JPH0627501B2 - デイ−ゼル機関の排気微粒子除去装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本考案はディーゼル機関の排気微粒子除去装置に関す
る。

〔従来の技術および問題点〕

ディーゼル機関の排気ガス中には炭化化合物からなる可
燃性の微粒子、すなわちパティキュレートが含まれてお
り、このパティキュレートが大気に放出されると大気汚
染をひき起こす。そこで従来、ディーゼル機関には、パ
ティキュレートが大気に放出されるのを阻止するために
排気通路内にパティキュレート捕集用フィルタが配設さ
れる。ところがフィルタに捕集されたパティキュレート
の量が増大すると排気通路内の圧力損失が大きくなり、
このためフィルタ上のパティキュレートは定期的に燃焼
除去されなければならない。

しかしてパティキュレートを燃焼除去する装置として、
吸気系に生じるエンジン負圧によりフィルタの下流側か
ら空気を導いてバーナによりパティキュレートを燃焼さ
せ、この再生ガスを吸気系に循環させるものが、特開昭
59−77022号公報に開示される。ところがこの従来装置
は、このように２次空気を必要とするバーナによりフィ
ルタ再生を行なうようになっているため構成が複雑であ
るという問題を有する。また、再生時にフィルタ近傍に
空気の逆流を生じさせるためにフィルタの上流側と下流
側にそれぞれバルブを必要とするが、これらのバルブの
閉塞状態が不充分であると空気逆流が生じ難く、フィル
タ再生が困難となるという問題を生じる。さらに、再生
ガスを吸気系に循環させると、この再生ガス中の微粒子
が燃焼室内に導入されることになるのでこの微粒子によ
ってシリンダ内壁の摩耗を生じるおそれがあり、またセ
ラミックフィルタの場合、セラミックの破片が吸気弁と
弁座の間に挟まって、これらを傷つけるおそれがある。

本発明は構成が簡単であり、かつフィルタを確実に再生
することができ、かつエンジンの耐久性を損なうことの
ない排気微粒子除去装置を得ることを目的としてなされ
たものである。

なお、本発明と同様にフィルタの下流側にヒータを配設
した構成が特開昭55−131518号公報に開示されている
が、これはフィルタ再生時にヒータ側からフィルタへガ
スを流動させる構成を有するものではない。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明に係る排気微粒子除去装置は、ディーゼル機関の
排気通路に設けられ、微粒子の捕集時における排気ガス
流動方向の上流側に入口部を向け、排気ガス流動方向の
下流側に出口部を向けたフィルタと、このフィルタの出
口部に近接して設けられたヒータと、上記フィルタの上
流側と下流側とを連通させる通路を開閉する第１バルブ
と、上記フィルタの入口端部の近傍を排気管に連通させ
る通路を開閉する第２バルブとを備えるものである。上
記第１および第２バルブは、微粒子の捕集時、閉弁して
排気ガスを上記フィルタの入口部から出口部へ流動さ
せ、フィルタの再生時、開弁して上記フィルタ内の排気
ガスを上記出口部から入口部へ流動させる。

〔実施例〕

以下図示実施例により本発明を説明する。

第１図および第２図は本発明の一実施例を示し、第１図
はパティキュレート捕集時、第２図はフィルタ再生時を
それぞれ示す。ハウジング１１内には上流仕切壁１２と
下流仕切壁１３が設けられる。上流仕切壁１２は入口ポ
ート１８側に位置するハウジング上壁１１ａから出口ポ
ート２２へ向かって延び、ハウジング右壁１１ｂとの間
に第１通路１４が形成される。また下流仕切壁１３は出
口ポート２２からハウジング左壁１１ｃに沿って延び、
このハウジング左壁１１ｃとの間に第２通路１５が形成
される。フィルタ１６は上流仕切壁１２と下流仕切壁１
３の流に挿入され、パティキュレート捕集時における排
気ガス流動方向の上流側（図中、下方）に入口部１６ａ
を向け、この排気ガス流動方向の下流側（図中、上方）
に出口部１６ｂを向けて配置される。電気ヒータ１７は
フィルタ１６の出口部１６ｂに近接して設けられる。

