JP2000097010A - Exhaust emission control device for internal-combustion engine - Google Patents

Exhaust emission control device for internal-combustion engine

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JP2000097010A
JP2000097010A JP10261512A JP26151298A JP2000097010A JP 2000097010 A JP2000097010 A JP 2000097010A JP 10261512 A JP10261512 A JP 10261512A JP 26151298 A JP26151298 A JP 26151298A JP 2000097010 A JP2000097010 A JP 2000097010A
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JP
Japan
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exhaust
particulate trap
particulates
main
valve
Prior art date
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Application number
JP10261512A
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Japanese (ja)
Inventor
Yoshimasa Watanabe
義正 渡辺
Yoshimitsu Henda
良光 辺田
Atsushi Tawara
淳 田原
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Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
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Publication date
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Publication of JP2000097010A publication Critical patent/JP2000097010A/en
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an exhaust emission control device for internal combustion engine equipped with a particulate trap installed at each exhaust port, a communication passage to put each exhaust port in communication with at least one other exhaust port in the upstream of the exhaust line about the particulate tarp, and an opening/closing valve installed in each communication passage and left open normally, wherein excessive capturing of particulates of each particulate trap is precluded and it is made practicable to sufficiently reduce the total emission of particulates into the atmosphere. SOLUTION: An exhaust emission control device for an internal combustion engine is equipped with a first shutoff valve 7 which is installed in the downstream of the exhaust line about each main particulate trap 4 and is left open normally as capable of shutting the exhaust system of an engine, a bypass passage 8 to make bypassing the first shutoff valve 7, and an auxiliary particulate trap 9 installed in the bypass passage, wherein the first shutoff valve 7 is closed when the opening/closing valves 6a are closed to exhaust particulates from the main particulate traps 4.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関の排気浄
化装置に関する。
The present invention relates to an exhaust gas purification device for an internal combustion engine.

【0002】[0002]

【従来の技術】内燃機関、特に、ディーゼルエンジンの
排気ガス中には、カーボンを主成分とする有害なパティ
キュレートが含まれており、大気中へのパティキュレー
ト排出量を低減することが望まれている。そのためにデ
ィーゼルエンジンの排気系には、パティキュレートを捕
集するフィルタとして、パティキュレートトラップを配
置することが提案されている。このようなパティキュレ
ートトラップは、パティキュレート捕集量の増加に伴い
大きな排気抵抗となるために、捕集したパティキュレー
トを燃焼させ、パティキュレートトラップ自身を再生す
る必要がある。
2. Description of the Related Art The exhaust gas of an internal combustion engine, especially a diesel engine, contains harmful particulates containing carbon as a main component, and it is desired to reduce the amount of particulates discharged into the atmosphere. ing. Therefore, it has been proposed to arrange a particulate trap as a filter for trapping particulates in an exhaust system of a diesel engine. Since such a particulate trap has a large exhaust resistance as the amount of trapped particulates increases, it is necessary to burn the collected particulates and regenerate the particulate trap itself.

【0003】機関高負荷高速運転のように排気ガスが高
温となれば、パティキュレートは自然発火して燃焼する
ために、パティキュレートトラップを再生することがで
きる。特開平10−54220号公報には、パティキュ
レートトラップを各排気ポート毎に配置することが提案
されている。この構成によって、パティキュレートトラ
ップを機関本体に接近させることができ、パティキュレ
ートトラップの再生に排気ガスの熱を有効に利用するこ
とが可能となる。
[0003] If the exhaust gas is heated to a high temperature as in high-speed high-speed operation of the engine, the particulates spontaneously ignite and burn, so that the particulate trap can be regenerated. Japanese Patent Laying-Open No. 10-54220 proposes disposing a particulate trap for each exhaust port. With this configuration, the particulate trap can be made to approach the engine body, and the heat of the exhaust gas can be effectively used for the regeneration of the particulate trap.

【0004】パティキュレートの大きさは非常に小さい
ものであるのに対して、パティキュレートトラップの細
孔は、パティキュレートトラップ自身が大きな排気抵抗
とならないように、パティキュレートに比較して非常に
大きくされている。このようなパティキュレートトラッ
プにおいて、パティキュレートは、細孔の回りに付着堆
積して捕集される。この付着堆積パティキュレートが比
較的大きく成長して、パティキュレートトラップの実質
的な細孔の大きさを、ある程度に減少させると、パティ
キュレートトラップにおけるパティキュレート捕集率が
大幅に向上する。
[0004] While the size of the particulate is very small, the pores of the particulate trap are very large compared to the particulate so that the particulate trap itself does not have a large exhaust resistance. Have been. In such a particulate trap, the particulates adhere and accumulate around the pores and are collected. If the deposited particulates grow relatively large and the substantial pore size of the particulate trap is reduced to some extent, the particulate trapping rate in the particulate trap is greatly improved.

【0005】しかしながら、パティキュレートトラップ
を単に機関本体に接近させて配置すると、各パティキュ
レートトラップには各気筒から排出された直後における
比較的高速の排気ガスが常時通過することになり、パテ
ィキュレートトラップの細孔の回りの付着堆積パティキ
ュレートは、比較的大きく成長する以前に崩れ易く、各
パティキュレートトラップにおけるパティキュレート捕
集率は向上することなく低いまま維持されることとな
る。
[0005] However, if the particulate trap is simply arranged close to the engine body, relatively high-speed exhaust gas immediately after being discharged from each cylinder always passes through each particulate trap. The deposited particulates around the pores are easily broken before growing relatively large, and the particulate collection rate in each particulate trap is kept low without improvement.

