JPS6345484B2

JPS6345484B2 -

Info

Publication number: JPS6345484B2
Application number: JP56032413A
Authority: JP
Inventors: Masaharu Asano; Hidetoshi Kanegae
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1981-03-09
Filing date: 1981-03-09
Publication date: 1988-09-09
Also published as: JPS57148016A

Description

【発明の詳細な説明】この発明は、内燃機関等における排気中の煤を
除去して浄化する集塵装置を持つ排気浄化装置に
関する。

特にデイーゼルエンジン等の内燃機関では、そ
の排気ガスを浄化するために、排気管中に集塵装
置を設けることが提案されている。

例えば第１図に示すように、エンジン１の排気
は、排気管２からマフラ３を介して外部に放出さ
れるが、この排気管２とマフラ３の間に集塵装置
４を介在させ、排気中の煤をこの集塵装置４に集
めて排気を浄化しようとするものである。

しかしながら、この種の排気浄化装置は、使用
過程において除々にその集塵装置が目づまりを起
こし、エンジン出力の低下をひき起こすことが予
想される。

この目づまりを解消するためには、堆積した煤
を加熱して燃やせばよいので、一定走行距離毎
に、あるいは、エンジン始動毎にこれを行なう方
式が考えられる。

例えば第２図に示すように、排気管の途中に介
在させた集塵装置１１の前方に燃焼室１２を設
け、この燃焼室１２にバーナ１３と空気取入口１
４を設けておいて、始動スイツチ１５をオンする
たびに制御装置１６にバツテリ１７から電圧を供
給して、この制御装置１６によつて燃料ポンプ１
８を制御してバーナ１３への燃料供給と点火を制
御し、集塵装置１１を加熱するようにする。

しかし、この方式は集塵装置１１に堆積される
煤の付着程度のバラツキに弱いこと、及び無駄に
燃料を消費するおそれがあること等の欠点があつ
た。

また、例えば特開昭56−509号公報に見られる
ように、排気ガスの通路内にカーボン微粒子を捕
集する通気性と耐熱性を有するフイルタ（捕集手
段）と酸化触媒とを配置し、その上流側に燃料噴
射ノズルを設け、そのフイルタによる圧力損出等
によつてフイルタの目詰まりを検出して、目詰ま
り状態に応じて燃料噴射ノズルへの燃料供給量を
制御するようにしたものも提案されている。

しかしながら、この場合は燃料噴射ノズルから
噴射させた燃料を、排気ガスの熱と酸化触媒の作
用によつて酸化燃焼させるので、排気ガスの温度
がかなり低い（例えば300℃以下）場合には燃焼
せずに酸化触媒やフイルタに付着し、堆積したカ
ーボン粒子（煤）を燃やして浄化することができ
なくなるばかりか、排気ガスの温度が上昇した時
に滞留した多量の燃料が一度に燃焼して排気管や
フイルタを過熱して劣化を招く恐れもある。

また、フイルタの目詰まり状態をフイルタによ
る圧力損出や排気ガス流量によつて検出しようと
しても、排気ガスの流量や流速はエンジンの運転
状態によつて大きく変動し、一定の運転状態でも
脈動するのでその測定が困難であり、常に正確に
目詰まり状態を検出して燃料噴射ノズルからの燃
料噴射を最適に制御することはできないという問
題があつた。

この発明は上記の点に鑑みてなされたもので、
排気中の煤を集める集塵装置の煤の堆積状態を常
に簡単且つ正確に検出して、最適時期に排気ガス
の温度に関係なく集塵装置に堆積した煤を燃焼さ
せて、その機能低下を防止できるようにすること
を目的とする。

この発明は上記の目的を達成するため、排気管
の途中に、排気中の煤を集める機能を有する集塵
装置を持つ排気浄化装置において、集塵装置付近に設置した煤の堆積量を電気的に
検出する堆積量検出器と、その集塵装置を加熱す
るための加熱手段と、上記堆積量検出器の検知信
号を入力として上記加熱手段の作動を制御する制
御装置とを備え、堆積量検出器によつて所定量以
上の媒の堆積を検知したときだけ上記制御装置に
よつて加熱手段を作動させることにより、集塵装
置の機能低下を防止するようにすると共に、上記堆積量検出器にこの堆積量検出器自体を熱
するためのヒータを備え、この堆積量検出器が所
定量以上の煤の堆積を検出した後、上記制御装置
によつて集塵装置の加熱手段が作動される際に、
このヒータも同時に加熱されてこの堆積量検出器
がリフレツシユされるようにしたものである。

