JPH0710026Y2 - 排ガス後処理装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本考案は内燃機関の排気微粒子をフィルタにより捕獲
し、適時にフィルタ上の排気微粒子を焼却してフィルタ
の再生を図ることの出来る排ガス後処理装置、特に、排
気温度を利用した焼却処理を行う排ガス後処理装置に関
する。

（従来の技術） 内燃機関は駆動と共に排ガスを排出する。特に、ディー
ゼルエンジンは排気微粒子、即ち、カーボンを核とした
所謂ディーゼルパティキュレートを排出するので、これ
を除去するためにパティキュレートフィルタを利用して
いる。

このパティキュレートフィルタはこれを配備した排気路
の排気圧損を低減させるため、付設される焼却手段を適
時に作動させ、パティキュレートを焼却し、再生処理を
行っている。

この再生処理では、まず再生開始時期を判断するが、こ
れにはパティキュレートの堆積量に代えてフィルタの前
後の圧力差に応じ堆積量を推定し、この値が設定値を上
回った時点で焼却手段を作動させる。これにより、フィ
ルタの前端部と対接されている焼却手段が発熱作動し、
その熱を受けてフィルタ上のパティキュレートが加熱さ
れ、パティキュレートの焼却が行われている。

（考案が解決しようとする課題） ところで、排気路のフィルタは排気流を受けるため、経
時的に加熱あるいは冷却され、自身の温度を上下変化さ
せる。

即ち、機関が低温始動時にあったり、エンジンブレーキ
時には、排気温が比較的低下し、フィルタの温度も低下
する。他方、機関が高出力時には排気温が上昇し、フィ
ルタの流入側に高温の排気流が入り、これがフィルタを
高温に保持することとなる。

このため、フィルタの再生処理開始の際に、フィルタの
温度が低い場合は、高い場合に比べ、これを焼却可能温
度に、加熱するのに時間を要し、エネルギーロスが多く
なるという問題がある。

本考案の目的は、焼却処理時間の長引くのを防止出来る
排ガス後処理装置を提供することを目的としている。

（課題を解決するための手段） 上述の目的を達成するために本考案は、内燃機関の排気
路上に取付られると共に排気微粒子を捕獲するフィルタ
と、このフィルタの捕獲した排気微粒子を焼却する焼却
手段と、上記排気微粒子の堆積量情報を出力する堆積量
情報発生手段と、上記排気路の排気温度情報を出力する
排気温度情報発生手段と、上記焼却手段が始動される際
の排気微粒子の堆積量を設定する堆積量設定手段と、上
記焼却手段が始動される際の排気温度を設定する排気温
度設定手段と、現在の排気微粒子の堆積量が上記設定堆
積量を上回り、かつ、現在の排気温度が上記設定排気温
度を上回った際に、上記焼却手段に焼却指令を発する焼
却指令発生手段と、現在の排気微粒子の堆積量が上記設
定堆積量を上回り、かつ、現在の排気温度が設定排気温
度より低い場合に上記設定堆積量の増加補正をし又は経
過時間を検出して上記設定排気温度を下げる補正を行う
補正手段とを備えたことを特徴としている。

（作用） 堆積量情報発生手段により、上記排気微粒子の堆積量情
報を出力し、排気温度情報発生手段により、上記排気路
の排気温度情報を出力し、堆積量設定手段により、上記
焼却手段が始動される際の排気微粒子の堆積量を設定
し、排気温度設定手段により、上記焼却手段が始動され
る際の排気温度を設定し、現在の排気微粒子の堆積量が
上記設定堆積量を上回り、かつ、現在の排気温度が上記
設定排気温度を上回った際に、焼却指令発生手段が上記
焼却手段に焼却指令を発し、フィルタの排気微粒子の焼
却を行い、しかも、現在の排気温度が設定排気温度より
低い場合には補正手段が設定堆積量の増加をし又は経過
時間を検出して設定排気温度を下げる補正を行うように
作動する。

