JPS6357809A - 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（パティキユレート）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５６−９３５１９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
どを補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料促進作用とによって排気ガス温
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右それがあ
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
フィルタヲ設け、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（Ｃｕα２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。

また、この着火性を改善するために、特開昭５７−２１
２３１５号のように、フィルタ上流側端部に、電気スパ
ークを生じさせる端子と電極とを互いに対向させて配置
されたものがある。しかし、このシステムにおいてはス
パークを生じさせるために、アースとなる一つの電極を
設置しているため、フィルタに加工を施こす必要があり
という不具合がある。さらに、電気的スパークを生じさ
せる端子を上流側に、電極を下流側に互いに対向させて
配置するため、スパークを、フィルタ全面で発生させて
、効率のよい可燃粒子の燃焼を行なうためには、多数の
端子と電極が必要となるという不具合がある。

（発明の目的） 本発明は、簡単な構造で再生用の火種をパーティキュレ
ートのトラップ分布に関係なく確実に得られるようにし
たディーゼルエンジンの排気浄化装置を提供することを
目的とするものである。

（発明の構成） 本発明は、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ディーゼルエンジンの排気ガ
ス浄化装置において、前記パティキュレートフィルタの
上流側部分あるいはこの部分から上流側にわずかに間隔
をあけた位置の半径方向中心部およびこの中心部から半
径方向に所定の間隔で独立した複数の電極を設け、最内
方の電極と最外方の電極との間でスパークを起こさせる
制御手段を備えていることを特徴とするものである。

（発明の作用・効果） 本発明のディーゼルエンジンの排気浄化装置においては
、パティキュレートフィルタの上流側部分あるいはこの
部分から上流側にわずかに間隔をあけた位置の半径方向
中心部およびこの中心部から半径方向に所定の間隔で独
立した複数の７４　ａを設け、最内方の電極と最外方の
電極との間でスパークを起こさせるようにしたので、該
フィルタの上流側において上記複数の電極の半径方向に
隣り合ったすべての電極間で放電が起きるので、簡単な
構造で、該上流側位置において平均にかつ確実に火種が
形成され、従ってパーティキュレートの燃え残りを確実
に防止できる。

（実施例） 以下、添付図面を参照しつつ本発明の好ましい実施例に
よるディーゼルエンジンの排気浄化装置について説明す
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に連通ずる渦流室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は前記エンジン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
捕集するパティキニレートフィルタ７が配設されている
。

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に触媒溶液を噴射する噴
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１０とを連通する連通管１１と
、該連通管１１の途中に介設された電動式の触媒溶液供
給ポンプ１２とを備えてなる。そして、触媒溶液供給ポ
ンプ１２の作動および噴射ノズル１０の電磁開閉弁１０
ｂの開作動により、上記触媒タンク９内の触媒溶液を所
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しパティキニレートフィル
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、ｌＯダラムの塩化銅（Ｃｕα２）を
１００　ｃｃ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１〜１０重量９６の１もしくは２以上
の卑金属（Ｖ、Ｃｕ、　Ｃｒ、　Ｆｅ。

Ｎｉ　、Ｍｏ、　Ｃａ、　Ｂａ　）の水溶性塩を、１０
〜５０重量％の灯油、軽油、重油、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
。

上記噴射器８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をバイパ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、すプ；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に連結されている。上記負圧導
入通路１７の途中には上記ダイヤフラム装置１６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ソレノイドバルブ２０
が配設されており、ダイヤフラム装置１６の負圧室１６
ａに導入される負圧の大きさをソレノイドバルブ２０に
よりリニア制御してダイヤフラム装置１６を作動させる
ことにより、流量制御弁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１０ｂ１触媒溶液供給ポンプ１２、およびソ
レノイドバルブ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習の
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ＴＩ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
ィルタ直下流の排気通路６′内における排気ガス温度Ｔ
２に基づイテ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２３〜２５の各出力は上
記制御回路２２に人力されている。

上記パティキュレートフィルタ７の上流側の部分には、
例えば第２図あるいは第３図に示されているように、そ
の中心から半径方向にそれぞれ間隔をおいて複数の電極
２６が埋め込まれている。

なお、この電極２６は、フィルタ７の上流側にわずかに
間隔をおいて設けてもよい。上記複数の電極２６のうち
最内刃の電極２６ａと最外方の電極２６ｂｆ−電源回路
２７に接続して、これらの間でスパークを起こさせるよ
うに構成されている。上記電源回路２７は、上記制御回
路２２に接続されており、この制御回ｖ４２２から作動
信号を受けたとき上記電極２６ａ、２６ｂに電流を所定
時間供給するようになっている。

次に、上記実施例における制御動作を、第４図および第
５図に示すフローチャートによって説明する。

まず、第４図において、スタート後のステッ′ブ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Ｓ２
、Ｓ３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
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
、つまりパティキュレートフィルタフに捕集された可燃
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Ｓ
３、Ｓ４、・・・を操り返す。

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。

次いで、ステップＳ９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Ｔ１を検出し、次のステップ５１０
でこの排気ガス温度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ブク許容限界排気ガス温
度ＴＡ　よりも低いか否かの判断を行い、の判断がＴ１
≧ＴＡ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３１０に戻り、排
気ガス温度Ｔ１の低下を待つ。

