JPH0625534B2

JPH0625534B2 - エンジンの排気浄化装置

Info

Publication number: JPH0625534B2
Application number: JP20416085A
Authority: JP
Inventors: 修佐渡
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 1985-09-13
Filing date: 1985-09-13
Publication date: 1994-04-06
Anticipated expiration: 2009-04-06
Also published as: JPS6263114A

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浄化装置、特に排気ガス中に含
まれるカーボン等の可燃性微粒子を燃焼除去するように
した装置に関する。

（従来技術）エンジンの排気ガス、特にディーゼルエンジンの排気ガ
ス中にはカーボン等の可燃性微粒子（パティキュレー
ト）が含まれるので、この種のエンジンの排気通路には
例えば実開昭５９−２４９１１号公報に開示されている
ようなパティキュレートフィルタが備えられ、該フィル
タによって上記微粒子を捕集して外部への排出を防止す
ることが行われる。

ところで、このパティキュレートフィルタにおいては、
捕集した微粒子が堆積して目詰りが生じるので、この微
粒子を定期的に或は目詰りが生じた時点で除去する必要
があり、その除去方法として、従来よりバーナーや電気
ヒーター等で燃焼させる方法が用いられているが、バー
ナーによる場合は、該バーナーへの燃料の供給や燃焼状
態をコントロールする複雑なシステムが必要となって装
備が大掛りなものとなり、また電気ヒーターによる場合
は、消費電力が大きく、しかも微粒子が局部的にしか燃
焼されないといった欠点があった。このような問題に対
処するものとして、近年、上記パティキュレートフィル
タにノズルを用いて触媒溶液を噴射供給して該フィルタ
に堆積している可燃性微粒子に被着させることにより該
溶液の作用によって上記微粒子の着火温度を大幅に低下
させて、排気通路を通過する排気ガスの熱により上記微
粒子を着火、燃焼させる方法が提案されている。しか
し、この方法においては、上記ノズルからの触媒溶液の
噴射時期が、エンジンの一定運転時間毎の所定時間内或
はフィルタに目詰りが生じたことを検出した後の所定時
間内に限られ、それ以外の期間においては該溶液がノズ
ルの噴孔或は該噴孔に通じる通路内に残留した状態とな
り、また該ノズルが排気通路に面して設置されているこ
とに起因して次のような問題が生じる。つまり、上記の
如く触媒溶液の非噴射時に、ノズルの噴孔ないし該噴孔
に通じる通路内に触媒溶液が残留されていると、上記噴
孔に通じる通路に腐食が発生する虞れがあると共に、排
気通路を通過する排気ガスの熱或は時間経過に伴って上
記の残留触媒溶液の粘度が増大し、また上記排気ガス中
のカーボン粒等がノズルの噴孔に付着するといった事態
が生じる。そのため、触媒溶液の流通性が悪くなって、
次回の触媒溶液の噴射時に、ノズルから噴射される該溶
液の噴射量が所定量とならず、或は該溶液の噴霧状態が
悪化して、フィルタに堆積している可燃性微粒子が確実
に燃焼除去されないといった不具合を生じるのである。

（発明の目的）本発明は、排気通路に備えたパティキュレートフィルタ
に堆積する可燃性微粒子の除去に関する上記のような実
情に対処するもので、微粒子が堆積したパティキュレー
トフィルタにノズルから触媒溶液を噴射供給することに
よって、バーナーや電気ヒーター等を用いることなく、
堆積微粒子を燃焼除去し得るようにすると共に、特に所
定の時期に上記ノズルの噴孔ないし該噴孔に通じる通路
内に高圧エアを供給することにより、該ノズルの噴孔に
付着しているカーボン粒や該噴孔に通じる通路内に残留
している触媒溶液を放出除去するようにする。これによ
り、該通路及びノズルの噴孔部の腐食を防止すると共
に、触媒溶液の良好な流通性を維持して、該ノズルから
フィルタへの噴射供給時に、所要量の触媒溶液が噴射さ
れ、また良好な噴霧状態が得られるようにして、上記堆
積微粒子を確実且つ効率良く燃焼除去し得るようにする
ことを目的とする。そして、特に本発明においては、上
記ノズルからの触媒溶液の噴射と該ノズルへの高圧エア
の供給とを単一のポンプによって行うように構成するこ
とにより、簡素な構成で上記目的を達成することを課題
とする。

