JPS61192806A - エンジンの排気ガス浄化装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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装置に関し、特
に、ディーゼルエンジン等の排気ガスに含まれるカーボ
ン等の可燃性粒子（パティキュレート）を捕集して燃焼
除去する装置に関するものである。

（従来技術） 従来から排気ガス中のカーボンなどの可燃性粒子を除去
する装置は種々提案されている。例えば、パティキュレ
ートフィルタを排気通路中に設けて捕集したカーボン粒
子等をバーナー加熱により焼却除去するものや、電気的
加熱により焼却除去する。ものがある。しかし、バーナ
ー加熱による場合は、バーナーの失火のときに異常燃焼
が起きパティキュレートフィルタが溶融するおそれがあ
り、複雑なコントロールが必要であり、装置のコストが
高いという問題があり、電気的加熱による場合は、電熱
線の近傍しか燃焼が起こらず、消費電力が大きく、電熱
線の耐久性に乏しいという問題がある。

さらには、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ィルタを配設すると
ともに、該触媒フィルタの上流に補助燃料を噴射する噴
射装置を設け、触媒フィ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って排気ガス温
度を可燃性粒子の着火濃度以上まで加熱することにより
、触媒フィルタに捕集された可燃性粒子を燃焼除去し、
フィルタを再生するようにしたものが知られている。

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
ィーゼルエンジンにあっては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
着火温度にまで充分に加熱されず、その結果、可燃性粒
子の燃焼不良により触媒フィルタの再生が確実に行なわ
れなくなり、触媒フィ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おそれがあ
った。

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ィルタに代えて、可
燃性粒子の捕集機能のみを持つ通常のパティキュレート
フィルタを設け、該パティキュレートフィルタの上流の
排気通路に可燃性粒子の燃焼を促進させる液体として、
例えば、触媒成分と炭化水素成分とを混合エマルジョン
化した溶液や、触媒成分（ＣｕＣ９Ｊ２など）の水溶液
を噴射供給するようにすることにより、パティキュレー
トフィ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。

しかしながら、この提案の場合には、噴射供給される触
媒成分がパティキュレートフィルタ上に徐々に蓄積され
るため、この蓄積された触媒成分によりパティキュレー
トフィルタの目詰まりが生じ、エンジン排気通路の背圧
が上昇し、ついにはその正常な運転が妨げられるおそれ
がある。

（発明の目的） 本発明は上記のような事情に鑑み、噴射供給されてパテ
ィキュレートフィルタ上に堆積した可燃性粒子の粘度を
低下させて、パティキュレートフィルタの目詰まりを生
じにククシた排気ガス浄化装置を提供することを目的と
するものである。

（発明の構成） 本発明のエンジンの排気ガス浄化装置は、エンジンの排
気通路中にカーボン粒子等の可燃性粒子を捕集するパテ
ィキュレートフィルタを設け、このパティキュレートフ
ィルタの上流側に可燃性粒子の燃焼を促進させるための
触媒成分を含有した触媒溶液を噴射供給する噴射器を設
け、さらに、パティキュレートフィルタ上に蓄積された
上記触媒成分をパティキュレートフィルタ上においてリ
ン酸、リン酸塩などからなる粘度低下剤と反応させ、こ
の触媒成分の粘度を低下させるための粘度低下手段を設
けてなることを特徴とするものである。

（実施例） 以下、図面により本発明の実施例について説明する。

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
式ディーゼルエンジン、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
ポンプであって、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って、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等を
捕集するパティキュレートフィルタ７が配設されている
。該パティキュレートフィルタ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を排気流方向に
沿って配するとともにその両端開口部の一方を交互に閉
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可燃性粒子等を捕集するも
のである。

さらに、上記排気通路６のパティキュレートフィルタ７
上流には、上記可燃性粒子の燃焼を促進させる触媒溶液
を噴射供給する噴射器８が設けられている。上記噴射器
８は、パティキュレートフィルタ７上流の排気通路６に
噴射口１０ａをフィルタ表面に向けて配設され、電磁開
閉弁１０ｂを有し、フィルタ７に触１ｓ溶液を噴射する
噴射ノズル１０と、触媒溶液を貯える触媒タンク９と、
このタンク９と噴射ノズル１ｏとを連通する連通管１１
と、咳連通管１１の途中に介設された電動式の触媒溶液
供給ポンプ１２と、リン酸もしくはリン酸塩の水溶液か
らなる粘度低下溶液を貯え上記連通管１１に連通する粘
度低下溶液タンク３０と、このタンク３０の溶液を連通
管１１へ送、り出す粘度低下溶液供給ポンプ３１を備え
てなる。そして、触媒溶液供給ポンプ１２および粘度低
下溶液供給ポンプ３１の作動および噴射ノズル１０の電
磁開閉弁１０ｂの開作動により、上記触媒タンク９内の
触媒溶液および上記粘度低下溶液タンク３０内の粘度低
下溶液を別々もしくは同時に所定量だけ噴射ノズル１０
の噴射口からフィルタ７に向けて噴射させるようになさ
れている。これにより、パティキュレートフィルタ上に
捕集した可燃性粒子を触媒成分により比較的低温で燃焼
除去させ、一方、残った触媒成分は粘度低下溶液中のリ
ン酸。

