JPH04101010A - ディーゼルエンジンの排気微粒子除去装置 - 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排気ガス中に含まれて
いるカーボン等の可燃性排気微粒子を除去する装置に関
する。

（従来の技術） エンジンの排気ガス、特にディーゼルエンジンの排気ガ
ス中にはカーボン等の可燃性排気微粒子（パティキュレ
ート）が含まれているので、この種のエンジンにおいて
は、通常排気通路にパーティキュレートフィルタを備え
て、該フィルタによって上記の排気微粒子を捕集し、外
部への排出を防止することが行われるが、その場合、捕
集による排気微粒子の堆積でフィルタに目詰まりを生じ
るので、定期的あるいは目詰まりを生じる虞れのある時
点で捕集した排気微粒子を除去し、フィルタを浄化ない
し再生することが必要となる。

そのため、たとえば実開昭６１−１７３７１２号公報に
は、排気通路に設けているフィルタに対し可燃物を噴射
し、かつ排気ガスの温度を利用して該可燃物をフィルタ
に捕集している排気微粒子もろとも燃焼させることで、
フィルタの目詰まりを防止する再生処理技術が開示され
ている。

この再生処理技術によれば、フィルタに捕集されている
排気微粒子の除去が可燃物の噴射と排気ガスの温度を利
用する燃焼で行えるので、大掛かりな手段を用いずにフ
ィルタの再生が可能となる。

（発明が解決しようとする課題） ところで、上記の排気ガスを利用した燃焼で排気微粒子
を除去する場合、その除去効率は、当然排気ガスの温度
が高いほど向上する。このため排気通路におけるフィル
タの下流側、および吸気通路に絞り弁を設け、上記のフ
ィルタの再生処理時にこれらの絞り弁により各通路を絞
ることで上記の排気ガスの圧力（以下、排圧と称する）
を高め、温度上昇を促すことが考えられる。また、この
方法によって排気ガスの温度を効果的に高めることがで
きたならば、前述の公報記載の可燃物の噴射をなくして
、排気ガスの熱のみによって排気微粒子の燃焼を可能と
できる。

ところが、上記のように排気通路側および吸気通路側に
それぞれ絞り弁が設けられている構造において、フィル
タ再生処理時の各絞り弁の作動タイミングは、排気通路
側絞り弁を先行させて絞った場合、これによって排気通
路の排圧が一旦上昇しても、その後の吸気通路側の絞り
弁の作動によってエンジンの吸気量が減少し、かつその
分再び排圧が低下することになるから、排気通路側絞り
弁による絞り量は、再生処理のために要求される排圧値
にその後の吸気通路側絞り弁の作動による排圧低下分を
上乗せしたもので行わねばならず、排気通路側絞り弁の
絞り量が大きすぎて該排気通路側絞り弁の作動直後の排
圧が非常に高いものとなって、エンジンにおいては気筒
の排気バルブの閉弁動作に支障をきたすことになる。そ
こで吸気通路側の絞り弁を先に作動させることも考えら
れるが、それではエンジンの吸入空気量が不足し、燃焼
が半失火状態となる虞れがある。

そこで本発明は、吸気通路側絞り弁に先行して排気通路
側絞り弁を絞ることによって燃焼の半失火状態を避けな
がら、しかも排気バルブの閉弁障害をきたすことなく再
生処理が行えるディーゼルエンジンの排気微粒子除去装
置の提供を課題とする。

（課題を解決するための手段） すなわち本発明は、排気通路に可燃性排気微粒子を捕集
するフィルタを備えているディーゼルエンジンの排気微
粒子除去装置において、上記フィルタの下流における排
気通路内と吸気通路内とにそれぞれ絞り弁が設けられる
と共に、フィルタ再生時に、排気通路側の絞り弁を絞り
方向に作動させたのち吸気通路側の絞り弁を絞り方向に
作動させる絞り弁駆動手段と、排気通路側絞り弁の上流
における排圧の大きさを検出して、該排圧がフィルタ再
生時において設定されている所定の圧力となるように該
絞り弁の絞り度を調整する排圧制御手段とが備えられて
いることを特徴とする。

