JPH01106916A - エンジンのスモーク低減装置 - 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］ 本発明はディーゼルエンジンのスモーク低減装置に関す
る。

［従来の技術およびその問題点コ 従来、トンネル等の開所で稼動するディーゼルエンジン
を搭載した建設機械には、ＨＣ，Ｃｏ等の排ガス中の有
害成分を酸化除去するためにいわゆる触媒マフラが装着
されている。しかしながら、従来の触媒マフラは排ガス
中の黒煙粒子までは除去できず大気中に放出しているの
が実状である。

これを防止すべくフィルタ等で捕捉することは試みられ
てきたが、目詰りを取るためには黒煙粒子を燃焼させる
必要がある。しかしながら、排ガスからは必ずしも十分
な燃焼温度が得られないので特別な過熱装置を設ける必
要があり、このため装置が大がかりとなりかつコントロ
ールが複雑となる。また、排ガスを水中を通して黒煙を
除去する従来技術もあるが、水タンクの容量の問題や蒸
気発生等の問題がある。

［問題点を解決するための手段］ 本発明は上記従来の欠点を除去すべくなされたものであ
って、このため本発明によるスモーク低減装置は、エン
ジンの排気系に介装された黒煙粒子捕集用のトラップ装
置であって、内部通路壁に黒煙の燃焼温度を低下せしめ
る触媒を担持されたハニカム構造のセラミックトラップ
アッセンブリを含むトラップ装置と；該トラップ装置の
入口部に設けられた圧力センサと；エンジンの回転セン
サと；エンジンの吸気系に設けられたバタフライバルブ
と；回転センサからの信号よりトラップ装置の排圧規定
範囲をもとめ、該排圧規定範囲と前記圧力センサからの
排圧とを比較してトラップ装置内の排圧が該排圧規定範
囲内に保たれるように前記バタフライバルブの開閉制御
を行うコントローラおよびアクチュエータと；トラップ
装置の排圧状態を表示するインジケータとからなること
を特徴とする。

［作　　用］ コントローラがその都度のエンジン回転数よりトラップ
装置内の排圧規定範囲を算出する。実稼動中、圧力セン
サからの排圧が上記規定範囲内にある場合はトラップ装
置により捕集された黒煙粒子は排ガスによって燃焼され
る。建設機械の実稼動ではトラップ装置直前の排気温度
が５００℃を越える機会は多く、トラップ装置に捕集さ
れた黒煙は触媒の作用で実稼動中に十分燃焼可能である
。

しかし低速稼動が続くなどして黒煙粒子がトラップ装置
内に蓄積して排圧が規定上限値を越えると、インジケー
タがこれを表示し、アクチュエータがバタフライバルブ
を絞り、これによってトラップ＝　５− 装置内の温度を上昇させ黒煙の燃焼速度を促進させる。

圧力センサからの排圧が規定下限値以下に低下すると、
アクチュエータはバタフライバルブを全開させ、通常運
転状態に復帰させる。これによって、特別な加熱装置を
必要とすることなく排ガスによって黒煙粒子をコントロ
ール可能に燃焼させることができる。またセラミックト
ラップアッセンブリを建設機械に組み込んだままトラッ
プ装置を再生することができるので装置のサービス性と
耐久性とを向上させることができる。

