JPS63100218A

JPS63100218A - エンジンの排ガス浄化装置

Info

Publication number: JPS63100218A
Application number: JP61245999A
Authority: JP
Inventors: Kunihiro Yagi; 八木　邦博; Masako Yatani; 八谷　昌子; Hideaki Kurita; 栗田　英昭
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 1986-10-15
Filing date: 1986-10-15
Publication date: 1988-05-02
Anticipated expiration: 2010-02-15
Also published as: JPH0713446B2

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ガス浄化装置に関し、特にエンジ
ンから排出するパティキュレート（黒煙微粒子）を補集
・燃焼させる排ガス浄化装置に関する。

（従来技術）エンジンの排気系にパティキュレートフィルタを設け、
これより上流の排気通路にパティキュレートの燃焼を促
進させる触媒溶液を噴射供給するノズルを設けたエンジ
ンの排ガス浄化装置が本願出願人により既に提案されて
いる（特願昭５９−６４６２７号）。

この装置では、上記ノズルから触媒溶液を供給し、パテ
ィキュレートフィルタに補集されたパティキュレートを
燃焼除去するようにしである。

（発明が解決しようとする問題点）上記従来の排ガス浄化装置では、パティキュレートの着
火温度が、通常のエンジン作動条件での排気ガス温度領
域（通常３００℃以下）よりも若干高いため、効率良く
パティキュレートを燃焼除去できないという問題を有し
ている。

また、パティキュレートフィルタの表面に付着している
パティキュレートには十分な酸素が供給されないのでこ
れらのパティキュレートの酸化反応を促進することが難
しい。

（問題点を解決するための手段）本発明に係るエンジンの排ガス浄化装置は、排気系に可
燃性粒子などを補集するパティキュレートフィルタを備
えたエンジンの排ガス浄化装置において、上記パティキ
ュレートフィルタの上流に卑金属触媒液を噴射する噴射
器を設け、パティキュレートフィルタに希土類の触媒成
分を担持した多孔質の被覆層を形成したものである。

（作用）本発明に係るエンジンの排ガス浄化装置の作用について
説明すると、エンジンから排出された排気ガス中のパテ
ィキュレートは、パティキュレートフィルタに補集され
る。

噴射器から卑金属触媒液が噴射されると、触媒液は補集
されたパティキュレートに付着し、触媒液中の触媒成分
の触媒作用でパティキュレートの酸化反応が促進される
。このとき、被覆層の触媒成分の触媒作用で活性酸素が
生成され、パティキュレートの酸化反応が更に促進され
、パティキュレートは低い温度で着火し燃焼する。

尚、卑金属触媒が希土類触媒から予め分離されているの
で、両触媒が触媒効果を発揮する前に反応して劣化して
しまうことはない。

（発明の効果）本発明に係るエンジンの排ガス浄化装置によれば、上述
の如く触媒溶液を噴射する噴射器を設けかつ希土類の触
媒成分を担持した多孔質の被覆層を形成したことから次
の効果が得られる。

（ａｌ　　排気ガス温度の低いディーゼルエンジン等の
常用運転域においてもパティキュレートを充分に燃焼さ
せることができ、パティキュレートの除去を確実に行う
ことができる。

（ｂ）　　卑金属触媒成分と希土類の触媒成分とを用い
たことから、触媒効果が促進され、酸化性能が向上する
。これにより、ハイドロカーボンや一酸化炭素の浄化性
能が改善されるとともに、カーボンの燃焼性も改善され
る。

（Ｃ）　　希土類触媒成分をパティキュレートフィルタ
の表層の被覆層に担持しであるので、その触媒作用でフ
ィルタの表層に活性酸素が生成され、フィルタの表層部
に付着するパティキュレートの燃焼が促進される。

