JPH059612B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明はエンジンの排気ガス浄化装置に関し、
特に排気ガス中に含まれるカーボン粒子等の可燃
性粒子をパテイキユレートフイルタで捕捉しこの
可燃性粒子を燃焼させて除去するようにした排気
ガス浄化装置の改良に関する。

（従来技術） 従来、この種の排気ガス浄化装置として、例え
ば、特開昭56−98519号公報に開示されているよ
うに、エンジンの排気系に排気ガス中の可燃性粒
子などを捕集して酸化反応させる触媒フイルタを
配置するとともに、該触媒フイルタの上流に液体
燃料または気体燃料などの補助燃料を噴射する噴
射器を設けて、触媒フイルタの触媒による反応と
補助燃料による燃焼の促進とによつて排気ガス温
度を可燃性粒子の着火温度以上に加熱することに
より、捕集された可燃性粒子を燃焼除去するよう
にしたのは知られている。

上記従来の排気ガス浄化装置では、排気ガス温
度の低い常用運転域では、この排気ガス温度が上
記可燃性粒子の着火温度までに十分に達しないた
め、可燃性粒子が燃焼しないでそのまま残り、こ
の可燃性粒子によつて触媒フイルタが目詰まり
し、その結果、排気系の背圧が上昇してエンジン
を正常に運転できなくなるという問題がある。

このため、フイルタの上流に触媒溶液を供給し
て、可燃性粒子の表面に触媒を被着させることに
より、触媒の反応によつて可燃性粒子の着火温度
を下げるようにしたものが提案されている。

ところで、上記のように触媒溶液を供給して可
燃性粒子の燃焼を促進する場合、触媒成分は燃焼
により直接消耗していくものではないから触媒成
分を繰返し噴射供給していく間に触媒成分が少し
ずつフイルタ内に蓄積されることになるが、上記
触媒成分の蓄積量を無視して常に定量ずつの触媒
溶液を供給していくと、フイルタ内に多量の触媒
成分が蓄積されてフイルタの通気抵抗が増え排気
通路の背圧が大きくなつて燃費が悪化すること、
また過剰な触媒成分によつて可燃性粒子の燃焼が
著しく促進されてフイルタが異常高温状態とな
り、その熱応力で例えばセラミツク製のパテイキ
ユレートフイルタにクラツクが発生してフイルタ
として使用できなくなること、また高価な触媒溶
液の消費量も増加するためそのランニングコスト
も高くなること、等の問題が起る。

（発明の目的） 本発明は、上記の諸問題を解消するためになさ
れたもので、エンジンの燃費悪化を防止でき、パ
テイキユレートフイルタの損傷もなく、かつ触媒
溶液の消費量を低減し得るようなエンジンの排気
ガス浄化装置を提供することを目的とする。

（発明の構成） 本発明に係るエンジンの排気ガス浄化装置は、
排気系に可燃性粒子などを捕集するパテイキユレ
ートフイルタを備えたエンジンの排気ガス浄化装
置において、上記パテイキユレートフイルタの上
流に上記可燃性粒子の燃焼を促進する触媒溶液を
噴射する噴射手段を設けるとともに、上記パテイ
キユエートフイルタに蓄積されている触媒成分量
を検出する検出手段を設け、上記検出手段の出力
を受け上記パテイキユレートフイルタに蓄積され
ている触媒成分量に応じて新規に噴射供給する触
媒成分量を制御する制御手段を設けたものであ
る。

上記検出手段としては、エンジン使用開始から
の触媒溶液噴射回数をカウントするカウント手段
を用いてもよく、触媒成分の蓄積量に略比例して
減少するフイルタの電気抵抗を検出する検出手段
を用いてもよく、また触媒成分の蓄積量に略比例
して増加するフイルタの圧損を検出する検出手段
を用いてもよい。

（発明の効果） 本発明に係るエンジンの排気ガス浄化装置にお
いては、以上説明したようにフイルタ内に蓄積さ
れている触媒成分を検出手段で検出し、その出力
に基いて制御手段によつてフイルタ内に蓄積され
ている触媒成分量に応じて新規に噴射供給する触
媒成分量を制御するようにしたので、フイルタ内
に蓄積されている触媒成分量を勘案して常に適正
量の触媒成分を供給することが出来る。

