JPS59145319A - 触媒型微粒子フイルタ−の再生方法および装置 - Google Patents

触媒型微粒子フイルタ−の再生方法および装置

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JPS59145319A
JPS59145319A JP58220867A JP22086783A JPS59145319A JP S59145319 A JPS59145319 A JP S59145319A JP 58220867 A JP58220867 A JP 58220867A JP 22086783 A JP22086783 A JP 22086783A JP S59145319 A JPS59145319 A JP S59145319A
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intake air
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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、ディーゼルエンジンのような燃焼源の排気ガ
ス流路に設けた触媒型微粒子フィルターの再生方法およ
び装置に関する。
燃焼源、特にディーゼルエンジンからの排気ガス流は、
排気装置内に微粒子フィルターを設置して、排気ガスを
大気中に排出する前に浄化することが必要となることが
ある。そのようなフィルターに長期の有効寿命を与える
ためには、捕集された微粒子を時々除去するこ゛とが必
要である。なぜなら、特にディーゼルエンジンの場合は
背圧が好ましくないが、大量の微粒子はフィルターを目
、づまりさせ、この好ましくない背圧を生じるからであ
る。
従来、微粒子の除去は、米国特許第４，２１１，０７５
号に記載のように、蓄積した微粒子を発火させて燃焼し
尽くすことによりフィルターを清浄化する再生システム
によって行っている。このようなシステムは大半が、そ
の作動のために排気温度を微粒子が発火するレベルまで
上昇させる。この昇温は、主として、吸気を全て絞るか
、エンジン全体を閉塞して作動不能にするか、あるいは
パイロットバーナーの点火により排気ガス温度を積極的
に上昇させるといういずれかの手段により行われる。公
知システムの他の例は、米国特許第４，２７０，９３６
号および西独特許公開公報第２７５６５７０号に記載さ
れており、これらはいずれも電気ヒーターを使用してフ
ィルターの温度を上昇させるものである。
主にエンジンのような燃焼源の吸気の絞りを利用した技
術手段は、排気ガス温度の上昇を可能にはするが、同時
に、絞りそのものにより、再生サイクル中のエンジンの
運転が酸素不足状態で行われることになるために、好ま
しくない有害な影響も出てくる。
そのため、微粒子燃焼過程において温度制御不能に陥る
ことがある。本発明者は、さまざまなエンジン回転数お
よび負荷条件下で、その点を越えて絞るとエンジンが「
スタンプル（ふらつき）」を起こし、多量の一酸化炭素
（Ｇｏ）　、炭化水素（ＨＣ）および微粒子が発生する
ようになる成る特定の絞り点が存在することを認めた。
このスタンプル現象に伴って、排気ガス中の酸素濃度が
フィルターの再生に必要な最低濃度以下まで常に低下す
るようである。
本発明により、米国特許出願箱４８８．２７３号（１９
８２年１２月９日出願）および第４２９，４２３号（１
９８２年９月３０日出願）ならびに英国特許公開公報第
２，０２４，６４６号および第２，０５４，４０２号に
示されたような種類の触媒塗布型微粒子フィルター（触
媒型微粒子フィルターあるいは単に触媒フィルターとも
いう）の再生方法および装置が提供される。このような
フィルターの再生は、排気ガス温度をあまり上昇させず
に行うのが望ましい。そのかわり、本発明によると、蓄
積した微粒子の発火と燃焼による除去は、エンジンから
の排気の成分制御、特にそのエンジンの複数のシリング
（２系統型または個別型配置）から排出される各排気ガ
スの成分制御により行われる。こうすると、後述するよ
うに、各排気ガス流を混合して一緒にする地点において
、フィルター中の触媒が発熱を生ずるのに十分な「燃料
」が混合された排気ガス流中に存在するように、各シリ
ンダからの排気の組合せを効果的に調整することができ
底。その結果、発生した熱は微粒子を発火させるか、少
なくとも捕集された微粒子の内部もしくはその付近に高
温スポットを形成した後、続いて発火を生じ、いずれの
場合もフィルターを清浄化し、それにより「再生」する
作用を果たす。
