JPH0422020Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本考案はデイーゼル機関の排気通路に設けられ
た排気微粒子トラツプの再生装置に関する。

〔従来の技術および問題点〕

デイーゼル機関から排出される排気ガス中の微
粒子を捕集するため、排気管中に排気微粒子トラ
ツプを設け、またこのトラツプにより捕集された
微粒子によつて排気管内の圧力損失が増大するの
を防止するため、一定走行毎にトラツプ内の微粒
子を焼却により除去することが知られている。こ
の排気微粒子トラツプの再生は、通常、まず電気
ヒータによつてすす等の微粒子が着火され、次い
ですすの燃焼が伝播することにより行なわれる。
ところが、トラツプ上に再生に適した量のすすが
捕集されていても、排気温度が低すぎると燃焼伝
播が起こらないために再生が行なわれず、逆に排
気温度が高すぎるとトラツプ内の温度が上昇して
トラツプが溶損したりクラツクを生じたりする。

そこで従来、トラツプを溶損させることなく再
生しようとする試みがなされた。例えば、再生時
にトラツプ内部の温度がトラツプの許容温度以上
にならないように、EGR（排気ガス還流）量を制
御したり（実開昭59−90026号公報、特開昭58−
222907号公報）、あるいは吸気絞り弁を制御する
もの（特開昭59−176413号公報）が知られてい
る。しかしこれらの従来装置においては、EGR
量を増加させたり吸気絞り弁の開度を小さくする
ことにより、確かにすすの燃焼に必要な酸素濃度
は減少するが、これと同時に排気温度が大巾に上
昇して排気ガスの流速が低下するため、すすの燃
焼伝播における熱収支の関係によりトラツプ内部
の温度が上昇するおそれがあり、トラツプの溶損
を確実に防止できるとは言い難い。

一方、トラツプ内部の温度を測定し、この温度
に応じて、トラツプの前後を連結するバイパス通
路のバルブの開度を調節する構成（特開昭59−
90026号公報）が知られているが、これはトラツ
プの一部の温度だけを検知するものであり、トラ
ツプ全体の温度分布までは検知できず、充分にト
ラツプの溶損を防止することは困難である。

本考案はトラツプの溶損を防止しつつこのトラ
ツプを確実に再生させることのできる再生装置を
提供することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

本考案に係る排気微粒子トラツプの再生装置
は、排気通路の排気微粒子トラツプの上流側と下
流側とを連結するバイパス通路を開閉するバイパ
ス弁と、排気微粒子トラツプを加熱するヒータ
と、排気通路の排気微粒子トラツプより上流側に
おける排気ガスの温度を検知する排気温センサ
と、排気ガス中の酸素濃度を検知する酸素濃度セ
ンサと、排気通路内の排気ガス流量を検知する流
量センサとを備え、上記ヒータが発熱する再生時
に排気ガス流量が多い程、上記バイパス弁の開度
を大きくするものにおいて、排気ガス温度と酸素
濃度の積の値が高い程、上記バイパス弁の開度を
小さくするように制御することを特徴とする。

〔実施例〕

以下図示実施例により本考案を説明する。

第１図および第２図において、機関本体１０か
ら延びる排気管１１には、ターボチヤージヤ１２
のタービン（図示せず）が設けられ、このターボ
チヤージヤ１２の下流側に、排気微粒子を捕集す
るためのトラツプ１３が配設される。トラツプ１
３は、排気管１１を側方に膨出して形成したケー
シング１４と、このケーシング１４内に収容され
たフイルタ１５と、フイルタ１５の前面に設けら
れた電気ヒータ１６とを備え、フイルタ１５の後
面から延びるトラツプ通路１７はフイルタ１５の
外側を迂回して排気管１１の下流側に達する。一
方、フイルタ１５の前面側とトラツプ通路１７の
下流側とはバイパス通路１８により連結される。
バイパス弁１９はバイパス通路１８の下流側とト
ラツプ通路１７の下流側との接合部分に設けら
れ、アクチユエータ２０により駆動されてバイパ
ス通路１８の開度を調節する。

通常の運転時、バイパス弁１９はバイパス通路
１８を閉じており、排気ガスはフイルタ１５を通
過し、トラツプ通路１７を通つて排気管１１の出
口部２１へ排出される。これに対し、再生時、バ
イパス弁１９はバイパス通路１８を開放し、これ
により大部分の排気ガスはフイルタ１５を通過す
ることなく排気管１１の出口部２１側へ流動し、
一部の排気ガスだけがフイルタ１５を通過する。
またこの時電気ヒータ１６が通電されて発熱し、
フイルタ１５に捕集されたすすが着火して燃焼す
る。しかしてすすが焼却されてフイルタ１５は再
生され、電気ヒータ１６への通電が停止されると
ともにバイパス弁１９が閉弁される。

