JPS6042331B2 - デイ−ゼルエンジンの排気浄化装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、デイーゼルエンンジンの排気中のカーホン粒
子等の微粒子成分を捕集するフィルター部材を排気通路
に設けたディーゼルエンジンの排気浄化装置に関し、さ
らに詳細には、捕集された上ハュ 、 １ ・＆−１−
日４−Φれブ、−檎゛ユヱ、Ｌ、ｌデトつて、フィルタ
ー部材の目詰まりを解消するようにした排気浄化装置に
関するものである。

ディーゼルエンジンの排気中には、カーボン粒子等の微
粒子成分が多く含まれ、ディーゼルエンジンの排気浄化
を実施するにあたつては、この微粒子成分を除去するこ
とが不可欠とされてきた。

従来、そのための排気浄化装置としては、例えば特開昭
４９−７１３１５号公報に示されているように、排気通
路内に上記微粒子成分を捕集するフィルター部材を配し
、捕集成分は該フィルター部材よりも上流側に配したバ
ーナ装置によつて適宜燃焼させて、フィルター部材の目
詰まりを解消するようにしたものが知られている。上記
のような排気浄化装置においては、定期的に、もしくは
目詰まり検出手段によつてフィルター部材の目詰まりが
検知されたとき適宜バーナ装置が作動されるようになつ
ている。

上記捕集成分は一般に、５８０〜６００℃程度まで加熱
されると数十秒程度の短時間で燃え尽き、フィルター部
材の目ノ詰まりが解消される。捕集成分の加熱温度は当
然、バーナ装置の燃焼の強さ、すなわちバーナ装置に供
給される燃料量によるが、従来の装置にあつてはこの燃
料量は一定に固定されていたため、燃料量の設定が低い
よ７うな場合には、排気温度が低い、あるいは排気流量
が多いときにバーナ装置が作動すると、捕集成分が十分
に加熱されず、したがつて完全に燃え尽きないことが起
こり得る。

反対に排気温度が高い、あるいは排気流量が少ないとき
にバーナ装置が作動すると捕集成分が必要以上に高熱化
することもある。フィルター部材の目詰まり解消の見地
からは、捕集成分が必要以上に加熱されても不都合はな
いが、そのためにバーナ燃料は必要以上に消費されるこ
とになるので極めて不経済であるとともにフィルター部
材等の排気系部品が高温化して劣化することもある。本
発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、フィルタ
ー部材の捕集成分を完全に燃え尽くし、しかもバーナ燃
料を必要以上に消費して排気系部品の劣化を招くような
ことのないディーゼルエンジンの排気浄化装置を提供す
ることを目的とするものである。

本発明のディーゼルエンジンの排気浄化装置は、前述の
排気浄化装置、すなわち、排気中のカーボン粒子等微粒
子を捕集するフィルター部材が排気通路に配設されると
ともに、該フィルター部材の上流の排気通路にフィルタ
ー部材の目詰まりを解消するバーナ装置が設けられたデ
ィーゼルエンジンの排気浄化装置において、排気流量に
対応した出力を発生する排気流量検出装置と、排気温度
を検出する排気温度センサと、バーナ用燃料量を制御す
るアクチュエータと、該バーナ用燃料量に応じ必要なバ
ーナ燃焼用空気を供給するバーナ燃焼空気供給装置と、
前記排気流量検出装置と排気温度センサとからの出力に
よりバーナ装置の必．要燃料量を演算して前記アクチュ
エータを作動制御する制御装置とを設けたことを特徴と
するものである。

上記構造の本発明のディーゼルエンジンの排気浄化装置
においては、バーナ装置には排気温度、！排気流量も考
慮して、捕集成分を所要温度まて加熱し、完全に燃焼さ
せるために必要最少限のバーナ燃料が供給され得るよう
になるから、捕集成分が燃え残ることがなく、しかも余
分なバーナ燃料の消費も抑えられるようになる。

