JPH03222808A - 内燃機関の排気ガス微粒子浄化装置 - 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ガス微粒子浄化装置に関し、特
に微粒子捕集フィルタを設けた浄化装置に関する。

［従来の技術１ 微粒子捕集フィルタを設けた排気ガス微粒子浄化装置は
ディーセ゛ルエンジンにおいて多用され、排気ガス中の
カーボン微粒子を捕集してスモークの発生を防止してい
る。

従来、この種の浄化装置は、メイン排気管に再生ヒータ
を付設した微粒子捕集フィルタを設けるとともに、該捕
集フィルタを迂回するバイパス排気管を設け、上記捕集
フィルタの目詰まりを検出して再生ヒータにより捕集微
粒子を燃焼除去するとともに、この間、排気ガスをバイ
パス排気管に流す構造が採用されている。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、上記従来の構造では、捕集フィルタへの
微粒子捕集量が増大するにつれてエンジン背圧が増大し
て出力効率が低下するとともに、捕集フィルタ再生時に
はバイパス排気管を通って微粒子を含んだ排気ガスが垂
れ流しとなる。また、この再生時にも微粒子燃焼に必要
なガス流をある程度はメイン排気管側へ供給する必要が
あり、バイパス排気管に設ける流量調整弁の調整が難し
いという問題もある。

そこで、本発明はかかる課題を解決するもので、ｉ紋粒
子を確実に捕集除去できるとともに、エンジン背圧の上
昇を生じることかなく、かつ、捕集フィルタ再生時の微
粒子垂れ流しや流量調整の困難性を解消した内燃機関の
排気ガス微粒子浄化装置を提供することを目的とする。

に課題を解決するための手段ｊ 本発明の詳細な説明すると、排気ガス微粒子浄化装置は
、内燃機関の排気ガス流路５中にサイクロン型の微粒子
セパレータ６を設けて、該微粒子セパレータ６により排
気ガス中の微粒子を遠心分離するとともに、上記セパレ
ータ６で分離した微粒子を流出せしめる流路１３中に上
記微粒子を捕集する捕集フィルタ２６を設け、該捕集フ
ィルタ２６には捕集された微粒子を加熱して燃焼除去す
る再生ヒータ２７を設けたものである。

［作用ｊ 上記構成の装置において、内燃機関の排気ガス中の微粒
子は、微粒子セパレータ６により遠心分離され、微粒子
が除去されて浄化された排気ガスが外気へ放出される。

分離された微粒子は流出流路１３に設けた捕集フィルタ
２６により効率的に捕集され、一定量以上捕集されると
、再生ヒータ２７により燃焼除去される。

この場合、排気ガス流路５中の上記微粒子セパレータ６
は微粒子を分離するだけであるから、目詰まりを生じる
ことはなく、内燃機関の背圧が上昇する問題は生じない
。

分離された微粒子は上記捕集フィルタ２６により効率的
かつ確実に捕集され、付設の再生ヒータ２７により加熱
されて燃焼除去される。この再生中にも、上記微粒子セ
パレータ６の微粒子分離は続行されているから、微粒子
を含んだ排気ガスが垂れ流しになることはない。

［第１実施例］ 第１の実施例について第１図で説明する。１はディーゼ
ル機関本体、２は吸気管、３は吸気マニホルド、４は排
気マニホールド、５は排気管を夫々示す。排気管５の途
中には、排気ガス微粒子を遠心分離するサイクロン式セ
パレータ６が配設される。

サイクロン式セパレータ６は、排気ガス流入ロア、ゲー
ジング８、排気ガス流出口９、及び゛（紋粒子流出流路
を兼ねるＥＧＲガス流出口１０から成る。ケーシング′
８は円筒部１１及びテーパ部１２から成り、円筒部１１
の側面は、円筒の接線方向を軸とする排気ガス流入ロア
が開口している。ケーシング８の上面中心には、排気ガ
ス流出口９が開口している。ケーシング８の下面中心に
は、ＥＧＲガス流出口１０か開口している。

