JPH0626326A - デュアルフィルタタイプの排気浄化装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は２つのフィルタを平行配置したデュ
アルフィルタタイプの排気浄化装置の再生熱によるフィ
ルタ劣化を防止することを目的とする。 【構成】 フィルタ３は、他方のフィルタ４に向かい合
う部分のフィルタセル３ａの長さが、他方のフィルタ４
より離れる部分のフィルタセル３ａの長さよりも短く形
成されることにより、向かい合う部分に捕集されるパテ
ィキュレート量が従来よりも減少し、フィルタ３の再生
時発生する熱量による他方のフィルタ４への加熱が低減
され、フィルタ劣化や溶損が防止される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はディーゼルエンジンに設
けられる排気浄化装置に関し、排気ガス中のパティキュ
レートを捕集するフィルタを排気通路に対して２つ平行
に配置したデュアルフィルタタイプの排気浄化装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】一般にディーゼルエンジンの排気ガス中
には排気微粒子、即ちパティキュレートが多く含まれて
いるため、機関の排気通路には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（以下、フィルタ
と呼ぶ）が装着されている。又、このようなフィルタを
備えた排気浄化装置においては、パティキュレート捕集
性能を向上するため、１本の排気管を分岐して夫々の内
部にフィルタを平行配置した、所謂デュアルフィルタタ
イプの排気浄化装置が知られており、実開平２−１１０
２２０号公報には、排気通路の分岐部に設けられた制御
弁を作動させることで一方のフィルタでパティキュレー
ト捕集しながら他方のフィルタに捕集されたパティキュ
レートを燃焼するようにして再生し、これを２フィルタ
間で交互に再生処理する排気浄化装置も開示されてい
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで一般の排気浄
化装置においては、フィルタ再生時において再生下流側
となるフィルタ部分が、その上流側で発生したパティキ
ュレートの燃焼熱により上流側部分よりも高温となる傾
向があり、上述したように２つのフィルタを平行に配置
したデュアルフィルタタイプの排気浄化装置において
は、その再生が交互であろうとなかろうと、他方のフィ
ルタに向かい合う部分のフィルタ部分が、他のフィルタ
の燃焼熱を受け高温となり、そのフィルタ再生にあたり
一層高温化が進んで、特にそのフィルタの再生下流側部
分が溶損したり劣化する可能性が高かった。

【０００４】本発明は上記デュアルフィルタタイプの排
気浄化装置の問題点に鑑み、再生にあたって、パティキ
ュレート燃焼熱によりフィルタを劣化しないような排気
浄化装置を提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明によれば２つのフィルタをディーゼルエンジ
ンの排気通路に平行に配置して排気ガス中のパティキュ
レートを捕集すると共に、該フィルタ内に捕集されたパ
ティキュレートを燃焼してフィルタ再生するデュアルフ
ィルタタイプの排気浄化装置であって、上記フィルタの
夫々が、他方のフィルタに向かい合う部分のフィルタ再
生時発熱量を、他方のフィルタより離れる部分の再生時
発熱量よりも減少せしめる発熱量減少手段を有すること
を特徴とするデュアルフィルタタイプの排気浄化装置が
提供される。

【０００６】

【作用】各フィルタが互いに、他方のフィルタに向かい
合う部分のフィルタ再生時発熱量を、他方のフィルタよ
り離れる部分の再生時発熱量よりも減少させる発熱量減
少手段を有するため、一方のフィルタの再生熱が対向す
る他方のフィルタに伝達されにくくなり、フィルタ再生
下流側部分の劣化を少なくすることができる。

【０００７】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を説明
する。本発明による排気浄化装置の概略的構成を示す図
１に関し、１は図で左側に位置することになるディーゼ
ルエンジン本体２からの排気ガスが流動する排気通路、
３及び４はこの排気ガス中のパティキュレートを捕集す
る第１のフィルタ及び第２のフィルタ、５及び６は排気
通路１内を流動してきた排気ガスを両フィルタ３，４に
導く分岐通路である。

【０００８】排気通路１との分岐通路５，６との接続
部、即ち排気ガスの分岐部ａと合流部ｂの夫々には、パ
ティキュレート捕集時において図中、実線位置を占める
ように作動し、排気通路１を流れてきた排気ガスを二手
に分岐させる第１の制御弁７と、分岐されて第１フィル
タ３、第２フィルタ４を通過した後の排気ガスを再度合
流する第２の制御弁８とが設けられる。

