JPH034735Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 ［考案の技術分野］ 本考案は内燃機関の排気浄化装置に係り、特に
排気系に複数段にフイルタを設け、その段数を可
変とすることができるようになした内燃機関の排
気浄化装置に関する。

［考案の技術的背景とその問題点］ 第１図に示すように、内燃機関の排気管ａには
排気中に含まれる未燃カーボン等の排気微粒子
（パテイキユレート）を捕集するためのフイルタ
ｂが設けられている。フイルタｂのフイルタ−エ
レメントｃの層長ｌは、内燃機関で発生する最大
量の排気微粒子を許容値以下に低減し得る寸法を
有する。層長ｌが長いと排気管ａの通気抵抗が大
きくなり背圧が増大し燃費が悪化する。ところ
で、排気微粒子の発生量は内燃機関の運転状態に
より変化するものである。従つて、従来のよう
に、内燃機関の運転状態に拘わらず、即ち排気微
粒子の発生量の多少によらず一律に、排気を排気
微粒子の最大発生のときに設定した層長ｌのフイ
ルタｂに通すことは、燃費上好ましくない。特
に、車両にあつては、一般走行時には大体におい
て排気微粒子の発生量が少なく問題となる。

尚、関連する技術として、「内燃機関のカーボ
ン微粒子浄化装置」（特開昭56−115808号公報）
が提案されている。

［考案の目的］ 本考案は以上の従来の問題点を有効に解決すべ
く創案されたものであり、本考案の目的は排気微
粒子の発生量に応じて排気が通過するフイルタ
長、即ちフイルタ抵抗を変えることができ、燃費
の向上が図れる内燃機関の排気浄化装置を提供す
ることにある。

［考案の概要］ 上記目的を達成するために、本考案は次のよう
に構成されている。即ち、排気管に機関の排出す
る最大量の排気微粒子を補集するフイルタを複数
段に分けて設け、その各段にバイパス路を形成
し、各段毎にフイルタの捕集排気微粒子を焼却す
るバーナを設け、バイパス路入口及び各段間の弁
を切換えて低速高負荷運転時には全段を直列に、
他は一部の段のみの流路とする弁制御手段と、排
気の通過するフイルタ直前の圧力が許容値以上の
とき当該フイルタのバーナを作動する手段とを備
えてなるものである。

バルブ切換手段により、排気微粒子の発生量が
多い低速高負荷運転時にはフイルタを全段直列と
した流路が形成され、他の運転時、従つて排気微
粒子の発生量が少ない一般走行時には、一部のフ
イルタ段のみの流路が形成される。また、排気が
流れているフイルタ直前の圧力が許容値以上のと
きは、当該フイルタのバーナが点火されて付着排
気微粒子が燃焼浄化される。

［考案の実施例］ 以下に本考案の一実施例を添付図面に従つて詳
述する。

第２図に示す如く、内燃機関１には排気マニホ
ールド２を介し排気管３が連結されており、排気
管３には下流側に向つて未燃カーボン等の排気微
粒子を捕集するフイルタF₁，F₂と排気音を低減
するサイレンサ４とが順次設けられている。フイ
ルタF₁，F₂のフイルタエレメントは、内燃機関
１で発生する最大値の排気微粒子を許容値以下に
低減し得る層長の半分の層長を有する。排気管３
には第２図乃至第３図に示すように、フイルタ
F₁，F₂を経ずに迂回して排気を流すためのバイ
パス管５，６がそれぞれ設けられている。

バイパス管５，６の流入部には、これを開閉す
るバルブV₁，V₃が設けられ、また、フイルタF₁，
F₂間の排気管３には開閉用のバルブV₂が設けら
れている。バルブV₁，V₂，V₃はエアーシリンダ
C₁，C₂，C₃により作動される。またフイルタF₁，
F₂の直前にはフイルタF₁，F₂に付着した排気微
粒子を燃焼させるためのバーナB₁，B₂と管内圧
力を検知するための圧力センサP₁，P₂とがそれ
ぞれ設けられている。

