(57)【要約】【課題】ＤＰＦの自己再生が困難な領域において、パティキュレートフィルタの強制再生を行わずに黒煙の低減を行うことができるディーゼルエンジン用黒煙浄化装置を提供する。【解決手段】酸化触媒３２またはパティキュレートフィルタ１の何れか一方または両方を内部に有するディーゼルエンジン用黒煙浄化装置２０において、機関５の運転状態を検知する検知手段と、前記運転状態に基づいて黒煙浄化装置の制御を行う制御手段４と、機関運転状態がパティキュレートフィルタ１の自己再生領域を外れかつ排気ガス規制のゾーン規制領域を外れている場合に、排気ガス１０がパティキュレートフィルタ１をバイパスするバイパス手段とを備えた。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸化触媒またはパティキュレートフィルタの何れか一方または両方を内部に有するディーゼルエンジン用黒煙浄化装置において、機関の運転状態を検知する検知手段と、前記運転状態に基づいて黒煙浄化装置の制御を行う制御手段と、機関運転状態がパティキュレートフィルタの自己再生領域を外れかつ排気ガス規制のゾーン規制領域を外れている場合に、排気ガスがパティキュレートフィルタをバイパスするバイパス手段とを備えたことを特徴とするディーゼルエンジン用黒煙浄化装置。
【請求項２】
前記制御手段が、機関運転状態が過渡運転状態または始動モードまたは加速モードであると判断した場合、前記バイパス手段による排気ガスのバイパスを行わないことを特徴とする請求項１に記載のディーゼルエンジン用黒煙浄化装置。
【請求項３】
前記バイパス手段が、バイパス通路とバイパス通路開閉弁とから構成されており、該バイパス通路開閉弁の開閉を電動または油圧駆動または空圧駆動により前記制御手段にて行うことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のディーゼルエンジン用黒煙浄化装置。
【請求項４】
前記バイパス通路開閉弁の開閉を排気ガス温度検知により行うことを特徴とする請求項３に記載のディーゼルエンジン用黒煙浄化装置。
【請求項５】
前記バイパス通路開閉弁を自己完結型の温度感応弁で構成したことを特徴とする請求項４に記載のディーゼルエンジン用黒煙浄化装置。
【請求項６】
前記温度感応弁の温度感応部材が、ワックスペレットまたは形状記憶合金またはバイメタルで構成されることを特徴とする請求項５に記載のディーゼルエンジン用黒煙浄化装置。
【請求項７】
前記バイパス通路がパティキュレートフィルタの外周部に形成されたことを特徴とする請求項３に記載のディーゼルエンジン用黒煙浄化装置。
【請求項８】
前記酸化触媒を前段に配置し、後段にパティキュレートフィルタを配置したディーゼルエンジン用黒煙浄化装置において、バイパス通路が酸化触媒の後から排気ガスをバイパスさせることを特徴とする請求項１に記載のディーゼルエンジン用黒煙浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、黒煙の排出を低減するディーゼルエンジン用黒煙浄化装置の技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、環境問題の高まりや健康に対する影響が懸念されていることから自動車・船舶・発電機等のディーゼルエンジンから排出される排気ガス中の黒煙（すす）やＰＭ（Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ  Ｍａｔｔｅｒ：粒子状物質）を除去する装置の開発が進められている。また一部地域においては具体的に規制強化が実施されていることもあり、それらへの対応が急務となっている。これらに対応するための技術的な方法としては、エンジン側にて燃料の噴射時期や混合比等の対策により黒煙排出防止を行う方法と排気系の後処理で対応する方法がある。排気系の後処理で対応する方法としては、例えばディーゼルエンジン等の排気装置に黒煙除去装置（ＤＰＦ：Ｄｉｅｓｅｌ  Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ  Ｆｉｌｔｅｒ）を取り付ける技術がすでに公知となっており、市販されている後付けタイプの黒煙除去装置としてはセラミックをハニカム状にしたセラミックフィルター方式が主流である。これらの装置は黒煙の目詰まりを再生する方式が多種検討されているが、まだ技術的に十分とはいえない。
【０００３】
従来技術として、特許文献１においては、ＤＰＦの再生不可領域において強制的に再生する方法が提案されている。具体的には、排気温度が低く２５０℃に満たない場合、触媒の昇温が困難とされ、燃費を優先させてＤＰＦ再生を未実施としていた領域（再生不可領域）において、昇温手段として吸気絞りを組み合わせることで排気への放熱を抑制してＤＰＦの温度上昇をしやすくする。これとポスト噴射を行うことで、ＤＰＦの温度を昇温して、再生可能としている。
【０００４】
また、特許文献２においては、フィルタ再生が必要であると判断されるとエンジンの負荷が増加され、その結果として排ガスの温度が上昇して排ガス浄化フィルタの再生が行われるという方法が提案されている。
【特許文献１】特開２００６−１３２４５８号公報
【特許文献２】特開２００５−３３７０６２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
産業用機関では用途やオペレータによって、様々な使われ方をする。またディーゼルパティキュレートフィルタには自己再生困難領域がある。ここでいう自己再生領域の定義はパティキュレートフィルタ上に入るスート量がパティキュレートフィルタ上で酸化されるスート量を下回る運転領域をさす。この状態はスートのたまり状態や外気温などの他の要因で変動するがバランス点で溜まっているスート量が差圧やたまりスートの限界基準値を十分下回る領域とする。
【０００６】
一般に４５０℃以上の排気ガス温度領域においてパティキュレートフィルタ上では酸素による酸化反応が支配的と言われている。この酸化速度は温度に大きく影響され酸素による酸化は６００℃以上の温度がないと酸化速度が遅くスートが溜まりやすいとされている。スートが多く溜まった状態で温度が６００℃以上である状態から急に酸素量が十分になると、例えばアイドリングを急に落とした場合に酸化が急激に進み１０００℃を超える温度になりフィルタが溶損するいわゆる暴走再生を起こすので酸素による酸化は制御が難しい問題がある。排気ガス温度が２５０℃から３５０℃の範囲では前段の酸化触媒またはパティキュレートフィルタ上でＮＯ２が生成されパティキュレートフィルタ上の触媒上で、このＮＯ２がＮＯに戻りスートを酸化する。この酸化は温度以外にＮＯ２の量すなわち酸化触媒の量やパティキュレートフィルタ上の触媒の量に支配され、温度が上がるとＮＯ２生成が抑制されるために酸化速度が温度によるピークを持つ。このために暴走することはない。排気ガス温度が２５０℃以下では自己再生が困難な領域になる。自己再生が困難な領域では排気ガス温度を強制的に上げるいわゆる強制再生をする必要がある。
本発明は、上記実状に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、ＤＰＦの自己再生が困難な領域において、パティキュレートフィルタの強制再生を行わずに黒煙の低減を行うことができるディーゼルエンジン用黒煙浄化装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。
あるパティキュレートフィルタによる排気ガス処理装置を仮定すると排気温度の高い領域では排気ガス温度とスートの排出量により自己再生可能域が決まる。温度が比較的低い領域では排気ガス温度とＮＯｘ量とスートの排出量により再生可能域が決められる。図１に産業用エンジンの回転−トルク線図上にスート量の代表特性であるＳｄと排気ガス温度とＮＯｘ量をグラフにし自己再生可能域を検討した例を示す。
なお、パティキュレートフィルタの大きさや触媒量密度を変えることや、エンジンのマッチングによりその領域がある程度変えられるのはいうまでもない。
【０００８】
次に排気ガス規制ゾーンについて説明する。最近の汎用エンジンの排気ガス規制においてもモード規制以外にトランジェント規制やゾーン規制が設けられる例が多くなってきている。次期ＥＰＡ規制におけるゾーン規制であるＮＴＥゾーンの一例を示す（図２参照）。図２に示す影付範囲内でモード規制値の１．２５倍を超えないことが定められている。記号はそれぞれ以下の値を示す。
１）次式で計算される速度より大きい領域：Ｎｌｏ＋０．１５×（Ｎｈｉ−Ｎｌｏ）（丸付き数字１）
Ｎｈｉ：最大出力の７０％等出力線とトルクカーブが交差する最大回転数
Ｎｌｏ：最大出力の５０％等出力線とトルクカーブが交差する最小回転数
２）最大トルクの３０％以上の領域（丸付き数字２）
３）上記の１）２）によらず最低燃費＋５％以内の領域（丸付き数字３）
４）更に上記の１）２）３）によらず最大出力の３０％等出力線以下の領域を省く（丸付き数字４）
さらに再生可能域とＮＴＥゾーンを重ね合わせたのが図３である。自己再生域をＮＴＥゾーンより大きくすることは可能である。さらに図１に示すように一般に低負荷ではスートの排出は空気量が燃料に比べ多いため少なく、またＮＯｘもＥＧＲにおいては排気温度が低いと入れやすいこともあり低くなる。
【０００９】
そこで本発明では、パティキュレートフィルタにバイパスを設け非自己再生領域ではフィルタをバイパスさせるようにする。図４にその一例を示す。さらに過渡運転時および始動運転時および加速運転時はバイパスを閉じるようにする。これにより一部の過渡運転時を除き常に自己再生域で機関を運転できるようになる。またバイパス制御弁は一方弁でよく、バイパス制御弁を開けると通気抵抗の関係でほとんどの排気ガスがバイパスされる。本案ではバイパス弁は油圧シリンダにて開閉されている。また図５に制御手段を介さずに温度を感知するバイメタル弁でバイパスを開閉する例を示す。同じく図５、図６に外周バイパス経路の例を示す。図６では電気駆動の制御弁を用いて、ＤＯＣ（酸化触媒）とＤＰＦを設けＤＯＣ以降で排気ガスをバイパスさせた例を示す。
なお、再生不可能域を小さくするために酸化触媒を設けたり、連続再生式ＤＰＦの一例であるＣＳＦにしたり、排気加熱装置を設けたりした上でバイパスさせることは、本発明の技術に含まれるのは当然である。