（ｄ）　　両触媒成分を予め分離しておき混合担持して
いないことから、希土類触媒成分と卑金属触媒成分との
相互反応が抑制され、両触媒成分の耐久性が向上する。

（ｅ）　　希土類の触媒成分によりＮｏ−Ｈ２及びＮ。

−ＣＯ反応が促進されることから、ＮＯ□の浄化が促進
される。

（ｆ）　　希土類の触媒成分を多孔質の被覆層に担持し
であるので、その触媒成分が殆んど消耗しないからコス
ト的にも有利である。

（実施例）以下、本発明の実施例を図面に基いて説明する。

４気筒のディーゼルエンジンに本発明を適用した場合を
示す第１図において、エンジン１には、エンジン１に吸
気を供給するための吸気通路２、エンジン１からの排気
ガスを排出するための排気通路３が連結されている。ま
た、排気通路３の途中には、パティキュレートフィルタ
４が介設されている。パティキュレートフィルタ４の上
流には噴射器５が配設されている。

上記噴射器５は、触媒水溶液を貯溜するタンク６と、パ
ティキュレートフィルタ４の上流に噴出口を臨ませて配
設されたインジェクタ７と、上記タンク６とインジェク
タ７とを接続する連通管８と、該連通管８に介設された
ポンプ９と、図示していないがエンジン１の背圧がエン
ジンｌの運転性能に悪影響を与えるとされる所定値に達
したことを検出して上記ポンプ９を作動させるセンサと
を備えている。これにより、噴射器５では、エンジン１
の背圧が所定値以上になると、ポンプ９がタンク６内の
触媒水？８液を連通管８を介して吸上げ、インジェクタ
７からパティキュレートフィルタ４の上流に所定量（例
えば１０＝１００ｃｃ）噴射するように構成されている
。尚、上記触媒水溶液は、例えば、１〜１０重量％の１
または２以上の卑金属（■、Ｃｕ　％　Ｃ１，、Ｆ　１
１　、Ｎｉ　、Ｍ６、Ｃ，、Ｂ、）の水溶性塩よりなる
触媒成分を含有している。

上記パティキュレートフィルタ４は、いわゆるブラグド
モノリス型である。第２図に示すように、パティキュレ
ートフィルタ４は、隔壁２０によって仕切られた多数の
通路２１を有しており、各通路２１の一端が、上流側と
下流側とが互い違いとなるようにプラグ２２によって閉
じられている。

隔壁２０は多孔質のセラミックス（例えばコージライト
）からなり、第２図に矢印で示すように、排気ガスが隔
壁２０を通過する際に排気ガス中のパティキュレートを
補集するようになっている。

隔壁２０には、被覆層として多孔質のアルミナ層（図示
せず）がコーティングされている。当該アルミナ層には
、５〜９０重量％のセリア（Ｃ。

０２）又は１〜５重量％のＬ−、Ｎａが担持されている
。

さらに、上記吸気通路２の集合部には、上記センサから
の検出信号を受けて略半閉し、吸気量を絞り調整する絞
り弁１０が配設されている。

次に、上記実施例の作動について説明する。

エンジン１の運転に伴い、エンジン１から排気ガスが排
気通路３を通じて排出される。排気ガスが第２図に示す
ようにパティキュレートフィルタ４の隔壁２０を通過す
ると、排気ガス中のパティキュレートが隔壁２０に補集
される。

パティキュレートフィルタ４の目詰まりによりエンジン
１の背圧が所定値以上に達すると、それを検出するセン
サからの信号に基いて制御装置が噴射器５のポンプ９を
作動させる。これにより、インジェクタ７から触媒水溶
液が排気通路３のパティキュレートフィルタ４上流に噴
射される。そして、触媒水溶液中に予め混合されている
触媒成分が・パティキュレートフィルタ４に補集された
パティキュレートの表面に均一に被着し、触媒成分がパ
ティキュレートと触媒反応する。

一方、パティキュレートフィルタ４の隔壁２０をコーテ
ィングするアルミナ層に担持されたセリアは、酸素を吸
着して活性酸素を供与する性質を有している。このセリ
アは、噴射による触媒水溶液の触媒成分による触媒反応
をさらに低温から開始させる。このセリアによる触媒作
用を、燃料中にセリアを添加しておくことによって得る
ことも可能である。しかし、その場合には高温によりセ
リアが他の化合物と反応し、充分な触媒反応促進作用が
得られなくなる。これに対し、本実施例ではセリアの劣
化は抑制され、パティキュレートの着火温度を大幅に低
下させることができる。また、セリアが活性酸素を給与
し得るため、酸素濃度が低くて燃焼が容易でない隔壁２
０の表面においても燃焼が助長される。しかも、アルミ
ナ層により隔壁２０をコーティングしているので、パテ
ィキュレートの補集率は高い。

