JPH0610118Y2 - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 産業上の利用分野 この考案は、ディーゼル機関等の内燃機関において、白
煙や悪臭の原因となる排気中の可溶性有機成分（ＳＯ
Ｆ）を捕集除去する排気浄化装置に関する。

従来の技術 ディーゼル機関等の内燃機関では、排気中に含まれる排
気微粒子の一つである可溶性有機成分（ＳＯＦ）が白煙
や悪臭の原因となる。これは、燃料の一部成分や燃焼室
に流入した潤滑油が十分に燃焼されずに排出されたもの
で、燃焼が不安定な低速低負荷域、とりわけ機関が冷機
状態にある場合に多く発生する。

このＳＯＦ成分の処理は、一般に、排気通路に介装した
フィルター状のトラップによって捕集除去する方法で行
われている。第７図は、特開昭５７−１５９９０８号公
報に開示されている従来の排気浄化装置を示すものであ
り、内燃機関３１の排気通路３３のマフラー３４上流側
に、触媒付トラップ３２が介装されている。上記触媒付
トラップ３２は、例えばセラミックスを用いてフィルタ
ー状に成形され、かつその表面に触媒金属がコーティン
グされている。

すなわち、上記排気浄化装置では、排気が常に触媒付ト
ラップ３２を通過し、その際にＳＯＦ成分が捕集され
る。そして、高速高負荷時に排気温度が高くなって触媒
が活性化すると、捕集されたＳＯＦ成分がその触媒作用
によって自己燃焼し、トラップ３２の再生が自然に行わ
れる。

考案が解決しようとする問題点 しかしながら、上記のように単に触媒付トラップ３２を
排気通路３３に介装した従来の排気浄化装置にあって
は、内燃機関３１を冷機状態で始動した直後に自動車の
運転を開始したような場合に、排気ガス温度や排気通路
３３の温度が十分に上昇しない段階で排気圧力が高くな
るため、始動時に捕集されたＳＯＦ成分が触媒作用で処
理される前に触媒付トラップ３２から離脱してしまう虞
れがある。そして、この触媒付トラップ３２から離脱し
たＳＯＦ成分は、排気通路３３が冷えているため再度凝
縮し、白煙や悪臭を引き起こす。

また上記構成では、捕集したＳＯＦ成分やカーボン粒子
によって触媒付トラップ３２が目詰まり状態となった場
合でも、該触媒付トラップ３２を通して排気が排出され
るので、排圧が過度に上昇し、燃費や運転性の悪化を来
してしまう。

問題点を解決するための手段 上記の課題を解決するために、この考案を係る内燃機関
の排気浄化装置は、第１図に示すように、内燃機関１の
排気通路２に介装された開閉弁３と、この開閉弁３をバ
イパスして形成された排気バイパス通路４と、この排気
バイパス通路４に介装された触媒付トラップ５と、機関
１の温度を検出する機関温度検出手段６と、機関１の負
荷を検出する負荷検出手段７と、機関１の回転速度を検
出する回転速度検出手段８と、上記触媒付トラップ５の
目詰まりをその圧力損失から検出する目詰まり検出手段
９と、これらの検出手段６，７，８，９の検出信号に基
づき、触媒付トラップ５の非目詰まり時には運転条件に
応じて上記開閉弁３を開閉制御するとともに、目詰まり
時にはエンジンブレーキ状態時にのみ上記開閉弁３を閉
作動させる開閉弁制御手段１０とを備えて構成されてい
る。

作用 触媒付トラップ５が目詰まりしていない状態では、開閉
弁３が運転条件に応じて開閉制御される。例えば、内燃
機関１の温度が低く、かつ低速低負荷状態であるような
ＳＯＦ成分が多く発生する場合に閉じられて、排気が触
媒付トラップ５側に案内され、ＳＯＦ成分が捕集され
る。

一方、触媒付トラップ５の目詰まりが検出された場合に
は、エンジンブレーキ状態時を除き開閉弁３が開状態と
なる。従って、排気は殆ど触媒付トラップ５を通らずに
大部分が開閉弁３側を通流する。そして、エンジンブレ
ーキ状態時には、排気が触媒付トラップ５側に案内され
るので、触媒付トラップ５の再生が促進される。