エアシリンダC₁，C₂，C₃とコントロールユニ
ツト７との間には電気的に接続されており、バル
ブV₁，V₂，V₃はエアシリンダC₁，C₂，C₃を介し
てコントロールユニツト７により開閉制御され
る。またバーナB₁，B₂もコントロールユニツト
７によりON−OFFの燃焼制御がなされる。コン
トロールユニツト７には、圧力センサP₁，P₂か
らフイルタF₁，F₂の直前の管内圧力p₁，p₂が入力
されるようになつている。また内燃機関１のアク
セル軸には回転速度センサ８が設けられ、エンジ
ン回転速度Ｎがコントロールユニツト７に入力さ
れる。更に燃料噴射ポンプ９にはそのコントロー
ルラツク位置を検出するラツクセンサ１０が設け
られており、ラツクセンサ１０からコントロール
ユニツト７に内燃機関１の負荷Ｌが入力されるよ
うになつている。

次に本実施例の作用について述べる。

内燃機関１の運転状況により、第４図に示す如
く、排気微粒子の発生量は異なる。低負荷運転時
（負荷L₁以下）ではエンジン回転速度によらず、
排気微粒子の発生量は小であり、低速高負荷運転
時（エンジン回転速度N₁以下、負荷L₁以上）に
は発生量大であり、また中・高速高負荷運転時
（エンジン回転速度N₁以上、負荷L₁以上）では発
生量は中位である。

以下に、コントロールユニツト７による制御を
第６図のフローチヤートに従つて説明する。

コントロールユニツト７には、回転速度センサ
８からエンジン回転速度Ｎが入力されると共にラ
ツクセンサ１０からエンジンの負荷Ｌが入力され
る。コントロールユニツト７では負荷ＬがL₁以
上か、またエンジン回転速度ＮがN₁以上かが判
別される。

負荷ＬがL₁以上で、エンジン回転速度ＮがN₁
以下の場合、即ち低速高負荷運転時には、コント
ロールユニツト７の弁制御手段はバルブV₁，V₃
が閉、バルブV₂が開となるようにエアシリンダ
C₁，C₂，C₃を作動制御する。（バルブV₁，V₂，
V₃は第３図中、実線は閉状態、破線は開状態を
示す。）従つて、排気は排気管３を通り排気管３
に直列に設けられたフイルタF₁，F₂にて排気微
粒子が捕集され除去される。フイルタF₁，F₂の
フイルタエレメントの層長は、従来のフイルタの
フイルタエレメントの層長の半分であるが、フイ
ルタF₁とフイルタF₂の二段階で排気微粒子を捕
集するので、従来と同様のフイルタ効果が得られ
る。上記の状態はt₁時間維持され、t₁時間経過
後、再び測定値Ｎ，Ｌと設定値N₁，L₁との大小
の判別がなされる。

次に、負荷ＬがL₁以下の場合または負荷Ｌが
L₁以上であるが回転速度ＮがN₁以上の場合、即
ち、低負荷運転時あるいは中・高速高負荷運転時
においては、コントロールユニツト７の弁制御手
段はバルブV₁，V₂が閉、バルブV₃が開となるよ
うに、エアシリンダC₁，C₂，C₃をコントロール
する。このため、内燃機関１からの排気はフイル
タF₁を通過した後、主にバイパス路６を通り排
出される。この場合、排気微粒子の発生量は少な
い（小又は中である）ので、フイルタF₁のみで
排気微粒子を捕捉することができる。排気はフイ
ルタF₂を通過せずにバイパス管６を流れて排出
されるので、排気系の通気抵抗が小さくなり背圧
が低下し、内燃機関１の燃費が向上する。

