JPS5920510A - デイ−ゼルエンジンの排気微粒子浄化装置 - Google Patents

デイ−ゼルエンジンの排気微粒子浄化装置

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JPS5920510A
JPS5920510A JP57128330A JP12833082A JPS5920510A JP S5920510 A JPS5920510 A JP S5920510A JP 57128330 A JP57128330 A JP 57128330A JP 12833082 A JP12833082 A JP 12833082A JP S5920510 A JPS5920510 A JP S5920510A
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はディ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
びそれと同様々粒状物(以下、・臂ティキーレートまた
は排気微粒子という)を物理的方法によって適切な捕集
材(トラップ材)に捕集し、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(ディーゼルパティキーレートトラップ)に関す
る。
この褌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
タをトラップ容器の捕集材の全面に取シ付け、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
ガスの流速にょシ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(流醍)が大きいとなかなか着火しない。何となれ
ば、ディーゼル・ぞティキュ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シ
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蒙をできる
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ィキーレートト
ラップを迂回するバイパス管を設け、このパイノ!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υトラッ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、 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だめの制御装置(ECU )によ
シ切替制御される負圧切替弁(VSV )によp作動せ
しめられる。
初てこのようなバイパス管を設けたものにおいてはトラ
ップを流れ得る排気ガスの流量はトラップ側(本管)の
出口管径とパイノ9ス管の出口管径との比によって左右
される。理想的にはバイノソス管の出口管径はトラップ
管の出口管径の3倍程度の面積比になるときがトラップ
内での圧損が最小となる。特に、バイ/’Pス管の出口
管径が小きいとバイノ9ス管内の開閉制御弁を開放した
場合にもパイ・や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ップへの
排気ガスの流速をできるだけ小さくするという目的上達
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、エンノ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
トラップへの排気ガス流速を少しばかシ低下させただけ
では不十分である。即ち高回転時には排気ガス流量はト
ラッ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
、パイ・や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υ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
に閉弁し、以って吸入空気策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はディーゼルエンジンの冷却用ファ
ン、2は燃料噴射ポンプ、:うは吸気マニホルド、5は
ディ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けエンジン水温検出部、9
は排気マニホルド、】】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、ツヤ
容器、13u、トラツノ4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は電子制御ユニット
(ECU)である。各検出部6,7,8,11,13.
14には周知のセンサがそれぞれ設けられ、各検出値ぼ
ECU) l 5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
ーーム醪ングを夫々示すが本発明とは直接関係Aいので
説明を省略する。
トラップ容器12内に設けられるトラップ材10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Mf能であり、かつ排気ガスに含
まれるかなシの量の排気微粒子を捕集できるようになっ
ている。また、トラップ材は、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
耐えうるよつな適切な材料で適当な形状に作られる。こ
のような泪的に適した材料の例としては、三次元網目構
造の発泡セラミック、モノリス型セラミック、金属ワイ
ヤ・メツシュ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1.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56 (l C程度のレベル
壕で上昇させることが必要である。従って、トラップ材
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。
トラップ材に捕集された排気微粒子を着火燃焼させるだ
めの電気ヒータ]6はトラップ側12の上流端に設けら
れる。
ヒータ】6は例えばトラッ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、そのグラス側端子はリード2
2及びリレー21を介してバッテリ(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。まだ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、
従っ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】6への通電開始時期及び通電時間は公知の如<
ECU(制御装置)】5により制御される。
ECU I 5には前述のエンジン回転数、エンジン負
荷、エンジン水温、トラップ前排気圧、トラップ後排気
圧等の・やラメータ信号が入力され、これらの信号に応
じてトラッ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、そのイ1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ップ
に流れ込む排気ガスの流速を低減させるためにパイiJ
?ス管18が設けられる。パイノfス管18はトラップ
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、従って排気ガスは
トララフ612内に流れその結果排気微粒子はトラップ
材】Oによシ捕集される。制御弁8はそのアクチュエー
°夕としてのダイヤフラム装置27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を介して買出切
替弁(VSV)35.36に連結される。VSV 35
 、361dECU15からのONあるいはOFF信号
によシダイヤフラム装置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ずる電磁弁である。負域領域と
しては負圧管39を介してバキーームポンゾ17あるい
は吸気管の負圧領域が利用され得る。その結果VSV3
5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だめの
電磁弁であシ制御弁28の再閉弁時にその動作を開通的
に行わせるのに役立つ。さもなければ制御弁28が急閉
するとそれ壕でバイパス管に流れていた排気ガスが一度
にどっとトラップ側に流れヒータによυ着火せしめられ
た捕集ツヤティキュレートの燃焼が消されてしまう可能
性がある。
即ち、トラッ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ット
される。ヒータの通電がカットされるときにはすでにヒ
ータ近傍の捕集・ぞティキーレートは着火燃焼されそれ
より下流の捕集・!ティキュレートは火炎の伝播にょシ
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ップィ
til+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VS
V35をオフにして制御弁28を閉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VSV 3
6をオンにすることにょシ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シ制御弁28は少
しづつゆっ〈υと閉弁し、捕集パティキュレートの燃焼
が中断されるということはなくなる。
尚、VSV 35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°完了する前にトラッ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l8及び!li制御井制
御全28た意味がなくなる。1t 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
伝播が行われずドラッグの再生ができない(火炎の伝播
は排気ガスの流れに乗ってなされるので着火後はトラッ
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
明によればエンノン5の吸気管17内に吸気絞り弁40
が設けられる。吸気絞υ弁4oは例えばダイヤフラム装
置41の形態をしたアクチュ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の作動はパイノ9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。fJiJ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VS
V 4344に連結され、VSV 43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によ静検出され、その検出信号がEC
U 15に入力されvSv44にフィードバックされる
。即ちVSV 44はVSV 43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は上述の如く特に品速回転時における吸
入空気量を低下させるだめに設けられるものであるから
VSV43.44は例えばECU l 5に入力される
回転数信号によって制御される。捷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に入力されるトラップの内部温度あ
るいは出口温度の測定信号によシトラップ内の捕集ノ9
ティキュレートの燃え過ぎ(異常過熱)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υトラッ
プの02濃度を低下させ燃え過ぎ番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ることによυ、エンジンの
高速回転時にもトラップ側排気ガ゛ス流量をトラップ男
子可能域(燃焼可能域)−1で低下させることができ従
って再生域の増大もはかれる。壕だ吸気絞り弁を閉弁す
ることにより吸入空気の02  濃度もある程度下がる
ので/4’ティキ工レートの燃え過ぎによるトラップの
溶損も防止できる。
【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・・・
トラップ容器、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。 特許出願人 トヨタ自動車株式会社 特許出願代理人 弁理士  青 木   朗 弁理士 西舘和之 弁理士 中山恭介 弁理士  山 口 昭 之

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 排気微粒子の捕集材と該捕集材に捕集された排気微粒子
    を着火燃焼させる電気ヒータとを有するディーゼルノj
    ティキュレートトラップをディ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ィーゼルパティキ
    ーレートトラップを迂回するバイパス管を設けかつ該パ
    イノ9ス管中にトラップ再生中の所定時に作動するアク
    チーエータにより開放せしめられる開閉制御弁を取付け
    て成るディーゼルエンジンの排気微粒子浄化装置におい
    て、エンジンの吸気管内にトラップ再生中の所定時に作
    動するアクチュエータにより開閉せしめられる吸気絞υ
    弁を設けたことを特徴とするディ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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JPH0480205B2 JPH0480205B2 (ja) 1992-12-18

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6823665B2 (en) 2000-07-24 2004-11-30 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Exhaust gas purification device
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