リン酸塩などと反応して融点の低い物質に変化し、排気
の熱により液状となって除去されパティキュレートフィ
ルタの目詰まり防止が図られる。なお、触媒タンク９内
の触媒溶液としては、１０グラムの塩化銅（ＣｕＣ９Ｊ
ｚ　）を１００ｃｃの水に溶かした溶液が用いられるが
、これ以外にも、例えば０゜０５〜０．５重量％の１も
しくは２以上の白金属（Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｉｒ）の水
溶性化合物、あるいは１〜１０１１量％の１もしくは２
以上の卑金属（Ｖ、　ｃｕ、　Ｃｒ、　Ｆｅ、　Ｎ　ｉ
、　Ｍｏ、　Ｃａ。

Ｂａ）の水溶性塩を、１０〜５０重】％の灯油。

軽油、ｌ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、水と混合してエマルジョ
ン化したものを用いることもある。

上記噴射１８の噴射ノズル１０上流側の排気通路６とパ
ティキュレートフィルタ７下流側の排気通路６′とは排
気バイパス通路１３によって連通されており、この排気
バイパス通路１３によりエンジン１からの排気ガスを、
噴射器８の噴射ノズル１０およびパティキュレートフィ
ルタ７をバイ゛　バスして通過させることもできる。ま
た、上記バイパス通路１３の上流端部、すなわち噴射ノ
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１３を通過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１４が配設されている。該流量
制御弁１４はロッド１５を介してダイヤフラム装置１６
に連結され、該ダイヤフラム装置１６の負圧室１６ａは
負圧導入通路１７を介してバキュームポンプ１８に連通
されている。

上記負圧導入通路１７の途中には上記ダイヤフラム装置
１１６の負圧室１６ａとバキュームポンプ１８または大
気開放部１９との連通比をリニアに切り代えるデユーテ
ィソレノイドパルプ２０が配設されており、ダイヤフラ
ム装置１６の負圧室１６ａに導入される負圧の大きさを
デユーティソレノイドパルプ２０によりリニア制御して
ダイヤフラム装置２１６を作動させることにより、流量
１ｉｌＪＩｌｌ弁１４を駆動制御するようになされてい
る。

さらに、２２は上記噴射器８における噴射ノズル１０の
電磁開閉弁１０ｂ、触媒溶液供給ポンプ１２、およびデ
ユーティソレノイドパルプ２０を作動制御するための制
御回路であって、該制御回路２２にはエンジン回転数に
対応する上記燃料噴射ポンプ４のポンプシャフト回転数
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、２３は上記
パティキュレートフィルタ７上流の排気通路６内におけ
る排気ガス温度Ｔ１を検出する排気ガス温度検出手段と
しての第１排気ガス温度センサ、２４はパティキュレー
トフィルタ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、２５はパティ
キュレートフィルタ７直下流の排気通路６′内における
排気ガス温度Ｔ２に基づいてパティキュレートフィルタ
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って、これらセンサ２３〜２
５の各出力は上記制御回路２２に入力されている。

次に、上記実施例における制御動作を、第２図および第
３図に示すフローチャートによって説明する。

まず、第２図において、スタート後のステップＳ１で流
量制御弁１４を閉じて排気バイパス通路１３を閉鎖する
等のイニシャライズ、を行ない、その後、ステップ８２
．８３でそれぞれ燃料噴射ポンプ４のシャフト回転数お
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。次のステップＳ４で
背圧センサ２４の出力信号に基づいてエンジン１の背圧
を検出した後、ステップＳ５でその背圧が上記ステップ
３２．３３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
、つまりパティキュレートフィルタ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ない、こ
の判断がＮｏであるときには上記ステップＳ４に戻る。

