JPS6140891Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案はデイ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な粒状物（以下、パ
テイキユレートまたは排気微粒子という）を物理
的方法によつて適切な捕集材に捕集し、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に関する。

この種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、電気ヒータを捕集材の全面に取り付け、
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。しかしながらこの方法は、捕集材の全表
面に電気ヒータを取り付ける為、電力消費が非常
に大きく、自動車部品として成り立ちにくい。即
ち電力消費を小さくする為の何らかの工夫をする
ことなくしては実用に供し難い。

一方、デイーゼルエンジンの吸気系を絞り、吸
入空気量を減じて排気ガスの温度を上昇させ、排
気微粒子を燃焼させる方法も提案実施されてい
る。しかしながらこの方法は、エンジンの高負荷
域では排気温が十分上昇するので排気微粒子の焼
却が可能であるが、低負荷域低回転では排気温が
十分上昇せず、排気微粒子の焼却、捕集材の再生
が困難である。更にまた排気ガス温度を上昇させ
るためには吸気系を過剰に絞る必要があるが、吸
気系を過剰に絞りすぎると排気ガス中の酸素
（O₂）濃度が減少し着火し難くくなるという反面
が伴う。

本考案の目的は、上述のような欠点を解消し、
耐久性、安全性に優れかつ構造が簡単で低コスト
のデイーゼルエンジンの排気微粒子浄化装置を提
供することにある。

斯かる目的を達成するために本考案によれば排
気系路中に排気絞り弁が設けられ、排気ガスの温
度上昇は吸気絞りではなく、むしろ排気絞りによ
り行つている。こうして排気絞りにより予じめ排
気ガス温をある程度上昇させておいてかつヒータ
によりパテイキユレートの着火を行う。このよう
にすることによりヒータの加熱時間及び温度を低
減し、消費電力を相当抑制することができる。更
にまた本考案ではトラツプ再生時に排気ガスの大
部分をパテイキユレートトラツプに流さずに、パ
テイキユレートトラツプ下流にバイパスさせトラ
ツプ内を流れる排気ガスの流速を低下せしめる。
パテイキユレートの着火性はパテイキユレートト
ラツプを流れる排気ガスの流速に大きく左右さ
れ、着火性の点だけから見れば理想的には排気ガ
ス流速が0.1ｍ／ｓのときに行うのが最適であ
る。しかしながら一方で、広範囲のエンジン運転
領域でトラツプの再生を可能ならしめるようにす
ることが要求されるので、パテイキユレートの着
火性の向上とトラツプの再生運転領域の拡大化と
いう相反する２つの要求を本考案ではトラツプ再
生時のみ排気ガスを選択的にバイパスさせること
により満足させている。

排気絞り弁は、捕集材の上流側に設けてもよ
く、また下流側に設けてもよい。更にまたこの絞
り弁を排気マニホルドに設けることも可能であ
る。排気絞り弁を絞ることにより、排気ガスの背
圧が上昇すると共に排気ガスの温度が上昇する。
また、好ましくは排気絞り弁が絞られることによ
り、所謂排気ブレーキがかかつた状態になりエン
ジン出力（トルク）がダウンするがエンジンへ供
給される燃料噴射量を増量することにより出力ダ
ウンを補償する。従つてデイーゼルエンジンの出
力や運転性に悪影響が及ぼされることはない。

また本考案では排気絞り、排気ガスのバイパス
及びヒータによる着火を組合せて採用しているの
で燃費の向上も計れる。

即ち、排気絞りだけで排気ガスをパテイキユレ
ートの燃焼に必要な温度まで上昇させてパテイキ
ユレートトラツプの再生を行おうとすると、デイ
ーゼルエンジンにおいては一般に吸気は常に過剰
に供給され燃料量で空燃比を制御するため空気量
が多く排気絞りの負担が相当なものとなる。排気
絞り量が多くなるとそれだけ出力ダウンが増大
し、従つてこの出力ダウンを補償する燃料増量が
多くなり燃費が悪化することになる。そこで本考
案ではパテイキユレートの着火はヒータで行いし
かもトラツプ再生時にはトラツプに排気ガスをほ
とんど流さないようにして着火性を相当高めるよ
うにし、排気絞りはあくまでヒータの負担を軽減
するための予熱用として採用しているので排気絞
りに伴う燃料増量を最小に抑えることができる。
更にまた、排気絞りだけでトラツプ再生を行う
と、例えば30mile／ｈ位の低速運転時にトラツプ
再生をする場合に排気温をトラツプ燃焼再生に必
要な温度まで上昇させるには背圧が４〜５Kg／cm²
absになるまで排気を絞る必要がある。

