(57)【要約】【課題】フィルタの再生を無駄なく行うことのできる排気浄化装置を提供すること。【解決手段】本発明による排気浄化装置は、内燃機関１２からの排ガス中の粒子状物質を捕集するフィルタ１８と、フィルタの入口側圧力を検出する圧力検出手段３４と、フィルタ内の粒子状物質を燃焼するための加熱手段２８と、フィルタ内に再生用ガスを供給する供給手段４２，４４と、加熱手段及び供給手段を制御する制御手段３０とを備え、制御手段は、フィルタの再生中、圧力検出手段による検出結果からフィルタの入口側圧力のピークを検知し、当該ピークが生じた時点から所定時間経過するまでフィルタの再生を継続するよう加熱手段及び供給手段を制御するようになっていることを特徴とする。当該ピークは粒子状物質の大半を燃焼した時点とみなすことができるので、これを基準とすることで、燃焼を過不足なく行うことができる。【選択図】  図１
2004360493.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気系に設けられる排気浄化装置において、
排ガス中の粒子状物質を捕集するフィルタと、
前記フィルタの入口側圧力を検出する圧力検出手段と、
前記フィルタに捕集された粒子状物質を燃焼するための加熱手段と、
前記フィルタ内に再生用ガスを供給する再生用ガス供給手段と、
前記加熱手段及び前記再生用ガス供給手段を制御する制御手段と
を備え、
前記制御手段は、前記フィルタの再生中、前記圧力検出手段による検出結果から前記フィルタの入口側圧力のピークを検知し、当該ピークが生じた時点から所定時間経過するまで前記フィルタの再生を継続するよう前記加熱手段を制御することを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関に設けられる排気浄化装置に関し、特に、ディーゼル機関により排出される排ガスを浄化するための排気浄化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、ディーゼル機関からの排ガス中には粒子状物質、いわゆるディーゼルパティキュレート（Ｄｉｅｓｅｌ  Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ）が多く含まれているため、ディーゼル機関の排気系には通常、ディーゼルパティキュレートフィルタと称されるフィルタを備える排気浄化装置が設けられている。
【０００３】
このフィルタは、ディーゼル機関の使用に伴ってその内部に粒子状物質が蓄積し、次第に通気性が低下する。このため、適時、例えば車両の運転を行っていない時等に、フィルタの内部に蓄積した粒子状物質を除去する再生作業を行うこととしている。
【０００４】
従来一般のフィルタ再生方法は、下記の特許文献１等に記載されているように、フィルタに隣接して配置された電気ヒータに通電し、フィルタを加熱すると共に、ブロワを駆動して再生用ガス（空気）をフィルタに供給して粒子状物質を燃焼除去するというものである。また、従来においては、フィルタ内の粒子状物質の蓄積量を、フィルタの入口側圧力に基づいて検出し、その検出した蓄積量に応じて、例えば７０ｇ未満は再生時間（すなわち、電気ヒータ通電時間）を５０分、７０ｇ以上の場合は再生時間を７０分とし、再生を行っていた。
【０００５】
【特許文献１】
特開平５−７９３１８号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述したような従来の再生方法では、所定範囲内の蓄積量の粒子状物質に対する再生時間は一定となっているため、フィルタ内の粒子状物質が少量の場合等、完全に燃焼した後も無駄に再生が続けられることがある。この間、電気ヒータやブロワ等の制御が行われるため、無用なバッテリ消費が生じ、また、ディーゼル機関を搭載する機台を使用することができないという問題がある。
【０００７】
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、フィルタの再生を無駄なく行うことのできる排気浄化装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明者は種々検討した結果、フィルタの入口側圧力は再生を開始すると、上昇するが、或る時点から下降に急激に転じることを見出した。そして、この現象は、フィルタにより捕集された粒子状物質の燃焼が概ね完了しているためであり、以降は残存している粒子状物質を燃焼させるに適した所定時間だけ再生を継続すればよいと考えた。