【0006】この問題を解決するために、前述の従来技
術では各排気ポートをパティキュレートトラップの上流
側で連通路によって互いに連通している。それにより、
各気筒の排気行程において、排気ガスは各パティキュレ
ートトラップに分散して速度低下して流入するために、
付着堆積パティキュレートの成長を阻害することはな
く、パティキュレートトラップにおけるパティキュレー
ト捕集効率を向上させることができる。
In order to solve this problem, in the above-mentioned prior art, each exhaust port communicates with each other by a communication path on the upstream side of the particulate trap. Thereby,
In the exhaust stroke of each cylinder, the exhaust gas is dispersed into each particulate trap,
It is possible to improve the particulate collection efficiency of the particulate trap without hindering the growth of the adhered and deposited particulates.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】こうして、各パティキ
ュレートトラップには良好にパティキュレートが捕集さ
れることとなるが、機関運転状態によっては、暫くの
間、排気ガスが高温度とならずにパティキュレートトラ
ップの再生が実施されず、各パティキュレートトラップ
には多量のパティキュレートが捕集される可能性があ
る。捕集された多量のパティキュレートは、パティキュ
レートトラップの排気抵抗を非常に増加させるだけでな
く、排気ガスが高温度となって燃焼すると、多大な燃焼
熱を発生させ、パティキュレートトラップを溶損させる
可能性がある。
As described above, the particulates are properly collected in each of the particulate traps. However, depending on the operating state of the engine, the exhaust gas does not reach a high temperature for a while. Regeneration of the particulate traps is not performed, and each particulate trap may collect a large amount of particulates. The large amount of collected particulates not only greatly increases the exhaust resistance of the particulate trap, but also generates a large amount of heat of combustion when the exhaust gas burns at a high temperature, and melts the particulate trap. There is a possibility.

【0008】それにより、各パティキュレートトラップ
におけるこのようなパティキュレートの過捕集を防止す
るために、所定量のパティキュレートが捕集された時に
は、各パティキュレートトラップからパティキュレート
を放出させることが必要である。このために、各連通路
を閉鎖可能な閉鎖弁を設けて各連通路を無効とすること
により、各気筒から排出された直後の比較的高速の排気
ガスが、対応するパティキュレートトラップだけを通過
するようにし、この排気ガスによってパティキュレート
の堆積を崩してパティキュレートトラップの下流側に排
出させることが考えられる。しかしながら、このパティ
キュレートをそのまま大気中に排出させたのでは、大気
中への全体的なパティキュレート排出量を十分に低減し
たことにはならない。
Accordingly, in order to prevent such particulates from being excessively collected in each of the particulate traps, when a predetermined amount of the particulates is collected, the particulates are discharged from each of the particulate traps. is necessary. For this reason, by providing a closing valve that can close each communication path and disabling each communication path, relatively high-speed exhaust gas immediately after being discharged from each cylinder passes only the corresponding particulate trap. It is conceivable that the exhaust gas breaks up the accumulation of particulates and discharges them to the downstream side of the particulate trap. However, simply discharging the particulates into the atmosphere does not mean that the total amount of particulates discharged into the atmosphere is sufficiently reduced.

【0009】従って、本発明の目的は、機関排気系にお
ける排気集合部と各気筒とを連通する各排気ポートのそ
れぞれに配置されたパティキュレートトラップと、各パ
ティキュレートトラップの排気上流側において、各排気
ポートを少なくとも一つの他の排気ポートと連通させる
ための連通路と、各連通路に配置された常時開の開閉弁
とを具備する内燃機関の排気浄化装置において、各パテ
ィキュレートトラップへのパティキュレートの過捕集を
防止すると共に大気中への全体的なパティキュレート排
出量を十分に低減可能とすることである。
Accordingly, an object of the present invention is to provide a particulate trap disposed at each of the exhaust ports communicating the exhaust collecting section and each of the cylinders in the engine exhaust system, and an exhaust upstream side of each of the particulate traps. In an exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine having a communication passage for communicating an exhaust port with at least one other exhaust port, and a normally open on-off valve arranged in each communication passage, a particulate matter to each particulate trap is provided. An object of the present invention is to prevent excessive collection of curates and sufficiently reduce the total amount of particulates discharged into the atmosphere.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】請求項1に記載の本発明
による内燃機関の排気浄化装置は、機関排気系における
排気集合部と各気筒とを連通する各排気ポートのそれぞ
れに配置された主パティキュレートトラップと、各前記
主パティキュレートトラップの排気上流側において、各
前記排気ポートを少なくとも一つの他の前記排気ポート
と連通させるための連通路と、各前記連通路に配置され
た常時開の開閉弁と、各前記主パティキュレートトラッ
プの排気下流側において機関排気系を閉鎖可能な常時開
の第一閉鎖弁と、前記第一閉鎖弁をバイパスするバイパ
ス通路と、前記バイパス通路に設けられた副パティキュ
レートトラップとを具備し、各前記開閉弁を閉弁して前
記主パティキュレートトラップからパティキュレートを
排出させる時には、前記第一閉鎖弁を閉弁することを特
徴とする。
According to a first aspect of the present invention, there is provided an exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine according to the present invention. A particulate trap, a communication path for communicating each of the exhaust ports with at least one of the other exhaust ports on the exhaust upstream side of each of the main particulate traps, and a normally open port disposed in each of the communication paths. An on-off valve, a normally-open first closing valve capable of closing an engine exhaust system on the exhaust downstream side of each of the main particulate traps, a bypass passage bypassing the first closing valve, and provided in the bypass passage. A sub-particulate trap is provided, and each of the on-off valves is closed to discharge particulates from the main particulate trap. Characterized by closing the first shut-off valve.