【００１０】
即ち、請求項１においては、酸化触媒またはパティキュレートフィルタの何れか一方または両方を内部に有するディーゼルエンジン用黒煙浄化装置において、機関の運転状態を検知する検知手段と、前記運転状態に基づいて黒煙浄化装置の制御を行う制御手段と、機関運転状態がパティキュレートフィルタの自己再生領域を外れかつ排気ガス規制のゾーン規制領域を外れている場合に、排気ガスがパティキュレートフィルタをバイパスするバイパス手段とを備えたものである。
【００１１】
請求項２においては、前記制御手段が、機関運転状態が過渡運転状態または始動モードまたは加速モードであると判断した場合、前記バイパス手段による排気ガスのバイパスを行わないものである。
【００１２】
請求項３においては、前記バイパス手段が、バイパス通路とバイパス通路開閉弁とから構成されており、該バイパス通路開閉弁の開閉を電動または油圧駆動または空圧駆動により前記制御手段にて行うものである。
【００１３】
請求項４においては、前記バイパス通路開閉弁の開閉を排気ガス温度検知により行うものである。
【００１４】
請求項５においては、前記バイパス通路開閉弁を自己完結型の温度感応弁で構成したものである。
【００１５】
請求項６においては、前記温度感応弁の温度感応部材が、ワックスペレットまたは形状記憶合金またはバイメタルで構成されるものである。
【００１６】
請求項７においては、前記バイパス通路がパティキュレートフィルタの外周部に形成されたものである。
【００１７】
請求項８においては、前記酸化触媒を前段に配置し、後段にパティキュレートフィルタを配置したディーゼルエンジン用黒煙浄化装置において、バイパス通路が酸化触媒の後から排気ガスをバイパスさせるものである。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。
【００１９】
請求項１においては、自己再生不可能領域は負荷が低く燃料噴射量が少なく一般にＰＭ、ＮＯｘともに排出量は低く、この領域でフィルタを使わなくてもモード規制に入れることは可能である。そこでパティキュレートフィルタが自己再生不可能領域である場合はフィルタをバイパスさせて運転することが可能となる。そのため、排気ガス低温時の強制再生の必要もなくなる。また、パティキュレートフィルタを使用する場合は、常に自己再生可能な領域で運転することが可能となる。
【００２０】
請求項２においては、加速時や始動時、または過渡状態時のＰＭの出やすい間はバイパスを使用せず排気ガスをパティキュレートフィルタに通すことでＰＭの排出を低減できる
【００２１】
請求項３においては、機関運転状況に応じてバイパス通路の確実な開閉コントロールができる。
【００２２】
請求項４においては、フィルタ再生の可否は排気ガス温度に大きく依存するため排気ガス温度によってバイパスの開閉をコントロールすることが可能である。また、開閉する排気ガス温度範囲がゾーン規制外となるように設定可能であるため、ゾーン規制対応も可能である。
【００２３】
請求項５においては、制御手段や温度センサ等を使わなくても排気ガス温度条件に応じてバイパスの開閉を行うことができる。
【００２４】
請求項６においては、制御手段や温度センサ等を使わなくても排気ガス温度条件に応じてバイパスの開閉を行うことができる。
【００２５】
請求項７においては、排気ガスがバイパスを流れているときもパティキュレートフィルタの周囲を流れているためにフィルタの冷えを防ぎ、フィルタ自身をガス温度近くにすることができ、バイパスを閉じたときに熱衝撃を受けにくくすることができる。
【００２６】
請求項８においては、パティキュレートフィルタの再生不可能領域は排気ガス温度が低く比較的ＨＣ成分が多い。この領域では酸化触媒の活性化もできにくいが、少なくとも酸化触媒３２を通すことでＨＣ成分を少しでも除去することが可能となり、ＰＭを減少することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
次に、発明の実施の形態を説明する。
図４は本発明に係るディーゼルエンジン用黒煙浄化装置を示す概略図、図５は実施例２におけるディーゼルエンジン用黒煙浄化装置を示す概略図、図６は実施例３におけるディーゼルエンジン用黒煙浄化装置を示す概略図、図７はパイパス通路の開閉の制御フローを示す図、図８は制御手段を示すブロック図、図９はバイパス通路の開閉のヒステリシスつき制御フローを示す図である。
【実施例１】
【００２８】
図４を用いて本発明に係るディーゼルエンジン用黒煙浄化装置の全体構成について説明する。
図４に示すようにディーゼルエンジン５（以下、エンジンという）は、エンジン本体の一方に吸気マニフォールド５ａが、他方に排気マニフォールド５ｂが設けられている。前記排気マニフォールド５ｂには、排気管９を介してディーゼルエンジン用黒煙浄化装置２０（以下、黒煙浄化装置という）が接続されている。
