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JPS59122721A - フイルタ再生装置 - Google Patents

フイルタ再生装置

Info

Publication number
JPS59122721A
JPS59122721A JP57230046A JP23004682A JPS59122721A JP S59122721 A JPS59122721 A JP S59122721A JP 57230046 A JP57230046 A JP 57230046A JP 23004682 A JP23004682 A JP 23004682A JP S59122721 A JPS59122721 A JP S59122721A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
filter
exhaust gas
carbon
engine
amount
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP57230046A
Other languages
English (en)
Inventor
Shigenori Sakurai
桜井 茂徳
Mikio Murachi
村知 幹夫
Yoshitsugu Ogura
義次 小倉
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toyota Motor Corp filed Critical Toyota Motor Corp
Priority to JP57230046A priority Critical patent/JPS59122721A/ja
Publication of JPS59122721A publication Critical patent/JPS59122721A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01NGAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/02Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust
    • F01N3/021Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters
    • F01N3/023Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters using means for regenerating the filters, e.g. by burning trapped particles
    • F01N3/025Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters using means for regenerating the filters, e.g. by burning trapped particles using fuel burner or by adding fuel to exhaust
    • F01N3/0253Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters using means for regenerating the filters, e.g. by burning trapped particles using fuel burner or by adding fuel to exhaust adding fuel to exhaust gases
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01NGAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2250/00Combinations of different methods of purification
    • F01N2250/02Combinations of different methods of purification filtering and catalytic conversion

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Processes For Solid Components From Exhaust (AREA)