【０００９】
本発明はかかる知見に基づいており、内燃機関の排気系に設けられる排気浄化装置において、排ガス中の粒子状物質を捕集するフィルタと、フィルタの入口側圧力を検出する圧力検出手段と、フィルタに捕集された粒子状物質を燃焼するための加熱手段と、フィルタ内に再生用ガスを供給する再生用ガス供給手段と、加熱手段及び再生用ガス供給手段を制御する制御手段とを備え、制御手段は、フィルタの再生中、圧力検出手段による検出結果からフィルタの入口側圧力のピークを検知し、当該ピークが生じた時点から所定時間経過するまでフィルタの再生を継続するよう加熱手段を制御するようになっていることを特徴としている。
【００１０】
なお、フィルタの入口側圧力のピーク時点から再生を継続する前記所定時間は、フィルタの再生開始時点におけるフィルタ内の粒子状物質の蓄積量に応じて定めることができる。そこで、制御手段は、フィルタの再生開始時点において、圧力検出手段による検出結果からフィルタ内の粒子状物質の蓄積量を認識し、この蓄積量から再生を継続する前記所定時間を選定することが有効である。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。
【００１２】
図１は、本発明による排気浄化装置の一実施形態を示す概略説明図である。図１に示すように、本実施形態の排気浄化装置１０は、フォークリフト等に用いられるディーゼル機関１２の排気系に設けられている。
【００１３】
この排気浄化装置１０は、ディーゼル機関１２の排気管１４の途中に介設された略円筒形のフィルタケース１６を備えており、フィルタケース１６の内部には、ディーゼルパティキュレートの捕集が可能なフィルタ１８が設けられている。
【００１４】
また、フィルタケース１６の内部には、ディーゼル機関１２側、すなわち入口側となるフィルタ１８の端部に隣接して電気ヒータ（加熱手段）２０が配設されている。電気ヒータ２０は、ヒータリレー２２を介してカプラ２４に電気的に接続されている。カプラ２４は、フォークリフト等の機台２６に固定されており、外部電源（図示しない）に接続される電源ケーブル２８の一端が脱着可能に接続されるようになっている。ヒータリレー２２は、制御手段であるＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ；マイクロコンピュータの一種）３０からの信号により開閉制御される。また、電気ヒータ２０の温度を検出するための温度検出手段として、温度センサ３２がフィルタケース１６内に設けられており、この温度センサ３２の出力信号はＥＣＵ３０に入力される。
【００１５】
更に、フィルタケース１６には、フィルタ１８の入口側圧力を検出するために、圧力センサ（圧力検出手段）３４が導圧管３６を介して接続されている。圧力センサ３４の出力信号もＥＣＵ３０に入力される。なお、導圧管３６にフィルタケース１６から粒子状物質が流入し圧力センサ３４に影響を与えるおそれがあるので、導圧管３６にはインラインフィルタ３８を介設し、圧力センサ３４を粒子状物質から保護することが好ましい。
【００１６】
本実施形態による排気浄化装置１０はまた、ディーゼル機関１２とフィルタケース１６との間の排気管１４に接続された空気供給管４０を備えている。空気供給管４０は、フィルタ１８内の粒子状物質の燃焼を促進させる再生用ガスとしての空気を排気管１４を通してフィルタケース１６内に供給するためのものであり、空気を送り込むためのブロワ（再生用ガス供給手段）４２が取り付けられている。また、この空気供給管４０には、ブロワ４２から圧送される空気の流量を制御するためのバルブ（再生用ガス供給手段）４４が取り付けられている。ブロワ４２及びバルブ４４はＥＣＵ３０からの制御信号によりその動作が制御されるようになっている。更に、空気供給管４０には、フィルタケース１６への空気供給流量を検出するための手段として流量センサ４６が設けられており、その出力信号はＥＣＵ３０に入力される。なお、空気供給管４０は、空気を清浄化するためのエアクリーナ４８が取り付けられていることが好ましい。
【００１７】
ＥＣＵ３０には更に、再生を開始するための再生スイッチ５０、及び、ディーゼル機関１２の出力軸の回転数を検出する回転センサ５２が接続されている。また、ＥＣＵ３０には警告ブザー５４やディスプレイ５６が接続されており、後述するように適宜、粒子状物質の捕集状況や再生状況を出力できるようになっている。
【００１８】
