JPH09317440A - 内燃機関の排気微粒子浄化装置 - Google Patents

内燃機関の排気微粒子浄化装置

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JPH09317440A
JPH09317440A JP8129565A JP12956596A JPH09317440A JP H09317440 A JPH09317440 A JP H09317440A JP 8129565 A JP8129565 A JP 8129565A JP 12956596 A JP12956596 A JP 12956596A JP H09317440 A JPH09317440 A JP H09317440A
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fuel
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隆之 竹内
Shinji Miyoshi
新二 三好
Jiro Takagi
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Nippon Soken Inc
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 排気温が低く、触媒が活性化温度に達しない
いかなる運転状態においても、触媒を活性化温度以上に
昇温できる手段を備えた、全運転領域でフィルタを再生
可能な排気微粒子浄化装置を提供する。 【解決手段】 内燃機関の排気管路３中に設けられた排
気中の微粒子を捕集するためのフィルタ７と、フィルタ
７の上流に設けられた酸化触媒を担持した触媒担体９
と、触媒担体９の上流に設けられた排気中に燃料を供給
するための燃料供給手段１と、燃料供給手段１と触媒担
体９との間に設けられた燃料吸収構造を有する発熱体４
とを備えた内燃機関の排気微粒子浄化装置とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は内燃機関の排気ガス
浄化装置に関し、特にディーゼルエンジンに有効に適用
され、排気ガス中に含まれる微粒子を捕集し浄化するた
めの装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】特開昭５８−３８３１１号公報には、フ
ィルタを有する内燃機関の排気微粒子浄化装置におい
て、フィルタに捕集されて堆積した排気中の微粒子（以
下、パティキュレートと記す。）を燃焼除去してフィル
タの捕集能力を再生する手段の一つとして、フィルタに
触媒を担持してフィルタ上流に燃料供給手段を設けた構
成からなり、排気温が高く、触媒が活性化している運転
状態にある時に、燃料供給手段によりフィルタに燃料を
供給し、触媒による燃料の酸化反応熱により、フィルタ
上に堆積したパティキュレートをその着火温度以上に加
熱して燃焼除去するフィルタの再生方法が開示されてい
る。
【０００３】しかしながら、このフィルタ再生方法で
は、排気の温度が低くて触媒が活性化温度に達しない低
エンジン回転、低負荷の運転状態においては、フィルタ
に燃料を供給しても燃料が酸化しないために、パティキ
ュレートを燃焼除去することができない。このような運
転状態が続くと、パティキュレートが過度に堆積して排
圧が上昇してエンジンの性能を著しく低下させるばかり
でなく、やがてはフィルタに目詰まりを生じて走行が困
難となるという問題を生じる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】前記問題点に鑑み、本
発明は排気温が低く、触媒が活性化温度に達しないいか
なる運転状態においても、触媒を活性化温度以上に昇温
できる手段を備えた、全運転領域でフィルタを再生可能
な排気微粒子浄化装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明は前記目的を達成
するために請求項１ないし請求項７に記載した技術的手
段を採用するものである。請求項１の構成によれば、フ
ィルタ再生時において排気温が低い場合にも、燃料吸収
構造を有する発熱体を発熱させることにより、排気温度
を上昇させた後に、燃料供給手段により排気中に適量の
燃料液滴を供給する。すると、排気中の燃料液滴は燃料
吸収構造を有する発熱体にぶつかり、燃料液滴は燃料吸
収構造を有する発熱体により吸収加熱されて酸化、燃焼
して排気温度を更に上昇させる。そしてＨＣ（炭化水
素）を含んだ排気は酸化、燃焼されて最終的に排気をパ
ティキュレート燃焼温度以上に加熱される。その結果、
フィルタに捕集されていたパティキュレートは燃焼温度