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】 本発明は、ディーゼルエンノンの排ガス中に含まれるカ
ーボン微粒子を有()捉するフィルタを再生する装置に
閂するものである。
この種のフィルタとして、三次元網目ゼキ造を有するセ
ラミックフィルタ(以下フメームフィルタと呼ぶ)、あ
るいはセルの排ガスの入口卦よひ出口に交互に栓をした
ウオールスルータイツ0のセラミックフィルタ(以下)
\ニカムフィルタと呼ぶ)等、種々のものがある。しか
してこれらのフィルタは、カーボン微粒子の捕捉子があ
る程度増加すると、背圧が上昇するため、これを避ける
べく捕捉したカーボン微粒子を定期的に燃焼してフィル
タを再生する必要がある。
このカーボン微粒子の燃焼手段として、排ガス温度をカ
ーボン微粒子の燃焼温度である550〜600℃以上に
上昇させる方法、すなわち、吸気絞りや排気絞りを行な
って排ガス温度を上昇させる方法がある。しかし排ガス
温度をこのように高温にすることは、高速走行時には可
能であっても低速走行時においては不可能である。また
カーボン微粒子を燃焼させる他の手段とじ1゛、ヒータ
あるいはバーナをフィルタの排ガス入口部に設は飄カー
ボン微粒子に着火して燃焼伝播させる方法がある。しか
しこの方法においても、全走行領域でフィルタ再生を可
能とするには、排ガス流量および着火時期の制御あるい
は着火システム等、構成が複雑になるという問題がある
。また上記いずれの方法においても、カーボン微粒子の
捕捉量が少ないと、着火あるいは燃焼伝播がうまく行な
われず、逆にカーボン微粒子の捕捉量が多過ぎると、フ
ィルタ材は昇温か著しく、熱劣化が激しい。
さて車両の一般走行において、排ガス温度は250℃程
度であり、全走行領域でフィルタ再生を可能にずべく、
従来よりこれくf−いの温度でカーボン微粒子を燃焼さ
せる方法なり出すことが望捷れていた。。
本発明者らは上配間叩点に詐み、既に特願昭57−21
0576号において、全走行領域でフィルタの再生が可
能で、しかもカー21−゛ン微粒子の捕捉量に関係々く
安定した燃焼を行なうことので六るフィルタの再生方法
を提案した。すなわちこの再生方法は、フィルタに酸化
触媒を設け、このフィルタに500〜50000 pp
mの炭化水素(HC)および(脣だは)−酸化炭素(C
O)を排ガス温度150℃以上で10秒〜5分間導入し
て酸化触媒を酸化させ、この酸化反応に伴う発熱により
カーボン微粒子を燃焼させるように1.たものである。
しかして上記再生方法を実pするにあたり、フィルタ材
および触媒を劣化さ七ることなく最適状態で再生さぜる
には、HC,Coの添加量、添加時期等と1.て最適条
件を選定する必要があり、まだ再生時期としても適当な
時期を選定することが好ましい。
本発明はり上の点に鑑み、フィルタを最適条件下で再生
すみことのできる装置を提供することを目的としてなさ
れたもので、排気ガス温度を検知する機構と、エンジン
の排気系であってフィルタより上流側にIICおよび(
または)COを導入する供給機構と、Heおよび(また
は)COの導入量および導入時間を制御する枦IQを備
えることを特徴としている。
以下図示実施例により説明する。
第1図は本発明の一実施例に係る、排気1’12.2 
tのディーゼルエンジンの概略を示し、エンジン本体1
のエキゾーストマニホールド2から延びる排気管3の途
中には、フィルタ容器4が設けられる。
フィルタ容器4内には、フィルタ相として、直径130
φ、長さ100町の大きさの13メツシユ(3次元網目
の空孔数が13ケ/インチの割合のもの)のフオームフ
ィルタに、フィルタ容積1tあたシ2gのI?ラジウム
(pa)を含有させたものが収容されている。
エンジン本体1と容器4との間には、排気管3内に臨む
噴射弁5が配設される。この噴射弁5は、従来公知の燃
料噴射弁と同様な構成含有し、電磁iRバルブ開放する
ことによシ排気管3内に軽油を供給するようになってい
る。すなわち噴射弁5には、ポンゾロによυ、タンク7
内の軽油が常に一定圧力で給送されておシ、電磁バルブ
を開放する時間によシ、軽油の噴射量が定められる。し
かしてこの軽油によシ排ガス中にHCが導入される。
制御回路8は、上記電磁パルプの開放時間、すなわち、
排ガス中へのHCの導入量および導入時間を制御するマ
イクロコンビーータで、エンジン回転数および排気ガス
温度に応じて、その開放時間を制御する。パルス発生器
9は、エンジン本体1から突出するクランク軸10に近
接して取付けられ、この軸10の回転に応じてパルスを
発生し、これをリード線11を介して制御回路8へ出力
する。制御回路8はこのパルスによジエンジン回転数を
知る。一方、排気温センサ12は、フィルタ容器4内の
フィルタに近接して取付けられ、排気ガス温度を検知し
てこれをリード線13を介して制御回路8へ出力する。
しかして制御回路8は、これらエンジン回転数および排
気ガス温度から、排気管3中への軽油の1!^射景を決
定し、リード線14を介して噴射弁5を開放する。
次に、上記実施例装置を用いて行ったフィルタ拐の再生
実験の結果を述べる。なお、制御回路8であるコンビー
ータには、次の(イ)、(ロ)、(ハ)、に)に示すよ
う表手順で実験を行なうべく、プログラムを入力した。
また、車両の走行・母ターンは11ラツゾとした。
(イ)エンジン回転数の積算値が1g万回に達したらフ
ィルタの再生準備を行なう。
(ロ)排気ガス温度が250℃〜450℃の範囲で15
秒間継続したら、第2図に示す噴射時間の・母ターンに
従って軽油を噴射し、フィルタの再生を行なう。この時
、噴射時間の決定は、排気ガス温度が250℃に達して
から16秒後の時の排気ガス温度によシ行なう。
(ハ) フィルタの再生中、排気ガス温度が450℃以
上になった場合、軽油の噴射を停止する。
に)軽油の噴射が停止され、再生が完了したら、再びエ
ンジン回転数の積算を開始する。以後、(イ)、(ロ)
、(ハ)、に)を繰返す。
しかしてエンジンを始動するとパルス発生器9が作動し
て回転数の積算を開始するが、この積算値が1g万回に
達したのは、11ラップ走行の2サイクル目の1ラツプ
目であった。すなわち、上記(イ)によシフィルタの再
生準備体制となるが、この2サイクル目の1〜9ラツプ
までは、排気ガス温度が15秒間250℃以上を維持す
ることがなかったため、軽油の噴射は行なわれなかった
。しかして走行・母ターンが10ラツプ目に入ると、排
気ガス温度が320℃となシ、制御回路8は、250℃
以上の排気ガス温度が15秒間継続したことを確認して
、噴射弁5から軽油を15秒間噴射させた。
この時、再生中の排ガス中のHC濃度(Ct換算)は、
4500〜6000 ppmの範囲にあシ、フィルタ内
の温度は最高560℃であった。
上記再生処理の終了後、容器4からフィルタを取出して
、付着1〜ていたカーボン微粒子の#号を測定すると、
0.16g/ケであり、捕捉したカーボン微粒子は上記
再生処理により実質的に全て燃焼されたこと、および、
フィルタ材あるいは触媒の劣化が起こることのない比較
的低温で再生が行なわれたことがわかる。ちなみに、1
1ラップ走行中の平均カー水ン微粒子排出斧と、フィル
タ材の捕集効率とから、エンジン始動から再生開始まで
にフィルタに捕捉されたカーボン微粒子の重帯は約3.
5117ケと推定される。
上記(イ)、(ロ)、(ハ)、に)に示されるプログラ
ムの内容は、あくまでも1例であシ、エンジンのカーボ
ン微粒子排出特性、あるいは排気ガス温度特性、フィル
タ材の伸率特性等により、再生時期、再生条件等を変化
させればよい。ただし、これら再生条件、再生時期を決
定するにあたり、次の点に注意しなければならない。
すなわち′l−l1′句ガス温度(d、噴射される軽油
と触媒との反応において′ji要な影響を及ぼし、この
排気ガス温度により軽油の噴射時間を制御しないと、フ
ィルタ材の完全な再生は保証されない。第3図はとのこ
とを裏づけるもので、フィルタ1個あたシのカーボン微
粒子・の捕捉量が5gで、排ガス中のHC濃度が500
0 ppmの場合の、HC噴射時間とカーボン微粒子の
燃焼率との関係を示す。この図かられかるように、排ガ
ス温が高い砥どHeの噴射時間は短くてよい。
また、フィルタの再生時期はカーボン微粒子捕捉量と密
接な関係にあシ、この捕捉量が多すぎると、すなわち再
生サイクルが長すぎると、カーボン微粒子の燃焼時の発
熱によシフィルタ内温度が著しく上昇し、フィルタ材あ
るいは触媒を劣化させてしまう。第一4図はこれを示す
もので、排ガス温が200℃、排ガス中のHC濃度が5
000 ppmの場合の、カーボン微粒子捕捉量とフィ
ルタ内温度との関係を示している。
上記プログラムにおいて、排ガス温が450℃以上の場
合には、軽油の噴射を行なわないようになっているが、
これは、450℃以上ではフィルタに担持された触媒の
効果によシカ−がン微粒子が燃焼を開始し、事実上HC
を添加する必要がないこと、および、排ガ゛ス泥が45
0℃以上の、鳩舎にHCを添加すると、フィルタ材の温
度上昇が著し7く、フィルタ材あるいは触媒を劣化させ
るだめである。
なお、カーボン微粒子捕捉量を検知する手段としては、
上n1コ実施例のようにエンジン回転数の積算値を用い
る他、車両の走行距離を用いたシ、あるいはフィルタ材
による排気ガスの圧力損失の大きさを用いること等が考
えられ、また行にこれらの手段に限定されるものではな
い。
また排ガス中に供給する炭化水素源は、必ずしも軽油で
ある必要はなく、例えばメタノール、エタノール等であ
ってもよく、また供給機構は噴射弁に限るものではない
さらに、HCの供給場所は排気管で々くともよく、例え
ばエンジンの爆発工程直後にシリンダ内に炭化水素源を
噴射し、これ(だよりフィルタにHCを供給するように
してもよい。この場合、シリンダ内に噴射された炭化水
素源はシリンダ内の熱により分解され、COとHCの混
合物上なる。
このCOとHCldl、いずれもフィルり表面で角・I
I砂、と反応して発熱するだめ、上記実が1例と同様な
効果が得られる。
またフィルタに設ける触媒としては、Pdの仙、ロノウ
ム、白金、イリジウム竺、ICやCOの酸化を促進する
ものであれば何でもよく、さらに排ガス中にHCを供給
せずCOのみを供給するよう構成1.てもよい。
々お、本発明は)・二カムフィルタにも適用できること
は言う迄もない。
以上のように本究明によれは、フィルタの再生処理を、
フィルタ材あるいは触〃v、の劣化の少ない最適条件下
で行なうことが可能と々るという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例を示す概略図、第2図は排劣
ガス温度に対する軽油噴射時間の・やターンを示すグラ
フ、第3図は各種エンジン条件下におけるHC噴射時間
とカーボン椴粒子の燃焼率との1JA係を示すグラフ、
第4図はカーボン微粒子捕捉量とフィルタ内温度の関係
を示すグラフである。 3・・・排り1管、5・・・噴射弁(供給機構)、訃・
・制御回路(制御機構)、9・・・パルス発生器。 特許出、願人 トヨタ自動車株式会社 tr¥許出願代理人 弁理士 青 木   朗 弁理士西舘和之 弁理士 中 山 恭 介 弁理士 山 口 昭 之 Φ1r二:ζ) :3....:、 2 :’: )−、t、;排気ガス
温度(℃) 第3 Yi?J 12345 HC噴射時間(分) 吋L 4 ’r’:;・j 0 5 10 2030 カーホソ微粒子量(ψ勿)

