(57)【要約】【課題】  ＰＭを燃焼させてＤＰＦを再生させる場合において、所定の温度以上の排気ガスは分割フィルタを迂回させることにより、ＤＰＦの溶損を防止することができる排気ガス浄化装置及び排気ガス浄化方法を提供する。【解決手段】  ＤＰＦのフィルタを複数に分割し、これらの分割フィルタ１２，１３，１４を連結する通路部分１５，１６のそれぞれに、排気ガス温度センサ１７，１８を設けると共に開閉バルブ１９ａ，２０ａ付きのバイパス流路１９，２０を接続し、排気ガス温度センサ１７，１８が排気ガス温度Ｔｇ１，Ｔｇ２が所定の温度Ｔｃ以上になったことを検出した時に、該排気ガス温度センサ１７，１８が配置された通路部分１５，１６に接続した前記バイパス通路１９，２０の前記開閉バルブ１９ａ，２０ａを操作して排気ガスをバイパスさせる制御を行う。【選択図】  図１
2006226121.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ディーゼルエンジンから排出される粒子状物質を捕集するディーゼルパティキュレートフィルタと該ディーゼルパティキュレートフィルタの再生を制御する再生制御装置を備えた排気ガス浄化装置において、フィルタを複数に分割し、これらの分割フィルタを連結する通路部分のそれぞれに、排気ガス温度センサを設けると共に開閉バルブ付きのバイパス流路を接続し、前記再生制御装置が、前記排気ガス温度センサが排気ガス温度が所定の温度以上になったことを検出した時に、該排気ガス温度センサが配置された通路部分に接続した前記バイパス通路の前記開閉バルブを操作して排気ガスをバイパスさせる制御を行うことを特徴とする排気ガス浄化装置。
【請求項２】
ディーゼルエンジンから排出される粒子状物質を捕集するディーゼルパティキュレートフィルタと該ディーゼルパティキュレートフィルタの再生を制御する再生制御装置を備え、フィルタを複数に分割し、これらの分割フィルタを連結する通路部分のそれぞれに、排気ガス温度センサを設けると共に開閉バルブ付きのバイパス流路をそれぞれ接続した排気ガス浄化装置において、前記排気ガス温度センサが排気ガス温度が所定の温度以上になったことを検出した時に、該排気ガス温度センサが配置された通路部分に接続した前記バイパス通路の前記開閉バルブを操作して排気ガスをバイパスさせることを特徴とする排気ガス浄化方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排気ガス中の粒子状物質（ＰＭ）を捕集するディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）を備えた排気ガス浄化装置及び排気ガス浄化方法に関し、より詳細には、フィルタの溶損を回避できる排気ガス浄化装置及び排気ガス浄化方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ディーゼルエンジン等のエンジンから排出される粒子状物質（以下ＰＭ）、ＮＯｘ、ＣＯそしてＨＣ等は、年々規制が強化されてきている。この規制の強化に伴い、エンジンの改良のみでは規制値への対応ができなくなってきている。そこで、図３に示すように、エンジン１の排気通路２にディーゼルパティキュレートフィルタ（以下ＤＰＦ）を用いた排気ガス浄化装置１０Ｘを着装して、エンジン１から排出されるこれらの物質を低減する技術が採用されている。
【０００３】
この粒子状物質を直接捕集する装置としてセラミック製のモノリスハニカム型ウオールフロータイプやセラミックや金属を繊維状にしてフィルタにした繊維型フィルタ等のＤＰＦを用いた排気ガス浄化装置がある。
【０００４】
これらのフィルタで粒子状物質を捕集するとＰＭの捕集量に対応して排気圧力が上昇するので、フィルタに捕集されたＰＭを燃焼させる等してＰＭを強制的にフィルタから除去して、フィルタを再生する必要がある。
【０００５】
