JPS5874818A - 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ＥＧＲが実施されるディーゼルエンジンに使
用され、捕集された成分をバーナ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りを解消する
ようにした排気浄化装置メ関するものである。

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、ディーゼルエンジンの排気浄化
を実施するにあたっては、この微粒子成分を除去するこ
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を配し、捕集成分は該フィルタ一部
材よりも上流側に配しに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りを解消するようにしｋ
ものが知られ℃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
は目詰まり検出手段によってフィルタ一部材の目詰まり
が検知されたならば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りが解消されろ。

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、若し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こともあ
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
気系部品を高熱化してそれらの寿命を縮めることにもな
る。

したがってバーナ燃料量を、上記排気流量。

排気温度に対応させて最適量に制御するようにすれば、
経済的でしかも排気系部品を劣化させることのない排気
浄化装置が提供されるようになる。

上記排気流量は一般のディーゼルエンジンにおいては、
エンジンの回転数を知ることによって算定され得る。一
方、今日ではノッキング防止、燃焼音の低下等のためＫ
ＥＧＲ□□□気再循環）を行なうようにしたディーゼル
エンジンも考えられており、ＥＡＲ率は、主にノッキン
グ防止を目的とする場合にはアイドリング下で２０〜３
０％程度であるが、燃焼音低下を目的とする時には同じ
くアイドリンク下で８０〜９０％にも達することがある
。

このようにＥＧＲ率が高いレベルに設定されれば、エン
ジンの回転数によって正しい排気流量を知ることは全く
不可能となり、前述したようなバーナ燃料量を正しく制
御することが不可能になる。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、ＥＧＲ
が行なわれるディーゼルエンジンにおいて、フィルタ一
部材の捕集成分を完全に燃し尽くシ、シかもバーナ燃料
を必要以上に消費することがないようにノ々−す燃料量
が正しく制御される経済的な排気浄化装置を提供するこ
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ＥＧＲ用の排気還流通路が設け
られ１こディーゼルエンジンの該排気還流通路開口部よ
りも下流の排気通路に、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配設されるとともに、該フ
ィルタ一部材よりも上流で前記開口部よりも下流の排気
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二゛／ジンの排気浄化装置にお
いて、バーナ用燃料量な制御するアクチュエータと、排
気還流量に対応した出力を発生する排気還流量検出装置
と、エンジン回転数センサおよび排気温度センサからの
出力によりバーナ装置の必要燃料量を演算して前記アク
チュエータを制御するとともに排気還流時、前記排気還
流量検出装置からの出力により前記アクチュエータ制御
出力を補正する制御装置とを設けたことを特徴とするも
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
に涜いては、バーナ装置には排気温度、排気流量も考慮
して、捕集成分を所要温度まで加熱し、完全燃焼させる
ために必要最小限のバーナ燃料が供給され得るようにな
るから、補集成分が燃え残ることがない一方、排気系部
品の劣化な早めることもなく。

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
。そして、排気流量はエンジンの回転数から検出される
ようになっているが、ＥＧＲが行なわれている時には排
気還流量検出装置が検出した排気還流量によってバーナ
燃料量を補正するようにしているから、常に実際の排気
流量に即した正確なバーナ燃料量制御が行なわれ得るよ
うになる。

高率のＥＱＲが望まれる場合、排気還流通路を大きく開
くのみでは所望の高ＥＧＲ率は得られないので、一般に
吸気通路の排気還流通路開口部上流側には空気吸入を制
御する絞り弁が設けられ、この絞り弁を絞り方向に操作
することによってより高いＥＧＲ率が得られるようにな
っている。したがってこの絞り弁の開度はＥＧＲ率に対
応したものとなる。

