JPH06146860A - 内燃機関の排気微粒子除去装置 - Google Patents

内燃機関の排気微粒子除去装置

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JPH06146860A
JPH06146860A JP4298672A JP29867292A JPH06146860A JP H06146860 A JPH06146860 A JP H06146860A JP 4298672 A JP4298672 A JP 4298672A JP 29867292 A JP29867292 A JP 29867292A JP H06146860 A JPH06146860 A JP H06146860A
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filter
engine
exhaust
regeneration
combustion gas
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JP4298672A
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Kunihiro Kawahara
邦博 川原
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Toyota Motor Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 フィルタの再生時に燃焼ガスを吸気系に還流
させるようにした排気微粒子除去装置において、機関の
運転状況に関わらず、フィルタの再生を良好に実施する
ことができる内燃機関の排気微粒子除去装置の提供を目
的とする。 【構成】 内燃機関1の排気通路2に設けたフィルタ5
A, 5Bによって排気ガス中のパティキュレートを捕集
し、所定時期にフィルタ5A, 5Bにエアポンプ9から2次
空気を供給してフィルタ5A, 5Bの再生を個々に行ない、
再生燃焼ガスを吸気マニホールド1Aに流入させる内燃機
関の排気微粒子除去装置において、吸気マニホールド1A
内の吸入空気圧を機関回転数Ne、アクセル開度θ等によ
って検出し、検出した吸入空気圧が所定値を下回る機関
の運転時には、弁V9を閉じ、弁V4を開いて再生燃焼ガス
を大気に開放するように構成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は内燃機関の排気微粒子除
去装置に関し、特に、ディーゼル機関の排気ガス中に含
まれるパティキュレートを捕集したフィルタに2次空気
を供給して再生処理し、再生燃焼ガスを吸気系に還流す
る内燃機関の排気微粒子除去装置に関する。
【0002】
【従来の技術】自動車等の内燃機関、特に、ディーゼル
機関の排気ガス中には、カーボンを主成分とする排気微
粒子(パティキュレート)が含まれており、排気黒煙の
原因となっている。環境汚染の観点からはこのパティキ
ュレートは除去することが望ましく、近年、ディーゼル
機関の排気通路にセラミック製のフィルタを配置し、デ
ィーゼルパティキュレートをこのフィルタによって除去
することが提案されている。
【0003】ディーゼル機関の排気通路に配置されたセ
ラミック製のフィルタによってディーゼルパティキュレ
ートを除去するように構成された排気浄化装置では、パ
ティキュレートフィルタの使用に伴ってその内部に捕集
されるパティキュレートの量が増えると、通気性が次第
に失われて機関性能が低下することになるため、パティ
キュレートがある程度捕集されたフィルタを定期的に再
生させる必要がある。このフィルタの再生は、電気ヒー
タに通電したり、バーナーに点火したりして、フィルタ
に捕集されたパティキュレートに着火し、再生用ガス、
例えば2次空気を供給してこれを燃焼させることによっ
て行われる。
【0004】この再生時期の判断は、機関の走行距離、
機関の運転時間等を基にして行われることもあるが、一
般に、従来の内燃機関の排気浄化装置では、フィルタ内