黒煙浄化装置２０は、図４に示すように入口部２、パティキュレートフィルタ１、出口部３、及びバイパス手段で構成されている。入口部２と出口部３は、それぞれハウジング７ａ、７ｂの中に形成されている。該ハウジング７ａ、７ｂの間の設置部１ａにパティキュレートフィルタ１が配置されており、パティキュレートフィルタ１は、ハウジング７ａ、７ｂの両者とガスケット１５で気密を保ち、かつ、Ｖ字バンド１２で一体に固着されている。入口部２には断熱吸音材８が配置されており、この断熱吸音材８は、断熱吸音材押え板１３及び１６で入口部２の内壁に押し付けられている。
前記バイパス手段は、パティキュレートフィルタ１をバイパスするバイパス通路となるバイパス管６と、バイパス通路を開閉可能とするバイパス通路開閉弁となるパイパス制御弁１１から構成されている。
また、前記パティキュレートフィルタ１は、前記設置部１ａに着脱可能となっている。
【００２９】
入口部２には、前記排気管９を介して導入された排気ガス１０をバイパスさせる前記バイパス管６が配置されている。該バイパス管６は、平面視略コ字状であり、バイパス管前部６ａは、入口部２を略鉛直方向に挿通して、途中略直角に屈曲し、後方に延出されている。後方に延出されたバイパス管６が、途中略直角に屈曲しており、前記屈曲部間となるバイパス管中途部６ｂを形成している。後方の屈曲部からバイパス制御弁１１を介してハウジング７ｂの一側を挿通して、パイパス管後部６ｃを形成し、該パイパス管後部６ｃが出口部３内に配置されている出口管１４に接続している。入口管２を挿通している部分であるバイパス管前部６ａの円筒側壁には多数の小孔６ｄが設けてある。前記バイパス制御弁１１が閉じている場合、排気ガス１０は、この小孔６ｄを介してバイパス管前部６ａから入口部２内へ入るようになっている。また、出口部３には排気ガス１０を排出する出口管１４と、該出口管１４と平行して排気ガス排出時の騒音を低減させる共鳴管２５が設けてある。
前記バイパス制御弁１１は、バタフライバルブ１１ａと、該バタフライバルブ１１ａの回転軸の下方に一端が固定されているアーム１７とで構成されている。該アーム１７の他端は、アクチュエータの一例である油圧シリンダ１８に接続されており、該油圧シリンダ１８は制御手段であるコントローラ４に接続されている。前記バタフライバルブ１１ａを油圧シリンダ１８を駆動することにより回動させてパイパス管後部６ｃの流路面積を変更可能としている。つまり、バイパス管６は、前記バイパス制御弁１１が閉じているときは小孔６ｄを介して排気ガス１０が入口部２へと導入され、続いてパティキュレートフィルタ１を通過して出口管１４に入り、該出口管１４から排出される。一方、前記バイパス制御弁１１が開いているときは、排気ガス１０は通気抵抗のため小孔６ｄにはほとんど入らずに、主にバイパス管６を通って出口部２内の出口管１４へと導入され、該出口管１４から排出される。こうして、コントローラ４によりバイパス制御弁１１の開閉を制御することで排気ガス１０がパティキュレートフィルタ１をパイパスするように構成している。
前記コントローラ４は中央演算処理装置（ＣＰＵ）や記憶装置（ＲＡＭやＲＯＭ）やインターフェース等からなり、記憶装置に後述するパティキュレートフィルタ１の自己再生領域かどうかを判定するためのマップが記憶されている。
また、コントローラ４には、図８に示すように油圧シリンダ１８と後述する排気ガス温度センサ１９・エンジン回転数センサ２１・差圧センサ３３及びスロットル位置検出手段である位置センサ２４が接続されている。
なお、本実施例ではパティキュレートフィルタ１のみを黒煙浄化装置２０の内部に配置する構成としているが、後述するように酸化触媒とパティキュレートフィルタとの併用、または酸化触媒のみを黒煙浄化装置内に配置する構成としてもかまわない。
また、本実施例ではバイパス制御弁１１の開閉をコントローラ４の指示に基づき油圧シリンダ１８の駆動により行う油圧駆動方式としているが、特にこれに限るものではなく、他の駆動方式として後述する電動方式、または空圧駆動方式としてもかまわない。
また、バイパス制御弁１１の弁機構としてはバタフライバルブに特に限るものではなく、シャッタバルブ等種々のものが適用可能である。
【００３０】
次に、エンジンの運転状態を検知する手段について説明する。
排気管９には運転状態検出手段としての排気ガス温度センサ１９が取り付けられ、該センサ１９により排気ガス温度が検出される。
また、エンジン５のクランク軸またはフライホイルまたはクランク軸に連動される軸には運転状態検出手段としてのエンジン回転数センサ２１が取り付けられている。前記排気ガス温度センサ１９及びエンジン回転数センサ２１はそれぞれコントローラ４に接続されている。
【００３１】
また、黒煙浄化装置２０にはパティキュレートフィルタ１前後の差圧を計るための差圧センサ３３が設けられている。該差圧センサ３３はコントローラ４に接続されている。差圧センサ３３によりパティキュレートフィルタ１前後の差圧が検出されてコントローラ４へと送られる。
【００３２】
また、図４に示すようにエンジン５の駆動力（回転数）の調節は、運転操作部等に配置される操作レバー２３を操作することによって行われる。また操作レバー２３には、該操作レバー２３のレバー位置を検出する位置センサ２４が付設されており、この位置センサ２４はコントローラ４と接続されている。
【００３３】