上記ステップＳ５での判断がＹＥＳであるときにはステ
ップＳ６に移り、上記ステップＳ４で検出された背圧が
所定背圧よりも高いか否か、すなわちパティキュレート
フィルタ７が可燃性粒子の捕集量増大によって目詰まり
状態にあるか否かを判断し、この判断がＮｏであるとき
には上記ステップＳ２に戻ってそれ以後のステップ８３
，８４．・・・を繰り返す。

一方、上記ステップＳ６での判断がＹＥＳであるときに
はステップＳ７に移行して、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、次のステップ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が増加するほど、噴射量Ｑが減少するように
設定されているが、これは触媒溶液の噴射回数Ｎの増加
に伴ってパティキュレートフィルタ７への触媒溶液自触
媒成分の堆積量が増大するので、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できるため
、触媒溶液の使用量を低減してコストダウンを計ってい
る。なお、同時に粘度低下溶液噴射ＩＱ’も決定される
。

次いで、ステップＳ９において上記噴射回数Ｎが所定数
Ｎａ　（Ｎａ≧Ｎ）の倍数か否かを判断し、ＹＥＳに時
はステップ８１０〜８１４を行なった後、Ｎｏの時は直
ちに、ステップ８１５へ進む。

これは、粘度低下溶液の噴射は触媒溶液の噴射の毎に行
なう必要はないため、所定回数Ｎａ回毎に１回行なわせ
るようにするものである。ステップＳ９がＹＥＳの時は
、ステップ８１０で粘度低下溶液供給ポンプ３１を駆動
させるとともにステップＳ１１で電磁開閉弁１０ｂを開
けて粘度低下溶液タンク３０の溶液をパティキュレート
フィルタ７上に噴射する。この噴射はステップ８１３で
所定時間経過したと判断されるまで、すなわち所定量Ｑ
′の粘度低下溶液の噴射が完了する′まで続けられ、そ
の後ステップ８１３および３１４において上記電磁開閉
弁１０ｂの閉止および粘度低下溶液供給ポンプ３１の停
止を行なわせる。

以上のごとき粘度低下溶液の噴射の後、ステップ８１５
において第１排気ガス温度センサ２３の出力信号に基づ
いてパティキュレートフィルタ上流での排気ガス温度Ｔ
１を検出し、次のステップ８１６でこの排気ガス温度Ｔ
１が、触媒溶液噴射に伴う可燃性粒子の燃焼によりフィ
ルタ７にクラックが発生する異常温度範囲下限値として
の対クラック許容限界排気ガス温度Ｔ＾よりも低いか否
かの判断を行い、この判断がＴ１≧Ｔ＾のときには、触
媒溶液噴射によりフィルタ７にクラックが発生する状態
とみてステップＳ１５゛に戻り、排気ガス温度Ｔ１の低
下を持つ。

一方、上記ステップ８１６の判断が７１＜Ｔ＾のときに
は、ステップ３１７〜８２８の触媒溶液噴射制御ルーチ
ンと、第３図に示すステップ８５１〜８５６の排気ガス
量制御サブルーチンとを並列処理する。

上記触媒溶液噴射制御ルーチンの最初のステップ８１７
では、噴射器８の触媒溶液供給ポンプ１２を駆動し、次
のステップＳ゛１８で噴射ノズル１０の電磁開閉弁１０
ｂを開いて、該噴射ノズル１０から触媒溶液をフィルタ
７の表面に噴射する。

その状態をステップ８１９でフラグＦに「１」を立てて
記憶した後、ステップ８２０に移ってタイマをセットし
、次のステップＳ２１でそのタイマによりフィルタ７の
可燃性粒子が触媒溶液を噴射開始してから充分に燃焼す
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ップＳ２２でタイマのリセット
を行なった後、ステップ８２３で第２排気ガス濃度セン
サ２５の出力信号に基づいてフィルタ７下流の排気ガス
温度Ｔ２、つまりフィルタ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、つぎのステ
ップ８２４でこの排気ガス温度Ｔ２がフィルタ７にクラ
ックを発生させる限界値Ｔａよりも高いか否かを判断す
る。この判断がＴ２≦ＴＢであるときには、ステップ８
２５に移って触媒溶液供給ポンプ１２の駆動時間が上記
ステップＳ８で決定された触媒溶液の噴射ｍＱ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ップ
８２３に戻って触媒溶液噴射を継続させる。一方、上記
ステップＳ２５での判断がＹＥＳであるときにはステッ
プ８２６に移って、上記噴射ノズル１０の電磁開閉弁１
０ｂを閉じるとともに、ステップ８２７で触媒溶液供給
ポンプ１２の運転を停止させて噴射器８による触媒溶液
噴射を終了し、次いでステップ８１９において立てられ
たフラグＦを「０」にした後、最初のステップＳ１に戻
る。また、上記ステップ８２４での判断がＴ２＞Ｔａ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ップ８２８〜８２８を実行
し触媒溶液噴射を終了して最初のステップＳ１に戻る。