へのパティキュレートの捕集量を検出して再生時期を判
断するようにしている。このフィルタ内のパティキュレ
ートの捕集量の検出は、通常、パティキュレートフィル
タの上流側の排気ガスの圧力と下流側の差圧(圧力損
失)によって検出され、圧力損失値が所定値以上に大き
くなった時を以て再生時期と判断している。
【0005】そして、フィルタの再生時に2次空気が供
給され、フィルタ内に捕集されたパティキュレートが燃
焼処理される場合、燃焼ガスは一般に大気中に放出され
る。ところが、この再生燃焼ガスには臭いがあり、排出
時にその臭いで周囲に悪影響を及ぼすという問題があ
る。例えば、特開昭62−178708号公報に記載の
排気微粒子除去装置では、フィルタの再生処理時に2次
空気を供給してフィルタを燃焼再生させ、その燃焼ガス
を吸気系に戻すことが行われている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開昭
62−178708号公報に記載の排気微粒子除去装置
では、フィルタの再生処理時に常に燃焼ガスを吸気系に
戻すようにしているので、機関の高速運転時には吸気側
の圧力が低くなり、この低い吸気圧力に吸引されてフィ
ルタに供給される2次空気流量が異状に多くなり、フィ
ルタの再生を良好に実施することが出来なくなるという
恐れがあった。
【0007】そこで、本発明は、前記従来のディーゼル
機関の排気微粒子除去装置の有する課題を解消し、燃焼
ガス臭を防ぐためにフィルタの再生時に燃焼ガスを吸気
系に還流させるようにした排気微粒子除去装置におい
て、吸気系の圧力が低くなった時には吸気系への燃焼ガ
スの還流を停止することにより、機関の高速運転時でも
フィルタの再生を良好に実施することができるようにし
た内燃機関の排気微粒子除去装置を提供することを目的
とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成する本発
明の内燃機関の排気微粒子除去装置は、排気通路に設け
たフィルタによって排気ガス中のパティキュレートを捕
集し、所定時期に前記フィルタに2次空気を供給してフ
ィルタの再生を行うと共に、フィルタの再生燃焼ガスを
吸気側に流入させる内燃機関の排気微粒子除去装置にお
いて、前記機関の高速運転時、または車両高速運転時に
は、前記フィルタの再生燃焼ガスを大気に開放したこと
を特徴としている。
【0009】
【作用】本発明の内燃機関の排気微粒子除去装置によれ
ば、フィルタの再生時には2次空気が供給され、フィル
タに捕集されたパティキュレートを燃焼させてフィルタ
が再生される。そして、燃焼ガスは通常は吸気系に還流
されるが、機関回転数が所定値を越えて高速運転された
場合や、車両の高速運転時には、燃焼ガスの吸気系への
還流路が閉鎖されて燃焼ガスは大気に放出される。
【0010】
【実施例】以下添付図面を用いて本発明の実施例を詳細
に説明する。図1は4気筒ディーゼル機関1に設けられ
た本発明における同時捕集、逆流交互再生デュアルフィ
ルタタイプの排気微粒子除去装置20の一実施例の概略
的構成を示すものである。この実施例のディーゼル機関
1の吸気マニホールド1Aには吸気を導く吸気管1Bが
接続されており、この吸気管1Bの中にスロットル弁V
0が設けられている。機関1から排気マニホールド1E
を介して排出される排気ガスを導く排気管2は、分岐部
aにおいて分岐管2A,2Bに分岐され、その後に合流
部bにおいて合流されてマフラー6に接続される。分岐
管2A,2Bの途中に設けられたケーシング3A,3B
の中には、排気ガス中のパティキュレートを捕集するた
めにそれぞれ第1フィルタ5A及び第2フィルタ5Bが
設けられている。
【0011】このフィルタ5A, 5Bは、セラミック等
の多孔性物質からなる隔壁を備えたハニカム状フィルタ
であり、一般に円筒状をしていて内部に隔壁で囲まれた
多数の直方体状の通路(フィルタセル)がある。そし
て、この通路の隣接するものは、排気ガスの流入側と排
気ガスの流出側で交互にセラミック製の閉塞材(プラ
グ)によって栓詰めされて閉通路となっている。従っ
て、このフィルタ5A, 5Bに流れ込んだ排気ガス中の
