JPH0480205B2 - - Google Patents

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JPH0480205B2
JPH0480205B2 JP12833082A JP12833082A JPH0480205B2 JP H0480205 B2 JPH0480205 B2 JP H0480205B2 JP 12833082 A JP12833082 A JP 12833082A JP 12833082 A JP12833082 A JP 12833082A JP H0480205 B2 JPH0480205 B2 JP H0480205B2
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trap
exhaust
pipe
exhaust gas
engine
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Toyota Motor Corp
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明はデイーゼルエンジンの排気ガス処理装
置に関し、更に詳しくは、排気ガス中に含まれる
カーボン粒子及びそれと同様な粒状物(以下、パ
テイキユレートまたは排気微粒子という)を物理
的方法によつて適切な捕集材(トラツプ材)に捕
集に、捕集された排気微粒子を周期的に焼却し、
捕集材を再生するに適した排気微粒子浄化装置
(デイーゼルパテイキユレートトラツプ)に関す
る。
この種の排気微粒子はカーボン粒子のように可
燃性のものがほとんどで、このような可燃性の微
粒子を捕集し、捕集された微粒子を焼却して捕集
材を再生するには、従来から一般にヒータが用い
られている。即ち、電気ヒータをトラツプ容器の
捕集材の全面に取り付け、捕集材の表面に付着し
た排気微粒子を燃焼させ、それを熱源として下流
の微粒子を自燃させるものである。
このような排気微粒子浄化装置においてはヒー
タによる着火性の良否が重要な問題となる。そし
て着火性は排気ガスの流速により左右されること
も判明している。即ち、ヒータによる着火時にヒ
ータを通過する排気ガスの流速(流量)が大きい
となかなか着火しない。何となれば、デイーゼル
パテイキユレートの燃焼は初めにヒータ近傍の捕
集材に捕集された排気微粒子がヒータにより加熱
着火され、次いでその燃焼が下流の捕集材の排気
微粒子に伝播されるのであるが、着火時に大きな
流速の排気ガスがヒータに流れるとヒータ近傍の
捕集微粒子の加熱がその排気ガス流により抑えら
れ、結果的に燃焼に必要な温度まで加熱されない
からである。このため、ヒータによる着火時には
ヒータに流れる排気ガス量をできるだけ少くする
のが好ましい。即ち、排気ガスの流速を小さくす
る訳である。そこで排気管にパテイキユレートト
ラツプを迂回するバイパス管を設け、このバイパ
ス管内にヒータ着火時のみ開放する常閉の開閉制
御弁を設けてヒータ着火時には排気ガスを大部分
バイパス管に流すことによりトラツプへの排気ガ
ス流速を所定の再生可能域まで下げるようにした
装置が提案されている(例えば、特開昭56−
118514号公報参照)。
上記制御弁の開閉制御は一般に負圧作動式ダイ
アフラム装置により行われ、このダイヤフラム装
置自体はヒータの着火時期を制御するための制御
装置(ECU)により切替制御される負圧切替弁
(VSV)により作動せしめられる。
扨てこのようなバイパス管を設けたものにおい
てはトラツプを流れ得る排気ガスの流量はトラツ
プ側(本管)の出口管径とバイパス管の出口管径
との比によつて左右される。理想的にはバイパス
管の出口管径はトラツプ管の出口管径の3倍程度
の面積比になるときがトラツプ内での流量が適切
になる。特に、バイパス管の出口管径が小さいと
バイパス管内の開閉制御弁を開放した場合にもバ
イパス管に流れる排気ガス流量は小さいので、上
述の如きヒータによる着火始動時にトラツプへの
排気ガスの流速をできるだけ小さくするという目
的は達成し得ない。このことは特にエンジンの高
回転時に一層顕著となる。即ち、エンジン高回転
時には通常排気ガス流量も多くなるのでバイパス
管の開閉制御弁を開放してトラツプへの排気ガス
流速を少しばかり低下させただけでは不十分であ
る。即ち高回転時には排気ガス流量はトラツプ再
生可能域のほぼ上限に達する。このようなことは
バイパス管の管径を大きくすればある程度解決で
きるが、バイパス管の管径増大はその内部に配置
される制御弁の大型化を意味し、全体として装置
の大型化に通じ好ましくない。
そこで本発明はバイパス管の管径を大きくする
ことなく上述の如き問題の解決をはかろうとする
ものである。即ち本発明はエンジンの吸気側に吸
気絞り弁を設けてこの吸気絞り弁を排気ガス流量
の多いエンジンの高速回転時にのみ閉弁し、以つ
て吸入空気量を減じることにより排気ガス流量を
低減せんとするものである。
以下、図面を参照して本発明の好ましい実施例
