JPS6038018Y2 - デイ−ゼルエンジンの排気微粒子浄化装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案はディーゼルエンジンの排気ガス処理装置に関し
、更に詳しくは、排気ガス中に含まれるカーボン粒子及
びそれと同様な粒状物（以下、排気微粒子という）を物
理的方法によって適切な捕集材に捕集し、捕集された排
気微粒子を周期的に焼却し、捕集材を再生するに適した
排気微粒子浄化装置に関する。

この種の排気微粒子はカーボン粒子のように可燃性のも
のがほとんどで、このような可燃性の微粒子を捕集し、
捕集された微粒子を焼却して捕集材を再生するには、従
来から次のような方法がある。

（１）ディーゼルエンジンの吸気系を絞り、吸入空気量
を減じて排気ガスの温度を上昇させ、排気微粒子を燃焼
させる方法。

（２） ディーゼルエンジンの排気系にオイルバーナ
を設け、排気ガスの温度を排気微粒子が燃焼する温度ま
で上昇させて焼却する方法。

（３）電気ヒータを捕集材の全面に取り付け、捕集材の
表面に付着した排気微粒子を燃焼させ、それを熱源とし
て下流の微粒子を自燃させる方法。

上記いずれの方法においても、捕集材（トラップ材）の
容器側、即ちアクシャル・フローの場合は捕集材の外周
側は、容器外部の雰囲気によって冷却され、捕集材の中
心部より温度が低い。

従って、捕集材の外周部は、排気微粒子を燃焼させる際
、燃え残りができるおそれがある。

そこで、捕集材に触媒を担持し、排気微粒子の燃焼を促
進させる方法が考えられる。

ところが、捕集材の全周に触媒を担持すると、燃料中の
イオウ成分が触媒によってサルフェートとして排出され
、環境衛生上大きな問題となる。

本考案の目的は、捕集材の外周部における捕集排気微粒
子の燃え残りをなくすると共に、触媒によるサルフェー
トの排出を極力少なくするディーゼルエンジンの排気微
粒子浄化装置を提供することである。

このような目的を実現する為に、本考案では、排気ガス
の流れの方向に関する捕集材（トラップ材）の外周域で
触媒を担持腰桶集材の再生時に排気微粒子の燃え残りを
なくしかつサルフェートの排出量を少なくするようにし
た。

なお、捕集材に蓄積された排気微粒子を定期的に燃焼・
焼却させる手段、即ち捕集材を再生する手段は、吸気系
を絞るスロットリング、バーナ、電気ヒータ、スパーク
等の手段のいずれでもよく、またこれらを併用したもの
であってもよい。

以下、添付図面を参照して本考案の実施例につき詳細に
説明する。

なお、以下の実施例では、捕集材の再生手段として、ス
ロットリングと電気ヒータ、並びに燃料噴射時期制御手
段を組み合わせたものについて説明する。

第１図において、１はディーゼルエンジン本体、２は冷
却用ファン、３は吸気マニホルド、４は排気マニホルド
、５は燃料噴射ポンプ、６は吸気通路に設けたスロット
ルバルブである。

このスロットルバルブ６はリンク８を介して負圧作動式
ダイヤフラム弁９に連結され、このダイヤフラム弁９は
負圧切替弁１０、バキューム配管１１を介してバキュー
ムポンプ１２に連結されている。

また、負圧切替弁１０は配線１３を介してマイクロコン
ピュータ（ＣＰＵ） １４に連結されている。

従って、ｃｐｕ１４から配線１３を通じて指冷信号が負
圧切替弁１０に入力されると、この負圧切替弁１０のバ
キューム径路が開き、バキュームポンプ１２からの負圧
が配管１１を通じてダイヤフラム弁９に伝えられ、リン
ク８を介してスロットルバルブ６を閉方向に作動させる
。

これが吸気通路を絞るスロットル手段である。

なお、スロットルバルブ６の開度はスロットルセンサ１
５によって検知され、配線１６を通じてＣＰＵ１４に伝
えられる。

燃料噴射ポンプ５は、燃料配管２０を通じて各気筒の燃
料噴射弁２１に連結され、ディーゼルエンジンの燃焼室
に燃料を噴射する。

燃料噴射ポンプ５は、ＣＰＵ１４から配線２２を通じて
伝えられた信号により電磁弁（図示せず）を作動させ、
これによってその燃料噴射時期を制御する手段を備えて
いる。

燃料噴射時期を制御（遅角）する具体的な構造について
は、既に周知であるので、詳しい説明は省略する。

排気マニホルド４のすぐ下流側の排気管路の部分には、
捕集材（トラッパ容器）３０が取り付けられている。

しかし、このトラッパ容器３０を排気マニホルド４の集
合部の下流に位置するように、この排気マニホルド４と
一体的に鋳物で構成してもよい。

トラッパ容器３０の内部には捕集材（トラップ材）３１
がある（第２図）。

このトラップ材３１としては、公知のセラミックフオー
ム、アルミナをコートしたスチールウール、金属のフオ
ームフィルタ等を用いることができる。

即ち、トラップ材３１は三次元の網目構造で、その内部
を排気ガスが流通可能でありかつ排気ガスに含まれてい
る排気微粒子をその網目間に捕集することができるよう
になっている。