【０００９】この第１、第２制御弁７，８は共に制御回
路（ＥＣＵ）９からの駆動信号によってアクチュエータ
（図示せず）を介して作動制御されるようになってお
り、例えば図中、上側に位置する第１フィルタ３を再生
する際には、制御回路９からの駆動信号出力により、共
に図１の点線位置を占め、第１フィルタ３より上流側の
分岐通路５を排気通路１より遮断し、ディーゼルエンジ
ン２からの排気ガスが第２フィルタ４に導かれるように
する。尚、第２フィルタ４の再生時には、これらの制御
弁位置は逆となる。

【００１０】フィルタを再生するため、第１フィルタ３
及び第２フィルタ４の下流側端面近傍にはフィルタ再生
時、対応するフィルタ３，４を加熱してパティキュレー
トに着火する電気ヒータ線１０及び１１が設けられ、各
電気ヒータ１０，１１への通電も又、制御回路９によっ
て制御されるようになっている。又、本実施例によれば
このフィルタ再生時において、再生対象となるフィルタ
に対し、その排気下流側よりパティキュレート燃焼のた
めの再生用ガス（２次空気など）を供給する電動エアポ
ンプ１２が設けられ、その作動も同様に制御回路９によ
って制御される。

【００１１】この電動エアポンプ１２からの再生用ガス
は、再生用ガス供給通路１３ａ，１３ｂを介して夫々の
フィルタ１０，１１より下流側の分岐通路５，６内に供
給されるようになっているが、各再生用ガス供給通路１
３ａ，１３ｂには対応するフィルタ再生時、通路を開く
開閉弁１４及び１５が設けられ、その作動もまた制御回
路９によって制御されるようになっている。

【００１２】又、フィルタ３，４よりも排気上流側の分
岐通路５，６には、フィルタ再生時のパティキュレート
燃焼ガスを外部に排出する再生ガス排出路１６，１７が
設けられ、夫々の通路内にも制御回路９によって開閉制
御される開閉弁１８及び１９が設けられる。尚、上述し
た各要素の駆動を制御する制御回路９には、一般にディ
ーゼルエンジンの状態や車両運転状態を検出する各種セ
ンサからの信号が入力されるようになっているが、本実
施例では上述した排気浄化装置に関係するセンサとし
て、フィルタ再生時期判断のためフィルタ前後差圧を検
出する圧力センサ２０及び２１のみを図示するに留め
る。

【００１３】以上のように構成される排気浄化装置にお
いて、本実施例によれば第１フィルタ３及び第２フィル
タ４は、共に他方のフィルタ４，３に対して近づくほど
フィルタセル３ａ，４ａの軸方向長さが短くなるよう
に、その排気上流側の端面３ｂ，４ｂが斜めに形成さ
れ、他方のフィルタに向かい合う部分（例えば、図示し
たフィルタ部分３ｃ，４ｃ）に捕集される１セル当たり
パティキュレート量が、他方のフィルタより離れる部分
（例えば、フィルタ部分３ｄ，４ｄ）に捕集される１セ
ル当たりのパティキュレート量よりもはるかに少なくな
るように形成される。

【００１４】本実施例による排気浄化装置のフィルタ再
生作動を以下、説明する。図１に示す各弁位置でパティ
キュレートの捕集がなされ、圧力センサ２０，２１によ
って検出・演算されるフィルタ前後差圧が所定値を超え
たならば、制御回路９は再生時期と判断し、例えば第１
フィルタ３を再生するため第１制御弁７及び第２制御弁
８を図１の点線位置に駆動し、第１フィルタ３を排気通
路１より遮断する。

【００１５】そして制御回路９により開閉弁１４，１８
が開弁され（点線位置）、電動エアポンプ１２が駆動さ
れて再生用ガスが第１フィルタ３の下流側から供給さ
れ、ほぼ時を同じくして電気ヒータ１０が通電され、第
１フィルタ３に捕集されていたパティキュレートが着火
・燃焼されることになる。しかして本実施例によれば、
上述したように第１フィルタ３及び第２フィルタ４の各
フィルタセル３ａ，４ａの長さは、他方のフィルタ４，
３に近づくにつれて徐々に短く設定されているために、
そのセル内に捕集されるパティキュレートの量は、他方
フィルタに近い程徐々に少なくなり、例えば向かい合う
フィルタ部分３ｃ，４ｃのパティキュレート燃焼発熱量
は、本実施例フィルタと同一容量でかつ一定セル長さの
フィルタ（図１にその端面ラインを１点鎖線で示す）の
それよりも小さくなり、対向するフィルタ４，３に対す
る加熱を抑えることができる。

