(57)【要約】フィルタ内に堆積した粒状物質を自発的に燃焼させてフィルタ（３）が再生されるような内燃機関の排気系統用の粒状物質フィルタ（３）に関する方法および装置。運転時にフィルタ（３）で生じる排気ガスの逆圧が或るレベルを超えたときに内燃機関からの排気ガスがフィルタ（３）を避けて導かれる。本発明はまた、消音器および内燃機関駆動の車輌にも関する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
フィルタ（３）内に堆積した粒状物質を自発的に燃焼させることでフィルタの再生が行われる内燃機関の排気系統用の粒状物質フィルタ（３）に関する方法であって、運転時に、フィルタ（３）で生じる排気ガスの逆圧が或るレベルを超えたときに内燃機関からの排気ガスがフィルタ（３）を避けて導かれることを特徴とする方法。
【請求項２】
排気ガスの逆圧が前記レベルより高いときに開かれるバルブ（４）を通して内燃機関からの排気ガスがフィルタ（３）を避けて導かれることを特徴とする請求項１に記載された方法。
【請求項３】
保持ばね（１３；１６）に抗して排気ガスの圧力の作用でバルブ（４）が開かれることを特徴とする請求項２に記載された方法。
【請求項４】
前記逆圧が少なくとも一つの圧力センサー（１７）で検出され、そのセンサーの出力信号がフィルタのバイパス作動の制御（ＣＤＵ）に使用されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載された方法。
【請求項５】
排気ガスがフィルタ（３）を内蔵する消音器（１）の内側空間を通してフィルタ（３）を避けて導かれることを特徴とする請求項１から請求項４までのいずれか一項に記載された方法。
【請求項６】
フィルタ（３）のバイパスが行われている間も排気ガスが触媒（２）を通過されることを特徴とする請求項１から請求項５までのいずれか一項に記載された方法。
【請求項７】
フィルタ（３）内に堆積した粒状物質を自発的に燃焼させることでフィルタが再生されるようになされた内燃機関の排気系統用の粒状物質フィルタ（３）に関する装置であって、運転時に、フィルタ（３）で生じる排気ガスの逆圧が或るレベルを超えたときに内燃機関からの排気ガスがフィルタ（３）を避けて導かれるバイパス・ダクトが備えられたことを特徴とする装置。
【請求項８】
排気ガスの逆圧が前記レベルよりも高いときに開くように構成され、内燃機関からの排気ガスをフィルタ（３）を避けて導くように構成されたバルブ（４）が備えられたことを特徴とする請求項７に記載された装置。
【請求項９】
バルブ（４）が保持ばね（１３；１６）を備え、これらのばねに対して排気ガスの圧力が作用するようになされたことを特徴とする請求項８に記載された装置。
【請求項１０】
前記逆圧を検出する少なくとも一つの圧力センサー（１７）が備えられ、そのセンサーの出力信号がフィルタ（３）のバイパス作動を制御（ＣＤＵ）するために使用されるように構成されたことを特徴とする請求項７または請求項８に記載された装置。
【請求項１１】
排気ガスがフィルタ（３）を内蔵する消音器（１）の内側空間を通ってフィルタ（３）を避けて導かれることを特徴とする請求項７から請求項１０までのいずれか一項に記載された装置。
【請求項１２】
フィルタ（３）のバイパスが行われている間も排気ガスが触媒（２）を流されるようになされたことを特徴とする請求項７から請求項１１までのいずれか一項に記載された装置。
【請求項１３】
請求項７から請求項１２までのいずれか一項に記載された装置を含む消音器（１）。
【請求項１４】
内燃機関で駆動され、請求項１３に記載された少なくとも一つの消音器（１）を含む車輌。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は請求項１の前文に記載された粒状物質フィルタに係わる方法、請求項７の前文に記載された粒状物質フィルタに係わる装置、そのような構造を含む消音器、および内燃機関を動力とする車輌に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関を動力とする車輌、特にディーゼル駆動の大形車輌から放出される粒状排出物を減少させる周知の取り組みは、粒状含有物を減少させるという観点からエンジンが放出する排気ガスを事後処理するものである。これは、例えば、セラミックス材料で作られたフィルタ要素を含んでなる粒状物質フィルタによって行われる。このようなフィルタは典型的には、蓄積した粒状物質、主として煤を燃焼させてフィルタをクリーン状態に保持し、これにより継続して濾過機能を発揮できるようにすることで、車輌の運転中に自発的に再生される。
【０００３】
