(57)【要約】【課題】パティキュレートフィルタにパティキュレートが異常に堆積することはなく、異常燃焼によるパティキュレートフィルタの破損、溶損を未然に防止することができるディーゼルエンジンの排気浄化装置を提供する。【解決手段】触媒を担持したパティキュレートフィルタにパティキュレートが所定量以上堆積し、しかも排気ガス温度が所定温度以下の場合にはパティキュレートフィルタの排気下流側から圧縮空気をパティキュレートフィルタ内に導入してパティキュレートフィルタに堆積したパティキュレートを除去し、この除去されたパティキュレートを焼却する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンの排気通路に配置され触媒が担持されたパティキュレートフィルタと、該パティキュレートフィルタの排気上流側に設けられた排気流入室と、該パティキュレートフィルタの排気下流側に設けられた空気導入室と、該空気導入室に高圧空気を供給する空気供給手段と、該排気流入室の底部に形成されたパティキュレート焼却室と、該パティキュレート焼却室に配設された加熱燃焼手段と、を具備するディーゼルエンジンの排気浄化装置において、
該排気流入室に流入する排気ガスの温度を検出する排気ガス温度検出手段と、
該パティキュレートフィルタに堆積されたパティキュレートの堆積量を検出するパティキュレート堆積量検出手段と、
該排気ガス温度検出手段および該パティキュレート堆積量検出手段からの検出信号に基づいて該空気供給手段および該加熱燃焼手段を制御する制御手段とを具備し、
該制御手段は、パティキュレート堆積量検出手段によって検出されたパティキュレートの堆積量が所定量以上で、該排気ガス温度検出手段によって検出された排気ガス温度が所定温度以下の場合には、該空気供給手段および該加熱燃焼手段を作動せしめる、
ことを特徴とするディーゼルエンジンの排気浄化装置。
【請求項２】
該パティキュレート焼却室には、吸引手段が接続されている、請求項１記載のディーゼルエンジンの排気浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はディーゼルエンジンの排気ガス中に含まれるパティキュレートを除去するための排気浄化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
最近の内燃機関、特にディーゼルエンジンの排気ガスに対する規制は年々強化されており、  特にカーボンを主成分とするパティキュレート（ＰＭ）の低減が急務となっている。このパティキュレートを排気ガスから除去する装置としてディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）が知られており、ディーゼルエンジンを搭載した車両にディーゼルパティキュレートフィルタを装備させることを義務づける動きも本格化してきている。
【０００３】
ところで、ディーゼルエンジンを搭載した車両に装備されるディーゼルパティキュレートフィルタには、エンジンが繰り返し運転されることによって捕集したパティキュレートが堆積するため、捕集したパティキュレートを燃焼してディーゼルパティキュレートフィルタを再生させる必要がある。この再生の手段としては、電気ヒータやバーナ等で加熱してパティキュレートを燃焼させる方式が知られている。しかしながらこの方式においては、捕集したパティキュレートの量が多くなると燃焼温度が高温となり、コーデイライトや炭化珪素等によって形成されたフィルタが損傷や溶損するという問題がある。
【０００４】
上述した問題を解消するために、パティキュレートフィルタの排気下流側から圧縮空気をパティキュレートフィルタ内に導入してパティキュレートフィルタに堆積したパティキュレートを除去し、この除去されたパティキュレートをパティキュレート焼却室に集めてヒータ等によって焼却するようにした所謂逆洗浄方式が提案されている。この所謂逆洗浄方式においては、パティキュレートフィルタの排気上流側と排気下流側の排気ガス圧力を測定し、この圧力差が所定値を越えたらパティキュレートフィルタに所定量のパティキュレートが堆積したものと判断して、上記圧縮空気を導入するとともに上記ヒータを作動するようにしている。（例えば、特許文献１参照。）
【０００５】
【特許文献１】
特公平７−８４８４６号公報
【０００６】