次いで、圧力センサP₁，P₂から送られてくる
フイルタF₁，F₂の直前の管内圧力p₁，p₂がp₁＞p₂
のとき、即ち排気がフイルタF₁側を通過してい
るときには、フイルタF₁の詰りの程度を検出す
る。排気管内圧力はフイルタの詰り（＝フイルタ
抵抗）とエンジン回転速度Ｎ（＝吐出圧）に応じ
て変化する。第５図に、フイルタが許容上限値
P₀まで詰まつた場合に、排気管内圧力Ｐがエン
ジン回転速度Ｎに応じて変化する様子を示す。フ
イルタF₁直前の管内圧力p₁が、フイルタの詰りの
許容上限値p₀以上のときには、フイルタF₁に付着
した排気微粒子の燃焼浄化を行なう。このときに
は、まずコントロールユニツト７によりバルブ
V₂，V₃が閉、バルブV₁が開となるようにエアシ
リンダC₁，C₂，C₃を制御し、フイルタF₁に排気
が流れないようにする。排気はバイパス管５、フ
イルタF₂を通り、排気微粒子はフイルタF₂に捕
集される。次いで、コントロールユニツト７のバ
ーナ作動手段によりバーナB₁を点火する。バー
ナB₁の燃焼によりフイルタF₁に付着した未燃カ
ーボンを主体とした排気微粒子は燃焼浄化され
る。バーナB₁の燃焼は、t₂時間行なわれ、その後
バーナB₁の燃焼を停止する。

また、p₁＜p₂の場合、即ち排気がフイルタF₂側
を通過している場合には、フイルタF₂の詰りの
程度を検出し、p₂＞p₀のときには、バーナB₂をt₂
時間燃焼させてフイルタF₂の燃焼浄化を実施す
る。

なお、上記実施例では、排気管３に直列に２段
にフイルタF₁，F₂を設けたが、３段設けて排気
微粒子の発生量に応じてフイルタ段数を１段、２
段、３段と切り換えるように構成してもよい。ま
た、上記実施例では、フイルタの詰りを排気管内
圧力により検知したが、内燃機関１の燃料消費量
から推定するようにしてもよく、その推定値に基
づき使用していないフイルタの排気微粒子の燃焼
浄化を行なつてもよい。

［考案の効果］ 以上要するに本考案によれば、排気微粒子の発
生量に応じて排気が通過するフイルタ長、即ちフ
イルタ抵抗を変えることができる。このため、フ
イルタ各段には目の細かさ及び層長が同じフイル
タを１種類用意すればよく、目の細かい低速高負
荷運転時専用のフイルタと他の運転時専用の粗い
フイルタの２種類を用意する必要がなく、量産に
適する。

また、排気微粒子の発生量が少ない一般走行時
においては、一部のフイルタ段のみが使用されフ
イルタ全体の層長が短くなるため、適切なフイル
タ効果を維持しつつ、排気系のフイルタ抵抗を最
小限に抑え、燃費の向上を図ることができる。

更に、排気微粒子の排出量が多い低速高負荷運
転時には、直列に挿入されるフイルタの各段によ
り、機関の排出する最大量の排気微粒子が複数回
にわたつて補集されるため、１回で排気微粒子を
捕獲する場合に比べ、トラツプ率が向上する。

また、排気が流れているフイルタが詰つてフイ
ルタ直前の圧力が許容値以上となると、バーナに
より当該フイルタの付着排気微粒子が燃焼浄化さ
れるため、フイルタの性能が常に適性に維持され
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のフイルタの縦断面図、第２図は
本考案に係る排気浄化装置の一実施例を示す概略
構成図、第３図は同部分拡大断面図、第４図は内
燃機関の運転状態と排気微粒子の発生量との関係
を示すグラフ、第５図はエンジン回転速度と排気
管内圧力との関係を示すグラフ、第６図は第２図
の排気浄化装置のコントロールユニツトの制御を
示すフローチヤートである。 図中、１は内燃機関、３は排気管、F₁，F₂は
フイルタ、V₁，V₂，V₃はバルブ、C₁，C₂，C₃は
エアーシリンダ、P₁，P₂は圧力センサ、B₁，B₂
はバーナ、５，６はバイパス管、７はコントロー
ルユニツト、８は回転速度センサ、９は燃料噴射
ポンプ、１０はラツクセンサである。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 排気管に機関の排出する最大量の排気微粒子を
   補集するフイルタを複数段に分けて設け、その各
   段にバイパス路を形成し、各段毎にフイルタの捕
   集排気微粒子を焼却するバーナを設け、バイパス
   路入口及び各段間の弁を切換えて低速高負荷運転
   時には全段を直列に、他は一部の段のみの流路と
   する弁制御手段と、排気の通過するフイルタ直前
   の圧力が許容値以上のとき当該フイルタのバーナ
   を作動する手段とを備えたことを特徴とする内燃
   機関の排気浄化装置。