JPS61164022A - 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排気ガス浄化
装、置に関し、特に、ディーゼルエンジン等の排気ガス
中に含まれるカーボン等の可燃性微粒子（パティキュレ
ート）を捕集して燃焼除去するものに関する。

（従来の技術） 従来、この種の排気ガス浄化装置は種々のものが提案さ
れている。その−例として、例えば特開昭５６−９８５
１９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
に可燃性粒子の燃焼を促進させる液体として、液体燃料
を噴射する噴射装置を設け、触媒フィルタでの触媒によ
る酸化反応作用と液体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。

（発明が解決しようとする問題点） ところで、その場合、エンジンが例えば高速運転域にあ
ってその排気ガス量が多いときに、上記液体の噴射供給
を行うと、液体の噴射流が高速度で流れる排気ガス流の
影響を受けて乱れ、液体がフィルタ表面の一部に偏って
付着するようになる。

この現象は、フィルタに捕集された可燃性粒子などを上
記液体によって均等に燃焼させるためには解消する必要
がある。

また、先に本出願人により特願昭５９−６４６２７号に
おいて、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するために、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を
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液体を
噴射供給し、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
被着させる技術を提案している。

その場合、エンジンの排気ガス温度が高い条件下で液体
を噴射供給したときには、噴射器のノズルから噴射され
た液体がフィルタの表面に到達する過程で触媒成分以外
の溶媒の一部が排気ガスのガス熱を受けて気化し、触媒
成分の結晶が高分散されない状態でフィルタ表面に付着
するようになり、触媒成分のフィルタ表面への均一な付
着によって触媒活性を有効に活用する点で改善の余地が
ある。

また、上記排気ガス温度の高温時は、液体がフィルタ表
面に付着した後も溶媒が気化し続けるため、触媒成分の
フィルタ下流部への浸透作用が小さくなり、可燃性粒子
の安定燃焼が不十分となる。

（発明の目的） 本発明は以上の諸点に鑑みてなされたもので、その目的
は、可燃性粒子の燃焼を促進させる液体をフィルタ上流
の排気通路に噴射供給するタイミングをエンジンの運転
状態に対し適切に設定することにより、フィルタ表面に
対する上記液体の付着を均一化するとともに、フィルタ
での可燃性粒子の燃焼を安定に確保することにある。

（問題点を解決するための手段） 上記の目的を達成するために、本発明の解決手段は、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
ルタを備えたエンジンの排気ガス浄化装置において、そ
のパティキュレートフィルタ上流に上記可燃性粒子の燃
焼を促進させる液体を噴射供給する噴射器を配設する。

さらに、エンジンのフィトリング時を検出するアイドリ
ング時検出手段を設けるとともに、該アイドリング時検
出手段の出力を受け、エンジンのアイドリング時に上記
噴射器を作動させるように制御する制御手段を設けた構
成としている。

（作用） 上記の構成により、本発明では、カーボン等の可燃性粒
子の堆積によりパティキュレートフィルタが目詰まり状
態になった後のエンジンのアイドリング時、アイドリン
グ時検出手段がその状態を検出し、このアイドリング時
検出手段の出力を受けた制御手段の制御により噴射器が
作動して、パティキュレートフィルタ上流に可燃性粒子
の燃焼を促進させる液体が噴射される。そのとき、上記
エンジンのフィトリング時は排気ガスの流量が少なく、
しかもその温度も低いので、液体噴射流が排気ガス流の
影響を受けて乱れることが少ないとともに、触媒成分を
含有した上記液体にあっては、上記噴射器から噴射され
た上記液体の溶媒が気化するのが効果的に抑制される。

このことから、上記液体がフィルタの表面に均一に付着
するとともに、触媒成分を含有した上記液体にあっては
、その触媒成分のフィルタ下流部への浸透作用が確保さ
れ、よってフィルタに堆積した可燃性粒子を安定して確
実に燃焼させることができる。

