JP5119470B2 - エンジンの排気ガス後処理装置および同装置に適用される再生方法 - Google Patents

Description

本発明は、エンジンに少なくとも２つの排気管が設けられ、排気ガスを捕集するフィルタが各排気管に設けられたエンジンの排気ガス後処理装置および同装置におけるフィルタを再生するための方法に関するものである。

（従来の実施技術）
近年のエンジンの排気ガス規制の強化に伴い、エンジンの排気管内には、排気ガス後処理装置としてのディーゼル パティキュレート フィルタが設けられている。ディーゼル パティキュレート フィルタでは、エンジンの排気ガス中の粒子状物質（ＰＭ：パーティキュレートマター）が捕集され、大気へのＰＭの拡散が抑制される。

しかしながら、粒子状物質ＰＭを長期にわたりディーゼル パティキュレート フィルタによって捕集していくと、フィルタを通過する排気ガスの流れの抵抗が大きくなっている。これによって排気管内で圧力損失が増加して、排気ガスの排出が困難になったり、フィルタの目詰まりが生じ、ディーゼル パティキュレート フィルタの機能が低下していく。このため定期的に、たとえばエンジンが数十時間稼動する毎に、ディーゼル パティキュレート フィルタに堆積した粒子状物質ＰＭを除去してディーゼル パティキュレート フィルタの機能を再生させる必要がある。かかるディーゼル パティキュレート フィルタの再生方式には、種々の方式があるが、その１つの方式に、「ＨＣドージング」方式がある。

すなわち、ディーゼル パティキュレート フィルタに堆積されている粒子状物質ＰＭを除去するには、排気ガスの温度を高くして、フィルタに詰まった粒子状物質ＰＭ中のすすを燃焼させればよいことがわかっている。そのために、排気管のうちディーゼル パティキュレート フィルタの前段に、酸化触媒を配置して、酸化触媒に燃料を噴射して、燃料中のＨＣ（ハイドロ カーボン）と酸化触媒を酸化反応させて熱を発生させ排気ガスの温度を上昇させるものである。

ＨＣドージング装置は、ディーゼル パティキュレート フィルタの再生のために、排気管内に燃料を供給するために設けられる。この場合、排気管には、フィルタの再生時期を検出するためのセンサが設けられる。センサによって排気ガス後処理装置を再生する時期になったことが検出されると、ＨＣドージング装置は排気管内へ燃料を供給する。

図３は、気筒列が左右の各バンクに振り分けられたＶ型のディーゼルエンジン１０を示す。このエンジン１０には、左右の各バンク１０Ａ、１０Ｂ毎に排気管１１、１２が設けられている。これら２つの排気管１１、１２にはそれぞれディーゼル パティキュレート フィルタ２０、２０が設けられている。

各排気管１１、１２にはそれぞれ、差圧検出センサ３０、３０が設けられている。差圧検出センサ３０は、ディーゼル パティキュレート フィルタ２０の前後の圧力の差圧ΔＰを検出する。差圧ΔＰが所定レベルΔＰ０以上になったことをもって再生時期になったことが判断される。また各排気管１１、１２にはそれぞれ、ＨＣドージング装置４０、４０が設けられている。

コントローラ５０は、差圧検出センサ３０、３０の検出信号に基づいてＨＣドージング装置４０、４０を制御する。

ディーゼル パティキュレート フィルタ２０、２０の再生方法には、図４に示す方式がある。

すなわち、コントローラ５０には、図４に示す制御ロジックが制御プログラムとして組み込まれている。すなわち、２つの差圧検出センサ３０、３０の検出信号を取り込む（ステップ１０１）。つぎに、２つの差圧検出センサ３０、３０の各検出値ΔＰ、ΔＰのうちいずれかが先に所定レベルΔＰ０に達したか否かが判断される（ステップ１０２）。この結果、いずれかの検出値ΔＰが先に所定レベルΔＰ０に達した時点で、各排気管１１、１２毎のＨＣドージング装置４０、４０を作動させて、各排気管１１、１２に燃料を供給する（ステップ１０３）。