（発明の構成）即ち、本発明に係るエンジンの排気浄化装置は、排気通
路に可燃性微粒子を捕集するパティキュレートフィルタ
を備えた構成において、該フィルタの上流側に配置され
て該フィルタに触媒溶液を噴射するノズルと、該ノズル
に上記触媒溶液を圧送するための高圧エアを吐出するエ
アポンプとを備えると共に、該エアポンプから吐出され
る高圧エアを上記ノズルに直接供給する切換弁を設け、
且つ上記ノズルから触媒溶液を噴射する時期の直前又は
直後の少なくとも一方の時期に該ノズルに高圧エアが供
給されるように上記切換弁を作動させる制御手段を設け
る。上記触媒溶液としては例えば塩化銅（ＣｕＣｌ_２）
を主成分とするものが用いられ、この溶液をノズルを介
してフィルタに堆積している可燃性微粒子に噴射供給す
ることによって該微粒子の着火温度が大幅に低下し、そ
の結果、排気通路を通過する排気ガスの熱によっても十
分に上記微粒子が着火、燃焼されることになる。

ところで、上記のようにフィルタに堆積している可燃性
微粒子を燃焼除去すべくノズルから触媒溶液が噴射され
るのは、エンジンの一定運転時間毎の所定時間内或は上
記微粒子の堆積によりフィルタに目詰りが生じたことを
検出した後の所定時間内に限られるが、上記の構成によ
れば、この噴射時期の直前もしくは直後の少なくとも一
方の時期に、制御手段の作動によって、高圧エアがノズ
ルに通じる触媒溶液の通路内に圧送され、更に該ノズル
の噴孔から噴射放出されることになる。その場合、上記
触媒溶液の噴射時期の直前に高圧エアを供給すれば、前
回の噴射終了時に上記通路内に残留されて今回の噴射時
までに粘度が増大した触媒溶液やノズルの噴孔に付着し
た排気ガス中のカーボン粒等が放出除去されることにな
り、また噴射時期の直後に高圧エアを供給すれば、上記
通路内に触媒溶液が残留されることなく即座に放出除去
されることになる。従って、高圧エアの供給が上記噴射
時期の直前或は直後のいずれであっても、又はその両者
であっても、上記ノズルの噴孔部及び触媒溶液圧送用の
通路が高圧エアにより洗浄されて、該溶液の良好な流通
性が維持されることになる。そして、この高圧エアの供
給が上記触媒溶液を噴射させるための高圧エアを吐出す
るエアポンプによって行われることになる。

（発明の効果）以上のように本発明に係るエンジンの排気浄化装置によ
れば、排気通路に設けられたパティキュレートフィルタ
に堆積した可燃性微粒子を燃焼除去する際に、ノズルか
ら上記微粒子の着火温度を大幅に低下させる触媒溶液を
噴射するようにしたから、大掛りな装備が必要なバーナ
ーや消費電力の大きいヒーター等を用いることなく、排
気ガスの温度によって堆積微粒子を燃焼除去してフィル
タの目詰りを解消することが可能となる。そして、特に
本発明によれば、触媒溶液の噴射時期の直前又は直後の
いずれか一方又は両方の時期に該溶液を圧送する通路を
介してノズルに高圧エアを供給するように構成したか
ら、該通路及びノズルの噴孔部が洗浄されて該通路等の
腐食が防止されると共に、上記触媒溶液の良好な流通性
が維持されて該溶液の所要の噴射量及び良好な噴霧状態
が確保され、これにより上記パティキュレートフィルタ
に堆積した可燃性微粒子が確実且つ効率良く燃焼除去さ
れることになり、更に、上記ノズルへの高圧エアの供給
が該ノズルから触媒溶液を噴射させるための高圧エアを
吐出するエアポンプを利用して行われるので、簡素な構
成で上記効果が得られる利点がある。