触媒フィルターに塗布した触媒は、その触媒が活性であ
４温度より高温（典型的には２００℃以上）で、−酸化
炭素およびガス状炭化水素のような酸化性燃料が、十分
な酸素の存在下にこの触媒に供給された場合に、発熱を
生ずる。したがって、発生する熱量は「燃料」の供給量
および触媒活性に依存することになろう。
本発明は、燃焼源からの排気ガス流に組合せた任意の触
媒型微粒朶フィルターに適用できる。ただし、本発明は
特にディーゼルエンジンからの排気ガス流に適用するの
が好ましい。本発明は主に、触媒フィルターに、燃焼源
で発生した燃料となるガスを、気体に対するフィルター
の「ライトオフ（ｌｉｇｈｔ−ｏｆｆ）」温度より高温
で供給することにより実施される。
触媒フィルターの「ライトオフ」温度は、フィルタ。
−ごとに異なり、また酸化される物質の種類（気体、微
粒子など）ごとにも異なる。適当な具体的な「ライトオ
フ」温度は実験で決定しうる。たとえば、触媒の一部を
、燃焼源からの排気ガス流から採取した微粒子物質と共
に、示差走査熱量計の試料皿に入れて、１％酸素／アル
ゴンの雰囲気下に加熱して徐々に昇温させる。試料皿上
の雰囲気ガスの試料を加熱毛細管により採取し、質量分
析計に送る。次の４種の質量数を追跡する：（１）−酸
化炭素、（２）二重荷電アルゴン、（３）Ｍ素および水
もしくは窒素、（４）二酸化炭素。示差走査熱量針の示
差プロットが最大となる温度を、微粒子の燃焼が起こる
温度と見なし、この温度が微粒子の発火のためのライト
オフ温度となる。
本発明の方法は次の工程よりなる：燃焼源の運転中に、
触媒フィルターのガス状発生物質ライトオフ温度より高
温で、十分な発熱を生ずるだけの［燃料」を含んだ排気
ガスを該フィルターに供給し、それにより触媒フィルタ
ーを昇温させて、フィルター内にそれまでに捕集・蓄積
されて触媒と接触している微粒子を発火させ、その実質
量を燃焼し尽くすのに十分な時間にわたって微粒子を燃
焼させる。
本発明の主要態様に１つによれば、本発明の方法および
装置は、「スタンプル」点あるいはその直前において排
気ガス流中の酸素濃度を増加させる効率的な手段を提供
する。これは、「パルシング（脈動）」、すなわち予め
決めた作動サイクルに従って絞り装置を単に断続的に作
動させることにより達成される。一般に、本発明に従っ
て絞りを行うと、スタンプル点に達し、多量のガスが発
生し、続いて適当な制御により絞り作用を取り除くと、
それにより排気中の酸素含有量が再び増加に転する。別
々に制御された２系統のシリンダから流出する多量ガス
流と高酸素ガス流とを、触媒との接触の前に、排気装置
内で混合し、この混合ガスを再生用の「燃料」として利
用する。
本発明の方法の吸気パルシング工程は周期的に実施され
、これは多様な成る特定条件または条件の組合せの検出
に感応して、手動式または自動的に開始される。このよ
うな条件としては、エンジンの回転数あるいはフィルタ
ー自体が生成する背圧があるが、これに限定されるもの
ではない。再生を実施する場合、蓄積した微粒子の実質
量が燃焼し尽くしてフィルターが再生されるように、少
なくとも数秒の予め設定した時間だけ再生を行うのが好
ましい。
吸気パルシング工程は多様な方法で実施しうる。
１つの方法はマルチポイント制御システムを採用するも
ので、これはそれぞれ独自の吸気マニホルドを装備した
複数のシリンダを備えたエンジンに適用できる方法であ
って、各吸気マニホルド経路内に小型の蝋型弁を配置す
ることにより、各マニホル：゛り交絡の吸気量を調整す
るものである。それにより、エンジンをシリンダごとに
絞ることができ、非常に迅速な応答時間と高速のパルシ
ング速度もしくはサイクルの確保が可能となる。具体的
には、前から後ろに順に番号１．２．３．４のシリンダ
を装備した４気筒エンジンを例にとると、中央の２個の
シリンダ２および３を１系統とし、これを残りのシリン
ダ１および４とは別系統で制御することができる。シリ
ンダ２および３の蝋型弁を、これらの弁が開閉の両状態
の間を急速に循環する点に制御すると、これらのシリン
ダはＣＯとＨＣを高濃度に含み、酸素含有量は低い排気
ガスを発生するようになる。一方、シリンダ１および４
は正常に作動させて、酸素を高濃度に含む正常な排気ガ
スが生成するようにする。このような運転モードでは、
エンジン半回転ごとに、高Ｃｏ／ＨＣガスと高酸素ガス
とが別個に発生するが、フィルター内への排気ガス流に
流入によりシリンダ１〜４からの排気は充分に混合され
、こうして得られた「燃料」は、触媒自体と接触すると
直ちに触媒上で迅速に充分な発熱を生ずる。
別の方法は、シリンダ１〜４の４個の各蝶型弁を同時に