【0011】請求項2に記載の本発明による内燃機関の
排気浄化装置は、請求項1に記載の内燃機関の排気浄化
装置において、前記バイパス通路の前記副パティキュレ
ートトラップの上流側には、前記バイパス通路を閉鎖可
能な第二閉鎖弁が設けられ、各前記開閉弁を閉弁して前
記主パティキュレートトラップからアッシュを排出させ
る時には、前記第二閉鎖弁を閉弁し、前記第一閉鎖弁に
よって前記少なくとも一つの前記主パティキュレートト
ラップへの排気ガスの流入を一時的に抑制することを特
徴とする。
According to a second aspect of the present invention, there is provided the exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine according to the first aspect of the present invention, wherein the bypass passage is provided upstream of the sub-particulate trap. A second closing valve capable of closing a bypass passage is provided, and when closing each on-off valve to discharge ash from the main particulate trap, closing the second closing valve, the first closing valve Thus, the inflow of exhaust gas into the at least one main particulate trap is temporarily suppressed.

【0012】[0012]

【発明の実施の形態】図1は、本発明による第一実施形
態の排気浄化装置が取り付けられた機関排気系の断面図
である。同図において、1はシリンダヘッド排気側への
取り付けフランジ、2は各気筒の排気集合部、3は排気
集合部2と各気筒とを連通する排気ポートである。各排
気ポート3には、それぞれ、主パティキュレートトラッ
プ4が配置されている。
FIG. 1 is a sectional view of an engine exhaust system to which an exhaust gas purifying apparatus according to a first embodiment of the present invention is attached. In the figure, reference numeral 1 denotes a mounting flange on the exhaust side of a cylinder head, 2 denotes an exhaust collecting portion of each cylinder, and 3 denotes an exhaust port for communicating the exhaust collecting portion 2 with each cylinder. Each of the exhaust ports 3 is provided with a main particulate trap 4.

【0013】各主パティキュレートトラップ4は、例え
ば、セラミック等の多孔性物質からなる多孔性物質パテ
ィキュレートトラップである。このパティキュレートト
ラップは、複数の長手方向に延在する隔壁によって細分
化された複数の軸線方向空間を有し、隣接する二つの軸
線方向空間において、一方が排気上流側を、他方が排気
下流側をセラミック等の閉塞材によって閉塞されてい
る。こうして、隣接する二つの軸線方向空間は、排気上
流側から流入した排気ガスを隔壁を介して排気下流側に
流出するトラップ通路となり、多孔質物質からなる隔壁
は、トラップ壁として、排気ガス通過の際にパティキュ
レートを捕集するようになっている。
Each main particulate trap 4 is, for example, a porous material particulate trap made of a porous material such as ceramic. This particulate trap has a plurality of axial spaces subdivided by a plurality of longitudinally extending partitions, and in two adjacent axial spaces, one is an exhaust upstream side and the other is an exhaust downstream side. Is closed by a closing material such as ceramic. Thus, the two adjacent axial spaces serve as a trap passage through which the exhaust gas flowing in from the exhaust upstream side flows out to the exhaust downstream side via the partition wall, and the partition wall made of the porous material serves as a trap wall to allow the exhaust gas to pass therethrough. At the time, it collects particulates.

【0014】また、各主パティキュレートトラップ4
は、例えば、耐熱性金属繊維の不織布と耐熱性金属の波
板から構成された金属繊維パティキュレートトラップと
しても良い。このパティキュレートトラップは、二枚の
不織布と二枚の波板とが互いに違いに厚さ方向に積層さ
れて螺旋状に巻かれ、不織布と波板とによって複数の軸
線方向空間が形成されているものである。不織布を構成
する耐熱性金属繊維及び波板を構成する耐熱金属とし
て、例えば、Fe−Cr−Al合金又はNi−Cr−A
l合金等が利用可能である。二枚の不織布は、排気上流
側端部において一方の面同士を互いに密着させて螺旋状
に連続して溶接され、また、排気下流側端部において他
方の面同士を互いに密着させて螺旋状に連続して溶接さ
れる。こうして、半径方向に隣接する二つの軸線方向空
間は、排気上流側から流入した排気ガスをいずれかの不
織布を介して排気下流側に流出するトラップ通路とな
り、不織布は、トラップ壁として、排気ガス通過の際に
パティキュレートを捕集するようになっている。
Each main particulate trap 4
For example, a metal fiber particulate trap composed of a nonwoven fabric of heat-resistant metal fiber and a corrugated sheet of heat-resistant metal may be used. In this particulate trap, two nonwoven fabrics and two corrugated sheets are stacked in a thickness direction differently from each other and spirally wound, and a plurality of axial spaces are formed by the nonwoven fabrics and the corrugated sheets. Things. Examples of the heat-resistant metal fiber constituting the nonwoven fabric and the heat-resistant metal constituting the corrugated sheet include Fe-Cr-Al alloy and Ni-Cr-A.
1 alloy and the like can be used. The two nonwoven fabrics are continuously welded in a spiral shape with one surface in close contact with each other at the exhaust upstream end, and spirally with the other surfaces in close contact with each other at the exhaust downstream end. Welded continuously. In this way, the two axially adjacent spaces in the radial direction serve as a trap passage through which the exhaust gas flowing from the upstream of the exhaust flows to the downstream of the exhaust via any of the nonwoven fabrics. At the time of the collection of particulates.