今以下、図面を参照して本発明の実施
例について説明する。第１図は本発明の１実施例による
ディーゼルエンジンの排気浄化装置を示すものである。

スロットルバルブを持たないディーゼルエンジン１の排
気通路２にはハニカム状の非導電性フィルター部材３が
配設されている。フィルター部材３は多孔質の隔壁３ａ
によつて多数の細孔３ｂが形成されてなる。細孔３ｂは
１つおきに端部を変えて各々の一端部がブラインドプラ
グ３ｃで閉塞されており、上流側端部が開いた細孔３ｂ
内に流入した排気は、多孔質の隔壁３ａを通過して、下
流側端部が開いた細孔３ｂに流出する。排気が隔壁３ａ
を）通過する際に、この排気中に含まれていたカーボゾ
粒子等の微粒子が該隔壁３ａに捕集される。フィルター
部材３には、その軸心と直交する方向に１対の電極４，
５が挿入されている。これら電極４，５は、それぞれ絶
縁部材６，７を介してフィ門ルター部材３の周壁に固定
され、各隔壁３ａに対しては密に、すなわち隔壁３ａと
の間に間隙を形成しないように挿入されている。フィル
ター部材３よりも上流側の排気通路２内には、バーナ８
が配設されている。このバーナ８は１次エアノズル８ａ
と２次エアノズル８ｂ１それに燃料ノズル８ｃおよび着
火ヒータ８ｄからなる。１次エアノズル８ａおよび２次
エアノズル８ｂはともに、燃焼用空気を供給するエアポ
ンプ９の吐出口から引かれたエア配管１０に接続されて
いる。

一方、燃料ノズル８ｃは、燃料ポンプ１１が介設された
燃料配管１２によつて、燃料Ｆを貯える燃料タンク１３
と接続されている。上記エア配管１０と燃料配管１２中
にはそれぞれオリフィス１４，１５が設けられ、これら
オリフィス１４，１５中には各々ダイヤフラム装置１６
，１７のダイヤフラム１６ａ，１７ａに固定された略円
錐状のニードル１６ｂ，１７ｂが挿通されるようになつ
ている。そしてこれらダイヤフラム装置１６，１７のダ
イヤフラム室１６ｃ，１７ｃは、配管１８ａ，１８ｂと
、これら配管が合流された制御エア配管１８を介してサ
ージタンク１９に接続されている。制御エア配管１８中
には開度が調節され得る調節バルブ２０が配設され、ま
たサージタンク１９にはバキュームポンプ２１の吸込側
が接続されている。前述した電極４，５は目詰まり検出
回路２２に接続され、この目詰まり検出回路２２の出力
は制御回路２３に入力されるようになつている。またデ
ィーゼルエンジン１には、例えばパルス発生式の回転セ
ンサ２４が、そして排気通路２内には温度センサ２５が
設けられ、これら回転センサ２牡温度センサ２５の出力
も上記制御回路に入力されるようになつている。以下、
上記構造を有する本実施例の排気浄化装置の作動につい
て説明する。

前述した１対の電極４，５間の電気抵抗は、フィルター
部材３の隔壁３ａにカーボン粒子等の微粒子が付着する
と、付着したその微粒子の量の増大に応じて減少する特
性を有する。

