JPS5915619A

JPS5915619A - 内燃機関の排気微粒子処理装置

Info

Publication number: JPS5915619A
Application number: JP57125143A
Authority: JP
Inventors: Yoshihisa Kawamura; 川村　佳久; Yoshihiko Dosono; 堂園　吉彦; Masayuki Yamada; 山田　雅行
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1982-07-20
Filing date: 1982-07-20
Publication date: 1984-01-26

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】本発明は内燃機関の排気中に含まれる微粒子をトラップ
に捕集して該トラップの上流に設けた排気加熱用バーナ
を作動させ、トラップに捕集された微粒子を再燃焼処理
させるようにし次内燃機関の排気微粒子処理装置に関す
る。

内燃機関の排気中に含まれるカーボン等の微粒子が大気
に放出されることを防止するために、排気系にトラップ
を介装してこのトラップで微粒子を濾過捕集することが
知られている。このときトラップに捕集された微粒子は
トラップの濾過抵抗となシ、機関の排圧を上昇させて機
関出力及び排気エミッション性能を阻害してしまうおそ
れがある。

従って従来ではトラップの上流に排気加熱用バーナを設
け、トラップが排気微粒子によっである程度目詰まりし
た段階で排気加熱用バーナを作動させ、或いはタイマ叫
を用いて規則的な間隔で排気加熱用バーナを自動的に作
動させ、トラップに捕集されている微粒子を再燃焼処理
して、その目詰まりを解消している。

ところが、かかる従来の排気微粒子処理装置にあっては
、例えば本出願人にかかる実願昭５６一２２１０７号又
は特開昭５４−１２０２９号公報に見られる如く、トラ
ップの再生を行うためのバーナ作動時期を制御しても、
バーナから供給される燃料ＩＭ］を制御するものではな
かった。このため一定量の燃料流量が排気中に供給され
るから、排気中の酸素濃度が変化するとバーナの燃焼が
不安定化する。また機関負荷及び機関回転速度等の機関
運転条件によυ要求燃料量が変化しても供給惨料員が同
一であるから、第４図に示すように排気温度の上昇程度
が異なってきて、トラップ再生温度にズ・１し低すぎた
υ或いは高すぎてトラップを焼損してし寸う等の不都合
を招き、或いは燃費の悪化を招来するものであった。

本発明はかかる従来の不都合に鑑み、機関負荷と機関回
転速度を検出しこれら雨検出信号に基づいて排気加熱用
バーナに供給する燃料量を制御装置によって演算し、該
制御装置の出力パルス信号に応動して排気加熱用バーナ
へ供給する燃料流量を電磁開閉弁を用いて制御すると共
に、トラップ再生時期を検出して前記電磁開閉弁と排気
加熱用バーナの点火装置の作動時期を制御するようにし
た内燃機関の排気微粒子処理装置を提供し、もってバー
ナへ供給する燃料量を要求燃料量に応じて精度良く制御
可能にしたものである。

以下に本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

図示しない燃料噴射式内燃機関例えばディーゼル機関の
排気通路１に介装したトラップケース２内には排気中に
含まれるカーボン等の微粒子を濾過捕集するためのトラ
ップ３を設ける。該トラップ３はセラミックハニカムか
らなυ、排気流入側の多数のハニカム枡目のうちほぼ半
分にわたる目を散点的に閉塞する一方、該閉塞されない
ハニカム枡目の排気出口側を閉塞し、閉塞されないハニ
カムのチェから流入した排気が隣接するハニカム枡目に
受けてセラミック壁を通シ抜け、ここでカーボン等の微
粒子が濾過捕集される。

