JPS61192804A - 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等の排気ガスに含まれるカーボ
ン等の可燃性粒子（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
子等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ある。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あり、装置のコストが高
いという問題があり、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。

さらには、特開昭５６−９８５１９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、エンジンが定常運転域に
あるときには、その排気ガス温度が比較的低いため（デ
ィーゼルエンジンにあっては２００〜３００℃）、補助
燃料の燃焼促進作用にも拘らず排気ガスが可燃性粒子の
着火温度にまで充分に加熱されず、その結果、可燃性粒
子の燃焼不良により触媒フィルタの再生が確実に行なわ
れなくなり、触媒フィルタの目詰まりによりエンジンの
背圧が上昇してその正常な運転が妨げられるおそれがあ
った。

そこで、本出願人は、先に特願昭５９−６４６２７号に
おいて、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
化した溶液や、触媒成分（ＣＵＣＲ，ｚなど）の水溶液
を噴射供給するようにすることにより、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
させるようにした技術を提案している。

しかしながら、この提案の場合には、可燃性粒子を燃焼
除去する時に、燃焼して排出される排気ガス中に触媒溶
液中の有害成分（例えば、銅など）が混合して排出され
るため、この有害成分によって大気汚染を起こすという
問題がある。

（発明の目的） 本発明は上記のような事情に鑑みてなされたもので、パ
ティキュレートフィルタに捕集された可燃性粒子の燃焼
を促進させるため触媒溶液が噴射供給された時に、銅な
どの触媒溶液中の有害成分が、排気に混入して大気中に
放出されるのを防止できるようにした排気ガス浄化装置
を提供することを目的とするものである。

（発明の構成） 本発明のエンジンの排気ガス浄化装置は、エンジンの排
気通路中にカーボン粒子等の可燃性粒子を捕集するパテ
ィキュレートフィルタを設け、このパティキュレートフ
ィルタの上流側に可燃性粒子の燃焼を促進させるための
触媒成分を含有した触媒溶液を噴射供給する噴射器を設
け、この触媒溶液中の有害成分が排気ガスと一緒に排出
されるのを阻止するための阻止手段を上記フィルタの下
流に設けてなることを特徴とするものである。

なお、上記有害成分の排出阻止のためには、この有害成
分を中和させてもよいし、吸着捕集してもよい。

（実施例） 以下、図面により本発明の実施例について説明する。

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等を
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を排気流方向に
沿って配するとともにその両端開口部の一方を交互に閉
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可燃性粒子等を捕集するも
のである。

さらに、上記排気通路６のパティキュレートフィルタ７
上流には、上記可燃性粒子の燃焼を促進させる触媒溶液
を噴射供給する噴射器８が設けられている。上記噴射器
８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１０ａをフィルタ表面に向けて配設され、電磁開
閉弁１０ｂを有し、フィルタ７に触媒溶液を噴射する噴
射ノズル１０と、触媒溶液を貯える触媒タンク９と、こ
のタンク９と噴射ノズル１０とを連通する連通管１１と
、該連通管１１の途中に介設された電動式の触媒溶液供
給ポンプ１２とを備えてなる。そして、該触媒溶液供給
ポンプ１２の作動および噴射ノズル１０の電磁開閉弁１
０ｂの開作動により、上記触媒タンク９内の触媒溶液を
所定量（例えば１０〜１００ｃｃ）噴射ノズル１０の噴
射口からフィルタ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。なお、触媒タンク９内の触
媒溶液としては、１０グラムの塩化銅（ＣｕＣ９Ｊ２）
を１００ｃｃの水に溶かした溶液が用いられるが、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、Ｉｒ）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、Ｆｅ、Ｎ　ｉ、Ｍｏ、Ｃａ、８ａ）の水溶性塩を
、１０〜５０重量％の灯油、軽油１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、水と混合してエマルジョン化したものを用いること
もある。

上記噴射器８の噴射ノズル１０上流側の排気通Ｍ６とパ
ティキュレートフィルタ７下流側の排気通路６′とは排
気バイパス通路１３によって連通されており、この排気
バイパス通路１３によりエンジン１からの排気ガスを、
噴射器８の噴射ノズル１０およびパティキュレートフィ
ルタ７をバイパスして通過させることもできる。また、
上記バイパス通路１３の上流端部、すなわち噴射ノズル
９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１３を通過する排気ガス量を８１ｍするバタフライ
弁よりなる流量制御弁１４が配設されている。該流量制
御弁１４はロッド１５を介してダイヤフラム装置１６に
連結され、該ダイヤフラム装＠１６の負圧室１６ａは負
圧導入通路１７を介してバキュームポンプ１８に連通さ
れている。

