JPH03233125A - 内燃機関の排気処理装置 - 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） 本発明は内燃機関の排気微粒子を排気トラップで捕集し
て処理する装置に関する。

（従来の技術） デイ−セル機関の排気中に含まれるカーボン等の微粒子
（パーティキュレイト）を捕集するために、排気通路に
排気トラップを設置することはよく知られている（特開
昭５８−５１２３５号公報等）。

排気トラップに捕集されたパーティキュレイトは、機関
の運転状態によって、たとえば排気温度が高くなる高負
荷時などには自動的に燃焼するが、通常の運転領域では
次第に堆積していき、これが排気抵抗となって排気圧力
（排圧）の上昇を招き、機関性能に悪影響を及ぼす要因
となる。

そこで、捕集したパーティキュレイトを定期的に燃焼さ
せて排気トラップの再生を行うのであるが、このなめに
、たとえば特開昭５９−７７２１号公報では、排気トラ
ップの直前にバーナを設置しておき、手動操作により、
再生時期がきたらバーナから燃料を噴射して着火燃焼さ
せ、その燃焼熱により捕集したパーティキュレイトを再
燃焼させている。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、このように手動により再生を行う場合、
排気トラップのパーティキュレイトの堆積量が限界付近
に達する所定の再生時期になっても運転者が再生操作を
行わないときは、そのままパーティキュレイトが堆積し
ていくため、排気トラップが目詰まりを起こして運転性
を著しく悪化させたり、あるいは多量に堆積したパーテ
ィキュレイトが運転条件によってはいつきに燃焼して異
常温度上昇により排気トラップの焼損を起こすおそれも
あった。

また、このことは再生か遅れてパーティキュレイトの堆
゛積量が過剰な状態で、再生手段を操作しての再生に入
ったときにも、同しように排気トラ・ノブの焼損を招く
心配になっている。

本発明はこのような問題を解決することを目的とする。

（課題を解決するための手段） そこで本発明は、第１図に示すように、排気通路１００
に介装した排気微粒子を捕集する排気トラップ１０１と
、この排気トラップ１０１をバイパスして排気を流すバ
イパス通路１０２に介装さたバイパス弁１０３と、排気
温度を上昇させて排気トラップ１０１の堆積微粒子を燃
焼させる再生手段１０４と、少なくとも運転状態を検出
する手段１０６と、運転状態に基づいて微粒子の捕集堆
積量を推定して排気トラップ１０１の再生時期を判定し
て報知する手段１０７と、排気トラップ近傍の排気温度
を検出する手段１０８と、手動再生操作を起動する手動
再生スイッチ１０つと、再生時期に達すると排気温度が
所定の温度範囲にあるときだけバイパス弁を閉しそれ以
外ではバイパス弁を開く再生待機手段１０５と、機関の
アイドリング時に手動再生スイッチ１０９が作動すると
前記再生手段１０４を作動させる手動再生操作手段１１
０とを備える。

（作用） したかって、 排気トラップに捕集されるパーティ キュレイトの堆積量が所定の限界値に達すると、運転者
に再生時期がきたことを報知する。

車両が停止している機関のアイドリング状態等で手動再
生スイッチを作動させることにより、再生操作が開始さ
れる。　この場合、機関は一定回転、一定負荷条件にあ
って排気温度が安定しているため、再生手段による温度
上昇分に依存して再生に必要な温度を正確に維持し、安
定してノ（−ティキュレイトを燃焼処理することができ
る。

他方、排気トラップのパーティキュレイト堆積量から再
生時期が判定されると、排気温度がパーティキュレイト
を安定的に燃焼させられる温度範囲にあるときはバイパ
ス弁を閉じ、それ以外は）くイパス弁を開くため、バイ
パス弁が閉じているときはパーティキュレイトを捕集し
ながら安定的に燃焼させ、安定燃焼ができない温度範囲
外ではノ（イパス弁を開いてパーティキュレイトが排気
トラ・ンプに過剰に捕集されるのを防止しながら、運転
者により再生操作手段が起動されるのを待つ。

したがって、所定の再生時期に達しているにもかかわら
ず運転者が手動再生スイッチの操作を忘れているときな
ど、排気トラップへのパーティキュレイトの過剰な堆積
を防いで目詰まりや焼損の危険を回避し、また、運転条
件によっては排気トラップでパーティキュレイトを捕集
しながら燃焼させることにより、排気性能の悪化を防止
する。

