JPS6170114A - 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】 〈産業上の利用分野〉 本発明は内燃機関の排気微粒子処理装置に関する。

〈従来の技術〉 排気中のカーボン等の微粒子を捕集する１−ラ。

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
ると排気圧力が過度に一ト昇し機関及びエミッション性
能が低下するため、１ラツプに捕集された排気微粒子を
所定時間に燃焼させトラップの再生を図るようにしてい
た。かかる従来例を第４図及び第５図に示す（特開昭５
９−７７２１号公報参照）。

すなわち機関１の排気通路２には排気微粒子を捕集する
トラップ３が設けられ、このトラップ３上流の排気通路
２にはトう、プ３によりｈｌｉ集された排気微粒子を加
熱燃焼させるバーナ４が設けられている。バーナ４には
、燃料ポンプ５から圧送される燃料を噴出する燃料ノズ
ル６と、エアポンプ７から圧送される燃焼用空気を噴出
する空気ノズル８と、該空気ノズル８下方に設けられた
着火用のグロープラグ９と、から構成されている。そし
て、制御装ｆｆ１ｌｏからの作動信号によりバーナ４を
燃焼作動さセその高温ガスにてトラ、プ３に捕集された
？ＪＦ気微粒子を加熱燃焼させる。

かかるバーナ４の燃焼作動制御は以下のように行われる
。すなわち、制御装置１０にはトラップ３上流の排気圧
力を検出する圧力センサ１１からの圧力信号と機関回転
速度等のエンジン信号とからトラップ３に捕集されてい
る排気微粒子量を検出するｔｌＩｉ簗■検出回路１２が
設ＬＪられ′ζいる。

そして、トラップ３に１１１１集された排気微粒子量が
トラップ３の再生限界設定量に達したときに前記捕集量
検出回路１２はＡ　Ｎ　ｌ）回路１３に１１”信号を出
力する。Ａ　Ｎ　＋）回路１３は前記捕集量検出回路１
２の“！１”信号と手動スイッチ１４がＯＮするごとに
より発セられる“Ｈ″信号が入力されたときにタイマ回
路１５に信号を出力する。タイマ回路１５はＡＮＤ回路
１３からの“トビ信号によりｌ・リガされ所定時間前記
バーナ４に作動（８号を出力しバーナ４の燃焼作動を行
わせる。

尚、１６は報知器であって前記捕集量検出回路１２から
“Ｈ゛信号入力されたときに作動し運転者にトラップ３
の排気微粒子捕集量が再生限界設定量に達したことを知
らせる。１７はバッテリである。

〈発明が解決しようとする問題点） しかしながら、このような排気微粒子処理装置において
は、捕集量検出回路１２と手動スイッチ１４とから“１
１”信号が入力されたときにＡＮＤ回路１３からタイマ
回路１５にトリガ信号が入力される構成であるため、手
動スイッチ１４がＯＦＦされていると捕集量検出回路１
２から“１１信号が入力されてもＡＮＤ回路１３からタ
イマ回路１５に信号が出力されない。これにより、バー
ナ４の燃焼作動が行われずトラップ３の排気微粒子捕集
量が増加して設定限界量を超えるため排気圧力が激増し
燃費。

機関出力及び運転性能を甚だしく悪くさせるおそれがあ
った。その後手動スイッチ】４をＯＮさせてトラップ３
のｍノ１．を行うときには排気微粒７−　ｌ１ｌｉ築鼠
が限界を超えているため排気微粒子の燃焼による発熱Ｍ
も増加してトラップ３の温度が急激に１−昇し；・う、
ブ３の破ｌｉに至る恐れがあった。特に機関停止ト時に
バーナ４の燃焼作動を行うと機関から排気が排出されな
いので排気微粒子の燃焼時の熱が１−ラップ３内にこも
り通常の燃焼作動時においてトラップ３の破ｔｉに至る
おそれがあった。