従つて、適正量の触媒成分によつてフイルタ内
での可燃性粒子の燃焼を適度に促進することによ
つて、フイルタが異常高温状態とならないように
制御することが出来、高価な触媒成分の消費量を
節減することが出来ると同時に、触媒成分の蓄積
によるフイルタの通気抵抗増加でエンジンの燃費
が悪化するのを防ぐことが出来る。

（実施例） 以下、本発明に係るエンジンの排気ガス浄化装
置をデイーゼルエンジンに適用した場合の実施例
について図面に基いて説明する。

上記排気ガス浄化装置の全体構成について、第
１図により説明すると、デイーゼルエンジン１の
排気通路２の途中部にはパテイキユレートフイル
タ３（以下、フイルタという）が介装され、この
フイルタ３に流入する排気ガス流量を調節するた
めフイルタ３の上流側の排気通路２から分岐して
フイルタ３の下流側の排気通路２に合流するバイ
パス通路４が設けられ、上記バイパス通路４の始
端部には絞り弁５が設けられる。

上記フイルタ３は微小細孔を有する多孔質のセ
ラミツク製のパテイキユレートフイルタで、多数
の隔壁で仕切られた多数の通路を有し、排気ガス
を上記隔壁で濾過することにより排気ガス中に含
まれるカーボン粒子等の可燃性粒子を捕捉するよ
うにしたものである。

上記フイルタ３に捕捉された可燃性粒子を燃焼
させてフイルタ３を再生するため、フイルタ３の
上流側の排気通路２内に触媒水溶液炭化水素エマ
ルジヨンを噴射する噴射器具６が設けられる。

上記噴射器具６は、フイルタ３の上流側の排気
通路２内にフイルタ３の方向へ向けて装着された
インジエクタ７と、上記触媒水溶液炭化水素エマ
ルジヨンを貯溜するタンク１０と、インジエクタ
７をタンク１０に接続する連通管８と、連通管８
の途中部に介装されたポンプ９とから構成され
る。

上記触媒水溶液炭化水素エマルジヨンの組成
は、0.05〜0.5重量％の一または二以上の白金族
金属（Pt、Pd、Rh、Ir）の水溶性化合物、ある
いは１〜10重量％の一または二以上の卑金属
（Ｖ、Cu、Cr、Fe、Ni、Mo、Ca、Ba）の水溶
性塩よりなる触媒成分と、10〜50重量％の灯油、
軽油、重油、アルコール、またはケトン（含酸素
炭化水素）等の炭化水素と、該炭化水素を水に溶
かすための１〜10重量％の界面活性剤と、残りが
水とからなり、これらを混合したものである。以
下、上記触媒水溶液炭化水素エマルジヨンを単に
触媒溶液等と略称する。

但し、触媒溶液と炭化水素とを各々独立のタン
クに貯溜しておいて、両者を混ぜてインジエクタ
７へ供給したり、或いは必要に応じて一方だけを
インジエクタ７へ供給するようにしてもよいこと
は勿論である。

前記バイパス通路４の絞り弁５を調節する調節
機構は、真空ポンプ１１と、真空ポンプ１１に接
続されたデユーテイソレノイドバルブ１２と、デ
ユーテイソレノイドバルブ１２に接続され絞り弁
５に連結されたダイヤフラム式アクチユエータ１
３とから構成される。

上記フイルタ３に捕捉されている可燃性粒子の
燃焼状態に応じて上記噴射器具６を制御したり、
また前記絞り弁５の開度を調節制御したりするコ
ントロールユニツト１４が設けられ、このコント
ロールユニツト１４へは下記の各種センサから検
出信号が入力される。

上記センサとしては、フイルタ３の上流側の排
気通路２内の背圧及び排気ガス温度を各々検出す
る背圧センサ１５及び第１排気ガス温度センサ１
６と、フイルタ３の下流側の排気通路２内の排気
ガス温度を検出する第２排気ガス温度センサ１７
と、エンジン１の燃料噴射ポンプ１８のポンプ軸
の回転数を検出する回転数センサ１９と、上記燃
料噴射ポンプ１８のコントロールスリーブの位置
を検出する負荷センサ２０とが設けられ、各検出
信号はコントロールユニツト１４へ出力される。

上記コントロールユニツト１４からインジエク
タ７へはインジエクタ７内に組込まれたソレノイ
ドバルブ（第２図参照）を開閉する制御信号が出
力され、コントロールユニツト１４からポンプ９
へはポンプ９をON・OFF操作する制御信号が出
力され、コントロールユニツト１４からデユーテ
イソレノイドバルブ１２へはそのデエーテイ比を
変えて絞り弁５を調節操作する制御信号が出力さ
れる。

