JPH05240027A - 排気微粒子浄化装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 パティキュレートフィルタの再生中にエンジ
ンが停止した場合にも再生による燃焼ガスを外部に放出
することなく、エンジン停止後もフィルタの広い領域に
わたって再生を続行可能とする。 【構成】 再生中のエンジン停止時にフィルタ１の入口
と出口を連通し、フィルタ１を含む閉回路を形成する切
換弁８ａ，８ｂ，８ｃと、この閉回路中のガスをフィル
タ１を通して循環流動させる循環装置９を設ける。そし
てエンジン停止後に閉回路内のガスに含まれる酸素によ
りパティキュレートフィルタ１の再生を継続するように
して未再生部分を燃焼させる。

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系に設け
られる排気浄化装置に関し、詳細には排気中に含まれる
微粒子を捕集する排気微粒子浄化装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ディーゼルエンジン等の内燃機関の排気
中にはカーボン等の排気微粒子（パティキュレート）が
多く含まれている。このパティキュレートを捕集し、排
気を浄化するために一般的にはパティキュレートフィル
タと呼ばれるフィルタが使用される。

【０００３】パティキュレートフィルタは内燃機関の排
気系に設置され、通常、セラミック等の耐熱性を有する
材料により形成された濾材によりパティキュレートの捕
集を行う。従ってフィルタ内には使用時間に応じた量の
パティキュレートが蓄積され、パティキュレート捕集量
が増大するとフィルタの目詰りにより排気圧力損失が増
大し、排気系の背圧増大により機関出力の低下を生じる
恐れがある。このためこれらのフィルタはパティキュレ
ート捕集量に応じて定期的に再生を行い、捕集したパテ
ィキュレートを除去する必要がある。

【０００４】通常、この再生は電気ヒータやバーナ等の
手段を用いてフィルタに捕集されたパティキュレートを
着火温度（約６５０℃）以上に加熱し、燃焼させること
により行う。図６は電気ヒータを用いてフィルタの再生
を行う従来の排気微粒子浄化装置の例を示す。

【０００５】図６において１００はエンジンの排気管、
１０１は排気管１００内に設置されたパティキュレート
フィルタ、１０４はフィルタ１０１をバイパスしてフィ
ルタ上流と下流とを結ぶバイパス通路、１０３はエンジ
ンの排気をフィルタ１０１側とバイパス通路１０４側と
に切り換える切換弁である。また、１０２はフィルタ１
０１の上流側端面又は端面近傍に埋設した再生用の電気
ヒータ、１０５は再生用の空気を供給するエアポンプで
ある。

【０００６】図６の装置では、一定運転時間毎、若しく
はパティキュレート捕集によりフィルタ１０１の差圧が
所定値を越えた場合に以下の再生操作を行なう。まず切
換弁１０３を切換えて排ガスの全量をバイパス通路１０
４に流す。次いでフィルタ１０１に埋設した電気ヒータ
に通電し、フィルタ１０１に捕集したパティキュレート
に着火すると共にパティキュレート燃焼用の空気をエア
ポンプ１０５から供給する。これによりフィルタ１０１
の上流側端面でパティキュレートの燃焼が開始し、フィ
ルタ１０１下流側に向けて伝幡して最終的にフィルタ１
０１に捕集されたパティキュレートの全部が燃焼して再
生が完了する。

【０００７】フィルタ再生時にエアポンプ１０５から供
給する空気の量は、フィルタ１０１内のパティキュレー
トの燃焼帯の吹き消えを防止するため比較的少量にして
再生時間を長くとる方が効果的に再生を行なえることが
判明しており、例えばフィルタ容量２リットル程度の浄
化装置に対しては９０リットル／分程度の再生空気を供
給しながら数分から数十分の時間をかけて再生を行う。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上述のように比較的少
量の再生空気を供給しながら時間をかけて再生を行う場
合、車両等ではフィルタ再生完了前に目的地に到着する
等によりエンジンが停止される場合が生じる。このよう
な場合、エンジン停止後もエアポンプ１０５を駆動して
フィルタ再生を続行することも可能であるが、駐車後運
転者が車両を離れた後も排気管から高温のパティキュレ
ート燃焼ガスが放出されることになり好ましくない。そ
こで一般には再生中にエンジンを停止した場合にはエア
ポンプ１０５も停止することとしている。

【０００９】ところが、図６のような装置ではフィルタ
再生中にエアポンプからの再生空気供給が停止された場
合でも、大気から排気管を通じて対流等により侵入して
来る空気があるためかなり長時間にわたって部分的に燃
焼が維持されることが確認されている。しかも、この間
の燃焼は空気量不十分な条件下での燃焼であり、一酸化
炭素等の有害成分の発生も増大する。このため、上記装
置では再生中にエアポンプを停止した場合長時間にわた
り高温の燃焼ガスや一酸化炭素等の有害成分が外部に放
出される恐れがある。