実施例 第２図はこの考案に係る排気浄化装置の一実施例を示し
ている。

同図において、１１はディーゼル機関等の内燃機関、１
３は上記内燃機関１１の排気マニホルド１２に接続され
た排気通路であって、この排気通路１３の途中に、バタ
フライバルブ型の開閉弁１４が介装されている。１５
は、上記開閉弁１４をバイパスして形成された排気バイ
パス通路であり、この排気バイパス通路１５には、ＳＯ
Ｆ成分を捕集除去するための触媒付トラップ１６が介装
されている。上記触媒付トラップ１６は、たとえばフィ
ルタ状のセラミックスからなり、かつその表面に触媒金
属がコーティングされているもので、ケーシングに緩衝
材１７を介して支持されている。

また、上記開閉弁１４は、その弁軸１４ａが負圧ダイヤ
フラム式アクチュエータ１８のロッド１８ａにレバー１
４ｂを介して連係しており、上記アクチュエータ１８の
負圧室に負圧が導入されている状態では実線のように略
全閉状態に、負圧室に大気が導入されている状態では想
像線に示すように略全開状態となるように構成されてい
る。そして、上記アクチュエータ１８の負圧室と真空ポ
ンプ１９とを接続した負圧通路２０に、大気連通孔２１
ａを備えた三方電磁弁２１が介装されている。この三方
電磁弁２１は、通電時に上記負圧室を負圧ポンプ１９側
に、非通電時に上記負圧室を大気連通孔２１ａ側に連通
させる構成となっている。

次に、２２は上記三方電磁弁２１を切換制御するデジタ
ルマイクロコンピュータを利用した制御回路を示してい
る。この制御回路２２には、内燃機関１１の温度を代表
する冷却水温度を検出する水温センサ２３と、内燃機関
１１の回転速度を検出する回転速度センサ２４と、内燃
機関１１の負荷、具体的には燃料噴射ポンプ２５のコン
トロールレバー２５ａ開度を検出するレバー開度センサ
２６とから、それぞれ水温信号ＶＴＷ，回転速度信号Ｖ
ＲＥＶ，負荷信号ＶＬが入力されている。

また上記触媒付トラップ１６の目詰まり検出手段とし
て、触媒付トラップ１６上流側の排気圧力（トラップ入
口圧P₁）を検出する第１圧力センサ２７および下流側の
排気圧力（トラップ出口圧P₂）を検出する第２圧力セン
サ２８が設けられており、これらのセンサ２７，２８が
発する圧力信号VP₁およびVP₂がやはり上記制御回路２２
に入力されている。尚、排気ガスによる汚損を防止する
ために、各圧力センサ２７，２８と排気バイパス通路１
５との間には、それぞれダイヤフラム装置２９，３０が
介装されている。

次に上記実施例の作用を第３図，第４図のフローチャー
トに基づいて説明する。

第３図のフローチャートは、上記制御回路２２で実行さ
れる制御プログラムの基本的な流れを示したもので、先
ずステップ１で、水温信号ＶＴＷ，負荷信号ＶＬ，回転
速度信号ＶＲＥＶに基づいて検出された冷却水温度Ｔ
Ｗ，負荷Ｌ，回転速度ＲＥＶを読み込み、次いでステッ
プ２で冷却水温度ＴＷが６０℃以下であるか否か判定す
る。

ここで６０℃以下であった場合には、ステップ３へ進
み、負荷Ｌと回転速度ＲＥＶとから、機関運転条件が白
煙領域に該当するか否か判定する。この白煙領域は、第
５図に示すように、アイドリングを含む低速低負荷域に
設定されている。ステップ３の判定で白煙領域に該当す
る場合には、ステップ６へ進み、三方電磁弁２１をＯＮ
作動させる。これによりアクチュエータ１８の負圧室に
負圧が導入され、開閉弁１４は略全閉状態となる。ま
た、ステップ３で白煙領域でなければ、ステップ９へ進
み、三方電磁弁２１をＯＦＦ作動させる。これにより負
圧アクチュエータ１８の負圧室には大気が導入され、開
閉弁１４は略全開状態となる。

従って、始動直後など内燃機関１１が十分に暖機されて
いない状態でアイドリングを含む低速低負荷運転を行っ
たとすると、開閉弁１４の閉作動に伴って排気の大部分
は触媒付トラップ１６を通過することになり、ここで排
気中のＳＯＦ成分が捕集除去される。そのため機関冷機
状態での低速低負荷運転で問題となる白煙や悪臭の発生
が防止される。