本発明は、このような実状に鑑みなされたもので、トラ
ップの破打１等を防１にしつつトラップに捕集さ相た（
）Ｆ式微粒子の燃焼除去を可能とする排気微粒子処理装
置〃を提１ハすることを目的とする。

〈問題点を解決するための手段〉 このため、本発明は、第１図に示すように排気中の微粒
子をｆｅｌｔ集するトラップＡの（Ｊ１気（１１１集針
を検出する捕集Ｍ検出手段Ｂと、機関の回転速度を検出
する機関回転速度検出手段Ｃと、選択的にＯＮ・ＯＦ　
Ｆ操作される手動スイッチＤと、警報を発する警報手段
Ｅと、（ｊト気微粒子捕集量が第１設定値以十のときに
前記警報手段Ｅに警報信号を発する警報制御手段Ｆと、
機関回転速度が所定値以上のときに作動し前記第１設定
値以上でかつ前記手動スイッチがＯＮのとき或いは手動
スイッチのＯＦＦ状態に関わらず排気微粒子捕集量が前
記第１設定値より大きくかつトラップの破Ｉ１１限界値
以下である第２設定値以上のときに１−ラップＡのＩＰ
気機微粒子燃焼処理するバーナＧを燃焼動作させるバー
ナ作動制御手段Ｈと、を設けるようにした。

〈作用〉 これにより機関運転中に、トラップに捕集された排気微
粒子量が第１設定値以−トになったときに警報を発して
運転者等に手動スイッチをＯＮさ・υることを促し、ま
た第１設定値より大きな第２設定値以上になったときに
手動スイッチのＯＦＦ状態に関わらず強制的にバーナの
燃焼動作を行ね−Ｑるようにした。

〈実施例〉 以下に、本発明の一実施例を第２図に基づいて説明する
。

図において、内燃機関の排気通路２１の途中に設ｉＪら
れたトラップろ−ス２２内には緩衝材２３を介してハニ
カｌ、武トラップ２４が設けられている。このトラップ
２４の一■二流側の排気通路２１にはトラ、ブ再牛用の
バーナ２５が設けられている。トラップ２４は、ハニカ
ム形の多数の穴を有し、一部の穴については入ｒ＋側を
開放して出口側を閉塞し、残部の穴については逆に入１
−１側を閉塞して出１１側を開放してあり、排気が夫々
の穴の壁部を通過する際に微粒子を捕簗する構成になっ
ている。

前記バーナ２５は、周壁に多数の排気導入孔２６ａを有
する燃焼筒２６と、ごの燃焼筒２６内にあって火炎噴出
口２７ａを有する逆流式蒸発筒２７と、この逆流式蒸発
筒２７に臨む混合気噴出管２８と、前記燃焼筒２６内で
前記火炎噴出口２７ａ近傍に臨む着火用のグロープラグ
２９とから構成されている。前記混合気噴出管２８には
電磁式燃料噴射弁３０から＆ｉ設した燃料（共給管３１
が接続されており、かつ前記ｒｔ　ｉｉｘ式燃料噴射弁
３０は燃料タンク３２から燃ねポンプ３３を介して燃事
ｌ（機関の燃料と同一のもので例えば軽油）が導かれる
ようになっている。また、燃料供給管３１の途中には、
エアポンプ３４の吐出１１３４１１とダイヤフラム式三
方弁３５を介して連通ずる空気供給管３６が接続されて
いる。前記ダイヤフラム式三方弁３５は、その圧力室に
大気が導入されたとき前記吐出口３４ｂに連なる第１ボ
ート３５ａが人気開放の第２ボート３５ｂと連通し、所
定の負圧が導入さたとき前記第１ボー）３５ａが前記空
気供給管３６に連なる第３ボート３５Ｃと連通しエアポ
ンプ３４からの空気を前記バーナ２５に供給する構成と
なっている。尚、前記第２ボー）３５ｂならびにエアポ
ンプ３４の吸入口３４ａは何れも図示セぬエアクリーナ
を介して大気に開放されている。一方、前記ダイヤフラ
ム式三方弁３５への導入圧力の切換は、ｉＨ＆ｆｉ式三
方弁３７によって行われる。この電磁式三方弁３７は、
第１ボー）３７ａが前記ダイヤフラム式三方弁３５の圧
力室に、第２ボート３７ｂが図示セぬｆ１圧源（例えば
真空ポンプ）に夫々連通し、かつ第３ボート３７Ｃが大
気に開放されており、ノ１−通電状態では第１ボート３
７ａと第３ボー１３７ｃとが連１ｆｆｌＬ、通電状態で
は第１ボート３７ａと第２ボート３７１）とが連通ずる
。この電磁式三方弁３７を通電状態とすることにより、
エアポンプ３４からの空気がバーナ２５に供給される構
成である。