【0015】本実施形態の排気浄化装置には、さらに、
各主パティキュレートトラップ4の排気上流側におい
て、各排気ポート3を隣接する排気ポート3へ連通する
ための連通路6が設けられている。各連通路6には、常
時開の開閉弁6aが配置されている。排気集合部2の下
流側は単一の排気通路5を介して大気へ開放されてい
る。排気通路5には、排気通路5を閉鎖可能な常時開の
第一閉鎖弁7が配置されている。また、第一閉鎖弁7を
バイパスするバイパス通路8が設けられ、このバイパス
通路8には、副パティキュレートトラップ9が配置され
ている。副パティキュレートトラップ9は、前述の主パ
ティキュレートトラップ4と同様な構成を有してパティ
キュレートを捕集するものであるが、細孔の大きさは、
主パティキュレートトラップ4に比較して小さく、さら
に良好な捕集能力を有している。また、副パティキュレ
ートトラップ9の直上流側には、副パティキュレートト
ラップ9に捕集されたパティキュレートを消失させるた
めのヒータ又はバーナ等の加熱手段が設けられている。
バイパス通路8の副パティキュレートトラップ9の上流
側には、バイパス通路8を閉鎖可能な常時閉の第二閉鎖
弁10が配置されている。
The exhaust gas purifying apparatus according to this embodiment further includes:
On the exhaust upstream side of each main particulate trap 4, a communication path 6 for communicating each exhaust port 3 with an adjacent exhaust port 3 is provided. Each communication passage 6 is provided with a normally open on-off valve 6a. The downstream side of the exhaust collecting part 2 is open to the atmosphere via a single exhaust passage 5. A normally-open first closing valve 7 that can close the exhaust passage 5 is disposed in the exhaust passage 5. In addition, a bypass passage 8 that bypasses the first closing valve 7 is provided, and a sub-particulate trap 9 is disposed in the bypass passage 8. The sub-particulate trap 9 has a configuration similar to that of the above-mentioned main particulate trap 4 and collects particulates.
It is smaller than the main particulate trap 4 and has better trapping ability. Immediately upstream of the sub-particulate trap 9, a heating means such as a heater or a burner for eliminating the particulates collected by the sub-particulate trap 9 is provided.
A normally closed second closing valve 10 capable of closing the bypass passage 8 is disposed upstream of the sub-particulate trap 9 in the bypass passage 8.

【0016】このように構成された排気浄化装置におい
て、各気筒から排出される比較的高速の排気ガスは、各
連通路6によって全排気ポート3へ分散される。それに
より、特定の主パティキュレートトラップ4へ流入する
排気ガスの流速変化は、図2に示すように、比較的低速
で推移する。主パティキュレートトラップ4の細孔の大
きさは、パティキュレートに比較して非常に大きくされ
ているが、流入する排気ガスが低速であるために、排気
ガス中のパティキュレートは主パティキュレートトラッ
プ4の細孔の回りに付着堆積して捕集され、この付着堆
積パティキュレートは崩されることなく容易に比較的大
きく成長することができる。こうして、主パティキュレ
ートトラップ4の実質的な細孔の大きさを、ある程度に
減少させ、主パティキュレートトラップ4におけるパテ
ィキュレート捕集率は高められる。
In the exhaust gas purification apparatus thus configured, relatively high-speed exhaust gas discharged from each cylinder is distributed to all the exhaust ports 3 by each communication path 6. Thereby, the change in the flow velocity of the exhaust gas flowing into the specific main particulate trap 4 changes at a relatively low speed as shown in FIG. Although the size of the pores of the main particulate trap 4 is very large as compared with the particulates, since the flowing exhaust gas is slow, the particulates in the exhaust gas are The attached and deposited particulates are collected around the fine pores, and the attached and deposited particulates can easily grow relatively large without being destroyed. Thus, the size of the substantial pores of the main particulate trap 4 is reduced to some extent, and the particulate collection rate in the main particulate trap 4 is increased.

