JPH03202612A - 内燃機関の排気処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は内燃機関の排気微粒子を排気トラップで捕集し
て処理する装置に関する。

（従来の技術〉 ディーゼル機関の排気中に含まれるカーボン等の微粒子
（パーティキュレイト〉を捕集するために、排気通路に
排気トラップを設置することはよく知られているく特開
昭５８−５１２３５号公報等）。

排気トラップに捕集されたパーティキュレイトは、機関
の運転状態によって、たとえば排気温度が高くなる高負
荷時などには自動的に燃焼するが、通常の運転領域では
次第に堆積していき、これが排気抵抗となって排気圧力
（排圧〉の上昇を招き、機関性能に悪影響を及ぼす要因
となる。

そこで、捕集したパーティキュレイトを定期的に燃焼さ
せて排気トラップの再生を行うのであるが、このために
、たとえば特開昭５９−７７２１号公報では、排気トラ
ップの直前にバーナを設置しておき、バーナからの噴射
燃料を着火燃焼させ、その燃焼熱により捕集したパーテ
ィキュレイトを再燃焼させている。

（発明が解決しようとする課題） ところが、このようにバーナあるいは電気ヒータにより
パーティキュレイトを再燃焼させる場合、排気トラップ
に捕集されたパーティキュレイトの堆積量や、その再生
直前の運転条件等によって、排気トラップでの燃焼条件
が大幅に変動し、パーティキュレイトの堆積量が多いと
きなど、再生温度が異常に高まり、排気トラップの焼損
を生じたり、あるいは排気トラップ自体の温度が低くパ
ーティキュレイトの堆積量も少ないときは、完全に燃焼
されないということもあった。

また、排気トラップの再生は機関の出力と無関係な燃料
を消費し、あるいは電力を消費するため、機関の燃費の
悪化を最小限にとどめるためにも、再生操作を効率的に
行う必要がある。

本発明はこのような問題を解決することを目的とする。

（課題を解決するための手段） そこで本発明は、第１図に示すように、排気通路１００
に介装した排気微粒子を捕集する排気トラップ１０１と
、この排気トラップ１０１をバイパスして排気を流すバ
イパス通路１０２に介装さたバイパス弁１０３と、排気
温度を上昇させて排気トラップ１０１の堆積微粒子を燃
焼させる再生手段１０４と、同じく排気トラップの上流
に設置した電気ヒータ１０５と、少なくとも運転状態を
検出する手段１０６と、運転状態に基づいて微粒子の捕
集堆積量を推定して排気トラップ１０１の再生時期を判
定して報知する手段１０７と、排気トラップ近傍の排気
温度を検出する手段１０８と、手動再生操作を起動する
手動再生スイッチ１０９と、機関のアイドリング時に手
動再生スイッチｌＯ９が作動すると前記再生手段１０４
を作動させると共にバイパス弁１０３を閉じ、検出した
排気温度が所定値に達すると前記再生手段１０４の作動
を解除する一方電気ヒータ１０５に通電すると共にバイ
パス弁１０３を開いて再生を行う手動再生操作手段１１
０とを備える。

（作用） したがって、排気トラップに捕集されるパーティキュレ
イトの堆積量が所定の限界値に達すると、運転者に再生
時期がきたことを報知する。

機関のアイドリング状態で手動再生スイッチを作動させ
ることにより、再生操作が開始される。

この場合、まず再生手段が作動して排気温度を上昇させ
、第１の再生段階へと入る。この状態では排気温度が排
気トラップでの再生温度まで高められ、パーティキュレ
イトの再燃焼が円滑に行なわれる０機関は一定負荷、一
定回転の状態にあって排気温度が安定しているため、再
生手段による温度上昇分に依存して再生に必要な温度を
正確に維持することができる。

次いで排気温度が所定値を越えると、再生手段の作動を
解除する一方、電気ヒータに通電すると共にバイパス弁
を開いて、第２の再生段階に移る。

この状態では余熱並びにヒータ加熱により排気トラップ
が高温状態を維持し、しかもバイパス弁を開いて排気を
バイパスさせることにより、排気トラップには適度な酸
素が存在し、この高温雰囲気のもとで残存するパーティ
キュレイトは効率よく燃焼する。