（作　　　用） 上記の構成によれば、フィルタの再生時に、排気通路側
絞り弁よりも上流における排圧の大きさを検出して、こ
の排圧が一定となるように排気通路側絞り弁の絞り量を
調整する排圧制御手段が備えられているから、排気通路
側絞り弁を絞り方向に作動させることによって一旦所定
の値まで上昇した排圧が、その後の吸気通路側絞り弁の
絞り方向の作動によって再び低下しようとしても、上記
の排圧制御手段が排気通路側の絞り弁をさらに絞って、
排気通路内の排圧が所定値から低下するのを防ぐ。また
、排圧が所定の値からさらに上昇しようとした場合には
、排圧制御手段が排気通路側絞り弁の絞り量をちいさく
して排圧の上昇を防ぐ。このためフィルタ再生処理時に
おける排圧が一定し、該排圧の異常な高まりによるエン
ジンの排気バルブの閉弁動作の障害発生が避けられると
共に、排気通路の排圧を適切な値に高めることにより排
気ガスの温度が効果的に上昇し、該フィルタに捕集され
ている排気微粒子の燃焼が確実に行われる。

（実　施　例） 以下、本発明の実施例を図面に基づき説明する。

第１図は４気筒デイゼルエンジン１の排気微粒子除去装
買を示し、該エンジン１は各気筒Ａ〜Ａの燃焼室に燃料
を送り込む燃料噴射ポンプ２を備えている。また１つの
吸気通路３から分岐された分岐吸気通路４〜４がそれぞ
れの気筒Ａ〜Ａの吸気ボートに連通され、各気筒のＡ〜
Ａの排気ボートに連通されている分岐排気通路５〜５が
１つの排気通路６に集合されていると共に、この集合さ
れた排気通路６内にパティキュレートフィルタ（以下、
フィルタと略記する）７が装備されている。

上記のフィルタ７は、多孔質材料でハニカム状に形成し
た多数の孔の両端を交互に閉塞することによって構成さ
れ、上流端が開口した孔７ａから流入した排気ガスを隣
接孔間の隔壁７ｂを透過させて下流端が開口した孔７Ｃ
に流入させる構造を有し、排気ガスが上記隔壁７ｂを透
過する際に、該ガス中の比較的ちいさな可燃性排気微粒
子が該フィルタ７に捕集されるようになされている。

一方、吸気通路３にはヒータ８が配設されると共に、こ
のヒータ８の上流位１に絞り弁９が設けられる。また排
気通路６では上記のフィルタ７よりも下流位置に絞り弁
１０が設けられる。これらの絞り弁９．１０はそれぞれ
支軸１１．１２を支点として回動して通路３．６の開度
を可変するものであって、支軸１１．１２に一体のレバ
ー１３．１４を、ダイヤフラム１５．１６に働くエア圧
でロッド１７，１８を押し引きして回動させることによ
り、絞り弁９．１０を作動させる。

すなわち、吸気通路側のロッド１７はダイヤフラム１５
に接続され、このダイヤフラム１５とバキューム制御バ
ルブ１９とがエア流路２０によって連通されると共に、
排気通路側めロッド１８がダイヤフラム１６に接続され
、かつ該ダイヤフラム１６とバキューム制御バルブ１９
とがエア流路２１によって連通されている。このバキュ
ーム制御バルブ１９はバキュームポンプ２２が起動され
ている状態において、後述するコントローラの制御信号
によって切り換え駆動され、この切り換えによってバキ
ュームポンプ２２を上記のエア流路２０．２１に連通さ
せたり、該連通を断ってエア流路２０，２１を大気に連
通させる。そしてバキュームポンプ２２がエア流路２０
．２１に連通されると、エア吸引力がそれぞれのエア流
路２０．２１を介して各ダイヤフラム１５，１６に及び
、これらダイヤフラム１５，１６によってロッド１７．
１８が引っ張り駆動され、絞り弁９．１０が吸気通路３
および排気通路６を絞る方向に回動される。また上記の
ようにエア吸引力がエア流路２０．２１に働いている状
態から、これらエア流路２０．２１を大気に連通させる
ことによってダイヤフラム１５，１６に働く負圧力が解
消され、各ロッド１７．１８が進動し、絞り弁９，１０
が吸気通路３および排気通路６を開く方向に回動される
。