従って、前記バーナ２５の作動は、上記電磁式三方弁３
７と、燃料ポンプ３３、燃料噴射弁３０およびグロープ
ラグ２９によって制御されている。前記電磁式三方弁３
７、燃料ポンプ３３および燃料噴射弁３０は、後述する
制御装置５０のパワートランジスタを主体とした接地装
置５１にて夫々通電制御され、具体的には接地が行われ
た場合にバッテリ５２からの１ｉｌｌ電によって夫々作
動する。また、グロープラグ２９は、常開型リレー５３
を介してバッテリ５２に接続されており、上記リレー５
３は同じく接地装置５１にて接地が行われた場合に閉結
されるものである。

一方、前記トラップケース２２内において、前記トラッ
プ２４の入口側および出口側に、夫々入口側圧力取出口
３８および出口側圧力取出口３９が設けられており、電
磁式三方弁４０の第２ポー）４０ｂに前記入口側圧力取
出１］３８が連通し、かつ第３ボート４０ｃに出口側圧
力取出口３９が連通している。上記電磁式三方弁４０は
、非通電状態では第１ボート４０ａと第２ボート４０ｂ
とが連通し、通電状態では第１ボート４０ａと第３ボー
１−４０Ｃとが連通ずるものであって、前記第１ボー）
４０ａは、排気熱および水分を遮断するためのダイヤフ
ラム４１を介して捕集量検出手段としての圧力センサ４
２の検出部４２ａに接続されてい。また、この電磁式三
方弁４０は、上述した燃料ポンプ３３等と同様に接地装
置５１を介して通電制御されている。尚、この電磁式三
方弁４０に代えて、一対の電磁弁例えば常開型電磁弁と
常閉型電磁弁との組み合わせなどにより同様の流路切換
を行うように構成することも可能である。

前記圧力センサ４２は、例えばシリコンダイヤフラムの
表面にゲージ抵抗体を設けて、ピエゾ抵抗効果によって
圧力を検知するようにした半導体式圧力センサが用いら
れ、」１記シリコンダイヤフラムの一方を通路４２ｂを
介して大気に開放することで、トラップ入口圧およびト
ラップ出口圧をゲージ圧として検出している。そして、
この圧力センサ４２の出力電圧ＶＰが制御装置′［５０
に入力される横成となっている。

前記１ラツプ２４の入［１側には、熱電対等からなる温
度センサ４２がトラップ２４の輸血中心部に臨んで設ｉ
Ｊられており、その出力電圧ＶＴが同様に制御装置５０
に人力されている。

また運転室内には運転者によってＯＮ・ＯＦＦ操作され
る手動スイッチ６１が設けられ、そのＯＮ・ＯＦＦ信号
ＶＳＷが同様に制御装置５０に入力されている。運転室
内には、バーナ２５の燃焼作動中を表示するバーナ作動
表示器Ｇ２と、トラップ２４のｉＪＦ気微粒子が第１設
定値以上になったことを表示する警報１段としての捕集
量表示器６３とが設番」られており、ごれら表示器６２
．６３は制御装置６５０からの信号に、１、り動作する
。

