性，耐久性に優れた
ディーゼル微粒子後処理装置を提供することができる。

【００１５】

【実施例】本発明の実施例にかかるディーゼル微粒子後
処理装置につき，図１〜図４を用いて説明する。まず，
本例のディーゼル微粒子後処理装置は図１に示すごと
く，エンジン６の排気通路７の途中に設けられた微粒子
捕集用のフィルタ９と，該フィルタ９を排気から隔離す
るための隔離手段としてのバイパス管１５とを有する。
また，排気隔離後に再生ガスを供給する再生ガス供給手
段１６と，微粒子を加熱してフィルタを再生する着火手
段１１を有する。

【００１６】また，フィルタ９の温度を検出する温度検
出手段としての温度センサ２２と，フィルタ９を昇温又
は冷却する昇温冷却手段としての，上記着火手段１１及
び再生ガス供給手段１６を有する。更に温度検出手段か
らの信号により，上記昇温冷却手段を制御してフィルタ
９を所定の再生開始温度範囲になし，その後上記着火手
段１１及び再生ガス供給手段１６を作動させる制御手段
１８としてのＥＣＵを有する。また，上記隔離手段とし
てのバイパス管１５においては，その上流側及び下流側
と排気通路７との間には，それぞれ弁１２１，１４１を
有する排気切換弁１２，１４を設ける。また，排気通路
７においては，上記バイパス管１５の上流側分岐点とフ
ィルタ９との間に，再生時に再生ガスを排気するための
再生ガス排気管１７を接続すると共に，弁１３１を有す
る排気切換弁１３を設ける。

【００１７】また，フィルタ９はクラムシェル１０内に
配置する。フィルタ９の前方には，排気温度センサ２０
及び圧力センサ２３を，またフィルタ９の後方にも，排
気温度センサ２１及び圧力センサ２４を取付ける。ま
た，排気通路７の後部には消音器８が取付けてある。エ
ンジン６には，エンジン回転数センサ１９が配置してあ
る。そして，図１に示すごとく，上記温度センサ２２等
の各種センサ，及び着火手段１１，再生ガス供給手段１
６，排気切換弁１２，１３，１４等は，制御手段１８に
電気的に接続されている。

【００１８】次に，上記ディーゼル微粒子後処理装置の
作用効果につき説明する。まず，図１に示すごとく，エ
ンジン６の排気は，排気通路７よりフィルタ９に入り，
ここで微粒子が捕集される。そして排気は消音器８より
排出される。そして，フィルタ９における微粒子捕集量
が所定の値に達したときには，排気切換弁１２によりバ
イパス管１５側を開放し，排気切換弁１３により排気通
路１７を閉止する。また，フィルタ後方の排気切換弁１
４により排気通路を閉止し，排気がバイパス管を通るよ
う構成する。上記の微粒子捕集量の検出は，圧力センサ
２３，２４排気温度センサ２０，２１等により行う。

【００１９】次に，温度センサ２２により，フィルタ９
が再生開始温度範囲にあるか否かを検出して，後述する
フローチャートに示すごとく，フィルタの着火手段１１
及び再生ガス供給手段１６により昇温又は冷却を行う。
そして，再生開始温度範囲に達した後には，着火手段１
１及び再生ガス供給手段１６によりフィルタの加熱再生
を行う。これらの制御手段は，上記各種センサからの信
号に基づいて制御手段１８により行う。

【００２０】上記再生時には，再生ガス供給手段１６と
してのエアポンプにより，再生ガスとしての空気をフィ
ルタへ送る。上記再生開始温度範囲までの冷却時も同様
である。また，再生時には着火手段１１としての電気ヒ
ータを加熱する。上記再生開始温度範囲までの加熱時も
同様である。再生終了後は，着火手段１１，再生ガス供
給手段１６の作動を停止し，排気切換弁１２，１３，１
４を元の位置に戻し，排気をフィルタ９に通過させる。

【００２１】次に，図２，図３のフローチャート，及び
図４における各種操作とフィルタ温度の関係図を用い
て，本例のディーゼル微粒子後処理装置における，制御
アルゴリズムについて説明する。本制御の開始は，エン
ジン６の起動に伴って行われる。まず，ステップ１０１
〜１０３において，フィルタへの微粒子捕集量を推定す
る。捕集量の推定は，フィルタにおける圧力損失から算
出している。即ち，フィルタ上流部の圧力センサ２３の
出力Ｐ₁ と同下流部の圧力センサ２４の出力Ｐ₂ を求め
る。さらに，エンジン回転数Ｎ_E とフィルタ上流部の排
気温度センサ２０の出力Ｔ_EX1 ，同下流部の排気温度セ
ンサ２１の出力Ｔ_EX2 を用いて補正を行い，捕集量推定
値ｍを算出する。

【００２２】次に，ステップ１０４にて，前記の捕集量
推定値ｍと，再生可能な所定捕集量ｍ_O を比較する。こ
のステップで，ｍ≧ｍ_O であれば，捕集完了と判断し，
ステップ１０５以降のステップに進む。一方，ｍ＜ｍ_O
であれば，再びステップ１０１に戻り，所定の捕集量に
至るまで捕集を継続する。また，ステップ１０５では，
捕集完了したフィルタを排気通路から切り離し，再生手
段と通路を連絡するため，排気切換弁１２，１３，１４
を駆動し，連動する弁１２１，１３１，１４１を上記の
ごとく切り換える。

