JPH0833103B2 - ディーゼルパティキュレートフィルタの再生方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、ディーゼルエンジンの排気中に含まれる粒
子状物質を捕捉するために使用されるディーゼルパティ
キュレートフィルタの再生方法に関するものである。

（従来の技術） ディーゼルエンジンは、通常、空気過剰状態で燃焼が
行われるので、その排気中のHCやCOの濃度は低い。しか
し、ディーゼルエンジンでは空気が不足する場合はもち
ろん、たとえば十分な場合でもその排気中に炭素粒子を
含有し、これがディーゼルエンジンに特有な黒色の排気
の主な原因になる。

近年、この炭素粒子をも含めて、ディーゼルエンジン
から排出される粒子状物質、いわゆるパティキュレート
と、大気汚染、視界の悪化、呼吸器障害等との関係が注
目され、特に車両搭載用ディーゼルエンジンにはパティ
キュレート低減のための後処理装置の装着が検討されて
いる。後処理装置としては、排気通路の途中に耐熱性の
粒子捕集用フィルタを備えた、一般にパティキュレート
トラッパと称される粒子捕集器がある。

粒子捕集用のパティキュレートフィルタには、多孔性
のセラミックウォールで囲まれた細かいセルを多数備え
たセラミックウォール型、アルミコーティングされたワ
イヤメッシュを有するワイヤメッシュ型、フォーム状の
セラミックを備えたセラミックフォーム型等がある。し
かし、いずれのパティキュレートフィルタの場合も、捕
捉された粒子量が増大すると通気率が低下し、排気の流
れを阻害するようになるから、捕捉された粒子をフィル
タから定期的に除去して、フィルタを再生する必要があ
る。

ディーゼルパティキュレートフィルタを再生するには
ディーゼルエンジンの排気通路からフィルタを取り外し
て洗浄する方法もあるが、作業が繁雑であるため、実開
昭61-1909号公報、実開昭60-3222号公報、特開昭61-259
07号公報等に開示されているように、フィルタに捕捉さ
れたパティキュレートをフィルタ内で燃焼させて除去す
る方法が多く使用されている。

（発明が解決しようとする課題） フィルタに捕捉されたパティキュレートをフィルタ内
で燃焼させて除去するフィルタ再生方法には、エンジン
背圧の上昇によってフィルタの目詰まり度を検知し、こ
の背圧が一定値以上になったときフィルタの再生を行う
方法や、フィルタ内の実際のパティキュレート量とは無
関係に、エンジンが所定の運転期間を終了するごとに自
動的にフィルタの再生を繰り返す方法等がある。

しかし、後者の方法では、前回のフィルタ再生時のパ
ティキュレートの燃焼が不十分なときには、次のフィル
タ再生時に前回の未燃パティキュレートに加えて新たに
捕捉されたパティキュレートが燃焼するから、フィルタ
に対する熱負荷が所期の値よりも増大することになり、
フィルタの熔融や損傷を生じるおそれが大きい。

そこで、本発明の目的は、ディーゼルパティキュレー
トフィルタ内の実際のパティキュレート量とは無関係
に、エンジンが所定の運転を終了するごとにディーゼル
パティキュレートフィルタの内部でパティキュレートを
燃焼させる、ディーゼルパティキュレートフィルタの再
生方法であって、ディーゼルパティキュレートフィルタ
の損傷を防止することのできる、ディーゼルパティキュ
レートフィルタの再生方法を提供することにある。

（課題を解決するための手段） 上述の目的を達成するため、本発明のディーゼルパテ
ィキュレートフィルタの再生方法は次のような構成を採
る。すなわち、ディーゼルエンジンが所定運転を終了す
るごとに、ディーゼルパティキュレートフィルタに捕捉
されたディーゼルパティキュレートを前記ディーゼルパ
ティキュレートフィルタの内部で燃焼させる、ディーゼ
ルパティキュレートフィルタの再生方法において、前記
パティキュレート燃焼時の前記フィルタ内部の温度分布
を検出し、検出された前記温度分布が正規の温度分布で
ある場合には、前記パティキュレートの次の燃焼工程
を、前記エンジンの次の所定運転が終了した後に行い、
検出された前記温度分布が正規の温度分布でない場合に
は、前記パティキュレートの次の燃焼工程を、前記エン
ジンが次の所定運転を終了する前に行うことを特徴とす
る、ディーゼルパティキュレートフィルタの再生方法で
ある。

（作用） このような構成のディーゼルパティキュレートフィル
タの再生方法では、パティキュレート燃焼時のフィルタ
内部の温度分布が正規の温度分布でない場合、すなわち
パティキュレートがフィルタ内部で正常に燃焼していな
い場合には、燃焼工程が終了してもフィルタ内部に未燃
パティキュレートが残存することになるから、このよう
な場合には、パティキュレートの次の燃焼工程を予定よ
りも早めに行うことによってフィルタ内部のパティキュ
レート量を増加させないようにしてある。