トラップ３の上流側にはトラップ３の密度より４ｆｆｌ
目の粗いハニカム単体或いはセラミックフオーム、金銅
等からなる熱保持材４を配設する。該熱保持拐４はトラ
ップ３がその上流側の排気加熱用バーナに直接面してい
ると、バーナの加熱排気が直にトラップ３に当たシ、ト
ラップが急激に熱せられるため熱破壊が生じるおそれが
あるから、このように熱保持材４を配設することによっ
てバーナによる加熱排気がトラップ３に直接当たること
なく熱保持拐がこれを緩衝する。尚、熱保持利４として
は排気流れ方向の長さが短い方が適している。長いと、
熱膨張が大きくなυ、熱破壊が生じやすくなるからであ
る。又熱保持材４のチェを大きくしたのは、熱保持材の
トラップ効果をなくしたものであってこのようにするこ
とによシトラップ再生時に微粒子の燃焼がなく、該熱保
持材４の急激な温度上昇を防止できるからである。

トラップケース２内におけるトラップ３の上流部には排
気加熱用のバーナ５を設ける。該バーナ５は蒸発筒５ａ
　、５ｂと燃料噴射ノズル５ｃと点火プラグ５ｄを備え
ていて、噴射ノズル５ｃから噴射供給された燃料は蒸発
筒５ａ、５ｂによって気化され、排気中に残留する空気
との混合気体となってこれに点火プラグ５ｄにより点火
されて燃焼し、排気を加熱するものである。噴射ノズル
５ｃは燃料流量を制御する電磁開閉弁６を介して燃料通
路７を通じ燃料噴射ポンプ８に接続されている。

該電磁開閉弁６は第３図に示されており、後述するが、
制御装置２０の出力パルス信号に応動してその開閉デユ
ーティが制御され、燃料流量を制御するものである。ト
ラップ３の上下流部に接続した負圧通路８ａ　、ｓｂは
差圧センサ９に接続され、該差圧センサ９によってトラ
ップ３の上下流の差圧を検知し、トラップ３の微粒子捕
集にょる詰まシ具合を検出する。

またトラップ３の上下流には夫々熱電対等からなる上流
側温度センサ１１及び下流側温度センサ１２を設ける。

該上流側温度センサ１１はトラップ３の入口側の排気温
度がトラップ再生温度に適しているか否かを検知する。

また下流側温度センサ１２はトラップ３の再生作用によ
）トラップ３が過熱され、焼損することを防止するため
にトラップ出口側排気温度を検出する。

制御装置２０は機関回転速度検出装置１ｔ−２１の機関
回転速度信号ＩＳ１及びアクセルペダルの踏込量を検出
するアクセル位置センサ２２のアクセル位置信号ＩＳ２
が入力されると共に、前記差圧センサ９の電圧信号ＩＳ
５、上流側温度センサ１１の温度信号ＩＳＩ、、下流側
温度センサ１２の温度信号ＩＳ５が夫り入力される。制
御装置２０はこれらの入力信号ＩＳ１〜ＩＳ５に基づい
て電磁開閉弁６０制御パルス信号０８１．及びイグニッ
ションコイル１３を介して点火プラグ５ｄに出力される
点火１８号ｏｓ２が出力するのである。

ここにおいて電磁開閉弁制御パルス信号Ｏ８１は、機関
回転速度信号ＩＳ１とアクセル位置信号ＩＳ２とに基づ
き制御装置２０において機関負荷並びに機関回転速度を
演算しこれらの値に応じてバーナ５へ供給する燃料流量
を制御する電磁開閉弁６の開閉デユーティパルス信号で
あり、該電磁開閉弁制御パルス信号Ｏ８１及び点火信号
Ｏ８２は、共に信号工Ｓ１〜ＩＳ５に基づいてトラップ
再生時期を検出し、電磁開閉弁６及び点火プラグ５ｄの
作動時期を制御する信号である。

“次にかかる制御装置２０の回路例を第２図に示す。図
において、３０はｆ−Ｖ変換器で、機関回転速度検出装置の回転速
度信号ＩＳｌの周波数をカウントして機関回転速度に比
例した電圧信号Ｓ１を出力する。

３１は関数発生器でアクセル位置センサ２２から記録さ
れたアクセル位置信号ＩＳ２と機関回転速度信号８１の
値から燃料噴射ポンプ８の機関へ供給する燃料噴射量Ｑ
に比例した電圧信号ｓ２　を出力する。