第１通路１４の上流側には、排気ガスが流入する入口ポ
ート１８が形成され、また上流仕切壁１２のハウジング
上壁１１ａに近接する部分には孔１９が穿設される。こ
の孔１９は第１バルブ２１により開閉される。この第１
バルブ２１は、パティキュレート捕集時、第１図に示す
ように閉弁しているが、フィルタ再生時、第２図に示す
ように開弁する。第１通路１４および第２通路１５の下
流側に形成される出口ポート２２は排気管（図示せず）
に連通し、この出口ポート２２の第１通路１４の下流側
部分は第２バルブ２３により開閉される。第２バルブ２
３は、パティキュレート捕集時、第１図に示すように閉
弁しているが、フィルタ再生時、第２図に示すように開
弁する。第２バルブ２３が開弁すると、フィルタ１６の
入口部１６ａの近傍が排気管に直接連通することとな
る。

第１および第２バルブ２１，２３はそれぞれダイアフラ
ム装置３１，３２により開閉駆動される。ダイアフラム
装置３１は、シェル３３内をダイアフラム３３４により
区画して変圧室３５を形成するとともに、この変圧室３
５にばね３６を設けて構成される。ダイアフラム３４は
ピン３７に回転自在に取付けられたアーム３８の一端に
連結され、このアーム３８の他端は第１バルブ２１に連
結される。また変圧室は負圧切換弁３９を介して負圧も
しくは大気圧を選択的に導かれるようになっている。し
かして変圧室３５に大気圧が導かれる時、第１図に示す
ように、ダイアフラム３４はばね３６に押圧されて変圧
室３５の容積が大きくなる方へ変位し、これにより、第
１バルブ２１は孔１９を閉塞する。これに対し、変圧室
３５に負圧が導かれる時、第２図に示されるように、ダ
イアフラム３４はばね３６を圧縮して変位し、これによ
り、第１バルブ２１は孔１９を開放する。

第２バルブ２３を駆動するダイアフラム装置３２もダイ
アフラム装置３１と全く同じ構成を有し、ダイアフラム
４１はロッド４２を介して第２バルブ２３に連結され、
また変圧室４３には負圧切換弁４４を介して負圧もしく
は大気圧が選択的に導かれる。

フィルタ１６に堆積するパティキュレートの量が増大し
てこのフィルタ１６を再生する必要が生じたことを検知
するため、第１通路１４および第２通路１５にそれぞれ
圧力センサ４５，４６が設けられ、また第１通路１４内
であって圧力センサ４５の下流側に温度センサ４７が設
けられる。これらの圧力センサ４５，４６により検出さ
れたフィルタ１６による圧力損失が所定値を越えるとフ
ィルタ１６の再生制御が開始される。この所定値はエン
ジン回転数およびエンジン負荷に対して変化する。

再生制御の開始時、まず負圧切換弁３９，４４が切換え
られてダイアフラム装置３１，３２の各変圧室３５，４
３に負圧が導かれ、この結果、第１および第２バルブ２
１，２３がそれぞれ孔１９および出口ポート２２を開放
する。このとき大部分の排気ガスは第１通路１４から第
２バルブ２３を通って直接排気管へ排出され、あるいは
孔１９を通過し、第２通路１５へ流動して排気管へ排出
される。そして一部の排気ガスは孔１９から電気ヒータ
１７側へ流れ、フィルタ１６を通過して第２バルブ２３
から排気管へ排出される。次いで電気ヒータ１７が発熱
し、このヒータ１７の最も近くにおいてフィルタ１６上
に堆積しているパティキュレートがまず着火され、そし
て火炎が下流に向けて徐々に燃え広がる。しかしてフィ
ルタ１６上に堆積した全パティキュレートが燃焼し、フ
ィルタ１６の再生が完了する。この後、負圧切換弁３
９，４４が切換えられてダイアフラム装置３１，３２の
変圧室３５，４３に大気圧が導かれ、第１および第２バ
ルブ２１，２３が閉弁する。