【００１０】これを防止するため、例えば図７に示すよ
うにフィルタ入口部と出口部とに遮断弁７ａ，７ｂを設
け、エンジン停止時には遮断弁７ａ，７ｂを閉じてフィ
ルタ１０１内でのパティキュレート燃焼を強制的に中止
させるようにすることも考えられる。しかし、このよう
にフィルタの再生を強制的に中断した場合、フィルタ１
０１の内部にはパティキュレートが燃焼して再生が完了
した部分（図７にＡで示す部分）と、未だパティキュレ
ートの燃焼が行われずパティキュレートが堆積したまま
の部分（図７にＢで示す部分）とが存在することにな
る。

【００１１】この状態では図７、Ａの部分にはパティキ
ュレートが存在しないため、エンジンの運転が再開され
た場合でも再生操作を行うことはできない。また、この
状態でパティキュレートの捕集を行うと、図７、Ａ部分
とＢ部分とではパティキュレートの堆積量が異ってく
る。このため、次に再生を行う場合、例えばＡ部分で良
好なパティキュレート燃焼を維持できる程度のパティキ
ュレート堆積量で再生を行うと、前回の燃え残り分だけ
パティキュレート堆積量が多いＢ部分では燃焼により異
常高温が発生する恐れがある。一方、Ｂ部分で良好な再
生を行うために早めに再生を行うとＡ部分ではパティキ
ュレート堆積量が少なすぎて、良好なパティキュレート
燃焼を維持できない恐れがある。

【００１２】本発明は上記の問題を解決し、再生中にエ
ンジンを停止した場合でも燃焼ガスを外部に放出するこ
となく、しかもエンジン停止後もフィルタの広い範囲に
わたって再生を行うことのできる排気微粒子浄化装置を
提供することを目的としている。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、内燃機
関の排気中に含まれる微粒子を捕集するパティキュレー
トフィルタと、該パティキュレートフィルタに捕集され
た微粒子を燃焼させてフィルタを再生する燃焼手段とを
備えた排気微粒子浄化装置において、所定条件下で前記
パティキュレートフィルタの入口と出口とを連通し、パ
ティキュレートフィルタを含む閉回路を形成する切換手
段と、前記閉回路が形成されたときに、前記閉回路内の
ガスを前記パティキュレートフィルタを通して循環流動
させる循環手段とを備えたことを特徴とする排気微粒子
浄化装置が提供される。

【００１４】

【作用】フィルタ再生中にエンジンを停止した場合に
は、切換手段を用いて、フィルタの入口側と出口側とを
接続し、フィルタを含む閉回路を形成すると共に、循環
手段を用いて閉回路中のガスをフィルタを通して循環流
動させる。これにより閉回路中のガスに含まれる酸素に
よりパティキュレートの燃焼が進み、フィルタ再生が進
行すると共に、燃焼ガスの外部への放出が防止される。

【００１５】

【実施例】以下、添付図面を参照して本発明の実施例を
説明する。図１は本発明の排気微粒子浄化装置の一実施
例を示す略示図である。図１において１０は図示しない
内燃機関に接続された排気管、１は排気管１０に設けら
れたパティキュレートフィルタ、４１はフィルタ１をバ
イパスして排気を外部に放出するバイパス通路である。

【００１６】また、本実施例ではバイパス通路４１入口
下流部のフィルタ１上流側部分で排気管１０から分岐
し、外部に連通する連通管４２が設けられている。更に
本実施例ではバイパス通路４１の出口部上流側の排気管
と連通管４２出口部とを接続する接続通路４３と、接続
通路４３内に配置されたブロワやファン等の循環手段９
が設けられている。また連通管４２と排気管１０との接
続部、バイパス通路４１と排気管１０との接続部及び、
連通管４２と接続通路４３との接続部にはそれぞれ切換
弁８ａ，８ｂ，８ｃが設けられている。

【００１７】また、本実施例ではフィルタ１再生時にパ
ティキュレートの着火を行う電気ヒータ２はフィルタ下
流側端面に設けられ、再生用空気もエアポンプ５により
フィルタ１下流側から供給される。通常運転時（パティ
キュレート捕集時）には切換弁８ａ〜８ｃはそれぞれ図
１に点線で示した位置に切り換えられる。これによりバ
イパス通路４１と連通管４２とは閉塞され、排気の全量
がフィルタ１を通って流れ、排気中の微粒子はフィルタ
１に捕集される。また、このときヒータ２の通電とエア
ポンプ５及び循環手段９の作動は停止される。フィルタ
１によるパティキュレートの捕集が進み、一定量のパテ
ィキュレートがフィルタに堆積すると再生操作が行われ
る。再生時には切換弁８ａ，８ｂはそれぞれ図１に実線
で示した位置をとり、電気ヒータ２とエアポンプ５とに
通電が行われる。このとき８ｃのみは図１に点線で示し
た位置のままとされる。

