JPH059613B2 - - 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を浄化する排気
ガス浄化装置に関し、特に、デイーゼルエンジン
等の排気ガス中に含まれるカーボン等の可燃性粒
子（パテイキユレート）を捕集して燃焼除去する
ものに関する。

（従来の技術） 従来、この種の排気ガス浄化装置は種々のもの
が提案されている。その一例として、例えば特開
昭56−98519号公報に開示されるように、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設するとと
もに、該触媒フイルタの上流に液体、気体などの
補助燃料を噴射する噴射装置を設け、触媒フイル
タでの触媒による酸化反応作用と補助燃料による
燃焼促進作用とによつて排気ガス温度を可燃性粒
子の着火温度以上まで加熱することにより、触媒
フイルタに捕集された可燃性粒子を燃焼除去し、
フイルタを再生するようにしたものが知られてい
る。

（発明が解決しようとする問題点） しかし、この従来のものでは、エンジンが定常
運転域にあるときには、その排気ガス温度が比較
的低いため（デイーゼルエンジンにあつては200
〜300℃）、補助燃料の燃焼促進作用にも拘らず排
気ガスが可燃性粒子の着火温度にまで十分に加熱
されない。その結果、可燃性粒子の燃焼不良によ
り触媒フイルタの再生が確実に行われなくなり、
触媒フイルタの目詰まりによりエンジンの背圧が
上昇してその正常な運転が妨げられる虞れがあつ
た。

そこで、本出願人は、先に特願昭59−64627号
において、エンジンの排気系に触媒フイルタに代
えて、可燃性粒子の捕集機能のみを持つ通常のパ
テイキユレートフイルタを設け、該パテイキユレ
ートフイルタの上流の排気通路に可燃性粒子の燃
焼を促進させる触媒溶液として、例えば、触媒成
分と炭化水素成分とを混合エマルジヨン化した液
体を噴射供給するようにすることにより、パテイ
キユレートフイルタに捕集された可燃性粒子の表
面に触媒および炭化水素の各成分を均一に被着さ
せて可燃性粒子の着火温度を大幅に低下させるよ
うにし、排気ガス温度が低いエンジンの定常運転
時でも可燃性粒子を確実に燃焼除去させるように
した技術を提案している。

ところで、その場合、上記パテイキユレートフ
イルタ上流の排気ガス温度が溶媒の気化温度より
も高いときには、そのガス熱により噴射器から噴
射された触媒溶液のうち溶媒のみが途中で気化し
てしまい、触媒成分はその結晶が大きくなつてフ
イルタに付着し、フイルタ全体に亘つて触媒成分
を均一に可燃性粒子に被着させることが困難であ
る。そのため、可燃性粒子の着火温度を大幅に低
下させることができず、フイルタに堆積した可燃
性粒子を安定した燃焼によつて除去することがで
きなくなつて、フイルタの再生を効率的に行うこ
とができないという問題がある。

（発明の目的） 本発明は、以上の諸点に鑑みてなされたもので
あり、その目的は、パテイキユレートフイルタの
表面への触媒溶液の噴射供給時、この触媒溶液の
噴射供給に先立つて溶媒のみを噴射するようにす
ることにより、この溶媒の気化熱によつてフイル
タ上流の排気ガス温度を低下させて、触媒溶液の
噴射供給時での溶媒の気化を抑制するようにし、
よつてフイルタ全体に亘つて触媒を均一に付着さ
せて、フイルタでの可燃性粒子の燃焼性を安定に
確保し、フイルタの再生を効率的に行い得るよう
にすることにある。

（問題点を解決するための手段） 上記の目的を達成するために、本発明の解決手
段は、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させる触
媒溶液を噴射供給する触媒溶液噴射器と、上記パ
テイキユレートフイルタの上流に触媒溶液の溶媒
を噴射供給する溶媒噴射器とを設ける。さらに、
上記触媒溶液噴射器からの触媒溶液の噴射時、そ
の噴射に先立つて溶媒噴射器からの溶媒を噴射す
るように両噴射器の作動を制御する制御手段を設
けた構成としている。