（実施例） 以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第２図において、１はディーゼル機関本体、２は吸気通
路、３は排気通路を示す、排気通路３には排気中のパー
ティキュレイトを捕集するための排気トラップ４が設け
られる。なお、排気トラップ４には排気中の未燃焼戒分
を酸化させる触媒が通気性のあるセラミック担体の表面
にコーティングされている。

排気トラップ４に捕集したパーティキュレイトを定期的
に燃焼させるため、排気温度ｊｌＪｌ−ｅで再生を行う
手段として、まず、前記吸気通路２には吸気絞り弁５が
設けられており、負圧アクチュエータ（ダイヤプラム装
置）６によって開度が絞り込まれると、燃焼に関与しな
い余剰空気が減少して排気温度が上昇する。

負圧アクチュエータ６にはソレノイド弁（三方電磁弁）
ＳＯＬＩを介して図示しないバキュームポンプ等からの
負圧が導入される。

排気通路３には排気絞り弁７が設けられ、同じく負圧ア
クチュエータ８を介して開度が絞られると、排圧の上昇
による機関負荷の上昇で、燃料噴射ポンプ１０から供給
される燃料噴射量が増加補正され、排気温度を上昇させ
られる。この負圧アクチュエータ８に対する負圧は、ソ
レノイド弁５ＱＬ２により制御される。

また、これとは別に燃料噴射ポンプ１０からの噴射量（
アイドル噴射量）を所定量だけ増量して排気温度を上昇
させるために、そのアイドルアップレバー（燃料コント
ロールユニット１５を燃料増量方向に駆動する負圧アク
チュエータ１６が設けられ、ソレノイド弁５ＯＬ４がこ
の供給負圧を制御する。

さらに、排気トラップ４の直前には電気ヒータ１１が設
置され、これへの通電によりトラップ前面温度を上昇さ
せることができる。

一方、排気トラップ４と並列に排気バイパス通路１２が
設けられ、このバイパス通路１２には負圧アクチュエー
タ１４を介して開閉するバイパス弁１３が介装され、排
気トラップ４の再生後半でバイパス弁１３を開くことに
より、排気をバイパスさせ、排気トラップ４の温度低下
を防ぐ、なお負圧アクチュエータ１４にはソレノイド弁
５ＱＬ３を介して負圧の導入が制御される。

次にコントロールユニット２０は、これらソレノイド弁
５ＱＬ１〜４や電気ヒータ１１の作動を制御して排気ト
ラップ４の再生を行う。

すなわち、コントロールユニット２０は機関運転状態を
検出する手段としての、積算距離計２１からの検出信号
Ｍにもとづいて排気トラップ４に捕集されるパーティキ
ュレイトの堆積量を推定してその再生時期を判断し、警
告灯ＷＬを作動させると共に、手動再生スイッチ２１が
オンとなったときに、そのときの機関回転数センサ２２
とニュートラルスイッチ２３からの信号によって求めた
運転条件と、排気温度センサ２４が検出する排気トラッ
プ４の出口排気温度Ｔにもとづいて、各再生手段を選択
的に作動させて効率よく排気トラップ４の再生操作を行
うようになっている。

マイクロコンピュータ等により構成されるコントロール
ユニット２０における上記した制御動作を、全体的な作
用を含めて、第３図、第４図を参照しながら具体的に説
明する。

第３図は制御動作のメインフローを示すもので、まず機
関回転数Ｎｅを読込み、機関が完全に自立運転している
かどうかを回転数Ｎｅから判断する（ステップ１，２　
ただし以下の表示では単に「Ｓｌ、２」のようにあられ
す〉。