上記負圧導入通路１７の途中には上記ダイヤフラム装置
１１６の負圧室１６ａとバキュームポンプ１８または大
気開放部１９との連通比をリニアに切り代えるデユーテ
ィソレノイドパルプ２０が配設されており、ダイヤフラ
ム装置１６の負圧室１６ａに導入される負圧の大きさを
デユーティソレノイドパルプ２０によりリニア制御して
ダイヤフラム装置１１６を作動させることにより、流量
制御弁１４を駆動制御するようになされている。

さらに、２２は上記噴射器８における噴射ノズル１０の
電磁開閉弁１０ｂ１触媒溶液供給ポンプ１２、およびデ
ユーティソレノイドバルブ２０を作動制御するための制
御回路であって、該制御回路２２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いる。また、２３は上記
パティキュレートフィルタ７上流の排気通路６内におけ
る排気ガス温度Ｔ１を検出する排気ガス温度検出手段と
しての第１排気ガス温度センサ、２４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、２５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Ｔ２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第
２排気ガス温度センサであって、これらセンサ２３〜２
５の各出力は上記制御回路２２に入力されている。

また、パティキュレートフィルタ７直下流の排気通路６
′内には、噴出口３０ａがパティキュレートフィルタ７
に向いた中和液噴出器３０が設けられ、上記制御回路２
２によって作動制御される電磁開閉弁３０ｂの開作動に
よって連通管３１を介して中和液供給ポンプ３２により
送られる中和液タンク３３内の中和液がパティキュレー
トフィルタ７の後面に噴射されるようになっている。こ
の中和液としては、リン酸ナトリウム、リン酸塩。

硫化ナトリウム、硫化カルシウムなどの中和剤を水に溶
かした溶液が用いられる。

この中和剤の効果確認のためＣＵＣＲｚを１グラム含有
する量の触媒溶液をパティキュレートフィルタ７に噴射
した時に、排気ガスとともに排出されるＣＬＪの排出量
を測定した。その結果、中和液を全く噴射しない場合は
Ｃｕ排出量が０．３３ｑ／ＳｅＣであるのに対し、中和
剤として硫化ナトリウム（ＮａｚＳ）の水溶液を噴射し
た時にはＣｕ排出量が０．０３η／　Ｓｅｅになり、リ
ン酸ナトリウム（Ｎａ３ＰＯａ　＞の水溶液を噴射した
時はＣｕ排出量が０．０７ｑ／ｓｅａになることが測定
された。なお、触媒溶液噴射後の時間とＣｕ排出量の関
係の測定結果を第６図に示す。

次に、上記実施例における制御動作を、第２図から第４
図に示すフローチャートによって説明する。

まず、第２図において、スタート後のステップＳ１で流
量制御弁１４を閉じて排気バイパス通路１３を閉鎖する
等のイニシャライズを行ない、その後、ステップ８２．
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２４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Ｓ５でその背圧が上記ステップ８
２．８３で検出されたエンジン１の各運転鋼、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
性粒子が１度燃焼除去されたか否かの判断を行ない、こ
の判断がＮｏであるときには上記ステップＳ４に戻る。

上記ステップＳ５での判断が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が可燃性粒子の捕集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による触媒溶液の
今回噴射回数Ｎをカウントし、次のステップＳ８でその
今回噴射回数Ｎを、予め第５図に示すように設定記憶さ
れている触媒溶液の噴射回数に対する噴射量特性のマツ
プに照合して触媒溶液の今回噴射量Ｑを決定する。

その際、上記第５図に示す噴射量特性では、触媒溶液の
噴射回数Ｎが増加するほど、噴射量Ｑが減少するように
設定されているが、これは触媒溶液の噴射回数Ｎの増加
に伴ってパティキュレートフィルタ７への触媒層液内触
媒成分の堆積量が増大するので、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できるため
、触媒溶液の使用量を低減してコストダウンを計ってい
る。

以上のごとき触媒溶液噴射量Ｑの決定の後、ステップＳ
９において第１排気ガス温度センサ２３の出力信号に基
づいてパティキュレートフィルタ上流での排気ガス温度
Ｔ１を検出し、次のステップ８１０でこの排気ガス温度
Ｔ１が、触媒溶液噴射に伴う可燃性粒子の燃焼によりフ
ィルタ７にクラックが発生する異常温度範囲下限値とし
ての対クラック許容限界排気ガス温度Ｔ＾よりも低いか
否かの判断を行い、この判断がＴ１≧Ｔ＾のときには、
触媒溶液噴射によりフィルタ７にクラックが発生する状
態とみてステップ＄９に戻り、排気ガス温度Ｔ１の低下
を待つ。