（実施例） 以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

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
りそれと同期して駆動される。

また、６は上記エンジン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など
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。該パティキュレートフィルタ７は、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
を１つ置きに交互に閉塞してなり、隣接するハニカム孔
間の隔壁を排気ガスが通過する際にそれを濾過してその
可燃性粒子などを捕集するものである。

また、８は上記パティキュレートフィルタ７上流の排気
通路６に上記可燃性粒子の燃焼を促進させる液体を噴射
供給するための噴射器であり、該噴射器８は、上記燃焼
促進用の液体を貯えるタンク９と、パティキュレートフ
ィルタ７上流の排気通路６に噴出口１０ａをフィルタ７
表面に向けて配設され、電磁開閉弁１０ｂを有するイン
ジェクタ１０と、該インジェクタ１０を上記タンク９に
接続する連通管１１と、該連通管１１の途中に配設され
た電動式の液体供給ポンプ１２とを備えてなり、液体供
給ポンプ１２の作動およびインジェクタ１０の１！ｉｉ
ｉ＆開閉弁１０ｂの開作動によりタンク９内の液体を所
定量（例えば１０〜１００ｃｃ）インジェクタ１０の噴
出口１０ａからフィルタ７に向けて噴射させてその表面
に付着させるようになされている。そして、上記可燃性
粒子の燃焼を促進させる液体は、例えば０．０５〜０．
５重量％の−もしくは二双上の白金１ｔ（Ｐｔ、Ｐｄ、
Ｒｈ、ｉｒ）の水溶性化合物、あるいは１〜１０１量％
の−もしくは二双上の卑金属（Ｖ、　Ｃｕ　、　Ｏｒ、
Ｆｅ、Ｎｉ、Ｍｏ、Ｃａ、Ｂａ）の水溶性塩よりなる触
媒成分と、１０〜５０重量％の灯油、軽油、重油、アル
コール、ケトンく含酸素炭化水素）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％界面活性剤
と、残りが水とからなり、それらの成分を混合してエマ
ルジョン化したものである。

さらに、１３は上記噴射器８におけるインジェクタ１０
の電磁Ｒ開弁１０ｂおよび流体供給ポンプ１２を作動制
御するための制御回路であって、該制御回路１３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置の信号とが入力されており、制
御回路１３においてエンジン１の回転数および負荷を判
定することにより、エンジン１のアイドリング時を検出
するようにしたアイドリング時検出手段１４が構成され
ている。

また、１５はパティキュレートフィルタ７直上流の排気
通路６内の排気ガス圧つまりエンジン１の背圧を検出す
る背圧センサ、１６はパティキュレートフィルタ７直下
流の排気通路６内における排気ガス温度Ｔに基づいてパ
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排気ガス温度センサであって、こ
れらセンサ１５，１６の各出力は上記制御回路１３に入
力されている。而して、制御回路１３により、燃料噴射
ポンプ４の出力信号に基づいてエンジン１の運転領域を
検出し、その運転領域においてフィルタ７が目詰まり状
態にないときの予め設定記憶された適正背圧を検索し、
その適正背圧に対し背圧センサ１５で検出された実際の
背圧を照合比較してフィルタ７の目詰まり状態の有無を
判定し、実際の背圧が適正背圧よりも＾くてフィルタ７
が目詰まり状態にあるときには、その後のエンジンのア
イドリング時にアイドリング時検出手段１４の出力に基
づいて噴射器８を作動させるように制御し、その液体供
給ポンプ１２およびインジェクタ１０の電磁開閉弁１０
ｂに作動信号を出力して、インジェクタ１０から液体を
噴射させるようにした制御手段１７が構成されている。

次に、上記実施例における制御動作を第２図に示すフロ
ーチャートによって説明する。

先ず、スタート後のステップＳ＋でイニシＶライズを行
い、その後、ステップＳｚ　、８３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１５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Ｓ
５でその背圧が上記ステップ８２　、Ｓｔ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７に捕集された可燃性粒子か１度燃焼除去さ
れたか否かの判断を行い、この判断がＮＯ″ｃあるとき
には上記ステップＳ４に戻る。