このフィルタの再生方式としては、フィルタの外部からエネルギーの供給を受けて、ＰＭの除去を行う電気ヒータ加熱方式、バーナー加熱方式、逆洗方式等が提案されている。また、排気ガス温度が比較的低くてもＰＭを酸化除去できるように、フィルタの上流側（前段）に白金等の酸化触媒を設置し、排気ガス中の未燃分の酸化反応熱による排気昇温や一酸化窒素（ＮＯ）から生じる二酸化窒素（ＮＯ2 ）によるＰＭの酸化促進等を利用してＰＭ除去を行う連続再生型ＤＰＦもある。
【０００６】
これらのＤＰＦを備えた排気ガス浄化装置では、排気ガス温度が低い状態が継続した時等では、ＰＭがＤＰＦに継続的に捕集されて堆積するので、このＰＭ堆積によりフィルタの目詰まりが過度に進捗してエンジントラブルが発生するのを防止するために、目詰まり状態が所定の状態を越えた時にフィルタをＰＭが酸化を開始する温度以上に昇温させて、捕集されているＰＭを強制的に燃焼除去するＤＰＦ再生を行っている。
【０００７】
このＤＰＦを昇温する手段の一つとして、エンジンの気筒内（シリンダ内）への燃料噴射制御でポスト噴射（後噴射）やタイミングリタード噴射（遅延噴射）等を行って排気ガス温度を上昇させたり、ＤＰＦに流入する排気ガス中のＨＣ濃度を上昇させる。そして、この排気ガス中に供給したＨＣやＣＯ等の未燃燃料をＤＰＦの上流側の酸化触媒で酸化させて排気ガス温度を上昇させたり、排気ガス中のＮＯ成分を酸化触媒で酸化させて排気ガス中のＮＯ2 成分を増加させてＮＯ2 によるＰＭ酸化を促進させたりする方法がある。
【０００８】
しかしながら、この方法では供給燃料の制御が難しく、ＤＰＦ本体を溶損させる可能性が生じるという問題がある。つまり、ＤＰＦに捕集されているＰＭの酸化が進行すると、その酸化反応によって発生した熱が順次下流側に伝達されるために、ＤＰＦ内において下流側に行くに従って、温度が高くなり、最終的にＤＰＦのフィルタ基材の溶解温度に到達する場合があるためである。また、未燃燃料を排気ガス中に供給してＰＭを再燃焼させる方法によらず、電気ヒータ等の他の熱を用いてＰＭを燃焼させてＤＰＦを再生させる方法でも、再燃焼制御が難しく、ＤＰＦを溶損させる可能性が存在し、同様な問題がある。
【０００９】
これに対する対策の一つとして、ＤＰＦのフィルタにおいて、ＰＭの過度の堆積と、再生燃焼時のフィルタ温度が過度に上昇することを防止して、フィルタの溶損による耐久性低下を防止するために、第１の排気出口と第２の排気出口を備えて、排気圧又はフィルタ温度に応じて、第２の排気出口に連通するバイパス通路に設けられた制御弁を開閉弁制御することにより、排気ガスの流れを第１の排気出口に連通する第１透過路と第２の排気出口に連通する第２透過路とを切り換える内燃機関の排気後処理装置が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【００１０】
しかしながら、この内燃機関の排気後処理装置では、排気圧が過剰堆積判定圧を越えた時やフィルタ温度が低い時に排気ガスをバイパス通路より排出させて溶損を防止するが、フィルタの第１透過路部分にＰＭが堆積してきたら、第２透過路部分に排気ガスを通過させる構成であるので、異常燃焼が開始された時には、この異常燃焼で高温となった排気ガスがフィルタ部を通過するので、溶損を起こして最終的にフィルタ全体が溶損する可能性が依然として残るという問題がある。
【特許文献１】特開２００４−１１６３２２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明はこの問題を解決するためになされたものであり、本発明の目的は、ＤＰＦを複数の分割フィルタで構成し、ＰＭを燃焼させてＤＰＦを再生させる場合において、所定の温度以上の排気ガスは分割フィルタを迂回させることにより、ＤＰＦの溶損を防止すると共に、万一溶損が発生したとしても、ＤＰＦの一部分である分割フィルタのみを交換するだけで済むようにした排気ガス浄化装置及び排気ガス浄化方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記の目的を達成するための本発明に係る排気ガス浄化装置は、ディーゼルエンジンから排出される粒子状物質（ＰＭ）を捕集するディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）と該ディーゼルパティキュレートフィルタの再生を制御する再生制御装置を備えた排気ガス浄化装置において、フィルタを複数に分割し、これらの分割フィルタを連結する通路部分のそれぞれに、排気ガス温度センサを設けると共に開閉バルブ付きのバイパス流路を接続し、前記再生制御装置が、前記排気ガス温度センサが排気ガス温度が所定の温度以上になったことを検出した時に、該排気ガス温度センサが配置された通路部分に接続した前記バイパス通路の前記開閉バルブを操作して排気ガスをバイパスさせる制御を行うように構成される。
【００１３】
また、上記の目的を達成するための本発明に係る排気ガス浄化方法は、ディーゼルエンジンから排出される粒子状物質を捕集するディーゼルパティキュレートフィルタと該ディーゼルパティキュレートフィルタの再生を制御する再生制御装置を備え、フィルタを複数に分割し、これらの分割フィルタを連結する通路部分のそれぞれに、排気ガス温度センサを設けると共に開閉バルブ付きのバイパス流路をそれぞれ接続した排気ガス浄化装置において、前記排気ガス温度センサが排気ガス温度が所定の温度以上になったことを検出した時に、該排気ガス温度センサが配置された通路部分に接続した前記バイパス通路の前記開閉バルブを操作して排気ガスをバイパスさせることを特徴とする。
【００１４】
つまり、ＰＭを燃焼させてＤＰＦを再生させる排気ガス浄化装置において、フィルタを流れの方向に幾つかの分割フィルタで構成して、最上流から２番目以降の分割フィルタに流入する排気ガスの温度をそれぞれ検出する排気ガス温度センサと共に、最上流から２番目以降の分割フィルタに流入する排気ガスの大部分をバイパスする開閉バルブ付きのバイパス流路を備えて構成し、これらの排気ガス温度センサの検出温度と、この検出された排気ガス温度に基づく開閉バルブの開閉制御により、所定の温度以上の排気ガスの大部分をバイパス通路に流して分割フィルタを迂回させるので、分割フィルタが異常な高温になるのを回避して、ＤＰＦの溶損を防止することができる。
【００１５】
更に、万一溶損が発生したとしても、ＤＰＦの一部分である分割フィルタのみを交換するだけで済むので、一部溶損であってもＤＰＦ全体を交換する一体的に形成したＤＰＦに比べて経済的となる。
【００１６】
また、この排気ガス浄化装置を構成するＤＰＦ装置としては、フィルタのみのＤＰＦや、酸化触媒をＤＰＦの上流側に配置した装置、酸化触媒を触媒担持ＤＰＦの上流側に配置した装置、ＤＰＦに酸化触媒を担持させた装置、ＤＰＦに酸化触媒とＰＭ酸化触媒を担持させた連続再生型ＤＰＦ等がある。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の排気ガス浄化装置及び排気ガス浄化方法によれば、ＰＭを燃焼させてＤＰＦを再生させる場合において、ＤＰＦの溶損を防止できると共に、万一溶損が発生したとしても、ＤＰＦの一部分である分割フィルタのみを交換するだけで済むようにすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
次に、図面を参照して本発明に係る排気ガス浄化装置及び排気ガス浄化方法の実施の形態について説明する。
【００１９】
図１に示すように、この排気ガス浄化装置１０は、上流側の酸化触媒１１とディーゼルエンジンから排出されるＰＭ（粒子状物質）を捕集する複数（図１では３個）の第１〜第３の分割ＤＰＦ（ディーゼルパティキュレートフィルタ）１２，１３，１４と、このＤＰＦの再生を制御する再生制御装置３０を備え、更に、これらの第１〜第３分割フィルタ１２，１３，１４を連結する第１及び第２通路部分１５，１６のそれぞれに、第１及び第２排気ガス温度センサ１７，１８を設けると共に第１及び第２開閉バルブ１９ａ，２０ａ付きの第１及び第２バイパス流路１９，２０を接続して形成する。この排気ガス浄化装置１０は、エンジンの排気通路２に配置される。
【００２０】
