JPH0431614A - 内燃機関の排気処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は主としてディーゼル機関の排気処理装置に関す
る。

（従来の技術） ディーゼル機関の排気中のパーティキュレイト（微粒子
）等の大気中への放出を防ぐため、排気通路にパーティ
キュレイトを捕捉するフィルタを設置することがある。

この場合、フィルタで捕集したパーティキュレイトの堆
積量にしたがって排圧が上昇するため、機関性能に及ぼ
す影響が出てくる前に、捕捉したパーティキュレイトを
定期的に燃焼させてフィルタの再生を行っている。

このため、例えば特開昭５９−１２２７２１号公報にも
あるように、機関回転数の積算値から求めた再生時期に
達するとフィルタの上流に炭化水素、−酸化炭素等の未
燃燃料を適量供給し、捕集パーティキュレイトを燃焼さ
せている。

排気中に導入された燃料はフィルタに捕捉されたカーボ
ンを主成分とするパーティキュレイトを燃焼させるため
の助燃剤として機能し、着火後の温度上昇によりパーテ
ィキュレイトは自動的に燃焼する。

（発明が解決しようとする課題） ところが、このようにフィルタ再生により、パーティキ
ュレイトを燃焼除去することはできても、フィルタに堆
積した不燃性のアッシュ（灰分）の除去はできない。

灰分は機関潤滑油に含まれる成分の燃焼によって発生す
るもので、微量ではあるが次第にフィルタに堆積してい
く。

この灰分はフィルタの目詰まりの原因ともなり、機関の
排圧を上昇させて燃費や出力性能を低下させる要因とな
っている。また、フィルタ表面に触媒を含浸させたタイ
プでは、触媒粒子への灰分の被覆により酸化性能が劣化
し、フィルタ再生効率を著しく低下させることもある。

本発明は、フィルタ再生後の急減速時などに高い過給圧
を利用してフィルタに空気を逆流させ、フィルタの清浄
を行い目詰まりを解消するようにした内燃機関の排気処
理装置を提供することを目的とする。

（課題を解決するための手段） 本発明は、第１図に示すように、機関の排気通路５０に
介装したパーティキュレイト捕集用のフィルタ５１と、
フィルタ再生時期を判定する手段５２と、フィルタ再生
時に排気温度を上昇させる手段５３とを備えた内燃機関
の排気処理装置において、機関の排気圧力によって駆動
され吸気を過給するターボチャージャ５４と、前記フィ
ルタ下流の排気通路５０から分岐してターボチャージャ
下流の吸気通路５５に接続する排気還流通路５６と、こ
の分岐点よりも下流の排気通路５０に介装した排気絞り
弁５７と、排気通路５０の前記フィルタ５１及び排気絞
り弁５７を迂回するバイパス通路５８と、このバイパス
通路５８に介装したバイパス弁５９と、機関の減速状態
を検出する手段６０と、フィルタ再生後の減速時に排気
絞り弁５７を閉じると共にバイパス弁５９を開いてフィ
ルタ５１に空気を逆流させる清浄手段６１とを備える。

（作用） フィルタを再生しても灰分が残るが、例えば再生後の所
定の期間内で、機関減速状態に移行したときに、排気絞
り弁を閉じると共にバイパス弁を開くと、ターボチャー
ジャの慣性回転により高圧の空気が、排気還流通路を逆
流して流れ、フィルタの下流から上流へと抜け、バイパ
ス通・路を経由して外部に排出される。

このときフィルタに目詰まりしていた灰分が逆流空気で
吹き飛ばされ、−緒にバイパス通路から排出される。

（実施例〉 以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第２図において、１はディーゼルエンジンの機関本体、
２は吸気通路、３は排気通路で、排気通路３には酸化触
媒を担持させたパーティキュレイト捕集用の排気フィル
タ４が介装される。

５はターボチャージャで、排気圧力で排気タービン５ｂ
が回転して吸気を過給するコンプレッサ５ａを駆動する
。

前記フィルタ４の下流には排気絞り弁７が設けられると
共に、フィルタ４と排気絞り弁７の間から分岐した排気
還流通路８が、吸気通路２の吸気絞り弁９の下流に接続
する。