（作用） 上記の構成により、本発明では、フイルタに目
詰まりが生じて触媒溶液を噴射するとき、制御手
段により、その触媒溶液の噴射に先立つて溶媒の
みを噴射するように制御され、この噴射された溶
媒の気化熱により、フイルタ上流の雰囲気温度が
低下する。そのため、その後、触媒溶液噴射器に
より触媒溶液が噴射されると、その噴射された触
媒溶液の溶媒が上記低下した雰囲気のもとでそれ
以上気化するのが抑制され、触媒溶液の濃度が本
来の適正範囲に保たれ、触媒成分がフイルタ表面
に満遍なく均一に付着するとともに、フイルタで
の可燃性粒子の燃焼が安定となる。

（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１図は本発明の実施例の全体構成を示し、１
は燃焼室２および該燃焼室２に連通する渦流室３
を備えた渦流室式デイーゼルエンジン、４は該エ
ンジン１の渦流室３に燃料噴射ノズル５を通じて
燃料を噴射供給する燃料噴射ポンプであつて、該
燃料噴射ポンプ４はエンジン１により同期して駆
動される。

また、６は上記エンジン１の燃焼室２内の排気
ガスを排出するための排気通路であつて、該排気
通路６の途中には排気ガス中のカーボンを主成分
とする可燃性粒子などを捕集するパテイキユレー
トフイルタ７が配設されている。該パテイキユレ
ートフイルタ７は、多孔質材料よりなるハニカム
体における多数のハニカム孔の両端開口部を１つ
置きに交互に閉塞してなり、隣接するハニカム孔
間の隔壁を排気ガスが通過する際にそれを濾過し
てその可燃性粒子などを捕集するものである。

また、上記パテイキユレートフイルタ７の上流
の排気通路６には、上記可燃性粒子の燃焼を促進
させる触媒溶液を噴射供給する触媒溶液噴射器８
が設けられている。該触媒溶液噴射器８は、上記
パテイキユレートフイルタ７上流の排気通路６に
フイルタ７表面に向けて配置された噴出口９ａを
有するとともに、電磁開閉弁９ｂを有する噴射ノ
ズル９と、上記触媒溶液を貯える触媒タンク１０
と、該触媒タンク１０と噴射ノズル９とを連通す
る連通管１１と、該連通管１１の途中に配設され
た触媒溶液供給ポンプ１２とを備えており、ポン
プ１２の作動および噴射ノズル９の電磁開閉弁９
ｂの開作動により触媒タンク１０の触媒溶液を所
定量噴射ノズル９の噴出口９ａからフイルタ７に
向けて噴射しその表面に付着させるようになされ
ている。尚、上記可燃性粒子の燃焼を促進させる
触媒溶液は、例えば0.05〜0.5重量％の一若しく
は二以上の白金属（Pt、Pd、Rh、Ir）の水溶性
化合物、あるいは１〜10重量％の一若しくは二以
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、ケトン
（含酸素炭化水素）等の炭化水素と、該炭化水素
を溶かすための１〜10重量％の界面活性剤と、残
りが水とからなり、それらの成分を混合してエマ
ルジヨン化したものである。

さらに、１３は上記パテイキユレートフイルタ
７の上流に上記触媒溶液における溶媒を噴射供給
する溶媒噴射器であり、該溶媒噴射器１３は、溶
媒を貯える溶媒タンク１４と、該溶媒タンク１４
を上記触媒溶液噴射器８における触媒溶液供給ポ
ンプ１２下流の連通管１１に接続する接続管１５
と、該接続管１５の途中に配設された溶媒供給ポ
ンプ１６とを備えてなり、ポンプ１６の作動およ
び噴射ノズル９の電磁開閉弁９ｂの開作動により
溶媒タンク１４の溶媒を所定量噴射ノズル９の噴
出口９ａからフイルタ７上流の排気通路６に噴射
するようになされている。