第３図および第４図は、再生時におけるフィルタ１６上
にパティキュレートＰの燃焼状態を示すものである。第
３図は再生の開始時を示し、この時パティキュレートＰ
は平行に設けられた各フィルタ基材16ｃの出口部16ｂに
１つおきに設けられた栓16dの部分まで存在している。
排気ガスは矢印に沿って出口部16ｂからフィルタ１６内
に流入し、フィルタ基材16ｃの裏面からパティキュレー
トＰの堆積している面へ通過して、入口部16ａ（第１図
および第２図）へ流出する。パティキュレートＰは第４
図に示すように、ヒータ１７に近接するものから着火さ
れ、徐々に燃焼して除去される。しかして、この再生時
に排気ガスはフィルタ基材16ｃからパティキュレートＰ
へ向かって流れるため、フィルタ基材16ｃを通過する排
気ガスの温度はできるだけ低く抑えらえることとなり、
パティキュレートＰの堆積量が多くても焼損するおそれ
がない。

一方、パティキュレートの捕集時、第１および第２バル
ブ２１，２３は閉弁しており、全ての排気ガスは、第１
図に示すようにフィルタ１６の入口部16ａから出口部16
ｂへ流れ、ヒータ１７を通って第２通路１５から排気管
へ流出する。

第１および第２バルブ２１，２３と電気ヒータ１７は電
子制御ユニット５０の出力信号に基いて制御される。第
１図に示すように、電子制御ユニット５０はマイクロコ
ンピュータからなり、中央演算処理装置（ＣＰＵ）５
１、リードオンリメモリ（ＲＯＭ）５２、ランダムアク
セスメモリ（ＲＡＭ）５３、Ａ／Ｄ変換器５４、および
入出力（Ｉ／Ｏ）ポート５５を有し、これらはバスライ
ン５６により相互に接続される。Ａ／Ｄ変換器５４に
は、圧力センサ４５，４６、温度センサ４７および負荷
センサ４８が接続される。Ｉ／Ｏポート５５には、回転
数センサ４９が接続され、また駆動回路５７を介して負
圧切換弁３９，４４および電気ヒータ１７が接続され
る。負荷センサ４８は図示しない燃料噴射ポンプのレバ
ーに取付けられ、アクセルペダルに連動するこのレバー
の開度を検出するものであり、この開度の大きさを負荷
の大きさとして検知する。一方、回転数センサ４９はエ
ンジン回転数を検出する。

第５図および第６図は電子制御ユニット５０により行な
われるフィルタ１６の再生制御を示す。

第５図は所定のクランク角毎に行なわれるメインルーチ
ンを示す。まずステップ101において再生条件が成立し
ているか否かが判別される。この再生条件は従来行なわ
れているように、予めＲＯＭ５２に記憶されている、フ
ィルタ１６の圧力損失のエンジン回転数およびエンジン
負荷に対するマップを読み、さらにこれを排気ガス温度
に応じて補正することにより求められる。しかして再生
条件が成立すればステップ102においてフラグｆが１に
セットされる。