なお、排気還流通路８の途中には通常運転時に排気還流
量を運転状態に応じて制御する排気還流（ＥＧＲ）弁１
０が介装される。

排気通路３のフィルタ４と排気絞り弁７を迂回するよう
にバイパス通路１１が設けられ、このバイパス通路１１
を開閉するバイパス弁１２が設けられる。

前記排気絞り弁７、吸気絞り弁９、バイパス弁１２、Ｅ
ＧＲ弁１０はそれぞれダイヤフラム装置７ａ、９ａ、１
２ａ、１０ａによって駆動され、これらダイヤフラム装
置７ａ、９ａ、１２ａ、１０ａに導入する作動圧力を制
御する三方電磁弁７ｂ、９ｂ、１２ｂ１０ｂが設けられ
る。

そして、フィルタ４の再生や清浄のために、これら各電
磁弁７ｂ、９ｂ、１２ｂ、１０ｂの作動を制御するコン
トロールユニット６が備えられる。

コントロールユニット６には機関の運転状態を検出する
ために、機関回転数センサ１５からの回転数信号Ｎｅ、
燃料噴射ポンプのレバー開度センサ１６からの燃料噴射
量信号Ｑ、機関冷却水温センサ１７からの水温信号Ｔ＠
、フィルタ４の近傍に配置した排気温度センサ１８から
の排気温度信号Ｔ３、フィルタ４の前後差圧センサ２０
からの差圧信号ΔＰ、ターボチャージャ５の下流に配置
した過給圧センサ１９からの過給圧信号Ｐがそれぞれ入
力する。

コントロールユニット６は差圧センサ２０からの信号に
基づいてフィルタ４の目詰まり具合から再生時期を判断
し、再生時期にあるときは、排気温度上昇手段を兼ねる
、排気絞り弁７と吸気絞り弁９を絞ると共に、バイパス
弁１２を閉じ、さらに同時にフィルタ４の直前に配置し
た電気ヒータ１３に通電してフィルタ直前の温度を上昇
させ、フィルタ４の再生を行う、吸気絞り弁９の絞り込
みにより余剰空気が減り、かつ排気絞り弁７の絞り込み
による排圧上昇で機関の燃料噴射量が増え、これらが相
まって排気温度が上昇し、ヒータ１３による加熱もあっ
てフィルタ４に捕集されていたパーティキュレイトを高
温雰囲気で着火、燃焼させる。

さらにまた、コントロールユニット６はフィルタ再生後
の所定の時間内に、フィルタ４に詰まった灰分を清浄化
するために、機関減速時にあって過給圧が所定値よりも
高いときに、排気絞り弁７を閉じると共にバイパス弁１
２を開き、さらに吸気絞り弁９を開いて、吸気通路２か
ら高圧の過給気を排気還流通路８を経由してフィルタ４
に逆流させ、フィルタ４に詰まっていた灰分を逆流空気
によって吹き飛ばし、バイパス弁１２を介して排気と共
に排出する。

機関急減速時などターボチャージャ５は慣性力でしばら
くは高回転を続け、−時的に高い過給圧を発生するので
、排気絞り弁７を閉じることにより、これが排気還流通
路８からフィルタ４に逆流し、フィルタ４の清浄作用を
行えるのである。

なお、この清浄作用はフィルタ４の再生直後で、しかも
パーティキュレイトの発生がない減速時に行なわれるの
で、バイパス弁１２を開いてもパーティキュレイトが排
出されることはない。

次に第３図、第４図にしたがって、コントロールユニッ
ト６で実行される上記した再生動作及び清浄動作の制御
ルーチンを説明する。

まず第３図の再生ルーチンにおいて、Ｓｌで各検出信号
Ｎｅ、Ｑ、Ｔｗ、Ｔ１、ΔＰを読込み、まず、フィルタ
４の前後差圧ΔＰが所定値に達したかどうかを診て、再
生時期を判断する。フィルタ４に捕集されるパーティキ
ュレイトの堆積量に応じて差圧が高まるので、これが所
定値に達したときをフィルタ４の再生時期とする。