したがつて例えば一方の電極４，５を抵抗を介してバッ
テリの陽極に接続する一方、該バッテリの陰極をアース
に接続し、他方の電極５，４をアースに接続すると、上
記抵抗の両端の電圧差は、隔壁３ａに付着した微粒子の
量の増大に応じて増大するようになる。したがつてここ
で、バーナ８を燃焼させてフィルター部材３の目詰まり
を解消することが必要てある程度に微粒子が付着したと
きの上記電圧差と同じ基準電圧を発生する基準電圧発生
回路を設け、この基準電圧と上記電圧差を比較して上記
電圧差が基準電圧を上回つたときに電気信号を発するよ
うにすれば、この電気信号を用いてバーナ作動を自動的
に開始させることができる。前記目詰まり検出回路２２
はこのように構成されたものであり、バーナ作動が必要
な程にフィルター部材３の目詰まりが進行すると、目詰
まり検出信号Ｓ１を制御回路２３に送る。上記目詰まり
検出信号Ｓ１が入力されると制御回路２３は、電気ヒー
タからなる着火ヒータ８ｄに通電する着火信号Ｓ２を出
力し、次いで調節バルブ２０を開くバルブ開信号Ｓ３を
出力する。バルブ開信号Ｓ３により調節バルブ２０が開
かれると、ダイヤフラム装置１６，１７のダイヤフラム
室１６ｃ，１７ｃは、バキュームポンプ２１によつて負
圧に保たれたサージタンク１９と連通されるようになり
、各ダイヤフラム１６ａ，１７ａはリターンバネ１６ｄ
，１７ｄに抗して図中右方に引かれる。したがつてこれ
らダイヤフラム１６ａ，１７ａに固定されているニード
ル１６ｂ，１７ｂは、それまて嵌合していたオリフィス
１４，１５から右方に退出して、それぞれエア配管１０
、燃料配管１２を開き、バーナ８に各々燃焼用の空気と
燃料Ｆを供給させる。ここで上述のバルブ開信号Ｓ３は
一定信号ではなく、温度センサ２５からの排気温度信号
Ｓ４と、回転センサ２４からの回転数信号Ｓ５とによつ
て変動されるようになつている。

本実施例のディーゼルエンジン１は、スロットルバルブ
を持たないので、エンジン１の回転数は排気流量に対応
する。したがつて制御回路２３はこの回転数信号Ｓ５を
排気流量を表わす信号として用い、エンジン回転数が高
いほど排気流量大と判断して上記バルブ開信号Ｓ３をバ
ルブ開度大方向に変化させる。またこの制御回路２３は
、温度センサ２５からの排気温度信号Ｓ４により、排気
温度が低いほどバルブ開信号Ｓ３をバルブ開度大方向に
変化させる。調節バルブ２０の開度が大であるほどダイ
ヤフラム室１６ｃ，１７ｃにかかる負圧量が大きくなり
、ニードル１６ｂ，１７ｂの退出量が大きくなる。した
がつてオリフィス１４，１５の開口面積が増大し、燃焼
空気量、燃料量が増量される。ここでエアポンプ９、ダ
イヤフラム装置１６等の空気供給系と、燃料ポンプ１１
、ダイヤフラム装置１７等の燃料供給系は、燃焼空気量
が燃料量に対して重量比で１．２〜２市倍程度となるよ
うに設定されている。

このように設定することにより、燃焼空気不足による未
燃ガスの発生あるいは燃焼空気過多による未着火を防止
てきる。そして燃料量は、与えられた排気温度、排気流
量下でバーナ８が、フィルター部材３に捕集されている
微粒子を、完全に燃え尽きる所定温度、例えば６００℃
まで加熱し、完全に燃焼するのに必要でかつ最少限程度
の熱量を発生するように設定される。したがつて排気温
度、排気流量がいかに変動しようとも）捕集された微粒
子は完全に燃し尽くされ、またバーナが必要以上の熱量
を発生する程に燃料が浪費されることもない。なお前述
したバルブ開信号Ｓ３は、着火信号Ｓ２が着火ヒータ８
ｄに送られた後、着火ヒータ８ｄが５燃料Ｆの点火に十
分なだけ、例えば９００℃程度に加熱されたことを検知
してから発せられるようにすれば、バーナ８からの未燃
焼ガス放出による２次汚染を防止できる。

