JPS5872611A - デイ−ゼルエンジンの排気浄化装置 - 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】 本発明は、ディーゼルエンジンの排気中のカーボン粒子
等の微粒子成分を捕集するフィルタ一部材を排気通路に
設けたディーゼルエンジンの排気浄化装置に関し、さら
に詳細には、捕集された成分をパーナル装置を用いて燃
焼させることによって、フィルタ一部材の目詰まｐｔ解
消するようにした。排気浄化装置に関するものである。

ディーゼルエンジンの排気中には、カーボン粒子等の微
粒子成分が多く含まれ、テイーゼルエンジンの排気浄化
を実施するにあたっては、この微粒子成分全除去するこ
とが不可欠とされてきた。従来、そのための排気浄化装
置としては、例えば特開昭４９−７１３１５　号公報に
示されているように、排気通路内に上記微粒子成分を捕
集するフィルタ一部材金配し、捕集成分は該フィルタ一
部材よりも上流側に配したバーナ装置によって適宜燃焼
させて、フィルタ一部材の目詰まシラ解消するようにし
たものが知られている。

上記のような排気浄化装置においては、定期的に、もし
くは目詰まシ検出手段によってフィルタ一部材の目詰ま
りが検知されたとき適宜バーナ装置が作動されるように
なっている。上記捕集成分は一般に、５８０〜６００℃
程度まで加熱されると数十秒程度の短時間で燃え尽き、
フィルタ一部材の目詰まシが解消される。

捕・集成分の加熱温度は当然、バーナ装置の燃焼の強さ
、すなわちバーナ装置に供給される燃料量によるが、従
来の装置にあってはこの燃料量は一定に固定されていた
ため、燃料量の設定が低いような場合には、排気温度が
低い、あるいは排気流量が多いときにバーナ装置が作動
すると、捕集成分が十分に加熱されず、したがって完全
に燃え尽きないことが起こり得る。反対に排気温度が高
い、あるいは排気流量が少ないときにバーナ装置が作動
すると捕集成分が必要以上に高熱化するとともある。フ
ィルタ一部材の目詰まり解消の見地からは、捕集成分が
必要以上に加熱されても不都合はないが、そのためにバ
ーナ燃料は必要以上に消費されることになるので極めて
不経済であるとともにフィルタ一部材等の排気系部品が
高温化して劣化することもある。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、フィル
タ一部材の捕集成分全完全に燃−え尽くし、しかもバー
ナ燃料を必要以上に消費して排気系部品の劣化を招くよ
うなことのないディーゼルエンジンの排気浄化装置全提
供することを目的とするものである。

本発明のディーゼルエンジンの排気浄化装置は、前述の
排気浄化装置、すなわち、排気中のカーボン粒子等微粒
子全捕集するフィルタ一部材が排気通路に配設されると
ともに、該フィルタ一部材の上流の排気通路にフィルタ
一部材の目詰まりを解消するバーナ装置が設ケラれたデ
ィーゼルエンジンの排気浄化装置において、排気流量に
対応した出力全発生”する排気流量検出装置と、排気温
度を検出する排気温度センサと、バーナ用燃料量を制御
するアクチュ、エータと、該バーナ用燃料量に応じ心安
なバーナ燃焼用空気を供給するバーナ燃焼空気供給装置
と、前記排気流量検出装置と排気温度センサとからの出
力によりバーナー［心安燃料量を演算して前記アクチュ
エー゛夕を作動制御する制御装置とを設けたことｔ％徴
とするものである。

上記構造の本発明のディーゼルエンジンの排気浄化装置
においては、／トナ装置には排気温度、排気流量も考慮
して、捕集成分金所安温度まで加熱し、完全に燃焼させ
るために必蟹最少限のバーナ燃料が供給され得るように
なるから、捕集成分が燃え残ることがなく、しかも余分
なバーナ燃料の消費も抑えられるようになる。