上記公報に開示された排気浄化装置は、パティキュレートフィルタが排気ガス中のパティキュレートフィルタを捕集することにより、排気上流側と排気下流側の排気ガス圧力差が所定量に達したら、その都度圧縮空気を導入するとともにヒータを作動するので、その作動を頻繁に行わなければならない。
【０００７】
一方、近年においてはディーゼルエンジンの排気浄化装置として、ディーゼルパティキュレートフィルタに触媒を担持し、パティキュレートフィルタに捕集されたパティキュレートを排気ガスの温度によって連続して燃焼させる提案がなされている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
而して、触媒を担持したパティキュレートフィルタを用いてもパティキュレートを排気ガス温度によって触媒上で連続的に燃焼させることは困難である。即ち、パティキュレートフィルタに担持された触媒は所定温度（例えば、３５０°Ｃ）以下ではパティキュレートを燃焼させることができず、従って排気ガス温度が低い運転領域ではパティキュレートがパティキュレートフィルタに堆積することになる。パティキュレートフィルタにパティキュレートがが堆積すると、通気抵抗が増大して燃料消費率が悪化する原因となる。
【０００９】
本発明は以上の点に鑑みなされたものであり、その主たる技術的課題は、あらゆる運転条件下においてもパティキュレートフィルタにパティキュレートが異常に堆積することはなく、異常燃焼によるパティキュレートフィルタの破損、溶損を未然に防止することができるディーゼルエンジンの排気浄化装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記技術的課題を解決するために、触媒を担持したパティキュレートフィルタにパティキュレートが所定量以上堆積し、しかも排気ガス温度が所定温度以下の場合にはパティキュレートフィルタの排気下流側から圧縮空気をパティキュレートフィルタ内に導入してパティキュレートフィルタに堆積したパティキュレートを除去し、この除去されたパティキュレートを焼却するディーゼルエンジンの排気浄化装置を提供する。
【００１１】
即ち、本発明によれば、エンジンの排気通路に配置され触媒が担持されたパティキュレートフィルタと、該パティキュレートフィルタの排気上流側に設けられた排気流入室と、該パティキュレートフィルタの排気下流側に設けられた空気導入室と、該空気導入室に高圧空気を供給する空気供給手段と、該排気流入室の底部に形成されたパティキュレート焼却室と、該パティキュレート焼却室に配設された加熱燃焼手段と、を具備するディーゼルエンジンの排気浄化装置において、
該排気流入室に流入する排気ガスの温度を検出する排気ガス温度検出手段と、
該パティキュレートフィルタに堆積されたパティキュレートの堆積量を検出するパティキュレート堆積量検出手段と、
該排気ガス温度検出手段および該パティキュレート堆積量検出手段からの検出信号に基づいて該空気供給手段および該加熱燃焼手段を制御する制御手段とを具備し、
該制御手段は、パティキュレート堆積量検出手段によって検出されたパティキュレートの堆積量が所定値以上で、該排気ガス温度検出手段によって検出された排気ガス温度が所定温度以下の場合には、該空気供給手段および該加熱燃焼手段を作動せしめる、
ことを特徴とするディーゼルエンジンの排気浄化装置が提供される。
【００１２】
上記パティキュレート焼却室には、吸引手段が接続されていることが望ましい。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に従って構成されたディーゼルエンジンの排気浄化装置の好適実施形態を図示している添付図面を参照して、更に詳細に説明する。
図１には本発明に従って構成されたディーゼルエンジンの排気浄化装置の一実施形態が示されている。図示の実施形態における排気浄化装置は、ディーゼルエンジンの排気マニホールド（図示せず）に接続された排気通路２ａと２ｂ間に配設されたパティキュレートフィルタ３を具備している。このパティキュレートフィルタ３は、例えば多孔質のコーディエライトや炭化珪素等によって形成された所謂ウォールスルー型或いはフルースルー型のハニカムフィルタによって形成されており、その表面には活性アルミナ等をコートしてウォッシュコート層を形成し、このコート層に触媒が担持されている。触媒としては、アルカリ金属化合物或いはアルカリ土類金属化合物、白金、ニッケル、コバルト、ルテニュウム、ロジュウム、パラジウム等を用いることができる。
【００１４】