上記ステップＳｓでの判断が背圧の所定背圧までの低下
によって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Ｉ！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８３　、８４　、・・
・を繰り返す。

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による液体の今回
噴射回数Ｎをカウントし、次のステップＳ６でその今回
噴射回数Ｎを、予め第３図に示すように設定記憶されて
いる液体の噴射回数に対する噴射量特性のマツプに照合
して液体の今回噴射ＩＱを決定する。

その際、上記第３図に示す噴射量特性では、液体の噴射
回数Ｎが増加する程、噴射量Ｑが減少するように設定さ
れているため、液体の噴射回数Ｎの増加に伴ってパティ
キュレートフィルタ７への液体自触媒成分の堆積量が増
大するのを利用し、その堆積触媒成分により可燃性粒子
の燃焼促進効果をある程度確保しつつ、液体（触媒成分
〉の使用口を低減してコストダウンを図ることができる
。

以上の如き液体噴射ＩＱの決定の後、ステップ＄９にお
いてアイドリング時検出手段１４の出力があるか否か、
つまりエンジン１はアイドリング運転状態にあるか否か
の判断を行い、この判断がＮｏのときには、液体噴射を
行わない状態とみてステップ＄９を続け、エンジンのア
イドリング時を持つ。

そして、エンジン１がアイドリング運転状態になって上
記ステップＳ９の判断がＹＥＳになると、ステップ＄１
＠〜Ｓ　２１の液体噴射制御ルーチンを実行処理する。

この液体噴射ルーチンの最初のステップ８１・では噴射
器８の液体供給ポンプ１２を駆動し、次のステップＳ　
ｎでインジェクタ１０の電！！開閉弁１０ｔｌｅ開いて
、該インジェクタ１０から液体をフィルタ７の表面に噴
射する。その状態をステップＳ　１２で７ラグＦに「１
」を立てて記憶した後、ステップＳＬ３に移ってタイマ
をセットし、次のステップＳＩ４でそのタイマによりフ
ィルタ７の可燃性粒子が液体を噴射開始してから十分に
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Ｓ　＋ｓでタイマの
リセットを行った後、ステップ８１６で第２排気ガス１
度センサ１６の出力信号に基づいてフィルタ７下流の排
気ガス温度下１つまりフィルタ７に補集された可燃性粒
子の燃焼により上昇する排気ガス温度を検出し、次のス
テップＳＩ７でその排気ガス温度Ｔがフィルタ７にクラ
ックを発生させる許容限界値Ｔ８よりも高いか否かを判
断する。

この判断がＴ≦ＴＢのＮｏであるときには、ステップＳ
＋８に移って液体供給ポンプ１２の駆動時間が上記ステ
ップＳ８で決定された液体の噴射量Ｑ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ＩＱの
未噴射を示すＮＯであるときには上記ステップＳＩ６に
戻って液体噴射を継続させる。一方、上記ステップＳＩ
８での判断がＹＥＳであるときにはステップＳ１９に移
って、上記インジェクタ１０の電！！開閉弁１０ｂを閉
じるとともに、ステップ８２１で液体供給ポンプ１２の
運転を停止させて噴射器８による液体噴射を終了し、次
いでステップ３２１に移って上記ステップＳ　１２で立
てられたフラグＦをｒＯＪにした後、最初のステップＳ
１に戻る。また、上記ステップＳ　＋ｙでの判断がＴＮ
ＴｓのＹＥＳ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Ｓｉ９
〜Ｓ２１に移り液体噴射を終了する。

したがって、この実施例では、上記の如き制御動作によ
り、可燃性粒子の堆積量の増大によってフィルタ７が目
詰まり状態になった後のエンジン１のアイドリング時、
噴射器８が作動してそのインジェクタ１０からフィルタ
７表面に向けて液体が噴射供給され、その液体はフィル
タ７表面に付着する。その後、主として、エンジン１の
運転に伴って排気ガス温度が上昇すると、上記フィルタ
７表面に付着した液体の着火温度低下等の作用により上
記堆積した可燃性粒子が着火燃焼し、フィルタ７の再生
が行われる。