以下、図面を参照して本発明の実施例について説明する
。

第１図は本発明の１実施例によるディーゼルエンジンの
排気浄化装置を示すものである。

ス０ットルハルフヲ持たないディーゼルエンジン１の排
気通路２にはハニカム状の非導電性フィルタ一部材３が
配設されている。フィルタ一部材３ば多孔質の隔壁３ａ
によって多数の細孔３ｂが形成されてなる。細孔３ｂは
１つおきに端部全変えて各々の一端部がブラインドプラ
グ３ｃで閉塞されており、上流側端部が開いた細孔３ｂ
内に流入した排気は、多孔質の隔壁３ａｉ通過して、下
流側端部が開いた細孔３ｂに流出する。排気が隔壁３ａ
全通過する際に、この排気中に含まれていたカーボン粒
子等の微粒子が該隔壁３ａに捕集される。フィルタ一部
材３Ｖｃは、その軸心と直交する方向に１対の電極４，
５が挿入されている。これら電極４，５は、それぞれ絶
縁部材６，７を介してフィルタ一部材３０周壁に固定さ
れ、各隔壁３８に対しては密に、すなわち隔壁３ａとの
間に間隙を形成しないように挿入されている。フィルタ
一部材３よりも上流側の排気通路２内には、バーす８が
配設されている。このバーナ８ば１次エアノズル８ａと
２次エアノズル８ｂ、それに燃料ノズル８ｃおよび着火
ヒータ８ｄからなる。１次エアノズル８ａおよび２次エ
アノズル８ｂはともに、燃焼用空気を供給するエアポン
プ９の吐ＬＰＪＯから引かれたエア配管１ｏに接続され
ている。一方、燃料ノズル８ｃは、燃料ポンプ１１が介
設された燃料配管１２によって、燃料Ｆを貯える燃料タ
ンク１３と接続されている。上記エア配管１ｏと燃料配
管１２中にはそれぞれオリフィス１４．１５が設けられ
、これらオリフィス１４．１５中には各々ダイヤフラム
装置１６．１７のダイヤフラム１６ａ、１７ａに固定さ
れた略円錐状のニー）”ル１６ｂ、１７ｂが挿通される
ようになっている。そしてこれらダイヤフラム装置１６
．１７のダイヤフラム室１６ｃ、１７ｃは、配管１８ａ
、１８ｂと、これら配管が合流された制御エア配管１８
を介して予−ジタンク１９に接続されている。制御エア
配管１８中には開度が調節され得る調節バルブ２０が配
設され、またサージタンク１９にはノ（キュームボンプ
２１の吸込側が接続されている。

前述した電極４．５は目詰まり検出回路２２に接続され
、この目詰まり検出回路２２の出力は制御回路２３に入
力されるようにな−ってイル。またディーゼルエンジン
１には、例えばパルス発生式の回転センサ２４が、そし
て排気通路２内には温度センサ２５が設けられ、これら
回転セッサ２４、温度セ／す２５の出力も上記制御回路
に入力されるようになっている。

以下、上記構造を有する本実施例の排気浄化装置の作動
について説明する。

前述した１対の電極４．５間の電気抵抗は、フィルタ一
部材３の隔壁３ａにカーボン粒子等の微粒子が付着する
と、付着したその微粒子の量の増大に応じて減少する特
性を有する。

したがって例えば一方の電極４（５）を抵抗を介してバ
ッテリの陽極に接続する一方、該バッテリの陰極をアー
スに接続し、他方の電極５（４）をアースに接続すると
、上記抵抗の両端の電圧差は、隔壁３ａに付着した微粒
子の量の増大に応じて増大するようになる。したがって
ここで、バーナ８を燃焼させてフィルタ一部材３の目詰
まりを解消することが必要である程度に微粒子が付着し
たときの上記電圧差と同じ基準電圧を発生する基準電圧
発生回路を設け、この基準電圧と上記電圧差を比較して
上記電圧差が基準電圧を上回ったときに電気信号を発す
るようにすれば、この電気信号を用いてバーナ作動を自
動的に開始させることができる。前記目詰まり検出回路
２２はこのように構成されたものであシ、バーナ作動が
必要な程にフィルタ一部材３０目詰まりが進行すると、
目詰まり検出信号Ｓ１　　を制御回路２３に送る。