また、吸気通路側のダイヤフラム１５とバキューム制御
バルブ１９とをつなぐ前記エア通路２０に遅延バルブ２
３が介設される。このバルブ２３は内部の隔壁にオリフ
ィス２４を備え、前述のバキュームポンプ２２によるエ
ア吸引力がエア流路２０に働いた際、該エア流路２０中
をダイヤフラム１５側からポンプ２２にむがって流れる
エアをオリフィス２４によって絞って、エア流速を緩速
状態に保ち、ダイヤフラム１５および絞り弁９の作動を
遅延させる。加えて遅延バルブ２３には、上記のエア吸
引方向の力に対しては弁孔２５ａを閉じ、かつ大気圧が
作用した際に弁孔２５ａを開く一方向バルブ２５が内蔵
されている。

さらに、排気通路６側のダイヤフラム１６とバキューム
制御バルブ１９とをつなぐエア流路２１には排圧制御バ
ルブ２６が介設される。そして、該排圧制御バルブ２６
に、排気通路側絞り弁１０よりも上流側における排気通
路６中の排圧を取り出すガス流路２７が接続され、排圧
制御バルブ２６内においてガス流路２７で取り出しな排
圧とスプリング２８のバネ力とが比較され、排圧がバネ
力を上回るときに、弁体２９によってエア流路２１を遮
断し、逆に下回るときにエア流路２１を開放するように
構成されている。したがってスプリング２８はフィルタ
再生処理時における排気通路６の基準排圧値を設定する
。

また、上記排圧制御バルブ２６とダイヤフラム１６との
間において、エア流路２１ａにオリフィス３０が設けら
れる。

一方、フィルタ再生時の各種制御を行うコントローラ３
１が備えられる。そしてコントローラ３１はフィルタフ
の再生が指令された場合に、前述のヒータ８に通電させ
、また前述のバキューム制御バルブ１９を切り換え制御
すると共に、燃料噴射ポンプ２を制御してエンジン１を
ハイアイドル回転状態にすると共に、燃料噴射タイミン
グが進角とならないように制御する。

次に、上記構成の動作を説明すると、エンジン１の通常
運転時においては、吸気通路３および排気通路６の各絞
り弁９．１０は共に通路を全開させており、またヒータ
８に通電されていない。この状態でエンジン１から排出
された排気ガスは分岐排気通路５〜５から排気通路６へ
と流れ、フィルタ７を通過して排出され、その際に排気
ガス中のカーボン等の可燃性排気微粒子が該フィルタフ
に捕集される。

上記フィルタフにおける排気微粒子の捕集量が次第に増
大して該フィルタが目詰まりを起こすような状態に近づ
くに伴い、フィルタ７の再生が指令される。この再生へ
の移行はこの実施例の場合、第２図に示す再生スイッチ
の手動操作で行うが、たとえばフィルタフの上流の排圧
の上昇を図示しないセンサで検出することで自動的に移
行させることも考えられる。

上記再生指令によってコントローラ３１は直ちにヒータ
８に通電して吸気通路３から分岐吸気通路４〜４を通し
てエンジンｌに供給するエアを加熱し、排気ガスの温度
上昇を助長する。また、コントローラ３１は上記し−タ
８への通電から若干のタイムラグΔ１．をおいて燃料噴
射ポンプ２を制御し、エンジン１の回転数をハイアイド
ル回転数となるようにし、排気通路６への排気ガス量を
多くする。