パティキュレートは、排気ガスがフィルタセルの壁面を
通過する際にフィルタセルに捕集される。
【0012】また、分岐管2A及び2Bの分岐部aの上
流側および合流部bの下流側には、それぞれ圧力導入管
SPU,SPDが設けられており、差圧センサ10に分
岐部aの上流側の圧力および合流部bの下流側の圧力を
導くようになっている。そして、フィルタ5A,5Bの
上下流の圧力差(圧力損失)は差圧センサ10によって
求められ、検出値がECU(制御回路)100に入力さ
れる。制御回路100はこの圧力差(差圧)によってフ
ィルタ5A,5Bの再生時期を決定する。
【0013】一方、フィルタ5A,5Bの下流側端面近
傍、或は下流側端部の栓部材(図示せず)にはフィルタ
再生時、フィルタを加熱してパティキュレートに着火す
る電気ヒータHA及びHBが設けられており、これら電
気ヒータHA,HBの一端は接地され、他端は制御回路
100によって制御されるスイッチSWA,SWBを介
してバッテリ11に接続されている。更に、フィルタ5
A,5Bの上流側には排気ガス温度を検出する温度セン
サSTが設けられており、この温度センサSTの出力も
制御回路100に入力されている。なお、図示はしない
が、機関1には吸入空気温度を検出する吸入空気温度セ
ンサと機関1の温度を水温によって検出する水温センサ
が設けられており、これらセンサからの吸入空気温度T
hAと水温ThWも制御回路100に入力されるように
なっている。
【0014】そして、分岐部aには、分岐部aの上流側
の排気管2からの排気ガスの流れを分岐管2A,2Bに
振り分ける第1制御弁V1が設けられ、合流部bには分
岐管2A,2Bの合流部bの下流側の排気管2Dへの接
続を切り換える第2制御弁V2が設けられている。これ
ら制御弁V1,V2は共に制御回路(ECU)100に
よって駆動されるようになっており、制御回路100か
らの制御信号により制御弁V1,V2は分岐管2A,2
Bのいずれも閉塞しない中立位置、または分岐管2A,
2Bのいずれか一方を閉じる位置に位置決めされる。
【0015】前述のフィルタ5A,5Bの再生時には、
電気ヒータHAあるいはHBに通電すると共に、通電が
行われた側のフィルタ5Aあるいはフィルタ5Bの下流
側から再生用ガスを流し、燃焼ガスをその上流側から排
出する必要がある。従って、この実施例では、分岐管2
A,2Bの合流部bとフィルタ5A,5Bとの間に再生
用ガス供給管7が設けられており、この再生用ガス供給
管7の一端に2次空気供給用の電動エアポンプ9が設け
られている。そして、電動エアポンプ9の2次空気吐出
側の再生用ガス供給管7内にはチェック弁V3が設けら
れ、再生用ガス供給管7の分岐管2A,2Bへの接続部
にはそれぞれ開閉弁V5,V6が設けられている。ま
た、分岐管2A,2Bの分岐部aとフィルタ5A,5B
との間に燃焼ガス排出管8が設けられており、この燃焼
ガス排出管8の分岐管2A,2Bへの接続部にはそれぞ
れ開閉弁V7,V8が設けられている。また、燃焼ガス
排出管8の一端はチェック弁V4を介して大気に開放さ
れており、他端は、還流弁V9を介して吸気マニホルド
1Aに接続されている。これらの弁V3〜V9および電
動エアポンプ9は全て制御回路100によって駆動制御
される。
【0016】弁V1〜V9の駆動は、実際には、ダイア
フラム式アクチュエータや負圧切換弁、或いは電気式の
アクチュエータによって行われるが、その駆動機構は特
に限定されるものではないので、ここでは図示およびそ
の説明を省略する。制御回路100は、例えば、アナロ
グ信号入力用のインタフェースINa、ディジタル信号
入力用のインタフェースINd、アナログ信号をディジ
タル信号に変換するコンバータA/D、各種演算処理を
行う中央処理装置CPU、ランダムアクセスメモリRA
M、読み出し専用メモリROM、機関のキースイッチが
オフされてもデータを保持するバックアップメモリB−
RAM、出力回路OUT、およびこれらを接続するバス
ライン111等を含むマイクロコンピュータによって構
成されるが、その構成の詳細な動作説明については省略
する。
【0017】制御回路100のアナログ信号入力用のイ