一方、上記ステップ８１０の判断が７１＜Ｔ＾のときに
は、ステップ８１１〜８２２の触媒溶液噴射制御ルーチ
ンと、第３図に示すステップ８５１〜８５６の排気ガス
量制御サブルーチンと、第４図に示すステップ８６１〜
８６５の中和液噴射制御サブルーチンとを並列処理する
。

上記触媒溶液噴射制御ルーチンの最初のステップＳ１１
では、噴射器８の触媒溶液供給ポンプ１２を駆動し、次
のステップ８１２で噴射ノズル１０の電磁開閉弁１０ｂ
を開いて、該噴射ノズル１０から触媒溶液をフィルタ７
の表面に噴射する。

その状態をステップ８１３で７ラグＦに「１」を立てて
記憶した後、ステップ５１４に移ってタイマをセットし
、次のステップＳ１５でそのタイマによりフィルタ７の
可燃性粒子が触媒溶液を噴射開始してから充分に燃焼す
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Ｓ１６でタイマのリセット
を行なった後、ステップＳ１７で第２排気ガス温度セン
サ２５の出力信号に基づいてフィルタ７下流の排気ガス
温度Ｔ２、つまりフィルタ７に捕集された可燃性粒子の
燃焼により上弊する排気ガス温度を検出し、つぎのステ
ップ８１８でこの排気ガス温度Ｔ２がフィルタ７にクラ
ックを発生させる限界値ＴＢよりも高いか否かを判断す
る。この判断がＴ２≦Ｔｏであるときには、ステップ８
１９に移つて触媒溶液供給ポンプ１２の駆動時間が上記
ステップＳ８で決定された触媒溶液の噴射ＩＱ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
射量Ｑの未噴射を示すＮＯであるときには上記ステップ
８１７に戻って触媒溶液噴射を継続させる。一方、上記
ステップ８１９での判断がＹＥＳであるときにはステッ
プ８２０に移って、上記噴射ノズル１０の電磁開閉弁１
０ｂを閉じるとともに、ステップ８２１で触媒溶液供給
ポンプ１２の運転を停止させて噴射器８による触媒溶液
噴射を終了し、次いでステップ８１３において立てられ
たフラグＦを「０」にした後、最初のステップＳ１に戻
る。また、上記ステップ５１８での判断がＴ２＞Ｔａ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８２０〜８２２を実行
し触媒溶液噴射を終了して最初のステップＳ１に戻る。

これに対し、上記排気ガス量制御サブルーチンではその
最初のステップＳ５１で上記背圧センサ２４によりフィ
ルタ７上流の背圧を検出して、フィルタ７を通過する排
気ガス量を間接的に検出する。そして、その後のステッ
プ８５２で上記検出された背圧が排気ガスのフィルタ７
への適正通過量に対応する所定値よりも低いか否かを判
断し、この判断がＹＥＳであるときにはステップ３５３
にお、いて、フィルタ７への排気ガス量を増加すべく、
流量制御弁１′４の弁開度を小さくして排気バイパス通
路１３を閉じる方向のデユーティ信号をデユーティソレ
ノイドバルブ２０に発信する一方、ステップ８５２の判
断がＮｏであるときにはステップ８５４に移って、フィ
ルタ７への排気ガス量を減少すべく、流量制御弁１４の
弁開度を大きくして排気バイパス通路１３を開く方向の
デユーティ信号をデユーティソレノイドバルブ２０に発
信し、これらのステップ８５１〜８５４によりフィルタ
７を通過する排気ガス量を設定値に保つようにする。こ
の後、ステップＳ５５におい・て上記触媒溶液噴射ルー
チンの７ラグＦがＦ−１であるか否かの判断を行ない、
この判断がＮｏになるまで上記ステップ８５１〜８５４
を繰り返す。そして、上記判断が液体噴射の終了に伴う
Ｆ−０になると、ステップＳ５６で上記流量制御弁１８
の開度を零にして排気バイパス通路１７を閉鎖し排気ガ
ス量制御を終了する。