次に、また若干のタイムラグΔｔ２をおいてコントロー
ラ３１はバキューム制御バルブ１９を駆動してバキュー
ムポンプ２２のエア吸引力をそれぞれのエア流路２０．
２１に作用させる。このときには、排気通路側では該通
路６からガス流路２７から排圧制御バルブ２６に導く排
気ガスの排圧がスプリング２８の力に打ち勝つほど高ま
っていないので、該バルブ２６は開いており、上記エア
吸引力は直ちにエア流路２１を通してダイヤフラム１６
に働き、絞り弁１０が排気通路６を絞るように作動する
。

しかし、吸気通路３側のエア流路２０には遅延バルブ２
３が介設されていて、エア吸引力はオリフィス２４を通
して働く結果、ダイヤフラム１５からエア流路２０に引
かれるエアの速度が排気通路側に比べて低下し、このた
め吸気通路側の絞り弁９の回動速度が遅くなり、排気通
路６に対して遅れて吸気通路３が絞られることになる。

ところで、上記のようにエンジン１の回転数をハイアイ
ドルまで高めると、エンジン１の燃焼室に対する燃料の
噴射タイミングを速く（進角）して、燃料が燃焼室内で
完全燃焼しやすいように制御するのが菅通であるが、こ
こでは絞り弁９．１０の作動から若干のタイムラグΔｔ
、をおいて燃料噴射タイミングが進角にならないように
制御をかける。このように燃料噴射タイミングを通常の
ハイアイドル回転状態のときよりも遅らすようにすれば
、燃料が該燃焼室内で完全燃焼せず、排気バルブの開弁
に伴って流出した分岐排気通路５〜５内においても燃焼
する、いわゆる後燃えが発生し、分岐排気通路５〜５か
ら排気通路６に流れる排気ガスの温度が高まる。

以上の制御によって、エンジンｌにヒータ８によって暖
められたエアが供給されることと、エンジン１がハイア
イドル回転状態で運転されると共に、燃料噴射タイミン
グが遅くなることによって、排気通路６にはより多くの
、かつ温度の高い排気ガスが送り出される。さらに吸気
通路３および排気通路６が絞られることによって排気通
路６の排圧が上昇し、この排圧上昇で排気通路６内の排
気ガスの温度がさらに高められる。そのため、この排気
ガスがフィルタ７を通過するに伴い該フィルタに捕集さ
れている排気微粒子が熱と圧力とによって効果的に燃焼
され、この状態がタイマ等によって一定時間を継続され
ることによって排気微粒子が完全にフィルタ３２から除
去され、該フィルタ３２が浄化ないし再生される。

ところで、上記再生処理は絞り弁９．１０によって排気
通路６の排圧を高めて行うから、排気通路６の排圧が上
昇しすぎると、エンジン１の排気バルブの作動に悪影響
を与えることになる。しかし排圧が排圧制御バルブ２６
におけるスプリング２８に打ち勝つ値まで上昇すると、
該排圧制御バルブ２６によりエア流路２１が遮断されて
エア吸引力がダイヤフラム１６に働かなくなり、絞り弁
１０の絞り量がちいさくなって、排気ガスの排出が促さ
れるので、すみやかに絞り弁１０の上流側の排圧が低下
し、上記の悪影響の発生が抑止される。また逆に排圧が
低下し始めるとスプリング２８の働きで排圧制御バルブ
２６が再びエア流路２１を開放して絞り弁１０の絞り量
を大きくする。このため排圧はスプリング２８の力に対
応する値にほぼ一定して保たれることになって、上記の
再生処理が効果的に行われる。なお、エア流路２１には
排圧制御バルブ２６とダイヤフラム１６との間の流路２
１ａ部分にオリフィス３０を設けて、排圧制御バルブ２
６のＯＮ　−ＯＦＦに対するダイヤフラム１６ならびに
絞り弁１０の応答を遅くするので、絞り弁１０のハンチ
ングを防止できる。したがって、このオリフィス３０は
チャンバに置き換えることもできる。

