JPH0623537B2 - デイ−ゼル機関の排気ガス浄化装置 - Google Patents

デイ−ゼル機関の排気ガス浄化装置

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JPH0623537B2
JPH0623537B2 JP200086A JP200086A JPH0623537B2 JP H0623537 B2 JPH0623537 B2 JP H0623537B2 JP 200086 A JP200086 A JP 200086A JP 200086 A JP200086 A JP 200086A JP H0623537 B2 JPH0623537 B2 JP H0623537B2
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JP
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filter
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particulates
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Toyota Motor Corp
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    • 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
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B3/00Engines characterised by air compression and subsequent fuel addition
    • F02B3/06Engines characterised by air compression and subsequent fuel addition with compression ignition

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はディーゼル機関の排気ガス浄化装置に関する。
〔従来の技術〕
ディーゼル機関の排気ガス中には炭化化合物からなる可
燃性の微粒子、即ちパティキュレートが含まれており、
このパティキュレートが大気に放出されると大気汚染を
ひき起こす。そこで従来よりパティキュレートが大気に
放出されるのを阻止するために機関排気通路内にパティ
キュレート捕集用フィルタを配置したディーゼル機関が
公知である。ところがこのようなディーゼル機関ではフ
ィルタにより捕集されたパティキュレートを定期的に燃
焼除去する必要がある。従ってこのようなディーゼル機
関は通常フィルタにより捕集されたパティキュレートを
着火するための着火装置を具備しており、所定量以上の
パティキュレートがフィルタにより捕集されたときに着
火装置を作動させてパティキュレートを着火燃焼せしめ
ることによりフィルタを再生するようにしている(例え
ば特開昭59−134316号公報および特開昭59−138713号公
報参照)。
一方、パティキュレートが燃焼する際の酸素不足を解消
するために機関によって常時駆動されるエアポンプを具
備し、このエアポンプによって2次空気をフィルタ上流
の排気通路内に供給するようにしたディーゼル機関が公
知である(実開昭58-27517号公報参照)。また、パティ
キュレートの燃焼を促進するために機関によって常時駆
動されるエアポンプを具備し、このエアポンプからフィ
ルタ上流の排気通路内に供給される2次空気の供給作用
をフィルタが過熱しないように制御するようにしたディ
ーゼル機関が公知である(特開昭59−101518号公報)。
〔発明が解決しようとする問題点〕
ところで特開昭59−134316号公報に記載されているよう
に機関排気通路内に2次空気を供給しない場合には着火
装置によりパティキュレートが着火せしめられてフィル
タの再生動作が開始され、次いでフィルタの再生動作中
に機関運転状態が低回転高負荷運転に移行するとこのよ
うな低回転高負荷運転時には排気ガス中の酸素濃度が低
く、しかも排気温度が比較的低いために着火火炎が途中
で消えてしまい、斯くして再生が途中で停止することに
なる。このように再生が途中で停止すると燃え残ったパ
ティキュレートの上に更にパティキュレートが堆積する
ために次の再生時にはパティキュレートの堆積量が増大
し、斯くして再生時に多量のパティキュレートが燃焼す
るために燃焼温度が高くなってフィルタが過熱され、フ
ィルタが溶損するという問題を生ずる。
これに対して機関排気通路内に2次空気を供給するよう
にした場合にはパティキュレートを良好に燃焼せしめる
ことができるが実開昭58-27517号公報に記載されている
ようにエアポンプを常時機関によって駆動するようにし
た場合にはエアポンプを駆動するための動力損失が大き
く、その結果機関出力の低下を招くという問題がある。
〔問題点を解決するための手段〕
上記問題点を解決するために本発明によれば機関排気通
路内にパティキュレート捕集用フィルタを配置すると共
にフィルタにより捕集されたパティキュレートを着火す
るための着火装置を具備し、所定量以上のパティキュレ
ートがフィルタにより捕集されたときに着火装置を作動
させてパティキュレートを着火燃焼せしめることにより
フィルタを再生するようにした内燃機関において、フィ