［実　施　例］ 以下、本発明の好適な実施例を添付図面に沿って説明す
る。

第１図は、本発明の一実施例を示す概略構成図で、同図
において１は車両エンジン、３は該車両エンジンの吸気
系および排気系に接続されたターボチャージャ、５は該
エンジンの吸気系に組み込まれたバタフライバルブ、７
は該バタフライバルブを開閉制御するアクチュエータ即
ちソレノイドバルブ、９はプレクリーナー、１１はエア
フィルター、１３はエンジンの排気系に介装されたトラ
ップ装置、１５は該トラップ装置内に組み込まれた単数
または複数（図示例では２個）のセラミックトラップア
ッセンブリ、１７は該トラップ装置の入口の排気圧を検
知する圧力センサ、１９は該トラップ装置の入口の温度
を検知する温度センサ、２１はエンジンの回転センサ、
２３は回転センサ２１からの信号にもとづきトラップ装
置内の排圧規定範囲をもとめ、これと圧力センサ１７か
らの信号とを比較しまた温度センサ１９からの信号をあ
らかじめ設定した許容温度上限値と比較し、これに応じ
てバタフライバルブ５を開閉するようアクチュエータ７
を作動するコントローラ、２５はコントローラを自動再
生モードと手動再生モードとの間で切り換えるモード切
り換えスイッチ、２７はコントローラが手動再生モード
にある際にバタフライバルブを開閉制御するマニュアル
再生スイッチ、２９はトラップ装置の排圧状態および温
度状態をオペレータに知らせるインジケータをそれぞれ
示す。

上記トラップ装置１３に組み込まれるセラミックトラッ
プアッセンブリ１５は、第２図および第３図に示すよう
に、全体がほぼ円筒状をなしかつ内部に多数の内部通路
をふくむセラミック材料よりなるハニカム構造のセラミ
ックトラップ３１を含む。

該セラミックトラップ３１に用いるセラミック材料は耐
熱性がよく自動車の排ガス浄化用コンバータ等で実績の
あるコージライト系セラミックを使用するのが望ましい
。内部通路３３は入口と出口とを交互に目封じ材３５に
て閉じてあり、これにより排ガスは通路の多孔質薄壁３
７を図示矢印のように通過し、排ガス中の黒煙粒子はこ
の多孔質薄壁で捕集される。捕集された黒煙粒子はセラ
ミックトラップを目づまりさせるため、この黒煙粒子を
燃焼させてセラミックトラップを再生させる必要がある
が、このためセラミックトラップ内を黒煙粒子の燃焼反
応温度まで上昇させねばならない。しかしながら、セラ
ミックトラップ内の排ガス温度をこのように上昇させる
にはバーナやヒータ等の他の機器を使用しなければなら
ず、装置が複雑となりかつ取り扱いが面倒になる。そこ
で、本発明ではセラミックトラップ３１の多孔質薄壁３
７に黒煙粒子の燃焼反応温度を低下させる触媒を担持せ
しめ、排ガスにて黒煙粒子を燃焼させるようにした。

上記の触媒としては黒煙粒子の燃焼温度を低下させる一
方、イオウ成分の生成を抑制し、またＨＣやＣＯ等の有
害成分を酸化させる成分をも含む白金系の触媒であるこ
とが望ましい。この触媒を例えばセラミックトラップの
多孔質側壁にコーチングされたアルミナによって担持さ
せる。実験によれば触媒の使用により黒煙粒子は４３０
℃前後で燃焼することが確認できたが、この温度は実機
の実稼動ではかなりの頻度で出現する温度であり、自己
再生が十分可能である。

このようなセラミックトラップ３１は、第４図に示すよ
うに、周囲を熱膨張シールやワイヤメツシュ等の緩衝材
３９で巻きさらにその上を金属の外筒４１で覆ってトラ
ップアッセンブリ１５とし、このトラップアッセンブリ
１５を単数または複数個（図示例では２個）第５図に示
すように、排気装置の入口側マニホールド部分４３と出
口側マニホールド部分４５のフランジ４３ａ　、　４５
ａ間に挟み込み、必要に応じてスペーサを介してこれを
複数個のボルト、ナツト４７で固定する。セラミックト
ラップ３１は割れやすく、熱膨張シールやワイヤメツシ
ュ等の緩衝材３９で防振的に保持する必要があるが、緩
衝材は使用後に熱膨張しているためセラミックトラップ
３１そのものを外筒４１より壊さずに取り出すことは困
難である。そこで、図示のように、トラップアッセンブ
リ１５をユニットとして外筒４１ごと交換可能とするこ
とによりサービス性と保守性とを向上させることができ
る。また、外筒ごと取り出すことにより機外での再生を
も容易に行うことができる。さらに、トラップアッセン
ブリ１５の組み込み個数を適宜かえることにより小型車
両から大型車両まで容量の異なったシステムに適合させ
ることができる。なお、第５図において４９は入口側マ
ニホールドに固定された入口バイブ、５１は該パイプに
固定された排ガス分散板、５３はフランジ４３ａ。