次に、上記インジエクタ７は、例えば第２図の
ように構成される。

即ち、インジエクタ本体２１の中心部には先端
側から順に噴射口２２、案内孔２３、バネ装着孔
２４、ソレノイド装着孔２５及び供給孔２６が連
通状に形成され、これらのうち供給孔２６以外の
各孔２２〜２５に互つて一体のロツド２７が挿入
装着され、上記ロツド２７の先端の針弁体部２７
ａが噴射口２２の奥端の弁座に内方より当接して
弁が構成され、ロツド２７の案内部27bが案内孔
２３内に軸方向摺動自在に装着され、ロツド２７
の鍔状のバネ受部２７ｃがバネ装着孔２４内に配
設され、バネ受部２７ｃとバネ装着孔２４の基端
壁間でロツド２７に外装された圧縮バネ２８によ
りロツド２７が先端方向つまり上記弁を閉じる方
向へ付勢され、ソレノイド装着孔２５内において
ロツド２７の外側にはソレノイド２９が装着さ
れ、ロツド２７の基端の鍔部２７ｄとソレノイド
装着孔２５の基端壁間には補助圧縮バネ３０が介
装されている。

第２図に図示していないが、上記本体２１の基
端部には前記連通管８が接続され、連通管８から
供給孔２６内へ圧送される前記触媒水溶液等はロ
ツド２７の外周の孔を経て弁の所へ至り、上記弁
が開弁されたときには噴射口２２より図示のよう
に霧状に噴射されるようになつている。但し、上
記弁はソレノイド２９へ通電されたときバネ力に
抗して開弁するようになつている。

上記コントロールユニツト１４は、例えば各セ
ンサ１５，１６，１７，１９，２０からの信号を
AD変換するAD変換器、入出力インターフエイ
ス、リード・オンリ・メモリ（ROM）、ランダ
ム・アクセス・メモリ（RAM）、中央演算装置
（CPU）及びポンプ９やソレノイド１２，２９へ
の出力信号をDA変換し増幅する駆動回路等から
構成され、上記リード・オンリ・メモリ
（ROM）には後述の制御ルーチンの為のプログ
ラム及び諸定数が予め入力されメモリされてい
る。

次に、上記コントロールユニツト１４でなされ
る制御のルーチンについて、第３図ａのメインル
ーチンのフローチヤート及び第３図ｂの割込み処
理ルーチンのフローチヤートに基いて説明する
が、図中S1〜S22及びS30〜S35は各ステツプを示
す。

S1では必要なデータが初期化され、S2では回
転数センサ１９からの検出信号を読込んでエンジ
ン回転数が演算され、S3では負荷センサ２０か
らの検出信号を読込んでエンジン負荷が求めら
れ、S4では背圧センサ１５からの検出信号を読
込んで排気通路２内の背圧が求められる。

S5では、前記触媒溶液等を噴射後背圧が所定
値まで少なくとも１回低下したか否かが判定され
る。即ち、前回の噴射後その触媒溶液等の燃焼促
進作用でフイルタ３に蓄積されていたカーボン粒
子等が燃焼すれば背圧が所定値以下に低下するこ
とから、背圧が所定値以下に低下してことつまり
前回噴射された触媒溶液等が燃焼に寄与したこと
を条件として次のステツプへ移行するためであ
る。

S5で判定の結果、YESのときにはS6へ移行し、
NOのときにはS4へ移行する。

S6では上記今回の背圧が各運転領域毎の所定
の背圧よりも高いか否かが判定される。

フイルタ３にカーボン粒子等が蓄積される程フ
イルタ３の通気抵抗が大きくなつてフイルタ３の
上流側の背圧が大きくなることから上記背圧の値
によつてカーボン粒子の蓄積程度を判定するよう
にしている。但し、背圧の大きさはエンジンの運
転状態に応じて変動することから、エンジン回転
数とエンジン負荷とで定まる各運転領域に対応す
る所定の許容背圧値が予めマツプとしてリード・
オンリ・メモリ（ROM）に入力してメモリされ
ており、S6では今回の運転状態に対応する運転
領域の許容背圧値と今回の背圧値とが比較され、
今回の背圧が許容背圧値より高いときには触媒溶
液等を噴射する必要があるのでS7へ移行し、高
くないときにはS2へ移行する。