その場合、上記液体噴射を行うアイドリング時の排気ガ
ス温度が低いので、噴射器８のインジェクタ１０から噴
射された液体がフィルタ７表面に到達する前にその溶媒
が気化するのを抑制でき、液体の触媒成分が高分散状態
に保たれてフィルタ７表面に均一に付着して、その触媒
活性を有効に活用することができる。しかも、上記アイ
ドリング時は排気ガス量が少ないので、インジェクタ１
０から噴射された液体噴射流が排気ガス流の影響を受け
て乱れることも少なく、液体をフィルタ７の表面全体に
亘ってより一層均−に付着させることができ、よってフ
ィルタ７で可燃性粒子を均等に燃焼させ、その再生を良
好に行うことができる。

また、上記の如く、アイドリング時の排気ガス温度が低
いので、上記噴射器８からの液体がフィルタ７表面に付
着した後もその溶媒の気化が抑制されて、触媒成分がフ
ィルタ７下流部へスムーズに浸透するようになり、可燃
性粒子を安定して燃焼させることができる。

さらに、上記エンジン１のフィトリング時はある程度の
排気ガス温度が確保され、特に＾負荷運転直模のアイド
リング運転状態では排気ガス温度およびフィルタ７の温
度が比較的高い温度に保たれるため、上記噴射器８によ
る液体噴射と同時にフィルタ７に堆積している可燃性粒
子が着火燃焼する確率が大きく、可燃性粒子の燃焼性の
点で有利である。

尚、本実施例では可燃性粒子の燃焼を促進させる液体と
して、触媒成分と炭化水素成分とを含有した混合液を用
いたものを示したが、上記液体としては上記触媒成分お
よび炭化水素成分のどちらか一方のみを含有する液体を
用いてもよい。

（発明の効果） 以上の如く、本発明によれば、エンジンの排気系に配設
されたパティキュレートフィルタ上流に、該フィルタに
補集された可燃性粒子の燃焼を促進させるための液体を
噴射器によって噴射供給する際、その噴射時期を排気ガ
スの流量が少なく、その温度が低いエンジンのアイドリ
ング時としたことにより、液体噴射流の排気ガス流によ
る乱れ、偏りを抑制して、液体をフィルタ表面に均一に
付着させ得、ざらには液体の溶媒の気化を抑制してフィ
ルタでの可燃性粒子を均等に安定して燃焼させることが
でき、よって燃焼促進用の液体噴射による排気ガス中の
可燃性粒子の確実な燃焼除去の実現に寄与することがで
きるものである。

【図面の簡単な説明】 図面は本発明の実施例を示し、第１図は全体概略構成図
、第２図は制御回路におけるメインルーチンの制御手順
を示す説明図、第３図は液体の噴射回数に対する噴射量
を決定するための特性図である。 １・・・エンジン、４・・・燃料噴射ポンプ、６・・・
排気通路、７・・・パティキュレートフィルタ、８・・
・噴射器、１３・・・制御回路、１４・・・アイドリン
グ時検出手段、１５・・・背圧センサ、１６・・・排気
ガス潤度センサ、１７・・・制御手段。 特　許　出　願　人　　マツダ株式会社、、二、。 第３図 人 ｆｆｉ劇ｌ１ｉｉｌ板−り 第２図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （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エンジンの排気ガス浄化装置にお
   いて、上記パティキュレートフィルタの上流に上記可燃
   性粒子の燃焼を促進させる液体を噴射供給する噴射器を
   備えるとともに、エンジンのアイドリング時を検出する
   アイドリング時検出手段と、該アイドリング時検出手段
   の出力を受け、エンジンのアイドリング時に上記噴射器
   を作動させるように制御する制御手段とを備えたことを
   特徴とするエンジンの排気ガス浄化装置。