上記ＥＧＲガス流出口１０と吸気管２とを連通するＥＧ
Ｒ通路１３の途中には、ＥＧＲ制御弁１４が配設される
。ＥＧＲ制御弁１４は、ダイヤフラム１うにより隔成さ
れな負圧室１６と大気圧室１７とを有し、この負圧室１
６内にダイヤフラム押圧用圧縮バネ１８が挿入される。

また弁ポート１つの開閉制御をする弁体２０がダイヤフ
ラム１５に連結される。

負圧室１６は負圧導入管２１を介して、機関によって駆
動される真空ポンプ２２に接続される。

負圧導入管２１の途中には負圧調整弁２３が設けられる
。負圧調整弁２３は電子制御ユニット３１から送出され
るオン−オフ信号によって開閉制御され、オン−オフ信
号のデユーティ比を変えることによって負圧室１６内の
負圧を制御することができる。弁体２０の位置は負圧室
１６内の負圧の大きさによって制御され、これによって
弁ポート１９の開度が制御される。

すなわち、電子制御ユニット３１から送出されるオン−
オフ信号のデユーティ比を変化せしめることによって、
ＥＧＲ通ｉｉ’８１３を介して吸気管２に還流されるＥ
ＧＲガス量を制御することができる。

ＥＧＲ制御井１４より下流のＥＧＲ通路１３には微粒子
捕集装置２４が配設される。

第２図には微粒子捕集装置２４の構造を示す。

第２図を参照すると、微粒子捕集装置２４の金属製ハウ
ジング２５は中央の円筒部２５ａと、円筒部２５ａの両
端部に形成された円錐状部２５ｂ、２５ｃとからなる。

円筒部２５ａ内には、捕集フィルタ２６が収納されてい
る。補集フィルタ２６は、融点が高くかつ断熱性の大き
い材料、例えばアルミナでできており、毛細管状の空隙
を有する円柱状のコア部２６ａと、コア部２６ａを囲繞
しこのコア部２６ａと同心で空隙のない外被部２６ｂと
を具備する。第２図において排気は矢印の向き、すなわ
ち図中布から右に向がって流れる。捕集フィルタ２６の
左端部付近には再生ヒータ２７が配設される。第３図に
示されるように、再生ヒタ２７は波状に形成され、コア
部２６ａの断面のほぼ全域にわたって配置される。上記
ヒータ２７は絶縁材２８を介して外部に引き出される。

再び第１図を参照すると、上記微粒子捕集装置２４より
下流では、吸気管２に連通するＥＧＲ通路１３と、大気
に解放された再生ガス通路２９が分岐しており、通路開
閉切換弁３０が配設されている。通路開閉切換弁３０は
、電子制御ユニット３１によって制御され、サイクロン
式セパレータ６のＥＧＲガス流出口１０を、吸気管２ま
たは大気に連通せしめる。

電子制御ユニット３１はディジタルコンピュータからな
り、双方向性バス３２によって相互に接続されたＲＯＭ
　（リードオンリメモリ）３３、ＲＡＭ（ランダムアク
セスメモリ〉３４、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）３５
、入力ポート３６及び出力ボート３７を具備する。

図に示されるように微粒子捕集装置２４より上流でかつ
微粒子捕集装置２４近傍のＥＧＲ通路１３には、微粒子
捕集装置２４直上流のＥＧＲ通路１３内のＥＧＲガス圧
を検出する圧力センサ４３が取付けられる。圧力センサ
４３はＥＧＲガス圧に比例した出力電圧を発生し、この
圧力センサ４３はＡＤ変換器３８を介して入力ポート３
６に接続される。一方、アクセルペダル４４にはその踏
込み量に比例した出力電圧を発生する負荷センサ４５が
取付けられる。この負荷センサ４５はＡＤ変換器３９を
介して入力ポート３６に接続される。

また、入力ポート３６には機関回転数を表わす出力信号
を発生する回転数センサ４６が接続される。

一方、出力ボート３７は駆動回路４ｏ、４１および４２
を介して再生ヒータ２７、切換弁３ｏおよび負圧調整弁
２３に夫々接続される。

まず機関の通常運転時について説明する。ディーゼル機
関１より排出される排気ガスは、排気マニホールド４、
排気管５を通って、排気ガス流入ロアよりサイクロン式
セパレータ６に流入する。