S7ではエンジンの使用開始時点からの今回の
噴射回数がカウントされ、S8では上記噴射回数
に基いて触媒溶液等の噴射量が決定される。

触媒溶液等に含まれる触媒成分は、カーボン粒
子等の燃焼の際に触媒反応により燃焼を促進する
もので、噴射を繰返していく間にその一部は排気
ガスとともに大気中へ排出されるがその残部はフ
イルタ３内に徐々に蓄積されていくことに鑑み、
第４図のグラフに示すように噴射回数に応じて触
媒溶液等の噴射量が決定される。

即ち、触媒成分の蓄積量は曲線ａのように噴射
回数に略比例して増加していくものと考えられる
ので、触媒溶液等の１回当たりの噴射量も折れ線
ｂのように噴射回数に応じて減少するように設定
される。

但し、噴射回数が所定の回数になるまでは触媒
成分の蓄積量もそれ程多くはないので定量ずつ噴
射されるようになつている。

ところで、新規に噴射される触媒成分は、背圧
の増加による排気ガス温度の高い条件下に水溶液
中にイオン化された活性の高い状態で噴射され、
フイルタ３の上流部分に蓄積されたカーボン粒子
等の表層部に供給されて排気ガス中の酸素と接触
しやすいために、燃焼促進の触媒として極めて活
発に作用し、かつ上流側の燃焼によつて下流側の
燃焼も著しく促進されることになる。

これに対して、フイルタ３内に蓄積している触
媒成分は、比較的低い排気ガス温度の条件下に乾
燥状態でカーボン粒子等と接触してカーボン粒子
等の蓄積層内に埋没され排気ガス中の酸素とも接
触しにくいために、燃焼促進の触媒としてそれ程
活発には作用しないことになる。

従つて、フイルタ３に蓄積されている触媒成分
量に応じて新規に噴射供給する触媒成分量を設定
するに際しては、蓄積されている触媒成分量とそ
の有効性とを勘案して設定する必要がある。

S9では第１排気ガス温度センサ１６からの検
出信号が読込まれてフイルタ３の上流側の排気ガ
ス温度T₁が求められ、S10では上記排気ガス温度
T₁が予め設定されている所定温度T_Aより低いか
否かが判定され、低いときにはS11へ移行し、低
くないときにはS9へ戻る。

加速時や高負荷時など排気ガス温度が高いとき
に触媒溶液等を噴射すると、フイルタ３にたまつ
ていたカーボン粒子等が急速に燃焼して異常高温
状態となり、その熱応力でセラミツク製のフイル
タ３にクラツクが発生しフイルタ３が損傷するの
で、これを防ぐために排気ガス温度が所定温度
T_Aより低いことを条件として噴射するためであ
る。

S11では前記噴射器具６のポンプ９をS8にて定
められた噴射量に対応する所定時間だけ駆動する
ため、ポンプ９の駆動が開始され、これと同時に
S12ではインジエクタ７のソレノイド２９へ通電
することによりインジエクタ７の弁が開かれて噴
射が開始され、S13では噴射フラグＦがＦ＝１と
される。

S14ではタイマーがセツトされ、S15では上記
タイマーにセツトされた比較的短い所定時間が経
過したか否かが判定され、その所定時間経過後に
S16へ移行し、S16ではタイマーがリセツトされ
る。

S17では第２排気ガス温度センサ１７からの検
出信号を読込んでフイルタ３の下流側の排気ガス
温度T₂が求められ、S18では上記排気ガス温度
T₂が予め設定されている所定温度T_Bより高いか
否か判定され、高いときにはカーボン粒子等の燃
焼が十分に活発に進行しているため引続き触媒溶
液等を噴射する必要がないとしてS21へ移行して
ポンプ８が停止され、高くないときには引続き噴
射する必要があるとしてS19へ移行する。

S19ではS8にて決定された噴射量に対応する所
定ポンプ駆動時間が経過したか否かが判定され、
経過したときにはS20へ移行してインジエクタ７
の弁が閉じられて噴射停止され、所定時間経過し
ていないときにはS17へ戻る。

S20でインジエクタ７が閉じられると、S21で
はポンプ９の駆動が停止され、S22では噴射フラ
グＦがＦ＝０とされる。

次に、第３図ｂのフローチヤートはバイパス通
路４の絞り弁５を制御する割込み処理ルーチンを
示すもので、上記メインルーチンのS10における
判定でYESとなつたときに割込み処理が開始さ
れ、S22終了後に復帰する。

