JPS61237812A - 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などの排気ガスに含まれるカー
ボン粒子などの可燃性粒子（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粒子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
ン粒子などの可燃性粒子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知られ
ている。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
で装置のコストが高くなるという問題があり、電気的加
熱による場合は、電熱線の近傍に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。

また、特開昭５６−９８５１９号公報に記載されるよう
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、ポンプ、噴射制御器など
からなる噴射装置を特別に設けているので、大型化する
し、また、上記噴射装置をエンジンにて駆動するように
すると出力の点で不利となる。

（発明の目的） 本発明は、特別な噴射装置を設けることなく、例えばデ
ィーゼルニンジンに一般に装着されているバキュームポ
ンプによる負圧、排気圧などを利用して触媒溶液を加圧
して噴射させることにより、コンパクトでしかもエンジ
ン出力を損わないエンジンの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） 本発明は、排気系に可燃性粒子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係
るものである。

本発明は、パティキュレートフィルタの上流に前記可燃
性粒子の燃焼を促進させる触媒溶液を噴射供給する溶液
噴射手段を設けている。溶液噴射手段が、フィルタ上流
側端面に向けて触媒溶液を噴射する噴射ノズルと、該噴
射ノズルより噴射される触媒溶液を貯える溶液貯留部と
、該溶液貯留部の触媒溶液に圧力を加えて噴射させる加
圧部材と、エンジンによって圧力が発生せしめられ該圧
力によって加圧部材を作動させる圧力源とを有する。

（実施例） 以下、本発明の実施例を図面に沿って説明する。

第１図はエンジンの排気ガス浄化装置の全体構成を示し
、■はディーゼルエンジンで、燃焼室２に連通ずる渦流
室３を備える。４は燃料噴射ノズルで、渦流室３に燃料
を噴射供給するようになっている。

６は排気通路で、途中に排気ガス中のカーボン粒子など
の可燃性粒子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。パティキュレートフィルタ７は、比較
的目の荒い上流側フィルタ８と、比較的目の細かい下流
側フィルタ９とを直列に配設してなり、排気ガスが雨フ
ィルタ８，９を順に通る際に排気ガス中の可燃性粒子が
捕集されるようになっている。なお、上流側フィルタ８
は下流側フィルタ９より薄く例えば１／８程度の厚さと
して可燃性粒子の捕集可能量を少なくし、フィルタ再生
時の温度の異常上昇を抑制し、その温度の異常上昇に起
因するクラックの発生を防止している。

上流側フィルタ８は海綿状タイプフィルタで、セラミッ
ク繊維を綿状に集めてなるセラミックファイバタイプフ
ィルタもしくはセラミックをスポンジ状に形成してなる
セラミックフオームタイプフィルタからなる一方、下流
側フィルタ９は多孔質材料よりなるハニカム形状のウオ
ールフロータイブフィルタからなる。

上記上流側フィルタ８の上流側端面８ａ上もしくはこの
近傍で可燃性粒子の多くは捕集され、この部分の捕集可
燃性粒子の濃度が濃くなり、しかも上流側にある後述の
噴射ノズル１１がら噴射供給される触媒溶液の濃度も上
記端面８ａ近傍で濃くなるため、着火温度が低くなる。

そのため、着火性の点からは、海綿状タイプフィルタの
みが良いのであるが、それのみでは捕集率が低下するた
め、多孔質材料よりなるハニカム体における多数のハニ
カム孔の両端開口部の一方を交互に閉塞して排気ガスを
ハニカム孔の隔壁を通過させるように構成し、該隔壁を
通過する際に排気ガス中の可燃性粒子を通過してこれを
捕集する捕集率の高いウオールフロータイブフィルタを
下流側に配している。

なお、下流側フィルタ９を着火温度が高く、着火性に劣
るウオールフロータイブフィルタとしているが、上流側
フィルタ８において比較的低温で着火し燃焼した後の高
温排気を下流側に導くことができるので、下流側フィル
タ９に捕集された可燃性粒子も確実に燃焼除去すること
ができる。