完爆していないときは、Ｓ３に移行して、吸気、排気絞
り弁５，７を開くと共にバイパス弁１３を開き、かつ電
気ヒータ１１をオフにする一方、警告灯ＷＬをオフにす
る。

これに対して完爆したものと判断したときは、積算距離
計２１の積算値Ｍを読込み、設定値と比較する（Ｓ４．
Ｓ５）。

排気トラップ４のパーティキュレイトの堆積量は運転条
件、たとえば走行距離に略比例したものとなり、走行距
離に応じてパーティキュレイトの堆積ｌも増える。した
がって堆積したパーティキュレイトの許容限界値を走行
距離から換算して設定値とし、これと走行距離積算値と
をすることにより、排気トラップ４の再生時期を判定す
ることができる。

再生時期に達していないときは、Ｓ６でバイパス弁１３
を閉じる。

これに対して再生時期にきているときは、手動再生スイ
ッチ２５がオンになったかどうかを判断し、オンでない
ときは警告灯ＷＬを点滅して運転者に再生時期に到達し
ていることを報知する（Ｓ７、Ｓ８）。

手動再生スイッチ２５がオンになったときは、Ｓ９の手
動再生操作ルーチンに移行する。

この具体的な操作内容は第４図に示す通りで、まず、排
気温度信号、ニュートラル信号と回転数信号を読込み、
車両が停止状態かどうが、つまりギヤ位置がニュートラ
ルでかつアイドリング回転にあるかどうかを判断する（
Ｓ２１，５２２）。

これはアイドルアップレバー１５を含めた再生操作を車
両走行中ではなく、停止した一定回転条件のもとで行う
ことにより、安定してパーティキュレイトを燃焼させる
と共に暴走等の危険を回避するためで、車両停止状態に
ないときは、８２３で吸気絞り弁５、排気絞り弁７、バ
イパス弁１３を開き、アイドルアップレバー１５をオフ
、また電気ヒータ１１、手動再生スイッチ２５、さらに
警告灯ＷＬもオフとする。また、後述する各再生段階フ
ラグ、昇温段階フラグをオフにする。

車両停止状態と判定されたときは、８２４〜Ｓ２７で、
後述するどの再生段階にあるかを判断し、いずれにもな
い再生初期のときは、３２８において、吸気絞り弁５を
閉じ、排気絞り弁７を閉じ、バイパス弁１３を閉じ、ま
たアイドルアップレバー１５をオン（アイドル燃料増Ｉ
〉にしてエンジン回転数を上昇させる。

これによって第５図にも示すが、排気温度が上昇してい
く昇温段階ｌに入る。なお、このとき電気ヒータ１１は
オフ、またタイマリセットを行うと共に昇温段階Ｉフラ
グをオンにする。

この状態で排気トラップ４の出口排気温度Ｔが所定値Ｔ
ｅｘよりも低いときは、第１の設定時間Ｔｉｍｅｌが経
過するまでこのまま待ち、そして、この時間が経過した
ら、こんどは電気ヒータ１１をオンにして、さらに温度
を高める（８２９〜５３１）、なお、タイマリセットす
るとともに、昇温段階■フラグをオンにする。

排気温度Ｔが十分に再生が行なわれる温度Ｔｅｘよりも
上昇したら、再生段＃Ｉフラグをオンにすると共にタイ
マリセットを行い、電気ヒータ１１に通電してから第２
の設定時間Ｔｉｍｅ２が経過するのを待つ（８３２〜５
３４）。

この再生段Ｍｌの状態は総ての再生手段が作動しており
、排気トラップ４に捕集されたパーティキュレイトの燃
焼が開始される。

機関の運転条件は基本的に一定の負荷及び一定の回転状
態にあるため、排気温度はほぼ一定温度で安定しており
、再生手段による温度上昇があっても、再生中の温度が
極端に変動することがなく、したがって温度不足で燃焼
が不安定となったり、逆に温度が上昇しすぎて排気トラ
ップ４が溶融したりの危険もなく、安定した再生動作が
得られる。

