JPH0612169Y2 - 内燃機関の排気微粒子処理装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 産業上の利用分野 この考案は、内燃機関の排気微粒子処理装置の改良に関
する。

従来の技術 近時、特にディーゼル機関にあっては、排気公害対策の
一環として排気中の微粒子状物質（パーティキュレー
ト）を低減させることが要請されており、第３図は従来
における排気微粒子処理装置の一例を示している（ＳＡ
Ｅ ＰＥＰＡＲ ８５００１５参照）。

概略を説明すれば、ディーゼル機関１の排気マニホール
ド２の出口に触媒付トラップ３が設置され、ディーゼル
機関１から排出される排気微粒子を含んだ排気ガスは、
触媒付トラップ３を介して流出され、この触媒付トラッ
プ３により排気微粒子が捕集されて清浄化されるように
なっている。

ところで、一般に上述のような触媒付トラップにより捕
集、堆積した排気微粒子は、触媒の作用によって該触媒
の活性化温度（約４００℃）以上の排気温度であれば急
速に燃焼し、触媒付トラップ３の再生が行われる。しか
し、排気微粒子は、活性温度以下の排気温度の運転域で
は、再燃焼しきれずに徐々に触媒付トラップに堆積す
る。このように、排気微粒子が堆積する結果、排気系の
排気圧力が上昇するため、機関を一定速度に維持しよう
とすると、燃料噴射量が増加する。そして、排気温度が
上昇して最終的に活性温度となった時点で再生が始ま
り、今度は排気圧力が下降し始める。このように、排気
圧力が下降すると、燃料噴射量が減少して排気温度が低
下するため、再び排気微粒子が堆積して排気圧力が上昇
する。

以上のような排気温度低下→排気微粒子堆積→排気圧力
上昇→燃料噴射量増加→排気温度上昇→排気圧力下降→
燃料噴射量減少→排気温度低下というサイクルを繰り返
して排気圧力及び排気温度の上昇はあるレベルで平衡状
態となる（第４図参照）。

また、他の従来例として実開昭５８−２３１４号公報に
記載された技術のように、排気通路にバイパス通路を分
岐形成すると共に、排気通路の分岐部下流側に捕集器を
設け、さらに機関の高回転高負荷時に切換弁によって排
気ガスを捕集器側ではなくバイパス通路側を通流させ
て、圧力損失を回避するものも提供されている。

考案が解決しようとする問題点 しかしながら、第３図に示す前者の従来例にあっては、
内部の触媒担体の活性化を図るために触媒付トラップ３
を、高熱になるディーゼル機関１の近傍、すなわち排気
マニホルド２の出口に設置している。このため、機関ア
イドル運転時や低回転負荷運転域において排気微粒子中
に特に多量に含まれる有機溶媒に可溶な排気成分（以下
ＳＯＦという。）が十分に捕集できない。つまり、触媒
付トラップ３内の温度が極めて高いためＳＯＦがガス状
になって大部分が触媒担体内をそのまま通過して外部に
排出されてしまうといった問題がある。

また、後者の従来例にあっては、低回転低負荷域では、
捕集器によって排気微粒子が捕集されるが、捕集器が単
一であるためＳＯＦを十分に捕集しきれず、大部分が捕
集器を通過して外部に排出されてしまう。また、高回転
高負荷域では、排気ガスをバイパス通路側のみを通過さ
せて触媒付トラップを通過させないため、高熱による触
媒担体を再燃焼することができず、該触媒担体の再生化
が困難になる。

課題を解決するための手段 本考案は、前記従来の問題点に鑑みて案出されたもの
で、排気通路の上流側に設けられて排気微粒子を捕集す
る第１捕集器と、上記排気通路の下流部に分岐形成され
た捕集通路に設けられた第２捕集器と、上記排気通路の
下流部と捕集通路とを切換える流路切換弁と、機関低回
転低負荷域では、上記捕集通路を開成すると共に、上記
排気通路の下流部を閉成する一方、中回転中負荷域では
排気通路の下流部を開成し、かつ高回転高負荷域では少
なくとも捕集通路を開成するように上記流路切換弁を切
り換え制御する制御手段とを備えたことを特徴としてい
る。

作用 この考案によれば、機関低回転低負荷域では、該運転状
態を検出した制御手段によって流路切換弁が、排気通路
の下流側を閉成する一方、捕集通路を開成する。したが
って、機関から排出された高温の排気ガスは、第１捕集
器を通過する際に、所定の排気微粒子がここで効果的に
捕集されるが、高熱によりガス化したＳＯＦはそのまま
通過して捕集通路内にのみ流入する。そして、上記ＳＯ
Ｆは、この捕集通路に到達するまでの間に冷却されてミ
スト状に凝縮するため、第２捕集器により効果的に捕集
されるのである。