３２は信号Ｓ１とＳ２とを入力してハイまたはローレベ
ルの電圧信号Ｓ５を出力する関数発生器である。本実施
例では燃料噴射量Ｑの信号ｓ２及び機関回転速度信号Ｓ
１が夫々予め決められた電圧値ＶＱ１．ＶＱ２．ｖＮｌ
、ｖＮ２に対し、”Ｑｌ＜Ｓ２＜ＶＱ２　＋　ＶＮＩ　
＜Ｓｔ　＜ＶＨ２となルトラップ再生Ｋｉした機関運転
領域となった場合にハイレベルの電圧信号Ｓ５を記録す
る回路構成を示しておシ、３２ａ〜３２ｄは比較器であ
シ３２ｅはアンド回路である。

３３は信号Ｓ１．Ｓ２から差圧センサ９の差圧信号ＩＳ
５に対応したＧｉ号Ｓ３を出力する関数発生器である。

これはトラップ３の微粒子捕集にょる詰ｔ＃）限界に対
応する差圧Δｐｏで、機関回転速度Ｎと溶料噴射ｉＱに
応じた基準の差圧信号Ｓ５を出力する。３４は比較器で
あシ、前記基準の差圧信号Ｓ５よシも検出した差圧信号
ＩＳ５が大となったとき、ハイレベルの電圧信号ＳＩＩ
を出力する。

３５．３６は夫々温度センサＩｔ、１２の温度信号Ｉｓ
、　、　ＩＳ５を増幅するアンプであり、増幅信号ｓ５
．ｓ６を出力する。３７は増幅信号ｓ５が予め定められ
た値ｖＴ１以下のときハイレベルの電圧信号Ｓ７を出力
する比較器であυ、３８は増幅信号Ｓ６が予め定められ
た値ＶＴ２を越えたときハイレベルの電圧信号ｓ８を出
力する比較器である。ここにおいてｖＴｌはトラップ３
を再生するに必要な温度であり、ＶＴ２はトラップ３が
焼損するのを防止する限界の温度に対応した値である。

３９はアンド回路である。この回路は信号Ｓ５＋Ｓｌｌ
＋８７の全てがノ・イレベルのときのみにノ・イレベル
の電圧信号Ｓ９を出力する。即ち燃料噴射ｌＱ倍信号２
がＶＴＩ　＜　Ｓ　２　＜ＶＱ２　＋機関回転速度信号
Ｓ１がＶＮｌ＜　Ｓ　ｔ　＜ＶＨ２であυ、かつフラッ
プ前後圧力の検出差圧ΔＰがトラップの再生に必要な目
詰まυ状態を検出し、トラップ上流の温度Ｔ１がトラッ
プ再生温度にあるときに８９はノ・イレペルとなる。換
言すれば、機関回転速度及びトラップ上流の排気温度が
トラップ再生に適した状態にあシ、シかもトラップ前後
差圧がトラップの目詰まりによりトラップを再生する必
要にある状態の時にハイレベル信号Ｓ９を出力するわけ
である。

尚上記の如く機関回転速度及び機関負荷の再生領域を定
めるのは、例えば機関の回転速度が高い領域でバーナが
作動すると、多量の燃料を必要とするので燃費上不経済
であり、かつ高速道路走行中のように排気温度が空冷さ
れてトラップ再生温度を確保するのに難しいような状態
が生じるから、トラップ再生をする機関運転状態を最も
良い範囲に定めるのである。

４０は機関回転速度Ｎ信号Ｓ１と燃料噴射ポンプの燃料
噴射量Ｑ信号Ｓ２を入力してバーナ５へ供給する燃料量
ｑを演算する関数発生器であって、バーナへの供給燃料
量ｑに比例した電圧信号８１０を出力する。４，１は三
角波発生回路で、信号Ｓｌｌを出力する。４２は比較器
で、前記バーナへの供給燃料ｊｉ′信号８１０と三角波
信号８１１０レベルを比較してデユーティが決定される
周期一定のパルス信号８１２を出力する。該パルス信号
８１２はバーナへの供給燃料量信号ＳｔＯの電圧レベル
が高くなるほどにオン・デユーティが大きくなり、前記
した電磁開閉弁６の開閉割合を増大してバーナ５への燃
料供給量を増量する。