ンタフェースINaには、パティキュレートフィルタ5
A,5Bの上流側と下流側の排気ガスの差圧信号PD、
機関1の吸気温度信号ThA、水温信号ThWや図示し
ない回転数センサからの機関回転数信号Ne等が入力さ
れ、ディジタル信号入力用のインタフェースINdに
は、キースイッチからの信号等が入力される。
【0018】次に、以上のように構成された実施例のデ
ィーゼル機関の排気微粒子除去装置20の動作について
説明する。 〔排気ガス中のパティキュレート捕集時〕制御弁V1,
V2は中立の位置に制御されており、チェック弁V3,
V4、開閉弁V5〜V8、および還流弁V9は閉弁して
いる。図1がこの状態を示しており、ディーゼル機関1
から排出された排気ガスは分岐管2A,2Bの両方に流
れてフィルタ5A,5Bによってパティキュレートが除
去され、マフラー6を介して大気中に放出される。 〔機関低、中速運転時のフィルタの再生時〕フィルタ5
A,5B内のパティキュレートの捕集量が所定値を越
え、差圧センサ10のフィルタ5A,5Bの上流側と下
流側の差圧検出値が基準値を越えるとフィルタの再生処
理がフィルタ5Aから実行される。フィルタ5Aの再生
時には制御弁V1,V2が分岐管分岐管2Aの入口側と
出口側を塞ぎ、チェック弁V3、開閉弁V5,V7およ
び還流弁V9が開弁する。エアポンプ9からの2次空気
が再生用ガス供給管7を通じてフィルタ5Aに供給さ
れ、ヒータHAに通電が行われてフィルタ5A内のパテ
ィキュレートが燃焼し、燃焼ガスは燃焼ガス排出管8を
通って吸気マニホールド1Aに導かれ、機関1に流入す
る。フィルタ5Bの再生時には制御弁V1,V2が分岐
管分岐管2Bの入口側と出口側を塞ぎ、チェック弁V3
と還流弁V9は開弁のまま、開閉弁V5,V7が閉弁
し、開閉弁V6,V8が開弁する。エアポンプ9からの
2次空気は再生用ガス供給管7を通じてフィルタ5Bに
供給され、ヒータHBに通電が行われてフィルタ5B内
のパティキュレートが燃焼し、燃焼ガスは燃焼ガス排出
管8を通って吸気マニホールド1Aに導かれ、機関1に
流入する。この状態を図2に示す。 〔機関高速時のフィルタの再生時〕フィルタ5A,5B
内のパティキュレートの捕集量が所定値を越え、差圧セ
ンサ10のフィルタ5A,5Bの上流側と下流側の差圧
検出値が基準値を越えるとフィルタの再生処理がフィル
タ5Aから実行される。フィルタ5Aの再生時には制御
弁V1,V2が分岐管分岐管2Aの入口側と出口側を塞
ぎ、チェック弁V3,V4、および開閉弁V5,V7が
開弁する。エアポンプ9からの2次空気が再生用ガス供
給管7を通じてフィルタ5Aに供給され、ヒータHAに
通電が行われてフィルタ5A内のパティキュレートが燃
焼し、燃焼ガスは燃焼ガス排出管8を通って大気に放出
される。フィルタ5Bの再生時には制御弁V1,V2が
分岐管分岐管2Bの入口側と出口側を塞ぎ、チェック弁
V3,V4は開弁のまま、開閉弁V5,V7が閉弁し、
開閉弁V6,V8が開弁する。エアポンプ9からの2次
空気は再生用ガス供給管7を通じてフィルタ5Bに供給
され、ヒータHBに通電が行われてフィルタ5B内のパ
ティキュレートが燃焼し、燃焼ガスは燃焼ガス排出管8
を通って大気に放出される。この状態を図3に示す。
【0019】従って、フィルタの再生中に機関が高速に
なり、吸気管1B内の吸気圧が低下して負圧になって
も、還流弁V9は閉弁状態にあり、フィルタの燃焼ガス
は燃焼ガス排出管8を通って大気に放出されるので、フ
ィルタの再生処理が吸気管1B内の吸気圧の低下によっ
て影響されることはない。なお、以上説明した実施例で
は機関の運転状態が高速か否かによって還流弁V9の開
閉を制御しているが、還流弁V9の開閉制御を機関が搭
載された車両の速度によっても行うことが可能である。
【0020】ここで、前述の制御回路100によるフィ
ルタ再生中の弁V4、V9の開閉切換制御を機関の回転
速度に基づいて行う場合を、図4に示すフローチャート
を用いて説明する。図4に示すルーチンは、所定時間お
き、例えば50ms毎に実行されるものである。ステップ
401ではフィルタが再生中か否かが判定され、再生中