ルタ上流の機関排気通路内に2次空気を供給するための
2次空気供給ポンプと、機関回転数を検出するための回
転数センサと、機関負荷を検出するための負荷センサと
を具備し、フィルタの再生時に回転数センサおよび負荷
センサの出力信号に基き機関低回転高負荷運転時にのみ
2次空気供給ポンプを作動せしめて2次空気を機関排気
通路内に供給するようにしている。
〔実施例〕
第1図を参照すると、1はディーゼル機関本体、2は機
関駆動の燃料噴射ポンプ、3はターボチャージャを夫々
示す。ターボチャージャ3は排気タービン4と吸気コン
プレッサ5からなり、排気タービン4の排気ガス流出口
には排気管6が連結される。排気管6にはフィルタ容器
7が固締され、このフィルタ容器7内にはパティキュレ
ート捕集用のフィルタ8が配置される。また、フィルタ
容器7内にはフィルタ8の上流側端面に隣接して着火装
置を構成する電気ヒーター9が配置される。一方、排気
管6内にはフィルタ8を迂回するバイパス通路10が形
成され、このバイパス通路10内にバイパス弁11が配
置される。このバイパス弁11は負圧ダイヤフラム装置
12に連結されて負圧ダイヤフラム装置12により開閉
制御される。負圧ダイヤフラム装置12の負圧室13は
電磁切換弁14によって大気又は負圧源のいずれか一方
に連結される。通常、即ちフィルタ再生時でないときは
負圧室13は大気に解放されており、このとき第1図に
示すようにバイパス弁11がバイパス通路10を閉鎖し
ている。従ってこのとき排気タービン4から排出された
排気ガスは排気管6内の排気通路15、電気ヒータ9、
フィルタ8およびフィルタ容器7内の排気通路16を介
して排気管17内に排出される。このときは電気ヒータ
9が加熱されておらず、排気ガスがフィルタ8内を通過
する際に排気ガス中のパティキュレートがフィルタ8に
よって捕獲される。機関が長時間に亘って使用されるに
つれてフィルタ8に堆積するパティキュレートの量が増
大し、その結果フィルタ8の流れ抵抗が大きくなるため
にフィルタ8上流の排気通路15内の背圧が高くなる。
第1図に示すように排気通路15内には背圧センサ18
が配置されており、この背圧センサ18によって排気通
路15内の背圧が予め定められた背圧以上になったこと
が検出されたときにフィルタ8の再生動作が開始され
る。即ち、まず始めに電磁切換弁14が作動せしめられ
て負圧ダイヤフラム装置12の負圧室13が負圧源に連
結される。その結果、バイパス弁11がバイパス通路1
0を全開する。このとき大部分の排気ガスはバイパス通
路10を通って排気管17内に排出され、一部の排気ガ
スが電気ヒータ9、フィルタ8および排気通路16を介
して排気管17内に排出される。次いで電気ヒータ9が
加熱せしめられると電気ヒータ9の最も近くにおいてフ
ィルタ8上に堆積しているパティキュレートがまず始め
に着火され、次いで火炎が下流に向けて徐々に燃え広が
る。次いでフィルタ8上に堆積した全パティキュレート
が燃焼したときにフィルタ8の再生動作が完了する。再
生動作が完了すると再び負圧ダイヤフラム装置12の負
圧室13が大気に解放され、バイパス弁11がバイパス
通路10を閉鎖する。
上述したように電気ヒータ9によってパティキュレート
が着火せしめられると着火火炎はフィルタ8上を下流に
向けて徐々に伝播していく。この火炎伝播のしやすさは
排気ガス温および排気ガス中の酸素濃度に関係してお
り、排気ガス温が高くなればなるほど伝播しやすくな
り、排気ガス中の酸素濃度が高くなればなるほど伝播し
やすくなる。従って再生期間中に排気温度が大巾に低下
したり、排気ガス中の酸素濃度が大巾に低下したりする
と火炎が伝播しなくなってフィルタ8の再生動作が途中
で停止してしまうことになる。
機関低回転高負荷運転時には排気温度は 200℃程度であ
って比較的低く、排気ガス中の酸素濃度は5%程度であ
ってかなり低い。従ってフィルタ8の再生動作が開始さ
れた後に機関の運転状態が低回転高負荷運転に移行する
と火炎が伝播しなくなり、その結果再生動作が途中で停
止してしまうことになる。このように再生動作が途中で
停止するのを防止するために本発明では排気ガス中の酸
素濃度が極度に低くなる機関低回転高負荷運転時にのみ
フィルタ上流の排気通路内に2次空気を供給するように
している。
即ち、第1図に示されるように本発明においては電気ヒ
ータ9の上流の電気ヒータ9に向けて2次空気を噴出す
るための2次空気噴出孔19が設けられ、この2次空気
噴出孔19は2次空気供給通路20を介して2次空気供
給ポンプ21の2次空気吐出口に連結される。一方、排
気管17の外周には排気管17を包囲するように外筒2
2が配置され、これら排気管17と外筒22間には環状
をなす空気加熱室23が形成される。2次空気供給ポン
プ21の2次空気吸入口は空気加熱室23の上端部に連
結され、空気加熱室23の下端部は大気に連通せしめら
れる。2次空気供給ポンプ21が作動せしめられると排
気ガスによって加熱された空気加熱室23内の空気が2
次空気噴出孔19から噴出せしめられる。
2次空気供給ポンプ21、電気ヒータ9およびバイパス
弁11は電子制御ユニット30の出力信号に基いて制御
される。第1図に示されるように電子制御ユニット30
はディジタルコンピュータからなり、双方向性バス31
によって互いに接続されたROM(リードオンリメモ
リ)32、RAM(ランダムアクセスメモリ)33、C
PU(マイクロプロセッサ)34、入力ポート35およ
び出力ポート36からなる。入力ポート35には機関回
転数を検出する回転数センサ40が接続され、更に背圧