動作するように全部１系統に連結するが、ただし弁の閉
止を制限するストップ（止め）を適宜配置することによ
り、シリンダ１および４の蝋型弁の閉鎖度を制御する方
法である。こうすると、シリンダ１および４の吸気流の
制御弁は、開閉サイクルの各パルシング時に不完全にし
か絞ることができなくなる。蝋型弁のほかに、調節可能
な所定の回転数で３６０°回転する回転羽根を使用する
こともできる。
本発明によると、上述した本発明の方法の各種態様を実
施するための装置も提供される。この装置は１または２
以上のエンジンシリンダを備えている。
本発明の実施により、ディーゼルエンジンからの微粒子
発生量を自動車１台あたり約０．１ｇ／マイル（Ｑ。
０６　ｇ／ｋｍ）に抑制し、運転者に再生の作動をほと
んど感じさせずにフィルターの自動再生を行うことが可
能となる。
本発明の主目的は、燃焼源の排気ガス流路に設けた触媒
型微粒子フィルターの簡便かつ有効な再生方法および装
置を提供することである。この目的およびその他の目的
は、以下のより詳細な本発明の説明から明らかとなろう
。
以下、添付図面を参照しながら本発明の態様を例示とし
て説明する。
本発明の触媒型微粒子フィルターの１例を、第１図に全
体として番号１０で示す。本発明は再生可能な任意の触
媒型微粒子フィルターに適用できるが、好ましい微粒子
フィルターは前出の米国特許出願第４４８．２７７号お
よび第４２９，４２３号ならびに英国特許公開公報第２
，０２４，６４６号および第２，０５４，４０２号に開
示されている。
本発明により使用できる代表的な触媒型微粒子フィルタ
ーの１例は、上記米国特許出願第４４８，２７７号示さ
れるものであって、これを添付の第２図により詳細に示
す。このフィルター１０は、外筒体１１と内部反応管１
２からなり、内部反応管１２には担持触媒１３が入って
いる。反応管１２は、その１端１２゛がこの管を通過す
る排気ガス流を受は入れるために開口するように、たと
えば支柱１５．１６によって外筒体１１の内部の多様な
位置に装着しうる。管１２の反対の出口側の端部には保
持板１４を配置し、これは触媒１３をその位置に保持す
るためのものである。外筒体１１は内燃上ンジン２５の
各シリンダの排気口にそれぞれ隣接・接続している１７
．１８．１９および、２０の開口部を有している。外筒
体１１には単一の排出口２１が設けられ、これは排気管
２２に連通している。したがって、導入口１７〜２０か
ら外筒体１１に導入された排気ガスはすべて、第２図に
矢印で示すように担持触媒１３を通過し、排出口２１を
経て排気管２２に流れていく。
担持触媒１３は多様な構造のものでよいが、好ましくは
編成ワイヤメソシュを、多数の環状部から構成した一体
構造、あるいはその他の特に好都合もしくは望ましい任
意の形態の一体構造にしたものである。
このメソシュには予備被膜層と触媒層とが被覆されるが
、この被覆は一体構造への組立および／もしくは反応管
１２への装入の前、あるいは反応管１２の内部に装入し
た後のいずれでも実施できる。ワイヤは、好ましくは、
０．００１〜０．０２インチ（０，０２５〜０．５１ｍ
ｍ）の太さのものであって、ニッケルークロム合金；ク
ロム、アルミニウム、コバルト、ニッケルおよび炭素の
少なくとも１種の元素を含有する鉄合金；または米国特
許第３，２９８，８２６号および第３，０２７，２５２
号に記載のような合金から形成しうる。予備波ｌｌ！層
は付着性の耐火金属酸化物からな・す、またこのベース
金属下地に被覆される触媒層を構成する触媒金属は、好
ましくはＲｕ、　ＲｈＪＰｄ、　Ｉｒ、　ＰＬ、　Ｆｅ
、　Ｃｏ、Ｎｉ、■、Ｃｒ、　Ｍｏ、　Ｗ、　Ｙ、　Ｃ
ａおよびその合金、ならびにこれらの１もしくは２以上
の金属を少なくとも２０重量％含有する金属間化合物か
ら選ばれ、触媒金属は耐火金属酸化物の予備被膜層の表
面上あるいは層全体に存在させることができる。
第１図は、本発明の典型的な装置を略式で示す。
この装置は、燃料供給手段３２、全体として２８で示さ
れる排気装置、および全体として３０で示される吸気装
置を備えた燃焼源２５から構成される。好ましくは、燃
焼源２５は自動車用のディーゼルエンジンのように複数
のシ１１ンダを備えたディーゼルエンジンからなり、燃
料供給手段３２は、エンジン２５の各シリンダに連動す
る燃料噴射ポンプ（図示せず）とインゼクタ３４（１つ
の、み図示）とを備えている。
例示として説明すると、第１図に示したエンジンは４つ
のシリンダとそれぞれ３６．３８．４０．４２の番号を
付けた４つの独立した吸気マニホルド導入経路とを備え
ている。蝶型弁４４．４６．４８．５０がそれぞれ各吸
気マニホルド経路に設けられている。これらの弁は、セ