上記触媒溶液噴射器８の噴射ノズル９上流側の
排気通路６と、パテイキユレートフイルタ７下流
側の排気通路６とは排気バイパス通路１７によつ
て連通されており、この排気バイパス通路１７に
よりエンジン１からの排気ガスを触媒溶液噴射器
８および溶媒噴射器１３の噴射ノズル９およびパ
テイキユレートフイルタ７をバイパスして流下さ
せる。また、上記排気バイパス通路１７の上流端
部、すなわちその噴射ノズル９上流側の排気通路
６との接続端部には、排気バイパス通路１７を流
下する排気ガス量を制御するバタフライ弁よりな
る流量制御弁１８が配設されている。該流量制御
弁１８はロツド１９を介してダイヤフラム装置２
０に連結され、該ダイヤフラム装置２０の負圧室
２０ａは負圧導入通路２１を介してバキユームポ
ンプ２２に連通されているとともに、上記負圧導
入通路２１の途中には上記ダイヤフラム装置２０
の負圧室２０ａのバキユームポンプ２２または大
気開放部２３との連通比率をリニアに切り換える
デユーテイソレノイドバルブ２４が配設されてお
り、ダイヤフラム装置２０の負圧室２０ａに導入
される負圧の大きさをデユーテイソレノイドバル
ブ２４によりリニア制御してダイヤフラム装置２
０を作動させることにより、流量制御弁１８を駆
動するようになされている。

さらに、２５は上記噴射器８，１３における噴
射ノズル９の電磁開閉弁９ｂ、触媒溶液供給ポン
プ１２、溶媒供給ポンプ１６およびデユーテイソ
レノイドバルブ２４を作動制御するための制御手
段としての制御回路であつて、該制御回路２５に
はエンジン回転数に対応する上記燃料噴射ポンプ
４のポンプシヤフト回転数の信号と、エンジン負
荷に対応する同コントロールスリーブ位置の信号
とが入力されている。また、２６は上記パテイキ
ユレートフイルタ７上流の排気通路６内における
排気ガス温度T₁を検出する第１排気ガス温度セ
ンサ、２７はパテイキユレートフイルタ７直上流
の排気通路６内の排気ガス圧つまりエンジン１の
背圧を検出する背圧センサ、２８はパテイキユレ
ートフイルタ７直下流の排気通路６内における排
気ガス温度T₂に基づいてパテイキユレートフイ
ルタ７での捕集可燃性粒子の燃焼状態を間接的に
検出する第２排気ガス温度センサであつて、これ
らセンサ２６〜２８の各出力は上記制御回路２５
に入力されている。而して、制御回路２５によ
り、燃料噴射ポンプ４の出力信号に基づいてエン
ジン１の運転領域を検出し、その運転領域におい
てフイルタ７が目詰まり状態にないときの予め設
定記憶された適正背圧を検索し、その適正背圧に
対し背圧センサ２７で検出された実際の背圧を照
合比較してフイルタ７の目詰まり状態の有無を判
断し、実際の背圧が適正背圧よりも高くてフイル
タ７が目詰まり状態にあるときには、第１排気ガ
スセンサ２６の出力信号に基づいて、フイルタ７
上流の排気ガス温度T₁が予め設定された溶媒気
化温度Ｂよりも低い場合には、触媒溶液噴射器８
の触媒溶液供給ポンプ１２および噴射ノズル９の
電磁開閉弁９ｂに作動信号を出力して、噴射ノズ
ル９から触媒溶液をそのまま噴射させる一方、排
気ガス温度T₁が上記溶媒気化温度T_B以上の場合
には、正規の触媒溶液の噴射に先立つて噴射ノズ
ル９の電磁開閉弁９ｂに作動信号を出力するとと
もに、所定時間溶媒噴射器８の溶媒供給ポンプ１
６に作動信号を出力して、噴射ノズル９から溶媒
のみを噴射させることにより、フイルタ７上流の
排気ガス温度T₁を上記溶媒気化温度T_B以下に低
下させ、然る後、溶媒供給ポンプ１６に作動停止
信号を、触媒溶液供給ポンプ１２に作動信号をそ
れぞれ出力して、噴射ノズル９から触媒溶液を噴
射させるようにして両噴射器８，１３の作動を制
御するように構成されている。