サイクロン式セパレータ６のケーシング８内では、サイ
クロン効果により排気ガス中の微粒子が分離される。分
離された微粒子はＥ、　Ｇ　Ｒガス流出口１０からＥＧ
Ｒガスと共に流出し、一方、微粒子分離後の正常な排気
ガスは排気ガス流出口９から大気に排出される。このた
め、大気への微粒子排出量が低減できる。

ＥＧＲ制御弁１４は、回転数センサ４６により検出され
る機関回転数及び負荷センサ４５によって検出されるア
クセル開度に基づいて弁ポート１９の開度を制御してＥ
ＧＲ量を制御する。また、通路開閉切換弁３０は、通常
運転時においてはＥＧＲ通路１３を吸気管２に連通せし
める。このようにして、機関運転状態に応じて適切な量
のＥＧＲガスが吸気管２内に還流される。

ＥＧＲガス中の微粒子は捕集フィルタ２６に捕集される
。このなめ、吸気管２内へのデポジットの堆積、シリン
グの摩耗及びエンジンオイルの劣化は生じない。

圧力センサ４３によって検出される微粒子捕集装置２４
上流のＥＧＲ通路１３内のＥＧＲガス圧力が予め定めら
れた圧力を越えた場合には、予め定められた時間、例え
ば２０分間再生ヒータ２７に通電される。これにより捕
集フィルタ２６が高温に加熱され、上記フィルタ２６に
捕集された微粒子は燃焼せしめられて除去され、捕集フ
ィルタ２６の目詰りが防止される。

再生ヒータ２７通電時、ＥＧＲ制御弁１４は予め定めら
れた開度、例えば全開の約２０％程度とし、微粒子の燃
焼に必要な空気が供給される。また上記ヒータ２７通電
時、通路開閉切換弁３０はＥＧＲ通路１３と吸気管２を
遮断し、ＥＧＲ通銘１３を再生ガス通路２９に連通せし
める。これによってＥＧＲガスの吸気管２への流入が阻
止される。

次に第４図で、ＥＧＲ制御弁１４の開度を制御するルー
チンを説明する。このルーチンは一定時間毎の割り込み
によって実行される。第４図を参照すると、まずステ・
ｌプ５０て機関回転数Ｎｅ及びアクセル開度θＡか読み
込まれる５、続いてステップ′５１でヒータ２７かオフ
か否か判定される。

ステ・ツブ５１で肯定判定された場合、ステップ５２に
進み、マツプ１（第３図参照）からＮｅ及びθＡに基づ
いてＥＧＲ制御弁１４の開度が算出され本ルーチンを終
了する。これにより、機関運転状態に応した最適なＥＧ
Ｒガス量か吸気管２内に還流される。

ステップ５１において否定判定された場合、すなわち再
生ヒータ２７がオンのとき、ステップ５３に進み、ＥＧ
Ｒ制御弁１４の開度は全開時の２０°６とされ、本ルー
チンを終了する。これによって、捕集フィルタ２６に捕
集された微粒子の燃焼に必要な空気か供給される。

以上のり埋の後、再ひＥＧＲ制御が開始され、負圧調整
弁２３を制御することによりＥＧＲ制御弁１４が駆動制
御される。

尚、本発明に用いられる微粒子捕集装置は第２図に示さ
れるような構造に限定されるものではなく微粒子の捕集
再生が可能な装置であればよい。

以上の如く、本実施例によれば、微粒子セパレタ６で分
離された微粒子の流出路１３をＥＧＲ通路で兼用して、
該通路１３の途中に再生ヒータ２７付きの微粒子捕集フ
ィルタ２６を設けたから、効率的な微粒子の捕集が可能
である。

［第２実施例］ 第６図において、ＥＧＲ通路１３には微粒子浄化装置２
４の下流に電動エアポンプ６０の送気側が接続され、該
エアポンプ６０の吸気側はエアフィルタ６１を介して外
気に通じている。また、ＥＧＲ制御弁１４の弁体２０と
微粒子浄化装置２４の間には再生ガス通路２９が接続さ
れて接続部に通路開閉弁６３が設けられ、さらにエンジ
ン吸気管２に接続されるＥＧＲ通路１３の下流部内には
通路開閉弁６２が設けである。

