JPH0623533B2 - デイ−ゼルエンジンの排気浄化装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、ディーゼルエンジンからの排気中に含まれる
カーボン等の可燃性粒子を捕集するフィルタに対して、
可燃性粒子の燃焼促進用溶液を噴射することにより、フ
ィルタ内に捕捉された可燃性粒子を燃焼除去する機構を
備えた排気浄化装置に関するものである。

（従来の技術） ディーゼルエンジンから排出された排気中に含まれるカ
ーボン等の可燃性粒子（パティキュレート）を捕捉する
ために、従来、例えば特開昭５６−９８５１９号公報に
開示のようにパティキュレートフィルタを用いた排気浄
化装置が提案されている。この装置では、捕集した可燃
性粒子によって目詰りを生じたフィルタを再生するため
に、可燃性粒子の燃焼を促進させるための燃料をフィル
タに供給して、フィルタ内の可燃性粒子の燃焼除去を行
ない得るようにしたものがある。しかし、この方法でも
排気温度が低い場合には着火せず、低・中負荷運転しか
行なわない場合は再生できない問題がある。そこで本出
願人においては、先に実願昭６０−２３３６８号におい
て、海綿状タイプおよびウォールフロータイプのパティ
キュレートフィルタを、この順序で排気系の上流側から
配列し、海綿状タイプのフィルタの上流側に燃焼促進用
の触媒溶液を噴射するようにした装置を提案している。

（発明が解決しようとする問題点） ここで、ディーゼルエンジンにおいては、燃焼室への吸
気供給率は一定であり、負荷の変動に応じて燃料供給率
が変化する。従って、燃料供給率の高い高負荷時には、
空気過剰率が低下し、その結果、排気中の酸素濃度も低
下する。このため、高負荷時には、フィルタ内に捕集さ
れた可燃性粒子を燃焼させるのに十分な酸素が、排気中
に残存していないおそれがある。特に、下流側のフィル
タにおいては、上流側のフィルタ内の可燃性粒子の燃焼
を行なった後の排気が流入するので、このような酸素不
足になるおそれが高い。かかる事態が発生すると、フィ
ルタ内の可燃性粒子が不完全燃焼し、フィルタを目詰り
から速やかに再生することができず、また、ＣＯ等が多
量に発生してそのまま大気中に放出されてしまう。

また、酸素不足を解消するため、単に上流側フィルタの
上流に空気あるいは酸素を供給した場合、上流側フィル
タに残存する触媒により排気中のイオウ成分の酸化が促
進され、SO₃ 等の有害成分が多量に排出されることにな
る。

本発明の目的は、かかる従来技術の問題点を解消したデ
ィーゼルエンジンの排気浄化装置を提供することにあ
る。

（問題点を解決するための手段） そのために本発明では、排気中の酸素不足を検出するよ
うになし、かかる酸素不足が発生する場合には、上流側
フィルタと下流側フィルタとの間に酸素を供給し、これ
によってフィルタ内の可燃性粒子を完全に燃焼させるよ
うにするとともにSO₃等発生を最小限に抑えるようにし
ている。

本発明の装置の構成を、実施例を示す第１図を参照して
説明すると、排気中の可燃粒子を捕集する海綿状タイプ
のフィルタ３１およびウォールフロータイプのフィルタ
３２が、排気通路６の上流側からこの順序で配置されて
成るフィルタ手段３０と、可燃性粒子の着火温度を低下
させる触媒成分を、前記海綿状タイプのフィルタ３１の
上流側に供給する触媒供給手段（８、８ａ、１０、１
１、１２、４１）と、前記排気通路６内の酸素が前記フ
ィルタ手段３０に捕集された可燃粒子を燃焼するのに十
分であるか否かを検出する検出手段（４１、４４）と、
該検出手段の検出結果に基づき、酸素が十分でない場合
には前記海綿状タイプのフィルタ３１および前記ウォー
ルフロータイプのフィルタ３２の間６ａに酸素を供給す
る酸素供給手段（９、１６、１７、１８、４１）とを備
えたことを特徴としている。

（実施例） 以下に、第１図および第２図を参照して、本発明の実施
例を説明する。

第１図は本発明の実施例の全体構成を示し、１は渦流室
式ディーゼルエンジンであり、燃焼室２およびこの燃焼
室２に連通する渦流室３を備えている。４は燃料噴射ポ
ンプであり、エンジン１の渦流室３内に、燃料噴射ノズ
ル５を通じて燃料を噴射供給する。この燃料噴射ポンプ
４は、エンジン１によって、同期駆動される。６は排気
通路であり、上記エンジン１の燃焼室２内から排気ポー
トを介して排出される排気を大気中に排出するためのも
のであり、この排気通路６の途中には、排気中のカーボ
ンを主成分とする可燃性粒子を捕集するパティキュレー
トフィルタ３０が配設されている。このパティキュレー
トフィルタ３０は、海綿状タイプのフィルタからなる上
流側フィルタ３１と、ハニカム形状のウォールフロータ
イプフィルタからなる下流側フィルタ３２とからなり、
この順序で排気上流側から配列されている。