４４は機関の回転速度を検出するための回転速度センサ
、４５は機関の負荷を検出するための負荷センサであっ
て、前記回転速度セン！Ｊ−４４は、例えばクランクシ
ャフトの一定回転角度毎にパルスを発生ずるクランク角
セン１すにて構成され、かつ負荷センサ４５は、例えば
ディーゼル機関においては、燃料噴射ポンプ４６のコン
トロールレバー４６ａの回動位置を検出するポテンショ
メータにて構成されている。これらの検出信号も同様に
制御装置５０に入力される。

制御装置５０は、ＣＰＵ５４と、このＣＰＵ５４の制御
プログラムや所定のデータが書き込まれたメモリ　（Ｒ
ＯＭ）５５と、前記圧力センサ４２の出力電圧ＶＰ、温
度センサ４３の出力電圧ＶＴ、Ｆ−Ｖ変換器５６を介し
た回転速度セン４１４４からの検出信号■Ｒ１手動スイ
ンチロ】のＯＮ・ＯＦＦｉ’に号Ｖｓｗ（閉でＯＮ）、
負荷センサ４５の検出信号Ｖ１．の何れかの信号を選択
するマルチプレクサ５７と、この選択されたアナログデ
ータをデジタルデータに変換するＡ−Ｄ変換器５８と、
前述した接地装置５１と、０；１記マルチプレクサ５１
．Ａ−Ｄ変換器５８．接地装置５１と、ＣＰＵ５４との
間のインタフェースをとるＰｌｏ（ペリフェラル＋１０
）５９と、パンテリ５２の電圧ＶＢを定電圧■。に変え
る定電圧装置ｗ６０とを備えて構成されている。尚、」
１記ＣＰＵ５４はＰＩ０５９を介してマルチプレクサ５
７へのチャンネル指示を行い、Ａ−Ｄ変換器５８からの
変換終了を示ずＥＯＣ信号を受し」た後に、デジタル変
換されたデータを入力させるようになっている。また接
地装置５Ｉは、パワーＩ−ランジスタを主体とした７系
統の接地制御回路５１ａ〜５１ｇを有している。

ここで、Ｂｉｌ制御装置ｆ５’５０は、機関回転速度セ
ンサ４４の検出信号■８から機関が始動しているか否か
を判定し、また前記電磁式三方弁４０を切換え制御し圧
力センサ”４２の圧ノｊ信号ｖ１からトラップに捕集さ
れＣいるｆＪＩｌ気微粒気量粒子量するように構成され
ている。そして、制御装置５０は排気微粒子計が第１設
定値ＫＳＩ□（早めにバーナ２５を作動させても燃費悪
化の面で許容できる値）以−にのときで手動スイッチ６
１のＯＮ　−ＯＦＦ信号ＶＳＷが所定値ＶＳＥ］ヌトず
なわち手動スイッチ６１がＯＦ　Ｆのとき接地制御回路
５１ｇを介し゛ζ浦集量表示器６３に１）ＩＩ電して捕
集量表示器６３を点灯させるように構成されている。こ
の状態で、−ｆ動スイッチ６１からのＯＮ信号が入力さ
れると制御装置５０はトラップ２４の再生時期と判定し
燃ネ１噴射弁３０．燃料ポンプ３３．ｂ−カブ１３７及
びグロープラグ２９に通電してバーナ２５を燃焼作動さ
せるように構成されている。