またバーナ８の作動停止時も、バルブ開信号Ｓ３が全閉
信号に変えられて燃焼θ空気、燃料の供給が断たれてか
ら、着火信号Ｓ２を断つようにすれば同様の２次汚染が
防止される。また、バーナ８による目詰まり解消は、目
詰まり検出回路２２によつて目詰まりが検知された後、
特に火急的に行なわれなくてもよいので、回転センサ２
４によりアイドリング状態を検出し、アイドリング下で
バーナ８を作動させることが好ましい。アイドリング下
では排気流量が安定するので、バーナ制御がし易いとい
う利点がある。また、フィルター部材３の目詰まり検出
は、前述のような電極間抵抗の変化から検出する方法以
外の方法、例えばフィルター部材３の上流側と下流側の
圧力差の変化から検出する方法等によつて行なわれても
よい。上記説明の実施例においては、ディーゼルエンジ
ンにスロットルバルブが設けられていないので、エンジ
ンの回転数信号が排気流量を表わす信号としてそのまま
使用されているが、例えばＥＧＲを行なう等のためにス
ロットルバルブが設けられるディーゼルエンジンにおい
ては、第２図に示すように制御回路３１にスロットルバ
ルブ開度検知手段３２からスロットル開度信号Ｓ６を入
力し、バルブ開信号Ｓ３″，Ｓ３″″をスロットル開度
によつて補正すればよい。

またこの第２図に示すように、燃料Ｆあるいは燃焼用空
気の流動制御は、第１図の実施例のダイヤフラム装置１
７を用いずに、調節バルブ２『によつて直接行なつても
よい。この調節バルブ２『あるいは第１図の実施例の調
節バルブ２０は開度を調節して流量を制御するものであ
つてもよいし、開時間を変化させて−流量を制御するも
のであつてもよい。なおこの第２図においては、第１図
の装置における構成と同じ構成は一部省略し、図示した
構成においても第１図のものと同等の部品、信号には第
１図における番号、符号と同じものを付し、重複した説
明を９省く。なお、排気中にはエンジンにおいて燃焼の
ために使用されなかつた酸素が残存しており、この残存
酸素はバーナが燃焼された時にはこのバーナ燃焼に使用
され得る。

したがつて、燃料量と燃焼空！気量との比を厳密に制御
する必要がある場合には、この残存酸素をも考慮した制
御を行なうことが好ましい。第３図に示す実施例は、そ
のように排気中の残存酸素量も考慮して燃焼空気の供給
量を制御するようにした排気浄化装置の一例を示す１も
のであり、第４図はその排気浄化装置をコンピュータ制
御する場合の信号の流れを示すフローチャートである。
この第３図においても、既に説明した構成と同じ構成は
一部省略し、さらに第１図あるいは第２図における部品
、信号と同等のものには同番号、同符号を付し、重複し
た説明を省く。バーナ８よりも上流側の排気通路２内に
は、排気ガス中の酸素濃度を計測する例えば０２センタ
４０が設けられている。そしてこの０２センタ４０から
の酸素濃度信号Ｓ７は、制御回路４１の燃焼空気制御部
４２に入力される。制御回路４１はこの燃焼空気制御部
４２の他、燃料制御部４３、ヒータ制御部４４からなる
。目詰まり検出回路２）２からの目詰まり検出信号Ｓ１
は、上記ヒータ制御部４４に入力され、このヒータ制御
部４４から着火信号Ｓ２が出力される。燃料制御部４３
は上記目詰まり検出信号Ｓ１を受けて、燃料配管１２中
の調節バルブ２『を開くバルブ開信号Ｓ３″を出力する
・が、この燃料制御部４３は回転センサ２４からの回転
数信号亀と、温度センサ２５からの排気温度信号Ｓ４と
から必要燃料量を演算し、この必要燃料量が得られるよ
うに上記バルブ開信号Ｓ３″を決定する。燃料量を決定
するバルブ開信号Ｓ３″は燃焼・空気制御部４２にも入
力され、この燃焼空気制御部４２からは、最適量の燃焼
空気がバーナ８に供給されるように調節バルブ２０を操
作するバルブ開信号Ｓ３″″が出力される。ここで前述
の通りこの燃焼空気制御部４２には上記バルブ開信号Ｓ
３″の他、０。センサ４０からの酸素濃度信号Ｓ７が入
力され、バルブ開信号Ｓ３″″は、燃料量から直接算定
される必要空気量を上記酸素濃度によつて補正した補正
空気量をバーナ８に供給する値に設定される。すなわち
排気中に残存酸素が含まれるときには、この残存酸素は
バーナ８の燃焼に使用されるから、エアポンプ９により
バーナ８に供給する燃焼空気の量は、燃料量から算定さ
れる必要空気量よりも少なくて済むのである。勿論、排
気中の残存酸素濃度が高いほど、エアポンプ９からバー
ナ８に送られる燃焼空気は少なくて済むから燃焼空気制
御部４２においてはそのように、残存酸素濃度に対応さ
せてバルブ開信号Ｓ３″の補正量が変えられるようにな
つている。さらに本発明の排気浄化装置は、過給が行な
われるディーゼルエンジンにおいても、過給機から過給
状態を示す信号を取り出し、この信号によつてバルブ開
信号を適当に補正することによつて、実際の排気流量に
即した正確なバーナ燃料量制御を行なうことが可能であ
る。