以上になり燃焼してフィルタが再生される。
【０００６】請求項２の構成によれば、発熱体で加熱さ
れた排気ガスの温度が、触媒担体に担持された酸化触媒
の活性化温度以上に加熱され、ＨＣを含んだ排気は酸化
触媒を担持された触媒担体を通過する時酸化、燃焼され
て更に加熱される。従って、ＨＣを含んだ排気は効率よ
くパティキュレート燃焼温度以上に加熱されることがで
きる。
【０００７】請求項３の構成によれば、電気ヒ−タと燃
料吸収部材が別体であるために、電気ヒ−タによらず燃
料吸収部材の容積を自由に変えられ、また電気ヒ−タに
通電することにより伝熱により燃料吸収部材を加熱させ
るため、少ない電力量で燃料吸収構造を有する発熱体に
染み込んだ燃料液滴を簡単に加熱して酸化、燃焼させる
ことができる。
【０００８】請求項４の構成によれば、燃料吸収部材自
身に通電することにより、燃料吸収部材全体を均一に発
熱させて、発熱部と燃料の接触面積が大きく、効率良く
導電性の燃料吸収部材に染み込んだ燃料液滴を簡単に加
熱して酸化、燃焼させることができる。請求項５の構成
によれば、排気中の燃料液滴を発熱体に効率良く付着さ
せることができ、排気中に供給する燃料液滴が少ない場
合にも効率良く排気を加熱することができる。
【０００９】請求項６の構成によれば、発熱体を構成す
る部材に酸化触媒を担持させているので、発熱体に染み
込んだ燃料液滴をより低い温度で酸化、燃焼させること
ができるので、発熱体による加熱が少なくても良いとい
う効果がある。請求項７の構成によれば、排気中の微粒
子を捕集するためのフィルタに酸化触媒を担持すること
により、酸化触媒を担持された触媒担体において酸化、
燃焼されなかったＨＣを酸化、燃焼して排気ガスを浄化
することができるという効果がある。
【００１０】
【発明の実施の形態】図１及び図２は本発明の第１の実
施形態に関するものであり、図１（ａ）は本発明の排気
微粒子浄化装置の側面断面図であり、図１（ｂ）は排気
２と排気中に噴射された燃料液滴８の混合気が発熱体４
の近傍を通過する時の状況を示す拡大図、図２は排気微
粒子浄化装置の排気の流れに沿った各位置における排気
の昇温過程を示す説明図である。
【００１１】図１（ａ）に示すように、内燃機関の排気
管路３中には排気中の微粒子を捕集するための酸化触媒
を担持したフィルタ７、その上流に設けられ酸化触媒を
担持した触媒担体９、触媒担体９の上流に設けられ、排
気中に燃料を供給するための燃料供給手段１、燃料供給
手段１と触媒担体９との間に設けられ、全体あるいは一
部に酸化触媒を担持された発熱体４が、酸化触媒を担持
させた触媒担体９の上流に、適当な間隔をあけて、排気
管路３の径方向に平行に互い違いに複数列配置されてい
る。
【００１２】図１（ｂ）に示すように、第１の実施形態
では発熱体４のヒータ４２はシースヒータまたは外周部
が絶縁された電気ヒータからなり、棒状に成型されてお
り、電気ヒータ４２の周りには、燃料吸収用の部材４１
として、メッシュ状に成型された耐熱性の部材を配して
いる。フィルタ７の再生時で、排気温が低く、触媒担体
９及び発熱体４に担持された酸化触媒が活性化温度に達
していない場合、ヒータ４２に通電し、ヒータ４２によ
り発熱体４の内部が発熱体４の燃料吸収部材４１に担持
された酸化触媒の活性化温度、あるいは燃料の燃焼温度
以上に加熱された後に、燃料供給手段１により排気中に
燃料液滴を噴射する。
【００１３】排気２と排気中に噴射された燃料液滴８の
混合気が、発熱体４の近傍を通過するとき、図１（ｂ）
に示すように排気２の流れは発熱体４の周りを湾曲して
流れ、適度に密に成型された燃料供給部材４１には、通
気抵抗のためにほとんど排気２が流入しない。これに対
して、燃料液滴８は慣性が強いために、発熱体４の近傍
においてもそのまま直進して発熱体４に衝突し、メッシ
ュ状の燃料吸収部材４１に染み込み、内部で酸化触媒に
より酸化、あるいはヒータ４２の熱により燃焼し、再び
排気中に抜け、触媒担体９に流入する排気が加熱され
て、触媒担体９に担持された酸化触媒が活性化温度に達
する。
【００１４】発熱体４の第１列目で分離できなかった燃
料液滴は、第２列目の互い違いに配せられた発熱体で分
離される。この時、発熱体４内部に流れ込む排気の量は
極少量であり、発熱体４の内部で排気に奪われる熱量は
非常に少ないため、低消費電力でありながら内部では高
温に保たれている。また、発熱体４は排気中の燃料液滴
を一度内部に染み込ませて加熱するという方法をとって
いるために、燃料液滴８が酸化触媒及び高温領域にさら
されている時間が長く、燃料液滴８を効率良く酸化ある
いは燃焼させることができる。
【００１５】図２は排気微粒子浄化装置の排気の流れに
沿った各位置における排気の昇温過程を示す説明図であ