割込み処理開始後、S30では排気通路２の背圧
センサ１５からの検出信号を読込んで背圧が求め
られ、S31では上記背圧が予め設定されている所
定値より低いか否かが判定され、低いときには
S32において絞り弁５を閉じる方向へ駆動するた
めの信号がデユーテイソレノイドバルブ１２へ出
力され、低くないときにはS33において絞り弁５
を開く方向へ駆動するための信号がデユーテイソ
レノイドバルブ１２へ出力される。

S32及びS33からはS34へ移行し、S34では噴射
フラグＦがＦ＝１か否かつまり噴射中か否かが判
定され、Ｆ＝１にときにはS30へ戻りS30〜S33の
ステツプを繰返し、Ｆ＝０のときにはS35へ移行
して絞り弁５を操作してバイパス通路４が閉じら
れる。このように、触媒溶液等の噴射中に限りバ
イパス通路４の絞り弁５が上記のように制御され
る。

上記S1〜S22及びS30〜S35によつて今回の制御
がなされ、S22からS1へ移行し次回の制御がなさ
れる。

以上説明したように、フイルタ３の上流側の排
気ガス温度T₁が所定温度T_Aよりも低いときに限
つて触媒溶液等を噴射することによりフイルタ３
が異常高温状態になるのを防ぐとともに、触媒溶
液等の噴射中においてはフイルタ３の下流側の排
気ガス温度T₂が所定温度T_Bより高くなつたとき
には噴射を中止することによりフイルタ３が異常
高温状態となるのを防ぐようにして二重にフイル
タ３を保護してある。

加えて、割込み処理ルーチンの制御によつて、
触媒溶液等の噴射中はバイパス通路４の絞り弁５
を制御することによつてフイルタ３へ異常に多量
の排気ガスが流入して触媒溶液等がフイルタ３の
中心部に偏つて中心部で異常燃焼するのを防ぎ、
安定した排気ガス流量の下に安定した燃焼状態が
得られるようにしてある。

上記実施例においては、フイルタ３内に蓄積さ
れている触媒成分量は噴射回数に略比例するとの
前提に基いて、噴射回数に応じて噴射量を設定す
るようにしたけれども、触媒成分の蓄積量を次の
ようにして検出し、その検出信号に基いて噴射量
を設定するようにしてもよい。

即ち、触媒成分には前述のように金属が含まれ
ているのでフイルタ３内に蓄積された触媒成分が
増加する程セラミツク製のパテイキユレートフイ
ルタ３の導電性が高まりその電気抵抗が減少する
ことから、フイルタ３内に１対の電極を装着して
電極間に所定の電圧を印加し、電極間に流れる電
流を検出することにより電極間の電気抵抗を求め
触媒成分の蓄積量を検出することが出来る。

或いは、フイルタ３内に蓄積された触媒成分が
増加する程フイルタ３の通気抵抗が増加すること
から、背圧センサ１５で検出されるフイルタ３の
上流側の背圧の大きさから触媒成分の蓄積量を検
出することが出来るが、この場合エンジン１の運
転状態が一定でかつ触媒溶液等の噴射によりカー
ボン粒子等を燃焼させカーボン粒子等の付着状態
が一定となつた状態における背圧の値を比較する
必要がある。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施例を示すもので、第１図は
デイーゼルエンジンの排気ガス浄化装置の全体構
成図、第２図はインジエクタの縦断面図、第３図
ａ及びｂは各々コントロールユニツトでなされる
制御のメインルーチンのフローチヤート及び割込
み処理ルーチンのフローチヤート、第４図は触媒
溶液等の噴射量と触媒成分蓄積量を示す線図であ
る。 １……デイーゼルエンジン、２……排気通路、
３……パテイキユレートフイルタ、７……インジ
エクタ、８……連通管、９……ポンプ、１０……
タンク、１４……コントロールユニツト。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 排気系に可燃性粒子などを捕集するパテイキ
   ユレートフイルタを備えたエンジンの排気ガス浄
   化装置において、 上記パテイキユレートフイルタの上流に上記可
   燃性粒子の燃焼を促進する触媒溶液を噴射する噴
   射手段を設けるとともに、上記パテイキユレート
   フイルタに蓄積されている触媒成分量を検出する
   検出手段と、上記検出手段の出力を受け上記パテ
   イキユレートフイルタに蓄積されている触媒成分
   量に応じて新規に噴射供給する触媒成分量を制御
   する制御手段とを備えたことを特徴とするエンジ
   ンの排気ガス浄化装置。