レノイドのような任意の適宜動作手段、すなわちアクチ
ュエータ（全体として５２で示す）により制御筒能であ
る。各蝋型弁をそれぞれ独自のアクチュエータおよびリ
ンク機構（図示せず）によって別々に制御することも可
能であるが、弁を２個づつ対に２系統に分ける方が好ま
しい。ただし、■、３または５気筒のように３または奇
数のシリンダ配置の場合は、各シリンダを本発明により
個別に制御してもよい。したがって、内側の２つのシリ
ンダ用の弁４６および４８を、これらが１対として動作
するように、慣用のリンク機構により連結して一体化し
、残りの外側の２つのシリンダ用の弁４４および５０．
も同様に一体に連結して、第２の対として動作させる。
動作システム５２の制御は、マイクロコンピュータ制御
装置とその監視装置との組合せによって行い、この両者
を合わせて５４で示す。第５図に、マイクロコンピュー
タへのＸ、Ｙ、ＺおよびＢの入力により予備設定される
監視機能および制御操作の流れ系統図を示す。制御部の
操作は慣用のものであって、当業者には周知であると思
われる。
入力ｒＸＪはエンジンの回転数に対応し、入力「ｙ」は
再生シーケンス自体の設定時間間隔であり、入力「ｚ」
は連続した再生シーケンス間の許容待ち時間を表し、入
力ｒＢＪはフィルターにより発生する最大背圧設定値に
対応する。アイドリングから全速条件までの各種回転速
度および低温から高温までの各種フィルタ一温度に対応
するように、さまざまの背圧設定値「Ｂｊを設けるべき
であることは理解されよう。これは、フィルターが生ず
る背圧がこのようなパラメータ（すなわち、回転速度と
フィルタ一温度）の一方または両方により若干の変動を
受けるからである。
第１図および第５図に示すように、制御／監視装置５４
は複数の検出素子（センサ）を備え、これらのセンサお
よびその機能は使用するエンジンまたは運転環境に最も
適切あるいは望ましくなるように選択する。制御／監視
装置５４は、動作システム５２の動作開始と動作停止の
両方を制御し、したがって、再生シーケンスを作動もし
くは開始させるとともに、再生プロセスの遮断もしくは
停止も行う。さらに、再生プロセスが不必要なときには
、これを「動作不能」にする、すなわち、動作開始を防
止することもできる。
センサの１つ５６は、所定のエンジン回転数Ｎに達した
ことを検出することができるもので、この回転数は、使
用エンジンの種類およびその運転量までに予想される微
粒子発生量を勘案して予め算出しておく。別のセンサ５
８を、たとえば第２図に示すように、排気ガス流２８に
より発生する背圧を検出するためにフィルター要素自体
の直前に設置することができる。
さらに別のセンサ６０は、フィルター装置の排気側また
は後ろ側の温度を検出するもので、フィルタ一温度に対
応した信号を出すことができ、この信号によって制御装
置が再生プロセスの開始または停止を決定することがで
きる。さらに、タイマー６２を使用して、実際の再生プ
ロセスの持続時間「ｙ」　（秒）を設定する。再生操作
は、再生中に６００℃を越える温度Ｔを生ずるのが好ま
しい。このような温度に達しない場合には、次回の再生
シーケンスの再開により解決しようとするのではなく、
設定した時間間隔ｒｚＪの経過を待ってから再生を再開
する方が好ましい。すなわち、再生持続時間ｒｙＪの経
過後も温度が６００℃を越えない場合には、再生を停止
し、その他の検出パラメータ条件には関係なく時間間隔
「２」の経過を観測する。
こうして、第１図に図式的に示すように、この装置の動
作は、制御、／監視装置５４によって、エンジン回転数
または背圧条件を監視しているセンサにより自動的に開
始させることができる。適当なアクチュエータを周期的
に作動、すなわちパルシングさせ、慣用のリンク機構に
より蝶型弁４６および４８を所定サイクルで開閉するよ
うに動作させる。蝶型弁４６および４８は、そのエンジ
ンの所望の排気量に応じて、所定の時間だけ制御／監視
装置５４０制御下に閉止状態に保持され、その後、別の
所定時間だけ開いた状態に保持され、このサイクルを再
生プロセス中ずっと繰り返す。好ましくは、弁４６およ
び４８が閉じている間、これらの弁はその対応シリンダ
への吸気の供給を十分に遮断し、その結果、これらのシ
リンダの作動によりその「スタンプル」点に到達するよ
うにする。その間、外側の２つの蝶型弁４４および５０
は開いたままである。好ましくは、弁４６および４日は
運転サイクルの７５％のあいだ閉止している。
制御および動作された各蝶型弁の各サイクル内での開閉
時間は、開閉いずれについても約０．２５〜３０秒の範
囲内でよく、最も好ましいサイクル周期は１．５秒の閉