一方、ステップ２で冷却水温度ＴＷが６０℃以上であっ
た場合には、ステップ４へ進み、アイドリング状態であ
るか否かを判定する。このアイドリングの判定は、第５
図に示すように機関の負荷Ｌと回転速度ＲＥＶとに基づ
いて行う。ここでアイドリング状態であった場合には、
ステップ６へ進み、三方電磁弁２１を介して開閉弁１４
を閉作動させる。従って、アイドリング状態であれば冷
却水温度ＴＷの高低に拘わらず常に排気の大部分が触媒
付トラップ１６側に案内されることになり、ＳＯＦ成分
の除去が行われる。これは、自動車が走行していないア
イドリング状態では、悪臭や白煙が周囲に漂ってしまう
ので、暖機状態での比較的少量のＳＯＦ成分をも確実に
除去するようにしているのである。

次に、ステップ４でアイドリング状態以外であった場合
には、ステップ５へ進みエンジンブレーキ状態（減速状
態）であるか否かを判定する。エンジンブレーキ状態で
なければ、ステップ９へ進み、開閉弁１４を略全開状態
に保つ。このように開閉弁１４が略全開状態になってい
る状態では、通路抵抗の関係から触媒付トラップ１６側
へは排気は殆ど流れない。

ステップ５でエンジンブレーキ状態であると判断した場
合には、さらにステップ８へ進み、回転速度ＲＥＶが所
定範囲、たとえば２０００〜４０００ＲＰＭ内にあるか
否か判定する。そして回転速度ＲＥＶが所定範囲内にあ
る場合にのみステップ１０へ進んで開閉弁１４を閉作動
させ、その他の回転速度領域ではステップ９へ進んで開
閉弁１４を開状態とする。

すなわち、内燃機関１１が暖機状態にあって減速運転が
なされ、しかも回転速度が２０００〜４０００ＲＰＭで
ある場合に限って、排気の大部分が触媒付トラップ１６
側に案内されることになる。このような減速は、必ず加
速あるいは定常運転の後に発生するので、排気温度が多
少低下したとしても排気系の余熱によってＳＯＦ成分の
再燃焼に必要な２００℃以上の温度は十分に得ることが
でき、しかもこのエンジンブレーキ状態では機関に燃料
が殆ど供給されないことから排気中の排気微粒子が殆ど
なくなり非常に清浄な排気となるため、触媒付トラップ
１６に付着したＳＯＦ成分が効率良く燃焼除去される。
これによって、触媒付トラップ１６は再生され、その目
詰まりが防止される。

尚、２０００ＲＰＭ以下の回転速度のときに触媒付トラ
ップ１６へ排気を通流させないのは上述したようにＳＯ
Ｆ成分の燃焼に必要な排気熱を確保できないためであ
る。また、４０００ＲＰＭ以上の回転速度の場合に排気
を触媒付トラップ１６側へ案内しないのは、温度の点で
はＳＯＦ成分の再燃焼に適しているものの、排気流量が
非常に多く、触媒付トラップ１６の通路抵抗が相対的に
大きくなるので、急激な減速感を運転者に与える虞れが
あるからである。

一方、未暖機状態での白煙領域内の運転あるいは暖機後
のアイドリング運転によってステップ６へ進んだ場合に
は、更にステップ７へ進み、第４図に示す目詰まり処理
ルーチンを実行する。この目詰まり処理ルーチンにおい
ては、先ずステップ１１で、そのときの負荷Ｌ，回転速
度ＲＥＶ，トラップ入口圧P₁，トラップ出口圧P₂を読み
込み、次いでステップ１２でトラップ入口圧P₁とトラッ
プ出口圧P₂との差圧つまり触媒付トラップ１６による圧
力損失が所定値（例えば１５０mmHg）以下であるか否か
を判定する。ここで圧力損失が所定値以下であれば、触
媒付トラップ１６が目詰まりしていないものと判断し、
ステップ１３を経て、この目詰まり処理ルーチンを終了
する。すなわち、非目詰まり状態であれば、実質的には
前述した第３図のフローチャートのみに従って開閉弁１
４が開閉制御されることになり、前述したように、ＳＯ
Ｆ成分の捕集やエンジンブレーキ時の強制的な再生が適
宜に行われる。尚、この場合の開閉弁１４の開閉状態を
第５図に示してある。

またステップ１２で圧力損失が所定値以上であれば、触
媒付トラップ１６が目詰まりしているものと判断し、ス
テップ１４へ進んでアイドリング状態であるか否かを負
荷Ｌと回転速度ＲＥＶとから判定する。そして、アイド
リング状態でなければ更にステップ１５へ進んでエンジ
ンブレーキ状態（減速状態）であるか否かを判定し、エ
ンジンブレーキ状態である場合にのみステップ１７へ進
んで開閉弁１４を閉作動させる。また、これ以外の場合
はステップ１６へ進み、開閉弁１４を略全開状態に保
つ。この一連の処理は、ステップ１２で圧力損失が所定
値以下に低下するまで繰り返される。