操作レバー２３を操作すると、該操作レバー２３のレバー位置が前記位置センサ２４により検出され、レバー位置に応じた信号がコントローラ４に入力される。そして、コントローラ４は入力された信号に基づいて、図示せぬスロットルアクチュエータを作動させる。該スロットルアクチュエータはエンジン５に接続されており、該スロットルアクチュエータの作動によりスロットル位置（スロットル開度）が変化する。このスロットル位置の変化によりエンジン５における燃料噴射量を調節して、エンジン５の駆動力（回転数）を調節可能としている。
【００３４】
本実施例では、上述した各センサにより排気ガス温度、エンジン回転数に応じた検出信号がコントローラ４に送られ機関の運転状態が検知される。その運転状態から回転数出力が推定される。該回転数出力に応じて予め記憶されている図３に示すゾーン規制領域、ゾーン規制外かつ自己再生可能領域及び自己再生可能領域外を区分するマップを参照し、現在の運転状態がどの領域に該当するかがコントローラ４により判定される。
なお、運転状態検出手段としては上述した方法以外に、回転数と燃料噴射量をベースに機関排気温度や冷却水温度、吸気量などを組み合わせる方法を用いてもかまわない。また、前記燃料噴射量は電子噴射式では噴射期間、メカニカルポンプではラック位置と機関回転数から推定することができる。
【００３５】
このような構成において、図４で示すように運転状態検出手段であるエンジン回転数センサ２１及び排気ガス温度センサ１９がエンジン回転数と排気ガス温度を検出し、コントローラ４へ送られる。そして、該コントローラ４により現在の運転状態から回転数出力が推定されて、予め記憶されているマップ（図３）に基づいてパティキュレートフィルタ１が自己再生領域であるか否かが判定される。コントローラ４により、現在の運転状態が自己再生領域を外れかつ排気ガス規制のゾーン規制領域を外れていると判定した場合、つまり、自己再生可能領域外（図３参照）であると判定した場合は、該コントローラ４が、油圧シリンダ１８を短縮させてバイパス制御弁１１が開けられて、排気ガス１０がパティキュレートフィルタ１をバイパスする。該排気ガス１０は通気抵抗のために、ほとんどが出口部３へと送られて出口管１４を介して排気される。また自己再生可能領域であると判定された場合、コントローラ４が油圧シリンダ１８を伸長させてバイパス制御弁１１が閉じられて、排気ガス１０が入口部２を介してパティキュレートフィルタ１へと導入される。
【００３６】
このように、酸化触媒またはパティキュレートフィルタ１の何れか一方または両方を内部に有するディーゼルエンジン用黒煙浄化装置２０において、機関の運転状態を検知する検知手段と、前記運転状態に基づいて黒煙浄化装置２０の制御を行う制御手段であるコントローラ４と、機関運転状態がパティキュレートフィルタ１の自己再生領域を外れかつ排気ガス規制のゾーン規制領域を外れている場合に、排気ガス１０がパティキュレートフィルタ１をバイパスするバイパス手段とを備えたことにより、パティキュレートフィルタ１が自己再生不可能領域である場合はフィルタ１をバイパスさせて運転することが可能となる。そのため、排気ガス低温時の強制再生の必要もなくなる。また、パティキュレートフィルタ１を使用する場合は、常に自己再生可能な領域で運転することが可能となる。具体的には、自己再生不可能領域は負荷が低く燃料噴射量が少なく一般にＰＭ、ＮＯｘともに排出量は低く、この領域でパティキュレートフィルタ１を使わなくてもモード規制に入れることが可能であるためパティキュレートフィルタ１をバイパスさせることができる。
【００３７】
次に、エンジンの加速モード、始動モード及び過渡運転状態の判定方法について説明する。
一般に加速モードや始動時はＰＭが出やすくこの間はパティキュレートフィルタ１に通すことでＰＭを削減することができる。
加速モードの判定方法としては、幾つかあるが、本実施例ではスロットル位置と実際のエンジン運転状態の差が大きいときを加速モードに入ったとし実際の機関の回転数がスロットルの目標回転（スロットル位置）に到達した時点を加速モードから抜けたと判定する。
具体的には、前述したように操作レバー２３のレバー位置が前記位置センサ２４により検出され、レバー位置に応じた信号がコントローラ４に入力される。このときコントローラ４は前記入力信号により変化させるべきスロットル位置を認識する。また、エンジン回転数センサ２１により実際のエンジン回転数の検出信号がコントローラ４に入力される。このときのスロットル位置とエンジン回転数が所定の差以上を有しているとコントローラ４が判定した場合、加速モードに入ったとする。また、同様にしてコントローラ４がスロットル位置（目標回転）に対して実際のエンジン回転数が目標回転に到達した場合加速モードから抜けたとする。
なお、上記とは異なる加速モードの判定方法としては、回転のなました微分値がある数値以上の場合を加速モードとするなどがあり、適宜加速モードの各判定方法を使用することができる。
【００３８】
始動モードの判定方法としては、始動時からある目標回転数（定格の７０％回転等）に到達し通常運転モードに移るまでとして判定する。過渡状態の場合は再生可能域と不可能域の間を頻繁に行き来し、バイパス制御弁１１が閉じたり開いたりを繰り返し、排気背圧の違いから運転状態が不安定になる恐れがあり、この場合はＰＭを出さないようにバイパスを閉じるべくコントローラ４により制御する。