【0017】各主パティキュレートトラップ4は機関本
体近傍に配置されているために、各主パティキュレート
トラップ4に捕集されたパティキュレートは、機関高負
荷高速運転時等に排気ガスが高温となれば、排気ガスの
熱を有効に利用して焼失し、各主パティキュレートトラ
ップ4の再生が完了する。
Since each of the main particulate traps 4 is disposed near the engine body, the particulates collected by each of the main particulate traps 4 can have high exhaust gas temperature when the engine is operated at high load and high speed. For example, the heat of the exhaust gas is effectively used and burned, and the regeneration of each main particulate trap 4 is completed.

【0018】しかしながら、このような機関高負荷高速
運転が所定期間実施されないことがあり、この場合に
は、各主パティキュレートトラップ4には比較的多い所
定量のパティキュレートが捕集される。各主パティキュ
レートトラップ4に、さらにパティキュレートが捕集さ
れると、パティキュレートの過捕集状態となり、各主パ
ティキュレートトラップの排気抵抗が非常に増加するだ
けでなく、再生に際して多大な燃焼熱が発生して各主パ
ティキュレートトラップ4を溶損させる可能性がある。
However, such high-load high-speed operation of the engine may not be performed for a predetermined period. In this case, a relatively large amount of a predetermined amount of particulates is collected in each main particulate trap 4. When the particulates are further collected in each of the main particulate traps 4, the particulates are excessively collected, which not only greatly increases the exhaust resistance of each of the main particulate traps but also generates a large amount of combustion heat during regeneration. May occur and each main particulate trap 4 may be melted.

【0019】従って、再生が実施されずに、各主パティ
キュレートトラップ4に所定量のパティキュレートが捕
集された時には、各主パティキュレートトラップ4から
捕集されたパティキュレートを放出させることが必要と
なる。本実施形態では、機関高負荷高速運転が所定期間
実施されない時、又は各主パティキュレートトラップの
上流側と下流側との圧力差が所定値以上となった時に
は、各連通路6の開閉弁6aを閉弁し、一点鎖線で示す
ように、排気通路5の第一閉鎖弁7を閉弁すると共にバ
イパス通路8の第二閉鎖弁10を開弁するようになって
いる。
Therefore, when a predetermined amount of particulates are collected in each main particulate trap 4 without performing regeneration, it is necessary to release the collected particulates from each main particulate trap 4. Becomes In this embodiment, when the engine high-load high-speed operation is not performed for a predetermined period, or when the pressure difference between the upstream side and the downstream side of each main particulate trap becomes equal to or more than a predetermined value, the on-off valve 6a of each communication path 6 , And the first closing valve 7 of the exhaust passage 5 is closed and the second closing valve 10 of the bypass passage 8 is opened as shown by a chain line.

【0020】図3における一点鎖線は、各連通路6を各
開閉弁6aによって閉鎖した場合において、特定の主パ
ティキュレートトラップ4へ流入する排気ガスの流速変
化を示しており、対応する気筒における排気行程で二つ
のピーク流速が発生している。第一のピーク流速は、排
気弁の開弁と同時に、気筒内の高圧の既燃ガスが噴出す
ることによってもたらされる。また、第二のピーク流速
は、ピストンの上昇に伴って気筒内の既燃ガスが多量に
排出されることによってもたらされる。
The dashed line in FIG. 3 indicates a change in the flow velocity of the exhaust gas flowing into a specific main particulate trap 4 when each communication passage 6 is closed by each on-off valve 6a. Two peak velocities occur during the journey. The first peak flow velocity is caused by the ejection of high-pressure burned gas in the cylinder simultaneously with the opening of the exhaust valve. Further, the second peak flow velocity is obtained by discharging a large amount of burned gas in the cylinder as the piston rises.

【0021】こうして、気筒内の既燃ガスは、二つのピ
ーク流速を持って主パティキュレートトラップ4へ流入
する。各ピーク流速は比較的高速であり、主パティキュ
レートトラップ4に捕集されたパティキュレートの堆積
を容易に崩して主パティキュレートトラップ4から排出
させることができる。この時、排気通路5が第一閉鎖弁
7によって閉鎖され、バイパス通路8が開放されている
ために、各主パティキュレートトラップ4から排出され
たパティキュレートは、一点鎖線の矢印で示すように、
排気ガスと共にバイパス通路8へ流入し、副パティキュ
レートトラップ9によって捕集される。こうして、主パ
ティキュレートの過捕集時において、各主パティキュレ
ートトラップ4から排出させたパティキュレートがその
まま大気中に排出され、全体的なパティキュレート排出
量が増大することは防止される。
Thus, the burned gas in the cylinder flows into the main particulate trap 4 at two peak flow rates. Each peak flow rate is relatively high, and the accumulation of the particulates collected in the main particulate trap 4 can be easily broken and discharged from the main particulate trap 4. At this time, since the exhaust passage 5 is closed by the first closing valve 7 and the bypass passage 8 is open, the particulates discharged from each main particulate trap 4 are, as shown by the one-dot chain line arrow,
The gas flows into the bypass passage 8 together with the exhaust gas, and is collected by the auxiliary particulate trap 9. In this way, at the time of excessive collection of the main particulates, the particulates discharged from each main particulate trap 4 are directly discharged into the atmosphere, thereby preventing an increase in the total amount of particulates discharged.

