JPH01106917A - エンジンのスモーク低減方法 - 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】 ［産業上の利用分野コ 本発明はディーゼルエンジンのスモーク低減方法に関す
る。

［従来の技術およびその問題点コ 従来、トンネル等の閉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（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、排ガス温度からは必ずしも
十分な燃焼温度が得られないので特別な加熱装置を設け
る必要があり、このため装置が大がかりになりかつコン
トロールも複雑となる。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
っ七、このため本発明によるスモーク低減方法は、エン
ジンの排気系に、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黒煙粒子捕集用のトラップ装置
を介装し；該トラップ装置の入口部に圧力センサを設け
；エンジンの回転センサからの速度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、当該トラップ装置内の排
圧が該排圧規定範囲の規定上限値を越えた際にバタフラ
イバルブを絞り、排圧が規定下限値以下となった場合に
バタフライバルブを全開させることによりトラップ装置
内の黒煙粒子の燃焼速度をコントロールすることを特徴
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燃焼温度を低下せしめられるた
めに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、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　例コ 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、本発明方法を実施するための装置例を示す概
略図で、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上限温度および許容温度
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。内部の通路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３７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３７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、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、本発明におけ
る作用をこのコントロールの内容に沿って説明する。

本発明におけるコントロールは第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、建築機械の実稼動
モードにてシステムをスタートさせるとバタフライ弁が
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ＰＬ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２３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定上限値ＰＨと比較され、該
排圧Ｐが規定上限値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ＰＨ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Ｐ１□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
鉛粒子を強制燃焼させてトラップ装置を再生させるよう
にしである。

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が徐々に低下し
、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ＰＬ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、ｌ）この規定下限値Ｐ、は
例えばトラップ装置にほとんど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Ｐｔ、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）。

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Ｐ
Ｌ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７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℃）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Ｐ、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速転状
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ＰＬ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ＴＭ
ＡＸ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ＴＭＡＸ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Ｔ　　　（Ｔ　　　＜ＡＬＷ　　　ＡＬＷ 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”ＡＬＷ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
生することができるのでサービス性と耐久性とに優れた
ディーゼルエンジンのスモーク低減方法が提供される。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法に使用される装置例を示す概略構成
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１
５・・・セラミックトラップアッセンブリ＝　１７− １７・・・圧力センサ　　　　１９・・・温度センサ２
１・・・回転センサ　　　　２３・・・コントローラ２
５・・・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・・・入口側
マニホールド部分 ４５・・・出口側マニホールド部分 ５７・・・フランジ　　　　　５９・・・ケー゛シング
６１、６３・・・フランジ　　　６５・・・プレート特
許出願人　　新キャタピラ−三菱株式会社＝　　１８　
−

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）エンジンの排気系に、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黒煙粒子捕集用のト
   ラップ装置を介装し；該トラップ装置の入口部に圧力セ
   ンサを設け；エンジンの回転センサからの速度信号より
   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、当該トラップ
   装置内の排圧が該排圧規定範囲の規定上限値を越えた際
   にバタフライバルブを絞り、排圧が規定下限値以下とな
   った場合にバタフライバルブを全開させることによりト
   ラップ装置内の黒煙粒子の燃焼速度をコントロールする
   ことを特徴とするディーゼルエンジンのスモーク低減方
   法。
2. （２）前記バタフライバルブの開閉制御を自動再生モー
   ドと手動再生モードとで切換え可能となし、自動再生モ
   ードでは前記バタフライバルブの絞りを軽絞りとなし、
   手動再生モードでは前記バタフライバルブの絞りを過度
   絞りとすることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
   のスモーク低減方法。
3. （３）前記トラップ装置の入口部に温度センサを設け、
   該温度センサからの温度とあらかじめ設定した上限温度
   とを所定時間ごとに比較して当該トラップ装置内の温度
   が上限温度を越えた際にバタフライバルブを全開させる
   ようにしたことを特徴とする特許請求の範囲第１項また
   は第２項記載のスモーク低減方法。
4. （４）前記温度センサからの温度信号をあらかじめ設定
   した許容温度と比較してトラップ装置内の温度が許容温
   度以下に下がるまでバタフライバルブの全開を維持する
   ことを特徴とする特許請求の範囲第３項記載のスモーク
   低減方法。
5. （５）前記触媒としてパラジウム系、ベースメタル系触
   媒を使用する特許請求の範囲第１項記載のスモーク低減
   方法。