（実施例） 以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第２図において、１はディーゼル機関本体、２は吸気通
路、３は排気通路を示す。排気通路３には排気中のパー
ティキュレイトを捕集するための排気トラップ４が設け
られる。なお、排気トラップ４には排気中の未燃焼成分
を酸化させる触媒が通気性のあるセラミック担体の表面
にコーティングされている。

排気トラップ４に捕集したパーティキュレイトを燃焼さ
せるため、排気温度を上昇させて再生を行う手段として
、まず、前記吸気通路２には吸気絞り弁５が設けられて
おり、負圧アクチュエータ（ダイヤフラム装置）６によ
って開度が絞り込まれると、燃焼に関与しない余剰空気
が減少して排気温度が上昇する。

負圧アクチュエータ６にはソレノイド弁（三方電磁弁＞
５ＯＬＩを介して図示しないバキュームポンプ等からの
負圧か導入される。

排気通路３には排気絞り弁７が設けられ、同じく負圧ア
クチュエータ８を介して開度か絞られると、排圧の上昇
による機関負荷の上昇で、燃料噴射ポンプ１０から供給
される燃料噴射量が増加補正され、排気温度を上昇させ
られる。この負圧アクチュエータ８に対する負圧は、ソ
レノイド弁Ｓ○Ｌ２により制御される。

また、これとは別に燃料噴射ポンプ１０からの噴射Ｉｔ
（アイドル噴射量）を所定量だけ増量してアイドル回転
を高め、排気温度を上昇させるために、そのアイドルア
ンプしバー（燃料コントロールレバー）１５を燃料増量
方向に駆動する負圧アクチュエータ１６が設けられ、ソ
レノイド弁５ＯＬ４がこの供給負圧を制御する。

さらに、排気トラップ４の直前には電気ヒータ１１が汲
置され、これへの通電によりトラップ前面温度を上昇さ
せることができる。

一方、排気トラップ４と並列に排気バイパス通路１２が
設けられ、このバイパス通路１２には負圧アクチュエー
タ１４を介して開閉するバイパス弁１３が介装され、後
述するように、排気トラップ４の再生待機時などバイパ
ス弁１３を開くことにより、排気トラップ４に過剰にパ
ーティキュレイトが捕集されるのを防ぐ。なお負圧アク
チュエータ１４にはソレノイド弁５ＯＬ３を介して負圧
の導入が制御される。

次にコントロールユニット２０は、これらソレノイド弁
５ＱＬ１〜４や電気ヒータ１１の作動を制御して排気ト
ラップ４の再生を行う。

すなわち、コントロールユニット２０は機関運転状態を
検出する手段としての、積算距離計２１からの検出信号
Ｍにもとづいて排気トラップ４に捕集されるパーティキ
ュレイトの堆積量を推定してその再生時期を判断し、警
告灯ＷＬを作動させると共に、再生待機状態に移行して
、排気トラップ上流側に設置した排気温度センサ２４ａ
からの信号Ｔ１に基づいて、所定の排気温度範囲にある
ときはバイパス弁１３を閉じ、それ以外ではバイパス弁
１３を開く一方、手動再生スイッチ２５がオンとなった
ときに、そのときの機関回転数センサ２２とニュートラ
ルスイッチ２３からのニュートラル信号Ｎによって求め
た運転条件と、排気トラップ下流の排気温度センサ２４
ｂが検出する排気トラップ４の出口排気温度Ｔ２にもと
づいて、各再生手段を選択的に作動させて効率よく排気
トラップ４の再生操作を行うようになっている。

マイクロコンピュータ等により構成されるコントロール
ユニット２０における上記した制御動作を、全体的な作
用を含めて、第３図〜第５図を参照しながら具体的に説
明する。

第３図は制御動作のメインフローを示すもので、まず機
関回転数Ｎｅを読込み、機関が完全に自立運転している
かどうかを回転数Ｎｅから判断する（ステップ１．２　
ただし以下の表示では単に「Ｓｌ。

２」のようにあられす）。

完爆していないときは、Ｓ３に移行して、アイドルアッ
プレバー１５をオフ、吸気、排気絞り弁５．７を開くと
共にバイパス弁１３を開き、かつ電気ヒータ１１をオフ
にする一方、警告灯ＷＬをオフにする。