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、酸化触媒を担持し、ディーゼルエンジンの排気管途
    中に設けられてカーボン微粒子を捕捉するフィルタを、
    再生する装置であって、上記排気管に設けられて排気ガ
    ス温度を検知する温度検知機構と、エンジンの排気系で
    あって上記フィルタより上流側に炭化水素および(iた
    け)−酸化炭素を導入する供給援構と、炭化水素および
    (または)−酸化炭素の導入量および導入時間を制御す
    る制御機構とを備えるととを特徴とするフィルタ再生装
    置。 2、フィルタに捕捉されたカーボン微粒子量を検知する
    カーボン検知手段が設けられることを特徴とする特許請
    求の範囲第1項記載のフィルタ再生装置。 3、カーボン検知手段がエンジン回転数の積算値を検知
    する手段であることを特徴とする特許請求の範囲第2項
    制を則のフィルタ町生装置。 4、カーボン検知手段が重両の走行p[i Iaf ′
    !)杉i知する手段であることを特徴とする特許請求の
    fiiQ ll1l第2項記載の再生装置。 5 カーボン検知手段がフィルタの圧力4眉失を検知す
    る手段であることを特徴とする特nHF(求の範囲第2
    項記載のフィルタの再生装置。
JP57230046A 1982-12-29 1982-12-29 フイルタ再生装置 Pending JPS59122721A (ja)

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JP57230046A JPS59122721A (ja) 1982-12-29 1982-12-29 フイルタ再生装置

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