以下、添付図面を参照して、この発明の実施例
を説明する。

第３図は、この発明の一実施例を示す模式的構
成図であり、まず構成を説明すると、集塵装置２
０の上流側付近に、煤の堆積量を検出する堆積量
検出器２１を設置し、この堆積量検出器２１の検
出状態に応じて処理回路２２および制御装置２３
の働きによつて燃料ポンプ２４を通じてバーナ２
５への燃料供給を制御するものであつて、集塵装
置２０に許容量以上の煤が付着したときにバーナ
２５を点火し、集塵装置２０の前方に設けた燃焼
室２６で燃料を燃やして集塵装置２０を加熱し、
付着した煤を燃やすものである。

なお、図示してないが、制御装置２３はバーナ
２５への点火も制御する。また、堆積量検出器２
１は集塵装置２０の近傍に設置されているので、
その煤の堆積状況は集塵装置２０における煤の付
着状況と全く同様とみて差支えない。

第４図は、第３図における堆積量検出器２１、
処理回路２２、及び制御装置２３の具体例を示す
回路図である。

堆積量検出器２１として、煤の堆積量が増加す
るにともなつてその低抗値が減少する抵抗素子
R₁を用い、処理回路２２で抵抗R₂を介して直流
電圧Ｅを与えて抵抗値の変化を電圧変化に変換
し、制御装置２３で燃料ポンプ２４の駆動信号を
つくるものである。

第７図は、この煤の堆積量検出器２１の具体例
の平面図を示したものである。この検出器２１
は、電気的絶縁体であるセラミツクでつくられた
網状の担体４１の両端に一対の電極４２，４３を
付加し、この担体４１の網目４４に煤が付着する
ようにしたものである。なお、担体４１を網状に
形成せずに、例えば板状に形成してもよく、さら
にその表面に多数の凹凸を設けて煤が付着し易く
してもよい。

担体４１に煤が付着すると、その付着量に応じ
て電極４２と電極４３との間の電気抵抗値が減少
する。煤の付着の厚みをｄ、担体４１の幅と長さ
をそれぞれｗ，ｌ、煤の抵抗率をρとすると、電
極４２，４３間の抵抗値Ｒは次式によつて得られ
る。

Ｒ＝ρ・ｌ／ｗ・ｄすなわち、抵抗値Ｒは煤の付着厚みすなわち堆
積量ｄに逆比例する。これを図示すると第５図の
ようになる。担体４１の表面に一様に煤が堆積せ
ずに場所によつてｄの値が異なつても、抵抗値Ｒ
はその平均値に逆比例するので平均の堆積量を表
わすことになる。

また、この検出器２１を用いる場合には、煤が
ある一定量付着したことを検出することにより所
定の処置を行なうわけであるが、その後はまた繰
り返し煤の堆積量の検出が可能とならなければな
らない。そのため、担体４１に付着した煤を取り
除く必要があるので、第８図乃至第１０図に示す
ように担体にヒータを付設すれば、これに通電す
ることにより煤を除去して再生することができ
る。

第８図及び第９図はそのようなヒータ付の検出
器を示し、担体を多層状にした例である。上層の
担体４５には両端部に対の電極４６，４７が設け
られており、この上層の担体４５と別の下層の担
体４８との間に、第９図に示すようにヒータ用抵
抗体４９を介在させて、第８図に示すように重ね
合わせて構成してある。そして、担体４５の表面
に煤が付着したとき、ヒータ用抵抗体４９に通電
して加熱することにより煤を焼却して除去するこ
とができる。

第１０図はヒータ付検出器の別の例を示し、担
体５０の電極５１，５２を設けた面とは反対側の
面に、ヒータ用抵抗体５３を付加したものであ
る。

第４図の制御装置２３は、オペアンプA₁と抵
抗R₃〜R₅とによつて構成した第１の比較回路と、
コンデンサC₁，ダイオードD₁及び抵抗R₆〜R₈と
によつて構成した積分回路と、オペアンプA₂と
抵抗R₉，R₁₀とによつて構成した第２の比較回路
とからなる。