【００１８】これにより排気の全量がフィルタ１をバイ
パスしてバイパス通路４１から外部に放出されると共
に、フィルタ１に堆積したパティキュレートのヒータ２
による着火が行われる。またパティキュレートの燃焼用
空気はエアポンプ５によりフィルタ１に供給され、燃焼
ガスは連通管４２を通じて外部に放出される。このと
き、接続通路４３は切換弁８ｃにより閉鎖されたままで
ある。

【００１９】次に、この再生中の状態でエンジンが停止
した場合について説明する。再生中にエンジンが停止す
るとエアポンプ５は停止され送風が中止されると共に、
切換弁８ｃも図１の実線で示す状態に切換えられる。こ
れにより切換弁８ａ〜８ｃは全て実線で示す位置に切換
えられたことになるため連通管４２からの外部への燃焼
ガスの放出が防止され、連通管４２、接続通路４３、フ
ィルタ１により閉回路が形成される。この状態でファ
ン、ブロワー等の循環手段９を作動させると上記閉回路
内のガスはフィルタ１内を通過して閉回路内を循環す
る。このためエアポンプ５の停止後も閉回路内のガスに
残存する酸素でパティキュレートの再生が続行される。
循環手段９はパティキュレート捕集時や通常の再生時に
はガス流の外にあるため、ガス流の抵抗になることがな
く、同時に循環手段に及ぶ熱的影響を小さくすることが
できる。

【００２０】図２は再生途中に燃焼を中断させた後、再
び捕集を行なった場合の、再生部分（図７Ａ部分）と未
再生部分（図７Ｂ部分）の堆積量の時間変化を示すもの
で、未再生部分では狙いの堆積量を超えた堆積量となる
ため該部分では異常高温を起こす。従って、未再生部分
の範囲はできる限り少ない、即ち、再生率ができるだけ
高い方が再生上有利であることがわかる。即ち、従来の
如くエンジン停止と同時に燃焼を中断した場合には、未
再生部分が発生しやすくなってしまい、その未再生部分
における異常高温が発生しやすくなってしまう。それに
対して、本発明の循環流方式を採用すれば、この未再生
部分を最少限に抑えることが可能となり、再生部分を増
加させ、未再生部分の異常高温の発生を抑えることが可
能となる。

【００２１】図３は本発明の効果を示すフィルタ内部の
パティキュレート燃焼状態の図である。図３（ａ）はエ
ンジン停止と同時に燃焼を中断した場合を示し、斜線を
付した部分が未燃焼のパティキュレートが存在する領域
を示す。また図３（ｂ）は図３（ａ）の状態から本発明
により閉回路内で再生を続行した場合を示す同様な図で
ある。図３（ｂ）に示すようにパティキュレート燃焼部
分が大幅に拡大していることがわかる。

【００２２】図５は本発明の作動を示すフローチャート
である。通常運転時には図１の切換弁８ａ〜８ｃは「捕
集位置」（図１に点線で示した状態）に保持される（ス
テップ１０）。この状態でフィルタの再生が必要と判断
されると（ステップ２０）ステップ３０以下の再生動作
が行われる。

【００２３】なお、ステップ２０におけるフィルタ再生
要否の判定は、例えばフィルタ前後差圧が所定値以上か
否か、或いは、前回再生実施後エンジン回転数の積算値
が所定値に達したか否か、等に基づいて行なう。再生が
必要な場合はステップ３０で切換弁８ａと８ｂを図１の
実線位置に切換え、電気ヒータ２及びエアポンプ５を作
動させる（ステップ４０，５０）。これによりフィルタ
１に捕集されたパティキュレートは燃焼を開始し、フィ
ルタの再生が行われる。なお、電気ヒータ２はパティキ
ュレートへの着火を確実にするため所定時間（例えば３
〜５分程度）通電された後通電を停止する（ステップ６
０，７０）。

【００２４】この状態でエンジンの運転が継続された場
合（ステップ８０）再生が継続して行われ、所定の再生
終了条件が満たされた場合に（ステップ９０）、エアポ
ンプ５の作動が停止され（ステップ１００）、再生が完
了する。ここでエンジン運転の継続の有無（ステップ８
０）は例えばエンジンのイグニッションキーの位置から
判断する。また再生終了の条件（ステップ９０）は、例
えばフィルタ１のヒータ２と反対側の端面の温度を監視
して、この温度が所定値以上になったとき或いはピーク
を生じたときに再生終了と判断するようにする。次に、
再生終了前にエンジンが停止された場合の操作について
ステップ１１０以下に示す。