につき説明する。
図において、符号1はデイーゼルエンジンの冷
却用フアン、2は燃料噴射ポンプ、3は吸気マニ
ホルド、5はデイーゼルエンジン本体、6はエン
ジン回転数検出部、7はエンジン負荷検出部、8
はエンジン水温検出部、9は排気マニホルド、1
1は排気ガス温検出部、12は排気管20内に配
置される捕集材10を有するトラツパ容器、13
はトラツパ内部温度検出部、14はインテークマ
ニホルド負圧検出部、15は電子制御ユニツト
(ECU)である。各検出部6,7,8,11,1
3,14には周知のセンサがそれぞれ設けられ、
各検出値は(ECU)15に入力される。
また4はEGR(排気ガス再循環)バルブ、17
はバキユームポンプを夫々示すが本発明とは直接
関係ないので説明を省略する。
トラツプ容器12内に設けられるトラツプ材1
0は、排気ガス流に対して過度の制限を生ずるこ
とがなく、その内部を排気ガスが流通可能であ
り、かつ排気ガスに含まれるかなりの量の排気微
粒子を捕集できるようになつている。また、トラ
ツプ材は、エンジンの作動時に周期的に、それに
捕集された排気微粒子の燃焼、灰化が行なわれる
が、その際に到達されるべき上昇した温度に十分
耐えうるような適切な材料で適当な形状に作られ
る。このような目的に適した材料の例としては、
三次元網目構造の発泡セラミツク、モノリス型セ
ラミツク、金属ワイヤ・メツシユ又はステンレス
鋼等による多量スクリーン要素等がある。
トラツプ材に捕集された排気微粒子を燃焼、灰
化するには、通常、排気温度を約560℃程度のレ
ベルまで上昇させることが必要である。従つて、
トラツプ材を構成する材料はこの温度に十分耐え
うるものでなければならない。
トラツプ材に捕集された排気微粒子を着火燃焼
させるための電気ヒータ16はトラツプ材12の
上流端に設けられる。
ヒータ16は例えばトラツプ容器の円形あるい
は矩形断面入口に全体的に均一に位置するように
ジグザグ状に曲折させたヒータ線でよく、そのプ
ラス側端子はリード22及びリレー21を介して
バツテリ(図示せず)に接続され、マイナス側端
子は容器12(接地電圧)に接続される。またこ
れとは別にヒータ線を多数本配列してこれを順番
に加熱するようにすることも可能である。ヒータ
線の数、大きさ及び配列は、排気ガスの流れを妨
げず、従つて排気ガスの背圧上昇が最小になるよ
うに選定される。
ヒータ16への通電開始時期及び通電時間は公
知の如くECU(制御装置)15により制御され
る。ECU15には前述のエンジン回転数、エン
ジン負荷、エンジン水温、トラツプ前排気圧、ト
ラツプ後排気圧等のパラメータ信号が入力され、
これらの信号に応じてトラツプの再生時期が判断
される。
ヒータ16が通電、加熱されると、その付近に
付着している排気微粒子を燃焼させ、その燃焼火
炎が下流側に伝播される。
前述の如く、ヒータによる加熱時に排気ガスが
トラツプに流れ込む排気ガスの流速を低減させる
ためにバイパス管18が設けられる。バイパス管
18はトラツプ12の上下流の排気管を連結し、
その内部に常閉の開閉制御弁28が配設される。
制御弁28は通常、閉弁位置にあり、従つて排気
ガスはトラツプ12内に流れその結果排気微粒子
はトラツプ材10により捕集される。制御弁8は
そのアクチユエータとしてのダイヤフラム装置2
7に連結され、ダイヤフラムの動きに応じて開閉
作動せしめられる。ダイヤフラム装置27の負圧
作動室は負圧管32を介して負圧切替弁(VSV)
35,36に連結される。VSV35,36は
ECU15からのONあるいはOFF信号によりダイ
ヤフラム装置7の負圧作動室を大気あるいは負圧
領域に選択的に連通する電磁弁である。負域領域
としては負圧管39を介してバキユームポンプ1
7あるいは吸気管の負圧領域が利用され得る。そ
の結果VSV35がONになるとダイヤフラム装置
のダイヤフラム室が大気に開放され制御弁28を
開弁する。尚、VSV36はVSV35の作動負圧
を適宜エアブリードするための電磁弁であり制御
弁28の再閉弁時にその動作を漸進的に行わせる
のに役立つ。さもなければ制御弁28が急閉する
とそれまでバイパス管に流れていた排気ガスが一
度にどつとトラツプ側に流れヒータにより着火せ
しめられた捕集パテイキユレートの燃焼が消され
てしまう可能性がある。
即ち、トラツプの再生時期が判断されると
ECU15によりヒータ16及びVSV35が同時
にオンにされる。ヒータ16は所定の時間だけ加
熱をしたら通電をカツトされる。ヒータの通電が
カツトされるときにはすでにヒータ近傍の捕集パ
テイキユレートは着火燃焼されそれより下流の捕
集パテイキユレートは火炎の伝播により燃焼せし
められる。一方、VSV35はヒータ通電と同時
にオンにされ制御弁28を一時的に開弁しトラツ
プ側に流れる排気ガス量を少くする。VSV35
を所定時間だけオンにし制御弁28を開弁したら
再びVSV35をオフにして制御弁28を開弁さ
せる訳であるがこのときVSV35のオフへの切
替と同時にVSV36をオンにすることにより負
圧ダイヤフラム装置27への負圧の伝達を漸進的