次に、上記実施例における制御動作を第２図お
よび第３図に示すフローチヤートによつて説明す
る。

先ず、スタート後のステツプS₁で流量制御弁１
８を閉じて排気バイパス通路１７を閉鎖する等の
イニシヤライズを行い、その後、ステツプS₂、S₃
でそれぞれ燃料噴射ポンプ４のシヤフト回転数お
よびコントロールスリーブ位置に基づいてエンジ
ン回転数およびエンジン負荷を検出する。次のス
テツプS₄で背圧センサ２７の出力信号に基づいて
エンジン１の背圧を検出した後、ステツプS₅でそ
の背圧が上記ステツプS₂、S₃で検出されたエンジ
ン１の各運転領域毎に予め適正に設定されている
所定背圧に１度低下したか否か、つまりパテイキ
ユレートフイルタ７に捕集された可燃性粒子が１
度燃焼除去されたか否かの判断を行い、この判断
がNOであるときには上記ステツプS₄に戻る。上
記ステツプS₅での判断が背圧の所定背圧までの低
下によつてYESであるときにはステツプS₆に移
り、上記ステツプS₄で検出された背圧が所定背圧
よりも高いか否か、すなわちパテイキユレートフ
イルタ７が可燃性粒子の捕集量増大によつて目詰
まり状態にあるか否かを判断し、この判断がNO
であるときには上記ステツプS₂に戻つてそれ以後
のステツプS₃、S₄、……を繰り返す。

一方、上記ステツプS₆での判断がYESである
ときにはステツプS₇に移行して、触媒溶液噴射器
８による触媒溶液の今回噴射回数Ｎをカウント
し、次のステツプS₈でその今回噴射回数Ｎを、予
め第４図に示すように設定記憶されている触媒溶
液の噴射回数に対する噴射量特性のマツプに照合
して触媒溶液の今回噴射量Ｑを決定する。

その際、上記第４図に示す噴射量特性では、触
媒溶液の噴射回数Ｎが増加する程、噴射量Ｑが減
少するように設定されているため、触媒溶液の噴
射回数Ｎの増加に伴つてパテイキユレートフイル
タ７への触媒溶液内触媒成分の堆積量が増大する
のを利用し、その堆積触媒成分により可燃性粒子
の燃焼促進効果をある程度確保しつつ、触媒成分
の使用量を低減してコストダウンを図ることがで
きる。

以上の如き触媒溶液噴射量Ｑの決定の後、ステ
ツプS₉において第１排気ガス温度センサ２６の出
力信号に基づいてエンジン１の排気ガス温度T₁
を検出し、次のステツプS₁₀でその排気ガス温度
T₁が、触媒溶液噴射に伴う可燃性粒子の燃焼に
よりフイルタ７にクラツクが発生する異常温度範
囲下限値としての耐クラツク許容限界排気ガス温
度T_Aよりも低いか否かの判断を行い、この判断
がT₁≧T_AのNOのときには、触媒溶液噴射によ
りフイルタ７にクラツクが発生する状態とみてス
テツプS₉に戻り、排気ガス温度T₁の低下を待つ。

一方、上記ステツプS₁₀の判断がT₁＜T_AのYES
であるときには、ステツプS₁₁〜S₂₆の触媒溶液噴
射制御ルーチンと、第３図に示すステツプS₅₁〜
S₅₆の排気ガス量制御サブルーチンとを並列処理
する。