４３は三角波発生回路で、予め定められた電圧レベルＶ
Ｓと比較器４２において比較されることによシバルス幅
一定、周期一定のパルス信号Ｓ１５を出力する。

４５〜４８はアナログスイッチで、ハイレベル信号が入
力されると閉（導通）状態となる。４９はインバータ、
５０は電磁開閉弁６の作動スイツテヲ構成するトランジ
スタ、５１はイグニッションコイル１３のパワートラン
ジスタ、５２Ｈ−次側コイル、５３は二次側コイルであ
シ、比較器４４から０Ｎ−ＯＦＦ　　のパルス信号０８
２がパワートランジスタ５１に印加されると一次側コイ
ル５２及び二次側コイル５３を介し、点火プラグ５ｄに
点火電圧が印加されるようになっている。そしてトラッ
プ３の再生信号Ｓ９がローレベルであれば、スイッチ４
５．４７は開となシ、信号Ｓ１２＋８１５はトランジス
タ５０．５１のベースに入力されない。このときインバ
ータ４９の出力５１１１はハイレベルの電圧となってス
イッチ４６．４８が閉状態とがす、トランジスタ５０．
５１のベースがアースレヘルトナってトランジスタ５０
．５１のコレクタからエミッターに電流が流れないよう
になっている。即ちトラップ３が再生に適した状態にな
い場合には、電磁開閉弁６を遮断してバーナがらの燃料
供給を停止すると共に点火プラグ５ｄからの点火作動を
停止させるものである。

一方、信号Ｓ９がハイレベルとなってトラップ３及び機
関条件が再生に適した状態になったとき、アナログスイ
ッチ４５．４７は閉となりアナログスイッチ４６．４８
が開となって信号８１２　ｒ　Ｓ１５が夫ｈトランジス
タ５０．５１のベース端子に印加されるから、電磁開閉
弁６が開閉作動してバーナ５に燃料を供給すると同時に
点火プラグ５ｄが作動して燃料を点火燃焼させ、トラッ
プ３が捕集した微粒子を再燃焼させる。ここにおいて、
電磁開閉弁６の開閉によるバーナ５への供給燃料蓋は機
関回転速度及びアクセルペダル位置即ち機関負荷に応じ
たパルス信号により、電磁開閉弁６がデユーティ制御さ
れ、バーナの要求燃料量にマツチした燃料量を供給する
ことができる。

従って、機関負荷検出装置と機関回転速度検出装置の出
力信号に基づいて排気加熱用バーナに供給する燃料量を
演算する制御装置Ａはｆ　−Ｖ変換器３０、関数発生器
３１．４０、三角波発生器４１、比較器４２等から構成
されており、トラップ再生時期を検出して電磁開閉弁と
排気加熱用バーナの点火装置の作動時期を制御するトラ
ップ再生時期制御装置は２点鎖線Ｂで囲まれたスイッチ
ング装置によって構成されることが判る。

尚、前記電磁開閉弁６は例えば第３図に示すように構成
される。

即ち図において中央部に流体通路１０１を貫通させて形
成した主磁極１０２にはコイル１０３を巻装したボビン
１０４を挿着し、前記主磁極１０２の先端面と、この先
端面に対向する弁座体１０５との間に磁性体で構成され
た球状の弁体１０６を収設する。前記主磁極１０２とポ
ビン１０４と弁座体１０５とを収容一体化したケース１
０７には、前記弁体１０６の運動方向を規制する側方磁
極１０８を設けると共に、前記弁座体１０５の中央部に
は弁体１０６で開閉されるノズル孔１０９を穿設してい
る。又、前記通路１０１の上流端（図中右端）は、図示
しないパイピング及びレギュレータパルプ等を介してフ
ューエルポンプ（図示省略）の吐出口に接続されると共
に、前記コイル１０３は、コネクタ１１０を介して図示
しないコントローラに接続されている。１１１．１１２
　。

