JPH0617645B2 - 内燃機関の排気微粒子処理装置 - Google Patents

内燃機関の排気微粒子処理装置

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JPH0617645B2
JPH0617645B2 JP8577083A JP8577083A JPH0617645B2 JP H0617645 B2 JPH0617645 B2 JP H0617645B2 JP 8577083 A JP8577083 A JP 8577083A JP 8577083 A JP8577083 A JP 8577083A JP H0617645 B2 JPH0617645 B2 JP H0617645B2
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trap
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尚巳 戸倉
伸和 兼先
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    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01NGAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/02Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust
    • F01N3/021Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters
    • F01N3/023Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters using means for regenerating the filters, e.g. by burning trapped particles
    • F01N3/025Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters using means for regenerating the filters, e.g. by burning trapped particles using fuel burner or by adding fuel to exhaust

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Description

【発明の詳細な説明】 〈技術分野〉 本発明は、内燃機関から排出される排気微粒子の処理装
置に関する。
〈従来技術〉 従来の排気微粒子処理装置としては、例えば特開昭56
−115809号公報に記載されたようなものがある。
これは、第1図に示すように構成されている。即ち、内
燃機関の排気マニフォールド1に接続された過給機2の
タービン3の出口に排気通路4を介して微粒子捕集用の
トラップ5を接続して排気中に含まれる微粒子をトラッ
プ5で捕集するようにしており、所定量の微粒子が捕集
されると、トラップ5上流に設けた燃焼手段としてのバ
ーナ6を作動させてトラップ5に貯っている微粒子を再
燃焼させるようにしていた。
このようにトラップ5を再生するためには、燃料と空気
とをバーナ6に供給する必要があるために、従来では機
関駆動されるエアポンプ7から空気を供給するシステム
としていた。
このようなトラップ5の再生(燃料及び微粒子の燃焼)
に必要な酸素の量は、通常の運転状態では排気中の余剰
酸素で十分であるが、登坂等のように機関が例えば2/3
負荷等の高負荷で運転されるときは、排気中に含まれる
余剰酸素の量が少なくなってトラップ再生の酸素が不足
するので、機関駆動されるエアポンプ7からバーナ6に
空気(二次空気)を導入していた。このために、トラッ
プ5の再生装置が大がかりとなり、しかも、空気の導入
の必要性がない低負荷域においてもエアポンプ7を駆動
する必要があるので機関に無駄な負荷が加わって燃費が
悪化するという問題点があった。
〈発明の目的〉 本発明は、このような実状に鑑みてなされたものであ
り、その目的とするところは、従来のようにトラップ再
生にのみ使用されるエアポンプに代えて過給機を用いる