これに対し、パティキュレート燃焼時のフィルタ内部
の温度分布が正規の温度分布である場合には、パティキ
ュレートがフィルタ内部で正常に燃焼していることにな
るから、パティキュレートの次の燃焼工程は、予定通
り、エンジンが所定運転を終了した後に行う。

ここで、エンジンが所定運転を終了した後とは、エン
ジン回転数やエンジン負荷を積算し、その総量が所定値
になった後でもよいし、また単にエンジンの運転時間を
積算し、その総量が所定値になった後でもよい。要する
に、フィルタに捕捉されるパティキュレートの量をあら
わすパラメータを適当に選定し、このパラメータが所定
値になった時、フィルタの再生を行うようにすればよ
い。

（実施例） 以下、本発明の一実施例を図面を参照しながら説明す
る。

第１図は、本発明のフィルタ再生方法を実施するため
のディーゼルパティキュレートフィルタ再生システムの
概略構成図である。ディーゼルパティキュレートフィル
タ１はディーゼルエンジン２の排気通路３の主通路3a内
に配置され、排気中のディーゼルパティキュレートを捕
捉して排気を浄化する機能を果たす。フィルタ１の下流
側には電気ヒータ４が配置され、電気ヒータ４は電気ヒ
ータ用電源５とオン・オフスイッチ６とに接続されてい
る。そして、電気ヒータ４の更に下流側には、エアポン
プ7aを有するエア供給装置７が配設され、このエア供給
装置７はフィルタ再生時に外部からパティキュレート燃
焼用エアを主通路3a内に導入する。

排気通路３はフィルタ１を内装した主通路3aと、フィ
ルタ１の上流側で主通路3aから分岐した副通路3bとで構
成され、副通路3bはフィルタ１の下流側で主通路3aに合
流している。主通路3aと副通路3bには、それぞれ、シャ
ッター弁8a、8bが配設され、シャッター弁8a、8bはアク
チュエータ9a、9bに連結されていうる。アクチュエータ
9a、9bは制御弁10a、10bを介して圧力タンク11に連結さ
れ、アクチュエータ9a、9bは圧力タンク11から供給され
る圧縮空気によって動作する。

第１図中、12はディーゼルエンジン２の吸気通路であ
り、また13はエンジン制御用コンピュータである。コン
ピュータ13はエンジン２の運転状態を制御する外、電気
ヒータ４のオン・オフスイッチ６の作動、エアポンプ7a
の作動、及び制御弁10a、10bの作動を制御する。同図
中、14はエンジン２の回転数をコンピュータ13に入力す
るための入力系統、15はエンジン２の負荷をコンピュー
タ13に入力するための入力系統、そして、16はフィルタ
１の温度分布をコンピュータ13に入力するための入力系
統を示す。また、同図中、17は電気ヒータ４のオン・オ
フスイッチ６に制御信号を伝達する出力系統、18はエア
ポンプ7aに制御信号を伝達する出力系統、そして19、20
はそれぞれ、制御弁10a、10bに制御信号を伝達する出力
系統である。

排気通路３の主通路3a内に配置されたディーゼルパテ
ィキュレートフィルタ１の内部には、その軸線1aの周囲
に４つの温度検知素子Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄが配置されてい
る。これらの温度検知素子Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄは、第３図に
示すように、フィルタ１の軸線1aからそれぞれ等距離に
あり、かつ軸線1aに沿ってフィルタ１の長手方向に位置
をずらせて配置されている。したがって、フィルタ１内
のパティキュレートが完全燃焼した場合は、第４図に示
すように、各温度検知素子Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄはほぼ同様の
昇温・降温特性を示す。これに対し、フィルタ１内のパ
ティキュレートが不完全燃焼した場合には、第５図に示
すように、各温度検出素子Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄは異なる昇温
・降温特性を示す。

以下、作用を説明する。

エンジン２の運転中は、シャッター弁8aが開放し、シ
ャッター弁8bが閉鎖している。したがって、ディーゼル
エンジン２の排気は主通路3a内に流入し、フィルタ１に
よってパティキュレートが除去された後、大気中に排出
される。

エンジン２の運転を続行するに伴い、排気中のパティ
キュレートはフィルタ１によって捕捉され、フィルタ１
にはパティキュレートが次第に蓄積されてゆく。一方、
エンジン２の運転状態を表すエンジン回転数とエンジン
負荷は、入力系統14、15を介してコンピュータ13に逐
次、入力されて積算されている。フィルタ１に捕捉され
るパティキュレートの総量はエンジン回転数及びエンジ
ン負荷の積算値の増加につれて増大すると考えられるの
で、これらの積算値が所定の値になるとコンピュータ13
はフィルタ１の再生時期になったものと判断する。