これに対して完爆したものと判断したときは、積算距離
計２１の積算値Ｍを読込み、設定値と比較する（Ｓ４．
Ｓ５）。

排気トラップ４のパーティキュレイトの堆積量は運転条
件、たとえば走行距離に略比例したものとなり、走行距
離に応じてパーティキュレイトの堆積量も増える。した
がって堆積したパーティキュレイトの許容限界値を走行
距離から換算して設定値とし、これと走行距離積算値と
を比較することにより、排気トラップ４の再生時期を判
定することができる。

再生時期に達していないときは、Ｓ６でバイパス弁１３
を閉じる。

これに対して再生時期にきているときは、Ｓ７で手動再
生スイッチ２５がオンになったかどうかを判断し、オン
てないときは、再生待機操作ルーチン（第４図）を経て
、警告灯ＷＬを点滅して運転者に再生時期に到達してい
ることを報知する（Ｓ８、Ｓ９＞。

再生時期にくると警告灯ＷＬを点滅して運転者に知らせ
るので、運転者が手動再生スイ・ソチ２５をオンにすれ
ば、後述する手動再生操作に移行して捕集パーティキュ
レイトを燃焼させられるのであるが、運転者がこの再生
操作を忘れているときなど、排気トラップ４に捕集され
るパーティキュレイトがさらに増えていき、堆積過剰な
状態になる。すると、排気トラップ４が目詰まりを起こ
したり、あるいは運転条件によってはパーティキュレイ
トがいつきに燃焼して排気トラップ４の焼損を招く心配
もある。

そこで、このように所定の再生時期に達したら、再生待
機操作に移行して、所定の排気温度範囲を除いて排気を
バイパスさせ、パーティキュレイトの捕集を一時的に中
断し、上記した問題を回避すると共に、パーティキュレ
イトを安定的に燃焼させることが可能な所定の温度範囲
ては、バイパスを止めて排気トラップ４てパーティキュ
レイトを捕集しながら燃焼させ、排気性能の悪化をくい
止め、手動再生スイッチ２５がオンになるのを待つので
ある。

二こで再生待機操作について具体的に説明すると、Ｓｌ
ｌ、Ｓ１２で排気温度Ｔ１を読込み、これが設定温度値
Ｔｅｘ３（第６図、第７図にも示すように、例えば４０
０℃に設定）よりも高いときは、Ｓ１６でこれよりも高
い設定温度値Ｔｅｘ２（例えば５００℃に設定）と比較
し、これよりも低いとき、つまり４００℃よりも高く５
００℃以下の範囲にあるときは、Ｓ１７に進んで吸気絞
り弁５と排気絞り弁７を開き、電気ヒータ１１をオフに
して、バイパス弁１３を閉じる。

これにより、排気は排気トラップ４に全量が流れこむが
、この排気温度範囲では、排気トラップ４に捕集された
パーティキュレイトを安定して燃焼させることがてき、
排気トラップ４のパーティキュレイト堆積量が、前述し
た通り、許容限界付近まで達した再生時期にきているの
であるが、バーティキュレイｌ−＆捕集しつつ燃焼させ
、目詰まり等を回避し、また、パーティキュレイトがそ
のまま外部に排出されるのを防止するのである。

これに対して、排気温度かＴｅｘ３よりも低いときは、
３１３においてバイパス弁１３が閉じているかを判断し
、閉じているときは、時間のカウントを開始し、Ｓ１５
で所定の時間が経過したら、Ｓ１８に移行してバイパス
弁１３を開く。

これは第７図にも示すが、前記した所定の温度範囲でバ
イパス弁を閉じて再生を行っているうちに運転条件が変
化して、排気温度がこの範囲外に低下したような場合で
も、排気トラップ４の内部温度がただちに低下するわけ
ではなく、しばらくは余熱で再生可能な温度を維持して
いるため、バイパス弁１３をある時間の経過後に開くよ
うにしたのである。

排気温度が所定範囲よりも低いときは、排気トラップ４
にパーティキュレイトがそのまま堆積していくため、排
気をバイパスさせることにより、目詰まりを防止するの
である。