理想のケースでは、フィルタ内に集められた粒状物質がＮＯ２と反応して二酸化炭素およびＮＯを形成するような方法で燃焼による浄化が受動的に行われる。この作用は限られた温度範囲内で十分に機能し、ＮＯ２／粒状物質の比が或る値を超えないことも条件となる。
【０００４】
ディーゼル駆動の大形車輌のほとんどの運転状況において、その運転中に生じる必然的な再生条件のようなものが幾つかある。しかしながら、フィルタに与えられる再生作用に必要な温度範囲から外れた温度で長時間運転されるような状態で粒状物質フィルタの備えた車輌が運転されると、および（または）ＮＯ２／粒状物質の比が小さい場合には、再生は行われず、このことは過剰な煤粒子がフィルタ内に蓄積することを意味する。
【０００５】
したがって全てまたは少なくとも一部の粒状物質フィルタは、フィルタ内の粒状物質が最終的に発火したとき、粒状物質の燃焼を全体または部分的に制御できなくなって過剰な高温度となるために粒状物質フィルタの損傷を生じる危険性をもたらす煤の臨界量を有することになる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、この現在の技術的な問題を解消または少なくとも軽減し、そのような損傷からのフィルタ装置保護の確実性を高める粒状物質フィルタ用の装置の必要性を示すことである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この目的は本発明により、冒頭に説明した方法で請求項１の特徴記載部分に記載の特徴によって達成される。したがって、最終的な点火によってフィルタの損傷を生じかねないフィルタ内の煤粒子の過剰な蓄積は防止される。
【０００８】
本発明によれば、或る種の予定された逆圧が生じるような多量の粒状物質がフィルタに蓄積した場合、再生を行われる前に、すなわち粒状物質の自発的な点火および燃焼を引き起こすような作動状態になる前に、フィルタが限られた量の粒状物質しか受入れないように排気ガスはフィルタを超えて導かれる。
【０００９】
上述したように、正常運転ではしばしば低排気温度を生じる運転をも含まれる。この種の運転は無負荷走行、軽積載走行、クレーン、リフトなどの重車輌のための付随設備による走行時にも生じる。現在の技術による粒状物質フィルタで排気浄化を行いながらそのような運転状態が長時間続くと、フィルタ内の煤粒子の蓄積は臨界量に達し、したがって上述した損傷の危険性がもたらされる。
【００１０】
これに関連した危険性のある運転の他の典型的な形態は都市運行の旅客バスであり、エンジンから排煙を吐きながらの加速は、フィルタ内に多量の粒状物質の蓄積を生じる。このような軽負荷運転の特徴は、粒状物質を燃焼させる繰返しが不十分となるという明らかな危険性を生じる。
【００１１】
本発明は、粒状物質フィルタを横断しての圧力降下および同様にフィルタ上流側の排気逆圧が粒状物質のフィルタ充満状態の表示を与えることを基本とした安全システムを提供する。
【００１２】
本発明の目的のために、排気流の全体をフィルタを通さずに導く必要はなく、比較的少量の排気ガスはフィルタを通して流し続ける一方、排気流の残部はフィルタを避けて流すように偏向させることで十分であろう。そのようなフィルタを通る流れが存在する間、当然ながらフィルタ内に少量といえども粒状物質の蓄積がさらに生じ、この結果として所定の体積の排気ガスに対してフィルタを避けて導かれる排気ガスの比率が典型的に増大していくことになる。適当レベルの逆圧／圧力降下によってバイパス流れが生じるようにフィルタのバイパス手段をセッティングすることは、簡単な実験で容易に達成することができる。
【００１３】
低排気温度で無負荷走行から軽負荷走行への遷移は、自発的な再生が行われる温度までフィルタが排気温度によって上昇される迄に１分〜数分程度の遅れを典型的に伴う。２５０〜４５０゜Ｃのフィルタ温度が、粒状物質の自発的な点火および燃焼の起こる、したがってフィルタの再生が生じる適当な温度であると典型的にみなされている。
【００１４】
排気の逆圧が前記レベルよりも高いときに開くバルブを通り、粒状物質フィルタを避けて排気ガスを導くことは、排気圧力に応答して保持用押圧ばねの作用に対抗してバルブが開くようにするならば、向上された簡単且つ信頼性の高いシステムを構成することになる。この結果、所望の開動レベルを得るように簡単にセットできる信頼性の高い自動機械システムが得られる。
【００１５】
しかしながら、逆圧を圧力センサーで検出し、この圧力センサーがフィルタをバイパスさせるように制御する制御装置で使用する出力信号を与える可能性が除外されることはない。そのような場合、圧力センサーはフィルタの上流側に配置される。これに代えてフィルタの上流側に圧力センサーを配置し、またフィルタの下流側にも圧力センサーを配置して、フィルタを横断する圧力降下を検出できるようにすることも可能である。バイパス作動は実際問題として、排気ガスの全てまたは一部を切り換えるようにコンピュータ・ユニットで制御される調整装置によって実施される。