上記排気通路６には上流側フィルタ８上流に上記可燃性
粒子の燃焼を促進させる触媒溶液を噴射供給する溶液噴
射手段１０が設けられている。すなわち、溶液噴射手段
１０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１１ａを上流側フィルタ８の上流側端面８ａの
中心に向けて配設され、上流側フィルタ８に触媒溶液を
噴射する噴射ノズル１１と、触媒溶液を貯える触媒タン
ク１２と、該触媒タンク１２と噴射ノズル１１とを接続
する接続管１３とを有する。

上記接続管１３は、電磁式の第１開閉弁１４が介装され
下流端が噴射ノズル１１に接続される一方、上流端が加
圧手段１５に連係されている主管部１３ａと、該主管部
１３ａより第１開閉弁１４よりも上流側で分岐されて触
媒タンク１２に通じ第２開閉弁１６が介装された分岐部
１３ｂとからなる。上記加圧手段１５は、主管部１３ａ
の上流端に連通ずる圧力室１７の容積が、第１ダイヤフ
ラム装置１８にて作動するピストン１９にて変化するよ
うになっている。ピストン１９は、主管部１３ａにおけ
る第１開閉弁１４の上流側部分とその部分に連通ずる圧
力室１７とからなる溶液貯留部に貯えられる触媒溶液に
圧力を加える加圧部材として機能するもので、その加圧
により、第】開閉弁１４が開いたときに、噴射ノズル１
１より触媒溶液を噴射させるように構成されている。圧
力室１７は、第３開閉弁２０およびエアクリーナ２１が
介装された通路２２が接続されている。

ピストン１９を進退させる第１ダイヤフラム装置１８は
、ダイヤフラム１８ａにて第１室１８ｂと第２室１８ｃ
とに区画され、該第１室１８ｂにスプリング１８ｄが設
けられるとともに、負圧導入通路２３を介して圧力源と
してのバキュームポンプ２４に連係されている。負圧導
入通路２３の途中には第１ダイヤフラム装置１８の第１
室１８ｂを、バキュームポンプ２４または大気開放部２
５に択一的に連係する第１三方ソレノイドバルブ２６が
配設されている。第１三方ソレノイドバルブ２６の切換
制御により第１ダイヤフラム装置１８の第１室１８ｂに
負圧を導入して第１ダイヤフラム装置１８を作動させる
ことにより、ピストン１９が後退するようになっている
。

なお、触媒タンク１２内の触媒溶液としては、１０グラ
ムの塩化銅（ＣｕＣＱｚ）を１００ｃｃの水に溶かした
溶液を用いているが、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、Ｉ　ｒ）の水溶性化合物、あるいは１〜１０重
量％の１もしくは２以上の卑金属（Ｖ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｆ
ｅ、Ｎｉ。

Ｍｏ、Ｃａ、Ｂａ）の水溶性塩を、１０〜５０重量％の
灯油、軽油２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、水とを混合してエ
マルジョン化したものを用いてもよい。

上記噴射ノズル１１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２７とは排気バイパス
通路２８によって接続されている。

また、排気バイパス通路２８の上流端部すなわち噴射ノ
ズル１１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２８を開閉するバイパス弁２９が配設されて
いる。バイパス弁２９は第２ダイヤフラム装置３０に連
係され、排気バイパス通路２８を閉じる第１位置Ａｔと
それを開く第２位置Ａ２とを有している。第２ダイヤフ
ラム装置３０の負圧室３０ａはスプリング３０ｂが設け
られるとともに、負圧導入通路３１を介してバキューム
ポンプ２４に連通されている。負圧導入通路３１の途中
には第２ダイヤフラム装置３０の負圧室３０ａをバキュ
ームポンプ２４または大気開放部３３に択一的に接続す
る第２三方ソレノイドバルブ３４が配設されている。第
２三方ソレノイドバルブ３４の切換制御で第２ダイヤフ
ラム装置３０を作動させてバイパス弁２９を回動させて
第１位置Ａｔとし、エンジン１からの排気ガスを、噴射
ノズル１１およびパティキュレートフィルタ７をバイパ
スして排気バイパス通路２８を通じて通過させ、パティ
キュレートフィルタ７側へ流れる排気ガス量を制限する
ことができる。