上記触媒溶液制御ルーチンの最初のステツプ
S₁₁では、第１排気ガス温度センサ２６により検
出された排気ガス温度T₁が、予め設定された溶
媒気化温度T_Bより低いか否かの判断を行い、こ
の判断がT₁≧T_BのNOのときには、ステツプS₁₂
に移行する。該ステツプS₁₂では、溶媒供給ポン
プ１６に作動信号を送り、次のステツプS₁₃で第
５図に示すように設定記憶されているポンプの作
動時間特性のマツプに基づいて、上記溶媒供給ポ
ンプ１６の作動時間が所定時間経過したか否かの
判断が行われ、溶媒供給ポンプ１６の作動が所定
時間経過していないNOのときにはステツプS₁₂
に戻りポンプ１６の作動を継続する一方、ポンプ
１６の作動が所定時間経過したYESのときには
フイルタ上流の排気ガス温度T₁が上記溶媒気化
温度T_B以下に低下したとみなしてステツプS₁₄で
ポンプ１６の作動を停止した後ステツプS₁₅に移
行する。また、上記ステツプS₁₁での判断がT₁＜
T_BのYESのときには、直ちにステツプS₁₅に移行
する。

そして、上記ステツプS₁₅では触媒溶液噴射器
８の触媒溶液供給ポンプ１２を駆動し、次のステ
ツプS₁₆で噴射ノズル９の電磁開閉弁９ｂを開い
て、噴射ノズル９から触媒溶液をフイルタ７の表
面に噴射する。その状態をステツプS₁₇でフラグ
Ｆに「１」を立てて記憶した後、ステツプS₁₈に
移つてタイマをセツトし、次のステツプS₁₉でそ
のタイマによりフイルタ７の可燃性粒子が触媒溶
液を噴射開始してから十分に燃焼するまでの時間
の経過を判断する。そして、上記タイマがタイム
アウトするとステツプS₂₀でタイマのリセツトを
行つた後、ステツプS₂₁で第２排気ガス温度セン
サ２８の出力信号に基づいてフイルタ７下流の排
気ガス温度T₂、つまりフイルタ７に補集された
可燃性粒子の燃焼により上昇する排気ガス温度を
検出し、次のステツプS₂₂でその排気ガス温度T₂
がフイルタ７にクラツクを発生させる限界値T_C
よりも高いか否かを判断する。この判断がT₂≦
T_CのNOであるときには、ステツプS₂₃に移つて
触媒溶液供給ポンプ１２の駆動時間が上記ステツ
プS₈で決定された触媒溶液の噴射量Ｑに対応する
所定時間経過したか否かを判断し、この判断が決
定噴射量Ｑの未噴射を示すNOであるときには上
記ステツプS₂₁に戻つて触媒溶液噴射を継続させ
る。一方、上記ステツプS₂₃での判断がYESであ
るときにはステツプS₂₄に移つて、上記噴射ノズ
ル９の電磁開閉弁９ｂを閉じるとともに、ステツ
プS₂₅で触媒溶液供給ポンプ１２の運転を停止さ
せて触媒溶液噴射器８による触媒溶液噴射を終了
し、次いで上記ステツプS₁₇に立てられたフラグ
Ｆを「０」にした後、最初のステツプS₁に戻る。
また、上記ステツプS₂₂での判断がT₂＞T_CのYES
であるときには、可燃性粒子の燃焼温度が異常上
昇した状態とみなして直ちに上記ステツプS₂₄〜
S₂₆に移り触媒溶液噴射を終了する。

これに対し、上記排気ガス量制御ルーチンでは
その最初のステツプS₅₁で上記背圧センサ２７に
よりフイルタ７上流の背圧を検出して、フイルタ
７を通過する排気ガス量を間接的に検出する。そ
して、その後のステツプS₅₂で上記検出された背
圧が排気ガスのフイルタ７への適正通過量に対応
する所定値よりも低いか否かを判断し、この判断
がYESであるときにはステツプS₅₃において、フ
イルタ７への排気ガス量を増加すべく、流量制御
弁１８の弁開度を小さくして排気バイパス通路１
７を閉じる方向のデユーテイ信号をデユーテイソ
レノイドバルブ２４に発信する一方、NOである
ときにはステツプS₅₄に移つて、フイルタ７への
排気ガス量を減少すべく、流量制御弁１８の弁開
度を大きくして排気バイパス通路１７を開く方向
のデユーテイ信号をデユーテイソレノイドバルブ
２４に発信し、これらのステツプS₅₁〜S₅₄により
フイルタ７を通過する排気ガス量を設定値に保つ
ようにする。この後、ステツプS₅₅において上記
触媒溶液制御ルーチンのフラグＦがＦ＝１である
か否かの判断を行い、この判断がNOになるまで
上記ステツプS₅₁〜S₅₄を繰り返す。そして、上記
判断が触媒溶液噴射の終了に伴うＦ＝０のNOに
なると、ステツプS₅₆で上記流量制御弁１８の開
度を零にして排気バイパス通路１７を閉鎖した
後、上記当初のステツプS₁にリターンする。