一方、中和液噴射制御サブルーチンでは、ステップ８６
１において中和液供給ポンプ３２を作動させるとともに
、ステップＳ６２において電磁開閉弁３０ｂを開けて中
和液噴射器３０の噴出口３Ｑａからパティキュレートフ
ィルタ７に中和液を噴射する。ステップＳ６３において
この噴射時間を判断して、所定時間経過まではステップ
８６２゜８６３の作動を持続させ、所定時間経過後、す
なわち、所定量の噴射が完了した時にはステップＳ６４
、Ｓ６５に進み、電磁開閉弁３０ｂを閉じるとともに中
和液供給ポンプを停止させて、この制御を終了する。

以上、排気中の有害成分を中和する装置について説明し
たが、有害成分を捕集するようにしてもよい。

第７図は本発明の排気ガス浄化装置の異なる実施例を示
す概略図であり、この図を用いて排気に混入する有害成
分を吸着捕集する例について説明する。なお、第１図の
装置とは、中和液を噴射供給するための装置がないこと
と、パティキュレートフィルタ７の下流に吸着層４０を
設けたこと以外は同じなので、同一部品には同一番号を
付し、その説明を省略する。

この装置においては、排気通路６に配したパティキュレ
ートフィルタ７の直下流に吸着層４０を配しており、こ
の＠着層４０により排気中の有害成分を吸着捕集し、有
害成分が大気中に放出されるのを防止するようになって
いる。この吸着層４０として、１８−８ステンレスから
なる線形０゜０３ａｓ＋の線材を綿状に集めたスチール
ウールを、直径１４４履、幅２５．４履の形状にした重
量的２００ｇのものを用いてテストした結果、この吸着
層４０を用いても、触ＩＩ液中の有害成分が排気ととも
に大気に放出されるのを防止することができるのが確認
された。なお、吸着層としては、１”ｅ、ｐ４　ｉ、　
Ｃｒ、およびＣＯの単一および２種以上の合金からなる
メタルメツシュ、メタルファイバあるいはメタルフオー
ム（発砲）をフィルタ形状に成型したものでもよく、ま
た、格子状などのガス流通路を有し、コープイライト、
ムライト。

アルミナなどの耐熱性にすぐれた一体型のセラミック基
材の表面上に、アルカリ性の酸化物すなわちｃａｏ、Ａ
９Ｊｚ　Ｏ３，Ｚｎ０ｚ　、ＭＱＯ。

Ｆｅｗ　０３　、Ｆｅ３０ｇを単独あるいは混合してコ
ーティングしたものでもよい。

（発明の効果） 以上説明したように、本発明によれば噴射器から噴射供
給される触媒溶液によってパティキュレートフィルタ上
に捕集された可燃性粒子を、排気ガス温度の低いエンジ
ンの定常運転時においても確実に燃焼除去することがで
き、さらにパティキュレートフィルタの下流に設けた阻
止手段によって触媒溶液中の有害成分を中和もしくは捕
集することができるので、排気により大気汚染を起こす
ことを防止することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本−１！明に係る排気ガス浄化装置の１例を
示す概略図、 第２図は、上記装置による触媒溶液噴射制御作動を示す
フローチャート、 第３図は、上記装置での排気ガス量制御作動を示すフロ
ーチャート、 第４図は、上記装置での中和液噴射制御作動を示すフロ
ーチャート、 第５図は、触媒溶液の噴射回数に対する噴射口を決定す
るための特性図、 第６１！ｌは、上記装置における触媒溶液噴射後におけ
るＣｕ排出量変化を示すグラフ、 第７図は、本発明に係る排気ガス浄化装置の異なる実施
例を示す概略図である。 １・・・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 ８・・・噴射器　９・・・触媒タンク １０・・・噴射ノズル　１３・・・排気バイパス通路第
１図 第２図 第３図　　第４図 第５図 噴掴１敬−卸

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）排気系に可燃性粒子等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、該パティキュ
   レートフィルタに捕集された可燃性粒子の燃焼を促進さ
   せる触媒成分を含有した触媒溶液を噴射供給する噴射器
   を設けるとともに、 前記パティキュレートフィルタの下流に前記触媒溶液中
   の有害成分が大気中に排出されるのを阻止する阻止手段
   を設けたことを特徴とするエンジンの排気ガス浄化装置
   。 ２）前記阻止手段が前記有害成分を中和させる中和手段
   であることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のエ
   ンジンの排気ガス浄化装置。 ３）前記阻止手段が前記有害成分を捕集する捕集手段で
   あることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のエン
   ジンの排気ガス浄化装置。