また、この再生制御装置３０は、第１排気ガス温度センサ１７が第１排気ガス温度Ｔｇ１が所定の温度Ｔｃ以上になったことを検出した時に、この第１排気ガス温度センサ１７が配置された第１通路部分１５に接続した第１バイパス通路１９の第１開閉バルブ１９ａを操作して所定の温度Ｔｃ以上の排気ガスが第２分割フィルタ１３と第３分割フィルタ１４に流入しないように排気ガスの大部分をバイパスさせる制御を行うように構成される。
【００２１】
また、この再生制御装置３０は、第２排気ガス温度センサ１８が第２排気ガス温度Ｔｇ２が所定の温度Ｔｃ以上になったことを検出した時に、この第２排気ガス温度センサ１８が配置された第２通路部分１６に接続した第２バイパス通路２０の第２開閉バルブ２０ａを操作して所定の温度Ｔｃ以上の排気ガスが第３分割フィルタ１４に流入しないように排気ガスの大部分をバイパスさせる制御を行うように構成される。
【００２２】
なお、この所定の温度Ｔｃは、例えば、６５０℃に設定されるが、車型、ＤＰＦ基材の種類等により調整される値であり、また、分割フィルタの個数も図１では３個であるが、車型の使用形態により選択される。
【００２３】
そして、この排気ガス浄化装置１０では、通常の運転時では、再生制御装置３０は、第１及び第２バイパス通路１９、２０の第１及び第２開閉バルブ１９ａ，２０ａを閉弁制御して、排気ガスを第１〜第３分割フィルタ１２，１３，１４の全部を通過させて、排気ガス中のＰＭを捕集する。
【００２４】
また、再生制御装置３０は、ＰＭの捕集量が所定の限界値を越えたことを検出した時は、第１及び第２開閉バルブ１９ａ，２０ａを閉弁制御した状態で再生制御を開始し、気筒内（シリンダ内）の燃料噴射制御においてポスト噴射を行い、排気ガス温度を上昇させたり、排気ガス浄化装置１０に流入する排気ガス中のＨＣ濃度を上昇させる。そして、この排気ガス中に供給したＨＣやＣＯ等の未燃燃料を酸化触媒１１で酸化させて、その燃焼熱により排気ガス温度を例えば、ＤＰＦ前入口温度を６００℃に上昇させたり、排気ガス中のＮＯ成分を酸化触媒１１で酸化させて排気ガス中のＮＯ2 成分を増加させる。これらにより、第１〜第３分割フィルタ１２，１３，１４内に堆積したスート（ＳＯＯＴ：すす）等からなるＰＭを再燃焼させる。
【００２５】
本発明では、この再生制御中の間、第１及び第２排気ガス温度センサ１７，１８で第１及び第２排気ガス温度Ｔｇ１，Ｔｇ２を監視し、所定の温度Ｔｃを越えない状態では、そのまま再生制御を継続し、所定の再生時間の経過や排気ガス浄化装置１０の前後圧力差の復帰等により、再生制御を終了する。
【００２６】
この制御は、例えば、図２に例示するような制御フローで実施できる。この制御フローは、ＤＰＦ再生制御が開始されると同時に、燃料噴射制御などのＤＰＦ再生用の諸制御と並行して繰り返し呼ばれて制御内容を実施しては戻る制御フローとして示してあり、ＤＰＦ再生制御の終了と共に呼ばれなくなる。なお、ＤＰＦ再生制御以外でも、第２及び第３分割フィルタ１３，１４に高温の排気ガスが流れ込むのを防止する場合には、ＤＰＦ再生制御とは関係なく、エンジンの運転と並行して繰り返し呼ばれて制御内容を実施しては戻る制御フローとすればよい。
【００２７】
この図２の制御フローでは、呼ばれてスタートすると、ステップＳ１１で、第１排気ガス温度Ｔｇ１をチェックし、第１排気ガス温度Ｔｇ１が所定の温度Ｔｃより小さい場合は、ステップＳ１３に行く。第１排気ガス温度Ｔｇ１が所定の温度Ｔｃ以上の場合は、ステップＳ１２に行き、第１開閉バルブ１９ａを開弁状態にし、第２開閉バルブ２０ａを閉弁状態とし、ステップＳ１６に行く。
【００２８】
ステップＳ１３では、第２排気ガス温度Ｔｇ２をチェックし、第２排気ガス温度Ｔｇ２が所定の温度Ｔｃより小さい場合は、ステップＳ１５に行き、第１開閉バルブ１９ａを閉弁状態にし、第２開閉バルブ２０ａを閉弁状態にし、ステップＳ１６に行く。ステップＳ１３で、第２排気ガス温度Ｔｇ２が所定の温度Ｔｃ以上の場合は、ステップＳ１４に行き、第１開閉バルブ１９ａを閉弁状態にし、第２開閉バルブ２０ａを開弁状態とし、ステップＳ１６に行く。
【００２９】