すなわち、触媒付トラップ１６の目詰まりが検出された
場合には、エンジンブレーキ状態を除き常に開閉弁１４
が略全開状態となり、触媒付トラップ１６側へは排気は
殆ど流れない。そのため、排圧の過度の上昇が防止され
る。また目詰まり状態でエンジンブレーキ状態となった
場合には、機関回転速度ＲＥＶの高低に拘わらず排気が
触媒付トラップ１６側に案内されることになり、前述し
た触媒付トラップ１６の再生が一層促進される。尚、こ
の目詰まり状態の場合の開閉弁１４の開閉状態を第６図
に示してある。

このように、上記実施例によれば、たとえば内燃機関１
１を冷機状態で始動した直後に自動車の走行を開始した
ような場合に、白煙や悪臭が問題とならない領域では排
気が触媒付トラップ１６側に案内されないので、一旦捕
集されたＳＯＦ成分が再燃焼の前に触媒付トラップ１６
から離脱してしまうようなことがない。また排気温度が
それほど高くない中負荷程度の運転を長く継続したとし
ても、カーボン等の微粒子による触媒付トラップ１６の
目詰まりが生じにくい。そして、ＳＯＦ成分を捕集した
触媒付トラップ１６は、暖機完了後に運転を継続してい
る間に、所定のエンジンブレーキ状態のときに自然に再
生されることになる。

また仮に触媒付トラップ１６がＳＯＦ成分やカーボン微
粒子によって目詰まりを生じた場合には、エンジンブレ
ーキ状態のときを除き排気が開閉弁１４側を通して排出
されるので、排圧の過度の上昇を招くことがない。しか
もエンジンブレーキ時における再生が一層促進される結
果、速やかに目詰まり状態を解消することができる。

考案の効果 以上の説明で明らかなように、この考案に係る内燃機関
の排気浄化装置によれば、開閉弁による流路の切り換え
によってＳＯＦ成分の捕集時にのみ触媒付トラップ側へ
排気が案内されるので、従来の常時排気が触媒付トラッ
プを通流する構成のように、一旦捕集したＳＯＦ成分が
再燃焼する前に離脱してしまうようなことがない。従っ
て、ディーゼル機関等において問題となる白煙や悪臭を
効果的に除去でき、かつ一旦捕集したＳＯＦ成分の大気
中への放出を防止できる。また、白煙等が問題とならな
い運転領域では触媒付トラップを排気が通流しないた
め、カーボン等の微粒子の堆積が防止される。

そして、触媒付トラップが目詰まりした場合には、触媒
付トラップを通さずに排気が排出されるため、過度の排
圧上昇による燃費の悪化や運転性の悪化を招くことがな
いとともに、エンジンブレーキ時の再生によって速やか
に目詰まり状態を解消することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの考案の構成を示すクレーム対応図、第２図
はこの考案に係る排気浄化装置の一実施例を示す構成説
明図、第３図および第４図は上記実施例における制御プ
ログラムを示すフローチャート、第５図はこの実施例の
非目詰まり時における制御特性図、第６図は同じく目詰
まり時における制御特性図、第７図は従来における排気
浄化装置の一例を示す構成説明図である。 １…内燃機関、２…排気通路、３…開閉弁、４…排気バ
イパス通路、５…触媒付トラップ、６…機関温度検出手
段、７…負荷検出手段、８…回転速度検出手段、９…目
詰まり検出手段、１０…開閉弁制御手段。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】内燃機関の排気通路に介装された開閉弁
   と、この開閉弁をバイパスして形成された排気バイパス
   通路と、この排気バイパス通路に介装された触媒付トラ
   ップと、機関の温度を検出する機関温度検出手段と、機
   関の負荷を検出する負荷検出手段と、機関の回転速度を
   検出する回転速度検出手段と、上記触媒付トラップの目
   詰まりをその圧力損失から検出する目詰まり検出手段
   と、これらの検出手段の検出信号に基づき、触媒付トラ
   ップの非目詰まり時には運転条件に応じて上記開閉弁を
   開閉制御するとともに、目詰まり時にはエンジンブレー
   キ状態時にのみ上記開閉弁を閉作動させる開閉弁制御手
   段とを備えてなる内燃機関の排気浄化装置。