オペアンプA₁は、その反転入力端子に堆積量
検出器２１の出力信号ａを加え、非反転入力端子
には直流電圧Ｅを抵抗R₃，R₄で分圧して判定レ
ベルｂとして与えると共に、出力端子との間に抵
抗R₅（ヒステリシスをつけるため）を接続してあ
る。いま、処理回路２２の出力信号ａが判定レベ
ルｂより下がると、オペアンプA₁の出力ｃがロ
ーレベル“Ｌ”からハイレベル“Ｈ”に変り、こ
の変化は抵抗R₅を介して非反転入力端子に伝わ
るので、判定レベルｂも幾分レベルアツプされ
る。このため、出力信号ａのレベルがもとのレベ
ルに戻つても出力ｃがハイレベル“Ｈ”を維持
し、出力信号ａのレベルがもとのレベルよりも幾
分高くなつた時点で、出力ｃのレベルが“Ｈ”か
ら“Ｌ”に戻ることになる。

オペアンプA₁の出力ｃのレベルが“Ｈ”にな
ると、比較的小さな抵抗値の抵抗R₆及びダイオ
ードD₁を介してコンデンサC₁を充電し、コンデ
ンサC₁の端子電圧ｄを急速に高めてハイレベル
“Ｈ”にする。この端子電圧ｄは、オペアンプA₁
の出力ｃが“Ｈ”である間“Ｈ”に保たれるが、
出力ｃが“Ｌ”になると、コンデンサC₁の電荷
は比較的大きい抵抗値の抵抗R₇によつて放電さ
れ、端子電圧ｄは緩慢に降下する。

オペアンプA₂は、その非反転入力端子に抵抗
R₈を介してコンデンサC₁の端子電圧ｄを加え、
反転入力端子には直流電圧Ｅを抵抗R₉，R₁₀で分
圧してスライスレベルｅとして与えてある。した
がつて、オペアンプA₂の出力レベルｆは、コン
デンサC₁の端子電圧ｄが所定のレベルすなわち
スライスレベルｅ以上である期間だけハイレベル
“Ｈ”となる。この出力レベルｆが“Ｈ”の期間
が燃料ポンプ２４の駆動信号として使われる。

第６図は、上述した第４図の各部の信号レベル
の関係を示す波形図である。

集塵装置２０が使用過程において煤等を集める
ことによつて圧力損失が大きくなつてくるが、そ
の付着程度はその直前に置かれた堆積量検出器２
１の抵抗値の減少程度によつて推定できる。第６
図における処理回路２２の出力信号ａの下降部３
１は、その抵抗値の減少を表わしている。

時刻t₀において、予め定めた抵抗値以下になる
と、すなわち出力電圧ａが判定レベルｂ以下に下
がると、オペアンプA₁の出力ｃがハイレベル
“Ｈ”となり、ついでコンデンサC₁の端子電圧ｄ
も直ちにハイレベル“Ｈ”に達し、スライスレベ
ルｅ以上になるためオペアンプA₂の出力ｆもハ
イレベル“Ｈ”になつて燃料ポンプ２４への駆動
信号を出し始める。

それによつて燃料ポンプ２４が作動し、バーナ
２５に燃料が供給されて点火され、付着した煤が
燃えると堆積量検出器２１の抵抗値が増加する。
このため、処理回路２２の出力信号ａの電圧は、
第６図における上昇部３２に示すように上昇傾向
に移る。そして、抵抗R₅を介して判定レベルｂ
が多少高くなつたレベル３３よりも出力信号ａが
大きくなつた時刻t₁において、オペアンプA₁の出
力ｃはローレベル“Ｌ”に戻る。

このオペアンプA₁の出力信号ｃを直接燃料ポ
ンプ２４の駆動信号とすることにより、時刻t₀か
ら時刻t₁までの時間だけバーナ２５を点火するよ
うにしても良いが、付着した煤を充分に燃やすた
めの加熱時間を得る方法として、第４図の実施例
ではコンデンサC₁の充放電を利用している。

比較的抵抗値の小さい抵抗R₆を介して、コン
デンサC₁を充電する方向の極性にダイオードD₁
を介挿し、コンデンサC₁の放電は比較的抵抗値
の大きい抵抗R₇のみで行なうようにしたので、
コンデンサC₁の端子電圧ｄは、第６図に示すよ
うに立上りが急峻ですぐ頂点に達し、一方立下り
は緩慢で後に長く尾を引く波形となる。この端子
電圧ｄをオペアンプA₂の非反転入力端子に加え、
反転入力端子に与えるスライスレベルｅを適当に
定めることにより、出力信号ｆとして期間（t₀〜
t₁）をさらに延長したハイレベル“Ｈ”の期間
（t₀〜t₂）を得ることができる。