上記目詰まり検出信号Ｓ１　　が入力されると制御回路
２３は、電気ヒータからなる着火ヒ−夕８ｄに通電する
着火信号Ｓ２を出力し、次いで調節パルプ２０を開くパ
ルプ開信号Ｓ３を出力゛する。パルプ開信号Ｓ３　によ
り調節パルプ２０が開かれると、ダイヤフラム装置１６
．１７のダイヤフラム室１６ｃ、１７ｃは、バキューム
ポンプ２１によって負圧に保たれたサージタンク１９と
連通されるようになり、各ダイヤフラム１６ａ、１７ａ
はリターンバネ１６ｄ、１７ｄに抗して図中右方に引か
れる。したがってこれらダイヤフラム１６ａ１１７ａに
固定されているニードル１６　ｂ　、１７ｂは、それま
で嵌合していたオリフィス１４．１５から右方に退出し
て、それぞれエア配管１０、燃料配管１２を開き、バー
ナ８に各々燃焼用の空気と燃料Ｆを供給させる。

ここで上述のパルプ開信号Ｓ３　　は一定信号ではなく
、温度センサ２５からの排気温度信号Ｓ４　　と、回転
センサ２４からの回転数信号Ｓ５と１によって変動きれ
るようになっている。

本実施例のディーゼルエンジン１は、スロットルバルブ
を持たないので、エンジン１の回転数は排気流量に対応
する。したがって制御回路２３はこの回転数信号Ｓ５　
　を排気流量を表わす信号として用い、エンジン回転数
が高いほど排気流量大と判断して上記パルプ開信号Ｓ３
をバルブ開度大方向に変化させる。またこの制御回路２
３は、温度センサ２５からの排気温度信号Ｓ４　　によ
り、排気温度が低いほどパルプ開信号Ｓ３をパルプ開度
大方向に変化させる。調節パルプ２０の開度が大である
ほどダイヤフラム室１６ｃ、１７ｃにかか、る負圧量が
大きくなり、ニードル１６ｂ、−１７ｂの退出量が大き
くなる。したがってオリフィス１４．１．５の開口面積
が増大し、燃焼空気量、燃料量が増量されり。

ここでエアポンプ９、ダイヤフラム装置１６等の空気供
給系と、燃料ポンプ１１、ダイヤフラム装置１７等の燃
料供給系は、燃焼空気量が燃料量に対して重量比で１．
２〜２．５倍程度となるように設定されている。このよ
うに設定することにより、燃焼空気不足による未燃ガス
の発生あるいは燃焼空気過多による未着火を防止できる
。そして燃料量は、与えられた排気温度、排気流量下で
バーナ８が、フィルタ一部材３に捕集されている微粒子
を、完全に燃え尽きる所定温度、例えば６００°Ｃよで
加熱し、完全に燃焼するの：で必要でかつ最小限程度の
熱量を発生するように設定される。したがって排気温度
、排気流量がいかに変動しようとも捕集された微粒子は
完全に燃し尽くされ、またバーナが辛要以上の熱量を発
生する程に燃料が浪費されることもない。

なお前述したパルプ開信号Ｓ３　　は、着火信号Ｓ２が
着火ヒータ８ｄに送られた後、着火ヒータ８ｄが燃料Ｆ
の点火に十分なだけ、例えば９００°Ｃ程度に加熱され
たことを検知してから発せられるようにすれば、バーナ
８からの未燃焼ガス放出による２次汚染を防止できる。

またバーナ８の作動停止時も、パルプ゛−−−〜・−Ａ
−ｌ・−仁コＳ−−フ＾Ｃノー−」し、イふ細しに＋ｊ
ｃす１ツｌミｉ燃料の供給が断たれてから、着火信号８
２ｆ断つようにすれば同様の２次汚染が防止される。