したがって上記排気還流量は、この絞り弁開度の開度な
検出することによって間接的に横巾されてもよい。

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。

ディーゼルエンジン１の排気痛路２と吸気通路３は、還
流弁４が設けられた排気還流通路５によって接続されて
いる。還流弁４はＦ）ＯＲ制御回路６によって制御され
、１ｉＧＲ不要時には全閉に設定される一方ＥＧＲ実施
時には開かれる。吸気通路３の前記排気還流通路開口部
よりも上流側には絞り弁７が設けられている。この絞り
弁７が絞り方向に操作されると、吸気通路３に新しく吸
入される空気量はより少なくなるから、相対的にＥＧＲ
率は高くなる。そしてこの絞り弁７には、該絞り弁７の
開度な検出する絞り弁開度センサ８が接続されている。

排気通路２の、前記排気還流通路５の開口部よりも下流
側の位置には、ハニカム状の非導電性フィルタ一部材９
が配設されている。

フィルｊ一部材９は多孔質の隔壁９８によって多数の細
孔９ｂが形成されてなる。細孔９ｂは１つおきに端部な
変えて各々の一端部がブラインドプラグ９Ｃで閉−され
ており、上流側端部が開いに細孔９ｂ内に流入した排気
は、多孔質の隔壁９ａを通過して、下流側端部が開いた
細孔９ｂに流出する。排気が隔壁９ａを通過する際に、
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９ａｌ／ｉ捕集される。フィルタ一部材９には、そ
の軸心と直交する方向に１対の電極１０．１１が挿入さ
れて（・る。これら電極１０．１１は、それぞれ絶縁部
材１２．１３を介してフィルタ一部材９の周壁に固定さ
れ、各隔壁９ａに対しては密に、すなわち隔＠９ａ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９よりも上流側で前記排気還流通路５の開口部よ
りも下流側の排気通路２内には、バーナ１４が配設され
ている。このバーナ１４は１次エアノズル１４ａと２次
エアノズル１４ｂ、それに燃料ノズル１４Ｃおよび着火
ヒータ１４ｄからなる。１次エアノズル１４ａおよび２
次エアノズル１４ｂはともに、燃焼用空気を供給するエ
アポンプ１５の吐出口から引かれたエア配管１６に接続
されている。一方、燃料ノズル１４ｃは、燃料ポンプ１
７が介設された燃料配管１８によって、燃料Ｆを貯える
燃料タンク１９と接続されている。上記エア配管１６と
燃料配管１８中にはそれぞれオリフィス２０．２１が設
けられ、これらオリフィス２０．２１中には各々ダイヤ
フラム装置２２．２３のダイヤフラム２２ａ、２３ａに
固定された略円錐状のニードル２２ｂ　、２３ｂ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２２．２３のダイヤフラム室２２Ｃ，２３Ｃは、主管
２４とこの主管２４から分岐された制御エア配管２４ａ
、２４ｂを介してサージタンク２５に接続されている。

制御エア配管２４ａ　、２４ｂには開度が調節され得る
調節パルプ２６ａ、２６ｂがそれぞれ配設され、またサ
ージタンク２５にはバキュームポンプ２７の゛吸込側が
接続されている。

前述した電極１０．１１は目詰まり検出回路２８に接続
され、この目詰まり検出回路２８の出力は制御回路２９
に入力されるようになっている。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３０が、そして排気通
路２内には温度センサ３１が設けられ、こ扛ら回転セン
サ３０、温度センサ３１の出力、および前記絞り弁開度
センサ８の出力も上記制御回路２９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
を、まず還流弁４が閉じられてＥＱ）１が行なわれｔ４
い場合について説明する。