【００２３】次に，ステップ１０６〜１１１が本発明を
適用する制御部分である。まず，ステップ１０６にて，
フィルタ温度Ｔ_F を温度センサ２２にて検出する。次
に，ステップ１０７と１１０（図３）にて，フィルタ温
度Ｔ_F と再生開始温度範囲（下限Ｔ₁ ，上限Ｔ₂ ）との
関係を比較する。ここで，フィルタ温度Ｔ_F が，再生開
始温度範囲内にあれば，ステップ１１２に進み再生を開
始する。

【００２４】また，ステップ１０７で，フィルタ温度Ｔ
_F が再生開始温度範囲の下限Ｔ₁ 以下であれば，ステッ
プ１０８にて，フィルタ下流部にある着火手段１１をフ
ィルタの昇温手段として作動させる。また，同時にステ
ップ１０９にて再生ガス供給手段１６から少量のガスを
供給し熱の伝播を促す。このあと，ステップ１０７に戻
り，図２に示すように，フィルタ温度Ｔ_F が再生開始温
度範囲内になるまで，フィルタの昇温を行う。

【００２５】また，フィルタ温度Ｔ_F が，再生開始温度
範囲の上限Ｔ₂ 以上であれば，ステップ１１１に進み，
再生ガス供給手段１６としてのエアポンプを作動させ，
着火手段１１の電気ヒータには通電せずに，大量のガス
を供給してフィルタの冷却を行う。そして，ステップ１
０７に戻り，再生開始温度範囲内になるまでフィルタを
冷却する。本冷却により，図４の線図に示すごとく，フ
ィルタ温度Ｔ_F が再生開始温度範囲の上限Ｔ₂ 以下，即
ち，再生可能初期温度範囲内になれば，ステップ１１２
以降で再生を行う。

【００２６】以上のステップにより，再生開始時のフィ
ルタ温度を管理する。次いで，ステップ１１２〜１２０
（図３）にて，フィルタの再生が行われる。即ち，ステ
ップ１１２で，再生ガス供給手段１６を所定のエア流量
に制御し，ステップ１１３にて着火手段１１に着火可能
な電力を供給し微粒子を着火する。そして，ステップ１
１４，１１５にて再びフィルタ温度Ｔ_F を検出する。そ
して，図４に示した微粒子着火完了温度Ｔ₃ 以上になれ
ば，着火手段１１の作動を停止する。さらに，ステップ
１１７，１１８において，フィルタ温度Ｔ_F が，図４に
示した再生完了温度Ｔ₄ 以下になればフィルタ９の再生
は完了したものと判断する。

【００２７】そして，ステップ１１９にて再生ガス供給
手段１６のエアポンプを停止し，ステップ１２０にて，
排気切換弁１２，１３，１４に連動した弁１２１，１３
１，１４１を駆動し，再び排気中の微粒子を捕集する。
以上より知られるごとく，本例のディーゼル微粒子後処
理装置においては，捕集微粒子の燃焼除去に先立って，
フィルタ温度検出手段を再生開始温度範囲に管理し，そ
の後再生加熱を行っている。そのため，微粒子の異常燃
焼によるフィルタの割れ，溶損等の損傷を防止すること
ができる。また，そのため，微粒子の燃え残りを生ずる
ことがない。

【００２８】また，再生後の微粒子捕集についても，フ
ィルタの全捕集能力を発揮させることができ，捕集の信
頼性，耐久性に優れている。なお，本発明の構成におい
ては，本実施例に示したものに限る必要はなく，例えば
再生ガス供給手段１６については，エアポンプに限らず
ガス流量制御可能な装置であれば良い。また，フィルタ
温度の検出についても，フィルタ温度に相関のある値，
例えば，再生ガス供給手段１６によりガス供給した場合
の排気温度センサ２０の温度などを用いることもでき
る。さらに，本例では，フィルタ昇温装置として着火手
段１１を兼用しているが，別途昇温手段を設けることも
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例におけるディーゼル微粒子後処理装置の
全体説明図。

【図２】実施例における微粒子捕集量，フィルタ温度等
の検出ステップを示すフローチャート。

【図３】図２に続く，フィルタ再生加熱等のステップを
示すフローチャート。

【図４】実施例における，各種操作とフィルタ温度の関
係を示す説明図。

【図５】従来の微粒子捕集用フィルタの説明図。

【図６】従来のディーゼル微粒子後処理装置における問
題点の説明図。

【符号の説明】 ６．．．エンジン， ７．．．排気通路， ８．．．消音器， ９．．．フィルタ， １１．．．着火手段， １２，１３，１４．．．排気切換弁， １５．．．バイパス管， １６．．．再生ガス供給手段， １８．．．制御手段， ２０，２１．．．排気温度センサ， ２２．．．温度センサ， ２３，２４．．．圧力センサ，

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 排気通路内に設けられ排気中の微粒子を
   捕集するフィルタと，該フィルタを排気から隔離する隔
   離手段と，隔離後にフィルタ内へ再生ガスを供給する再
   生ガス供給手段と，微粒子を加熱してフィルタを再生す
   る着火手段を備えたディーゼル微粒子後処理装置におい
   て，上記フィルタの温度を検出する温度検出手段と，フ
   ィルタを昇温又は冷却する昇温冷却手段と，上記温度検
   出手段からの信号により上記昇温冷却手段を制御してフ
   ィルタを所定の再生開始温度範囲に調整し，その後上記
   着火手段及び再生ガス供給手段を作動させる制御手段と
   を具備していることを特徴とするディーゼル微粒子後処
   理装置。