第６図は一定時間毎（本実施例では200msec毎）に実行
される再生ルーチンを示す。まずステップ201においフ
ラグｆが１にセットされているか否か判別され、フラグ
ｆがセットされていなければこのルーチンはこのまま終
了するが、フラグｆがセットされていればステップ202
へ進み、カスンタＣの値が600以上か否か判別される。
カウンタＣは後述するステップ206を実行する毎に１ず
つ加算され、したがってステップ202ではカウンタの加
算が始まってから120秒経過したか否かが判別される。
カウンタＣはプログラムの起動時に初期設定において０
にセットされテロリ初めてステップ202が実行される時
０である。したがって、初めはステップ203へ進み、第
１および第２バルブ２１，２３が開放される。次いでス
テップ204ではカウンタＣが150以上か否か、すなわちカ
ウンタの加算が始まってから３０秒経過したか否か判別
される。初めてステップ204が実行される時、カウンタ
Ｃは０であり、したがって初めはステップ205へ進み、
電気ヒータ１７が通電される。次いでステップ206にお
いてカウンタＣの値が１だけ加算され、このルーチンは
終了する。

200msec後、再びこの再生ルーチンが実行されるが、フ
ラグｆがセットされている場合、ステップ201，202，20
3，204，205，206が順次実行され、カウンタＣは１ずつ
加算されていく。しかしてフィルタ１６の再生処理が開
始されて３０秒経過すると、カウンタＣが150になるの
でステップ204において肯定判断され、ステップ207へ進
んで電気ヒータ１７の通電が停止される。次いでステッ
プ206においてカウンタＣの加算が行なわれ、カウンタ
Ｃの値は150を越える。その後、この再生ルーチンが割
込み処理されると、ステップ201，202，203，204，20
7，206の順に実行される。しかしてフィルタ１６の再生
処理が開始されて120秒経過すると、カウンタＣが600に
なるのでステップ202において肯定判断され、ステップ2
08において第１および第２バルブ２１，２３が閉塞され
るとともに、ステップ209においてフラグｆおよびカウ
ンタＣがそれぞれ０にリセットされる。

なお、電気ヒータ１７を複数個設けて１個ずつ通電する
場合、各電気ヒータ毎にステップ204，205，207を実行
すればよい。またバルブ２１，２３の開放時間およびヒ
ータ１７の通電時間は上記実施例のものに限定されない
ことはもちろんである。

〔発明の効果〕

以上のように本発明によれば、フィルタ再生時、排気ガ
スはフィルタ基材側からパティキュレートへ向かって流
れるので、パティキュレートの燃焼熱のフィルタ基材へ
の伝導が少なく、またフィルタ基材は比較的低温の排気
ガスにより冷却されるのでパティキュレートの堆積量が
多くても熱により損傷することがない。また本発明は、
フィルタ再生のためにバーナ等の特別な機構を必要とし
ないので構成が簡単であり、しかも確実にフィルタを再
生することができる。さらに本発明は再生ガスを吸気系
へ循環させるものではないので、エンジンの耐久性の点
においても有利である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示し、パティキュレート捕
集時を示す断面図、 第２図は第１図の装置のフィルタ再生時を示す断面図、 第３図は再生開始時におけるフィルタの断面図、 第４図は再生の途中におけるフィルタの断面図、 第５図はメインルーチンを示すフローチャート、 第６図は再生ルーチンを示すフローチャートである。 １４…第１通路、 １５…第２通路、 １６…フィルタ、 16ａ…入口部、 16ｂ…出口部、 １７…ヒータ、 １９…孔、 ２１…第１バルブ、 ２３…第２バルブ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ディーゼル機関の排気通路に設けられ、微
   粒子の捕集時における排気ガス流動方向の上流側に入口
   部を向け、該排気ガス流動方向の下流側に出口部を向け
   たフィルタと、このフィルタの出口部に近接して設けら
   れたヒータと、上記フィルタの上流側と下流側とを連通
   させる通路を開閉する第１バルブと、上記フィルタの入
   口部の近傍を排気管に連通させる通路を開閉する第２バ
   ルブとを備え、上記第１および第２バルブは微粒子の捕
   集時、閉弁して排気ガスを上記フィルタの入口部から出
   口部へ流動させ、フィルタの再生時、開弁して上記フィ
   ルタ内の排気ガスを上記出口部から入口部へ流動させる
   ことを特徴とするディーゼル機関の排気微粒子除去装
   置。