に行いそれにより制御弁28は少しづつゆつくり
と閉弁し、捕集パテイキユレートの燃焼が中断さ
れるということはなくなる。
尚、VSV35を作動させる時間tは次のよう
にして決められる。即ちtが小さすぎるとヒータ
による最初の着火が完了する前にトラツプには多
量の排気ガスが流れることになるのでバイパス管
18及び制御弁28を設けた意味がなくなる。ま
た逆にtが大きすぎるとヒータによる着火後にも
火炎の伝播が行われずトラツプの再生ができない
(火炎の伝播は排気ガスの流れに乗つてなされる
ので着火後はトラツプに排気ガスを流すことが必
要である)。
以上の如く構成した排気微粒子浄化装置におい
て、本発明によればエンジン5の吸気管17内に
吸気絞り弁40が設けられる。吸気絞り弁40は
例えばダイヤフラム装置41の形態をしたアクチ
ユエータにより開閉作動せしめられる。ダイヤフ
ラム装置41の作動はバイパス管18の開閉制御
弁28のダイヤフラム装置27と全く同様になさ
れる。即ち、ダイヤフラム装置41の負圧作動室
は負圧管路45を介して好ましくは2個のVSV
43,44に連結され、VSV43がオンになる
と吸気絞り弁40は閉弁せしめられる。その閉弁
量は吸気弁開度検知器47により検出され、その
検出信号がECU15に入力されVSV44にフイ
ードバツクされる。即ちVSV44はVSV43の
負圧管路をエアブリードしダイヤフラム装置41
の作動負圧を制御する。吸気絞り弁40は上述の
如く特に高速回転時における吸入空気量を低下さ
せるために設けられるものであるからVSV43,
44は例えばECU15に入力される回転数信号
によつて制御される。またこれとは別に例えば吸
気管にエアフロメータを設けて吸入空気量を直接
測定しその測定信号に基いて制御することも可能
である。更にまたECU15に入力されるトラツ
プの内部温度あるいは出口温度の測定信号により
トラツプ内の捕集パテイキユレートの燃え過ぎ
(異常加熱)を検出することもできるのでそのよ
うな場合にもVSV43,44を作動して吸気絞
り弁40を閉弁制御することによりトラツプの
O2濃度を低下させ燃え過ぎを防止することもで
きる。
以上の如く本発明によればバイパス管の管径を
大きくすることなく吸気絞り弁を設け、トラツプ
側は常開とし、エンジン高速回転時のみ吸気絞り
を行なうため、2次空気供給手段及びバイパス側
に別のトラツプを追加することなく、エンジンの
高速回転時にもトラツプ側に流入する排気ガス流
量を燃焼可能域に制限することが出来、従つて、
再生域の増大もはかれると共に、排気ガスを利用
してトラツプを再生するため、パテイキユレート
を含む排気ガスの排出を可能な限り抑えることが
できる。
また、再生中常に吸気絞り弁が閉弁されるので
はなくエンジン高速回転時のみ吸気絞り弁が閉弁
されるため、エンジン低速回転時の運転性の悪化
をともなうことなく、捕集材に捕集された排気微
粒子を着火させることができる。また吸気絞り弁
を閉弁することにより吸入空気のO2濃度もある
程度下がるのでパテイキユレートの燃え過ぎによ
るトラツプの溶損を防止できる。
【図面の簡単な説明】
図面は本発明に係る装置の一実施例を示す概略
図。 5……エンジン本体、10……捕集材、12…
…トラツプ容器、16……ヒータ、17……吸気
管、18……バイパス管、20……排気管、28
……開閉制御弁、40……吸気絞り弁、41……
ダイヤフラム装置。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 排気微粒子の捕集材と該補集材に捕集された
    排気微粒子を再生時着火燃焼させる電気ヒータと
    を有するデイーゼルパテイキユレートトラツプを
    デイーゼルエンジンの排気管路中に配設すると共
    に上記排気管にデイーゼルパテイキユレートトラ
    ツプを迂回するバイパス管を設けかつ該バイパス
    管中にトラツプ再生中の所定時に作動するアクチ
    ユエータにより開放せしめられる開閉制御弁を取
    付けて成るデイーゼルエンジンの排気微粒子浄化
    装置において、エンジンの吸気管中にトラツプ再
    生中で且つエンジン高速回転時にのみアクチユエ
    ータにより閉弁せしめられる吸気絞り弁を設けた
    ことを特徴とするデイーゼルエンジンの排気微粒
    子浄化装置。
JP57128330A 1982-07-24 1982-07-24 デイ−ゼルエンジンの排気微粒子浄化装置 Granted JPS5920510A (ja)

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WO2002008581A2 (en) 2000-07-24 2002-01-31 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Exhaust gas purification device
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