一方、上記ステップＳＩＯの判断がＴｌ＜ＴＡのときに
は、ステップＳＬｌ〜Ｓ２２の触媒溶液噴射制御ルーチ
ンと、第５図に示すステップ５５１〜３５６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Ｓｌｌ
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５１２で噴射ノズル１０の電磁開閉弁１０ｂ
を開いて、該噴射ノズル１０から触媒溶液をフィルタフ
の表面に噴射する。

その状態をステップＳ１３でフラグＦに「１」を立てて
記憶した後、ステップＳ１４に移ってタイマをセットし
、次のステップＳ１５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Ｓ１６でタイマのリセット
を行なった後、ステップＳ１７で第２排気ガス温度セン
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に捕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３１８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Ｔ、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
Ｓ１９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ＩＱ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Ｓ１７に戻って触媒溶液噴射を継続させる。一方、上
記ステップＳ１９での判断がＹ、ＥＳであるときにはス
テップ５２０に移って、上記噴射ノズル１０の電磁開閉
弁１０ｂを閉じるとともに、ステップ５２１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３１３において立て
られたフラグＦを「０」にする。また、上記ステップ５
１８での判断が７２＞ＴＢ　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３２０〜Ｓ２０を実行し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サブルーチンではその
最初のステップＳ５１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Ｓ５２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３５３
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を閉じる方向の信号をソレノイドバルブ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Ｓ５４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を開く方向の信号をソレノイドバルブ２
０に発信し、これらのステップ３５１〜Ｓ５４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Ｓ５５において上記触媒溶液噴射
ルーチンのフラグ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３５１〜Ｓ
５４を繰り返す。そして、上記判断が液体噴射の終了に
伴うＦ＝Ｏになると、ステップ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を閉鎖し排
気ガス量制御を終了する。

上記ステップ２２までの触媒噴射制御ルーチンが終了し
た後は、ステップ２３〜２９のスパーク制御ルーチンに
移行する。

このスパーク制御ルーチンは、触媒溶液の乾燥のための
一定時間ホールドというステップＳ２３から始まる。こ
の一定時間のホールドが終了した後、ステップ２４〜２
７で示したように所定時間（例えば３分間）のスパーク
を行ない、この後ステップ２３でフィルタ７内部の温度
検出を行ない、この温度が５５０℃以上であるか否かの
判定をステップＳ２９で行なう。この判定がＹＥＳのと
きには、パーティキュレートの燃焼が完了しているので
ステップ１に戻り、この判定がＮＯのときにはステップ
７に戻り、該ステップから制御を繰り返す。

本発明の効果を確認するため、次の２つの実験を行なっ
た。

（実験例１） 直径１２０ｍｍ、　１．６１２のフオームタイプパーテ
ィキュレートフィルタ（ＤＰＦ）前面にＳＵＳ製の細棒
を第２図のように埋めこみ、この中心にプラグを設置し
た。この、放電システムを備えたＤＰＦを、ディーゼル
エンジンの排気系に組み込み、可燃粒子を１６．３　ｇ
　Ｄ　Ｐ　Ｆで捕集した後、触媒成分として、塩化銅を
含む水溶液をＤＰＦ前面に噴射した。この後、プラグに
電圧をかけ、放電を３分間行なった。ＤＰＦの温度をこ
の時測定した結果、最高７００℃まで上昇した。ＤＰＦ
を冷却した後、排気系より取り出し調査したところ、約
１．５ｇの可燃粒子しか付着しておらず、ＤＰＦは完全
に再生されていた。

（実験例２） 上記実験例１と同様のフオームタイプＤＰＦを用いて、
第３図のようにＳＵＳ製の細棒を埋めこみ、同様のテス
トを実施した。この結果、１６，０ｇ捕集された可燃粒
子は、燃焼し１，４ｇの可燃粒子しか付着していなかっ
た。

今回のテストでは、ＳＵＳ製の細棒を電導体として用い
たが、電導物であれば、本発明と同様の放電効果が得ら
れる。また、ＤＰＦのタイプについても、フオームタイ
プに厳定する必要性は特になく、ウオールタイプについ
ても電導体をＤＰＦ前方に設置することにより、フオー
ムタイプと同様の効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に係る排気ガス浄化装置の１例を示す
概略図、 第２図及び第３図は、それぞれパーティキュレートフィ
ルタへの電極の配置例を示した正面図、第４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５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、 ２２・・・・・・制御装置、　２４・・・・・・背圧セ
ンサ、２６・・・・・・電極、　　２６ａ・・・・・・
最内方電極、２６ｂ・・・・・・最外方電極、　２７・
・・・・・電源回路。 第２図 第３図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 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
   ィルタを備えたディーゼル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部分
   あるいはこの部分から上流側にわずかに間隔をあけた位
   置の半径方向中心部およびこの中心部から半径方向に所
   定の間隔で独立した複数の電極を設け、最内方の電極と
   最外方の電極との間でスパークを起こさせる制御手段を
   備えたディーゼルエンジンの排気浄化装置。