（特許文献にみられる従来技術）
気筒列が左右の各バンクに振り分けられたＶ型のディーゼルエンジンにおいて、左右の各バンク毎に排気管が設けられ、これら２つの排気管にディーゼル パティキュレート フィルタを設けるという発明は、下記特許文献１に記載されている。

下記特許文献２には、２つの排気管同士を互いに連通管にて連通し、各排気管毎に、フィルタが設けられた位置よりも排気上流側であって連通管の接続位置よりも排気上流側に、ＨＣドージング装置を設けるという発明が記載されている。この特許文献２では、排気管内に排気制御弁が設けられる。
特開２００７−７１１４１号公報 特開２００７−１２０４５２号公報

上記図４に示す再生方法では、２つの差圧検出センサ３０、３０のうちいずれか先に検出値ΔＰが所定レベルΔＰ０に達した時点で、両方の排気管１１、１２に同時に燃料を供給しているため、検出値ΔＰが所定レベルΔＰ０に達していない方の排気管には過剰に燃料が供給されることになる。このため、燃料が無駄になるという問題がある。

本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、燃料が無駄にならないエンジンの排気ガス後処理装置およびその再生方法を提供することを解決課題とするものである。

第１発明は、
エンジンに少なくとも２つの排気管が設けられ、排気ガス中の粒子状物質を捕集するフィルタが各排気管に設けられたエンジンの排気ガス後処理装置であって、
各排気管には、フィルタの配設位置よりも排気上流側で、排気管同士を互いに連通する連通管が接続され、
各排気管毎に、フィルタの配設位置よりも排気上流側であって連通管の接続位置よりも排気下流側に、フィルタの再生のために排気管内にＨＣ（ハイドロカーボン）を供給するＨＣドージング装置が設けられ、
少なくともいずれか一つの排気管に、フィルタの再生時期を検出するためのセンサが設けられていること
を特徴とする。

第２発明は、
エンジンに少なくとも２つの排気管が設けられ、排気ガス中の粒子状物質を捕集するフィルタが各排気管に設けられたエンジンの排気ガス後処理装置に適用される再生方法であって、
フィルタを通過する排気ガスの流れに抵抗差が各排気管間で生じることによって、抵抗の大きい排気管から抵抗の小さい排気管へ向かう排気ガスの流れを生じさせるステップと、
少なくともいずれか一つの排気管のフィルタが再生時期になったことを検出するステップと、
再生時期になったことが検出されると、各排気管内にＨＣ（ハイドロカーボン）を供給することでフィルタを再生するステップとを含むこと
を特徴とする。

第１発明では、図１に示すように、エンジン１０に少なくとも２つの排気管１１、１２が設けられ、排気ガス中の粒子状物質を捕集するフィルタ２０、２０が各排気管１１、１２に設けられたエンジン１０の排気ガス後処理装置６０を前提とする。

各排気管１１、１２には、フィルタ２０の配設位置よりも排気上流側で、排気管１１、１２同士を互いに連通する連通管６１が接続されている。

各排気管１１、１２毎に、フィルタ２０の配設位置よりも排気上流側であって連通管６１の接続位置よりも排気下流側に、フィルタ２０の再生のために排気管１１、１２内にＨＣ（ハイドロカーボン）を供給するＨＣドージング装置４０、４０が設けられている。

いずれか一つの排気管、たとえば排気管１１に、フィルタ２０の再生時期を検出するためのセンサ３０が設けられている。

各排気管１１、１２を流れる排気ガス中の粒子状物質の量は必ずしも均等ではない。このため一方の排気管１１中のフィルタ２０と他方の排気管１２中のフィルタ２０の捕集量は必ずしも均等ではなく、フィルタ２０、２０を通過する排気ガスの流れに抵抗差が各排気管１１、１２間で生じる。