【００１６】この結果、第１フィルタ３の再生が終了し
て各制御弁、開閉弁位置を変え、第２フィルタ４の再生
をスタートするにあたっては、第２フィルタ４は従来装
置（同一容量、等長フィルタを平行配置したデュアルフ
ィルタ排気浄化装置と比較した場合）よりも低い温度と
なり、パティキュレート燃焼熱によってフィルタ温度が
過上昇し劣化するようなことはなくなる。

【００１７】以上、本発明の排気浄化装置において、２
フィルタが向かい合う部分の発熱量を減少させる手段
を、フィルタセルの長さ調整によって達成する実施例に
例をあげ説明したが、本発明はこの実施例に限定される
ものではない。例えば、別実施例としては図２に示すよ
うに、パティキュレートを捕集する各フィルタセル３
ａ′，４ａ′を封止するプラグ２２のセル内位置を、他
方フィルタに近づくに従ってセル内部に奥まらせ、実質
的にパティキュレート捕集に作用するセル部分を減少す
るようにしても良い（第２実施例）。

【００１８】また更なる実施例としては、図３の
（ａ），（ｂ）に示すように、フィルタ内側部分３ｃ，
４ｃのフィルタセル端部に設けられるプラグ２２の栓詰
めをそれ以外のフィルタ部分の栓詰めよりも粗くしたり
（第３実施例）、或は図４の（ａ），（ｂ）に示すよう
に、内側部分３ｃ，４ｃのフィルタセル両端にプラグ２
２を詰め込み、フィルタの向かい合う部分を通過する排
気ガス量を少なくして、内側部分に捕集されるパティキ
ュレート量を少なくするようにしても良い（第４実施
例）。

【００１９】加えて第５実施例としては、図５に示すよ
うに、各フィルタ３，４の排気上流側端面３ｂ，４ｂ近
傍に、パティキュレート捕集時の排気ガスをフィルタ外
側部分３ｄ，４ｄに向けて偏向させる整流板２３を設
け、フィルタ内側部分３ｃ，４ｃを排気ガスが流れにく
くし、この部分に多くのパティキュレートが捕集されな
いようにしても良い。

【００２０】或は図６の（ａ），（ｂ）に示した第６実
施例のように、フィルタ内側部分３ｃ，４ｃのセル厚さ
を他の部分よりも厚くしたり、図７の（ａ），（ｂ）に
示すように内側部分３ｃ，４ｃのフィルタセル数を少な
くして、この部分を通過する排気ガスの圧力損失値を大
きくし、積極的に排気ガスがフィルタ外側部分３ｄ，４
ｄに導かれるようにし、この領域に多くのパティキュレ
ートが捕集されるようにしても良い。

【００２１】ところで、以上説明したようなデュアルフ
ィルタタイプの排気浄化装置において、対向し合うフィ
ルタ部分の再生時発熱量と、離反し合うフィルタ部分の
再生時発熱量とに差を持たせようとする技術は、前述し
たようなパティキュレート燃焼熱によるフィルタ劣化防
止策として適用されることに限られたものではない。

【００２２】図８は、デュアルフィルタタイプの排気浄
化装置の搭載例を示したものであって、一フィルタ横断
面に沿った装置断面図である。図はその下方が地表面に
あたり、２４は本排気浄化装置を搭載する車両ボデー、
２５は車両のフロア部分、２６はフレームを示してい
る。

【００２３】このような搭載状態にあって、例えば走行
中にフィルタ再生を行うような場合、地表面に近いフィ
ルタ３，４の下部や外側（ボデーやフレーム）に面する
部分は、走行風や水分（雨や雪）によって冷却され、図
中斜線部で示したようにパティキュレートの燃え残りが
多く発生する傾向がある。

【００２４】従って本発明の第８実施例では、このよう
な問題に対処し、本来ならパティキュレート燃え残りが
発生するであろうフィルタ部分の発熱量を、他のフィル
タ部分のそれよりも大きくし、以てパティキュレート燃
え残り発生を防止する。

【００２５】しかして本実施例では、この目的を達成す
るため各フィルタ端面に配置される電気ヒータＨ１，Ｈ
２（図９）を、例えば燃え残りが発生しないようなフィ
ルタ部分を受け持つヒータ部分Ｈ₁₁, Ｈ₂₁と、燃え残り
が多く発生するようなフィルタ部分を加熱するヒータ部
分Ｈ₁₂, Ｈ₂₂とに夫々分割し、フィルタ再生時において
は各ヒータの発熱量はＨ₁₁＜Ｈ₁₂、及びＨ₂₁＜Ｈ₂₂とな
るように各ヒータ電力をマップなどで制御し、以て燃え
残りが生じ易い部分に多くの熱量を供給し、再生効率を
高める。