る。図２に示すように、発熱体４で酸化あるいは燃焼し
た燃料の酸化熱あるいは燃焼熱により、酸化触媒を担持
した触媒担体９に流入する排気は、酸化触媒の活性化温
度以上に加熱される。その後、燃料供給手段による燃料
液滴の噴射量を増加することにより、触媒担体９に充分
な未燃の燃料を供給し、触媒担体９での燃料の酸化反応
熱によりフィルタ７に流入する排気をパティキュレート
の燃焼温度以上に加熱し、フィルタ７に堆積したパティ
キュレートを燃焼除去してフィルタ７を再生する。ここ
で、フィルタ７に担持された触媒は、触媒担体９におい
て酸化されなかった燃料をフィルタ７で酸化、燃焼して
浄化させるためのものであり、燃料の吹き抜けを防止す
る。
【００１６】一方、フィルタ再生時で排気温が高く酸化
触媒が活性化温度に達している場合には、発熱体４に通
電して加熱しなくても、燃料供給手段により排気中に供
給された燃料液滴は、触媒担体９において酸化され、生
じた反応熱により排気をパティキュレートの燃焼温度以
上に昇温してフィルタ７に堆積したパティキュレートを
燃焼する。
【００１７】また、この時加熱されていない発熱体４に
燃料液滴が染み込むが、発熱体４に担持されている酸化
触媒が活性化温度以上にあるために、燃料液滴は酸化さ
れ、気体となって排気中に出て行くため、発熱体４の内
部に液状の燃料が滞留してしまうことは無い。なお、燃
料吸収部材４１はメッシュ状に成形された部材の他に
も、多孔質体や発泡質体のように燃料の染み込む構造体
であればよく、内部のヒータ４２と絶縁されているか、
それ自身が絶縁体であればよい。また、フィルタ７に酸
化触媒を担持しない場合にもフィルタ７の再生は良好に
行われる。
【００１８】図３は本発明の第２の実施形態の内燃機関
の排気微粒子浄化装置の側面断面図である。図３におい
ては発熱体４全体が導電性のヒータ用部材からなり、燃
料が内部に染み込むように、発熱体４は例えばメッシュ
状に成形されたヒータ部材を幾層にも巻いて棒状に成形
され、全体または一部に酸化触媒を担持された発熱体４
を酸化触媒を担持された触媒担体９の上流に、排気管径
の方向に平行に互い違いに複数列配置している。
【００１９】本実施形態においても、第１の実施形態と
同様に、フィルタ７の再生時で、排気温が低く、酸化触
媒が活性化していないときに、燃料供給手段１により排
気中に噴射された燃料液滴８は、あらかじめ通電し全体
が加熱された発熱体４の内部に染み込み、酸化あるいは
燃焼して、触媒担体９に流入する排気を加熱して触媒担
体９に担持された触媒を活性化させる。
【００２０】なお、発熱体４としては前記のようなメッ
シュ状に成形されたヒータ部材の他にも、多孔質金属体
や発泡金属体、焼結金属体など、燃料の染み込む構造を
持ち、ヒータ用部材として使用できるものであればよ
い。また、フィルタ７に触媒を担持しない場合にもフィ
ルタ７の再生は良好に行われる。
【００２１】図４は本発明の第３の実施形態に関するも
のであり、（ａ）は側面断面図、（ｂ）は（ａ）中のＡ
−Ａ断面図である。第３の実施形態は棒状の発熱体を平
行に配していた第１の実施形態もしくは第２の実施形態
の発熱体４を渦巻き状に配したものである。図５は本発
明の第４の実施形態に関するものであり、（ａ）は側面
断面図、（ｂ）は（ａ）中のＡ−Ａ断面図である。
【００２２】第４の実施形態は棒状の発熱体を平行に配
していた第１の実施形態もしくは第２の実施形態の発熱
体４を、中心電極１０から放射状に広がる形状に配した
ものである。図６は本発明の第５の実施形態の側面断面
図である。第５の実施形態は第１の実施形態の第１列目
の発熱体４の上流側に整流用部材２０を設けたものであ
る。整流用部材２０により排気２は湾曲して第１列目の
発熱体４に向かって流れる。また、慣性力により整流用
部材２０に衝突して付着した燃料液滴８も排気２により
第１列目発熱体４方向へ押し流され、第１列目の発熱体
４の近傍を流れる燃料液滴の量が増加し、第１列目の発
熱体４に効率良く燃料液滴が吸収され、酸化あるいは燃
焼する。
【００２３】従って、発熱体を第１列目のみにする構造
としてもよい。また、本実施形態の整流用部材２０は第
２ないし第４の実施形態に適用してもよい。図７は本発
明の第６の実施形態の側面断面図である。第６の実施形
態は、触媒担体９を無くし、酸化触媒を担持したフィル
タ７と、発熱体４および燃料供給手段１から構成されて
いるものである。第６の実施形態においては、発熱体４
はフィルタ７に担持された酸化触媒を活性化温度以上に
昇温する時に用いられ、フィルタ７に供給された燃料液
滴８がフィルタ７に担持された酸化触媒によって酸化さ
れた時に生じた酸化反応熱により、フィルタ７に堆積し
たパティキュレートを燃焼してフィルタ７を再生する。