フィルタ２０、２０を通過する排気ガスの流れに抵抗差が各排気管１１、１２間で生じることによって、連通管６１を介して、抵抗の大きい排気管、たとえば排気管１１から抵抗の小さい排気管１２へ向かう排気ガスの流れが生じる。この結果、抵抗の大きい排気管１１のフィルタ２０を流れる排気ガスの量が減り、抵抗の小さい排気管１２のフィルタ２０を流れる排気ガスの量が増え、それにより排気管１１のフィルタ２０の捕集量の増加率が減り、排気管１２のフィルタ２０の捕集量の増加率が上昇する。これにより、各排気管１１、１２を通過する流れの抵抗が均等になる（図２のステップ３０１）。

やがて、少なくともいずれか一つの排気管１１のフィルタ２０が再生時期になったことが検出される（図２のステップ３０２）。

再生時期になったことが検出されると、各排気管１１、１２内にＨＣ（ハイドロカーボン）、具体的には燃料を供給する。これによりフィルタ２０が再生される（図２のステップ３０３）。

本発明によれば、各排気管１１、１２の各フィルタ２０、２０の捕集量が均等になった状態で両者が同時期に再生時期に達し、各排気管１１、１２の燃料を供給しているため燃料が無駄にならない。

また、各排気管１１、１２の各フィルタ２０、２０の捕集量が均等になるため、少なくともいずれか一方の排気管１１を代表させて、再生時期を検出するためのセンサ３０を設ければよい。これにより、再生時期を検出するためのセンサ３０の最低必要数を減らすことができる。もちろんセンサの故障等を考慮して、センサ３０を２個設けることもできる。

なお、特許文献２では、フィルタが設けられた位置よりも排気上流側であって連通管の接続位置よりも排気上流側に、ＨＣドージング装置が設けられており、ＨＣドージング装置から噴射された燃料が連通管に付着するおそれがあり、再生に寄与しない無駄な燃料になるおそれがある。本発明では、フィルタ２０の配設位置よりも排気上流側であって連通管６１の接続位置よりも排気下流側に、ＨＣドージング装置４０が設けられているため、このように燃料が無駄になるおそれがない。

以下、図面を参照して本発明に係るエンジンの排気ガス後処理装置および同装置に適用される再生方法の実施の形態について説明する。

図１は、実施例のエンジン１０の排気ガス後処理装置６０の構成図を示している。

同図１に示すように、エンジン１０は、気筒列が左右の各バンク１０Ａ、１０Ｂに振り分けられたＶ型のディーゼルエンジンであり、このエンジン１０の左右の各バンク１０Ａ、１０Ｂ毎に排気管１１、１２が設けられている。これら２つの排気管１１、１２の内部にはそれぞれディーゼル パティキュレート フィルタ２０、２０が設けられている。ディーゼル パティキュレート フィルタ２０は、排気ガス中の粒子状物質を捕集する。

各排気管１１、１２には、排気管１１、１２同士を互いに連通する連通管６１が接続されている。連通管６１は、ディーゼル パティキュレート フィルタ２０の配設位置よりも排気上流側の位置で排気管１１、１２に接続されている。また、図示しないターボが連通管６１とエンジン１０の図示しない排気マニホールドとの間に設けられている。

各排気管１１、１２毎に、ディーゼル パティキュレート フィルタ２０の配設位置よりも排気上流側の位置であって、連通管６１の接続位置よりも排気下流側に、ディーゼル パティキュレート フィルタ２０の再生のために排気管１１、１２内にＨＣ（ハイドロカーボン）としての燃料を供給するＨＣドージング装置４０、４０が設けられている。いずれか一つの排気管、たとえば排気管１１に、ディーゼル パティキュレート フィルタ２０の再生時期を検出するためのセンサ３０が設けられている。このセンサ３０は、差圧検出センサ３０であり、ディーゼル パティキュレート フィルタ２０の前後の圧力の差圧ΔＰを検出する。差圧ΔＰが所定レベルΔＰ０以上になったことをもって再生時期になったことが判断される。コントローラ５０は、差圧検出センサ３０の検出信号に基づいてＨＣドージング装置４０、４０を制御する。

