JPS60135612A - 内燃機関の排気微粒子処理装置 - Google Patents

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】 く技術分野〉 本発明は内燃機関の排気微粒子処理装置に関する。

〈従来技術〉 排気中に含まれるカーボン等の微粒子を捕集するトラッ
プを排気通路に備えるディーゼルエンジン等の内燃機関
においては、トラップに捕集された排気微粒子が増加す
るとトラップが目詰シをおこして排気圧力が上昇し機関
及びエミッション性能が低下するため、トラップ内に流
入する排気の温度を高めこの排気によシ排気微粒子を加
熱燃焼させトラップの再生を行なうようにしている。

かかる排気微粒子処理装置の従来例として第１図に示す
ようなものがある（特開昭５６−１１５８０９号公報、
特開昭５８−２０９１８号公報参照）。

すなわち、内燃機関の排気通路１の途中には排気微粒子
を捕集するトラップ２が取付けられている。そして、ト
ラップ２によシ捕集された排気微粒子量が増加してトラ
ップ２の目詰シ度が増大する状態をトラップ２前後の静
圧の差として差圧検出器３によシ検知する。との差圧が
所定値になったときに制御回路４からの開弁信号により
燃料供給通路５に介装された電磁弁６を開弁させ燃料ポ
ンプ７から燃料をバーナ装置８の噴出ノズル９に圧送供
給する。また、制御回路４からの開弁信号によシ空気供
給通路１０に介装された電磁弁１１を開弁させ機関駆動
される空気ポンプ１２がら空気を前記噴出ノズル９に圧
送供給する。

そして、噴出ノズル９から燃料と空気との混合気を噴出
させ、予め通電加熱されたグロープラグ１３によシ混合
気を着火燃焼させる。これによシ高温化された排気によ
シ排気微粒子を加熱燃焼させ、トラップ２の再生を図る
ようにしていた。

尚、３ａ、３ｂは、トラップ２前後の排気圧力を前記差
圧検出器３に伝達する圧力端子、１４は燃料タンクであ
る。

しかしながら、このような従来の排気微粒子処理装置に
おいては、機関高負荷運転時には排気中に残存する酸素
の濃度が低下（機関トルクが５〜６Ｋｐｍ以上の高負荷
運転領域においては排気中の残存酸素濃度が１５％以下
となる）するので、機関駆動される空気ポンプ１２から
バーナ装置８に空気を供給し高負荷運転領域でもトラッ
プの再生を可能にするようしているため、空気ポンプ１
２及び電磁弁１１が必要となり装置のコスト上昇の原因
となり、また空気ポンプ１２による空気供給を行なうと
供給量に変動が生じ燃焼が不安定となっていた。また、
空気ポンプ１２が機関によシ駆動されるので、空気ポン
プ１２が機関の負荷となっていた。

〈発明の目的〉 本発明は、このような実状に鑑み、空気を供給する空気
ポンプを設けることなく排気中の残存酸素濃度の低い機
関高負荷運転領域においてもトラップの再生が可能な排
気微粒子処理装置を提供することを目的とする。

〈発明の構成〉 このため、第１の発明は、排気の一部が導かれかつ触媒
が充填された一次燃料通路と、前記触媒に一次燃料を供
給する一次燃料供給装置と、前記触媒内の一次燃料を加
熱燃焼させる加熱装置と、前記−次燃料通路の出口に二
次燃料を供給する二次燃料供給装置と、によυバーナ装
置を構成し、前記トラップ上流の排気通路において二次
燃料を触媒層から導入された高温の排気により燃焼させ
、この燃焼により加熱された排気にてトラップに捕集さ
れた排気微粒子を燃焼させるようにしたものである。

また、第２の発明は、触媒層にて排気と反応する一次燃
料を加熱装置の加熱部に沿って流通させることにより一
次燃料を気化させて触媒層に供給し触媒反応を良好にさ
せるようにしたものである。

〈実施例〉 以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第２図〜第４図は第１の本発明の一実施例を示す。

第２図において、排気通路２０の途中には排気微粒子を
捕集するトラップ２１が設けられ、該トラップ２１上流
の排気通路２０には多数の排気導入孔２２ａが周壁及び
上流端部に形成された燃焼筒２２が設けられている。燃
焼筒２２の上流端部には下流端部が閉塞され上流側周壁
に多数のガス流出孔２３ａが形成された内筒２３が設け
られている。