ことにより、二次空気の必要な領域でのみ無駄なくトラ
ップ上流の燃焼手段に再生用の二次空気を供給すると共
に、前記過給機の過給空気量を増大補正することで前記
二次空気の流量を増大させてトラップの再生可能領域拡
大し、効率良くトラップの再生を行うことにある。
〈発明の概要〉 上記のような目的を達成するために本発明では、排気中
に含まれる微粒子を捕集するトラップと、該トラップの
上流側に配置され少なくとも所定の運転条件でトラップ
に捕集された微粒子を燃料の燃焼熱によって焼却してト
ラップを再生する燃焼手段とを排気通路の途中に介装し
た過給機付の内燃機関において、前記過給機のコンプレ
ッサ出口以降の吸気通路と前記燃焼手段とを二次空気供
給通路を介して接続すると共に、前記二次空気通路を経
て前記燃焼手段に導入される二次空気の流量を制御する
二次空気制御弁と、前記過給機の過給空気量を増大させ
ることで前記二次空気の流量を増大補正する二次空気流
量増大補正手段と、前記トラップの微粒子捕集状態を検
出する微粒子捕集状態検出手段と、機関運転状態を検出
する機関運転状態検出手段と、前記微粒子捕集状態検出
手段により検出される微粒子捕集状態に応じて前記二次
空気制御弁を開弁させて前記燃焼手段に二次空気を供給
すると共に、前記機関運状態検出手段により検出される
機関運転状態に応じて前記二次空気流量増大補正手段に
より二次空気の流量を増大補正する制御手段と、を備え
て構成したことにより、過給機のコンプレッサから吐出
された余剰の空気をトラップの再生に有効利用してエア
ポンプの設置にともなう機関動力の浪費等を防止すると
共に、前記過給機の過給空気量を増大補正することでト
ラッパの再生可能領域を拡大させて、効率良くトラッパ
の再生を行おうとするものである。
〈実施例〉 第2図は本発明の第1実施例を示しており、内燃機関の
吸気マニフォールド11及び排気マニフォールド12の集合
部には過給機13のコンプレッサ14の出口とタービン15の
入口とをそれぞれ接続して過給機付きのディーゼル機関
を構成している。
又、前記コンプレッサ14の入口には吸気ダクト16を介し
てエアクリーナ17のクリーンサイドを接続し、タービン
15の排気出口には排気通路18を介してトラップ19を接続
しているが、このトラップ19の上流にはバーナ20を介装
することにより、トラップ19に流入する排気を必要に応
じてバーナ20で再加熱できるようにしている。
上記バーナ20には、前記過給機13のコンプレッサ出口か
ら吸気マニフォールド12の集合部に至る過給ダクト21か
ら分岐させた二次空気供給通路22を接続し、この二次空
気供給通路22の下流端近傍に燃料噴射弁23を臨ませるこ
とにより、燃料と空気との混合気をバーナ20に供給でき
るようにしている。そして、前記燃料噴射弁23より上流
の二次空気供給通路22から二次空気制御弁24を介して分
岐させた二次空気制御通路25を前記吸気ダクト16に接続
することにより、バーナ20に必要な空気(二次空気)以
外の空気を吸気ダクト16に戻すようにしている。26はバ
ーナ20の着火用のグロープラグである。
上記の構成において、タービン15を駆動した排気は排気
通路18を通ってトラップ19に導入され、排気中に含まれ
るカーボン等の微粒子は該トラップ19で捕集されるた
め、排気は清浄な状態で大気中に放出される。又、微粒
子はバーナ20の加熱作用で焼却され、トラップ19が再生
される。
前記バーナ20は、トラップ19の上流に設けられた圧力
センサ50を介して検出したトラップ19上流の排気圧力
が所定値以上に達したとき、つまり、微粒子の捕集によ
ってトラップ19の目詰まり度合が所定値以上に達し、か
つ、温度センサ51を介して検出したトラップ19入口の排
気温度が所定値以下(微粒子の自然燃焼温度以下)であ
るときに作動するように、制御手段としてのコントロー
ルユニット60に前記圧力センサ50、温度センサ51の出力
信号が入力され、かかる信号に基づいてコントロールユ
ニット60が、バーナ20によりトラップ19を再生させるべ
く前記燃料噴射弁23、二次空気制御弁25、グロープラグ
26に信号を出力し、以下のように作用する。前記圧力セ
ンサ50が微粒子捕集状態検出手段を、前記バーナ20が燃
焼手段を構成する。
すなわち、バーナ20の作動時には二次空気制御弁24が開