センサ18がAD変換器41を介して接続される。ま
た、入力ポート35には負圧センサ42がAD変換器4
3を介して接続される。負荷センサ42はアクセルペダ
ル44に連結されており、この負荷センサ42はアクセ
ルペダル44の踏み込み量に比例した電圧、即ち機関負
荷に比例した電圧を発生する。出力ポート36は夫々対
応する駆動回路45,46,47を介して2次空気供給ポンプ
21、電気ヒータ9および電磁切換弁14に接続され
る。
次に第2図に示すフローチャートを参照して2次空気の
供給制御について説明する。
第2図を参照すると、まず始めにステップ100 において
機関回転数NEを表わす速度センサ28の出力信号、お
よびアクセルペダル踏み込み量Lを表わすアクセルペダ
ルセンサ78の出力信号が入力ポート35から読み込ま
れる。次いでステップ101 では再生フラグがセットされ
ているか否かが判別される。この再生フラグは排気通路
15内の背圧が予め定められた背圧よりも高くなったと
きに背圧センサ18の出力信号に基いてセットされるフ
ラグであって、この再生フラグがセットされると別のル
ーチンにおいて電磁切換弁12が切換えられてバイパス
弁11が全開せしめられ、電気ヒータ9の加熱作用が開
始されてフィルタ8の再生が開始される。
再生フラグがセットされていない場合にはステップ102
に進んで2次空気供給ポンプ21の作動が停止される。
従ってこのときには2次空気の供給が停止されている。
一方、再生フラグがセットされているときにはステップ
103 に進んで機関回転数NEが1500r.p.m よりも低いか
否かが判別される。NE 1500r.p.m の場合にはステッ
プ104 に進んでアクセルペダル踏み込み量Lが90%以
上であるか否かが判別される。なお、この場合、アクセ
ルペダル解散時をL=0%とし、踏込み量が最大のとき
をL=100 %としている。L 90%のときはステップ
105 に進んで2次空気供給ポンプ21が作動せしめられ
る。また、NE>1500の場合、又はL<90%の場合に
はステップ102 に進むので2次空気供給ポンプ21の作
動が停止せしめられる。従って2次空気供給ポンプ21
はフィルタ再生中であってNE 1500r.p.m でありかつ
L 90%のときのみ作動せしめられることになる。2
次空気供給ポンプ21が作動せしめられて2次空気がフ
ィルタ8上流の排気通路15内に供給されると、排気ガ
ス中の酸素濃度が高くなるために、火炎が良好に伝播
し、斯くしてフィルタ8の再生が途中で停止するのを阻
止することができる。
〔発明の効果〕
フィルタ再生中に機関の運転状態が低回転高負荷運転に
移行しても再生動作が途中で停止することがなく、斯く
して一旦再生動作が開始されれば必ず再生動作を完了さ
せることができる。その結果、次の再生時に二重に積層
した多量のパティキュレートが燃焼して燃焼温度が高く
なることがないので、フィルタが過熱することがなく、
斯くしてフィルタが溶損するのを阻止することができ
る。また、本発明による2次空気供給ポンプは常時機関
によって駆動されるものではなく、排気ガス中の酸素濃
度が最も低くなる機関低回転高負荷運転時にのみ作動せ
しめられるので2次空気供給ポンプを作動せしめられる
のに必要な動力又は電力の消費量を低減することができ
る。
【図面の簡単な説明】 第1図は機関排気系を断面図で示した内燃機関の側面
図、第2図は2次空気の供給制御を実行するためのフロ
ーチャートを示す。 6,17……排気管、8……フィルタ、 9……電気ヒータ、10……バイパス通路、 11……バイパス弁、15,16……排気通路、 19……2次空気噴出孔、 21……2次空気供給ポンプ。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】機関排気通路内にパティキュレート捕集用
    フィルタを配置すると共に該フィルタにより捕集された
    パティキュレートを着火するための着火装置を具備し、
    所定量以上のパティキュレートがフィルタにより捕集さ
    れたときに着火装置を作動させてパティキュレートを着
    火燃焼せしめることによりフィルタを再生するようにし
    た内燃機関において、上記フィルタ上流の機関排気通路
    内に2次空気を供給するための2次空気供給ポンプと、
    機関回転数を検出するための回転数センサと、機関負荷
    を検出するための負荷センサとを具備し、フィルタの再
    生時に該回転数センサおよび負荷センサの出力信号に基
    き機関低回転高負荷運転時にのみ2次空気供給ポンプを
    作動せしめて2次空気を機関排気通路内に供給するよう
    にしたディーゼル機関の排気ガス浄化装置。
JP200086A 1986-01-10 1986-01-10 デイ−ゼル機関の排気ガス浄化装置 Expired - Lifetime JPH0623537B2 (ja)

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JP200086A JPH0623537B2 (ja) 1986-01-10 1986-01-10 デイ−ゼル機関の排気ガス浄化装置

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JPS62162713A JPS62162713A (ja) 1987-07-18
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