また、トラップ２１上流の排気通路２０を分岐させた分
岐通路２４が形成され、分岐通路２４は排気通路２０の
外方を通ってその下流端部が前記内筒２３内に臨ま゛せ
て設けられている。分岐通路２４の途中には多数の触媒
が充填されて触媒層２５が形成されている。この触媒層
２５は第３図に示すように多数の孔２６ａが形成された
一対の保持部材２６によシ保持されている。ここで、分
岐通路２４及び触媒層２５によシー次燃料通路が形成さ
れる。

触媒層２５の上流部に・は加熱装置としてのグロープラ
グ２７が設けられ、このグロープラグ２７は第３図及び
第４図に示すように排気流會による冷却を防止するため
に周壁に多数の孔が形成された円筒状のグローカバー２
８によシ覆われている。

また、グローカバ−２８内部の触媒層２５には図示しな
い燃料ポンプから圧送される一次燃料を触媒層２５に供
給する一次燃料供給パイブ２９の下流端部が開設されて
いる。燃料ポンプから圧送される二次燃料を導く二次燃
料供給パイプ３０は触媒層２５内を通電、二次燃料供給
パイプ３０の下流端部は触媒層２５の下流端部にて開設
されている。

これら−次燃料供給パイブ２９及び二次燃料供給パイプ
３Ｏには電磁式燃料制御弁３１．３２が設けられ、これ
ら制御弁３１．３２は制御装置３３からの信号によ）駆
動される。

制御装置３３にはトラップ２１の前後の排気通路２０に
設けられた圧力センサ３４ａ、３４ｂから圧力信号ａ、
ｂ、回転速度センサ（図示せず）から向転速度信号、負
荷センサ（図示せず）から負荷信号及びトラップ２１入
口に設けられた温度センサ３５から温度信号がそれぞれ
入力されている。

そして、制御装置３３は、機関回転速度及び０機関負荷
から予め設定されているトラップ前後の限界差圧を回転
速度信号と負荷信号とから読出し、との読出値と前記圧
力信号ａ、ｂから演算されたトラップ２１の前後差圧と
を比較してトラップの再生時期を判断するように構成さ
れている。また、制御装置３３は前記温度信号から演算
されたトラップ入口温度に基づいて前記燃料制御弁３１
．３２を制御し、トラップ入口温度をトラップの再生に
必要な温度に保持するように構成されている。

本実施例では、燃料ポンプ、−次燃料供給パイブ２９及
び燃料制御弁３１によシー次燃料供給装置が構成され、
また燃料ポンプ、二次燃料供給パイプ３０及び燃料制御
弁３２によシニ次燃料供給装置が構成されている。

次に、作用を説明する。

トラップ２１に捕集される排気微粒子量が増加するとト
ラップ２１０前後差圧が増加し、この差圧が前記限界差
圧を超えるから制御装置３３はトラップの再生時期であ
ると判断する。そして、制御装置３３は、グロープラグ
２７に通電してグローカバー２８内の触媒層２５を加熱
した後、燃料制御弁３１を開弁させて一次燃料供給パイ
ブ２９を介して一次燃料を触媒層２５に供給する。−次
燃料は加熱された触媒層２５内で気化されてグロープラ
グ２７によシ燃焼され徐々に下流の触媒層２５の温度を
上昇させる。これによシ、触媒層２５の略全域において
一次燃料が燃焼し触媒層２５の温度は５００℃〜８００
℃となシ、高温のガスが触媒層２５の下流端部から前記
内筒２３内に流入する。

この状態で二次燃料を二次燃料供給パイプ３０を介して
触媒層２５内を流通させると二次燃料が気化されて内筒
２３内に流入する。このとき二次燃料は触媒層２５から
流出する高温ガスと混合し内筒２３内において高温ガス
により燃焼を開始する。さらに燃焼筒２２の上流端部の
排気流入孔２２ｔから内筒２３内に排気が流入し、この
排気中の酸素によシ未燃の二次燃料が燃焼する。そして
、内筒２３の孔２ａａから燃□焼筒２２内に流入した二
次燃料は燃焼筒２２の周壁に形成された排気流入孔２２
ａから流入する排気中の酸素と反応してさらに燃焼が進
みトラップ２１に流入する排気の温度がトラップの再生
に要する６００℃前後に上昇する。これによりトラップ
２１に捕集された排気微粒子が加熱燃焼されてトラップ
２１の再生が行なわれる。