（実施例） 第１図には排ガス後処理装置の全体構成図が示されてお
り、第２図にはその要部を成す制御系の構成がブロック
図として示されている。

この排ガス後処理装置は図示しないディーゼルエンジン
の排気路１の途中に装着される。この排気路１はパイプ
状の排気管２と、図示しないマフラーと、フィルタアッ
センブリー３と、このフィルタアッセンブリー３内に装
着される焼却手段としてのヒーター７と、ヒーター７を
制御するコントローラ13と、フィルタアッセンブリー３
の手前で排気をバイパス弁８を介しバイパスさせるバイ
パス路９とにより構成されている。

フィルタアッセンブリー３はパティキュレートフィルタ
（以後単にフィルタと記す）４と、このフィルタを収容
する筒状のケーシング５とで形成されている。フィルタ
４は第３図に示すように、セラミックからなる濾過壁40
1を分岐路402を介して順次積層して形成したハニカム構
造体である。このフィルタ４の外周壁はケーシング５の
内壁面に対して、金属細線をスクランブル化して嵩高性
を持たせた干渉材６を介して圧接され、ずれを防止され
ている。

上記フィルタ４の流入端4aには焼却手段としてのヒータ
ー７が対設される。このヒーター７はヒーター駆動回路
16に接続され、同回路はコントローラ13により制御され
ている。しかも、フィルタアッセンブリー３の流入端に
直結される排気管２には排気路後方に向けて空気を噴出
するエア管17が取付られ、同管にはコントローラ13にポ
ンプ駆動回路15を介して制御されるエアポンプ18が接続
されている。

ヒーター駆動回路16は、電源21に並接続されたオルタネ
ータ22を備え、コントローラ13に接続されているリレー
23のオン時にのみオルタネータ22側より電力供給を受け
るように構成されている。

なお、第１図中の符号25は逆止弁を示し、これにより、
排気のエアポンプ18側への逆流を防止している。更に、
符号24は遮熱板を示しており、これにより、ヒーター７
の排気路１の前方に向かう輻射熱を受け、これを排気中
に戻し、フィルタ上のパティキュレートの加熱に利用し
ている。

バイパス路９はその先端口をフィルタアッセンブリー３
の手前側の排気路２に適時に連通されるよう形成され、
後端口を図示しない第２マフラーを介して大気開放させ
ている。バイパス路９の先端口を開閉するバイパス弁８
にはアクチュエータ26がリンク系を介して接続されてい
る。このアクチュエータ26はエア室を有するシリンダで
あり、これには三方電磁弁27を介してエアタンク28が連
結されている。この三方電磁弁27は弁駆動回路29を介し
てコントローラ13に接続され、オフ時にエア室を大気開
放してバイパス弁８を閉位置PCに、オン時にエア室をエ
アタンク28に連通してバイパス弁８を開位置POに保持す
るよう切り替え作動する。

フィルタ４の流入端4aの前方には排気の圧力情報を出力
する第１圧力センサ30と、排気温情報を出力する第１温
度センサ31とが受付けられている。同じくフィルタの流
出端の後方には第２圧力センサ32と第２温度センサ33と
が取付けられている。これら４つのセンサはコントロー
ラ13に接続されている。

コントローラ13はマイクロコンピュータにより主要部が
構成され、これは第１図に示した第１第２の圧力センサ
30,32からの各出力信号に基づきフィルタ前後の排気圧
力の差を算出し、パティキュレートの堆積量を算出して
出力する堆積量情報発生手段131と、第１温度センサ31
からの出力信号に基づき排気温を算出して出力する排気
温度情報発生手段132と、焼却手段としてのヒーター７
が始動される際の排気微粒子の堆積量を設定（圧力差Pi
−Poに関する設定値Ｐα）する堆積量設定手段133と、
ヒーター７が始動される際の排気温度を設定（設定値Ｔ
α）する排気温度設定手段134と、現在の排気微粒子の
堆積量が上記設定堆積量を上回り、かつ、現在の排気温
度が上記設定排気温度を上回った際に、上記ヒーター７
に焼却指令を発する焼却指令発生手段135と、現在の排
気微粒子の堆積量が設定堆積量Ｐαを上回り、かつ、現
在の排気温度が設定排気温度Ｔαより低い場合には設定
堆積量Ｐαの増加補正をし又は経過時間を検出して設定
排気温度Ｔαを下げる補正を行う補正手段136との各機
能を備えるように構成されている。