止と０，５秒の解放である。このサイクル周期では、サ
イクルの閉鎖時間中にエンジンがエンジン回転数の２倍
の周期で高濃度／低濃度サイクルをつくりだすことが判
明した。
弁４６および４８をこのように制御すると、その絞り作
用により、その対応シリンダが高燃料排気ガスを発生す
ることができる。この排気ガス（高濃度排気）は酸素含
有量が低く、ＣＯおよびＨＣ成分の含有量は高い。一方
、同時に、開いたままの弁４４および５０の制御下にあ
るシリンダは、絞りを受けずに正常に作動し、正常な酸
素濃度の高い排気ガス（低濃度排気）を生成する。この
運転方式の結果、この両者の排気ガス流のフィルター１
３への流入中および流入後に両者の混合が起こり、触媒
がこの混合ガスを利用して非常に良好な発熱を非常に迅
速に発生することができるように、触媒にとって十分な
混合を生ずる。再生プロセス中のテイルパイプ（尾筒）
からのＣＯおよびＨＣ発生量は基準濃度以下に著しく減
少することが認められ、したがってガス状発生物の増大
をフィルター再生のために利用していることが実証され
る。
上記のごとき装置で一連の再生実験を行った。エンジン
は、２００℃を越える触媒入口温度を生ずるのに十分な
負荷下に２０００　ｒｐｍの回転数で運転した。このよ
うな条件下で新しい反応器の背圧を測定すると、１３．
８インチ水柱（３６ｍｂａｒ）であった。エンジンを運
転し、背圧を監視して、反応器の背圧が２０インチ水柱
（５２ｍｂａｒ）になった時に、再生装置と監視装置５
４を作動させ、吸気流を一定周期でパルシングさせた。
下記の第１表にこの実験の結果を示す。
次の実験は、試験車を時速４０マイル（６４ｋｍ）で実
際に運転することにより行った。得られた典型的な再生
履歴を下記の第２表に示す。この結果が示すように、フ
ィルタ一温度が６００℃を越えなかったにもかかわらず
、背圧をフィルターが清浄であるときの水準に低下させ
ており、触媒再生は成功した。
第一」−一表 開始時　最大　　開始時　終了時 １　　３０１　　５３０　　　２３　　　１２　　　　
１２０２　　２４５　　４３０　　　２２　　　１２　
　　　２４０３　　２１６　　２６７　　　２３．５　
　２３．５　　　３６０４　　２４１　　２７０　　　
２８　　　２８　　　　２４０５　　３０１　　６１０
　　　３９．６　　１１．３　　　９０６　　２９６　
　５６０　　　１６　　　１０．２　　　１２０７　　
２４４　　５４０　　　２０　　　８．９　　　１８０
８　　２８０　　５２５　　　２０　　　１２　　　　
１８０９　　３１２　　５２０　　　２８　　　１３．
１　　　１２０１０　　２９７　　５１５　　　３０　
　　１４　　　　２７０１１　　３０４　　５１０　　
　４５　　　１８　　　　２４０１２　　２９７　　５
３５　　　２０　　　１３．８　　　２４０１３　　２
９０　　５００　　　２８　　　１５．５　　　１２０
１４　　２９４　　５４０　　　２１　　　１４　　　
　１８０１５　　２９９　　４９０　　　１７．２　　
１３　　　　１２０１６　　２６２　　５４７　　　３
８　　　１５　　　　３００１７　　３１０’　　５１
５　　　２０　　　１４．７　　　１５０１８　　３０
４　　５２０’　　　２１　　　１４　　　　１２０’
１９　　３０４　　５２０　　　２７　　　１５　　　
　１８０２０　　３０２　　５１０　　　１４　　　１
４　　　　１２０２１　　３０６　　５１０　　　２８
　　　１４　　　　［２０２２２９２５２０・５２　　
　１７　　　　１８０第２表 −１０２７５２７５１４，５（開始） −５２７５２７５１４，５ ０２７５２７５’　　　　１４．５（再生開始）５　３
００　　２８０　１１．０ １０　３２０　　２９０　１１．５ １３　３３Ｑ　　　２９０　１１．７ １８　３３５　　２９５　１１．９ ２０３４０　　２９７　１２．０ ２３　３４０　　２９８　１２．６ ２５　−３４５　　３００　１２．７ ３０　３５０　　３０５　１３．０ ３３　３５２　　３１０　１３．２ ３６　３５５　　３１−２　１２．７ ３８３５６　　３１７　１２．２ ４０　３５７　　３２０　１２．０ ４３　３６０　　３３０　１２．６ 第　２　表（続き） ４６　　　３６０　　　　３３３　　　１２．６４８．
３６０　　　　３４０　　　１２．６５０　　　３６０
　　　　３５５　　　１２．５５３　　　３６２　　　
　３８０　　　１２．８６０　　　３６２４００　　　
１２．３６５　　　３６５　　　　４３０　　　１３．
１７０　　　３６６　　　　４５３、　　　ｉａ、ａ８
０　　　３６８　　　　４８０　　　１３．２８５　　
　３６８　　　　５０３　　　１３．３（再生停止）９