通常運転時には、ＥＧＲガスがＥＧＲ弁１４、ィＲ粒子
浄（ヒ装置２４を経て吸気管２に流入し、ＥＧＲガス中
の微粒子は、捕集フィルタ２６に捕集さｈる。

圧力センサ４３で検出されるＥＧＲガス圧力が所定値を
越えた場合には、再生ヒータ２７に通電される。ヒータ
通電時には、電動エアポンプ６０かＯＮになり、捕集さ
れた微粒子の燃焼に必要なエアか、エアフィルタ６１を
通してＥＧＲ通路１３に導入される。またヒータ通電時
、通路開閉弁６２は、ＥＧＲ通路１３と吸気管２を遮断
する。

これによって電動エアポンプ６０から吐出されるエアが
吸気管２に流入するのを防止できる。

またヒータ通電時、通路開閉切換弁６３は、ＥＧＲ通路
１３と排気管５を遮断し、ＥＧＲ通路１３を再生ガス通
路２９に連通せしめる。これによって電動エアポンプ６
０から吐出されるエアが排気管５に逆流するのを防止で
きる。

［第３実施例］ 第７図において、再生ヒータ２７を付設した捕集フィル
タ２６は微粒子セパレータ６の微粒子排出口６４に設け
てあり、捕集フィルタ２６の下流は直接外気に通じる再
生ガス通路２つとなっている。この再生ガス通路２つに
は流量制御弁７０か設けである。

上記セパレータ６で分離落下せしめられる微粒子は下方
の上記微粒子排出口６４に至り、ここで捕集フィルタ２
６に捕集される。この時、上記流量制御弁７０は、セパ
レータ６における微粒子分離効率を上昇せしめるべく開
放されており、微粒子が除去された清浄ガスが再生ガス
通路２９より排出される。

捕集フィルタ２６を再生する場合には再生ヒータ２７に
通電して捕集された微粒子を加熱燃焼せしめる。この時
の燃焼に必要なガス流を確保するために、上記流量制御
弁７０は適当な開度に設定される。

［発明の効果］ 以上の如く、本発明の微粒子浄化装置によれば、サイク
ロン型微粒子セパレータにより、エンジン背圧を上昇せ
しめることなく排気ガス中の微粒子を分離するとともに
、分離された微粒子を微粒子排出路に設けた捕集フィル
タで確実に捕集して、燃焼除去せしめることができ、捕
集フィルタ再生時の微粒子垂れ流しの問題や、流Ｘ調整
の困難性の問題を解消して、効率的な微粒子捕集が可能
である。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第５図は本発明の第１実施例を示し、第１
図は微粒子浄化装置を設けたＥＧＲ制御装置の全体構成
図、第２図は微粒子浄化装置の部分断面側面図、第３図
は第２図の■−■線断面図、第４図はＥＧＲ装置のＥＧ
Ｒ弁制御フローチャト、第５図はＥＧＲ弁の制御特性図
、第６図は本発明の第２実施例を示すＥＧＲ装置の要部
概略構成図、第７図は本発明の第３実施例を示す要部概
略構成図である。 １・・・ディーゼル機関（内燃機関） ５・・・排気管（排気ガス流路） ６・・・微粒子セパレータ １３・・・ＥＧＲ通路（微粒子流出路）２６・ 捕集フィルタ ７ ・再生ヒ タ 第１図 第２図 第３図 第４図 第５図 同 転 数 （Ｎｅ） 第６図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 内燃機関の排気ガス流路中にサイクロン型の微粒子セパ
   レータを設けて、該微粒子セパレータにより排気ガス中
   の微粒子を遠心分離するとともに、上記セパレータで分
   離した微粒子を流出せしめる管路中に上記微粒子を捕集
   する捕集フィルタを設け、該捕集フィルタには捕集され
   た微粒子を加熱して燃焼除去する再生ヒータを設けたこ
   とを特徴とする内燃機関の排気ガス微粒子浄化装置。