４５ａに設けられた開口、５５は出口側マニホールドに
設けられた出口バイブをそれぞれ示す。

第６図および第７図は本発明におけるコントロールの内
容をフローチャートによって示す。以下、本発明装置の
作用をこのコントロールの内容とともに説明する。

本発明装置のコントロールは第６図に示された再生コン
トロールと第７図に示されたタイマ割り込みによる温度
コントロールの双方を含む。

再生コントロールにおいては、まず、建設機械の実稼動
モードにて装置をスタートさせるとバタフライバルブ５
が全開し、インジケータランプ緑が点灯する（ステップ
１．２）。この場合トラップ装置入口の排圧Ｐが、その
都度のエンジン回転速度により算出される規定下限値Ｐ
、と比較され、該排圧Ｐが規定下限値Ｐ、以下であるな
らばバルブ５の全開及びインジケータランプ緑点灯が継
続される（ステップ１４）。該排圧Ｐが規定下限値ＰＬ
を越えているならばコントローラをモード切り換えスイ
ッチ２５により自動再生モードとしておくと、トラップ
装置入口の排圧Ｐがその都度のエンジン回転速度より算
出される規定範囲の規＝　１１− 定上限値Ｐ　と比較され、該排圧Ｐが規定上限値ＰＬ以
下であるならばインジケータランプ緑が点灯したまま通
常運転が行われる（ステップ３゜４）。上記規定上限値
ＰＩＩは、規定下限値Ｐ、とともに、コントローラ２３
によって一定時間ごとにエンジンの回転センサ２１より
読み込まれた回転速度に基づき所定の算式に従って算出
される（第８図参照）。この通常運転の状態では、トラ
ップ装置１３により捕集された黒煙粒子は先に述べた触
媒の作用のもとて当該トラップ装置内に導入される排ガ
スによって燃焼される。建設機械の実稼動モードでは、
トラップ装置直前の排ガス温度が５００℃を越える場合
が多く、黒煙粒子は排ガスによって十分燃焼し、排圧Ｐ
も規定上限値ＰＨをこえることはほとんど無い。

しかしながら、低負荷運転が長く続くなどして、トラッ
プ装置に捕集された黒煙粒子がトラップ装置を目詰まり
させると、排圧Ｐが上昇してエンジンの性能低下をきた
す。そこで本発明ではかがる場合にトラップ装置内の黒
煙粒子を強制燃焼させてトラップ装置を再生させるよう
にしている。

すなわち、排圧Ｐが規定上限値ＰＨ（例えば５％程度の
エンジン出力低下を引き起こす排圧に相当）を越えると
、オレンジのインジケータランプが点灯されるとともに
、吸気系に介装されたバタフライバルブ５が軽度の吸気
絞りを行うようにアクチュエータ７が作動される（ステ
ップ５，６゜７）。この自動再生は建設機械の実稼動中
に行われるのでバタフライバルブ５を過度に絞ることは
できない。これによりトラップ装置内の排ガス温度が上
昇せしめられて黒煙粒子が強制燃焼される。

このようにして強制燃焼とともに排圧Ｐが除々に低下し
、その都度のエンジン回転速度より求められる規定下限
値Ｐ、以下になるとバタフライバルブが全開され通常運
転に戻される（ステップ８．１）。この規定下限値ＰＬ
は例えばトラップ装置に実質的な目詰まりが無い場合の
排圧抵抗値とすることができる。もし、強制燃焼の途中
でたとえ排圧Ｐが規定下限値ＰＬ以下に下がらない場合
でも通常運転に戻したい時には、自動再生モードを切れ
ばよい（ステップ９，１０．１）。