コントローラ13の堆積量設定手段133は、圧力差Ｐαに
変換されている堆積量設定値WO〜W3（Pi−Po）の算出
（選択）を行う。この場合の算出マップを第４図（ａ）
に、その場合の差圧（Pi−Po）及び堆積量設定値WO〜W3
のデータを第４図（ｂ）に示した。他方、排気温度設定
手段134は設定排気温度T1〜T3を算出（選択）し出力す
る。これらはフィルタ前端部前方の排気温度Tiに対比さ
れるもので、各機関の特性により実験的に選択決定され
る。ここで採用した設定排気温度T1〜T3のデータを第５
図に示した。

ここで、第６図（ａ），（ｂ）に示した排ガス後処理の
制御プログラムに沿って排ガス後処理装着の作動を説明
する。

コントローラ13は前処理において、各部を初期状態に戻
し、各部の異常チェックを行う。ステップa2に進み、パ
ティキュレート堆積利用検出ルーチンを実行する。ここ
では、流入側圧力Piと流出側圧力Poを取り込み、両値の
圧力差|Pi−Po|に応じた堆積量Ｗを算出する。

この後、圧力差|Pi−Po|に応じた堆積量Ｗが基準堆積量
WOを上回るのを待ち、上回るとステップa4に進む。

ステップa4では、まずタイマーに待ち時間t1（約10分）
をセットし、第１設定堆積量W1を堆積量設定手段133よ
り呼び出し、これを所定エリアにセットし、第１設定排
気温度T1を排気温度設定手段134より呼び出し、これを
所定エリアにセットし、ステップa5に進む。ここでは、
現在の排気温Tiと第１設定排気温T1との比較が成され、
Ti≧T1で、ステップa6に進み、Ti＜T1でステップa7に進
む。ステップa6ではフィルタ自体の温度が十分に高温化
しているものとし、ヒーター７及びエアポンプ18の各駆
動回路16,15に焼却指令信号を発し、三方電磁弁27に駆
動回路29を介しオン信号を出力し、再生処理に入り、パ
ティキュレートの焼却を設定されている時間行う。な
お、この処理ルーチンでは所定の再生処理の完了によ
り、各駆動回路15,16,29への出力を停止させリターンす
る。

他方、フィルタの温度が低いことよりステップa7に達す
ると、ここでは、現堆積量Ｗが第１設定堆積量W1に達し
ない間で、第１設定時間t1の経過前において、ステップ
a8,a5,a7のループに入る。そして、ステップa7で第１設
定堆積量W1を超えるか、あるいはステップa8で第１設定
時間t1を超えると、ステップa9に進む。

ここでは、補正手段136として機能し、フィルタの温度
が上がらないことより、多少低めの第２設定温度T2を新
たにリセットし、同時に第２設定時間t2（約10分）と、
第２設定堆積量W2をリセットする。この後、現在の排気
温Tiと第２設定排気温T2との比較が成され、Ti≧T2で、
上述のステップa6に進み、Ti＜T2でステップa11に進
む。ステップa11でパティキュレートの堆積量ＷがW2に
達すること無く、ステップa12で第２経過時間t2を超え
ない間はステップa10,a11,a12のループに留まる。そし
て、第２設定堆積量W2を上回り、あるいは第２経過時間
t2を経過するとステップa13に進む。

ここでは、補正手段136として機能し、更に低めの第３
設定温度T3新たにリセットし、同時に第３設定時間t3
（約10分）と、第３設定堆積量W3をリセットする。この
後、第３設定堆積量W3に達すること無く、第３経過時間
t3に達すること無く、第３設定温度T3に達しない間は、
ステップa14,a15,a16のループ内に留まる。そして、第
３設定温度T3を上回った時点で、あるいは上回らなくて
も、第３設定堆積量W3を超え、あるいは、第３経過時間
t3を経過した時点でステップa6に進む。

このような排ガス後処理装置によれば、機関の始動時、
あるいはエンジンブレーキの連続使用時のように排気音
が低く、フィルタ４が低温状態である時には、フィルタ
に堆積しているパティキュレートの焼却処理を取り止
め、フィルタの高温化を待ち、これにより、再生のため
の加熱処理時間の長引くのを防止し、加熱に要するエネ
ルギーの低減を図ることが出来る。