また、機関高回転高負荷域では、流路切換弁により捕集
通路が開成されるため、高熱の排気ガスが第２捕集器を
通過する。したがって、第２捕集器内の触媒担体が再燃
焼されて再生化が図れる。

実施例 以下、この考案の各実施例を図面に基づいて詳述する。

第１図はこの考案の第１実施例を示し、図中１１はディ
ーゼル機関、１２は排気マニホルド、１３は排気マニホ
ルド１２に接続された長尺な排気通路、１４は排気マニ
ホルド１２の出口に設けられた第１捕集器たる第１触媒
付トラップ、１５は該第１触媒付トラップ１４から十分
に離れた排気通路１３下流部１３ａに分岐形成された捕
集通路であって、この捕集通路１５には、第２捕集器た
る第２触媒付トラップ１６が設けられている。

また、上記排気通路１３の下流部１３ａと捕集通路１５
の上流側分岐部には、上記排気通路１３の下流部１３ａ
と捕集通路１５の流路を切換える流路切換弁１７が設け
られている。この流路切換弁１７は、リンク軸１７ａを
介して連動する２つのバタフライ型弁体１７ｂ，１７ｃ
がダイヤフラム式のアクチュエータ１８によって切換作
動するようになっている。

上記アクチュエータ１８は、図外のバキュームポンプか
ら負圧通路１９を介して導入される負圧によって駆動
し、この負圧は負圧通路１９に設けられた電磁弁２０に
よって制御されている。

図中２１は上記電磁弁２０を開閉制御する制御手段たる
コンピュータユニットであって、このコンピュータユニ
ット２１は、ディーゼル機関１１により回転する例えば
列型等の燃料噴射ポンプ２２のカムシャフト２３の回転
数を検出する回転数センサ２４と、ディーゼル機関１１
の負荷を検出する負荷センサ２５からの各信号を入力し
て現在の運転状態を検出し、予め設定した運転域内で電
磁弁２０を「開」、設定範囲外で「閉」する信号を出力
するようになっている。

すなわち、機関１１がアイドリングあるいは低回転低負
荷域には、電磁弁２０が開いてアクチュエータ１８を駆
動させ、流路切換弁１７の一方側弁体１７ｂが排気通路
１３の下流部１３ａを全閉にすると同時に他方側弁体１
７ｃが捕集通路１５を全開にする。したがって、機関１
１から排出された高温の排気ガスは、第１触媒付トラッ
プ１４で主な排気微粒子が効果的に捕集される一方、高
熱によりガス化したＳＯＦの大部分が排気通路１３下流
側の捕集通路１５にのみ流入する。そして、上記ＳＯＦ
は、第１触媒付トラップ１４からこの捕集通路１５に到
達するまでの間に約５０℃以下に冷却されてミスト状に
凝縮する。このため、第２触媒付トラップ１６の担体１
６ａで効果的に捕集され、排気ガス中の有害成分を十分
に低減することができる。

一方、機関１１が中回転中負荷域つまり第２触媒付トラ
ップ１６入口の排気温度が触媒活性温度以下の運転域で
は、コンピュータユニット２１が電磁弁２０を閉じ、ア
クチュエータ１８によって流路切換弁１７が捕集通路１
５を全閉、排気通路１３を全開にする。したがって、こ
の運転域ではガス化された比較的発生量の少ないＳＯＦ
は、各触媒付トラップ１４，１６に捕集されずにかつ触
媒で燃焼することもなく外部に排出される。

更に、機関１１が高回転高負荷域つまり第２触媒付トラ
ップ１６入口の温度が触媒活性温度以上の運転域では、
低回転低負荷域の場合と同様に、コンピュータユニット
２１により流路切換弁１７が排気通路１３を全閉、捕集
通路１５を全開にする。

これによって、高熱排気ガスが、捕集通路１５から第２
触媒付トラップ１６を通るため、触媒担体１６ａに捕集
・堆積したＳＯＦ成分の多い排気微粒子が再燃焼されて
無害化すると同時に、第２触媒付トラップ１６の担体１
６ａを効果的に再生させることができる。尚、図中２６
はターボチャージャ、２７はエアクリーナである。

第２図はこの考案の第２実施例を示しており、第１実施
例と異なるところは特に第２触媒付トラップ１６の上流
側の捕集通路１５外周に排気ガス冷却用の機関冷却水通
路２８を配設すると共に、第２触媒付トラップ１６の触
媒担体１６ａの直前に担体再生用のヒーター部２９を配
置したところにある。

具体的に説明すれば、上記有底円筒状の機関冷却水通路
２８は、捕集通路１５の上流部位全周を被う形に配設さ
れ、一端側に機関冷却水の取入口２８ａが、他端側に取
出口２８ｂが夫々形成されている。一方、ヒーター部２
９は、コンピュータユニット２１からの信号によって制
御されるヒータースイッチ３０により電源３１からの通
電がＯＮ−ＯＦＦされている。