（実施例）以下、図に示す本発明の実施例について説明する。

第１図に示すように、エンジン１の排気通路２には、該
エンジン１の燃焼室から排出される排気ガス中のカーボ
ン等の可燃性微粒子を捕集するパティキュレートフィル
タ１０が備えられている。このパティキュレートフィル
タ１０は、フィルタケース１１内にフォームタイプの上
流側フィルタ１２と、ウォールタイプの下流側フィルタ
１３とを直列状に配置した構成で、上記上流側フィルタ
１２は例えばセラミックをスポンジ状に形成してなる発
泡体を充填したもので、比較的大きな粒子を捕集する。
また、下流側フィルタ１３は、多孔質材料でハニカム状
に形成した多数の孔の両端を交互に閉塞することによっ
て、上流端が開口した孔１３ａに流入した排気ガスを隣
接孔間の隔壁１３ｂを透過させて下流端が開口した孔１
３ｃに流入させるようにしたもので、排気ガスが上記隔
壁１３ｂを透過する際に該ガス中の比較的小さな微粒子
を捕集するようにしたものである。

そして、このパティキュレートフィルタ１０の上流側に
は中空ケース３が連設されて、該ケース３の側面に排気
通路２の上流部２ａが接続され、また該フィルタ１０の
下流側に排気通路２の下流部２ｂが接続されていると共
に、上記排気通路２の上流部２ａと下流部２ｂとの間に
はバイパス通路４が設けられている。また、該バイパス
通路４の排気通路上流部２ａからの分岐部には、アクチ
ュエータ５によって作動されるバイパス弁６が備えら
れ、排気通路上流部２ａを上記中空ケース３内からパテ
ィキュレートフィルタ１０側に連通させる状態と、バイ
パス通路４に連通させる状態とに切換えられるようにな
っている。

以上の構成に加えて、この排気浄化装置には触媒溶液の
噴射装置２０が備えられている。この噴射装置２０は、
上記中空ケース３のフィルタ接続側と反対側の端面に連
設された筒状のノズル取付部材７に嵌合されて上記パテ
ィキュレートフィルタ１０側に向けられたノズル２１
と、該ノズル２１から噴射される触媒溶液Ａを貯留した
タンク２２と、加圧エアをエア吐出通路２３に吐出する
電動式エアポンプ２４と、該吐出通路２３から分岐され
て上記タンク２２内における液面上方の空間Ｂに連通す
る分岐通路２３ａ上に設置された開閉弁２５と、上記タ
ンク２２に貯留された触媒溶液Ａ内に突入されて該溶液
Ａを送り出す溶液送出通路２６と、該送出通路２６に接
続されて触媒溶液Ａを上記ノズル２１に供給する溶液供
給通路２７とを有すると共に、上記エア吐出通路２３は
溶液送出通路２６と溶液供給通路２７との接続部に合流
され、且つこの合流部にこれらの通路の連通状態を選択
的に切換える三方弁２８を備えた構成とされている。こ
の三方弁２８は、第２図に示すように、上記３本の通路
２３，２６，２７の一端に夫々連通された３つのポート
２９ａ，２９ｂ，２９ｃを有する弁本体２９と、該弁本
体２９内に回動可能に嵌合保持され且つＴ字状の内部通
路３０ａを有する回転スプール３０とで構成され、該回
転スプール３０が図示の状態にある時には上記溶液送出
通路２６と溶液供給通路２７とが上記Ｔ字状通路３０ａ
を介して連通されると共に、該スプール３０が図示の状
態から所定角度（９０°）だけｘ方向に回転された時に
はエア吐出通路２３と溶液供給通路２７とがＴ字状通路
３０ａを介して連通される。そして、上記回転スプール
３０が図示の状態にあり且つ上記分岐通路２３ａ上の開
閉弁２５が開弁されている時には、上記ポンプ２４から
の吐出エアがエア吐出通路２３及び分岐通路２３ａを介
してタンク２２内の液面を押圧することにより、触媒溶
液Ａが上記溶液送出通路２６及び溶液供給通路２７を介
してノズル２１に圧送され、また上記回転スプール３０
が図示の状態からｘ方向に９０°回転された状態にあり
且つ開閉弁２５が開弁されている時には、上記吐出エア
がエア吐出通路２３及び溶液供給通路２７を介してノズ
ル２１に圧送されるようになっている。