これに対し、上記排気ガス量制御サブルーチンではその
最初のステップ８５１で上記背圧センサ２４によりフィ
ルタ７上流の背圧を検出して、フィルタ７を通過する排
気ガス量を間接的に検出する。そして、その後のステッ
プ８５２で上記検出された背圧が排気ガスのフィルタ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ップ８５３
において、フィルタ７への排気ガス量を増加すべく、流
量制御弁１４の弁開度を小さくして排気バイパス通路１
３を閉じる方向のデユーティ信号をデユーティソレノイ
ドバルブ２０に発信する一方、ステップＳ５２の判断が
Ｎｏであるときにはステップ８５４に移って、フィルタ
７への排気ガス量を減少すべく、流量制御弁１４の弁開
度を大きくして排気バイパス通路１３を開く方向のデユ
ーティ信号をデユーティソレノイドバルブ２０に発信し
、これらのステップ８５１〜８５４によりフィルタ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
、ステップ８５５において上記触媒溶液噴射ルーチンの
７ラグＦがＦ−１であるか否かの判断を行ない、この判
断がＮｏになるまで上記ステップ８５１〜８５４を繰り
返す。そして、上記判断が液体噴射の終了に伴うＦ−０
になると、ステップ８５６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を閉鎖し排気ガス量制
御を終了する。

なお、上記実施例では粘度低下溶液をパティキュレート
フィルタ７上に噴射供給する例を示したが、噴射供給す
る代わりに粘度低下剤をパティキュレートフィルタ７上
に担持させるようにしてもよい、 本実施例の効果を確認するため、直径１１８゜４５１１
１、幅１５２．４鷹のパティキュレートフィルタに粘度
低下剤として１０ｗｔ％のリン酸水素ナトリウムを担持
させたものをエンジンダイナモにおける排気通路中に配
して排気背圧を測定した。

その結果を第５図に示す。この図は運転時間に対する排
気背圧の変化を締したグラフで、図中（Ｘ）印の時点で
触媒溶液の噴射を行なっており、実線が上記粘度低下剤
を担持させたパティキュレートフィルタの場合を示し、
破線が粘度低下剤のないパティキュレートフィルタの場
合を示す。この図から分るように、粘度低下剤のない場
合は触媒成分の目詰まりで背圧が徐々に上昇しているが
、粘度低下剤を担持させた場合はこの上昇がご（わずか
である。

〈発明の効果） 以上説明したように、本発明においてはパティキュレー
トフィルタ上に粘度低下剤を噴射供給もしくは担持させ
てパティキュレートフィルタ上で触媒成分と粘度低下剤
を反応させるようになっているので、この反応により触
媒成分は低融点物質に変化するとともに排気熱を受けて
液状となり粘度が低下するのでパティキュレートフィル
タ上から流れ出しパティキュレートフィルタの目詰まり
を防止することができる。このため、エンジンを長時間
運転しても排気背圧が上昇することが少なく、エンジン
の正常運転を維持できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本を噌に係る排気ガス浄化装置の１例を示す
概略図、 第２図は、上記装置による触媒溶液および粘度低下溶液
噴射制御作動を示すフローチャート、第３図は、上記装
置での排気ガス量制御作動を示すフローチャート、 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、本発明の装置を用いて排気ガスの浄化を行な
った場合でのエンジンの運転時間に対する背圧の変化を
示すグラフである。 １・・・エンジン　　　　　３・・・渦流室６・・・排
気通路 ７・・・パティキュレートフィルタ ８・・・噴射器　９・・・触媒タンク １０・・・噴射ノズル　１３・・・排気バイパス通路２
２・・・制御装置　　２４・・・背圧センサ３０・・・
粘度低下溶液タンク

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 排気系に可燃性粒子などを捕集するパティキュレートフ
   ィルタを備えたエンジンの排気ガス浄化装置において、 前記パティキュレートフィルタの上流側に、前記可燃性
   粒子の燃焼を促進させる触媒成分を含んだ触媒溶液を噴
   射供給する噴射器を設けるとともに、 該噴射器から噴射供給されて前記パティキュレートフィ
   ルタ上に蓄積された前記触媒成分を、前記パティキュレ
   ートフィルタ上において、リン酸もしくはリン酸塩など
   の粘度低下剤と反応させて前記触媒成分の粘度を低下さ
   せる粘度低下手段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。