次ぎに、排気温度がＴｅｘ２よりも高いときは、非常に
高温状態にあるので、Ｓ１８でバイパス弁１３を開いて
排気をバイパスさせる。

これにより捕集されていた多量のパーティキュレイトが
高温雰囲気ていつきに燃焼し、排気トラップ４を焼損す
る危険を回避することができる。

なお、吸気絞り弁５、排気絞り弁７は開かれ、電気ヒー
タ１１はオフにされる。

このようにして再生時期に達すると、とりあえず再生待
機操作に入り、手動再生スイッチ２５がオンになるのを
待つのであるが、次ぎにこの手動再生操作について説明
する、 第３図のＳＩＯの手動再生操作ルーチンの具体的な操作
内容は第５図に示す通りで、排気温度信号Ｔ２、ニュー
トラル信号Ｎを読込み、車両が停止状態かどうか、つま
りギヤ位置がニュートラルでかつアイドリング回転にあ
るかどうかを判断する（Ｓ２１，５２２）。

これは再生操作を車両走行中てはなく、停止した一定回
転、一定負荷条件のもとで行うことにより、安定してパ
ーティキュレイトを燃焼させるためて、車両停止状態に
ないときは、３２３で吸気絞り弁５、排気絞り弁７、バ
イパス弁１３を開き、アイドルアップレバー１５をオフ
、また電気ヒータ１１、手動再生スイッチ２５、さらに
警告灯ＷＬ＃Ｊオフとする。また、後述する各再生段階
フラグ、昇温段階フラグをオフにする。

車両停止状態と判定されたときは、Ｓ２４〜Ｓ２７で、
後述するどの再生段階にあるかを判断し、いずれにもな
い再生初期のときは、Ｓ２８において、吸気絞り弁５を
閉じ、排気絞り弁７を閉じ、バイパス弁１３を閉じ、ア
イドルアップレバー１５をオン（アイドル燃料増量）に
する。

これによって第８図にも示すが、排気温度が上昇してい
く昇温段［１に入る。なお、このとき電気ヒータ１１は
オフ、またタイマリセットを行うと共に昇温段階Ｉフラ
グをオンにする。

この状態で排気トラップ４の出口排気温度Ｔ２が所定値
Ｔｅｘ１よりも低いときは、第１の設定時間Ｔｉｎｅｌ
が経過するまでこのまま待ち、そして、この時間が経過
したら、こんどは電気ヒータ１１をオンにして、さらに
温度を高める（８２９〜５３１）。なお、タイマリセッ
トするとともに、昇温段階■フラグをオンにする。また
、昇温段階ＩでＴｉｍｅｌが経過する前にＴ２がＴｅｘ
１よりも上昇した場合には、（Ｓ２９）３３３へ進み再
生段ｔｌｉｌフラグをオンにする共にタイマをリセット
する。

排気温度Ｔ２が十分に再生が行なわれる温度ＴｅＸ１よ
りも上昇したら、再生段１ＩＩＩフラグをオンにすると
共にタイマリセットを行い、電気ヒータ１１に通電して
から第２の設定時間Ｔｉｍｅ２が経過するのを待つ（８
３２〜５３４）。

この再生段階Ｉの状態は総ての再生手段が作動しており
、これにより排気温度が再生温度よりも高い状態が保た
れ、排気トラップ４に捕集されたパーティキュレイトの
燃焼が促進される。

しかも、機関の運転条件は基本的に一定回転、一定負荷
条件にあるため、排気温度はほぼ一定温度で安定してお
り、再生手段による温度上昇があっても、再生中の温度
が極端に変動することがなく、したがって温度不足で燃
焼が不安定となったり、逆に温度が上昇しすぎて排気ト
ラップ４が焼損したりの危険もなく、安定した再生動作
が得られる。

次いでこの設定時間Ｔｉｍｅ２が経過したら、電気ヒー
タ１１のみを残して、他の再生手段をオフ、つまり吸気
絞り弁５、排気絞り弁７を開き、アイドルアップレバー
１５をオフにすると共に、バイパス弁１３を開いて、再
生段階■に移行する。

この状態では排気トラップ４の加熱は電気ヒータ１１の
みで行なわれるが、バイパス弁１３が開いて排気の大部
分をバイパスさせ、排気トラップ４には排気の一部が流
入するだけなので、排気トラップ４は適度な酸素の存在
のもとで、高温雰囲気により残存するパーティキュレイ
トを確実に燃焼させる。

この結果、消貴燃料、消費電力の少ない再生操作が行え
る。なお、この場合、排気をバイパスして流しても、機
関アイドリング状態ではもともとパーティキュレイトの
排出量が少なく、排気性能が悪化するおそれはない。

この再生操作時間が第３の設定時間Ｔｉｍｅ３に達する
と、再生が終了したものとみなし、手動再生スイッチ２
５をオフにすると共に、電気ヒータ１１をオフにし、さ
らに各再生段階フラグ、昇温段階フラグをオフにする。