更に、この排気浄化装置には、上記三方弁２８を駆動す
るアクチュエータ３１に弁制御信号ａを出力すると共
に、上記電動式エアポンプ２４にポンプ制御信号ｂを出
力するコントロールユニット３２が備えられている。そ
して、該ユニット３２に内蔵されているタイマが示す時
間に基づいて、所定の時期に上記弁制御信号ａ及びポン
プ制御信号ｂが夫々ユニット３２から出力されることに
より、上記三方弁２８の回転スプール３０が所定の方向
に回動されて上記の如く通路状態が切換わり、且つ電動
式エアポンプ２４の起動、停止及び吐出圧の可変制御が
行われるようになっている。

尚、上記中空ケース３内にはノズル取付孔７ａの該ケー
ス３内への開口部を閉鎖し或は開放させるシャッタ弁８
が備えられているが、該シャッタ弁８は、アクチュエー
タ９の作動によりロッド９ａがｙ方向に移動された時に
レバー９ｂを介して実線で示す閉鎖位置から鎖線で示す
開放位置に揺動されるようになっている。そして、該シ
ャッタ弁８を駆動するアクチュエータ９、上記バイパス
弁６を駆動するアクチュエータ５、上記分岐通路２３ａ
上の開閉弁２５及び上記タンク２２の上面に設けられた
エア抜き用の開閉弁３３は、上記コントロールユニット
３２からの図示しない信号に基づいて夫々の作動が制御
されるように構成されている。

次に、上記実施例の作用を説明する。

先ず、エンジン１の通常運転時においては、排気通路２
上のバイパス弁６が該排気通路２の上流部２ａを中空ケ
ース３側に連通させているので、エンジン１から排出さ
れる排気ガスは、その全量が上記排気通路上流部２ａか
ら中空ケース３内に流入した後、パティキュレートフィ
ルタ１０を通って排出されることになる。そして、上記
フィルタ１０を通過する際に、排気ガス中のカーボン等
の可燃性微粒子が該フィルタ１０におけるフォームタイ
プの上流側フィルタ１２とウォールタイプの下流側フィ
ルタ１３とによって効果的に捕集され、該微粒子の外部
への放出が防止される。

ところで、このパティキュレートフィルタ１０には、上
記のようにして捕集された微粒子が次第に堆積するが、
その場合に堆積微粒子は、コントロールユニット３２の
作動によりエンジン１の所定運転時間毎に燃焼除去さ
れ、従って上記フィルタ１０はその都度再生されること
になる。このコントロールユニット３２の作動に基づく
フィルタ１０の再生動作は、第３図に示すフローチャー
トに従って行われる。

即ち、エンジン１が始動されると、コントロールユニッ
ト３２は先ずフローチャートにおけるステップＸ_１を実
行してエンジン１の運転時間ｔ_０を計測すると共に、ス
テップＸ_２でこの計測された運転時間ｔ_０が予め設定さ
れた所定時間（例えば数時間）Ｔ_０を経過しているか否
かを判断する。そして、上記ステップＸ_２で運転時間ｔ
_０が所定時間Ｔ_０を経過したことが判定された場合に、
コントロールユニット３２は、ステップＸ_３を実行して
所定の弁制御信号ａをアクチュエータ３１に出力するこ
とにより、三方弁２８の回転スプール３０を第２図に示
す状態からｘ方向に９０°回転させると共に、ステップ
Ｘ_４を実行して所定のポンプ制御信号ｂを出力すること
により電動式エアポンプ２４を作動させ（第４図(II)参
照）、高圧の吐出エアをエア吐出通路２３に送り込む。
尚、この時、分岐通路２３ａ上の開閉弁２５は閉弁さ
れ、また中空ケース３内のシャッタ弁８は鎖線で示す開
放位置に揺動される。これにより、上記電動式エアポン
プ２４からエア吐出通路２３に吐出された高圧エアは、
三方弁２８を介して溶液供給通路２７に圧送され、更に
ノズル２１の噴孔から中空ケース３内に噴射される。そ
して、コントロールユニット３２は次にステップＸ_５、
Ｘ_６を実行し、該ユニット３２に内蔵されているタイマ
をセットすると共に、該タイマの計測値ｔ_１が所定時間
Ｔ_１を超過するまでの間は上記のように高圧エアをノズ
ル２１側に圧送する状態を維持する。その場合に、この
所定時間Ｔ_１内における上記ポンプ２４からのエアの吐
出圧は、第４図(III)に示すように高吐出圧Ｐ_２に保た
れる。