弁し、過給ダクト21から取り出された加圧空気が燃料噴
射弁23から噴射された燃料とともに二次空気通路22を経
てバーナ20に導入される。そして、予め加熱されている
グロープラグ26との接触で着火して燃焼し、この燃焼熱
で微粒子が燃焼する温度にまで排気を加熱する。尚、バ
ーナ20の加熱量を少なくするためには、トラップ19に触
媒を設けることが有効であることは詳述するまでもな
い。
上記のようなバーナ20の作動は、第3図に示すA領域
(過給機の稼働領域)において有効であり、バーナ20を
作動させる間だけ機関の燃料噴射時期を適当に遅らせる
ことを組み合わせることで同図に示すB領域まで二次空
気の供給を実現できる。このため、A,Bいずれの領域
においてもトラップ19に捕集された微粒子を燃焼(トラ
ップ19を再生)できる。尚、バーナ20の作動に必要な二
次空気の流量は、二次空気制御弁24の開度によって制御
され、バーナ20に供給されなかった余剰空気は二次空気
制御通路25を経て吸気ダクト16に戻される。つまり、か
かる方法によれば、機関の運転状態が過給空気量の少な
い領域内にあって、前記燃焼手段にトラップの再生に必
要な二次空気量を供給できないような場合であっても、
燃料噴射時期を遅角させることで燃焼終了時期を遅め、
排気弁から排出される排気のエネルギを増大させること
によって過給機の過給仕事を増大させこれにより過給空
気量を増大させることができるので、十分な二次空気量
を燃焼手段に供給することができるようになる。したが
って、トラップの再生可能領域を大幅に拡大することが
できるのである。
かかる燃料噴射時期を遅角させる機構が、本願発明にか
かる二次空気流量増大補正手段を構成する。尚、前記運
転領域を検出する機関運転状態検出手段は、過給機の過
給圧力等を検出する過給圧力センサ52等でもよいし、機
関回転速度と機関負荷を検出するようにしても勿論構わ
ない。かかる機関運転状態検出手段からの信号が、コン
トロールユニット60に入力され、コントロールユニット
60が該信号に基づいて前記燃料噴射時期を遅角させる機
構を作動させる。
ところで、本実施例では、燃料噴射時期を遅角すること
で排気エネルギを増大させるようにしたが、勿論排気弁
の開閉弁時期を早めたり、機関に燃料を供給する燃料ポ
ンプの噴射率を下げて燃料期間を増大させる等して、排
気エネルギを増大させて二次空気流量を増大させること
ができる機構であれば如何なるものであって構わない。
また、これらを単独で、或いは組み合わせて用いてもよ
いのは勿論である。
第4図は本発明の第2実施例を示している。この実施例
では、過給機13のコンプレッサ14をバイパスして吸気ダ
クト16(コンプレッサ14入口)を吸気マニフォールド12
に接続する無過給ダクト27を設けている。そして、前記
過給ダクト21と無過給ダクト27とにそれぞれリンク機構
28で連動された開閉弁29,30を設けたうえで、前記リン
ク機構28を作動させるダイアフラム31を設けると共に、
過給ダクト21からバーナ20に至る二次空気供給通路22と
吸気マニフォールド12とを二次空気制御通路25及び二次
空気制御弁24を介して接続して余剰空気を吸気マニフォ
ールド12に戻すように構成している。
前記ダイアフラム31は、機関に設けられる図示しないバ
キュームポンプに接続され、コントロール60からの信号
に基づきバキュームが導入されて、前記リンク機構28を
作動させるようになっている。
又、過給ダクト21及び無過給ダクト27に設けられている
開閉弁29,30は常時は第4図に破線で示すように過給ダ
クト21を全開にして無過給ダクト27を全閉にしている。
従って、この第2実施例においても、常時は第1実施例
の場合と同様の領域(第5図に示すA,B領域)で二次
空気の供給が行なわれる。
そして、コンプレッサ14による過給能力が低下する第5
図のC領域では、開閉弁29,30が第4図に実線で示すよ
うに作動して過給ダクト21を全閉にすると共に、無過給
ダクト27を全開する。すると、吸気マニフォールド12に
はコンプレッサ14をバイパスして空気が導入され、バー
ナ20にはコンプレッサ14で加圧された空気が供給され
る。このように、コントロールユニット60により第1実
施例同様、機関の運転状態(コンプレッサ14の作動状
態)を回転速度及び負荷等から検出し、あるいは、過給
圧から検出して開閉弁を切換制御すれば、機関の略全運