したがつて、この実施例では、上記の如き制御
により、触媒溶液噴射器８の噴射ノズル９からフ
イルタ７の表面に向けて触媒溶液を噴射する際、
第１排気ガス温度センサ２６によつて検出された
排気ガス温度T₁が溶媒気化温度T_B以上の場合に
は、正規の触媒溶液の噴射に先立つて溶媒のみを
溶媒噴射器１３から噴射するため、その噴射され
た溶媒の気化熱により、排気ガス温度T₁が上記
溶媒気化温度T_B以下に低下するとともに、フイ
ルタ７上流の排気通路６内の雰囲気が溶媒の気化
飽和状態となり、その後に噴射された触媒溶液の
溶媒が気化するのを防止することができる。一
方、排気ガス温度T₁が溶媒気化温度T_Bよりも低
い場合には、そのまま触媒溶液を噴射させても溶
媒が気化しない。そのため、排気ガス温度T₁が
変化しても触媒成分をフイルタ７の表面全体に亘
つて均一に付着させることができる。よつてフイ
ルタ７での可燃性粒子を均等に燃焼させ、その再
生を良好に行うことができる。

また、排気ガス温度T₁がエンジン１の運転状
態に応じて上昇変化しても、触媒溶液の正規の噴
射に先立つて溶媒を噴射させることによつて、排
気ガス温度を常に溶媒気化温度以下に低下させる
ことができるので、溶媒として例えば蒸溜水等の
ような安価な低沸点溶媒を用いても溶媒の気化に
よる弊害を生じることがなく、コストダウンを図
ることができる。

（発明の効果） 以上の如く、本発明によれば、エンジンの排気
系に配設されたパテイキユレートフイルタ上流の
排気通路に、該フイルタに捕集された可燃性粒子
の燃焼を促進させるための触媒溶液を噴射器によ
つて噴射供給する際、正規の噴射に先立つて触媒
溶液の溶媒のみを噴射させ、その溶媒の気化熱に
よりフイルタ上流の雰囲気温度を下げるようにし
たことにより、排気ガス温度が変化しても触媒溶
液噴射時にその溶媒が気化することがなく、触媒
をフイルタ表面に均一に付着させ得、可燃性粒子
の燃焼を安定にし、フイルタの再生を効率的に行
うことができる。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施例を示し、第１図は全体概
略構成図、第２図および第３図はそれぞれ触媒溶
液噴射および排気ガス量の制御手順を示す説明
図、第４図は触媒溶液の噴射回数に対する噴射量
を決定するための特性図、第５図は溶媒供給ポン
プの作動時間を決定するための特性図である。 １……エンジン、７……パテイキユレートフイ
ルタ、８……触媒溶液噴射器、９……噴射ノズ
ル、１０……触媒タンク、１１……連通管、１３
……溶媒噴射器、１４……溶媒タンク。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 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させる触媒
   溶液を噴射供給する触媒溶液噴射器と、上記パテ
   イキユレートフイルタの上流に上記触媒溶液の溶
   媒を噴射供給する溶媒噴射器と、上記触媒溶液噴
   射器からの触媒溶液の噴射時、その噴射に先立つ
   て溶媒噴射器からの溶媒を噴射するように両噴射
   器の作動を制御する制御手段とを設けたことを特
   徴とするエンジンの排気ガス浄化装置。