上述したパティキュレートフィルタ３の排気上流側、即ち図示しない排気マニホールドに接続される一方の排気通路２ａ側には、排気流入室４が設けられている。この排気流入室４ａの底部には、パティキュレート焼却手段５が配設されている。パティキュレート焼却手段５は、排気流入室４ａの底部に形成されたパティキュレート焼却室５１と、該パティキュレート焼却室５１に配設された耐熱材からなるフィルタ５２と、該フィルタ５２の上側に配設された加熱燃焼手段としてのシースヒータ５３（ＨＴ）とからなっている。なお、シースヒータ５３（ＨＴ）は、後述する制御手段によってその作動が制御される。
【００１５】
上記パティキュレート焼却手段５には、吸引手段６が接続されている。この吸引手段６は、パティキュレート焼却手段５のフィルタ５２より下流側に一端が接続された吸引管６１と、該吸引管６１の他端に接続して配設されたバキュームポンプ６２（ＶＰ）と、吸引管６１中に配設された切替え弁６３（Ｖ１）とからなっている。この切替え弁６３（Ｖ１）は、吸引管６１の通路を開閉する弁と該弁を作動するアクチュエータとからなっている。なお、切替え弁６３（Ｖ１）およびバキュームポンプ６２（ＶＰ）は、後述する制御手段によってその作動が制御される。
【００１６】
上記パティキュレートフィルタ３の排気下流側、即ち他方の排気通路２ｂ側には、空気導入室４ｂが設けられている。この空気導入室４ｂには、空気供給手段７が接続されている。空気供給手段７は、空気導入室４ｂに開口して配設された空気噴出ノズル７１と、該空気噴出ノズル７１に一端が接続された空気供給管７２と、該空気供給管７２の他端に接続して配設された高圧エアポンプ７３（ＰＰ）と、空気供給管７２中に配設された切替え弁７４（Ｖ２）とからなっている。この切替え弁７４（Ｖ２）は、上記切替え弁６３（Ｖ１）と同様に空気供給管７２の通路を開閉する弁と該弁を作動するアクチュエータとからなっている。なお、切替え弁７４（Ｖ２）および高圧エアポンプ７３（ＰＰ）は、後述する制御手段によってその作動が制御される。
【００１７】
図示の実施形態における排気浄化装置は、上記排気流入室４に流入する排気ガスの温度を検出するための排気ガス温度検出手段としての熱電対８（ＨＳ）と、排気流入室４ａおよび空気導入室４ｂの圧力を検出するための圧力検出センサー９ａ（ＰＳ１）、９ｂ（ＰＳ２）と具備している。この圧力検出センサー９ａ（ＰＳ１）、９ｂ（ＰＳ２）は、パティキュレートフィルタ３に堆積されたパティキュレートの堆積量を検出するパティキュレート堆積量検出手段として機能する。また、図示の実施形態における排気浄化装置は、上記シースヒータ５３（ＨＴ）、バキュームポンプ６２（ＶＰ）および切替え弁６３（Ｖ１）、高圧エアポンプ７３（ＰＰ）および切替え弁７４（Ｖ２）等の作動を制御する制御手段１０を具備している。制御手段１０はマイクロコンピュータによって構成されており、制御プログラムに従って演算処理する中央処理装置（ＣＰＵ）と、制御プログラム等を格納するリードオンリメモリ（ＲＯＭ）と、演算結果等を格納する読み書き可能なランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）と、タイマー等を備えている。この制御手段１０は、上記熱電対８（ＨＳ）および圧力検出センサー９ａ（ＰＳ１）、９ｂ（ＰＳ２）等からの検出信号入力し、上記シースヒータ５３（ＨＴ）、バキュームポンプ６２（ＶＰ）および切替え弁６３（Ｖ１）、高圧エアポンプ７３（ＰＰ）および切替え弁７４（Ｖ２）等に制御信号を出力する。
【００１８】
図示の実施形態における排気浄化装置は以上のように構成されており、以下その作動について説明する。
ディーゼルエンジンの排気マニホールド（図示せず）に排出された排気ガスは、一方の排気通路２ａを通って排気流入室４ａに流入する。排気流入室４ａに流入した排気ガスは、パティキュレートフィルタ３を通って空気導入室４ｂから排気通路２ｂに排出される。このようにして排気ガスがパティキュレートフィルタ３を通過する際に、排気ガス中に含まれているカーボンを主成分とするパティキュレートがパティキュレートフィルタ３に捕集される。パティキュレートフィルタ３には上述したように触媒が担持されているので、捕集したパティキュレートを燃焼する。しかるに、触媒によるパティキュレートの燃焼は、排気ガスの温度によって左右される。即ち、触媒は、排気ガス温度が例えば３５０°Ｃより高い状態ではパティキュレートを連続して燃焼させることができるが、排気ガス温度が３５０°Ｃ以下になるとパティキュレートを燃焼させることができない。従って、排気ガス温度が３５０°Ｃ以下の状態で運転が継続すると、パティキュレートフィルタ３にパティキュレートが堆積されていくことになる。