【００２６】図９は上述したヒータ配置をする一排気浄
化装置の概略的構成図であり、又図１０はこの装置にお
けるフィルタ再生作動を説明する制御フローチャートを
示している。尚、図９に示す装置例に関し、これまで述
べた各実施例装置の各要素と共通な構成要素は同一番号
を付すこととし、本装置例では図１０のルーチン実行に
あたって各ヒータ部分の電力量は、パティキュレート捕
集量Ｇ、フィルタ初期温度Ｔinによってマップ制御され
るようになっている。

【００２７】その作動を説明するに、まずステップＳ１
では差圧センサ２７によって検出されたフィルタ圧損
（差圧値）ΔＰと、温度センサ２８によって検出された
フィルタ入口温度Ｔinとによって、予め求められている
演算式やマップ等を用いて現在のフィルタ３，４に捕集
されているパティキュレート捕集量Ｇを算出する。

【００２８】そして、続くステップＳ２ではこの捕集量
Ｇがフィルタ再生を要する程の値にあるか否か、即ち再
生時期にあるか否かを判定し、Ｙｅｓと判定された場合
のみステップＳ３に進む。尚、これに対してＮｏと判定
された場合には、未だ再生を必要としないため、ルーチ
ンはステップＳ２でＹｅｓとなるまでステップＳ１，２
の各処理を繰り返す。

【００２９】以上のようにしてフィルタ再生時期と判定
されたならば、次にステップＳ３では、まずフィルタ３
の再生準備として、例えば図１０の（ａ）に示すような
マップを用い、演算されたパティキュレート捕集量Ｇと
フィルタ初期温度Ｔinに基づいてヒータＨ１を構成する
各ヒータＨ₁₁，Ｈ₁₂でのヒータ電力を決定する。

【００３０】尚、ここで使用されるマップは、当然なが
ら予め実験データに基づいて設定され得るものであっ
て、上述した理由に基づきパティキュレート燃え残り傾
向が大きいフィルタ部分を受け持つヒータＨ₁₂の電力
は、同じ条件下でのヒータＨ₁₁の電力よりも大きくなる
ように設定されることになる（フィルタ４のヒータＨ２
においても同様）。

【００３１】このようにしてヒータ電力値が決定された
ならば、次にステップＳ４ではフィルタ３を再生する処
理、即ち具体的には図９における第１、第２制御弁７，
８をフィルタ３側に移動し、各開閉弁１４，１８，２
９，３０を開き、電動エアポンプ１２を作動してフィル
タ３に再生用２次空気を供給し、ほぼ同時に所定時間だ
け各ヒータＨ₁₁，Ｈ₁₂に上記電力値を以て通電する処理
を行う。

【００３２】そして、以上のようにしてルーチンはステ
ップＳ５に進み、例えば電動エアポンプ駆動時間が所定
値に達するなどして、フィルタ３の再生が終了したと判
定されたならば（Ｙｅｓ）、次にステップＳ６で、装置
はフィルタ３の再生位置のまま差圧センサ２７と温度セ
ンサ２８からの出力を読み込み、フィルタ４の前後差圧
からのパティキュレート捕集量Ｇ２とフィルタ初期温度
Ｔin２を算出する。

【００３３】続くステップＳ７では、フィルタ３の時と
同様に、フィルタ４の再生準備として、図１０の（ｂ）
に示すようなマップを用い、演算されたパティキュレー
ト捕集量Ｇ２とフィルタ初期温度Ｔin２に基づく各ヒー
タＨ₂₁，Ｈ₂₂でのヒータ電力を決定する。

【００３４】尚、ここで使用されるマップにおいても、
当然ながらパティキュレート燃え残り傾向が大きいフィ
ルタ部分を受け持つヒータＨ₂₂の電力は、同じ条件下で
のヒータＨ₂₁の電力よりも大きく設定されている。

【００３５】このようにしてヒータ電力値が決定された
ならば、次にステップＳ８ではフィルタ４を再生する処
理、即ち第１、第２制御弁７，８をフィルタ４側に移動
し、各開閉弁１５，１９，２９，３０を開き、電動エア
ポンプ１２を作動してフィルタ４に再生用２次空気を供
給し、ほぼ同時に所定時間だけ各ヒータＨ₂₁，Ｈ₂₂に上
記電力値を以て通電する処理を行い、そしてステップＳ
９でフィルタ４の再生終了と判定されたならば（Ｙｅ
ｓ）、ステップＳ１０で各制御弁や開閉弁を通常のパテ
ィキュレート捕集位置に戻し、エアポンプ駆動を停止し
て、本ルーチンを終了するのである。