バイパス弁１９の開閉制御および電気ヒータ１
６への電力供給はマイクロコンピユータを備えた
電子制御部（ECU）２２により行なわれる。フ
イルタ再生時か否かの判断は、トラツプ１３に接
続されてトラツプ通路１７内の排気ガス圧力を検
知するローデイングセンサ２３の出力信号により
行なわれる。すなわち、ローデイングセンサ２３
が検知した排気ガス圧力の信号は、ECU２２に
入力され、ECU２２はこの信号を基にしてフイ
ルタ１５上に捕集されたすすの量を検知し、フイ
ルタ再生時になつたか否かを判断する。ECU２
２は、再生時、リレー２４を作動させて電気ヒー
タ１６への通電を開始させるとともに、駆動回路
２５を介してアクチユエータ２０を作動させ、バ
イパス弁１９の開度を制御する。

再生時におけるバイパス弁１９の開度の大きさ
は、後述するように、排気ガス温度、酸素濃度、
および排気ガス流量に応じて調節される。このた
め、排気管１１に取付けられた排気温センサ２
６、燃料噴射ポンプ２７に取付けられた回転数セ
ンサ２８およびスロツトルセンサ２９の各センサ
の出力信号がECU２２に入力される。すなわち
ECU２２は、排気温センサ２６の出力信号から
排気ガス温度、回転数センサ２８の出力信号から
排気管１１内の排気ガス流量、スロツトルセンサ
２９の出力信号が示すスロツトル弁の開度から酸
素濃度を、それぞれ検知する。

次に、フイルタ１５における排気ガス温度と酸
素濃度と排気ガス流量とが、すすの燃焼に及ぼす
影響について説明する。

すすの焼却過程は、電気ヒータ１６によるフイ
ルタ１５の端面におけるすすへの着火と後流側へ
の燃焼伝播である。すなわち、フイルタ１５の再
生には、まずすすに着火し、次に燃焼伝播を成立
させなければならない。そこでハニカム構造のフ
イルタにおけるすすの燃焼伝播について、熱収支
を考察する。

このようなフイルタでは、その構造から、第３
図に示されるように排気ガスの流れＡはフイルタ
壁面３０に対して垂直であり、すすＣのＤ点にお
いて着火すると矢印Ｂに沿つて燃焼伝播が行なわ
れる。ここで第４図に、ハニカムフイルタの壁を
１枚の平面と考えたときのすすの燃焼伝播の熱収
支を示す。なお、MTは物質移動、HTは熱伝
達、HCは熱伝導、HRは熱幅射を表わす。第４
図から理解されるように、すすの燃焼熱は、フイ
ルタに対して垂直に流れる排気ガスのため、熱伝
達によつてフイルタ外へ運ばれるが、これと同時
に熱伝導および熱幅射によつて隣接するするに伝
播される。つまり、熱伝導および熱幅射は排気ガ
スの流れに直接的な関係はない。

すなわち、排気ガス温度が同じであれば、ガス
流速が大きいほど熱伝達によつてフイルタ外へ運
ばれる熱量が増大し、これにより燃焼部分の温度
が低下して、熱伝導と熱幅射による隣接するすす
への燃焼伝播が弱くなる。ガス流速がさらに大き
くなれば熱収支がマイナスとなつてすすの途中で
失火する。一方、排気ガス流速が同じであれば、
排気ガス温度が高いほど排気ガス流によつて奪わ
れる熱量が減少するので、すすの燃焼部分の温度
は上昇し、これにより燃焼伝播速度も上昇してフ
イルタ全体が高温になる。これに対し、排気ガス
温度が低くなると排気ガス流によつて奪われる熱
量が増大するので、燃焼温度が低下して燃焼伝播
速度が減少し、さらに排気ガス温度が低くなると
熱収支がマイナスになつて途中で失火する。

要するに、所定の燃焼速度を得るには、排気ガ
ス温度に応じてフイルタ１５内における排気ガス
流速を適当に制御すればよい。

一方、排気ガス中の酸素濃度とすすの燃焼速度
との関係は、実験により次のように一次関数の関
係があることがわかつている。すなわち、 dx／dt＝ｋ〔O₂〕（１−Ｘ） ……(1) ただし、Ｘはすすの反応率、〔O₂〕は酸素濃
度、ｋは反応速度定数である。