１１３はＯリング、１１４，１１５はシムである。

このような流量制御電磁弁では、コイル１０３に電流を
流して主磁極１０２と側方磁極１０Ｂとを磁化させると
、その電磁力によって弁体ＩＱ６が弁座体１０５上から
浮上されて主磁極１０２の先端面に吸着される。すると
、流体通路１０１内の流体はバイパス通路１１６を通っ
て主磁極１０２の先端外周部に流出し弁座体１０５に穿
設したノズル孔１０９から外部に流出する。又、コイル
１０３への通電を遮断すると、主磁極１０２及び側方磁
極１０８が消磁される結果弁体１０６は流体の圧力を受
けて図中左側に押圧され、弁座体１０５にシートする。

尚、弁体１０６が弁座体１０５上にシートした後は、流
体の圧力が弁体１０６を押圧し続けるので、ノズル孔１
０９は閉じられたままとなる。そして、再びコイル１０
３に通電されると、弁体１０６は流体による押圧力に抗
して主磁極１０２の先端面に吸着されてノズル孔１０９
を開放する。

このように、この種の流量制御電磁開閉弁６は、コイル
の０Ｎ−ＯＦＦＦＦ時間質更してノズル孔から流出（噴
出）される流体の流量を制御するものであり流量制御精
度が高いものである。

以上述べたように、本発明によればバーナから噴射供給
される燃料流量を機関負荷と機関回転速度に応じて精度
良く供給するようにしたのでトラップ再生時期を検出し
て必要時期にのみ前記制御された燃料の供給と点火栓の
作動を適切に行なうことができ、必要最小限の燃料量で
排気温度をトラップ再生温度まで上昇でき、燃費悪化を
最小限にとどめると共に、燃料過供給を行なうことを未
然に防止してトラップの焼損を防ぐことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明にかかる排気微粒子処理装置の一実施例
を示す系統図、第２図は同上の制御装置の一実施例を示
す回路図、第３図は同上の電磁開閉弁の具体例を示す縦
断面図、第４図はバーナへの燃料供給量に対する排気温
度変化を機関回転速度のパラメータでみたグラフである
。Ａ・・・制御装置　　Ｂ・・・トラップ再生時期制御装
置　　３・・・トラップ　　５・・・バーナ　　５ｄ・
・・点火プラグ　　６・・・電磁開閉弁　　７・・・燃
料通路９・・・差圧センサ　　１１，１２・・・温度セ
ンサ１３・・・イグニッションコイル　　２ｏ・・・制
御装置２１・・・機関回転速度検出装置　　２２・・・
アクセル位置センサ　　３１，４０・・・関数発生器　
　３２゜３３・・・関数発生器　　４２・・・比較器　
　４５〜４８・・・アナログスイッチ特許出願人　　日産自動車株式会社代理人　弁理士　　笹　　島　　富二雄第　３　図１１０第４図焔肘使給量（（ん）　　　丁

Claims

【特許請求の範囲】

排気中に含まれる微粒子を濾過捕集するトラップと、該
トラップの上流に設けた排気加熱用バーナと、を備えた
内燃機関の排気微粒子処理装置であって、機関負荷検出
装置と、機関回転速度検出装置と、これら雨検出装置の
出力信号に基づいて排気加熱用バーナに供給する燃料量
を演算制御する制御装置と、骸制御装置の出力パルス信
号に応動して排気加熱用バーナへ供給する燃料流量を制
御する電磁開閉弁と、トラップ再生時期を検出して電磁
開閉弁と排気加熱用バーナの点火装置の作動時期を制御
するトラップ再生時期制御装置と、を設は次ことを特徴
とする内燃機関の排気微粒子処理装置。