コンピュータ13がフィルタ１を再生すべきであると判
断すると、コンピュータ13は制御弁10a、10bに制御信号
を送り、シャッター弁8aを閉じると共にシャッター弁8b
を開放する。次いで、コンピュータ13は電気ヒータ４の
オン・オフスイッチ６をオン状態にし、電気ヒータ４に
通電してフィルタ１を加熱し、更にエアポンプ7aを作動
させて排気通路３の主通路3a内にパティキュレート燃焼
用の空気を導入する。これによって、フィルタ１に捕捉
されたパティキュレートが燃焼し、パティキュレートの
燃焼に伴ってフィルタ１の各部の温度が昇降する。

パティキュレートの燃焼に伴うフィルタ１の各部の温
度の昇降は、温度検知素子Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄによって検出
され、入力系統16によって逐次コンピュータ13に入力さ
れている。コンピュータ13は、入力された信号に基づい
て、パティキュレートの燃焼が正常に行われたか、否か
を判断し、パティキュレートの燃焼が第４図に示すよう
な正常な燃焼であった場合にはフィルタ１の再生は完全
に行われたと判断する。これにより、コンピュータ13は
エンジン回転数とエンジン負荷の積算値をリセットし、
これらのパラメータの積算を新たに開始する。そして、
これらのパラメータの積算値が所定の値になると、コン
ピュータ13はフィルタ１の再生時期と判断し、上述した
のと同様の動作を行う。

これに対し、パティキュレートの燃焼が、例えば第５
図に示すように、正常に行われなかった場合には、コン
ピュータ13はパティキュレートの燃焼が不完全であった
と判断し、今まで積算してきたパラメータの積算値を完
全にはリセットしない。すなわち、例えばパラメータの
積算値の半分のみをリセットし、その余の半分をそのま
まメモリーしておく。そして、ディーゼルエンジン２が
運転を再開し、エンジン回転数等のパラメータの積算が
開始されると、コンピュータ13には前の積算値の半分が
そのまま残っているから、コンピュータ13は早期にフィ
ルタ１の再生の指示を発すことになる。すなわち、フィ
ルタ１に多量のパティキュレートが溜まる前にフィルタ
１の再生が行われるから、フィルタ１内で多量のパティ
キュレートが燃焼してフィルタ１を熔損することはな
い。そして、パティキュレートの燃焼が正常に行われた
場合には、コンピュータ13は上述したパラメータのリセ
ットを完全に行い、エンジン２の運転が再開されると、
新たにパラメータの積算を開始する。

なお、上述の実施例ではフィルタ１中のパティキュレ
ートの総量を表すパラメータとしてエンジン回転数とエ
ンジン負荷を採ったが、エンジンの運転時間等、他のパ
ラメータを使用することができることは勿論である。ま
た、温度検知素子の数及び配置も上述の実施例に限定さ
れない。

（発明の効果） 以上説明したように、本発明のディーゼルパティキュ
レートフィルタの再生方法では、パティキュレートがフ
ィルタ内部で正常に燃焼しなかった場合には、パティキ
ュレートの次の燃焼工程を早期に開始するから、フィル
タ再生時にフィルタ内部で多量のパティキュレートが燃
焼することが防止され、フィルタの熔融や破損を防止す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明のフィルタの再生方法を実施するため
のフィルタ再生システムの一実施例の概略構成図、 第２図は、第１図のディーゼルパティキュレートフィル
タ部分の拡大断面図、 第３図は、第２図のIII-III線に沿う断面図、 第４図は、フィルタ内でパティキュレートが正常に燃焼
した場合の温度分布を表す図、 第５図は、フィルタ内でパティキュレートが正常に燃焼
しなかった場合の温度分布の一例を表す図である。 １……ディーゼルパティキュレートフィルタ ２……ディーゼルエンジン ３……排気通路 ４……電気ヒータ ７……エア供給装置 8a、8b……シャッター弁 13……コンピュータ Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ……温度検知素子

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ディーゼルエンジンが所定運転期間を終了
   するごとに、ディーゼルパティキュレートフィルタに捕
   捉されたディーゼルパティキュレートを前記ディーゼル
   パティキュレートフィルタの内部で燃焼させる、ディー
   ゼルパティキュレートフィルタの再生方法において、 前記ディーゼルパティキュレート燃焼時の前記ディーゼ
   ルパティキュレートフィルタ内部の温度分布を検出し、
   検出された前記温度分布が正規の温度分布である場合に
   は、前記ディーゼルパティキュレートの次の燃焼工程
   を、前記ディーゼルエンジンの次の所定運転期間が終了
   した後に行い、検出された前記温度分布が正規の温度分
   布でない場合には、前記ディーゼルパティキュレートの
   次の燃焼工程を、前記ディーゼルエンジンが次の所定運
   転期間を終了する前に行うことを特徴とする、ディーゼ
   ルパティキュレートフィルタの再生方法。