コントローラ５０は、差圧検出センサ３０の検出信号に基づいて、ディーゼル パティキュレート フィルタ２０を再生する時期になったことを判断し、その判断時点で、排気管１１、１２内への燃料供給を指令する信号を、図示しないＨＣドージング用ポンプおよび図示しない燃料噴射ノズルとＨＣドージング用ポンプとの間の燃料供給路に設けられた各制御弁に加える。これによりＨＣドージング用ポンプが作動するとともに、各制御弁が開弁する。ＨＣドージング用ポンプ１６が作動すると、図示しない燃料タンク内の燃料（軽油）がＨＣドージング用ポンプの吸込み口に吸い込まれる。ＨＣドージング用ポンプは、燃料を排気管１１、１２内への供給に適した所定燃圧、たとえば７〜１０ｋｇｆ/cm2程度まで昇圧して吐出する。ＨＣドージング用ポンプにより昇圧された燃料は、各制御弁、
燃焼噴射ノズルを介して排気管１１、１２内に噴射、供給される。

図２は、実施例で行われる処理の流れをフローチャートにて示す。図２のステップ３０１は連通管６１による動作を示し、図２のステップ３０２、３０３は、コントローラ５０で行われる処理を示す。

各排気管１１、１２を流れる排気ガス中の粒子状物質の量は必ずしも均等ではない。このため一方の排気管１１中のディーゼル パティキュレート フィルタ２０と他方の排気管１２中のディーゼル パティキュレート フィルタ２０の捕集量は必ずしも均等ではなく、ディーゼル パティキュレート フィルタ２０、２０を通過する排気ガスの流れに抵抗差が各排気管１１、１２間で生じる。

ディーゼル パティキュレート フィルタ２０、２０を通過する排気ガスの流れに抵抗差が各排気管１１、１２間で生じることによって、連通管６１を介して、抵抗の大きい排気管、たとえば排気管１１から抵抗の小さい排気管１２へ向かう排気ガスの流れが生じる。この結果、抵抗の大きい排気管１１のディーゼル パティキュレート フィルタ２０を流れる排気ガスの量が減り、抵抗の小さい排気管１２のディーゼル パティキュレート フィルタ２０を流れる排気ガスの量が増え、それにより排気管１１のディーゼル パティキュレート フィルタ２０の捕集量の増加率が減り、排気管１２のディーゼル パティキュレート フィルタ２０の捕集量の増加率が上昇する。これにより、各排気管１１、１２を通過する流れの抵抗が均等になる（ステップ３０１）。

なお、エンジン１０の一方のバンク１０Ａから排出された排気ガスは、常に連通管６１で分岐されて同時に２つの流れ、つまり排気管１１のパティキュレート フィルタ２０に向う流れと、連通管６１を介して他方の排気管１２のパティキュレート フィルタ２０に向う流れが形成されている。同様に、エンジン１０の一方のバンク１０Ｂから排出された排気ガスは、常に連通管６１で分岐されて同時に２つの流れ、つまり排気管１２のパティキュレート フィルタ２０に向う流れと、連通管６１を介して他方の排気管１１のパティキュレート フィルタ２０に向う流れが形成されている。

やがて、いずれか一つの排気管１１に設けられた差圧検出センサ３０の差圧検出値ΔＰが所定レベルΔＰ０に達し、いずれか一つの排気管１１のディーゼル パティキュレート フィルタ２０が再生時期になったと判断される（ステップ３０２の判断ＹＥＳ）。この時点で他方の排気管１２のディーゼル パティキュレート フィルタ２０についても再生時期になったものとみなし、各ＨＣドージング装置４０、４０を同時に作動させ、各排気管１１、１２内にＨＣ（ハイドロカーボン）、具体的には燃料を供給する。これにより、各排気管１１、１２のディーゼル パティキュレート フィルタ２０、２０が再生される（ステップ３０３）。

本実施形態によれば、各排気管１１、１２の各ディーゼル パティキュレート フィルタ２０、２０の捕集量が均等になった状態で両者が同時期に再生時期に達し、各排気管１１、１２の燃料を供給しているため燃料が無駄にならない。