【0022】副パティキュレートトラップ9は、主パテ
ィキュレートトラップ4に比較して小さな細孔を有して
いるために、さらに良好にパティキュレートを捕集する
が、その一方で排気抵抗は大きくなる。しかしながら、
各主パティキュレートトラップ4からパティキュレート
を排出させるために各開閉弁6aを閉弁する時間は短時
間で十分であり、この間しか排気ガスがバイパス通路8
及び副パティキュレートトラップ9を通過しないため
に、特に問題となることはない。
The sub-particulate trap 9 has small pores as compared with the main particulate trap 4, so that it traps the particulates better, but on the other hand, the exhaust resistance is increased. However,
A short time is required to close each on-off valve 6a in order to discharge the particulates from each main particulate trap 4, and only during this time the exhaust gas passes through the bypass passage 8.
In addition, since it does not pass through the sub-particulate trap 9, there is no particular problem.

【0023】各主パティキュレートトラップ4からのパ
ティキュレートの排出が完了すれば、実線で示すよう
に、第一閉鎖弁7を開弁すると共に第二閉鎖弁10によ
ってバイパス通路8が閉鎖され、排気ガスは実線の矢印
で示すように排気抵抗の低い排気通路7を通り大気中に
放出される。その後、副パティキュレートトラップ9に
捕集されたパティキュレートを、前述した加熱手段によ
って焼失させ、副パティキュレートトラップ9を再生さ
せることにより、各主パティキュレートトラップ4から
の次回のパティキュレートの排出に備えられる。
When the discharge of the particulates from each main particulate trap 4 is completed, as shown by the solid line, the first closing valve 7 is opened and the bypass passage 8 is closed by the second closing valve 10, so that the exhaust gas is exhausted. The gas is discharged into the atmosphere through an exhaust passage 7 having a low exhaust resistance as indicated by a solid arrow. Thereafter, the particulates collected in the sub-particulate trap 9 are burned out by the above-mentioned heating means, and the sub-particulate trap 9 is regenerated, so that the next particulates are discharged from each main particulate trap 4. Be provided.

【0024】排気ガス中には、気筒内へ侵入したエンジ
ンオイルの燃焼生成物であるカルシウム及びリン等の酸
化物及び硫化物等も含まれている。これらは、アッシュ
と称され、パティキュレートと同程度の大きさを有し、
パティキュレートに比較して発生量は少ないものの各主
パティキュレートトラップ4にパティキュレートと同様
に良好に捕集されている。アッシュは、非常に燃焼させ
難いものであるために、各主パティキュレートトラップ
4からパティキュレートを焼失させても、パティキュレ
ートトラップに残留して堆積し、排気抵抗を増加させ
る。
The exhaust gas contains oxides and sulfides such as calcium and phosphorus, which are combustion products of the engine oil that has entered the cylinder. These are called ash and have the same size as particulates,
Although the amount of generation is smaller than that of the particulates, they are collected well in each main particulate trap 4 similarly to the particulates. Since ash is very difficult to burn, even if the particulates are burned off from each main particulate trap 4, the ash remains in the particulate traps and accumulates, increasing the exhaust resistance.

【0025】このようなアッシュも各主パティキュレー
トトラップ4から排出させなければならないが、各主パ
ティキュレートトラップ4において、アッシュの堆積
は、パティキュレートに比較して強固であるために、各
開閉弁6aによって各連通路6を閉鎖しただけではパテ
ィキュレートトラップ4から除去することはできない。
Such ash must also be discharged from each of the main particulate traps 4. However, in each of the main particulate traps 4, the ash accumulation is stronger than the particulates. It is not possible to remove from the particulate trap 4 only by closing each communication passage 6 by 6a.

【0026】本実施形態では、例えば、機関高負荷高速
運転が実施された直後、すなわち、高温の排気ガスによ
って各主パティキュレートトラップ4に捕集されたパテ
ィキュレートを焼失させて各主パティキュレートトラッ
プの再生が完了した直後において、必ず又は所定再生回
数毎に、各開閉弁6aを閉弁する各開閉弁6aにより各
連通路6を閉鎖すると共に、各気筒の排気行程初期にお
いてだけ、第一閉鎖弁7を閉弁方向に作動するようにな
っている。図3における実線は、この結果として、特定
のパティキュレートトラップ4へ流入する排気ガスの流
速変化を示している。
In the present embodiment, for example, immediately after the high-load high-speed operation of the engine is performed, that is, the high-temperature exhaust gas burns out the particulates collected in each main particulate trap 4 to burn each main particulate trap. Immediately after the completion of the regeneration, each communication passage 6 is closed by the opening / closing valve 6a for closing the opening / closing valve 6a without fail or at every predetermined number of times of regeneration, and the first closing is performed only at the beginning of the exhaust stroke of each cylinder. The valve 7 is operated in the valve closing direction. The solid line in FIG. 3 shows the change in the flow rate of the exhaust gas flowing into the specific particulate trap 4 as a result.