【００１９】
次に、パティキュレートフィルタ３に堆積したパティキュレートを焼却するための上記パティキュレート焼却手段５と吸引手段６および空気供給手段７の作動について、図２に示すフローチャートをも参照して説明する。
制御手段１０は、ステップＳ１において圧力検出センサー９ａ（ＰＳ１）と９ｂ（ＰＳ２）によって検出された圧力信号にもとづいて、パティキュレートフィルタ３の排気上流側の排気ガス圧（Ｐａ）とパティキュレートフィルタ３の排気下流側の排気ガス圧（Ｐｂ）との圧力差（Ｐａ−Ｐｂ）が所定の圧力差（Ｐ１）以上（（Ｐａ−Ｐｂ）≧Ｐ１）か否かを判断する。所定の圧力差（Ｐ１）は、例えばパティキュレートフィルタ３に堆積されているパティキュレート量が５ｇ／リットルの状態における排気上流側の排気ガス圧（Ｐａ）と排気下流側の排気ガス圧（Ｐｂ）との圧力差である。ステップＳ１において上記圧力差（Ｐａ−Ｐｂ）が所定の圧力差（Ｐ１）より低い場合には、制御手段１０はパティキュレートフィルタ３に堆積されているパティキュレートが所定量より少ないと判断し、ステップＳ２に進んで高圧エアポンプ７３（ＰＰ）および切替え弁７４（Ｖ２）、バキュームポンプ６２（ＶＰ）および切替え弁６３（Ｖ１）、シースヒータ５３（ＨＴ）をそれぞれＯＦＦして終了する。従って、空気供給手段７と吸引手段６およびパティキュレート焼却手段５は作動しない。
【００２０】
上記ステップＳ１において上記圧力差（Ｐａ−Ｐｂ）が所定の圧力差（Ｐ１）以上の場合には、制御手段１０はパティキュレートフィルタ３に堆積されたパティキュレートの堆積量が所定量以上に達したと判断し、ステップＳ３に進んで熱電対８（ＨＳ）によって検出された排気ガス温度（Ｔ０）が所定の温度（Ｔ１）（例えば、３５０°Ｃ）以下か否かをチェックする。排気ガス温度（Ｔ０）が所定温度（Ｔ１）より高い場合には、制御手段１０はパティキュレートフィルタ３に堆積されたパティキュレートを燃焼させることができる状態であると判断し、上記ステップＳ２に進んで高圧エアポンプ７３（ＰＰ）および切替え弁７４（Ｖ２）、バキュームポンプ６２（ＶＰ）および切替え弁６３（Ｖ１）、シースヒータ５３（ＨＴ）をそれぞれＯＦＦして終了する。従って、空気供給手段７と吸引手段６およびパティキュレート焼却手段５は作動しない。
【００２１】
上記ステップＳ３において排気ガス温度（Ｔ０）が所定温度（Ｔ１）以下の場合には、制御手段１０はパティキュレートフィルタ３に堆積されたパティキュレートを燃焼させることができず更にパティキュレートが堆積していく状態であると判断し、ステップＳ４に進んで高圧エアポンプ７３（ＰＰ）をＯＮして作動するとともに、切替え弁７４（Ｖ２）を付勢（ＯＮ）して開路し気供給手段７を作動する。また、バキュームポンプ６２（ＶＰ）を付勢（ＯＮ）して作動するとともに、切替え弁６３（Ｖ１）を付勢（ＯＮ）して開路し吸引手段６を作動する。そして、パティキュレート焼却手段５を構成するシースヒータ５３（ＨＴ）を付勢（ＯＮ）して加熱する。空気供給手段７の高圧エアポンプ７３（ＰＰ）が作動し切替え弁７４（Ｖ２）が開路せしめられると、高圧エアポンプ７３（ＰＰ）によって生成された高圧空気（所謂逆洗空気）が空気供給管７２を通して空気噴出ノズル７１から空気導入室４ｂに噴出される。空気導入室４ｂに噴出された高圧空気は、排気ガスと逆方向にパティキュレートフィルタ３を通って排気流入室４ａに流れる。このとき、吸引手段６のバキュームポンプ６２（ＶＰ）が作動し切替え弁６３（Ｖ１）が開路しているので、排気流入室４ａに流入した高圧空気はバキュームポンプ６２（ＶＰ）によって吸引される。このようにして、空気導入室４ｂに噴出された高圧空気がパティキュレートフィルタ３を通過することにより、パティキュレートフィルタ３に堆積されたパティキュレートは除去され、自重によって排気流入室４ａを通ってパティキュレート焼却室５１に落下し、フィルタ５２上に堆積する。フィルタ５２上に堆積したパティキュレートは、シースヒータ５３（ＨＴ）が付勢（ＯＮ）され加熱されているので焼却される。なお、空気噴出ノズル７１から空気導入室４ｂに噴出される高圧空気は、パルス状に噴出するのがパティキュレートフィルタ３に堆積されたパティキュレートを除去するのに効果的である。