【００１６】
フィルタを内蔵する消音器の内部空間を通してフィルタを避けて排気ガスが導かれることが望ましい。このことは、フィルタを含む消音器の音吸収機能がフィルタのバイパス作動時にも維持できることを意味する。特に、フィルタと直列に連結される触媒はフィルタを避けて導かれる排気ガスを受入れることが好ましい。その場合、この説明の最初に示したように、触媒から排出されたＮＯ２がフィルタ内での燃焼に参加することを使用する。
【００１７】
本発明による装置、消音器および内燃機関駆動の車輌によって同じ利点を得られる。
【００１８】
本発明は例に基づき、添付図面を参照して以下にさらに詳細に説明される。
【実施例】
【００１９】
図１において、符号１はバスやトラックなどの重車輌のための内燃機関、特にディーゼル・エンジンの排気系統用の消音器を示す。消音器１は触媒２から隔てて取付けられて一体化された粒状物質フィルタ３を内蔵し、正常運転では触媒２および粒状物質フィルタ３は直列状態にされている。内燃機関から消音器の入口６を通して流入する排気ガスは、出口パイプ７を通して出る前に触媒２および粒状物質フィルタ３を通して流れ、また排気システムを通して外気中へ流れる。
【００２０】
消音器１は二つの隔壁８，９を含み、これらの解消は触媒２を指示し、また消音器の内面と、触媒２のハウジングの外面との両方に対して密封状態に配置されている。他の横断壁１０が粒状物質フィルタ３をその上流側で固定するために配置され、また消音器の内面および粒状物質フィルタのハウジングに対して密封状態に配置されている。この横断壁１０にはバルブ４が配置されており、このバルブは図１に示される位置で閉じていて、触媒２から出て横断壁９，１０の間の空間１１を充満する排気ガスは粒状物質フィルタ３を通ることでのみ消音器を通過できる。少なくとも一つの図示していない孔を備えた横断壁５が、粒状物質フィルタの下流側部分を消音器１内の所定位置に保持するように配置されている。
【００２１】
図２は入口６および触媒２を通して流れる排気ガスが粒状物質フィルタ３内の強力な逆圧に出会い、横断壁９，１０の間の空間１１内の圧力が上昇する状況を示している。この結果、ばね押圧されているバルブ４は受座から持上がり、排気ガスが粒状物質フィルタ３を避けて空間１１から穿孔された壁５を通り、出口７を通って外気中へ流れることができるようになされる。この流動路は、例えば軽負荷時で、多量の粒状物質が粒状物質フィルタ３内に蓄積して逆圧が或るレベルを超えたときに生じる。この流動路は、大負荷によって自発的な再生が行われる温度にフィルタが達するほど排気ガスが高温になるまで継続される。その後、排気ガスの流動は図１に示される流動路へ戻る。
【００２２】
図３ａは、機械的に簡単な自己制御部材の形態をしたバルブ４の変形例を示している。図３ａにおいて、バルブ４は閉位置にあり、バルブ部材１２は中間壁１０に密封状態で当接して開口をシールしている。中間壁１０の上流側にはスナップばね１３が配置され、これは中間壁１０の上側（図面で）のガス圧力を保持している。ガス圧力が或るレベルを超えると、このスナップばねはスナップ作動して図３ｂに示されるようなバルブ開位置となり、これによりバルブ部材１２を避けて中間壁１０を通る流動路が開かれる。
【００２３】
図４ａはバルブ４の代替設計を示しており、保持ヨーク１５および螺旋ばね１６を備え、螺旋ばね１６はバルブ部材４を中間壁１０に押当てて前記中間壁の孔をシールしている。ガス圧力が図４ａおよび図４ｂの上側で或るレベルを超えると、バルブ部材１４は螺旋ばね１６で与えられる作用力に抗して下方へ移動して、中間壁１０の前記孔を通る流動路を開く。
【００２４】
本発明は従属請求項の範囲内で変化できる。したがって、粒状物質フィルタのバイパス作動は図１の点線で示されるように、例えば粒状物質フィルタの上流側に圧力センサー１７を配置し、その出力信号が制御ユニット（ＣＤＵ）に導かれて図示していない調整装置により粒状物質フィルタのバイパスが行われるように、別の方法で実行することができる。
【００２５】
消音器は図１および図２に示す形態が基本的に好ましく、特に触媒および粒状物質フィルタが共に内蔵された消音器が好ましいが、粒状物質フィルタを別個に配置する、すなわち消音器内に一体化されないか、触媒と組合わされないこともできる。
【００２６】
排気ガスは粒状物質フィルタのバイパスが行われているときも常に触媒を通過するようになされるが、これは本発明の必要条件ではない。
【００２７】