また警告灯ＷＬをオフにして再生の終了を知らせる。

このようにして、所定の再生時期に達してから、手動再
生操作に入ると、まず、電気ヒータ１１を除く総ての再
生手段を作動させて速やかに再生温度まで排気温度を上
昇させる第１段階の昇温操作が行なわれ、さらに所定の
時間が経過しても再生温度まで達していない場合は電気
ヒータ１１をオンにして第２段階の昇温操作が行なわれ
る。

この結果、排気温度が再生温度に到達すると、総ての再
生手段の操作を作動させたまま、所定の時間再生を行っ
た後、再生手段の作動を解除する一方で電気ヒータ１１
に通電したまま、アイドリング状態に戻し、排気をバイ
パスさせての第２段階の余熱再生を行うので、排気トラ
ップ４に堆積するパーティキュレイトを確実にしかも効
率よく安定燃焼させることができ、排気トラップの焼損
等を招くことなく、再生時に消費される燃料、電力量を
最小限にとどめられるのである。

（発明の効果） 以上のように本発明によれば、排気トラップのパーティ
キュレイト堆積量から再生時期が判定されると、排気温
度がパーティキュレイトを安定的に燃焼させられる温度
範囲にあるときはバイパス弁を閉じ、それ以外はバイパ
ス弁を開くため、バイパス弁が閉じているときはパーテ
ィキュレイトを捕集しながら安定的に燃焼させ、安定燃
焼がてきない温度範囲外ではバイパス弁を開いてパーテ
ィキュレイトが排気トラップに過剰に捕集されるのを防
止しながら、運転者により再生操作手段が起動されるの
を待ち、したがって、所定の再生時期に達しているにも
かかわらず運転者が手動再生スイッチの操作を忘れてい
るときなど、排気トラップへのパーティキュレイトの過
剰な堆積を防いて目詰まりや焼損の危険を回避し、また
、運転条件によっては排気トラップでパーティキュレイ
トを捕集しながら燃焼させることにより、排気性能の悪
化を防止する。これらの結果、排気トラップの目詰まり
を防ぎつつ、手動による再生操作にありがちな操作ミス
（操作忘れ）等に対しても十分に高いフェイルセーフの
機能を維持できる。

また、手動再生スイッチを作動させることにより、再生
操作が開始されるが、この場合、機関は一定の回転、一
定の負荷条件にあって排気温度が安定しているため、再
生手段による温度上昇分に依存して再生に必要な温度を
正確に維持し、安定してパーティキュレイトを燃焼処理
することができるという効果もある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の構成を示す構成図、第２図は本発明の
実施例の概略構成図、第３図〜第５図はそれぞれ制御動
作を示すフローチャート、第６図は排気温度が所定の範
囲になる運転状態を示す説明図、第７図は再生待機時の
バイパス弁の作動を示すタイミングチャート、第８図は
手動再生時の作動状態を示すタイミングチャートである
。 １・・・機関本体、２・・・吸気通路、３・・・排気通
路、４・・・排気トラップ、５・・・吸気絞り弁、７・
・・排気絞り弁、１０・・・燃料噴射ポンプ、１１・・
・電気ヒータ、１２・・・排気バイパス通路、１３・・
バイパス弁、１５・・・アイドルアップレバー、２０・
・・コントロールユニット、２１・・・積算距離計、２
２・・・回転数センサ、２４ａ、２４ｂ・・・温度セン
サ。 第 ３ 図 第 図 第７ 図 第 図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 排気通路に介装した排気微粒子を捕集する排気トラップ
   と、この排気トラップをバイパスして排気を流すバイパ
   ス通路に介装されたバイパス弁と、排気温度を上昇させ
   て排気トラップの堆積微粒子を燃焼させる再生手段と、
   少なくとも運転状態を検出する手段と、運転状態に基づ
   いて微粒子の捕集堆積量を推定して排気トラップの再生
   時期を判定して報知する手段と、排気トラップ近傍の排
   気温度を検出する手段と、手動再生操作を起動する手動
   再生スイッチと、再生時期に達すると排気温度が所定の
   温度範囲にあるときだけバイパス弁を閉じそれ以外では
   開く再生待機手段と、機関のアイドリング時に手動再生
   スイッチが作動すると前記再生手段を作動させる手動再
   生操作手段とを備えることを特徴とする内燃機関の排気
   処理装置。