でない時にはステップ406に進み、チェック弁V4お
よび還流弁V9は閉弁状態のままにされてこのルーチン
が終了する。この状態が図1である。
【0021】一方、ステップ401においてフィルタが
再生中であると判定された時はステップ402以降に進
み、吸気マニホールド1Aの吸気圧力の状態が判定され
る。そして、吸気マニホールド1Aの吸気圧力が低いと
判定された時には燃焼ガスの吸気マニホールド1Aへの
流入が停止される。この実施例では、吸気マニホールド
の吸気圧力の状態の判定として、ステップ402におい
て、機関の回転数Neが所定回転数N1以下であるか否
かが判定され、ステップ403において、アクセル開度
θが所定開度θ1以下であるか否かが判定される。
【0022】機関1の運転状態が低、中速の場合は吸気
マニホールド1Aの吸気圧力は低くならず、フィルタの
再生中に2次空気も影響を受けないので、燃焼ガスは機
関1の吸気マニホールド1Aに流入される。この時は、
ステップ402において、機関の回転数Neが所定回転
数N1以下であると判定され、かつ、ステップ403に
おいて、アクセル開度θが所定開度θ1以下であると判
定され、ステップ404に進む。ステップ404ではチ
ェック弁V4は閉弁状態のままに保たれ、還流弁V9が
開弁された後に、このルーチンが終了する。この状態が
図2であり、燃焼ガスは吸気マニホールド1Aに流れ込
む。
【0023】燃焼ガスの吸気マニホールド1Aへの流入
が停止されるのは、この実施例ではステップ402にお
いて機関の回転数Neが所定回転数N1を越えていると
判定された時(NO)、または、ステップ403において、
アクセル開度θが所定開度θ1を越えていると判定され
た時である。この時はステップ405に進み、チェック
弁V4が開弁され、還流弁V9が閉弁状態のままにされ
た後に、このルーチンが終了する。この状態が図3であ
り、燃焼ガスは燃焼ガス排出管8からチェック弁V4を
経て大気に放出される。
【0024】以上説明したように、図1の実施例のディ
ーゼル機関の排気微粒子除去装置20では、フィルタ再
生時の吸気マニホールド1A内の吸入空気圧力を監視
し、吸入空気圧力が所定値を下回って低下した場合に
は、燃焼ガスの吸気マニホールド1Aへの流入を止め、
燃焼ガスを大気中に放出するので、再生中の2次空気の
量が吸入空気圧の低下によって影響を受けず、フィルタ
の再生が良好に行われる。なお、前述の実施例では、吸
気マニホールド1A内の吸入空気圧力を機関の回転速度
Neまたはアクセル開度θによって検出しているが、圧
力センサを吸気マニホールド1Aに設けて、直接吸気マ
ニホールド1A内の吸入空気圧力を検出することによっ
てこれを行っても良い。
【0025】次に、前述の制御回路100によるフィル
タ再生中の弁V4、V9の開閉切換制御を車両の走行速
度Vに基づいて行う場合を、図5に示すフローチャート
を用いて説明する。このルーチンも所定時間おき、例え
ば50ms毎に実行されるものである。ステップ501で
はフィルタが再生中か否かが判定され、再生中でない時
にはステップ506に進み、チェック弁V4および還流
弁V9は閉弁状態のままにされてこのルーチンが終了し
(図1の状態)、フィルタが再生中であると判定された
時はステップ502に進み、車両の走行速度Vが所定速
度V1以下か否かが判定される。
【0026】そして、ステップ502で車両の走行速度
Vが所定速度V1を超えていると判定された場合は、吸
気マニホールド1Aの吸気圧力が低い場合であるとして
ステップ504に進み、チェック弁V4が開弁され、還
流弁V9が閉弁状態されて燃焼ガスの吸気マニホールド
1Aへの流入が停止されてこのルーチンが終了する。こ
の状態が図3であり、燃焼ガスは燃焼ガス排出管8から
チェック弁V4を経て大気に放出される。
【0027】一方、ステップ502で車両の走行速度V
が所定速度V1以下と判定された場合は、吸気マニホー
ルド1Aの吸気圧力は低くならず、フィルタの再生中に
2次空気も影響を受けないとしてステップ503に進
み、燃焼ガスは機関1の吸気マニホールド1Aに流入さ
れる。この時はステップ503においてチェック弁V4