０’３５０　　　　５２０　　　１３．２９５　　　３
２３　　　　５４０　　　１３．０１００　　　３１０
　　　　５６０　　　１２．８１１０　　　２９５　　
　　５７０　　　１２．０　（最高温度）１２０　　　
２９０、　　　５４３　　１１．３１５０　　　２８０
　　　　５０５　　　１０．６　（、冷却）１８０　　
　２７０　　　　４４０　　　１０．０以上の結果から
、フィルター１０に送られた「燃料」は、担持触媒１３
と協働してフィルターに蓄積した微粒子を発火燃焼させ
るのに理想的な適切な量であることがわかる。上記のよ
うな動作は、フィルター１０に蓄積した微粒子の実質部
分が燃焼し尽くすまで続けられる。この燃焼完結の状態
は、６００℃に近づくか、これを越えたフィルタ一温度
の検出により指示され、その信号を受けて制御／監視装
置５４は再生シーケンスを停止させる。この６００℃と
いう温度は目標温度であって、必要な清浄化達成温度は
車両ごとに当然異なる。
再生サイクル終了後、蝋型弁の作動はその正常な状態に
戻され１、監視装置５４が再び動作するまでは正常に作
動させる。
ある種の高速または高負荷条件下では、排気温度が炭素
粒子の燃焼を持続するのに十分な温度となり、この場合
には別個の再生サイクルは必要がなくなる。
したがって、制御／監視装置５４は、６００℃（または
目標温度）を越えた温度を検出したときには、エンジン
回転数には関係なくこのような条件下では再生プロセス
を作動させないように予めプログラミングしておくこと
ができる。これは、このような運転条件または負荷下で
、回転数の計数値Ｎをゼロに戻すよかにリセットするこ
とにより達成されよう。このゼロへのリセットは再生シ
ーケンスの終了時にも行われる。すなわち、フィルター
１３内の温度が６００℃を越えたときは、別に再生を実
施する必要ななくなるので、制御／監視装置５４が自動
的に回転数計数値をゼロにリセットするようにする。同
様に、温度が、たとえば２００℃未満というように適正
な再生を行うには低すぎる場合にも、第５図の流れ系統
図に示すように、制御／監視装置５４は、フィルタ一温
度が約２５０°Ｃを越えるまではやはり再生操作を作動
させることはできないようにする。これにより、運転開
始時のエンジンおよびフィルターがともに低温であると
きの再生操作の作動も阻止される。
触媒フィルターに送給される「燃料」に関しては、排気
ガス中の一酸化炭素および炭化水素成分が触媒結晶によ
り接触酸化され、この酸化に伴う熱の発生により発熱を
生ずることは理解されよう。触媒結晶が高温になるか、
あるいは少なくとも高温スポットを生成するのは、この
炭化水素およびＣＯ酸成分酸化に起因し、この高温のた
めに触媒フィルター内に捕捉された炭素質微粒子物質が
発火する。
蝋型弁の１つ４４の拡大図を第３ａ図に示す。第３ｂ図
は、第３ａ図に示す蝋型弁４４の代わりに使用すること
ができる回転自在の羽根６４を示す。
羽根６４を使用する場合、再生シーケンスの実施中に羽
根６４を可変速度で回転させ、３６０°を１回転するご
とに２回づつの吸気閉止および解放サイクルを交互に生
じよう。蝋型弁の場合と同様に、４気筒エンジンに使用
する場合には、羽根６４を対に２系統に結合するのが好
ましい。ただし、別の作動方式も可能であり、場合によ
ってはその方が望ましいこともある。
本発明の装置の別の例を第４図に示す。この例では、弁
４４’　、４６’　、４Ｂ’および５０゛はすべで一体
に連結され、アクチュエータ装置５２により同時に制御
される。ただし、弁４４゛および５０゛の動きはスト・
ノブ６６により制限され、弁４４゛および５０′は、こ
れらが弁４６゛および４８′と一緒に同時に作動してい
るときでも不完全にしか閉鎖することができない。こう
すると、弁４４゛および５０゛による吸気供給の絞りは
不完全にしか起こらないのに対して、弁４６”および４
８゜についてはほぼ完全な絞りが起こるであろう。
エンジン２５が自動車用４気筒デイーゼルエンジンであ
る場合の作動経過の１例を示すと、自動車を時速５５マ
イル（８８ｋｍ）に加速し、時速５５マイルの速度を維
持しながら再生装置を９０秒間だけ作動させ、再生装置
を止めると、正常な運転状態になる。本発明によると、
再生装置の作動中に運転者は再生装置の作動に通席は気
付かない。すなわち、本発明によると、触媒フィルター
は単純かつ効率的に再生され、それに伴って目立った悪
影響がでたり、排気ガス流の加熱が必要となることはな
い。
以上に、本発明の現時点で特に実用的かつ好適であると
思われる態様について説明したが、本発明の範囲内で多
くの変更が可能であることは当業、者には明らかであろ
う。
【図面の簡単な説明】