逆圧または粒状物質フィルタを横断した圧力降下の測定にセンサーが使用されるならば、前記センサーからの信号に反応するセンサーシステムは、粒状物質フィルタをバイパスさせるより正確な値およびレベルを得るために排気ガスの流れを示すエンジンからの信号、すなわちエンジン速度、加速位置なども考慮することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】エンジンからの排気ガスが流される粒状物質フィルタを備えたエンジンで駆動される車輌用の消音器を模式的な断面図で示している。
【図２】排気ガスがフィルタをバイパスしている状態の図１の消音器を示している。
【図３】図３ａおよび図３ｂは第一の実施例によるバルブ構造をそれぞれ閉位置および開位置で示している。
【図４】図４ａおよび図４ｂは第二の実施例によるバルブ構造をそれぞれ閉位置および開位置で示している。
【符号の説明】
【００２９】
１  消音器
２  触媒
３  粒状物質フィルタ
４  バルブ
５  横断壁
６  入口
７  出口
８，９，１０  横断壁
１１  空間
１２  バルブ部材
１３  スナップばね
１４  バルブ部材
１５  保持ヨーク
１６  螺旋ばね
１７  圧力センサー
【図１】
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【図２】
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2006523799.tif 000005
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【手続補正書】
【提出日】平成17年3月10日(2005.3.10)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
フィルタ（３）内に堆積した粒状物質を自発的に燃焼させることでフィルタの再生が行われ、また運転時に、フィルタ（３）で生じる排気ガスの逆圧が或るレベルを超えたときに内燃機関からの排気ガスがフィルタ（３）を避けて導かれるるような内燃機関の排気系統用の粒状物質フィルタ（３）に関する方法であって、フィルタ（３）を内蔵する消音器（１）の内部空間を通って排気ガスがフィルタ（３）を避けて導かれることを特徴とする方法。
【請求項２】
排気ガスの逆圧が前記レベルより高いときに開かれるバルブ（４）を通して内燃機関からの排気ガスがフィルタ（３）を避けて導かれることを特徴とする請求項１に記載された方法。
【請求項３】
保持ばね（１３；１６）に抗して排気ガスの圧力の作用でバルブ（４）が開かれることを特徴とする請求項２に記載された方法。
【請求項４】
前記逆圧が少なくとも一つの圧力センサー（１７）で検出され、そのセンサーの出力信号がフィルタのバイパス作動の制御（ＣＤＵ）に使用されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載された方法。
【請求項５】
フィルタ（３）のバイパスが行われている間も排気ガスが触媒（２）を通過されることを特徴とする請求項１から請求項４までのいずれか一項に記載された方法。
【請求項６】
フィルタ（３）内に堆積した粒状物質を自発的に燃焼させることでフィルタが再生され、また運転時に、フィルタ（３）で生じる排気ガスの逆圧が或るレベルを超えたときに内燃機関からの排気ガスがフィルタ（３）を避けて導かれるバイパス・ダクトが備えられた内燃機関の排気系統用の粒状物質フィルタ（３）に関する装置であって、排気ガスがフィルタ（３）を内蔵する消音器（１）の内側空間を通ってフィルタ（３）を避けて導かれることを特徴とする装置。
【請求項７】
排気ガスの逆圧が前記レベルよりも高いときに開くように構成され、内燃機関からの排気ガスをフィルタ（３）を避けて導くように構成されたバルブ（４）が備えられたことを特徴とする請求項６に記載された装置。
【請求項８】
バルブ（４）が保持ばね（１３；１６）を備え、これらのばねに対して排気ガスの圧力が作用するようになされたことを特徴とする請求項７に記載された装置。
【請求項９】
前記逆圧を検出する少なくとも一つの圧力センサー（１７）が備えられ、そのセンサーの出力信号がフィルタ（３）のバイパス作動を制御（ＣＤＵ）するために使用されるように構成されたことを特徴とする請求項６または請求項７に記載された装置。
【請求項１０】
フィルタ（３）のバイパスが行われている間も排気ガスが触媒（２）を流されるようになされたことを特徴とする請求項６から請求項９までのいずれか一項に記載された装置。
【請求項１１】
請求項６から請求項１０までのいずれか一項に記載された装置を含む消音器（１）。
【請求項１２】
内燃機関で駆動され、請求項１３に記載された少なくとも一つの消音器（１）を含む車輌。
【国際調査報告】
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