また、各排気管１１、１２の各ディーゼル パティキュレート フィルタ２０、２０の捕集量が均等になるため、いずれか一方の排気管１１を代表させて、再生時期を検出するためのセンサ３０を設ければよい。これにより、再生時期を検出するためのセンサ３０の最低必要数を減らすことができる。もちろんセンサの故障等を考慮して、各排気管１１、１２毎にセンサ３０を１つづつ、合計でセンサ３０を２個設けることもできる。

また、図２に示すように、１つのセンサ３０の検出信号に基づき再生時期を判断して各ＨＣドージング装置４０、４０を同時に作動させるように制御すればよいため、制御ロジックについても最低１個で済む（図２）。これによりコントローラ５０の構成を簡易なものとすることができる。

ところで、主として潤滑油中の燃焼しない金属成分は、アッシュ（灰）としてディーゼル パティキュレート フィルタ２０に徐々に堆積される。アッシュの堆積量が限界量に達すると、ディーゼル パティキュレート フィルタ２０を洗浄若しくは交換する必要がある。

この場合、ディーゼル パティキュレート フィルタ２０の再生方式と同様に、各排気管１１、１２毎に個別に洗浄若しくは交換を行う方法と、排気管１１、１２のうちいずれかの排気管でアッシュの堆積量が先に限界量に達した時点で両方同時に洗浄若しくは交換を行なう方法が考えられる。しかし、いずれの方法も無駄な経費が嵩むことになる。

本実施形態によれば、排気ガス中の粒子状物質の捕集量と同様に、アッシュの堆積量についても各排気管１１、１２のディーゼル パティキュレート フィルタ２０、２０で均等になる。このためいずれか一方の排気管、たとえば排気管１１でアッシュの堆積量が限界量に達したと判断した時点で、両排気管１１、１２のディーゼル パティキュレート フィルタ２０、２０の洗浄若しくは交換を同時に行なうことで、無駄な経費を抑えることができる。

なお、実施形態では、エンジン１０に２本の排気管１１、１２が設けられた場合を想定したが、本発明は、少なくとも２本の排気管が設けられていればよく、３本以上の排気管が設けられたエンジンに適用可能である。

また、各排気管１１、１２に設けられたディーゼル パティキュレート フィルタ２０の上流側に酸化触媒を配置して排気ガスを処理する装置構成に対しても本発明を適用することができる。

図１は、実施例のエンジンの排気ガス後処理装置の構成図である。 図２は、実施例の処理の流れを示すフローチャートである。 図３は、従来技術を説明するために用いた図である。 図４は、従来における再生方式を説明する図である。

符号の説明

１０ エンジン、１１、１２ 排気管、２０ フィルタ（ディーゼル パティキュレート フィルタ）、３０ センサ（差圧センサ）、４０ ＨＣドージング装置、５０ コントローラ、２６０ 排気ガス後処理装置、６１ 連通管

Claims (1)

1. エンジンに少なくとも２つの排気管が設けられ、排気ガス中の粒子状物質を捕集するフィルタが各排気管に設けられたエンジンの排気ガス後処理装置であって、
   各排気管には、フィルタの配設位置よりも排気上流側で、排気管同士を互いに連通する連通管が接続され、
   各排気管毎に、フィルタの配設位置よりも排気上流側であって連通管の接続位置よりも排気下流側に、フィルタの再生のために排気管内にＨＣ（ハイドロカーボン）を供給するＨＣドージング装置が設けられ、
   少なくともいずれか一つの排気管に、フィルタの再生時期を検出するためのセンサが設けられており、
   前記エンジンから排気ガスが排出されている間は、常に、前記連通管を介して各排気管同士が連通する状態になっているとともに、全ての排気管について前記エンジンから前記フィルタに向う排気ガスの流れが形成される状態となっており、
   前記センサでフィルタの再生時期が検出されると、各排気管に設けられた全てのフィルタが再生時期になったものと判断して、全ての排気管について前記ＨＣドージング装置を作動させて、全ての排気管内に前記ＨＣを供給する制御を行うこと
   を特徴とするエンジンの排気ガス後処理装置。

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