第１図は、本発明の装置の好適態様の１例を示す略式図
； 第２図は、第１図の装置に利用しうる触媒型微粒子フィ
ルターの１例の゛略式縦断面図；第３ａ図は、各エンジ
ンシリンダの吸気経路に設置した蝶型弁の略式図； 第３ｂ図は、第３ａ図に示した蝋型弁の代わりに使用し
うる回転羽根の略式図； 第４図は、吸気パルシング弁をすべて一緒に連結した別
の態様を示す略式図；および 第５図は、自動制御／監視装置用の流れ系統図である。 １０　　触媒フィルター　　　１１　　外筒体１２　　
反応管　　　　　　　１３　　触媒２８　　排気装置　
　　　　　３０　　吸気装置３２　　燃料供給装置　　
　　３４　　インセクタ３６．３８．４０．４２　　シ
リンダ ４４．４６．４８．５０　　蝶型弁 ６４　　回転羽根　　　　　　６６　　ストップ出ＩＪ
Ｉ人　ジョンソン・マソセイ・インコーポレーテド 代理人　　　弁理士　広　瀬　章　−

Claims (25)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）１またはそれ以上のシリンダを備えた内燃エンジ
    ン用の触媒型微粒子フィルターの再生方法であって： エンジン運転中に前記シリンダのうちの所定数への吸気
    流をパルシングさせて、それから流出する排気が触媒上
    で発熱を生じ、それによりフィルター内の微粒子物質を
    発火させることを特徴とする再生方法。
  2. （２）前記所定数のシリンダが、該エンジンの全シリン
    ダ数より少数である特許請求の範囲第１項記載の方法。
  3. （３）前記所定数のシリンダから流出する排気が低酸素
    、高ＣＯおよび高ＨＣであり、一方、残りのシリンダか
    らの排気は酸素濃度が高い特許請求の範囲第１項記載の
    方法。
  4. （４）前記吸気パルシング工程を、周期的に行う特許請
    求の範囲第１項記載の方法。
  5. （５）前記吸気パルシング下脚を、吸気流の開閉サイク
    ルによって行い、サイクル時間が開閉いずれについても
    約０．２５〜３０秒の範囲内である特許請求の範囲第４
    項記載の方法。
  6. （６）好適号イクルが、吸気流の約１．５秒の遮断と約
    ０．５秒の全開とによって行われる特許請求の範囲第４
    項記載の方法。
  7. （７）フィルターが生ずる背圧を監視する工程をさらに
    包含し、前記吸気パルシング工程を所定の背圧に感応し
    て自動的に実施する特許請求の範囲第１項記載の方法。
  8. （８）エンジンの運転を監視する工程をさらに包含し、
    前記吸気パルシング工程を所定のエンジン運転条件の検
    出に感応して自動的に実施する特許請求の範囲第１項記
    載の方法。
  9. （９）前記触媒フィルターの温度を監視する工程をさら
    に包含し、前記吸気パルシング工程を所定のフィルタ一
    温度の検出に感応して自動的に実施する特許請求の範囲
    第１項記載の方法。
  10. （１０）前記吸気パルシング工程を、該エンジンの全シ
    リンダ数より少数の所定のシリンダへの吸気流を絞るこ
    とにより実施する特許請求の範囲第１項記載の方法。
  11. （１１）絞り状態が運転サイクルの約７５％を占める特
    許請求の範囲第１０項記載の方法。
  12. （１２）シリンダの半数への吸気を絞り、残り半数のシ
    リンダへの吸気を全く絞らない特許請求の範囲第１０項
    記載の方法。
  13. （１３）シリンダの半数への吸気を絞り、残り半数のシ
    リンダへの吸気を不完全に絞る特許請求の範囲第１０項
    記載の方法。
  14. （１４）前記吸気パルシング工程が、全シリンダ数より
    少ない前記所定数のシリンダへ供給される吸気パルシン
    グのタイミングを所定時間にわたって制御し、その間こ
    の所定数のシリンダへ導入される燃料の完全燃焼が起こ
    らないで、そのシリンダからの排気が低酸素、高ＣＯ１
    高ＨＣとなるようにし、一方、残りのシリンダへは正常
    な吸気を供給して正常な燃料燃焼が起こるようにするこ
    とにより実施され；前記所定時間の経過後、各シリンダ
    への吸気を、各シリンダへ導入された燃料の実質的に全
    部が燃焼するように制御する工程をさらに包含する特許
    請求の範囲第１項記載の方法。
  15. （１５）前記吸気パルシング工程が、少なくとも１つの
    シリンダに供給される吸気を、酸素不足によりその少な
    くとも１つのシリンダに噴射された燃料の不完全燃焼を
    引き起こして、そのシリンダからの排気中に実質量の未