【００２４】図８は本発明の第７の実施形態で用いる発
熱体の径方向の断面図である。第７の実施形態は、第１
の実施形態の発熱体４において、発熱体外周の燃料吸収
部材４１が内部のヒータ４２と密着した伝熱性の高い部
材からなる厚い層４３と、その厚い層４３の外側に設け
られた伝熱性の低い部材からなる薄い層４４の２層から
構成されているものである。ヒータ４２により燃料吸収
部材を加熱したとき、内側の厚い層４３は伝熱性が高い
ために短時間で加熱されるが、外側の薄い層４４は伝熱
性が低いために内側の厚い層４３を加熱した熱が外に逃
げにくく、内側の厚い層４３において燃料を効率良く酸
化あるいは燃焼することができる。
【００２５】以上本発明によれば、酸化触媒による燃料
の酸化反応熱によりフィルタに堆積したパティキュレー
トを燃焼させる方式の内燃機関の排気微粒子浄化装置に
おいて、排気温度が低く、酸化触媒が活性化温度に達し
ていないどのような運転状態においても酸化触媒を触媒
の活性化温度以上に加熱することができ、全運転領域に
おいて、フィルタを良好に再生することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に関するものであり、
（ａ）は本発明の排気微粒子浄化装置の側面断面図であ
り、（ｂ）は排気２と排気中に噴射された燃料液滴８の
混合気が発熱体４の近傍を通過する時の状況を示す拡大
図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に関するものであり、
排気微粒子浄化装置の排気の流れに沿った各位置におけ
る排気の昇温過程を示す説明図である。
【図３】本発明の第２の実施形態の内燃機関の排気微粒
子浄化装置の側面断面図である。
【図４】本発明の第３の実施形態に関するものであり、
（ａ）は側面断面図、（ｂ）は（ａ）中のＡ−Ａ断面図
である。
【図５】本発明の第４の実施形態に関するものであり、
（ａ）は側面断面図、（ｂ）は（ａ）中のＡ−Ａ断面図
である。
【図６】本発明の第５の実施形態の側面断面図である。
【図７】本発明の第６の実施形態の側面断面図である。
【図８】本発明の第７の実施形態で用いる発熱体の径方
向の断面図である。
【符号の説明】
１ 燃料供給手段 ３ 排気管路 ４ 発熱体 ７ フィルタ ９ 触媒担体 ４１ 燃料吸収部材 ４２ 電気ヒータ

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 内燃機関の排気管路中に設けられた排気
    中の微粒子を捕集するためのフィルタと、該フィルタ上
    流に設けられた排気中に燃料を供給するための燃料供給
    手段と、該燃料供給手段と前記フィルタとの間に設けら
    れた燃料吸収構造を有する発熱体とを備えていることを
    特徴とする内燃機関の排気微粒子浄化装置。
  2. 【請求項２】 請求項１において、前記フィルタと前記
    発熱体との間に、酸化触媒を担持した触媒担体を配設し
    たことを特徴とする内燃機関の排気微粒子浄化装置。
  3. 【請求項３】 請求項１又は請求項２のいずれか１項記
    載の内燃機関の排気微粒子浄化装置において、前記発熱
    体が電気ヒータと該電気ヒータ周りに配置された燃料吸
    収部材とからなり、前記電気ヒータと前記燃料吸収部材
    とが絶縁されていることを特徴とする内燃機関の排気微
    粒子浄化装置。
  4. 【請求項４】 請求項１又は請求項２のいずれか１項記
    載の内燃機関の排気微粒子浄化装置において、前記発熱
    体が導電性の燃料吸収部材からなり、該燃料吸収部材自
    身に通電することにより、該燃料吸収部材全体が発熱す
    ることを特徴とする内燃機関の排気微粒子浄化装置。
  5. 【請求項５】 請求項１ないし請求項４のいずれか１項
    記載の内燃機関の排気微粒子浄化装置において、前記排
    気管路中に間隔をあけて前記発熱体を互い違いに複数列
    配置したことを特徴とする内燃機関の排気微粒子浄化装
    置。
  6. 【請求項６】 請求項１ないし請求項５のいずれか１項
    記載の内燃機関の排気微粒子浄化装置において、前記発
    熱体を構成する部材に酸化触媒を担持させたことを特徴
    とする内燃機関の排気微粒子浄化装置。
  7. 【請求項７】 請求項１ないし請求項６のいずれか１項
    記載の内燃機関の排気微粒子浄化装置において、排気中
    の微粒子を捕集するための前記フィルタに酸化触媒を担
    持したことを特徴とする内燃機関の排気微粒子浄化装
    置。
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