また、制御装置５０は排気微粒子量が前記第１設定値よ
り大きな第２設定値に□、（トラップ再生時の微粒子の
発熱によりトラップ２４が破Ｉ員するのを防止できる限
界値）になったときには手動スイッチ６１のＯＮ・ＯＦ
Ｆ状態の如何に関わらずトラップ２４の再生時期と判定
し燃料噴射弁３０．燃料ポンプ３３．三方弁３７および
グロープラグ２７に通電してバーナ２５を燃焼作動させ
るように構成されている。また、制御装’Ｉｔ　５０は
負荷センサ４５と温度センサ４３との信号ＶＬ、ＶＴか
らバーナ２５の燃焼作動の有無を判定するように構成さ
れている。さらに、制御装置５０はバーナ２５作動時に
はバーナ作動表示器６２に通電してその表示器６２を点
灯さセる。

したがって、本実施例では、圧力セン４Ｊ４２と制御装
置５０とにより捕集量検出手段を構成し、制御装置５０
が警報制御手段とバーナ作動制御手段を構成する。

次に第３図に示すフローチャートに基づいて作用を説明
する。

Ｓｌで回転速度信号ＶＲをＣＰＵ５４の記憶部（ＲＡＭ
）にメモリし、Ｓ２で機関が始動しているか否か、具体
的には機関回転速度が例えば５００ｒｐｍ以りであるか
否かを判定する。Ｎｏの場合はＳ８で捕集量表示器６３
を非作動としだ後Ｓ］５でいかなる場合にもバーナ２５
を非作動とし、Ｓｌ６でバーナ作動表示器６２を非作動
とする。また、ｙ　ｉ＝　ｓの場合はＳ３で負Ｍ（ｉ号
ＶＬと温度出力電圧ＶＴとをＣＰｌ、Ｊ５４の記憶部（
ＲＡＭ）にメモリし、Ｓ４で現在バーナ２５の作動操作
中か否か判定する。ここでＹＥＳの場合はＳ１２へ進み
、引き続きバーナ２５の作動制御を行う。ＮＯの場合は
、Ｓ５で電磁式三方弁４０の通路を周期的に切り換えて
、トラップ入口圧と出口圧Ｐ、、Ｐ、をそれぞれ圧力セ
ンサ４２の出力信号ｖｐ、、ｖｐｚとして検出する。そ
してわちハニカＪ、式のトラップ２３は層流型燃料計の
特徴があり、排気微粒子の捕集量を一定とすればトＰ、
−Ｐ、とは直線比例し換言すれば■Ｐ、とΔは一定とな
り排気微粒子量の変化に対応してＫは変化するからＫか
ら排気微粒捕集量に決定できる。

Ｓ６で現在の捕集量に対応する演算値Ｋを求めた後、Ｓ
７でそれが第１設定値に、。に達したか否か判定する。

ＹＥＳの場合はＳ９に進んで捕集量表示器６３を作動さ
せてＳＩＯへ進み、Ｎｏの場合はＳ８へ進む。３１０で
は手動スイッチ６１が運転者によって操作されたか否か
を判定する。ずなわち手動スイッチ６１がＯＮ（閉）の
場合、ｖｓｉｉ−ｖｃｃ（定電圧５Ｖ）となるためＶ　
ＳＥＴを例えば４■とすることによって手動スイッチの
ＯＮ（閉）、０ＦＦ（開）作動が判定できる。ＳＩＯで
手動スイッチ６１がＯＮ（閉）の場合はＳ１２へ進んで
バーナ２５を作動させ、ＯＦＦ　（開）の場合はＳｌｌ
でＫが第２の設定値に□うに達したか否かを判定しＮｏ
の場合は３１５へ進み、ＹＥＳの場合は３１２へ進んで
バーナ２５を作動さ・ｌ！、Ｓ１３でバーナ作動表示器
６２を作動さ・口、３１４でバーナ２５の作動が所定時
間か否かに戻り所定時間が経過するまでハーリ・２５を
作動させる。