３４は開閉弁１４，１６，２０、第１および第２三方ソ
レノイドバルブ２６．３４を作動制御するための制御回
路、３５は上流側フィルタ８直上流の排気通路６内の排
気ガス圧つまりエンジン１の排圧を検出する排圧センサ
で、その出力は上記制御回路３４に入力されている。

続いて、上記制御回路３４の処理の流れを第２図に沿っ
て説明する。

先ず、排圧センサ３５にて検出される検出圧Ｐが、設定
圧Ｐｏを越えたか否かを判定しくステップＳｔ）、ＹＥ
Ｓの場合はパティキュレートフィルタフに適量の可燃性
粒子が捕集されたと判断されるので、第２三方ソレノイ
ドバルブ３４に信号を送って第２ダイヤフラム装！３０
を作動させてバイパス弁２９を第２位置Ａ２としくステ
ップＳ２）、排気バイパス通路２８を通じて排気ガスが
流れるようにし、パティキュレートフィルタ７側へ流れ
る排気ガス量を制限する。一方、Ｎｏの場合はステップ
Ｓｌの判定を繰返す。

それから、第１および第３開閉弁１４，２０を閉じた状
態で第２開閉弁１６を開き（ステップＳ３）、第１三方
ソレノイドバルブ２６に信号を送ってバキュームポンプ
２４と第１ダイヤフラム装置１８の第１室１８ｂとを連
通し、第１ダイヤフラム装置１８の第１室１８ｂに負圧
を導入する（ステップＳ４）。それによって、ダイヤフ
ラム１８ａがスプリング１８ｄの弾発力に抗して偏位し
、ピストン１９を後退させて圧力室１７の容積を拡大す
るので、触媒タンク１２より触媒溶液が吸引されること
になる。

しかして、所定量の触媒溶液が吸引されると。

第２開閉弁１６が閉じられる一方、第１開閉弁１４が開
かれ（ステップＳ５）、第１三方ソレノイドバルブ２６
の切換えにより第１ダイヤフラム装置１８の第１室１８
ｂが大気圧状態となると、スプリング１８ｄの弾発力に
よりダイヤフラム１８ａを介してピストン１９が、圧力
室１７の容積を小さくするように前進して加圧するので
、所定量の触媒溶液が噴射ノズル１１より噴射される。

これにより、海綿状タイプフィルタからなる比較的目の
荒い上流側フィルタ８に触媒溶液を付着させ、着火温度
を低下させて着火性を良くし、また、下流側フィルタ９
においては上流側フィルタ８での可燃性粒子の燃焼によ
り高温になった排気ガスが流れ込むこととなり、着火性
が高まるので、上流側および下流側フィルタ８，９に捕
集された可燃性粒子の燃焼除去を確実に行なうことがで
き、パティキュレートフィルタフの再生効率の向上が図
れる。

その後、第１開閉弁１４が閉じられ、第３開閉弁２０が
開かれ（ステップＳ６）、第１三方ソレノイドバルブ２
６の切換えで第１ダイヤフラム装置１８の第１室１８ｂ
に負圧を導入しくステップＳ７）、ピストン１９を後退
させ、圧力室１７内に空気を導入する。それから、第３
開閉弁２０を閉じ（ステップＳ８）、第１三方ソレノイ
ドバルブ２６の切換えで第１ダイヤフラム装置１８の第
１室１８ｂを大気に開放し、第１開閉弁１４を開き（ス
テップＳ９）、ピへトン１９を前進させることで圧力室
１７内の空気で接続管１３および噴射ノズル１１を洗浄
する。この空気洗浄を必要に応じて繰返す。これによっ
て、噴射ノズル１１の触媒の目詰りに起因する腐蝕など
が防止される。