ここでは例示していないが、別の方法として
は、オペアンプA₁に与える判定レベルｂとして
大きなヒステリシスを設け、加熱終了時期を堆積
量検出器２１の出力値そのもので得る方法もあ
る。勿論その場合はオペアンプA₁の出力信号ｃ
を燃料ポンプ２４の駆動信号とする。

ただし、前者には判定レベルｂのヒステリシス
に高い精度を要求されないものの、加熱期間が集
塵装置２０のバラツキに応じて変化しない欠点が
ある。後者には集塵装置２０の個体差に応じた加
熱期間を得られるものの、そのための判定レベル
設定には堆積量検出器２１の検出精度のバラツキ
を含めて高い精度を要求される。そこで、両者を
複合した方式を使うことも有効である。

なお、加熱方法として第３図の実施例では燃料
を燃やす方式を示したが、集塵装置の周囲あるい
は内部に電熱器を設けて、この電熱器に通電して
加熱する方式をとつても差支えない。この電熱器
による方式は、燃焼式に比べて実装の面で自由度
があり有利である。

また、加熱装置が集塵装置に対してのみ作動す
るような構成においては勿論、バーナで堆積量検
出器も同時に加熱する場合でも、堆積検出器には
別途にヒータを内蔵しておいて、このヒータを加
熱することにより媒の堆積量が所定量以上になつ
たことを検出するたびに、この堆積量検出器に堆
積した煤も完全に燃焼させてリフレツシユするよ
うにしたので、再びその後の煤の堆積量を正確に
検出することができ、システムの信頼性を高める
ことができる。

以上説明してきたように、この発明によれば、
排気浄化装置における集塵装置の直前に煤の堆積
量を電気的に検出する堆積量検出器を設け、この
堆積量検出器の検出値に基いて集塵装置を加熱す
る構成としたため、加熱時期を固定せずに、運転
状態の違いやエンジン、集塵装置等の構成要素の
個体差に応じて必要な時期だけ加熱して、集塵装
置に堆積した煤を効率よく確実に燃焼させてその
機能低下を防止することができるようになる。し
たがつて省エネルギーになり、また集塵装置の耐
久性も向上する。

さらに、堆積量検出器にこの堆積量検出器自体
を熱するためのヒータを備え、この堆積量検出器
が所定量以上の煤の堆積を検出して集塵装置の加
熱手段が作動される際にこのヒータも同時に加熱
され、この堆積量検出器に堆積した煤も完全に燃
焼させてリフレツシユするようにしたので、常に
煤の堆積量を正確に検出することができ、信頼性
の高い排気浄化装置を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、従来の排気浄化装置の構成を示す概
要図、第２図は、従来の集塵装置の加熱制御方式
を示す模式的構成図、第３図は、この発明の一実
施例を示す模式的構成図、第４図は、第３図にお
ける堆積量検出器、処理回路及び制御装置の具体
例を示す回路図、第５図は、堆積量検出器におけ
る抵抗素子の抵抗値と煤の堆積量との関係例を示
す特性曲線図、第６図は、第４図の回路図中にお
ける各信号レベル間の関係を示す波形図、第７図
は、堆積量検出器の具体例を示す平面図、第８図
及び第９図は、堆積量検出器の他の具体例を示す
斜視図及び分解斜視図、第１０図は、堆積量検出
器のさらに他の具体例を示す側面図である。１……エンジン、２……排気管、４，１１，２
０……集塵装置、１２，２６……燃焼室、１３，
２５……バーナ、１６，２３……制御装置、１
８，２４……燃料ポンプ、２１……堆積量検出
器、２２……処理回路。

Claims

【特許請求の範囲】１排気管の途中に、排気中の煤を集める機能を
有する集塵装置を持つ排気浄化装置において、前記集塵装置付近に設置した煤の堆積量を電気
的に検出する堆積量検出器と、前記集塵装置を加
熱するための加熱手段と、前記堆積量検出器の検
知信号を入力として前記加熱手段の作動を制御す
る制御装置とを備え、前記堆積量検出器によつて
所定量以上の煤の堆積を検知したときだけ前記制
御装置によつて前記加熱手段を作動させることに
より、前記集塵装置の機能低下を防止するように
すると共に、前記堆積量検出器にこの堆積量検出器自体を熱
するためのヒータを備え、この堆積量検出器が所
定量以上の煤の堆積を検出した後、前記制御装置
によつて集塵装置の加熱手段が作動される際に、
前記ヒータも同時に加熱されてこの堆積量検出器
がリフレツシユされるようにしたことを特徴とす
る排気浄化装置。