また、バーナ８による目詰まり解消は、目詰まり検出回
路２２によって目詰まシが検知された後、特に火急的に
行なわれなくてもよいので、回転センサ２４によシアイ
ドリンク状態を検出し、アイドリンク下でバーナ８を作
動させることが好ましい。アイドリンク下では排気流量
が安定するので、バーナ制御がし易いという利点がある
。また、フィルタ一部材３０目詰まり検出は、前述のよ
うな電極間抵抗の変化から検出する方法以外の方法、例
えばフィルタ一部材３の上流側と下流側の圧力差の変化
から検出する方法等によって行なわれてもよい。

上記説明の実施例においては、ディーゼルエンジンにス
ロットルバルブが設けられていないので、エンジンの回
転数信号が排気流量ヲ表わす信号としてそのまま使用さ
れているが、例えばＥＧＲｙ行なう等のためにスロツト
ルバルブが設けられるディーゼルエンジュ／においては
、第２図に示すように制御回路３１にスロツ、トルパル
プ開度検知手段３２からスロットル開度信号Ｓ６ｆ入力
し、バルブ開信号Ｓ３’ｌ　　Ｓ３”　ｋスロットル開
度によって補正すればよい。またこの第２図に示すよう
に、燃料Ｆあるいは燃焼用空気の流量制御は、第１図の
実施例のダイヤフラム装置１７ｉ用いずに、調節バルブ
２σによって直接性なってもよい。この調節バルブ２０
’あるいは第１図の実施例の調節バルブ２０は開度全調
節して流量を制御するものであってもよいし、開時間全
変化させて流量を制御するものであってもよい。なおこ
の第２図においては、第１図の装置における構成と同じ
構成は−・部省略し、図示した構成においても第１図の
ものと同等の部品、信号には第１図における番号、符号
と同じものを付し、重複しｆｃ説明を省く。

なお、排気中にはエンジンにおいて燃焼のために使用さ
れなかった酸素が残存しており、この残存酸素はバーナ
が燃焼された時にはこのバーナ燃焼に使用され得る。し
たがって、燃料量と燃焼空気量との比を厳密に制御する
必要がある場合には、この残存酸素をも考慮した制御を
行なうことが好ましい。第３図に示す実施例は、そのよ
うに排気中の残存酸素量も考慮して燃焼空気の供給量を
制御するように４した排気浄化装置の一例金示すもので
あり、第４図はその排気浄化装置全コンピュータ制御す
る場合の信号の流れ？示すフローチャートである。この
第３図においても、既に説明した構成と同じ構成は一部
省略し、さらに第１図あるいは第２図における部品、信
号と同等のものには同番号、同符号を付し、重複した説
明を省く。バーナ８よりも上流側の排気通路２内には、
排気ガス中の酸素濃度全計測する例えばαセンサ４０が
設けられている。

そしてこの０４セジサ４０からの酸素濃度信号Ｓ７は、
制御回路４１の燃焼空気制御部４２に人力される。制御
回路４１はこの燃焼空気制御部４２の他、燃料制御部４
３、ヒータ制御部４４からなる。目詰まり検出回路２２
からの目詰まシ検出信号Ｓ１は、上記ヒータ制御部４４
に入力され、このヒータ制御部４４から着火信号Ｓ２が
出力される。燃料制御部４３は上記目詰まシ検出信号Ｓ
ｘｉ受けて、燃料配管１２中の調節バルブ２σを開＜ノ
；ルフ′開信号Ｓ３’ｉ出力するが、この燃料制御部４
３は回転センサ２４からの回転数信号Ｓ５と、温度セン
サ２５からの排気温度信号Ｓ４とから必要燃料量を演算
し、この必要燃料量が得られるように上記バルブ開信号
８３’　ｆ決定する。燃料量を決定するバルブ開信号８
３′は燃焼空気制御部４２にも入力され、この燃焼空気
制御部４２からは、最適量の燃焼空気が／（−す８に供
給されるように調節）くルブ２０を操作するバルブ開信
号３３＋　１が出力される。ここで前述の通りこの燃焼
空気制御部４２には上記ノζルブ開信号Ｓ３１の他、０
２センサ４０からの酸素濃度信号Ｓ７が入力され、バル
ブ開信号５３１１は、燃料量から直接算定される心安空
気量を上記酸素濃度によって補正した補正空気量全バー
ナ８に供給する値に設定される。すなわち排気中に残存
酸素が含まれるときには、この残存酸素はバーナ８の燃
焼に使用されるから、エアポンプ９によりバーナ８に供
給する燃焼空気の量は、燃料量から算定される心安空気
量よりも少なくて済むのである。勿論、排気中の残存酸
素濃度が高いほど、エアポンプ９からバーナ８に送られ
る燃焼空気は少なくて済むから燃焼空気制御部４２にお
いてはそのように、残存酸素濃度に対応させてバルブ開
信号５３１１の補正量が変えられるようになっている。