このように高圧のエアがノズル２１に圧送されている間
に、タイマの計測値ｔ_１が所定時間Ｔ_１を超過した場合
には、コントロールユニット３２は上記ステップＸ_６か
らステップＸ_７を実行して、上記ポンプ制御信号ｂによ
って例えば電圧を低下させることにより電動式エアポン
プ２４からのエアの吐出圧を低下させると共に、ステッ
プＸ_８を実行して上記三方弁２８の回転スプール３０を
第２図に示す状態に復帰動させ（この時、上記分岐通路
２３ａ上の開閉弁２５は開弁され、またタンク２２の上
面の開閉弁３３は閉弁される）、然る後、ステップＸ_９
を実行する。つまり、上記エアポンプ２４からの吐出エ
アがエア吐出通路２３及び分岐通路２３ａを介してタン
ク２２内の液面を押圧することにより、触媒溶液Ａが溶
液送出通路２６及び三方弁２８を介して溶液供給通路２
７に圧送され、更に上記ノズル２１から中空ケース３内
を通り抜けてパティキュレートフィルタ１０の前面に噴
射供給されるのである。そして、コントロールユニット
３２は次にステップＸ₁₀、Ｘ₁₁を実行して該ユニット３
２に内蔵のタイマをセットすると共に、該タイマの計測
値ｔ_２が所定時間Ｔ_２（例えば３０秒）を超過するまで
の間は上記の状態を維持する。従って、この所定時間Ｔ
_２の間は、ポンプ２４からのエアの吐出圧が第４図(II
I)に示す低吐出圧Ｐ_１とされた上で同図（Ｉ）に示すよ
うに触媒溶液Ａの噴射が継続して行われる。その結果、
該溶液Ａの作用によって上記フィルタ１０に堆積してい
る可燃性微粒子の着火温度が大幅に低下され、該微粒子
がフィルタ１０を通過する排気ガスの熱によって燃焼除
去されて、該フィルタ１０の目詰りが解消されることに
なる。

更に、このような状態で、上記計測値ｔ_２が所定時間Ｔ
_２を超過した場合には、コントロールユニット３２は上
記ステップＸ₁₁からステップＸ₁₂を実行して再び上記エ
アポンプ２４からのエアの吐出圧を高めると共に、三方
弁２８の回転スプール３０を第２図に示す状態からｘ方
向に９０°回転させ（この時上記開閉弁２５は閉弁され
る）、然る後、ステップＸ₁₄，Ｘ₁₅を実行することによ
りタイマの計測値ｔ_３が所定時間Ｔ_３を超過するまでの
間上記のような状態を維持する。これにより、上記触媒
溶液Ａの噴射供給が停止されると共に、第４図に示すよ
うに該溶液Ａの噴射供給が開始される直前の所定時間Ｔ
_１における場合と同様に、この所定時間Ｔ_３においても
上記ポンプ２４から吐出されるエアが高吐出圧Ｐ_２とさ
れた上で、エア吐出通路２３、三方弁２８及び溶液供給
通路２７を介してノズル２１に圧送され、更に該ノズル
２１の噴孔から噴射される。そして、上記計測値ｔ_３が
所定時間Ｔ_３を超過した場合には、コントロールユニッ
ト３２は上記ステップＸ₁₅からステップＸ₁₆を実行して
上記エアポンプ２４の駆動を停止すると共に、ステップ
Ｘ₁₇を実行してタイマにより計測される運転時間ｔ_０を
０にリセットし、然る後、上記と同様にしてステップＸ
_１〜Ｘ₁₇の処理を繰り返し実行する。