【００３６】このように、本実施例によれば、電気ヒー
タを燃え残りが発生しないようなフィルタ部分を受け持
つヒータ部分と、燃え残りが多く発生するようなフィル
タ部分を加熱するヒータ部分とに夫々分割し、フィルタ
再生時においては後者のヒータ部分の発熱量が、前者の
それよりも大きくなるように各ヒータ電力を制御するこ
とにより、フィルタ全域に亙って燃え残りが生じないよ
うな再生処理を行うことが可能となる。尚、本実施例に
関し、図示した実施例ではヒータ分割線を水平に対し約
４５度傾斜させて分割したが、この傾斜角度は現実の燃
え残り状態に応じて変えるようにしても良い。

【００３７】尚、上述したこれらの実施例はフィルタの
再生方式に関係せず、フィルタ再生時の再生用ガスの流
れがパティキュレート捕集時の排気ガス流れと同一方向
である順流再生方式にも、或は逆なる逆流再生方式の排
気浄化装置にも適用できるものである。又、２つのフィ
ルタを交互に再生する排気浄化装置のみならず、２フィ
ルタを一括して再生してしまう排気浄化装置でも、その
対向する部分の発熱量を減少することで劣化も防げる。

【００３８】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、２
つのフィルタが、互いに向かい合う部分のフィルタ再生
時発熱量を減少させる手段を有するため、１フィルタの
再生に着目した場合、他方のフィルタ再生熱の影響が従
来よりも少なく、従って再生熱によるフィルタ劣化度合
が低く抑えられ、溶損等の不具合発生の可能性も低めら
れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による第１実施例としての排気浄化装置
の概略的構成を示す図である。

【図２】本発明の第２実施例としての排気浄化装置のフ
ィルタ収納部分の概略的断面図である。

【図３】異なる発熱量減少手段を適用した本発明の第３
実施例を示し、（ａ）はそのフィルタ断面、（ｂ）は
（ａ）の線 IIIｂ− IIIｂに沿う断面を示す図である。

【図４】更に別の発熱量減少手段を適用した本発明の第
４実施例を示し、（ａ）はそのフィルタ断面、（ｂ）は
（ａ）の線IVｂ−IVｂに沿う断面を示す図である。

【図５】発熱量減少手段として整流板を用いた第５実施
例としてのフィルタ収納部分の概略的装置断面図であ
る。

【図６】本発明の第６実施例を示し、（ａ）はそのフィ
ルタ断面、（ｂ）は（ａ）の線VIｂ−VIｂに沿う断面を
示す図である。

【図７】本発明の第７実施例を示し、（ａ）はそのフィ
ルタ断面、（ｂ）は（ａ）の線VIIｂ− VIIｂに沿う断
面を夫々示した図である。

【図８】本発明の第８実施例を示し、その排気浄化装置
のフィルタ搭載例を示した装置断面図である。

【図９】第８実施例としての排気浄化装置の概略的構成
を示す図である。

【図１０】図９の排気浄化装置のフィルタ再生作動を説
明するフローチャート図である。

【図１１】図１０に示すフィルタ再生作動にあたって、
各ヒータ電力を決定するために用いられ、（ａ）はフィ
ルタ３、（ｂ）はフィルタ４に対応するマップである。

【符号の説明】

２…ディーゼルエンジン本体 ３，４…フィルタ ７…第１制御弁 ８…第２制御弁 ９…制御回路 １０，１１…電気ヒータ １２…電動エアポンプ ３ｃ，４ｃ…フィルタ内側部分 ３ｄ，４ｄ…フィルタ外側部分

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ２つのフィルタをディーゼルエンジンの
   排気通路に平行に配置して排気ガス中のパティキュレー
   トを捕集すると共に、該フィルタ内に捕集されたパティ
   キュレートを燃焼してフィルタ再生するデュアルフィル
   タタイプの排気浄化装置であって、 上記フィルタの夫々が、他方のフィルタに向かい合う部
   分のフィルタ再生時発熱量を、他方のフィルタより離れ
   る部分の再生時発熱量よりも減少せしめる発熱量減少手
   段を有することを特徴とするデュアルフィルタタイプの
   排気浄化装置。