第２図において、トラップ材３１の上流側端面には、複
数個の電気ヒータ素子３２が分散的に配置されている。

符号３３は電気ヒータ素子の電源端子である。

各電気ヒータ素子３２は、適切な電気加熱素子、例えば
タングステンをアルミニウム箔で包んだものであり、そ
れをセラミックでコーティングしたものであるのが望ま
しい。

このようなセラミックヒータ素子３２の大きさ及び配列
は、排気ガスの流れを妨げず、従って排気ガスの背圧上
昇が最小になるように選定される。

複数個のセラミックヒータ素子３２は、それぞれ順番に
通電され、加熱される。

本考案では、第２図及び第３図に示すように、捕集材（
トラップ材）３１は、排気ガスの流れの方向（矢印Ｐで
示す）に関するその外周域で触媒が担持されている。

即ち、捕集材３１がアルミナコートのスチールウール（
スチール・フオームフィルタ）である場合、第３図にお
ける符号３１ａが触媒を担持していないアルミナコート
層であり、３１ｂが触媒担持層である。

上述したスロットリング手段と、燃料噴射時期制御手段
と、セラミックヒータによる加熱手段とが相互に関連し
て作動される。

そのために、エンジンの運転条件や排気ガスの状態等を
検出し、ＣＰＵ１４に入力する。

即ち、第１図において、４０はエンジン負荷、４１はエ
ンジン水温、４２はエンジン回転数、４３はトラッパ前
の排気圧力、４４はトラッパ前の排気ガス温、４５はト
ラッパ内部の温度、４６はセラミックヒータ加熱順序で
あり、それぞれＣＰＵ１４に入力される。

なお、４６はヒータ加熱順番コントロール、４７はセラ
ミックヒータ加熱用電源、４８はヒータ加熱用信号配線
である。

トラッパ容器の再生は次のようにして行なわれる。

まず、条件として、エンジン水温４１．エンジン負荷４
０、エンジン回転数４２、排気ガス圧力４３、トラッパ
前の排気ガス温４４等が情報としてＣＰＵ１４（第１図
）に入力される。

再生時間の判断は、主として排気ガスの背圧４３によっ
て判断する。

即ち、ディーゼルエンジンから排出された排気ガスは矢
印Ｐ（第２図）のように流れ、それに含まれる微粒子が
トラッパ材３１に捕集され、その微粒子が蓄積されるに
従ってトラッパ容器３０上流の排気ガス圧力が上昇する
ので、この圧力が、微粒子蓄積の指標となる。

再生時間であると判断すると、エンジン水温４１を確認
する。

これは、もしエンジン始動直後などに再生が開始されな
いようにするためである。

エンジン氷温が１１０°＞Ｔ＞８０°Ｃであると、燃料
噴射ポンプ５（第１図）の電磁弁を作動させ、燃料噴射
時期ヲ遅らせる。

またスロットリングを開始する。スロットリングは所定
時間で終了する。

電気ヒータ素子への通電は所定時間経過すると加熱順番
がカウントアツプされる。

噴射時期を正規にもどし、グローをＯＦＦ してリセッ
トされる。

リセットされてまだ再生する必要があると判断したなら
ば、前に通電した次のセラミックヒータ素子の通電が開
始される。

以下、再生のため通電が不要となるまで同じことをくり
返す。

再生を開始する時のエンジン回転数４２は、特に限定し
ないが、アイドル回転において再生開始する様な条件を
入れた方が望ましい。

電気ヒータ素子３２はトラップ材３１の上流側端面に配
置されているので、通電により加熱されると、その付近
に付着している排気微粒子を燃焼させ、矢印Ｐで示す排
気ガスの流れに沿ってその燃焼火炎が下流側に伝播され
る。

本考案では、上述のようにトラップ材３１の外周域３１
ｂが触媒を担持しているので、トラッパ容器３０の外
部雰囲気によってトラップ材３１の外周部が冷却されて
も触媒の作用により排気微粒子の着火・燃焼温度が低下
し、燃焼が促進されるので燃え残りが生じない。

トラップ材３１の中心部、即ちアルミナコート層３１ａ
は触媒が担持されていないが、トラッパ容器３０の外部
雰囲気による冷却作用を受けないので、着火及び燃焼は
良好に行なわれる。

また、触媒が担持されているのは捕集材（トラップ材）
３１の外周部のみであるので、触媒によるサルフェート
の排出も極力少なくすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案を用いたディーゼルエンジンの概略図、
第２図はトラッパ容器の断面図、第３図は本考案で用い
る捕集材（トラップ材）の斜視図である。 １・・・・・・ディーゼルエンジン本体、６・・・・・
・スロットルバルブ、３１・・・・・・捕集材（トラッ
プ材）、３２・・・・・・電気ヒータ素子、３１ａ・・
・・・・触媒を担持していない層、３１ｂ・・・・・・
触媒担持層。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. ディーゼルエンジンの排気ガス通路に排気微粒子の捕集
   材を設けると共に、該捕集材に蓄積された排気微粒子を
   燃焼・焼却する手段を設け、前記捕集材は排気ガスの流
   れの方向に関するその外周域で触媒を担持したものであ
   ることを特徴とするディーゼルエンジンの排気微粒子浄
   化装置。