次に、上述したような構成において、本発明による排気浄化装置１０の作用について、再生時にＥＣＵ３０で実行されるプログラムのフローチャートである図２も参照して説明する。
【００１９】
まず、ディーゼル機関１２が駆動されている状態では、バルブ４４は閉じられており、ディーゼル機関１２から排出される排ガスは排気管１４からフィルタケース１６内に流れ、排ガス中に含まれている粒子状物質はフィルタ１８により捕集される。フィルタ１８で粒子状物質が捕集され次第に蓄積していくと、フィルタ１８はいわゆる目詰まりの状態となっていき、排ガスの通過に抵抗がかかり、フィルタ１８の入口側圧力が増加していく。ディーゼル機関１２の出力軸の回転数が所定値一定であり、排気管１４内の排ガスの流量が一定である場合には、フィルタ１８の入口側圧力はフィルタ１８内の粒子状物質の蓄積量と一定の関係を有するため、ＥＣＵ３０は、回転センサ５２からの信号、及び、圧力センサ３４からの信号に基づいて、粒子状物質の蓄積量を求める。その結果、ＥＣＵ３０は粒子状物質の蓄積量が所定値以上となっていることを検知したならば、適宜、警告ブザー５４やディスプレイ５６によりその状態を示し、フィルタ再生の実施を促す。
【００２０】
再生作業は、ディーゼル機関１２を停止した状態で行い、カプラ２４に電源ケーブル２８の一端を接続し、他端のプラグ５８を外部電源に接続する。そして、再生開始スイッチ５０を投入すると、ＥＣＵ３０は、バルブ４４を開くと共にブロワ４２を回転駆動し、再生用ガスとしての空気を空気供給管４０から排気管１４を通して、フィルタケース１６内に供給する。また、ＥＣＵ３０は、空気供給管４０を流れる空気の流量が所定値一定となるように、流量センサ４６からの信号に応じてバルブ４４の開度制御又はブロワ４２の出力制御、或いは、その両方を行う（図２のステップ１００）。
【００２１】
次いで、空気供給管４０内の空気流量が安定したならば、ＥＣＵ３０はその時点のフィルタ１８の入力側圧力を圧力センサ３４からの検出信号によって読み取る。そして、その圧力値を再生開始時点の圧力Ｐ０とする共に、圧力Ｐ０から再生開始時点の粒子状物質の蓄積量を求め、これらをＥＣＵ３０のメモリに記憶させる（ステップ１０２）
この後、ＥＣＵ３０はヒータリレー２２を閉じ、電気ヒータ２０に通電する。そして、温度センサ３２からの信号に基づいて、電気ヒータ２０による温度が所定値一定となるように、ヒータリレー２２を開閉制御する（ステップ１０４）。
【００２２】
電気ヒータ２０による加熱温度が安定したならば、一定時間毎、例えば１秒毎に、圧力センサ３４からの信号によりフィルタの入力側圧力を検出して、この圧力Ｐと前記の再生開始時点の圧力Ｐ０との差圧ΔＰ（＝Ｐ−Ｐ０）を算出する（ステップ１０８，１１０）。そして、算出した差圧ΔＰをΔＰ２とし、前回算出した差圧ΔＰ１との差ΔＰ２−ΔＰ１を求める（ステップ１１０，１１２）。なお、１回目の圧力Ｐの検出時においては、ΔＰ１は「０」に設定されている（ステップ１０６）。
【００２３】
ここで、再生時間と、差圧ΔＰ及び差圧差ΔＰ２−ΔＰ１との関係を示すグラフである図３を参照する。図３に示すように、差圧ΔＰは再生が進むにつれて急激に上昇を始める。これは、フィルタ１８内の粒子状物質の燃焼が進むと、燃焼の温度上昇によってフィルタケース１６内のガスが熱膨張により増加し、フィルタ１８の入口側圧力も上昇するからである。粒子状物質の燃焼が進行すると、やがて差圧ΔＰの上昇が緩やかになり、突然、差圧ΔＰが急激に下がり出す。差圧ΔＰが急激に降下するのは、フィルタ１８内の粒子状物質の大部分が燃焼により除去され、燃焼熱が低減してフィルタケース１６内の温度が下がって圧力が減じるからと考えられる。差圧ΔＰが減じ始めた時点は、差圧差ΔＰ２−ΔＰ１がマイナスに転じた時点である。
【００２４】
前述したように、差圧ΔＰ、すなわちフィルタ１８の入口側圧力がピークとなった時点が燃焼のピークとして捉えることができるが、フィルタ１８内の粒子状物質が完全に燃焼したわけではなく、僅かに残存している。この残存量は、再生開始前の粒子状物質の蓄積量に応じた値となっていることが実験等を通して分かっている。更に、残存している粒子状物質の量に基づいて、フィルタ１８の入口側圧力のピーク後、完全燃焼するまでの時間（付加燃焼時間）も実験等から求めることができる。例えば、初期の蓄積量が少ないほど、圧力のピークから完全燃焼までの付加燃焼時間は短くなる。以上を踏まえて、ＥＣＵ３０のメモリには、予め、再生開始時点の粒子状物質の蓄積量と、フィルタ１８の入口側圧力のピークからの付加燃焼時間との関係がマップとして記憶されている。