上記触媒反応によるパティキュレートの燃焼では、パテ
ィキュレートの着火温度が大幅に低下することになり、
排気ガス温度が低い（例えば３００℃以下）ディーゼル
エンジン１の常用運転域においてもパティキュレートを
良好に燃焼させることができ、その除去が確実に行なわ
れる。

さらに、上記ポンプ９が作動すると同時に絞り弁１０が
略半閉する。これにより、吸気量が絞られ、燃焼室内が
空気不足になって排気ガス温度が上昇することになり、
パティキュレートの燃焼を助長促進することができる。

また、このことにより、触媒水溶液の噴射量を低減でき
、高価な触媒成分の消費量を節約してエンジンの運転費
用を安くすることができる。また、その消費量の低減に
より触媒成分によるパティキュレートフィルタ６の二次
的な目詰まりを未然に防止できる。さらに、吸気絞りに
よって排気ガス流速が低下するので、触媒成分がパティ
キュレートフィルタ６の上流付近に付着し、これが次第
に下流側に燃え広がることになるので、触媒成分をより
有効に利用できる。

尚、上記実施例では、センサによりエンジン１の背圧を
検出し、該背圧が所定値に達した時に、ポンプ９を作動
させるようにしたが、エンジン１の運転時間が所定時間
に達した時にポンプ９を作動させるようにしてもよい。

また、このようにセンサ等を用いて自動的にポンプ９を
作動させずに、手動で任意のときに作動させるようにし
てもよいのは勿論である。

次に、より具体的な実施例について説明する。

く実験例１）パティキュレートフィルタ４の構成部材であるコージラ
イト・ハニカム担体（１００ｃｅｌｌ、　１２ａｉｌ　
）を、アルミナスラリーに浸漬し、引き上げた後、余分
のスラリーを高圧エアブロ−で除去し、１３０℃で１時
間乾燥後、５５０℃で１時間焼成した。尚、アルミナス
ラリーには、γ−アルミナ１６０ｇ、ベーマイト１６０
ｇ、水５００ｃｃ、濃硝酸４　ｃｃをホモミキサーによ
り１０時間混合攪拌して得られたものを用いた。

焼成後、硝酸第１セリウムの１．０　ｍｏｌ　／　ｌ水
溶液１．０１に１０分間浸漬し、１５０℃で３時間乾燥
した。その後、ハニカム担体の両端のセル開口部を１つ
おきに水ガラスで口封し、５５０℃で１時間焼成した。

これにより、Ｃ＠Ｏ，がアルミナ層に５重量％担持され
たブラグドモノリス型のパティキュレートフィルタ４を
得た。尚、アルミナ層の付着量はハニカム担体に対して
１３重量％であった。

く実験例２〉Ｔ−アルミナ２３５　ｇ、ベーマイト２４０ｇ、酸化セ
リウム２５ｇ、水５００ｃｃ、濃硝酸３　ｃｃからなる
アルミナスラリー中、上記実験例１と同じ担体を浸漬し
、余分のスラリーを高圧エアブロ−で除去し、１３０℃
で１時間乾燥後、５５０℃で１時間焼成した。

次に、水ガラスで上記実験例１と同様に口封、焼成した
。

これにより、０．０□がアルミナ層に５重世％担持され
たパティキュレートフィルタ４を得た。

尚、アルミナ層の付着量はハニカム担体に対して１２．
５重量％であった。

く実験例３〉フオーム型の担体（メツシュ１０）を上記実験例１と同
様に処理し、Ｃ００□がアルミナ層に５重量％担持され
たフオーム型のパティキュレートフィルタを得た。尚、
アルミナ層の付着量は担体に対して１２．０重量％であ
った。