【００３９】
過渡運転状態の判定方法としては、加速モードと同様回転をなました微分値の絶対値がある数値以上の場合を過渡状態であるとする判定方法、または、負荷・回転数がある基準以下の幅に納まっている場合を過渡状態であるとする判定方法等があり、適宜判定方法を選択することができる。
上記のような判定方法がコントローラ４に予め記憶されており、本実施例では後述するように始動モードまたは加速モードまたは過渡運転状態であるか否かに応じて、コントローラ４がバイパス制御弁１１を操作して排気ガス１０をバイパスさせるかどうかを決定する。
【００４０】
次に、バイパス管６の開閉に関する制御方法について図７を用いて説明する。
まず、エンジン回転数、排気ガス温度がエンジン回転数センサ２１と排気ガス温度センサ１９によりそれぞれ検出されて信号がコントローラ４へと出力される。まず、該コントローラ４においてエンジン５の運転状態が把握される（ステップＳ１０）。ステップＳ１０において前記運転状態から予め記憶された回転数とトルクとの関係図上に示されたゾーン規制領域・再生可能領域及び再生不可領域を示すマップ（図３参照）に基づきバイパス開領域かどうかが判断される。バイパス開領域でない場合はバイパス制御弁１１が閉じられる（ステップ６０）。バイパス開領域であると判断された場合は、ステップ３０において前述した加速モードか始動モードかどうかが判定される。加速モードもしくは始動モードであると判定された場合は、バイパス制御弁１１は閉じられる（ステップ６０）。加速モードもしくは始動モードでないと判定された場合は、ステップ４０において、エンジン５が過渡運転状態かどうかが判定される。エンジン５が過渡運転状態であると判定された場合はバイパス制御弁１１が閉じられる（ステップ６０）。エンジン５が過渡運転状態でないと判定された場合は、バイパス制御弁１１が開けられる（ステップ５０）。また、図３に示すようにバルブ開（バイパス開）の運転状態とバルブ閉（バイパス閉）の運転状態を再生可能域内で幅をもたせて運転状態を安定させている。その場合のフローは図９のようになる。
なお、上述したステップ１０（運転状態の把握）においては、エンジン回転数と排気ガス温度をモニターして運転状態の把握を行っているが、特に限定するものではなく、排気ガス温度のみを用いて運転状態を把握してもかまわない。これについては、以下に詳しく説明する。
【００４１】
次に、排気ガス温度によるバイパス通路の開閉制御について説明する。
上述したバイパス管６の開閉に関する制御方法は、機関運転状態に基づいて行うものであるが、例えばパティキュレートフィルタ１の自己再生の可否は排気ガス温度に大きく依存するためエンジン５の運転状態検出手段であるエンジン回転数と排気ガス温度のうち、排気ガス温度のみに応じてバイパス通路であるバイパス管６の開閉をコントロールする場合においても図３で示すように自己再生領域を外れかつ排気ガス規制のゾーン規制領域を外れている場合に、排気ガス１０がフィルタ１をパイパスするようにできる。当然ながらエンジン回転数を含めて、運転状態を把握し開閉の制御を行った方が再生可能範囲を大きく使えより小さな排気ガス浄化装置を使用できるが、排気ガス温度のみの検出で開閉制御を行えば、予め決めておくマップや検出装置等の構成が簡易化されるメリットがある。
また、排気ガス温度の検知に基づいて開閉制御を行う場合、図３に示すように開初め温度（バイパス制御弁を開ける温度）と閉終わり温度（バイパス制御弁を閉める温度）には若干の履歴が生じるが両方がゾーン規制外で再生可能領域に設定することで、規制マージンを考慮した対応が可能である。
【００４２】
このように、前記制御手段であるコントローラ４が、機関運転状態が過渡運転状態または始動モードまたは加速モードであると判断した場合、前記バイパス手段による排気ガス１０のバイパスを行わないことにより、加速時や始動時、または過渡状態時のＰＭの出やすい間はバイパスを使用せず排気ガス１０をパティキュレートフィルタ１に通すことでＰＭの排出を低減できる。
また、前記バイパス手段が、バイパス通路であるバイパス管６とバイパス通路開閉弁であるバイパス制御弁１１とから構成されており、該バイパス制御弁１１の開閉を電動または油圧駆動または空圧駆動により前記コントローラ４にて行うことにより、機関運転状況に応じてバイパス通路の確実な開閉コントロールができる。
また、前記バイパス制御弁１１の開閉を排気ガス温度検知により行うことにより、排気ガス温度によってバイパスの開閉をコントロールすることが可能である。また、開閉する排気ガス温度範囲がゾーン規制外であり、ゾーン規制対応も可能である。
【実施例２】
【００４３】
次に、バイパス手段を備えた黒煙浄化装置の別実施例について図５を用いて説明する。
黒煙浄化装置４０は、図５に示すように入口部２２、パティキュレートフィルタ１を格納するパティキュレートフィルタ格納部２６で構成されている。バイパス手段２７は、排気ガス１０をバイパスするバイパス通路２８と、バイパス通路を開閉可能とするパイパス通路開閉弁となるバイメタル弁２９から構成されている。