なお、再生時期にないときは、Ｓｌｌに移行してバイパ
ス弁１２を閉じると共に、排気絞り弁７と吸気絞り弁９
とを開き、ヒータ１３をオフに保ち、排気の全量をフィ
ルタ４に流入させパーティキュレイトの１捕集を行う。

またこの場合、ＥＧＲ弁１０は運転状態に応じて適切に
開度が制御され、したがって、フィルタ４を通過した排
気の一部が、排気系と吸気系の差圧に対応しつつ排気還
流通路８から吸気通路２へと流入して、機関燃焼室での
燃焼時に発生するＮＯｘの低減に寄与する。

次いでＳ３で排気ガス温度Ｔ１が所定値以上であるかど
うかを判断し、以下のときはＳ４で機関冷却水温Ｔｗが
所定値よりも高いかどうかを判断する。

排気温度が低く、かつ冷却水温も低いときはフィルタ４
の再生が困難なため、Ｓ１２に移行してバイパス弁１２
を開くと共に、排気、吸気絞り弁７９も開き、ヒータ１
３もオフにして、とりあえずフィルタ４をバイパスして
排気を流し、それ以上の目詰まりによる機関性能の低下
を防ぐ。

冷却水温が設定値以上であれば、Ｓ５〜Ｓ７でヒータ１
３をオンにし、さらに回転数Ｎｅと燃料噴射量（負荷）
Ｑによって、予め設定されたマツプから運転状態に適し
た、吸気、排気絞りを行うように、各絞り弁７，９を作
動させ、またバイパス弁１２を閉じる。

吸気絞り弁９を絞ると機関燃焼に関与しない余剰空気が
減り、排気温度が相対的に上昇し、また、排気絞り弁７
を絞ることにより、排圧が増加して、これに応じて図示
しない燃料噴射ポンプが噴射量を増加させ、やはり排気
温度が上昇する。

したがって、そのときの運転状態に応じて最適な昇温作
用が得られるように、吸気絞り弁９と排気絞り弁７の作
動を制御し、この結果、排気温度が上昇してフィルタ４
に捕集されたパーティキュレイトが着火燃焼し、効率的
な再生を行なう。

なお、前記Ｓ３で排気ガス温度が設定値以上のときは、
とくに排気温度上昇のための操作を行わなくても、パー
ティキュレイトは自動的に燃焼させることができるので
、Ｓ１３でヒータ１３はオフ、また吸気、排気絞り弁９
，７を開いたままとしておく。

Ｓ８、Ｓ９で再生時間のカウントが行なわれ、再生時間
が所定時間に達するまで、以上の動作が継続される。し
たがって、フィルタ４に捕集されたパーティキュレイト
の堆積量が所定値に達すると、排気温度を上昇させなが
ら再生動作が行なわれ、パーティキュレイトを確実に燃
焼除去することができる。

このようにして所定の再生が終了すると、こんどはＳ１
４のフィルタ逆流清浄処理ルーチンに移行する。

これは第４図に示すようにして実行され、まず回転数Ｎ
ｅ、負荷Ｑ、過給圧Ｐの各信号を読込み、かつ再生動作
の終了時点から所定の時間内であるかどうかを判断する
（Ｓ１５．１６）。

フィルタ４の逆流清浄作用は再生直後の、まだフィルタ
４にパーティキュレイトがほとんど捕集されていないと
きに行なう必要があり、逆流清浄作用によりパーティキ
ュレイトが外部に排出されるの防ぐ。

次いでＳ１７と３１８で、過給圧が所定値よりも高く、
かつ機関減速時にあるがどうが判断する。

減速状態の判断は機関回転数と負荷から判断し、負荷（
燃料噴射量）が小さく、回転数が所定値以上のときは減
速であると判定される。

また、８１９で燃料噴射量が所定値以下ならば、８２０
〜８２２において、バイパス弁１２を開くと共に排気絞
り弁７を閉じ、さらに吸気絞り弁９を開き、かっＥＧＲ
弁１０を全開する。