また、グロープラグ２７への通電は一次燃料と排気中の
酸素との反応が開始されると触媒層２５が高温に維持さ
れるからその反応開始後に停止させる。

以上説明したように、本実施例では、グロープラグ２７
によシ加熱された触媒層２５に−次燃料を供給して気化
させ該燃料をグロープラグ２７によシ燃焼させると共に
高温の触媒層２５により二次燃料を気化させ、該二次燃
料を触媒層２５から流出する高温ガスによシ燃焼させる
ようにしたので、機関高負荷運転時等の排気中の残存酸
素濃度が低い状態においても触媒作用によシー次燃料を
その残存酸素にて燃焼させることができると共に触媒層
２５から流出する高温ガスの火炎が排気により吹き消さ
れることなく安定するため、エアポンプを要することな
く二次燃料の燃焼を行ないトラップの再生を図れ、装置
のコスト低減化を図れる。また、二次燃料は気化されて
内筒２３内に流入するため内筒２３における二次燃料の
分布が均一にな夛燃焼が偏よることがない。また、エア
ポンプを駆動することがないから機関の負荷を軽減して
燃費の向上を図れる。

第５図は第１発明の他の実施例を示す。尚、前記実施例
と同一要素には第２図と同一符号を付して説明を省略す
る。

本実施例はトラップ２１上流の排気通路２ｏ内に触媒層
２５が形成された分岐通路３６を設けたものである。そ
して、触媒層２５の上流側にグロープラグ２７を設ける
と共に該グロープラグ２７近傍の触媒層２５に一次燃料
供給パイブ２９がら一次燃料を供給すると共に二次燃料
供給−バイブ３゜を触媒層２５内を通ってそのパイプ下
流端部を触媒層２５の下流端部に臨ませるようにしたも
のである。

かかる構成によれば、前記実施例と同様の効果を有する
他、分岐通路２４及び触媒層２５が排気通路２０内に設
けられているから排気にょシ触媒層２５が加熱され一次
及び二次燃料の燃焼が容易となり、また触媒層２５で発
生する高熱が外気に逃げることなく排気に吸収されるた
め熱エネルギのロスを最少限に抑えることができる。

第６図及び第７図は第２発明の一実施例を示す。

第６図において、排気通路２０を分岐して形成された分
岐通路２４には触媒層２５が形成されている。この触媒
層２５の上流端部には後述するグロープラグ４０が設け
られている。また触媒層２５内を通ってその下流端部に
て開設された二次燃料供給パイプ３０が設けられ、制御
装置３３からの信号によυ駆動される電磁式燃料制御弁
３２によｐ燃料ポンプから圧送された二次燃料を触媒層
２５下流端部に供給する。

グロープラグ４０の基部には一次燃料供給パイブ４１の
下流端部が接続され、−次燃料供給パイブ４１には電磁
式燃料制御弁４２が介装されている。

グロープラグ４０には第７図に示すように筒状の保持部
材４３の基端部に棒状の芯材４４が挿入され、また保持
部材４３の先端部には先端部が閉塞された被覆部材４５
が取付けられている。前記芯材４４の先端部と被覆部材
４５先端部内面とに当接させたコイル状の発熱線４６が
設けられておシ、発熱線４６の先端部は被覆部材４５及
び保持部材４３を介して接地されている。前記芯材４４
と保持部材４３との空隙にはこれら両部材を絶縁する絶
縁部材４７が設けられている。

前記保持部材４３には一次燃料が流通する一次燃料通路
４８が貫通形成されておυ、−次燃料通路４８の下流端
部には前記−次燃料供給パイブ４１が接続される接続パ
イプ４９が取付けられている。

尚、５０は芯材４４に通電用リード線を接続するだめの
ナツト、５１はシール用０リング、５２は発熱線４６相
互及び発熱線４６と被覆部材４７との間を絶縁する絶縁
部材である。

かかる構成によれば、卜２ツブ２１の再生時には制御装
置３３によシ通電されてグロープラグ４０の被覆部材４
５及びその周囲の触媒層２５が予め加熱されているから
、−次燃料供給パイブ４１を介して供給され一次燃料通
路４８から流出する一次燃料の気化が促進されるため、
触媒反応が促進されると共に燃焼が容易となる。とれに
よシ、−次燃料が未燃状態で触媒層２５から流出するこ
とを防止でき、白煙等の発生を防止できる。

勿論、第１発明と同様に二次燃料は触媒層２５内で気化
され内筒２３に供給されて燃焼する。

第８図は第２発明の他の実施例を示す。

本実施例のグロープラグ４０Ａは前記実施例のグロープ
ラグ４０の保持部材４３の先端に被覆部材４５外周を覆
う筒状の保温カバー５３を設ける。

前記−次燃料通路４８の下流の保温カバー５３内には耐
熱性繊維で形成された燃料保持部材５４が設けられてい
る。また保温カバー５３には該保温カバー５３に排気が
流入するように複数の孔５５が形成されている。