前述した１対の電極１０．１１間の電気抵抗は、フィル
タ一部材９の隔壁９ａ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１０（１
１）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１１（１
０）をアースに接続すると、上記抵抗の両端の電圧差は
、隔壁９ａ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１４を燃焼さ
せてフィルタ一部材９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ｉ・詰ま・り検出回路２８はこのように構成された
ものであり、バーナ作動が必要な程にフィルタ一部材９
の目詰まりが進行すると、目詰まり検出信号Ｓ１を制御
回路２９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２９
は、電気ヒータからなる浸入ヒータ１４ｄに通電する着
火信号Ｓ２を出力し、次いで調節パルプ２６ａ、２６ｂ
を開くパルプ開信号Ｓ３、Ｓ　３／を出力する。パルプ
開信号Ｓ３．８３′により調節パルプ２６ａ、２６ｂが
開かれると、ダイヤフラム装置２２、゛会３のダイヤフ
ラム室２２Ｃ，２３Ｃは、バキュームポンプ２７によっ
て負圧に保たれたサージタンク２５と連通されるように
なり、各ダイヤフラＡ２２ａ、２３ａはリターンバネ２
２ｄ、２３ｄ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２２ａ、２３ａに固定されているニ
ードル２２ｂ、２３ｂは、それまで嵌合していたオリフ
ィス２０．２１から右方に退出して、それぞれエア配管
１６、燃料配管１８を開き、パ！す１４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、Ｓ３１は一定信号では
なく、温度センサ３１からの排気温度信号Ｓ４＆回転セ
ンサ３０からの回転数信号Ｓ５とによって変動、される
ようになっている。

ＥＧＲが行なわれていないとき、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２９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そ上記パル
プ開信号Ｓ３．８３′をパルプ開度大方向に変化させる
。またこの制御回路２９は、温度センサ３１からの排気
温度信号Ｓ４を受け、排気温度が低いほどパルプ開信号
Ｓ３．８３′をバルブ開度大方向に変化させる。調節パ
ルプ２６ａ、２６ｂの開度が大であるほどダイヤフラム
室２２ｃ、２３Ｃにかかる負圧量が大きくなり、ニード
ル２２ｂ、２３ｂの退出量が太き（なる。したがってオ
リフィス２０．２１の開口面積が増大し、燃焼空気量、
燃料量が増量される。

ここでパルプ開信号Ｓ３、エアポンプ１５、ダイヤフラ
ム装置２２等の空気供給系と、パルプ開信号８３′、燃
料ポンプ１７、ダイヤフラム装置２３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１４
がフィルタ一部材９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まで加熱し、か
つ完全に燃焼させるのに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１．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、またバーナが必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。

ＥＧＲ制御回路６によって還流弁４が開かれてＥＧＲが
行なりれると、排気流量はＥＧＲ不実施の場合と比べ、
同一エンジン回転数下では当然減少する。したがって、
ＥＧＲを行なうべく絞り弁７が操作されたとき絞り弁開
度センサ８から出力される絞り弁開度信号Ｓ６は制御回
路２９に入力され、この絞り弁開度信号Ｓ６によってパ
ルプ開信号Ｓ３．８３′はパルプ開度小方向に補正され
る。

ここでＥＧＲ不実施の場合と比較した排気流量の減少の
度合いは、当然ＥＧＲ率が高い場合はど著しい。そして
このＥＧＲ率は絞り弁７を絞り方向に操作することによ
って高めしたものとなっている。そこでこの絞り弁開度
信号Ｓ６を用い、絞り弁開度／Ｊ％のとき、すなわち高
ＥＧＲ率のときは上記補正の量を大きく、絞り弁開慶大
すなわち低ＥＧＲ率のときは上記補正量を小さくするよ
うに制御を行なう。ＥＧＲ実施時にはこのような補正を
行なうことにより、常に実際の排気流量に即した正確な
バーナ燃料量制御が行なわれるようになる。

なお前述したパルプ開信号Ｓ３．８３′は、着火信号Ｓ
２が着火ヒータ１４ｄに送られた後、着火ヒータ１４ｄ
が燃料Ｆの点火に十分なだけ例えば９０００Ｃ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１４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１４の１作動停止時も、パルプ開信
号Ｓ３．８３′が全閉信号に変えられて燃焼空気、燃料
の供給が断たれてから、着火信号Ｓ２を断つようにすれ
ば同様の２次汚染が防止される。

また、バーナ１４による目詰まり解消は、目詰まり検出
回路２８によって目詰まりが検知された後、特に火急的
に行なわれなくてもよいので、回転センサ３０によりア
イドリング状態を検出し、アイドリンク下でバーナ１４
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９の目詰まり検出は、前述
のような電極間抵抗の変化を見る方法以：外の方、法１
、例えばフィルタ一部材９の上流側と下流側の圧力差の
変化を見る方法等によって行なわれてもよい。