機関の急減速時などターボチャージャ５は慣性回転によ
り高回転を維持し、しばらくの間は高い過給圧が保たれ
る。

したがって、この状態でＥＧＲ弁１ｏを全開して排気絞
り弁７を閉じると、高圧の空気が排気還流通路８を逆流
して流れ、フィルタ４の下流から上流へと抜け、さらに
バイパス弁１２が開いているバイパス通路１１を経て外
部へ排出される。

このような高圧空気の逆流により、フィルタ４に目詰ま
りしていた灰分は吹き飛ばされ、逆流空気に運び去られ
るのである。

そして、これらの動作は所定の時間（例えば数秒間）が
経過するまで継続され、所定時間の経過後に再生判定時
期データを消去し、総てを初期状態に戻し、次の再生動
作に備える（８２３〜５２５）。

逆流清浄作用はパーティキュレイトの発生がない（少な
い）機関の減速時に、ターボチャージャ５の高過給圧を
利用して行なわれるのであり、したがってパーティキュ
レイトの外部への排出を生じることなく、フィルタ４に
詰まっていた不燃性の灰分を確実にかつ効率的に除去す
ることができる。

このようにして、本発明では、フィルタ４に堆積したパ
ーティキュレイトの再生燃焼と、その直後における目詰
まり灰分の清浄作用とを効率よく行えるのである。

なお、この吸気通路２の排気還流通路８の接続点よりも
下流に吸気絞り弁を設け、逆流清浄時にこの吸気絞り弁
を絞るようにすると、高圧空気の逆流量が大幅に増加し
て清浄効果を高めることができる。ただしこの場合には
、通常運転時の排気還流のために、排気絞り弁７を絞っ
て排圧を高める必要がある。

また、この実施例では再生時に排気温度を上昇させるた
めに、排気絞り弁７と吸気絞り弁９並びにヒータ］３を
用いたが、必ずしもこれらに限定されるわけではなく、
例えば排気中に再生燃焼用の燃料を供給するようにして
もよい。

（発明の効果） 以上のように本発明によれば、フィルタの再生直後など
の、過給圧が高くしかもパーティキュレイトの発生がな
い減速時に、ターボチャージャからの高圧空気をフィル
タに逆流させることにより、パーティキュレイトの排出
を防止しつつ、フィルタに目詰まりしていた灰分を吹き
飛ばして清浄化させることができ、フィルタの目詰まり
による機関性能の低下を防ぐと共に、フィルタの寿命を
大幅に延長できるという効果を生じる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の構成図、第２図は同じくその実施例を
示す概略構成図、第３図はコントロールユニットで実行
されるフィルタ再生動作のフローチャート、第４図は同
じく清浄動作のフローチャートである。 １・・・機関本体、２・・・吸気通路、３・・・排気通
路、４・・・フィルタ、５・・・ターボチャージャ、６
・・・コントロールユニット、７・・・排気絞り弁、８
・・・排気還流通路、９・・・吸気絞り弁、１０・・・
排気還流弁、１１・・・バイパス通路、１２・・・バイ
パス弁、１５・・・回転数センサ、１６・・・燃料噴射
レバー開度センサ、１８・・・排気温度センサ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １．機関の排気通路に介装したパーティキュレイト捕集
   用のフィルタと、フィルタ再生時期を判定する手段と、
   フィルタ再生時に排気温度を上昇させる手段とを備えた
   内燃機関の排気処理装置において、機関の排気圧力によ
   って駆動され吸気を過給するターボチャージャと、前記
   フィルタ下流の排気通路から分岐してターボチャージャ
   下流の吸気通路に接続する排気還流通路と、この分岐点
   よりも下流の排気通路に介装した排気絞り弁と、排気通
   路の前記フィルタ及び排気絞り弁を迂回するバイパス通
   路と、このバイパス通路に介装したバイパス弁と、機関
   の減速状態を検出する手段と、フィルタ再生後の減速時
   に排気絞り弁を閉じると共にバイパス弁を開いてフィル
   タに空気を逆流させる清浄手段とを備えたことを特徴と
   する内燃機関の排気処理装置。