【００２２】
以上のように図示の実施形態における排気域浄化装置によれば、排気ガス温度（Ｔ０）が所定温度（Ｔ１）より高い場合には触媒が担持されたパティキュレートフィルタ３に堆積しているパティキュレートは排気ガス温度によって燃焼せしめられ、排気ガス温度（Ｔ０）が所定温度（Ｔ１）以下でパティキュレートフィルタ３に堆積しているパティキュレートが所定量以上の場合には所謂逆洗空気が噴出されてパティキュレートフィルタ３に堆積しているパティキュレートが除去され、この除去されたパティキュレートはパティキュレート焼却室５１においてシースヒータ５３（ＨＴ）によって焼却される。従って、あらゆる運転条件下においてもパティキュレートフィルタ３にパティキュレートが異常に堆積することはなく、異常燃焼によるパティキュレートフィルタ３の破損、溶損を未然に防止することができる。また、所謂逆洗空気によってパティキュレートフィルタ３に堆積しているエンジンオイル中の向き成分に起因する無機物も除去されるので、無機物によるパティキュレートフィルタ３の目詰まりが防止され、目詰まりによる背圧上昇に伴う燃費の悪化が防止されるとともに、目詰まりによるパティキュレートフィルタ３の定期的交換時期を飛躍的に延ばすことができる。
【００２３】
以上、本発明を図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明は実施形態のみに限定されるものではなく、本発明の趣旨の範囲で種々の変形は可能である。例えば、図示の実施形態においてはパティキュレート堆積量検出手段としてパティキュレートフィルタ３の排気上流側と排気下流側の圧力を検出する圧力検出センサー９ａ（ＰＳ１）、９ｂ（ＰＳ２）を用いた例を示したが、排気ガス温度検出手段としての熱電対８（ＨＳ）をパティキュレート堆積量検出手段として機能されることができる。即ち、熱電対８（ＨＳ）によって検出された排気ガス温度が所定温度（Ｔ１）以下の状態での稼働時間と排気ガス温度が所定温度（Ｔ１）より高い状態での稼働時間の差が所定時間以上に達したら、パティキュレート堆積量が所定量に達したものと判断することができる。また、パティキュレート堆積量は、エンジンの負荷と回転速度から求められる排気ガス温度マップに基づいて検出することもできる。即ち、エンジンの負荷検出センサーと回転速度検出センサーからの検出信号に基づき上記排気ガス温度マップから排気温度を求め、排気ガス温度が所定温度（Ｔ１）以下の状態での稼働時間と排気ガス温度が所定温度（Ｔ１）より高い状態での稼働時間の差が所定時間以上に達したら、パティキュレート堆積量が所定量に達したものと判断することができる。
【００２４】
【発明の効果】
本発明によるディーゼルエンジンの排気浄化装置は以上のように構成されているので、排気ガス温度が所定温度より高い場合には触媒が担持されたパティキュレートフィルタに堆積しているパティキュレートは排気ガス温度によって燃焼せしめられ、排気ガス温度が所定温度以下でパティキュレートフィルタに堆積しているパティキュレートが所定量以上の場合には所謂逆洗空気が噴出されてパティキュレートフィルタに堆積しているパティキュレートが除去され、この除去されたパティキュレートはパティキュレート焼却室において加熱燃焼手段によって焼却される。従って、あらゆる運転条件下においてもパティキュレートフィルタにパティキュレートが異常に堆積することはなく、異常燃焼によるパティキュレートフィルタの破損、溶損を未然に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に従って構成されたディーゼルエンジンの排気浄化装置の概略構成図。
【図２】図１に示す排気浄化装置に装備される制御手段の動作手順を示すフローチャート。
【符号の説明】
２ａ、２ｂ：排気通路
３：パティキュレートフィルタ
４ａ：排気流入室
４ｂ：空気導入室
５：パティキュレート焼却手段
５１：パティキュレート焼却室
５２：フィルタ
５３：シースヒータ（ＨＴ）
６：吸引手段
６１：吸引管
６２：バキュームポンプ（ＶＰ）
６３：開閉弁（Ｖ１）
７：空気供給手段
７１：空気噴出ノズル
７２：空気供給管
７３：高圧エアポンプ（ＰＰ）
７４：開閉弁（Ｖ２）
８：熱電対（ＨＳ）
９ａ、９ｂ：圧力検出センサー
１０：制御手段
【図１】
2004285881.tif 000003
【図２】
2004285881.tif 000004