入口部２２とパティキュレートフィルタ格納部２６は、それぞれハウジング３０ａ、３０ｂの中に形成されている。パティキュレートフィルタ１は、該パティキュレートフィルタ１の外周部と前記ハウジング３０ｂの内側との間において所定間隔の隙間を有しており、該隙間が該パティキュレートフィルタ１をバイパスするバイパス通路２８を形成している。また、パティキュレートフィルタ１の後部は排気ガス１０を排出する出口管３４が連通されている。該出口管３４の中途部にはバイパス通路開閉弁となるバイメタル弁２９が配置されている。ハウジング３０ｂ前端は、入口部２２のハウジング３０ａ後端とガスケット１５で気密を保ち、かつ、Ｖ字バンド１２で一体に固着されている。また、バイパス通路２８前端は常に開口されており、ハウジング３０ｂ前端が、ハウジング３０ａ後端と接続された場合においても、排気ガス１０が入口部２２からハウジング３０ａ、３０ｂの内壁沿いにバイパス通路２８を通過可能となっている。入口部２２には断熱吸音材８が配置されており、この断熱吸音材８は、断熱吸音材押え板１３及び１６で入口部２の内壁に押し付けられている。
また、前記パティキュレートフィルタ１は、パティキュレートフィルタ格納部２６に着脱可能となっている。
【００４４】
入口部２２には、排気管９を介して導入された排気ガス１０を導く入口管３６が配置されている。該入口管３６は、入口部２を略鉛直方向に挿通しており、一端には排気管９と接続するための開口部を設けており、他端は封止している。入口管３６の円筒側壁には多数の小孔３６ａが設けてある。排気ガス１０は、この小孔３６ａを介して入口部２２内へ入るようになっている。
【００４５】
このような構成において、排気ガス１０が入口部２２からバイパス通路２８を介して自己完結型の温度感応弁であるバイメタル弁２９近傍に導かれた場合に、該バイメタル弁２９の温度感応部材であるバイメタル部分が温度を感温し、到達温度レベルに応じてバイメタル弁２９の開閉がされるように構成されている。つまり、所定温度以上の排気ガス１０がバイメタル弁２９近傍に導入された場合、バイメタル部分が加熱されて湾曲し、排気ガス１０が出口管３４内に入ることが可能となる。こうしてバイメタル弁２９が開いている場合は、排気ガス１０はパティキュレートフィルタ１の通気抵抗のために、ほとんどがバイパス通路２８へと導かれ、出口管３４を介して排気される。一方、排気ガス１０が所定の温度より低い場合、バイメタル部分は平坦となり、バイメタル弁２９を閉める状態となり、バイパス通路２８を遮断する。
また、排気ガス１０がパティキュレートフィルタ１の外周部に面するバイパス通路２８を流れることで、バイメタル弁２９の開閉に関わらずパティキュレートフィルタ１の周囲を常に温められる構成となっている。
なお、バイメタル弁２９を開閉する温度条件については、図３で示すトルクマップ等を考慮し、適宜温度感応部材であるバイメタルの仕様、つまり感温条件範囲を選択すればよい。
また、本実施例では自己完結型の温度感応弁としてバイメタル弁を使用したが、特に限定するものではなく、温度感応弁の温度感応部材としてワックスペレットや形状記憶合金等で構成される弁を用いてもかまわない。
【００４６】
このように、前記バイパス通路開閉弁を自己完結型の温度感応弁であるバイメタル弁２９で構成したことにより、制御手段や温度センサ等を使わなくても排気ガス温度条件に応じてバイパスの開閉を行うことができる。また、感温部を合流後に設けることで常にガスの温度を検知できる。
また、前記バイパス通路２８がパティキュレートフィルタ１の外周部に形成されたことより、排気ガス１０がバイパス通路２８を流れているときもパティキュレートフィルタ１の周囲を流れているために該フィルタ１の冷えを防ぎ、フィルタ１自身をガス温度近くにすることができ、バイパス通路開閉弁を閉じて、フィルタ１内に排気ガスが急に導入されても熱衝撃を受けにくくすることができる。
【実施例３】
【００４７】
次に、バイパス通路を設けた黒煙浄化装置の別実施例について図６を用いて説明する。
黒煙浄化装置６０は、図６に示すように入口部４２、酸化触媒（ＤＯＣ）３２、パティキュレートフィルタ１を格納するパティキュレートフィルタ格納部４６で構成されている。バイパス手段４７は、排気ガス１０をバイパスするバイパス通路４８と、バイパス通路４８を開閉可能とするパイパス通過開閉弁となるバイパス制御弁５９から構成されている。
入口部４２と酸化触媒（ＤＯＣ）３２は、ハウジング５０ａの中に配置されている。パティキュレートフィルタ格納部４６は、ハウジング５０ｂの中に形成されている。パティキュレートフィルタ１は、該パティキュレートフィルタ１の外周部と前記ハウジング５０ｂの内側との間において所定間隔の隙間を有しており、該隙間が該パティキュレートフィルタ１をバイパスするバイパス通路４８を形成している。また、パティキュレートフィルタ１の後部は排気ガス１０を排出する出口管５４が連通している。該出口管５４の中途部にはバイパス制御弁５９が配置されている。ハウジング５０ｂ前端は、ハウジング５０ａ後端とガスケット１５で気密を保ち、かつ、Ｖ字バンド１２で一体に固着されている。また、バイパス通路４８前端は常に開口されており、ハウジング５０ｂ前端が、ハウジング５０ａ後端と接続された場合においても、排気ガス１０が入口部４２からハウジング５０ａ、５０ｂの内壁沿いにバイパス通路４８を通過可能となっている。入口部４２には断熱吸音材８が配置されており、この断熱吸音材８は、断熱吸音材押え板１３及び１６で入口部４２の内壁に押し付けられている。該入口部４２の後段には酸化触媒３２が配置されており、入口部４２と同じく前記ハウジング５０ａ内に収納されている。