が閉弁され、還流弁V9が開弁されてこのルーチンが終
了する。この状態が図2であり、燃焼ガスは吸気マニホ
ールド1Aに流れ込む。
【0028】なお、以上説明した実施例は、同時捕集、
逆流交互再生タイプの排気微粒子除去装置20で、フィ
ルタの再生時にフィルタの下流側に設けたエアポンプ9
に吐出動作をさせて2次空気を供給するものに本発明を
適用したものであるが、本発明は、(1) 同時捕集、逆流
交互再生タイプの排気微粒子除去装置で、フィルタの再
生時にフィルタの上流側に設けたエアポンプ9に吸引動
作をさせて2次空気を供給するもの、(2) 同時捕集、順
流交互再生タイプの排気微粒子除去装置で、フィルタの
再生時にフィルタの下流側に設けたエアポンプ9に吸引
動作をさせて2次空気を供給するもの、(3) 同時捕集、
順流交互再生タイプの排気微粒子除去装置で、フィルタ
の再生時にフィルタの上流側に設けたエアポンプ9に吐
出動作をさせて2次空気を供給するもの、にも適用可能
である。
【0029】
【発明の効果】以上説明したように本発明の内燃機関の
排気微粒子除去装置によれば、燃焼ガス臭を防ぐために
フィルタの再生時に燃焼ガスを吸気系に還流させるよう
にした排気微粒子除去装置において、機関の高速運転時
や車両の高速運転時のように、吸気系の圧力が低くなっ
た時には吸気系への燃焼ガスの還流を停止して燃焼ガス
を大気中に放出するようにしたことにより、機関の高速
運転時でもフィルタの再生を良好に実施することができ
るという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の同時捕集、逆流交互再生デュアルフィ
ルタタイプの排気微粒子除去装置の一実施例の概略的構
成を示す図である。
【図2】図1の排気微粒子除去装置の機関の低、中速時
の動作を示す流路説明図である。
【図3】図1の排気微粒子除去装置の機関高速時の動作
を示す流路説明図である。
【図4】図1の制御回路の機関再生時の動作の一例を示
すフローチャートである。
【図5】図1の制御回路の機関再生時の動作の別の例を
示すフローチャートである。
【符号の説明】
1…ディーゼル機関 1A…吸気マニホールド 2…排気管 2A,2B…分岐管 5A,5B…フィルタ 7…再生用ガス供給管 8…燃焼ガス排出管 9…エアポンプ 10…差圧センサ 100…制御回路 a…分岐部 b…合流部 HA,HB…電気ヒータ V0…スロットル弁 V1…第1の制御弁 V2…第2の制御弁 V3,V4…チェック弁 V5〜V8…開閉弁 V9…還流弁
フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 F01N 3/02 321 C

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 内燃機関の排気通路に設けたフィルタに
    よって排気ガス中のパティキュレートを捕集し、所定時
    期に前記フィルタに2次空気を供給してフィルタの再生
    を行うと共に、フィルタの再生燃焼ガスを吸気側に流入
    させる内燃機関の排気微粒子除去装置において、 前記機関の高速運転時、または車両高速運転時には、前
    記フィルタの再生燃焼ガスを大気に開放したことを特徴
    とする内燃機関の排気微粒子除去装置。
JP4298672A 1992-11-09 1992-11-09 内燃機関の排気微粒子除去装置 Pending JPH06146860A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007187136A (ja) * 2006-01-16 2007-07-26 Ooden:Kk 粒子状物質除去装置及び粒子状物質除去方法

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2007187136A (ja) * 2006-01-16 2007-07-26 Ooden:Kk 粒子状物質除去装置及び粒子状物質除去方法

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