以下、添付図面を参照して本考案の実施例につ
き詳細に説明する。

図において、１はデイーゼルエンジン本体、２
はトランスミツシヨン、３は吸気マニホルド、４
は排気マニホルド、５は燃料噴射ポンプ、６は燃
料配管、７は燃料噴射弁（インジエクタ）、８は
バキユームポンプであり、以上は通常のデイーゼ
ルエンジンの構成部分である。

また、７０は排気ガスによつて駆動されるター
ボチヤージヤの排気タービンであり、７１はこの
排気タービンにより駆動され吸気の過給を行うコ
ンプレツサである。ターボチヤージヤの有無は本
考案とは直接関係ないので本考案はターボチヤー
ジヤが無い場合にも適用できる。

排気マニホルド４の下流側の排気管路の部分に
は捕集材（トラツプ）容器１０が取り付けてあ
る。このトラツプ容器１０の内部には捕集材（ト
ラツプ材）１２がある。トラツプ材は、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可能であり、かつ排気ガス
に含まれるかなりの量の排気微粒子を捕集できる
ようになつている。また、トラツプ材は、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うな適
切な材料で適当な形状に作られる。このような目
的に適した材料の例としては、三次元網目構造の
発泡セラミツク、モノリス型セラミツク、金属ワ
イヤ・メツシユ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。

また好ましくはトラツプには低サルフエート触
媒等の触媒が担持せしめられる。

トラツプ１０の上流側にはパテイキユレートを
燃焼させるための電気ヒータ９が設けられる。ヒ
ータ９は通電用リレー３３を介してバツテリに連
結され、マイクロコンピユータCPU３０からの
信号S₁に基いてオン・オフせしめられる。

本考案よればヒータ９の加熱時間及び温度を低
減させて消費電力を少くするために排気温を着火
前にある程度上昇させる手段として排気絞りが行
われる。即ち、排気系１５に排気絞り弁２０を設
けこれにより排気を絞ることにより排気温の上昇
をはかつている。排気を絞ると排気ガスの背圧が
上昇しエンジンのトルクが低下する。この低下ト
ルクはすべて熱となつて排気温の上昇をもたら
す。この排気絞り弁２０はリンクを介してダイヤ
フラム弁２１に連結され、このダイヤフラム弁２
１はバキユーム配管１３を介して負圧切換弁
（VSV）２２に連結され駆動される。VSV２２
は、バキユーム配管２３を介してバキユームポン
プ８に連結されている一方、配線２４を介して
CPU３０に接続されている。VSV２２は、通常
はその大気ポートが開放しており、ダイヤフラム
弁２１には大気が作用して、排気絞り弁２０を開
いている。マイクロコンピユータ３０から配線２
４を通じて信号S₂が伝えられた時は、VSV２２
の大気ポートは閉じられ、バキユームポンプ８か
らの負圧がバキユーム配管２３、VSV２２を通
じてダイヤフラム弁２１に作用し、これにより絞
り弁２０が閉じられ、排気管１５の通路を絞る。
なお、排気絞り弁２０はトラツプ容器１０の上流
側に設けてもよい。

上述の如く排気絞りを行うと出力ダウン（トル
クダウン）が生じるのでこれを補償するために必
要とあれば燃料噴射量が増量される。そのため
に、例えばそれ自体公知の燃料増量手段３１が設
けられる。燃料増量手段は例えば過給圧取出ポー
ト６１からの過給圧に応動するダイヤフラム式ア
クチユエータにバキユーム配管１３からのバキユ
ームをバキユーム配管６２を介して導びき、燃料
噴射ポンプ５のスピルリング（図示せず）を排気
絞り弁２０の作動と同時にバキユーム作動せしめ
て燃料制御を行うものである。斯かる燃料増量手
段自体は公知である。