また、上記実施例では、バーナに対して空気と燃料を各
々独自に供給する構成を示したが気化器方式のように混
合気の量を排気流量と排気温度に応じて制御する構成と
してもよい。以上詳細に説明した通り本発明のディーゼ
ルエンジンの排気浄化装置においては、フィルター部材
に捕集された微粒子をバーナ装置によつて燃焼させる際
、バーナ装置は常に排気温度、排気流量を考慮して必要
最小限の熱量を発生するように制御され得るから、バー
ナ燃料の無駄な消費が抑えられて極めて経済的であり、
また高温化による排気系部品の劣化を招くこともなく、
その一方、微粒子が燃え残ることもなく、その実用的価
値は甚大である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の１実施例を示す系統図、第２図は本発
明の異なつた実施例を示す系統図、第３図は本発明のさ
らに異なる実施例を示す系統図、第４図は第３図の実施
例における制御の流れを示すフローチャートである。 １・・・・・ディーゼルエンジン、２・・・・・・排気
通路、３・・・・・フィルター部材、８・・・・・・バ
ーナ、１０・・エア配管、１２・・・・・・燃料配管、
１４，１５・・・・・・オリフィス、１６，１７・・・
・ダイヤフラム装置、２０，２『 ・・・調節バルブ、
２３，３１，４１・・・・・・制御回路、２４・・・・
・・回転センサ、２５・・・・・・温度センサ、Ｓ３，
Ｓ３″，Ｓ３″・・・・・・バルブ開信号、Ｆ・・・・
燃料。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 排気中のカーボン粒子等微粒子を捕集するフィルタ
   ー部材が排気通路に配設されるとともに、該フィルター
   部材の上流の排気通路にフィルター部材の目詰まりを解
   消するバーナ装置が設けられたディーゼルエンジンの排
   気浄化装置において、排気流量に対応した出力を発生す
   る排気流量検出装置と、排気温度を検出する排気温度セ
   ンサと、バーナ用燃料量を制御するアクチュエータと、
   該バーナ用燃料量に応じ必要なバーナ燃焼用空気を供給
   するバーナ燃焼空気供給装置と、前記排気流量検出装置
   と排気温度センサとからの出力によりバーナ装置の必要
   燃料量を演算して前記アクチュエータを作動制脚する制
   御装置とを備えたことを特徴とするディーゼルエンジン
   の排気浄化装置。 ２ 前記排気流量検出装置が、エンジンの回転数を検出
   する回転センサから構成されていることを特徴とする特
   許請求の範囲第１項記載のディーゼルエンジンの排気浄
   化装置。