上記のパティキュレートフィルタ３０の上流側の排気通
路部分には、排気中の可燃性粒子の燃焼を促進させる触
媒溶液および助燃物質を噴射供給する噴射器８が設けら
れている。この噴射器８の噴射口８ａは、フィルタ３１
の表面に向けて配置されている。この噴霧器８には、空
気を供給するエアーポンプ９が接続されている。また、
この噴射器８は、ポンプ１０を介して、可燃性粒子の着
火温度を低下させるための塩化銅（ＣｕＣｌ_２）等を含
む触媒溶液を貯えたタンク１１に接続している。更に、
上記のポンプ１０の入口ポートとタンク１１との間の通
路には切換弁１２が介挿されており、この切換弁１２か
ら分岐した通路１３が、可燃性粒子の燃焼を補助するた
めに用いる炭化水素等の助燃物質を含む溶液を貯えたタ
ンク１４に接続している。上記の切換弁１２のオン位置
におていタンク１１とポンプ１０の入口ポートとが連通
し、そのオフ位置においてタンク１４とポンプ１０の入
口ポートとが連通するようになっている。このように、
噴射器８には、ポンプ９によって空気が、またポンプ１
０によって触媒溶液あるいは助燃物質を含む溶液が供給
され、供給された空気によってこれらの溶液は噴射口８
ａからフィルタ３１へ向けて霧状に噴射される。１５
は、噴射器８の噴射口８ａを開閉する電磁開閉弁であ
り、噴射器の不使用時には噴射口８ａを覆い、使用時に
は開くようになっている。一方、上述したエアーポンプ
９と噴射器８とを連通する空気供給路１６には、流路切
換弁１７が介挿され、この切換弁１７から分岐した分岐
路１８は、上流側フィルタ３１と下流側フィルタ３２と
の間の排気通路６ａ内に連通している。切換弁１７がオ
ン位置では、エアーポンプ９と噴射器８とが連通し、そ
のオフ位置では、エアーポンプ９と排気通路６ａとが連
通する。

上記噴射器８の噴射口８ａ上流側の排気通路部分６ｂと
パティキュレートフィルタ３０の下流側の排気通路部分
とは排気迂回通路２１によって連通されており、この排
気迂回通路２１によりエンジン１からの排気を、噴射器
８の噴射口８ａおよびパティキュレートフィルタ３０を
迂回して通過させることもできる。また、上記の通路２
１の上流端部、すなわち噴射口８ａ上流側の排気通路６
との接続部には、排気迂回通路２１を通過する排気量を
制御するバタフライ弁よりなる流量制御弁２２が配設さ
れている。該流量制御弁２２はロッド２３を介してダイ
ヤフラム装置２４に連結され、該ダイヤフラム装置２４
の負圧室２４ａは負圧導入通路２５を介して不図示のバ
キュームポンプに連通されている。上記負圧導入通路２
５の途中には、上記ダイヤフラム装置２４の負圧室２４
ａとバキュームポンプまたは大気開放部との連通比をリ
ニアに切り代えるデューティソレノイドバルブ２６が配
設されており、ダイヤフラム装置２４の負圧室２４ａに
導入される負圧の大きさをデューティソレノイドバルブ
２６によりリニア制御してダイヤフラム装置２４を作動
させることにより、流量制御弁２２を駆動制御するよう
になされている。

４１は、上記各部の駆動制御を司どるコントロール・ユ
ニットであり、例えばマイクロコンピュータにより構成
することができる。このユニット４１には、エンジンの
運転状態を示す各種信号が入力される。例えば、上流側
フィルタ３１の上流側に配置した排気温センサ４２から
は排気温を示す信号が入力され、また、キースイッチ４
３からはキー信号が入力される。更に、アクセル開度セ
ンサ４４からは負荷信号が入力される。コントロール・
ユニット４１は、各入力信号に基づき、各部の駆動制御
のための制御信号を出力する。詳述するに、本例では、
排気通路内の酸素不足の検出を、負荷信号を用いて行な
い、高負荷時には酸素不足と判断して、酸素供給手段と
してのエアーポンプ９から空気を両フィルタ３１、３２
の間に供給するようにしている。

第２図は、かかる空気の供給制御を中心に、本実施例の
動作を示すフローチャートである。

まず、ステップＳＴ１において、目詰り検出制御が行な
われる。すなわち、公知のように、エンジンの稼働時
間、走行距離、フィルタの背圧値、フィルタの電気抵抗
変化状態、燃料消費量等の要素に基づき、フィルタ３０
の目詰り判定が行なわれる。次に、ステップＳＴ２にお
いて、排気温センサ３２から排気温Ｔex．が読み込まれ
る。更に、ステップＳＴ３において、負荷が読み込まれ
る。次に、上記の目詰り検出制御において、フィルタ３
０の目詰りが検出された場合には、ステップＳＴ４から
「ＹＥＳ」の流れに沿ってステップＳＴ５へ進み、流量
制御弁２２を駆動して、迂回通路２１を所定の開度で開
き、排気の一部を目詰りしたフィルタ３０を介さずに直
接に大気へ放出し、これによって背圧の異常な上昇を回
避する。この後、ステップＳＴ６、ＳＴ７が順次に実行
されて、切換弁１２がオンしてタンク１１と噴射器８と
が連通し、また、切換弁１７がオンしてエアーポンプ９
と噴射器８とが連通した状態となる。