ここで、フオーム型の担体とは、スポンジ様の網目状の
細孔を多数有するコージライト類の担体をいう。

（実験例４ンフオーム型の担体（メツシュ１０）を上記実験例２と同
様に処理し、０．０□がアルミナ層に５重量％担持され
たフオーム型のパティキュレートフィルタを得た。尚、
アルミナ層の付着量は担体に対して１２．０重量％であ
った。

〈従来例〉パティキュレートフィルタとして、何らコーティングし
ていないプラグドモノリス型のものを用いた。また、噴
射する触媒液には硝酸セリウムを添加していない。

く比較例）パティキュレートフィルタとして、アルミナ層をコーテ
ィングしていないプラグドモノリス型のものを用いた。

但し、この比較例では、噴射器５の触媒液に硝酸セリウ
ムを添加した。

上記４実験例、比較例及び希土類を用いない従来例にお
ける排気ガス浄化程度の比較を第３図に示す。但し、テ
スト条件は、エンジン排気量＝２０００ｃｃ、回転数３
００　Ｏｒ　ｐｍ、　Ｐ、　＝３．５ｋｇ／　ｃｔＡで
ある。また、タンク６内の水？容１・夜の組成は、４実
験例及び従来例についてはｃ、ＣＬ　（１，０ｇ）＋Ｈ
ｚ　Ｏ（１０ｃｃ）＋　（ＣＨ３）ｚｃＨＯＨ（３ｃｃ
）であり、比較例ではＣｕＣ１ｇ　（１，０ｇ）＋Ｈｚ
　Ｏ（１０ｃｃ）　＋　（ＣＨ３）ｚｃＨＯＨ（３ｃｃ
）　＋　ＣＩｌ　　（ＮＯ３）３（１ｃｃ）である。再
生温度（パティキュレート燃焼開始時の供給排気ガスの
温度）には、第１図に示すように、パティキュレートフ
ィルタ４内及びそれよりも上流側にそれぞれ温度センサ
１１・１２を取り付け、パティキュレートの燃焼開始に
起因して両センサ１１・１２間での測定温度差が生じた
ときの温度センサ１２での測定温度を採用した。

第３図で明らかなように、セリウム等の希土類の触媒成
分を使用しない従来例の変化（破ＩＡ）、上記比較例の
変化（実線Ｂ）及び上記実験例の変化（実線群Ｃ）では
、いずれも再生回数（触媒液噴射回数）が増すごとに再
生温度が低下する。しかし、従来例及び比較例では再生
回数が増加しても再生温度が３００℃以上であるのに対
し、上記実験例によれば再生回数４〜６回程度で再生温
度が３００℃以下となる。即ち、上記実験例によれば、
再生回数４〜６回で、エンジンの常用運転域におけるパ
ティキュレートの燃焼が良好に行なわれるようになる。

一方、上記実敢例間では、第３図で明らかなように、上
記実験例１から順に実験例２、実験例３、実験例４と再
生温度が低下しており、その順でより良好な効果が得ら
れる。

次に、パティキュレートフィルタ４の上流側での背圧測
定結果を表１に示す。

ここで、背圧の増加率が大きくなればパティキュレート
フィルタ４内でのパティキュレートの燃え残りが多い（
目づまりが多い）ことになる。表１の結果によれば、各
実験例ではいずれも１５％以下の増加であるのに対し、
比較例では約２０％も増加した。尚、作動初期の背圧に
ついては、アルミナ層をコーティングしたことから、実
験例において比較的大となっている。また、実験例では
パティキュレートの燃焼が良好なため、再生７回目終了
後では実験例と比較例との間の背圧の格差はな（なった
。

【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図はエンジン
の排ガス浄化装置の概略全体構成図、第２図はパティキ
ュレートフィルタの一例の縦断面部分図、第３図は実験
的に得られた再生回数と再生温度との関係を示す線図で
ある。４・・パティキュレートフィルタ、５・・噴射器。第１図］０第２図１２３４”５６７再生回数

Claims

【特許請求の範囲】

（１）排気系に可燃性粒子などを補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ガス浄化装置におい
て、上記パティキュレートフィルタの上流に卑金属触媒液を
噴射する噴射器を設け、パティキュレートフィルタに希
土類の触媒成分を担持した多孔質の被覆層を形成したこ
とを特徴とするエンジンの排ガス浄化装置。