更に、ここでは、排気温度が第１設定値T1に達しなくて
も、この値を順次低下させてT2,T3とし、しかも、これ
を可能とすべく設定経過時間t2,t3の延長を行い、か
つ、堆積量の設定値W2,W3を経過時間に応じて増加させ
た。これらの処理により、車両の走行地域が大きく異な
ったとしても、各外気温度の変動に対応した設定排気温
度を選択し、フィルタの再生処理を達成出来る。

上述のところにおいて、コントローラは設定排気温度と
して第１、２、３の３段にわたって順次値を低下させる
ものとしたが、これに代え設定排気温を1,2,4段等とし
てそれぞれ設定しても良い。更に、経過時間t1,t2,t3は
全て約10分としたが、これらを互いに異なる値としても
よく、その他の値に代えても良い。更に、第１図の排ガ
ス後処理装置では焼却手段としてヒーターを利用してい
たが、これに代え、バーナー等を用いてもよい。

（考案の効果） 本考案によれば、パティキュレートの堆積量が設定堆積
量を上回り、排気温度が設定排気温度を上回った際にの
み、焼却手段に焼却指令を発するので、再生開始時には
フィルタがあらかじめ高温化されており、パティキュレ
ートの焼却処理に長時間を要することが無く、フィルタ
再生時間が比較的短縮される。特に、排気温度が設定排
気温度に達しない場合には、排気微粒子の設定堆積量の
増加補正をし、又は経過時間を検出した上で、設定排気
温度を低く設定することが出来る。このように、排気微
粒子の堆積量の増加によって再生開始条件である設定排
気温度を下げていくため、排気微粒子の堆積量が多くな
ると排気温度が低くても再生が開始されることとなる。
即ち、外気温度の変動時にも的確な再生を行うことがで
き、特に、外気温度の低下時には再生開始条件に達しな
いために堆積量が過度に増加し、再生時の過度な焼却温
度の上昇によりフィルタが溶損を生じるというような不
具合を防止できる。しかも、加熱のための消費エネルギ
ーを低減でき、フィルタを通らず、バイパス路より大気
放出される排ガス量を低減させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の一実施例としての排ガス後処理装置の
全体構成図、第２図は同上装置の要部を成す制御係のブ
ロック図、第３図は第１図中のフィルタの部分拡大断面
図、第４図（ａ），（ｂ）は同上装置で用いる設定堆積
量の算出マップ及び設定堆積量のデータを説明する図、
第５図は設定排気温のデータを説明する図、第６図
（ａ），（ｂ）は同上装置で用いる排ガス後処理の制御
プログラムを示している。 １……排気路、３……フィルタアッセンブリー、４……
フィルタ、７……ヒーター、13……コントローラ、131
……堆積量情報発生手段、132……温度情報発生手段、1
33……堆積量設定手段、134……排気温度設定手段、135
……焼却指令発生手段、136……補正手段、16……ヒー
ター駆動回路、30,32……圧力センサ、31,33……温度セ
ンサ。

フロントページの続き (72)考案者 熊谷 保昭 東京都港区芝５丁目33番８号 三菱自動車 工業株式会社内 (56)参考文献 特開 昭60−111012（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】内燃機関の排気通路上に取付けられると共
   に排気微粒子を捕獲するフィルタと、このフィルタの捕
   獲した排気微粒子を焼却する焼却手段と、上記排気微粒
   子の堆積量情報を出力する堆積情報発生手段と、上記排
   気路の排気温度情報を出力する排気温度情報発生手段
   と、上記焼却手段が始動される際の排気微粒子の堆積量
   を設定する堆積量設定手段と、上記焼却手段が始動され
   る際の排気温度を設定する排気温度設定手段と、現在の
   排気微粒子の堆積量が上記設定堆積量を上回り、かつ、
   現在の排気温度が上記設定排気温度を上回った際に、上
   記焼却手段に焼却指令を発する焼却指令発生手段と、現
   在の排気微粒子の堆積量が上記設定堆積量を上回り、か
   つ、現在の排気温度が設定排気温度より低い場合に上記
   設定堆積量の増加補正をし又は経過時間を検出して上記
   設定排気温度を下げる補正を行う補正手段と、を備えた
   ことを特徴とする排ガス後処理装置。