当該実施例装置においては上記の強制燃焼は建設機械を
定位置に停止した状態で行うこともできる。この場合に
は、排圧Ｐが規定下限値ＰＬをこえている状態において
コントローラを手動再生モードに切り換え、オペレータ
が再生開始スイッチ２７を入れることにより行うことが
できる（ステップ６、１１．９．１０）。すなわち、再
生開始スイッチ２７を入れるとアクチュエータフにより
バタフライバルブ５が過度の吸気絞りを行うよう作動さ
れる（ステップ１２．１５）。これにより排ガス温度が
さらに高温に上昇され（例えば５５０°Ｃ）　トラップ
装置の再生が短時間で行われる。この強制燃焼は排圧Ｐ
が規定下限値Ｐ、となるまで続けられ、排圧Ｐが規定下
限値ＰＬ以下に下がるとバタフライバルブが全開されて
通常運転に戻される（ステップ８．１）。また、強制燃
焼の途中で通常運転に戻したいときには再生スイッチを
切ればよい（ステップ９，１０．１）。

また、排圧Ｐが規定上限値ＰＨを越えない場合であって
も、随時（例えば定期点検時等）排圧Ｐが規定下限値Ｐ
、となるべく強制燃焼させることができるようになって
いる。すなわちこの場合はコントローラを手動再生モー
ドとし、オペレータが再生スイッチを入れることにより
オレンジのインジケータランプが点灯され（ステップ３
，１３゜５）、バタフライバルブが過度の吸気絞りを行
うようアクチュエータ７が作動される（ステップ６、１
１．１２）。この場合再生スイッチを切れば通常運転状
態に戻される（ステップ１３，４あるいはステップ１１
．４）。

第７図は、エンジンの過熱防止のため上記トラップ装置
の再生中にタイマ割り込みによって行われる排ガスの温
度コントロールのフローチャートを示す。すなわち、コ
ントローラ２３は一定時間ごとに回転センサ２１よりエ
ンジンの回転速度Ｎを読み込み、この回転速度より規定
上限値ＰＨと規定下限値Ｐ、とを算出するとともに、温
度センサ１９よりその都度の排ガス温度Ｔを読み込み、
該排ガス温度Ｔとあらかじめセットされた上限温度”　
ＭＡＸとを比較する（ステップ１．２．３．４）。

排ガス温度Ｔが上限温度ＴＭＡＸ以下である場合はコン
トロールが終了する（ステップ５）。しかし排ガス温度
Ｔが上限温度”　ＭＡＸを越える場合は（ステップ６）
バタフライバルブが全開されているか否かによってコン
トロールが異なる。すなわち、バタフライバルブ５が全
開となっている場合はコントロールが終了する（なおこ
の場合は車両を停止させるなどの付加的なコントロール
を行う）。またバタフライバルブが全開となっていない
場合はバタフライバルブを全開させ同時にインジケータ
ランプ赤を点灯させるとともに、再び排ガス温度Ｔを読
み込み、該排ガス温度Ｔをあらかじめセットされた許容
温度”ＡＬＷ　　（ＴＡＬＷ　＜ＴＭＡＸ）と比較する
（ステップ７、８．　９．１０）。

そして排ガス温度Ｔが許容温度ＴＡＬＷ以下となるとコ
ントロールが終了する（ステップ５）。

なお、上記の実施例においてはとくに自動再生モードと
手動再生モードとを切り換え可能として建設機械の実稼
動状態と停止状態にて再生できるようにしたが、本発明
では自動再生モードのみを使用してもよい。また、上記
の実施例ではとくにバタフライバルブをトラップ装置の
圧力センサと温度センサからの双方からの信号により開
閉制御しているが、本発明においては圧力センサからの
信号のみによって制御を行ってもよい。