転域でトラップ19の再生が可能となる。かかる第2実施
例では、無過給ダクト27、過給ダクト21、開閉弁29,30
等の機構が、二次空気流量増大補正手段を構成するが、
勿論過給機のブロワやタービンのノズルの角度を調整可
能にした可変静翼(Variable Geometory;VG)過給機等
を用いるようにしてもよい。また、第2実施例では、前
記燃料噴射時期を遅延させる場合と組み合わせている
が、単独で作動するようにしてもよいのは勿論である。
そして、第1、第2実施例では、微粒子捕集状態検出手
段として、圧力センサ50を用いているが、機関運転時間
の合計や、車両走行距離に基づいて微粒子の捕集状態を
検出するようにしてもよい。
〈発明の効果〉 以上説明したように本発明によれば、過給機のコンプレ
ッサ出口以降の吸気通路とトラップ上流の燃焼手段とを
二次空気通路を介して接続したので、従来のように独立
したエアポンプを使用する必要がなく、排気微粒子処理
装置の構成を簡略化できる。さらに、微粒子の捕集状態
に応じて、二次空気制御弁を開弁させるようにしたの
で、微粒子の捕集量が所定量に達した時のみ、トラップ
の再生に必要な空気を無駄なく経済的に供給できるの
で、機関の出力低下や燃費の悪化を最少に押さえること
ができる。しかも、二次空気流量増大補正手段により過
給機の過給空気量を増大させることで、二次空気量を増
大させるようにしたので、トラップの再生可能領域を大
幅に拡大することができ、効率よくトラップの再生が行
える。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来例の概略構成図、第2図は本発明の第1実
施例の概略構成図、第3図は同上二次空気供給域の特性
図、第4図は本発明の第2実施例の概略構成図、第5図
は同上二次空気供給域の特性図である。 11…排気マニフォールド、12…吸気マニフォールド、13
…過給機、14…コンプレッサ、15…タービン、16…吸気
ダクト、18…排気通路、19…トラップ、20…バーナ(再
生手段)、21…過給ダクト、22…二次空気供給通路、23
…燃料噴射弁、24…二次空気制御弁、25…二次空気制御
通路、27…無過給ダクト、29,30…開閉弁、50……圧力
センサ、51…温度センサ、52…過給圧力センサ、60…コ
ントロールユニット
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭58−77119(JP,A) 特開 昭56−118514(JP,A) 特開 昭56−115808(JP,A) 実開 昭59−142415(JP,U) 特公 昭52−25486(JP,B1)

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】排気中に含まれる微粒子を捕集するトラッ
    プと、該トラップの上流側に配置され少なくとも所定の
    運転条件でトラップに捕集された微粒子を燃料の燃焼熱
    によって焼却してトラップを再生する燃焼手段とを排気
    通路の途中に介装した過給機付の内燃機関において、 前記過給機のコンプレッサ出口以降の吸気通路と前記燃
    焼手段とを接続する二次空気供給通路と、 前記二次空気通路を経て前記燃焼手段に導入される二次
    空気の流量を制御する二次空気制御弁と、 前記過給機の過給空気量を増大させることで前記二次空
    気の流量を増大補正する二次空気流量増大補正手段と、 前記トラップの微粒子捕集状態を検出する微粒子捕集状
    態検出手段と、 機関運転状態を検出する機関運転状態検出手段と、 前記微粒子捕集状態検出手段により検出される微粒子捕
    集状態に応じて前記二次空気制御弁を開弁させて前記燃
    焼手段に二次空気を供給すると共に、前記機関運転状態
    検出手段により検出される機関運転状態に応じて前記二
    次空気流量増大補正手段により二次空気の流量を増大補
    正する制御手段と、 を備えて構成したことを特徴とする内燃機関の排気微粒
    子処理装置。
JP8577083A 1983-05-18 1983-05-18 内燃機関の排気微粒子処理装置 Expired - Lifetime JPH0617645B2 (ja)

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