これにより、第４図（Ｉ），(II)，(III)に示すよう
に、エンジン１の運転時間ｔ_０が所定時間Ｔ_０を経過す
る毎に、先ず高吐出圧Ｐ_２とされたエアがエア吐出通路
２３及び溶液供給通路２７を介してノズル２１に所定時
間Ｔ_１だけ圧送され、次に該エアが低吐出圧Ｐ_１とされ
てタンク２２に導入されることにより触媒溶液Ａが溶液
送出通路２６及び溶液供給通路２７を介してノズル２１
に所定時間Ｔ_２だけ供給され、更にこの供給直後に再び
高吐出圧Ｐ_２とされたエアが上記供給通路２７を介して
ノズル２１に所定時間Ｔ_３だけ圧送されるといった３つ
の処理が繰り返し実行されることになる。そして、上記
触媒溶液Ａのノズル２１への供給が開始される直前の所
定時間Ｔ_１及び供給が終了した直後の所定時間Ｔ_３の
間、高圧エアがノズル２１に圧送されることにより、溶
液供給通路２７やノズル２１の噴孔部等が良好に洗浄さ
れて、上記通路２７内等に触媒溶液Ａが残留して高粘度
化するといった事態が回避され、またノズル２１の噴孔
に付着したカーボン粒等が放出除去されることになる。
従って、上記溶液供給通路２７等の腐食が防止されると
共に、触媒溶液Ａの噴射時における良好な流通性が確保
されて、ノズル２１から所要量の溶液Ａが噴射され、ま
た噴霧状態が良好に維持されることになる。これによ
り、上記パティキュレートフィルタ１０に堆積した可燃
性微粒子が確実且つ効率良く燃焼除去され、フィルタ１
０が良好に再生されることになる。その場合に、上記所
定時間Ｔ₁及びＴ₃の高圧エアの供給、並びに所定時間Ｔ
₂の触媒溶液の噴射が単一のエアポンプ２４によって行
われることになる。尚、この実施例においては、触媒溶
液Ａをノズル２１から噴射供給する時期の直前及び直後
の両方の時期に高圧エアをノズル２１に圧送するように
構成したが、上記直前或は直後のいずれか一方の時期に
のみ高圧エアをノズル２１に供給するように構成しても
よく、また上記溶液Ａの噴射時期の直前或は直後だけで
なく、第４図(II)，(III)に符号（イ），（ロ）で示す
ように、エンジン１の運転時間ｔ_０が所定時間Ｔ_０内に
ある時においても、一時的に高圧エアをノズル２１に圧
送するように構成してもよい。また、上記実施例におい
ては、運転時間が所定時間を経過する毎にパティキュレ
ートフィルタに触媒溶液を噴射供給するようにしたが、
これとは別に、排圧の上昇等によりフィルタの目詰りが
検出された時点で上記溶液を噴射供給するようにして、
上記と同様にこの噴射供給時の直前或は直後の少なくと
も一方の時期に高圧エアを圧送するようにしてもよい。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明に係る排気浄化装置の実施例を示すもの
で、第１図は全体構成図、第２図は該装置の構成要素で
ある三方弁の拡大断面図、第３図は作用を示すフローチ
ャート図、第４図（Ｉ），(II)，(III)は夫々、触媒溶
液の噴射時期を示すタイムチャート図、電動式エアポン
プの作動時期を示すタイムチャート図、該ポンプからの
エアの吐出圧の制御を示すタイムチャート図である。１……エンジン、２……排気通路、１０……パティキュ
レートフィルタ、２１……ノズル、２４……エアポン
プ、２８……切換弁（三方弁）、３２……制御手段（コ
ントロールユニット）。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】排気通路に可燃性微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浄化装置で
あって、上記パティキュレートフィルタの上流側に設置
されて該フィルタに触媒溶液を噴射するノズルと、該ノ
ズルに上記触媒溶液を圧送するための高圧エアを吐出す
るエアポンプとを備えると共に、該エアポンプから吐出
される高圧エアを上記ノズルに直接供給する切換弁を設
け、且つ上記ノズルから触媒溶液を噴射する時期の直前
又は直後の少なくとも一方の時期に該ノズルに高圧エア
が供給されるように上記切換弁を作動させる制御手段を
設けたことを特徴とするエンジンの排気浄化装置。