ステップＳ１６では、排気ガス温度のチェックのインターバルに関係する所定の時間の間、各開閉バルブの開閉状態を維持する。そして、所定の時間経過したらリターンする。このスタートとリターンまでの間を再生制御の間（あるいはエンジンの運転の間）繰り返し実行する。
【００３０】
そして、この図２の制御フロー等によるバルブの開閉制御により、再生制御を終了する前に、第１排気ガス温度Ｔｇ１が所定の温度Ｔｃを越えたことを第１排気ガス温度センサ１７が検出した時に、この第１排気ガス温度センサ１７が配置された第１通路部分１５に接続した第１バイパス通路１９の第１開閉バルブ１９ａを開弁制御する。この制御により、排気ガスの大部分は流通抵抗が大きい第２及び第３分割フィルタ１３，１４側の通路よりも流通抵抗が小さい第１バイパス通路１９側に流れる。これにより、排気ガスの大部分をバイパスさせ、所定の温度Ｔｃ以上の排気ガスが第２及び第３分割フィルタ１３，１４に流入しないようにする。そして、そのまま再生制御を継続し、所定の再生時間の経過や排気ガス浄化装置１０の前後圧力差の復帰等により、再生制御を終了する。なお、再生制御の途中で、第１排気ガス温度Ｔｇ１が所定の温度Ｔｃ以下になった場合は、第１開閉バルブ１９ａを閉弁制御して、排気ガスの流れを元に戻す。
【００３１】
また、再生制御を終了する前に、第１排気ガス温度Ｔｇ１が所定の温度Ｔｃを越えたことを第１排気ガス温度センサ１７が検出せずに、第２排気ガス温度Ｔｇ２が所定の温度Ｔｃを越えたことを第２排気ガス温度センサ１８が検出した時に、この第２排気ガス温度センサ１８が配置された第２通路部分１６に接続した第２バイパス通路２０の第２開閉バルブ２０ａを操作して、所定の温度Ｔｃ以上の排気ガスが第３分割フィルタ１４に流入しないように排気ガスの大部分をバイパスさせる。そして、そのまま再生制御を継続し、所定の再生時間の経過や排気ガス浄化装置１０の前後圧力差の復帰等により、再生制御を終了する。なお、再生制御の途中で、第２排気ガス温度Ｔｇ２が所定の温度Ｔｃ以下になった場合は、第２開閉バルブ２０ａを閉弁制御して、排気ガスの流れを元に戻す。
【００３２】
上記の排気ガス浄化装置１０及び排気ガス浄化方法によれば、所定の温度Ｔｃ以上の排気ガスを第１バイパス通路１５又は第２バイパス通路１６に流して第２分割フィルタ１３と第３分割フィルタ又は第３分割フィルタ１４を迂回させるので、第２分割フィルタ１３と第３分割フィルタ又は第３分割フィルタ１４が異常な高温になるのを回避して、ＤＰＦ基材の耐熱温度以下に、第２及び第３分割フィルタ１３，１４の温度をコントロールでき、ＤＰＦの溶損を防止することができる。更に、万一溶損が発生したとしても、ＤＰＦの一部分である第１〜第３分割フィルタ１２，１３，１４の内の一つのみを交換するだけで済むので、一体的に形成したＤＰＦに比べて経済的となる。
【００３３】
なお、この排気ガス浄化装置１０を構成するＤＰＦ装置としては、フィルタのみのＤＰＦや、酸化触媒をＤＰＦの上流側に配置した装置、酸化触媒を触媒担持ＤＰＦの上流側に配置した装置、ＤＰＦに酸化触媒を担持させた装置、ＤＰＦに酸化触媒とＰＭ酸化触媒を担持させた連続再生型ＤＰＦ等がある。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明に係る実施の形態の排気ガス浄化装置を示す図である。
【図２】本発明に係る実施の形態の排気ガス浄化方法の制御フローの例を示す図である。
【図３】排気ガス浄化装置を備えた車両エンジンの構成を示す図である。
【符号の説明】
【００３５】
１    ディーゼルエンジン
２    排気通路
１０，１０Ｘ    排気ガス浄化装置
１１    酸化触媒
１２，１３，１４    分割ＤＰＦ
１５，１６    通路部分
１７，１８    排気ガス温度センサ
１９，２０    バイパス流路
１９ａ，２０ａ    開閉バルブ
３０    再生制御装置
Ｔｇ１，Ｔｇ２    排気ガス温度
Ｔｃ    所定の温度
【図１】
2006226121.tif 000003
【図２】
2006226121.tif 000004
【図３】
2006226121.tif 000005