    燃焼燃料が残るように制御することにより実施され；触
    媒フィルターの再生後、各シリンダに供給された燃料の
    実質的に全部が燃焼するように該エンジンへの吸気を制
    御する工程をさらに包含する特許請求の範囲第１項記載
    の方法。
  16. （１６）　前記吸気パルシング工程が、フィルター内の
    最高有効温度を３５０℃より高温に上昇させる程度の発
    熱が生じるように実施される特許請求の範囲第１項記載
    の方法。
  17. （１７）燃料供給により運転される燃焼源からの排気ガ
    ス流路に配置された触媒型微粒子フィルターの再生方法
    であって、 燃焼源の運転中に、触媒フィルターのライトオフ温度よ
    り高温でこのフィルターに十分量の未燃焼ガス状燃料を
    供給して発熱を生じさせ、それにより触媒フィルターが
    昇温して、フィルター内に蓄積した微粒子を発火させ、
    蓄積微粒子の実質量を燃焼し尽くすのに十分な時間にわ
    たって燃焼を続けることを特徴とする上記再生方法。
  18. （１８）前記燃焼源が複数のシリンダを備えた内燃エン
    ジンであり、前記フィルターへの未燃焼燃料供給工程が
    、前記複数の全シリンダ数より少ない数のシリンダへの
    吸気の供給を前記時間にわたってパルシングさせること
    により行われる特許請求の範囲第１７項記載の方法。
  19. （１９）残りのシリンダへの吸気供給を不完全に絞る特
    許請求の範囲第１８項記載の方法。
  20. （２０）　　１またはそれ以上のシリンダ、吸気供給手
    段、排気ガス流路および燃料供給手段を備えた燃焼源と
    しての内燃エンジン、 この燃焼源の排気ガス流路内に設置した触媒型微粒子フ
    ィルターであって、前記燃焼源と単一の燃焼源・フィル
    ター装置を構成している触媒型微粒子フィルター、およ
    び 前記フィルター内に蓄積した微粒子を発火させるのに十
    分な量の未燃焼燃料がフィルターに供給されるように、
    燃焼源の運転中に、燃焼源・フィルター装置の全シリン
    ダ数より少ない数のシリンダへの吸気をパルシングさせ
    る手段 からなる触媒再生型内燃エンジン装置。
  21. （２１）　前記吸気パルシング手段が、全シリンダの少
    なくとも半数への吸気を絞る手段から構成される特許請
    求の範囲第２０項記載の装置。
  22. （２２）前記吸気供給手段が、前記シリンダ内で所定量
    の燃料が完全燃焼しないように、前記吸気パルシングの
    タイミングを所定時間にわたって制御する手段を備え、
    この制御手段が、前記所定時間の経過後に、該エンジン
    に導入された燃料の実質的に全部が燃焼するように前記
    タイミングを制御する手段をさらに備えている特許請求
    の範囲第２１項記載の装置。
  23. （２３）吸気供給の自動制御手段をさらに備え、この自
    動制御手段が所定の設定条件の検出に感応して少なくと
    も第１の信号を発生するセンサ手段、およびこの信号に
    感応して前記吸気パルシング手段を動作させる動作手段
    を包含している特許請求の範囲第２０項記載の装置。
  24. （２４）前記燃焼源が複数のシリンダを備えた内燃エン
    ジンからなり、前記吸気パルシング手段は、燃料の完全
    燃焼を達成する前に燃焼酸素を消耗させて、シリンダ排
    気ガス中に実質量の未燃焼燃料が混入するように、少な
    くとも１つの前記シリンダへの吸気供給量を制御する手
    段を備えており、前記吸気パルシング手段はさらに、触
    媒フィルター再生後、各シリンダに供給される燃料の実
    質的に全部が燃焼するように吸気供給量を制御する手段
    を備えている特許請求の範囲第２１項記載の装置。
  25. （２５）燃料供給手段、吸気供給手段および排気ガス流
    路を備えたディーゼルエンジン、 前記排気ガス流路内に設けた触媒型微粒子フィルター、
    および エンジンの運転中に、前記フィルターのライトオフ温度
    より高温で、触媒フィルターが昇温しでフィルター内に
    蓄積した微粒子を発火させ、その実質量を燃焼し尽くす
    のに充分な時間にわたって燃焼を続けるような発熱を生
    ずるのに充分な量の未燃焼ガス状燃料を前記触媒フィル
    ターに供給する手段、 から構成された触媒再生型ディーゼルエンジン装置。
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