第２図は以上説明した装置をコンピュータ制御する場合
の信号の流れを示すフローチャートである。この第２図
のフローチャートには一般的に表示しであるように、Ｅ
ＧＲ量は上記実施例におけるように絞り弁７の開度がら
検出する他、その他ＥＧＲを制御する装置の種々の出力
を用いて検出され得るものである。

燃料Ｆおよび燃焼用空気の流量制御は、第１図に示され
た装置以外の種々の公知の装置例えば、気化器方式で燃
料と空気の混合気を生成し、該混合気の流量を調節パル
プで調節する装置を用いて行なってもよいことは勿論で
あり、また例えば第３図に示すように燃料配管１８中に
配設した調節パルプ２６ｃによって直接燃料量を制御す
るようにしてもよい。

このような調節パルプ２６Ｃや前記第１図の実施例にお
いて使用された調節パルプ２６ａ、２６ｂ等は開度を調
節して流量を制御するものであってもよいし、開時間を
変化させて流量を制御するものであってもよい。この第
３図においては、第１図の装置における構成と同じ構成
は一部省略し、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、符号を付し
、重複した説明は省略する。なお、この第３図において
は、制御回路２９の構成を詳しく示しである。すなわち
制御回路２９は、目詰まり判別部４０、ヒータ制御部４
１、排気流量補正部４２、燃料制御部４３、燃焼空気制
御部４４からなり、例えば吸気通路の絞り弁等のＥＧＲ
制御装置４５からのＥＧＲ量信号８６′は排気流量補正
部４２に入力されて、回転センサ３０からの回転数信号
Ｓ５を、ＥＧＲ実施下での実際の排気流量に対応するよ
うに補正する。燃料制御部４３にはこの補正された信号
が入力されるようになるから、パルプ開信号Ｓ３、Ｓａ
’が前述のように補正される。

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、ＥＧＲの実
施、不実施にかかわらずバーナ装置は常に排気温度、排
気流量を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
極めて経済的であるとともに、排気温度過上昇によるフ
ィルタ一部材等排気系部品の劣化を招かず、その一方微
粒子が燃え残ることもな（、その実用的価値は極めて高
い。

【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図は第１
図の実施例における制御の流れを示すフローチャート、 第３図は本発明の異なった実施例を示す系統図である。 １・・・ディーゼルエンジン　２・・・排気通路５・・
・排気還流通路　７・・・絞　リ　弁８　・・・絞り弁
開度センサ　９　・・・フィルタ一部材１４・・・バー
ナ　　　１６・・・エア配管１８・・・燃料配管　　　
　２０　、２１・・・オリフィス２２．２３・・・ダイ
ヤフラム装置 ２６ａ　、　２６ｂ　、　２６ｃ　−−・調節ハルツ２
９・・・制御回路　　３０・・・回転センサ３１・・・
温度センサ　　　４５・・・ＥＧＲ制御装置Ｓ３．８３
′・・・パルプ開信号　　Ｓ６・・・絞り弁開度信号Ｓ
６′・・・ＥＧＲ量信号

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ｌ）排気還流通路が設けられたディーゼルエンジンの該
   排気還流通路開口部よりも下流の排気通゛路に、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配
   設されるとともに、該フィルタ一部材よりも上流で前記
   開口部よりも下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、バーナ用燃料量を制御する
   アクチュエータと、゛排気還流量に対応した出力を発生
   する排気還流量検出装置と、エンジン回転数センサおよ
   び排気温度センサからの出力によりバーナ装置の必要燃
   料量を演算して前記アクチュエータを制御するとと′も
   に排気還流時、前記排気還流量検出装置からの出力によ
   り＠紀アクチュエータ制御゛出力を補正する制御装置と
   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）前記排気還流量検出装置が、吸気通路内に設けられ
   た絞り弁の開度な検出する絞り弁開度センサによって構
   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。