【0027】排気行程初期においては、第一閉鎖弁7が
閉弁方向に作動されて排気系における排気抵抗が増加さ
れるために、排気弁の開弁と同時に気筒内から噴出する
既燃ガス量が減少し、第一のピーク流速は通常時に比較
して低くなる。その後においては、ピストンの上昇に伴
って気筒内の既燃ガスは、排気弁の開弁と同時に気筒内
から噴出する既燃ガス量の減少の分だけ増量して強制的
に全て排出され、この時に第一閉鎖弁7は全開とされる
ために、第二のピーク流速は通常時に比較して非常に高
くなる。それにより、堆積アッシュは、通常時より高速
な第二のピーク流速で主パティキュレートトラップ4へ
流入する排気ガスによって、崩されて細かくされ、パテ
ィキュレートトラップ4の下流側に排出させることがで
きる。
In the early stage of the exhaust stroke, since the first closing valve 7 is operated in the valve closing direction to increase the exhaust resistance in the exhaust system, the amount of burned gas ejected from the cylinder simultaneously with the opening of the exhaust valve. And the first peak flow rate is lower than normal. Thereafter, as the piston rises, the burned gas in the cylinder is forcibly discharged by increasing the amount of burned gas ejected from the cylinder at the same time as the opening of the exhaust valve. Since the first closing valve 7 is sometimes fully opened, the second peak flow rate is much higher than usual. Thereby, the deposited ash can be broken down by the exhaust gas flowing into the main particulate trap 4 at a second peak flow velocity higher than usual and finer, and can be discharged to the downstream side of the particulate trap 4.

【0028】このように、主パティキュレートトラップ
4への排気ガスの流入を抑制する時期は、各気筒の排気
行程初期に限定されることはなく、例えば、各気筒の今
回の排気行程全体としても良く、この場合には、各気筒
の次回の排気行程で流入抑制を解除する時に各主パティ
キュレートトラップ4へ流入する排気ガスの流速を通常
時に比較して高めることができる。すなわち、各連通路
6の閉鎖と共に、主パティキュレートトラップ4への排
気ガスの流入を一時的に抑制すれば、前述の効果を得る
ことができる。
As described above, the timing for suppressing the flow of the exhaust gas into the main particulate trap 4 is not limited to the initial stage of the exhaust stroke of each cylinder. In this case, the flow rate of the exhaust gas flowing into each main particulate trap 4 when canceling the inflow suppression in the next exhaust stroke of each cylinder can be increased as compared with normal times. That is, if the flow of the exhaust gas into the main particulate trap 4 is temporarily suppressed together with the closing of each communication passage 6, the above-described effect can be obtained.

【0029】こうして各主パティキュレートトラップ4
からアッシュを排出させる時には、第二閉鎖弁10は閉
弁されている。それにより、第一閉鎖弁7によって主パ
ティキュレートトラップ4への排気ガスの流入を良好に
抑制可能となり、さらに、主パティキュレートトラップ
4から除去されたアッシュは、副パティキュレートトラ
ップ9へ流入することはなく、大気中へ放出することが
できる。こうして、副パティキュレートトラップ9に
は、アッシュを除去する機構が設けられていないが、各
主パティキュレートトラップから除去されたアッシュが
副パティキュレートトラップ9に堆積することはなく、
特に問題とはならない。
Thus, each main particulate trap 4
When the ash is discharged from the second closing valve 10, the second closing valve 10 is closed. This makes it possible to favorably suppress the inflow of exhaust gas into the main particulate trap 4 by the first closing valve 7, and further, the ash removed from the main particulate trap 4 flows into the sub-particle trap 9. And can be released into the atmosphere. Thus, although the mechanism for removing ash is not provided in the sub-particulate trap 9, the ash removed from each main particulate trap does not accumulate in the sub-particulate trap 9,
There is no particular problem.

【0030】本実施形態において、第一閉鎖弁7及び副
パティキュレートトラップ9を備えるバイパス通路8の
構成は、排気集合部2の下流側に、すなわち、全主パテ
ィキュレートトラップ4に対して一つ配置されている
が、これは本発明を限定するものではない。例えば、各
主パティキュレートトラップ4毎に、又は、二つ又は複
数の主パティキュレートトラップ4毎に、このような第
一閉鎖弁7及びバイパス通路8の構成を設けるようにし
ても良い。
In this embodiment, the configuration of the bypass passage 8 including the first closing valve 7 and the sub-particulate trap 9 is one on the downstream side of the exhaust collecting section 2, that is, one for all the main particulate traps 4. Although placed, this is not a limitation of the present invention. For example, such a configuration of the first shut-off valve 7 and the bypass passage 8 may be provided for each main particulate trap 4 or for each of two or more main particulate traps 4.

【0031】[0031]