さらに本発明の排気浄化装置は、過給が行なわれるディ
ーゼルエンジンにおいても、過給機から過給状態を示す
信号を取り出し、この信号によってバルブ開信号全適当
に補正することによって、実際の排気流量に即した正確
なバーナ燃料量制御を行なうことが可能である。また、
上記実施例では、バーナに対して空気と燃料を各々独自
に供給する構成を示したが気化器方式のように混合気の
量全排気流量と排気温度に応じて制御する構成としても
よい。

以上詳細に説明した通り本発明のディーゼルエンジンの
排気浄化装置においては、フィルタ一部材に捕集された
微粒子をバーナ装置によって燃焼させる際ζバーナ装置
は常に排気温度、排気流量全考慮して必要最小限の熱量
を発生するように制御され得るから、バーナ燃料の無駄
な消費が抑えられて極めて経済的であり、また高温化に
よる排気系部品の劣化を招くこともなく、その一方、微
粒子が燃え残ることもなく、その実ｍ的価値は甚大であ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の１実施例を示す系統図、第２図は本発
明の異なった実施例を示す系統図、 第３図は本発明のさらに異なる実施例を示す系統図、 第４図は第３図の実施例における制御の流れを示すフロ
ーチャートである。 ｌ・・・・ディーゼルエンジン　　　　２・・・・・・
排　気　通　路３・・・・・・フィルタ一部材　　　　
８・・・・・・バ　　−　　す１０・・・・・エア配管
　１２・・・・燃料配管１４、１５　　・・・オリ　フ
イス　　１６．１７　　・・・ダイヤフラム装置２０．
２０’・・・調節バルブ　２３，３１．４１・・・制御
回路２４・・・・回転センサ　　２５・・・・温度セン
サＳａ、Ｓ′３’、　８３”・・・・・・バルブ開信号
Ｆ・・・・・・燃　　　　　料　　　　　　　　　　　
　　　　′−−−□−−−」 へ寸あ Ｎ（Ｊ　〜

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）排気中のカーボン粒子等微粒子を捕集するフィルタ
   一部材が排気通路に配設されるとともに、該フィルタ一
   部材−の上流の排気通路にフィルタ一部材−の目詰まり
   を解消するバーナ□装置が設けられたディーゼルエンジ
   ンの排気浄化装置において、排気流量に対応した出力を
   発生する排気流量検出装置と、排気温度を検出する排気
   温度センサと。 バーナ用燃料量を制御するアクチュエータと、該バーナ
   用燃料量に応じ必要なバーナ燃焼用空気を供給するバー
   ナ燃焼空気供給装置と、前記排気流量検出装置と排気温
   度センサとからの出力によりバーナ装置の必要燃料ｆ１
   を演算して前記アクチュエータを作動制御する制御装置
   と１を備えたことを特徴とするディーゼルエンジンの排
   気浄化装置。 ２）前記排気流量検出装置が、エンジンの回転数を検出
   する回転センサから構成されていることを特徴とする特
   許請求の範囲第１項記載のディーゼルエンジンの排気浄
   化装置。