また、前記パティキュレートフィルタ１と酸化触媒３２は、それぞれパティキュレートフィルタ格納部４６と入口部４２に着脱可能となっている。
なお、本実施例では、省略しているが黒煙浄化装置６０本体以外の構成、つまり、エンジン５、コントローラ４、操作レバー２３、及び各種センサ等は実施例１と同様とする。また、コントローラ４によるバイパス制御弁の開閉制御も実施例１と同様に行える構成としている。
【００４８】
入口部４２には、前記排気管９を介して導入された排気ガス１０を導く入口管５６が配置されている。該入口管５６は、入口部４２を略鉛直方向に挿通しており、一端には排気管９と接続するための開口部が設けられており、他端を封止している。入口管５６の円筒側壁には多数の小孔５６ａが設けてある。排気ガス１０は、この小孔５６ａを介して入口部４２内へ入るようになっている。
【００４９】
前記バイパス制御弁５９は、バルブ５９ａを有しており、該バルブ５９ａの一端は、アクチュエータの一例である電動アクチュエータ５８のシリンダロットの一端に固定されており、該電動アクチュエータ５８は制御手段であるコントローラ４に接続されている。前記バルブ５９ａを電動アクチュエータ５８を駆動することによりパイパス通路４８から出口管５４へと至る流路面積を変更可能としている。電動アクチュエータ５８はモーターまたはソレノイド等より構成できる。
また、実施例２と同様に排気ガス１０がパティキュレートフィルタ１の外周部に面するバイパス通路４８を流れることで、バイパス制御弁５９の開閉に関わらずパティキュレートフィルタ１の周囲を常に温められる構成となっている。
【００５０】
このような構成において、前記バイパス制御弁５９が閉じた場合は、排気ガス１０が入口管５６から小孔５６ａを介して入口部４２へと導入され、該入口部４２から酸化触媒３２内を通過して、続いて酸化触媒３２の後段のパティキュレートフィルタ１を通過して出口管５４に入り、該出口管５４から排出される。一方、前記バイパス制御弁５９を開けた場合、排気ガス１０が入口管５６から小孔５６ａを介して入口部４２へと導入され、該入口部４２から酸化触媒３２内を通過する。続いて排気ガス１０は酸化触媒３２の後段にあるパティキュレートフィルタ１の通気抵抗のため、該フィルタ１内にはほとんど入らずに、該酸化触媒３２の後部からバイパス通路４８へと流れて、主にバイパス通路４８を通ってパティキュレートフィルタ格納部４６内の出口管５４へと導入され、該出口管５４から排出される。
また、前記バイパス制御弁５９のコントローラ４による開閉制御については実施例１で示した図７に示すパイパス通路の開閉の制御フローに従い、同様にして行うことができる。こうして、コントローラ４によりバイパス制御弁５９の開閉を制御することで排気ガス１０がパティキュレートフィルタ１をパイパスするように構成している。
【００５１】
このように、酸化触媒３２を前段に配置し、後段にパティキュレートフィルタ１を配置したディーゼルエンジン用黒煙浄化装置において、前記バイパス通路４８が酸化触媒３２の後から排気ガス１０をバイパスさせることにより、少なくとも酸化触媒３２を通すことでＨＣ成分を少しでも除去することが可能となり、ＰＭを減少することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】産業用エンジンの回転−トルク線図上に自己再生可能域を検討した例を示す図。
【図２】ゾーン規制例を示す図。
【図３】ゾーン規制領域・再生可能領域及び再生不可領域を示す図。
【図４】本発明に係るディーゼルエンジン用黒煙浄化装置を示す概略図。
【図５】実施例２におけるディーゼルエンジン用黒煙浄化装置を示す概略図。
【図６】実施例３におけるディーゼルエンジン用黒煙浄化装置を示す概略図。
【図７】パイパス通路の開閉の制御フローを示す図。
【図８】制御手段を示すブロック図。
【図９】バイパス通路の開閉のヒステリシスつき制御フローを示す図。
【符号の説明】
【００５３】
１    パティキュレートフィルタ
４    コントローラ
５    エンジン
６    バイパス管
１０  排気ガス
１１・５９  バイパス制御弁
１８  油圧シリンダ
１９  排気ガス温度センサ
２０・４０・６０  黒煙浄化装置
２１  エンジン回転数センサ
２８・４８  バイパス通路
２９  バイメタル弁
３２  酸化触媒
５８  電動アクチュエータ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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