【００２５】
図２に戻り、作用の説明を続けると、ＥＣＵ３０は、差圧差ΔＰ２−ΔＰ１がマイナスに転じたならば、フィルタ１８の入口側圧力にピークがあったものと判断する（ステップ１１２）。この場合、差圧差ΔＰ２−ΔＰ１がマイナスであり且つその絶対値が例えば１０ｍｍＨｇ以上であり、更に、この状態を好ましくは２度検出した場合に、燃焼のピークがあったものと認定することが望ましい。これは、突発的に発生するマイナスの差圧差を排除するためである。
【００２６】
なお、差圧差ΔＰ２−ΔＰ１が上記条件を満たさない場合には、ステップ１１４にてΔＰ２をΔＰ１に更新して、ステップ１０８に戻る。
【００２７】
斯くしてフィルタ１８の入口側圧力のピークが生じたと判断したならば、ＥＣＵ３０は、ステップ１０２で記憶された粒子状物質の蓄積量と前記マップとから付加燃焼時間を決定し（ステップ１１６）、電気ヒータ２０への通電を続けると共に、ブロワ４２を回転駆動して空気の供給を続ける（ステップ１１８）。
【００２８】
付加燃焼時間が経過したならば、ＥＣＵ３０は、ヒータリレー２２を開いて電気ヒータ２０への通電を停止すると共に、ブロワ４２を停止し、バルブ４４を閉じる（ステップ１２０）。この後、適宜、再生が終了したことを警告ブザー５４やディスプレイ５６により作業者に知らしめ、電源ケーブル２８を取り外して再生作業が完了する。
【００２９】
このような制御方式によりフィルタ１８の再生を行った場合、フィルタ１８の入口側圧力のピークを検出し、その後、所定の完全燃焼までの付加燃焼時間だけ再生を継続するので、粒子状物質の燃焼を過不足なく行うことができる。
【００３０】
以上、本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されないことは言うまでもない。
【００３１】
例えば、フィルタの入口側圧力のピークを検出するための手法は上記実施形態のものに限られず、種々考えられる。
【００３２】
また、本発明による排気浄化装置はディーゼル期間に限られず、ガソリン機関等の他の内燃機関にも適用可能である。
【００３３】
更に、上記実施形態では、空気等の再生用ガスを供給する再生用ガス供給手段はブロワ４２及びバルブ４４を含むものであるが、ブロワが一定の流量で空気を吐出することができるならば、バルブ４４の流量調整機能は不要である。
【００３４】
更にまた、ＥＣＵ３０はヒータリレー２２を介して電気ヒータ２０を制御しているが、温度調整機能を有する電気ヒータのような加熱手段をＥＣＵ３０が直接制御することもできる。
【００３５】
また、上記実施形態では、ステップ１２０においてヒータリレー２２を開く動作と、バルブ４４を閉じる動作と、ブロワ４２を停止する動作を同時に行っていたが、例えばフィルタ１８の冷却を行う等の目的により、ヒータリレー２２を開いてから一定時間は、バルブ４４を閉じず、ブロワ４２も停止せずに空気をフィルタ１８に流しておき、一定時間が経過した後にバルブ４４を閉じ、ブロワ４２を停止するようにしてもよい。
【００３６】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、再生時にフィルタに蓄積した粒子状物質を完全に燃焼除去することができる一方、無駄な燃焼も行う必要がない。従って、再生時に電気ヒータやブロワ、バルブ等の制御に要するバッテリ消費電力を必要最小限のものとすることができ、無駄なバッテリ消費を防止することができる。また、再生時間を減らすことになるため、機台の稼働時間を延長させることともなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による排気浄化装置の一実施形態を示す概略説明図である。
【図２】図１の排気浄化装置におけるＥＣＵで実行されるプログラムのフローチャートである。
【図３】再生時間と、フィルタの入力側圧力の差圧（ΔＰ）及び差圧差（ΔＰ２−ΔＰ１）との関係を示すグラフ。
【符号の説明】
１０…排気浄化装置、１２…ディーゼル機関（内燃機関）、１４…排気管、１６…フィルタケース、１８…フィルタ、２０…電気ヒータ（加熱手段）、２２…ヒータリレー、３０…ＥＣＵ（制御手段）、３２…温度センサ、３４…圧力センサ（圧力検出手段）、４２…ブロワ（再生用ガス供給手段）、４４…バルブ（再生用ガス供給手段）。
【図１】
2004360493.tif 000003
【図２】
2004360493.tif 000004
【図３】
2004360493.tif 000005