【００２５】ステップ８０でエンジンが停止したと判定
されるとステップ１１０ではエアポンプ５が停止され、
ステップ１２０では切換弁８ｃが図１の実線位置に切換
えられ、ステップ１３０では循環手段９が作動する。こ
れにより閉回路が形成され、燃焼ガスの外部への放出が
防止されると共に、閉回路中の残存酸素によりフィルタ
内のパティキュレート燃焼が継続する。この操作は所定
時間（ステップ１４０）、若しくは前述のステップ９０
と同様にフィルタ端面温度が所定値に達するまで続けら
れ、その後循環手段９が停止される（ステップ１５
０）。これにより次回エンジンスタート時には切換弁は
再び捕集位置にセットされ（ステップ１０）パティキュ
レート捕集が再開される。

【００２６】次に図４に本発明の第二の実施例を示す。
図４の実施例では図１の実施例と異なり、フィルタ再生
用のエアポンプを設けず排気中の残存酸素を用いてフィ
ルタの再生を行う。このためフィルタ１の入口には再生
時にフィルタ１に流す排気流量を調節するための流量調
整弁８ｄが設けられている。

【００２７】本実施例においては、通常のパティキュレ
ート捕集時には切換弁８ａ〜８ｃ及び調整弁８ｄは図４
に点線で示した位置に設定される。これにより排気の全
量がフィルタ１を通過する。フィルタ１を再生する際に
はこの状態から切換弁８ｂと調整弁８ｄのみを図４の実
線位置に切換える。これにより排気の大部分はバイパス
通路４１を通って流れ、調整弁８ｄで流量を調整された
排気の一部のみがフィルタ１を通過する。この状態で電
気ヒータ２に通電を行うことによりフィルタ１に捕集さ
れたパティキュレートは燃焼し燃焼ガスは切換弁８ｃを
通過して外部に放出される。

【００２８】フィルタ１の再生中にエンジンが停止され
た場合には、切換弁８ａと８ｃとを図４実線位置に切換
え、流量調整弁８ｄを点線位置に切換えると共に循環手
段９を作動させる。これにより連通管４２とフィルタ１
を含む閉回路が形成され、フィルタ１のパティキュレー
ト燃焼ガスの外部放出が防止され、閉回路中のガスを用
いてフィルタの再生が続行されることになり図１の実施
例と同等の効果を得ることができる。

【００２９】なお、上記実施例はいずれも着火源として
電気ヒータを使用した場合のみについて説明したが軽油
バーナ等を着火源として用いる浄化装置にも本発明が適
用可能であることはいうまでもない。

【００３０】

【発明の効果】本発明は上述のように構成したことによ
りフィルタ再生中にエンジンを停止した場合に燃焼ガス
の外部への流出を防止することができ、しかもエンジン
停止後もフィルタの広い範囲にわたって再生を行うこと
ができるためフィルタ内のパティキュレートの残存堆積
量の差を小さくでき、再生時に異常高温や再生不良が生
じることを効果的に防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の排気微粒子浄化装置の第一の実施例構
成を示す略示図である。

【図２】本発明の効果を説明する図である。

【図３】フィルタ内部のパティキュレート燃焼状態を示
す図である。

【図４】本発明の排気微粒子浄化装置の第二の実施例構
成を示す略示図である。

【図５】本発明の排気微粒子浄化装置の作動を示すフロ
ーチャートである。

【図６】従来の排気微粒子浄化装置の一例を示す略示図
である。

【図７】従来の装置におけるフィルタ内部のパティキュ
レート燃焼状態を示す図である。

【符号の説明】

１…パティキュレートフィルタ ２…電気ヒータ ５…エアポンプ ８ａ，８ｂ，８ｃ…切換弁 ８ｄ…流量調整弁 ９…循環手段 ４１…バイパス通路 ４２…連通管

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内燃機関の排気中に含まれる微粒子を捕
   集するパティキュレートフィルタと、該パティキュレー
   トフィルタに捕集された微粒子を燃焼させてフィルタを
   再生する燃焼手段とを備えた排気微粒子浄化装置におい
   て、 所定条件下で前記パティキュレートフィルタの入口と出
   口とを連通し、パティキュレートフィルタを含む閉回路
   を形成する切換手段と、前記閉回路が形成されたとき
   に、前記閉回路内のガスを前記パティキュレートフィル
   タを通して循環流動させる循環手段とを備えたことを特
   徴とする排気微粒子浄化装置。