［効　　果コ 以上のように、本発明によれば特別な加熱装置を必要と
することなく排ガスによって黒煙粒子をコントロール可
能に燃焼させることができ、またセラミックトラップア
ッセンブリを建設機械に組み込んだままトラップ装置を
再生することができのでサービス性と耐久性に優れたデ
ィーゼルエンジンのスモーク低減装置を提供することが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明装置の一実施例を示す概略構成図、第２
図は同装置に使用されるセラミックトラップの縦断面図
、第３図は同セラミックトラップの端面図、第４図はセ
ラミックトラップアッセンブリの縦断面図、第５図は同
装置に使用されるトラップ装置を一部断面にて示す拡大
図、第６図は上記実施例装置における再生コントロール
の内容を示すフローチャート、第７図は同実施例装置の
温度コントロールの内容を示すフローチャート、第８図
はエンジン回転数と使用圧力範囲との関係を示すグラフ
である。 １・・・エンジン　　　　５・・・バタフライバルブ７
・・・アクチュエータ　　１３・・・トラップ装置１５
・・・セラミックトラップアッセンブリ１７・・・圧力
センサ　　　　１９・・・温度センサ２１・・・回転セ
ンサ　　　　２３・・・コントローラ２５・・・モード
切り換えスイッチ ２９・・・インジケータ ３１・・・セラミックトラップ ３３・・・内部通路　　　　　３７・・・多孔質薄壁３
９・・・緩衝材　　　４１・・・外筒４３、４５・・・
マニホールド部分 ５７・・・フランジ　　　　　５９・・・ケーシング６
１、６３・・・フランジ　　　６５・・・プレート＝　
１８− ｉｎｎ−

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. （１）エンジンの排気系に介装された黒煙粒子捕集用の
   トラップ装置であって、内部通路壁に黒煙の燃焼温度を
   低下せしめる触媒を担持されたハニカム構造のセラミッ
   クトラップアッセンブリを含むトラップ装置と；該トラ
   ップ装置の入口部に設けられた圧力センサと；エンジン
   の回転センサと；エンジンの吸気系に設けられたバタフ
   ライバルブと；回転センサからの信号よりトラップ装置
   の排圧規定範囲をもとめ、該排圧規定範囲と前記圧力セ
   ンサからの排圧とを比較して当該トラップ装置内の排圧
   が該排圧規定範囲内に保たれるように前記バタフライバ
   ルブの開閉制御を行うコントローラおよびアクチュエー
   タと；トラップ装置の排圧状態を表示するインジケータ
   とからなるディーゼルエンジンのスモーク低減装置。
2. （２）前記コントローラおよびアクチュエータによる前
   記バタフライバルブの開閉制御が自動再生モードと手動
   再生モードとでなし得るように切り換え可能となってい
   る特許請求の範囲第１項記載のスモーク低減装置。
3. （３）前記トラップ装置の入口部に温度センサが設けら
   れており、前記コントローラおよびアクチュエータが所
   定時間ごとに該温度センサからの温度と予め設定した許
   容温度とを比較して当該トラップ装置内の温度が許容温
   度以下に保たれるように前記バタフライバルブの開閉制
   御を行うようにした特許請求の範囲第１項または第２項
   記載のスモーク低減装置。
4. （４）前記インジケータがトラップ装置の温度状態を表
   示するようになっている特許請求の範囲第３項記載のス
   モーク低減装置。
5. （５）前記触媒がパラジウム系、ベースメタル系触媒よ
   りなる特許請求の範囲第１項記載のスモーク低減装置。
6. （６）前記セラミックトラップアッセンブリがセラミッ
   クトラップの周囲を緩衝材にて覆いさらにその上を金属
   製の筒体で覆ってある特許請求の範囲第１項記載のスモ
   ーク低減装置。
7. （７）前記トラップ装置は前記セラミックトラップアッ
   センブリを単数個または複数個排気装置の入口側マニホ
   ールド部分と出口側マニホールド部分との間に着脱自在
   に取り付けてある特許請求の範囲第６項記載のスモーク
   低減装置。