次に排気温が３５０℃以上の場合には、触媒溶液の供給
のみによってもフィルタ３０に詰った可燃性粒子を燃焼
可能であり、従って、ステップＳＴ８、ＳＴ９、ＳＴ１
０を順次に実行して触媒溶液の噴射を行なった後は、ス
テップＳＴ１１からステップ１４へジャンプして、開閉
弁１５を閉じた後、ステップＳＴ１５において迂回通路
２１を閉じる。しかるに、排気温が２２０℃以上で３５
０℃未満の場合には、触媒溶液の供給のみによっては可
燃性粒子の燃焼が不可能であり、従って、ステップＳＴ
８、ＳＴ９、ＳＴ１０を順次に実行して触媒溶液の噴射
を行なった後、ステップＳＴ１１から「ＮＯ」の流れに
沿って進む。すなわち、ステップＳＴ１２、ＳＴ１３、
ＳＴ１４、ＳＴ１５を順次に実行して、所定量の助燃物
質の噴射を行なう。なお、排気温が２２０℃未満の場合
には、可燃性粒子を燃焼させるには低温すぎるので、排
気温が上昇するのを待つことになる。

一方、目詰りが発生していない場合には、ステップＳＴ
４からステップＳＴ１６へ移行し、エンジン負荷が高負
荷であるか否かを判定する。高負荷の場合には、排気中
の酸素が可燃性粒子を燃焼させるのには十分でないと判
定して、ステップＳＴ１７へ進み、切換弁１７をオフに
して、エアーポンプ９と両フィルタ３１、３２間の排気
通路部分６ａとを連通する。次に、ステップＳＴ１８に
おいて、エアーポンプ９を駆動して、空気の供給を行な
う。この結果、下流側フィルタ３２において、高負荷時
においても酸素不足の生ずることはなく、このフィルタ
３２内に詰った可燃性粒子が完全燃焼され、ＣＯ等が発
生することはない。しかるに、高負荷でない場合には、
ステップＳＴ１６から「ＮＯ」の流れに沿って進み、従
って、空気の供給は行なわれない。この場合には、空気
過剰率が高く、従って排気中の残存酸素濃度も高いの
で、下流側フィルタ３２において酸素不足による可燃性
粒子の不完全燃焼が生ずることはない。

なお、上述の例では、エンジン負荷に基づき、酸素不足
を検知するようにしているが、例えば酸素センサを用い
て直接に排気中の酸素濃度を検出するようにしても良い
ことは勿論である。また、排気温に基づき酸素不足を検
出するようにしても良い。

（発明の効果） 以上説明したように、本発明によれば、排気中の酸素
が、フィルタ内の可燃性粒子を燃焼させるのに十分であ
るか否かを検出し、不十分の場合には上流側フィルタと
下流側フィルタ間に酸素を供給するようにしているの
で、フィルタ内の可燃性粒子を常に完全燃焼させること
ができ、従って、フィルタの目詰まりからの再生を効果
良く行なうことができ、また酸素不足に起因したＣＯ等
の発生を回避できる。更には、酸素を両フィルタ間に供
給しているので、触媒が残存する上流側フィルタの入口
部分に酸素を供給した場合のような排気中のイオウ成分
が酸化されてＳＯ_３等の有害成分が生成されてしまうこ
ともなく、好適である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示すブロック図、第２図は
第１図の装置の動作を示すフローチャートである。 ６……排気通路、８……噴射器、 ８ａ……噴射口、９……エアーポンプ、 １０……噴射口、１１……タンク、 １２……ポンプ、１６……空気供給路、 １７……切換弁、１８……分岐路、 ４１……コントロール・ユニット、 ４２……排気温センサ、 ４４……アクセル開度センサ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】排気中の可燃粒子を捕集する上流側および
   下流側の複数のフィルタが、排気通路に直列に配置され
   て成るフィルタ手段と、可燃性粒子の着火温度を低下さ
   せる触媒成分を、フィルタの上流側に供給する触媒供給
   手段と、前記排気通路内の酸素が前記フィルタ手段に捕
   集された可燃粒子を燃焼するのに十分であるか否かを検
   出する検出手段と、該検出手段の検出結果に基づき、酸
   素が十分でない場合には前記上流側フィルタおよび前記
   下流側フィルタの間に酸素を供給する酸素供給手段とを
   備えたことを特徴とするディーゼルエンジンの排気浄化
   装置。