また、反応速度定数ｋは一般に次の式で表わさ
れる。

ｋ＝Aexp（−Ea／RT） ……(2) ただし、Ａは頻度因子、Eaはすすの燃焼の活
性化エネルギ、Ｒはガス定数、Ｔは絶対温度であ
る。

(1)式および(2)式から理解されるように、すすの
燃焼速度dx／dtは酸素濃度〔O₂〕と反応速度定数ｋ に対して比例し、酸素濃度が決まると反応速度定
数の関数、すなわち絶対温度Ｔのみの関数とな
る。しかして燃焼速度は、酸素濃度と排気ガス温
度の積の大きさに応じて変化すると考えることが
できる。

以上のことから、燃焼速度を制御するには、酸
素濃度と排気ガス温度の積の大きさに対し、フイ
ルタ１５内の排気ガス流速を変化させればよいこ
とがわかる。

さて、第５図に示されるように、フイルタ１５
内の排気ガス流速は、エンジン回転数およびエン
ジン負荷が決まればバイパス弁１９の開度よつて
一意的に定まり、バイパス弁１９の開度が小さい
時、ガス流速は大きく変化し、バイパス弁１９の
開度が約45°以上になるとガス流速は略一定とな
る。しかして酸素濃度と排気ガス温度の積に対
し、バイパス弁１９の開度を定めることにより、
フイルタ１５内の排気ガス流速を制御することが
でき、これによりすすの燃焼速度を所望の値にす
ることができる。

しかして本実施例においては、エンジン回転数
に対し、排気ガス温度と酸素濃度の積の大きさ毎
に、第６図に示すようなバイパス弁１９の開度の
マツプを作り、ECU２２はこのマツプに基いて
バイパス弁１９の開度を制御するようになつてい
る。なお、前述のようにエンジン回転数は排気管
１１内の排気ガス流量を示すものであるが、排気
ガス流量を直接測定できる場合にはエンジン回転
数を用いる必要がないことはもちろんである。

〔考案の効果〕

本考案によれば、デイーゼル機関の排気微粒子
トラツプの再生装置であつて、ヒータが発熱する
再生時に排気ガス流量が多い程、上記バイパス弁
の開度を大きくするものにおいて、排気ガス温度
と酸素濃度の積の値が高い程、上記バイパス弁の
開度を小さくするように制御するので、フイルタ
の溶損が起こらない程度の温度を維持しながら、
できるだけバイパス弁の開度を小さくして、確実
にフイルタの再生を実行することができ、且つ再
生の期間内に、フイルタを通過しないでバイパス
弁から放出される排気ガスの量をできるだけ少な
くすることができる。また本考案はバイパス弁の
開度を変化させる構成であるので、エンジンの運
転状態に影響を及ぼすことなくトラツプを再生す
ることができる。さらに排気ガス温度をトラツプ
の上流側において検知するよう構成しているの
で、フイルタの温度の影響をうけない排気ガス温
度を測定することとなり制御の精度を向上させる
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の一実施例を適用したデイーゼ
ル機関の平面図、第２図は第１図のデイーゼル機
関の一部を断面とした側面図、第３図はフイルタ
の一部を拡大して示す断面図、第４図はフイルタ
とすすと排気ガスの熱収支を示す図、第５図はバ
イパス弁の開度とフイルタ内の排気ガスの流速と
の関係を示すグラフ、第６図はバイパス弁の開度
のマツプを示す図である。 １１……排気管（排気通路）、１３……排気微
粒子トラツプ、１６……電気ヒータ、１８……バ
イパス通路、１９……バイパス弁、２６……排気
温センサ、２８……回転数センサ（流量センサ）、
２９……スロツトルセンサ（酸素濃度センサ）。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. デイーゼル機関の排気通路に設けられた排気微
   粒子トラツプの再生装置であつて、上記排気通路
   の排気微粒子トラツプの上流側と下流側とを連結
   するバイパス通路を開閉するバイパス弁と、上記
   排気微粒子トラツプを加熱するヒータと、上記排
   気通路の排気微粒子トラツプより、上流側におけ
   る排気ガスの温度を検知する排気温センサと、排
   気ガス中の酸素濃度を検知する酸素濃度センサ
   と、排気通路内の排気ガス流量を検知する流量セ
   ンサとを備え、上記ヒータが発熱する再生時に排
   気ガス流量が多い程、上記バイパス弁の開度を大
   きくするものにおいて、排気ガス温度と酸素濃度
   の積の値が高い程、上記バイパス弁の開度を小さ
   くするように制御することを特徴とするデイーゼ
   ル機関の排気微粒子トラツプの再生装置。