これにより、バーナ２５の燃料作動により発生ずる高温
ガスにてＩ−ラップ２４に捕集された排気１敗粒子が燃
焼除去される。

以−１−説明したように、トラップに捕集された排気微
装置が第１設定値以上になったときに捕集量表示器６３
を点灯させて警告し、この状態で手動スイッチ６１がＯ
Ｎされたときにバーナ２５を燃料作動させる一方、手動
スイッチ６１がＯＦＦの状態でも第２設定値になったと
きに強制的にバーナ２５を燃焼作動させるようにしたの
で、トラップ２５に捕集された排気微粒子を燃焼除去で
きもって排気圧力上昇による燃費１機関出力及び運転性
能の悪化を防ｌにできる。最悪の場合でもトラップ再生
時にお＋Ｊるトラップ２４の破損を防止できる第２設定
値になったときにバーナ２５を燃焼作動させてトラップ
２４の再生を行うからトラップ２４の破損を防止できる
。バーナ２５の燃焼作動中には機関が運転されているか
ら排気流によりトラップ２４内を冷却でき排気微粒子の
燃焼熱によるトラップ２４内温度の上昇を抑制できこれ
によってもトラップ２４の破損を防止できる。

また、第１設定値になったときに捕集量表示器６３を点
灯させて警告するようにしたので、第２設定値になるま
での間に余裕がありトラップの再生場所を選ぶことがで
きる。また、本実施例ではバーナ２５の燃焼作動時には
バーナ作動表示器６２を点灯させたのでバーナ２５の作
動中には機関を停止１−させないように警告できるから
これにより前記トラップの破損を防止できる。

〈発明の効果〉 本発明は、以上説明したように、ｉＪｌ。気量粒子量が
第１設定値以上になったときに警報を発して運転手等に
手動スイッチをＯＮさ・ｌるように促し、また第１設定
値より大きくかつトラップの破損許容限界値以下である
第２設定値以−１−になったときに手動スイッチのＯＦ
Ｆ状態に関わらずバーナを燃焼作動させるようにしたの
で、手動スイッチがＯＮされなくともトラップの再生を
図れ燃費１機関出力および運転性能の悪化を防止できる
と共にトラップの破損を防止できる。また、バーナ作動
時には機関が運転されているから排気流によるトラップ
が冷却され排気微粒子の燃焼熱によるトランプの温度上
昇を抑制できこれによってもトラップの破１員を防１１
−できる。また、第１設定値になったとき警報を発して
警報するようにしたので、第２設定値になるまでの間余
裕がありトラップの再生場所を選ぶことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の構成を示す図、第２図は本発明の一実
施例を示す全体図、第３図はフローチャート、第４図は
排気微粒子処理装置の従来例を示す概略図、第５図は第
４図の要部構成図である。 ２１・・・排気通路　　２４・・・トラップ　　２５・
・・バーナ４２・・・圧力センサ　　４４・・・機関回
転速度センナ５０・・・制御装置　　６１・・・手動ス
イッチ　　６３・・・捕集黴表示器

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 排気通路に介装され排気中の微粒子を捕集するトラップ
   と、該トラップにより捕集された排気微粒子を加熱燃焼
   させるバーナと、を備える内燃機関の排気微粒子処理装
   置において、前記トラップの排気捕集量を検出する捕集
   量検出手段と、機関の回転速度を検出する機関回転速度
   検出手段と、選択的にＯＮ・ＯＦＦ操作される手動スイ
   ッチと、警報を発する警報手段と、排気微粒子捕集量が
   第１設定値以上のときに前記警報手段に警報信号を発す
   る警報制御手段と、機関回転速度が所定値以上のときに
   作動し前記第１設定値以上でかつ前記手動スイッチＯＮ
   のとき或いは手動スイッチのＯＦＦ状態に関わらず排気
   微粒子捕集量が前記第１設定値より大きくかつトラップ
   の破損許容限界値以下である第２設定値以上のときに前
   記バーナを燃焼動作させるバーナ作動制御手段と、を設
   けたことを特徴とする内燃機関の排気微粒子処理装置。