【発明の効果】このように、本発明による内燃機関の排
気浄化装置によれば、機関排気系における排気集合部と
各気筒とを連通する各排気ポートのそれぞれに配置され
た主パティキュレートトラップと、各主パティキュレー
トトラップの排気上流側において、各排気ポートを少な
くとも一つの他の排気ポートと連通させるための連通路
と、各連通路に配置された常時開の開閉弁と、各主パテ
ィキュレートトラップの排気下流側において機関排気系
を閉鎖可能な常時開の第一閉鎖弁と、第一閉鎖弁をバイ
パスするバイパス通路と、バイパス通路に設けられた副
パティキュレートトラップとを具備し、各開閉弁を閉弁
して主パティキュレートトラップへ流入する排気ガスの
流速を高めて過捕集のパティキュレートを排出させる時
には、第一閉鎖弁を閉弁するようになっており、各主パ
ティキュレートトラップから排出されたパティキュレー
トは、バイパス通路に設けられた副パティキュレートト
ラップによって捕集され、大気中への全体的なパティキ
ュレート排出量を十分に低減することができる。
As described above, according to the exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine according to the present invention, the main particulate trap disposed at each of the exhaust ports communicating the exhaust collecting section and each cylinder in the engine exhaust system is provided. A communication passage for communicating each exhaust port with at least one other exhaust port on the exhaust upstream side of each main particulate trap, a normally open on-off valve disposed in each communication passage, and a main particulate A normally closed first closing valve capable of closing the engine exhaust system on the exhaust downstream side of the trap, a bypass passage bypassing the first closing valve, and a sub-particulate trap provided in the bypass passage; When closing the valve and increasing the flow rate of exhaust gas flowing into the main particulate trap to discharge the over-collected particulates, the first closing valve The valve is closed, and the particulates discharged from each main particulate trap are collected by the sub-particulate trap provided in the bypass passage, and a sufficient amount of the particulates discharged into the atmosphere is sufficiently collected. Can be reduced.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明による内燃機関の排気浄化装置の実施形
態を示す概略断面図である。
FIG. 1 is a schematic sectional view showing an embodiment of an exhaust gas purification device for an internal combustion engine according to the present invention.

【図2】開閉弁開弁時における特定パティキュレートト
ラップへ流入する排気ガスの流速を示すグラフである。
FIG. 2 is a graph showing a flow rate of exhaust gas flowing into a specific particulate trap when an on-off valve is opened.

【図3】開閉弁閉弁時における特定パティキュレートト
ラップへ流入する排気ガスの流速を示すグラフである。
FIG. 3 is a graph showing a flow rate of exhaust gas flowing into a specific particulate trap when the on-off valve is closed.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

2…排気集合部 3…排気ポート 4…主パティキュレートトラップ 5…排気通路 6…連通路 6a…開閉弁 7…第一閉鎖弁 8…バイパス通路 9…副パティキュレートトラップ 10…第二閉鎖弁 2 ... Exhaust collecting part 3 ... Exhaust port 4 ... Main particulate trap 5 ... Exhaust passage 6 ... Communication passage 6a ... On-off valve 7 ... First closing valve 8 ... Bypass passage 9 ... Sub-particulate trap 10 ... Second closing valve

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 田原 淳 愛知県豊田市トヨタ町1番地 トヨタ自動 車株式会社内 Fターム(参考) 3G090 AA01 AA04 BA01 BA02 BA04 CA00 CA01 CA04 CB22 CB23 CB24 DA04  ────────────────────────────────────────────────── ─── Continued on the front page (72) Inventor Atsushi Tahara 1 Toyota Town, Toyota City, Aichi Prefecture Toyota Motor Corporation F-term (reference) 3G090 AA01 AA04 BA01 BA02 BA04 CA00 CA01 CA04 CB22 CB23 CB24 DA04

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 機関排気系における排気集合部と各気筒
とを連通する各排気ポートのそれぞれに配置された主パ
ティキュレートトラップと、各前記主パティキュレート
トラップの排気上流側において、各前記排気ポートを少
なくとも一つの他の前記排気ポートと連通させるための
連通路と、各前記連通路に配置された常時開の開閉弁
と、各前記主パティキュレートトラップの排気下流側に
おいて機関排気系を閉鎖可能な常時開の第一閉鎖弁と、
前記第一閉鎖弁をバイパスするバイパス通路と、前記バ
イパス通路に設けられた副パティキュレートトラップと
を具備し、各前記開閉弁を閉弁して前記主パティキュレ
ートトラップからパティキュレートを排出させる時に
は、前記第一閉鎖弁を閉弁することを特徴とする内燃機
関の排気浄化装置。
1. A main particulate trap disposed at each exhaust port that communicates between an exhaust collecting portion and each cylinder in an engine exhaust system, and each exhaust port is provided on an exhaust upstream side of each main particulate trap. , A normally open on-off valve arranged in each of the communication paths, and an engine exhaust system can be closed on the exhaust downstream side of each of the main particulate traps. A normally open first shut-off valve,
A bypass passage bypassing the first closing valve, comprising a sub-particulate trap provided in the bypass passage, when closing each on-off valve and discharging particulates from the main particulate trap, An exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine, wherein the first closing valve is closed.
【請求項2】 前記バイパス通路の前記副パティキュレ
ートトラップの上流側には、前記バイパス通路を閉鎖可
能な第二閉鎖弁が設けられ、各前記開閉弁を閉弁して前
記主パティキュレートトラップからアッシュを排出させ
る時には、前記第二閉鎖弁を閉弁し、前記第一閉鎖弁に
よって前記少なくとも一つの前記主パティキュレートト
ラップへの排気ガスの流入を一時的に抑制することを特
徴とする請求項1に記載の内燃機関の排気浄化装置。
2. A second closing valve capable of closing the bypass passage is provided upstream of the sub-particulate trap in the bypass passage, and each of the on-off valves is closed to close the main particulate trap. When discharging ash, the second closing valve is closed, and the flow of exhaust gas into the at least one main particulate trap is temporarily suppressed by the first closing valve. 2. The exhaust gas purification device for an internal combustion engine according to claim 1.
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