更にまた、本考案においてはトラツプ再生時に
排気ガスをトラツプ１０に流すことなく排気管１
５に直接逃がすバイパス路３５が設けられる。バ
イパス路３５は例えば排気マニホルド４と排気絞
り弁２０下流の排気管１５とを連結し、その途中
に開閉制御弁３６が設けられる。開閉制御弁３６
はリンクを介してダイヤフラム弁３７に連結さ
れ、このダイヤフラム弁３７はバキユーム配管４
０を介して負圧切換弁（VSV）３８に連結さ
れ、駆動される。VSV３８は、バキユーム配管
３９を介してバキユームポンプ８に連結されてい
る一方、配線４１を介してCPU３０に接続され
ている。VSV３８は、通常はその大気ポートが
開放しており、ダイヤフラム弁３７には大気が作
用して、制御弁３６を閉じている。マイクロコン
ピユータ３０から配線４１を通じて信号S₃が伝え
られた時は、VSV３８の大気ポートは閉じら
れ、バキユームポンプ８からの負圧がバキユーム
配管３９、VSV３８を通じてダイヤフラム弁３
７に作用し、これにより制御弁２０が開かれ、バ
イパス路３５を開放する。バイパス路３５が開放
すると、トラツプ１０の通気抵抗等により排気ガ
スの大部分はトラツプ１０を通らずにバイパス路
３５を通つて直接排気管１５に排出される。その
結果トラツプ１０内の排気ガスの流速は極端に小
さくなり、この時点でヒータ９に通電すれば捕集
材１２に捕集されたパテイキユレートを容易に着
火燃焼させることができる。

以上に述べた排気絞り、バイパス路開放、ヒー
タ通電及び必要なら燃料増量はデイーゼルエンジ
ンの作動中に周期的に互いに連動して動作させ、
排気微粒子の燃焼、灰化及びトラツプ容器１０の
再生が行なわれるのであるが、このような再生動
作の開始時期や前記手段の動作はマイクロコンピ
ユータ（CPU）３０によつて制御される。この
為に、エンジンの運転条件や排気ガスの状態等を
検出し、CPU３０に入力する。即ち、例えば図
において、５０はエンジン負荷、５１はエンジン
回転数、５２はエンジン水温、５４はトラツプ前
の排気ガス温、５５は吸気マニホルド負圧、であ
りこれらの各検出信号がCPU３０に入力され
る。CPU３０はこれらの各検出信号に基いて再
生時期を判断し、再生時期になると信号S₂により
VSV２２を作動させアクチユエータ２１により
排気絞り弁２０を閉弁側に動かす。それと同時に
燃料増量手段３１により燃料が増量され出力ダウ
ンを補償する。次いて信号S₃によりVSV３８を
作動してアクチユエータ３７を介して制御弁３６
を開弁させる。その結果、バイパス路３５が開放
し、排気ガスの大部分はバイパス路３５に流れ込
む。こうしてトラツプ内の排気ガスが予加熱さ
れ、かつトラツプ内の排気ガスの流れがほとんど
なくなつたら信号S₁によりリレー３３をオンにし
ヒータ９に通電しパテイキユレートを着火燃焼せ
しめる。特にターボチヤージヤを具えたエンジン
は、通常のエンジンに比べ排気温は低くなるが排
気系を絞りかつ燃料を増量することによつて必要
な排気微粒子の温度上昇を得ることができる。ま
た、排気系を絞ることで、過給圧に対してはそれ
ほど大きな影響を与えていないと考えられる。

尚、排気絞りにはHC，NOxの低減効果がある
ため本考案は排気ガスエミツシヨン対策上も有利
である。

またパテイキユレートトラツプ内に触媒を担持
させることにによりパテイキユレートの燃焼開始
温を低くすることも可能である。

【図面の簡単な説明】

図面は本考案に係る排気微粒子浄化装置を有す
るデイーゼルエンジンの概略図。 １……デイーゼルエンジン本体、５……燃料噴
射ポンプ、９……ヒータ、１０……トラツプ容
器、２０……排気絞り弁、２１……排気絞り弁ア
クチユエータ、３０……マイクロコンピユータ
（CPU）、３１……燃料噴射ポンプ増量手段、３
５……バイパス路、３６……開閉制御弁。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 排気ガス中の排気微粒子を捕集する捕集材と該
   捕集材により捕集された排気微粒子を着火燃焼せ
   しめるヒータとを有するデイーデルパテイキユレ
   ートトラツプを排気系に設けたデイーゼルエンジ
   ンにおいて、該排気系に排気絞り弁を設けると共
   に上記捕集材を辻回して排気ガスを排気絞り弁下
   流の排気系に排出するバイパス路を設け、該バイ
   パス路内に常閉式の開閉制御弁を配設しこれら排
   気絞り弁と開閉制御弁とをエンジン作動中に周期
   的に連動して作動するアクチユエータに連結せし
   めたことを特徴とするデイーゼルエンジンの排気
   微粒子浄化装置。