そして、上記一定の再生処理時間ｔが経過すると、バキ
ューム制御バルブ１９が各エア流路２０．２１を大気開
放させる。これにより遅延バルブ２３においては流入す
る大気圧によって一方向弁２５が弁孔２５ａを開放し、
ダイヤフラム１５が大気にすみやかに連通される。また
排圧制御バルブ２６を通してダイヤフラム１６もすみや
かに大気に連通される。このため吸気通路側および排気
通路側の絞り弁９，１０がほぼ同時に復動することにな
る。

このように、排気通路６における絞り弁１０よりも上流
側の排圧を検出し、この排圧値とスプリング２８によっ
て設定された排圧値とを比較し、排圧が設定された排圧
値に維持されるように制御してフィルタ７の再生処理を
施すので、排気通路６内の排圧が所定の値に保たれるこ
とになってエンジン１への悪影響が避けられる。また、
排圧を適切な値に高めるので、排気ガスの温度が効果的
に上昇し、フィルタフに捕集されている排気微粒子の除
去が確実となる。

なお、上記フィルタフの再生処理が効果的に行われてい
るか否かを把握するため、排気通路６のフィルタ７を挟
む上流と下流とに熱電対のような温度センサ３２．３２
を設け、これらのセンサ３２．３２による検出温度によ
って捕集微粒子の燃焼状態を判断するようにしてもよい
。

（発明の効果） 以上の説明によって明らかなように、本発明によれば、
フィルタの再生時、排気通路側絞り弁を絞り方向に作動
させることによって一旦所定の値まで上昇した排圧が、
その後の吸気通路側絞り弁の絞り方向の作動によって再
び低下しようとしても、排圧制御手段が排気通路側の絞
り弁をさらに絞って、排気通路内の排圧が所定値から低
下するのを防ぐ、また、排圧が所定の値からさらに上昇
しようとした場合には、排圧制御手段が排気通路側絞り
弁の絞り量をちいさくして排圧の上昇を防ぐ、このなめ
フィルタ再生処理時における排圧が一定し、該排圧の異
常な高まりによるエンジンの障害発生が避けられる。ま
た、排気通路の排圧を適切な値に高めることにより排気
ガスの温度が効果的に上昇し、フィルタに捕集されてい
る微粒子の燃焼が確実に行われて、フィルタの浄化ない
し再生能力が向上する。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明にかかるディーゼルエンジンの排気微粒子
除去装置の実施例を示すもので、第１図は全体の概略構
成図、第２図はフィルタ再生処理時のタイミングチャー
トである。 ｌ・・・ディーゼルエンジン、３・・・吸気通路、６・
・・排気通路、７・・・フィルタ、９．１０・・・絞り
弁、１９，２２．２３・・・絞り弁駆動手段（１９はバ
キューム制御バルブ、２２はバキュームポンプ）、２６
・・・排圧制御手段（排圧制御バルブ）。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）排気通路に可燃性排気微粒子を捕集するフィルタ
   を備えているディーゼルエンジンの排気微粒子除去装置
   であって、上記フィルタの下流における排気通路内と吸
   気通路内とにそれぞれ絞り弁が設けられると共に、フィ
   ルタ再生時に、排気通路側の絞り弁を絞り方向に作動さ
   せたのち吸気通路側の絞り弁を絞り方向に作動させる絞
   り弁駆動手段と、排気通路側絞り弁の上流における排圧
   の大きさを検出して、該排圧がフィルタ再生時において
   設定されている所定の圧力となるように該絞り弁の絞り
   度を調整する排圧制御手段とが備えられていることを特
   徴とするディーゼルエンジンの排気微粒子除去装置。