かかる構成によれば、−次燃料通路４８を介して供給さ
れた一次燃料は燃料保持部材５４に吸収される。この−
次燃料が予め加熱されたグロープラグ４０Ａによシ気化
されて保温カバー５３内を通過する。そして、孔５５よ
シ流入する排気と混合されてグロープラグ４０Ａにより
着火される。

その後未燃の一次燃料をグロープラグ４０Ａによシ予め
加熱された触媒層２５に流入させ触媒作用によシ排気中
の酸素と反応させて燃焼させる。

このように、本実施例においても、グロープラグ４０Ａ
の発熱部に一次燃料を流通させるようにしたので、−次
燃料の気化が促進されるから一次燃料の触媒反応が促進
されると共に着火燃焼が容易となる。これにより未燃の
一次燃料が触媒層２５から流出するのを防止でき、白煙
等の発生を防止できる。

尚、各実施例においては二次燃料供給パイプ（資）の下
流端部を触媒層２５の下流端部内に設は触媒層２５から
二次燃料を内筒２３内に流出させるようにしたが、二次
燃料供給パイプの途中を触媒層の一部を通過させた後二
次燃料供給パイプの下流端部をトラップ上流の排気通路
に臨ませると共に触媒層の下流端部を前記パイプの下流
端部近傍に位置させてもよい。

〈発明の効果〉 本発明は、以上説明したように、−次燃料を触媒作用に
よシ燃焼させて一次燃料通路の温度を上昇させると共に
二次燃料を一次燃料通路の出口に流出させこの二次燃料
を一次燃料通路から流出する高温ガスによシ燃焼させる
ことによりトラップの再生を図るようにしたので、機関
高負荷運転時等の排気中の残存酸素濃度が低い状態にお
いても触媒作用により一次燃料を燃焼させることができ
、かつその燃焼を安定させることができるため、空気を
供給する空気ポンプが不要となシ装置のコスト低減を図
れる。また、空気ポンプを駆動する必要がないから機関
り負荷を軽減でき燃費の向上を図れる。

また、第２発明においては、加熱装置の発熱部に沿って
形成された燃料通路内を一次燃料を流通させるようにし
たので、−次燃料の気化が促進されるから一次燃料の触
媒反応が促進され、これにより未燃の一次燃料が触媒層
から流出して白煙等の発生の原因となることを防止でき
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は排気微粒子処理装置の従来例を示す構面図、第
５図は第１発明の他の実施例を示す構成図、第６図は第
２発明の一実施例を示す構成図、第７図は第６図の要部
拡大図、第８図は第２発明の他の実施例を示す要部拡大
図である。 ２０・・・排気通路　２１・・・トラップ　２４゜３６
・・・分岐通路　２５・・・触媒層　２７，４０゜４０
Ａ・・・グロープラグ　２９，４２・・・−次燃料供給
パイブ　３０・・・二次燃料供給パイプ　３１゜３２・
・・燃料制御弁　３３・・・制御装置　４８・・・−次
燃料通路 特許出願人　日産自動車株式会社 代理人弁理士笹　島　富二雄 第７図 第８Ｆ！Ａ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）　排気通路に設けられたトラップによシ捕集され
   た排気微粒子を前記トラップ上流のバーナ装置により燃
   焼させる内燃機関の排気微粒子処理装置において、前記
   バーナ装置を、排気の一部が導かれがつ触媒が充填され
   た一次燃料通路と、前記触媒に一次燃料を供給する一次
   燃料供給装置と、前記触媒内の一次燃料を加熱燃焼させ
   る加熱装置と、前記−次燃料通路の出口に二次燃料を供
   給する二次燃料供給装置と、によシ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。
2. （２）　排気通路に設けられたトラップによｐ捕集され
   た排気微粒子をトラップ上流のバーナ装置により燃焼さ
   せる内燃機関の排気微粒子処理装置において、前記バー
   ナ装置を、排気の一部が導かれかつ触媒が充填された一
   次燃料通路と、前記触媒に一次燃料を供給する一次燃料
   供給装置と、該−次燃料供給装置の燃料通路が発熱部に
   沿って形成され前記触媒内の一次燃料を加熱燃焼させる
   加熱装置と、前記−次燃料供給通路の出口に二次燃料を
   供給する二次燃料供給装置と、によシ構成したことを特
   徴とする内燃機関の排気微粒子処理装置。