次いでこの設定時間Ｔｉｍｅ２が経過したら、電気ヒー
タ１１のみを残し−て、他の再生手段をオフ、つまり吸
気絞り弁５、排気絞り弁７を開き、アイドルアップレバ
ー１５をオフにすると共に、バイパス弁１３を開いて、
再生段階■に移行する。

この状態では排気トラップ４の加熱は電気ヒータ１１の
みで行なわれるが、バイパス弁１３が開いて排気をバイ
パスさせるため、排気トラップ４には排気が流れず、こ
の結果、排気トラップ４は適度な酸素の存在のもとで、
高温雰囲気により残存するパーティキュレイトを確実に
燃焼させる。

再生手段の作動を解除した段階では、排気が排気トラッ
プ４に流れると、その分だけ熱交換により排気トラップ
４の余熱が奪われ、高温の再生雰囲気が損なわれるが、
排気をバイパスさせることで温度低下を防止でき、しか
も排気トラップ４には適度な酸素が存在しているため、
電気ヒータ１１だけでも確実にパーティキュレイトを燃
焼させることができるのである。

この結果、消費燃料、消費電力の少ない再生操作が行え
る。なお、この場合、排気をバイパスして流しても、機
関アイドリング状態ではもともとパーティキュレイトの
排出量が少なく、排気性能が悪化するおそれはない、 この再生操作時間が第３の設定時間Ｔｉｍｅ３に達する
と、再生が終了したものとみなし、手動再生スイッチ２
５をオフにすると共に、電気ヒータ１１をオフにし、さ
らに各再生段階フラグ、昇温段階フラグをオフにする。

また警告灯ＷＬをオフにして再生の終了を知らせる。ま
た積箪距離をクリアする。

（発明の効果） このようにして本発明によれば、所定の再生時期に達す
ると警告灯により運転者に知らされ、車両を停止した状
態で再生操作に入ると、まず、総ての再生手段を作動さ
せて速やかに再生温度まで排気温度を上昇させる第１段
階の再生操作が行なわれ、この結果、排気温度が所定値
に到達すると、こんどは再生手段の作動を解除する一方
で電気ヒータに通電すると共に排気をバイパスさせての
第２段階の余熱再生を行うので、排気トラップに堆積す
るパーティキュレイトを確実にしかも効率よく安定燃焼
させることができ、排気トラップの焼損等を招くことな
く、再生時に消費される燃料、電力量も最小限にとどめ
られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の構成を示す構成図、第２図は本発明の
実施例の概略構成図、第３図、第４図はそれぞれ制御動
作を示すフローチャート、第５図は作動状態を示すタイ
ミングチャートである。 １・・・機関本体、２・・・吸気通路、３・・・排気通
路、４・・・排気トラップ、５・・・吸気絞り弁、７・
・・排気絞り弁、１０・・・燃料噴射ボン１．１１・・
・電気ヒータ、１２・・・排気バイパス通路、１３・・
・バイパス弁、１５・・・アイドルアップレバー、２０
・・・コントロールユニット、２１・・・積算距離計、
２２・・・回転数センサ、２４・・・温度センサ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 排気通路に介装した排気微粒子を捕集する排気トラップ
   と、この排気トラップをバイパスして排気を流すバイパ
   ス通路に介装されたバイパス弁と、排気温度を上昇させ
   て排気トラップの堆積微粒子を燃焼させる再生手段と、
   同じく排気トラップの上流に設けた電気ヒータと、少な
   くとも運転状態を検出する手段と、運転状態に基づいて
   微粒子の捕集堆積量を推定して排気トラップの再生時期
   を判定して報知する手段と、排気トラップ近傍の排気温
   度を検出する手段と、手動再生操作を起動する手動再生
   スイッチと、機関のアイドリング時に手動再生スイッチ
   が作動すると前記再生手段を作動させると共にバイパス
   弁を閉じ、検出した排気温度が所定値に達すると前記再
   生手段の作動を解除する一方電気ヒータに通電すると共
   にバイパス弁を開いて再生を行う手動再生操作手段とを
   備えることを特徴とする内燃機関の排気処理装置。