しかる後、バイパス弁２９を回動して第２位置Ａ２とす
る（ステップ５ｈｏ）。

上記実施例では、ダイヤフラム装［１８のダイヤフラム
１８ａの受圧面積よりもピストン１９の断面積を小さく
することで、触媒溶液に加える圧力を高めて、吐出圧が
高くなるようにしているが。

ピストン１９を省略し、ダイヤフラム１８ａそのものを
加圧部材とし、それにて触媒溶液を直接に加圧する構造
とすることもできる。

上記実施例では、ディーゼルエンジンに一般に装若され
ているバキュームポンプ２４の負圧を有効利用している
が、ガソリンエンジンの場合は吸気負圧を利用すること
ができる。そのほか、排気圧を利用することもできる。

例えば、空気による通路の洗浄はできないが、第３図に
示すように。

排気通路６のバイパス弁２９上流側とパティキュレート
フィルタ７上流側とを接続し上流側から電磁式の開閉弁
４１およびベンチュリ４２を順に介装した別のバイパス
通路４３を設け、該バイパス通路４３の開閉弁４１下流
より分岐路４４を設け、該分岐路４４より導入される排
気圧を利用して加圧手段４５にて触媒タンク１２内の触
媒溶液を加圧し、該触媒溶液をベンチュリ４２より吸い
出し、噴射ノズルとして作用するバイパス通路４３の下
流端４３ａよりパティキュレートフィルタ７上流に噴射
供給するように溶液噴射手段５４を構成している。加圧
手段４５は、ピストン４６にてケーシング４７が第１室
４８と第２室４９とに区画され、第１室４８に分岐路が
接続される一方、第２室４９にスプリング５０が設けら
れかつ溶液貯留部としての触媒タンク１２の上部空間１
２ａが連通している。触媒タンク１２の底面は、チェッ
クバルブ５１が介装された接続路５２を介してベンチュ
リ４２に接続されている。５３はシール材で、排気ガス
が触媒溶液に直接接触しないようにしている。なお、触
媒溶液の吐出圧は、触媒タンク１２の断面積とピストン
４６の断面積との関係で最適条件に設定することができ
る。

上記実施例では、触媒溶液を噴射する時期を。

排圧を検出することによって定めているが、そのほか、
パティキュレートフィルタの可燃性粒子の捕集量は走行
距離に比例して増加すると考えられるので、パティキュ
レートフィルタに所定量の可燃性粒子が捕集されるもの
とみなして、一定距離走行ごとに触媒溶液を噴射供給し
てパティキュレートを再生するようにしてもよい。

（発明の効果） 本発明は、上記のように、ディーゼルエンジンに一般に
装着されているバキュームポンプによる負圧や排気圧な
どを利用して触媒溶液を加圧して噴射するようにしたの
で、特別な噴射装置を用いることなく、装置のコンパク
ト化が図れ、安価となり、エンジン出力の低下を招来す
ることもない。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施例を示し、第１図はエンジンの排気
ガス浄化装置の全体構成図、第２図は上記装置に用いる
制御回路の処理の流れを示す流れ図、第３図は変形例に
ついての第１図と同様の図である。 ■・・・・・・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、１０，５４・・・・・・溶液噴射手段、１２
・・・・・・触媒タンク、１７・・・・・・圧力室、１
９，４６・・・・・・ピストン、２４・・・・・・バキ
ュームポンプ。 第２図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）排気系に可燃性粒子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に前記可燃性粒
   子の燃焼を促進させる触媒溶液を噴射供給する溶液噴射
   手段を設け、該溶液噴射手段が、フィルタ上流側端面に
   向けて触媒溶液を噴射する噴射ノズルと、該噴射ノズル
   より噴射される触媒溶液を貯える溶液貯留部と、該溶液
   貯留部の触媒溶液に圧力を加えて噴射ノズルより噴射さ
   せる加圧部材と、エンジンによって圧力が発生せしめら
   れ該圧力によって加圧部材を作動させる圧力源とを有す
   ることを特徴とするエンジンの排気ガス浄化装置。