また、コンピュータユニット２１は、第１実施例と同様
に回転数センサ２４及び負荷センサ２５などからの出力
信号に基づいて機関運転状態を検出し、電磁弁２０及び
アクチュエータ１８を介して流路切換弁１７を切換制御
しているが、この実施例では、機関低回転低負荷域で排
気通路１３の下流部１３ａを全閉、捕集通路１５を全開
し、中・高回転中・高負荷域では排気通路１３の下流部
１３ａを全開、捕集通路１５を略半開状態に制御してい
る。また、捕集通路１５のこの略半開状態時に上記ヒー
タースイッチ３０をＯＮしてヒーター部２９に通電して
いる。

したがって、この実施例によれば機関低回転低負荷域に
は、ガス状のＳＯＦを多量に含む排気ガスが、捕集通路
１５を通過する際に機関冷却水により十分冷却されるた
め、ＳＯＦのミスト状の凝縮化が促進される。したがっ
て第２触媒付トラップ１６の担体１６ａによるＳＯＦを
含む微粒子の捕集効率が向上し、排気浄化性能が著しく
良好となる。

一方、中・高回転中・高負荷域では、ＳＯＦの含有量が
少なくなった排気ガスの多くは、排気通路１３から外部
に排出されるが、一部は捕集通路１５を通って第２触媒
付トラップ１６内に流入する。この時、第２触媒付トラ
ップ１６の担体１６ａは、ヒーター部２９によって十分
に加熱されるため、上記低回転低負荷時に担体１６ａに
より捕集・堆積したＳＯＦ成分の多い微粒子が効果的に
再燃焼すると共に、担体１６ａの再生化が図れる。ま
た、上記捕集通路１５に流入した排気ガスの一部が、担
体１６ａに酸素Ｏ_２を供給するため、排気浄化作用の促
進は勿論のこと燃焼効率が向上して再生作用が促進され
る。したがって、担体１６ａの再生を最少のエネルギー
で効率良く行うことができる。

尚、第２実施例の捕集通路１５内での排気ガスの冷却
は、機関冷却水路２８に替えて冷却ファンによって行う
ことも可能であり、これによって第２触媒付トラップ１
６による排気浄化領域を拡大でき、ＳＯＦの大気への排
出量を一層低減することが可能となる。

また、機関中回転中負荷域あるいは高回転高負荷域で
は、排気ガスに含有されるＳＯＦの量が極めて少なくな
るため、大気へ排出されても大気汚染の問題に影響を与
えることが少ない。

考案の効果 以上の説明で明らかなように、この考案に係る内燃機関
の排気微粒子処理装置によれば、排気ガス中の主な有害
微粒子を第１捕集器で十分に捕集できることは勿論のこ
と、機関の低回転低負荷域で多量に発生し、かつ第１捕
集器では十分に捕集できないＳＯＦ成分を、排気通路及
び捕集通路の流通中における冷却凝縮を得て第２捕集器
で効果的に捕集することができる。

しかも、機関の高回転高負荷域では、捕集通路に高熱の
排気ガスを流入させて第２捕集器を通過させるため、該
第２捕集器に捕集・堆積したＳＯＦ成分の多い排気微粒
子が再燃焼されて無害化すると同時に、触媒担体を再生
することができる。

したがって、全運転域に亘って排気浄化性能の向上が図
れ、排気公害防止対策に大きく貢献することができる。

【図面の簡単な説明】 第１図はこの考案の第１実施例を示す全体構成図、第２
図はこの考案の第２実施例を示す全体構成図、第３図は
従来の内燃機関の微粒子処理装置を示す全体構成図、第
４図はこの装置内における排気温度と排気圧力を示す特
性図である。 １１…ディーゼル機関、１３…排気通路、１３ａ…下流
部、１４…第１捕集器、１５…捕集通路、１６…第２捕
集器、１７…流路切換弁、２１…コンピュータユニット
（制御手段）。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】排気通路の上流側に設けられて排気微粒子
   を捕集する第１捕集器と、上記排気通路の下流部に分岐
   形成された捕集通路に設けられた第２捕集器と、上記排
   気通路の下流部と捕集通路とを切換える流路切換弁と、
   機関低回転低負荷域では、上記捕集通路を開成すると共
   に、上記排気通路の下流部を閉成する一方、中回転中負
   荷域では排気通路の下流部を開成し、かつ高回転高負荷
   域では少なくとも捕集通路を開成するように上記流路切
   換弁を切り換え制御する制御手段とを備えたことを特徴
   とする内燃機関の排気微粒子処理装置。