JPS61192805A - エンジンの排気ガス浄化用フイルタの再生方法 - 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、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パティキュレー
トフィルタに関し、さらに詳しくはこのパティキュレー
トフィルタを再生する方法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
化した液体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、噴射供給される触
媒成分がパティキュレートフィルタ上に徐々に蓄積され
るため、この蓄積された触媒成分によりパティキュレー
トフィルタの目詰まりが生じ、エンジン排気通路の背圧
が上昇し、ついにはその正常な運転が妨げられるおそれ
がある。

このため、パティキュレートフィルタは一定使用時間経
過後はこれを新しいフィルタと交換する必要が生じ、こ
のため保守費用が高くなるという問題がある。

〈発明の目的） 本発明は、上記事情に鑑み、目詰まりの生じたパティキ
ュレートフィルタから触媒成分を除去して、このパティ
キュレートフィルタを再使用できるようにするフィルタ
の再生方法を提供することを目的とするものである。

（発明の構成） 本発明の再生方法は、エンジン排気通路中に置かれて排
気中の可燃性粒子を捕集し、上流側から噴射供給される
触媒溶液によりこの可燃性粒子を燃焼させるのに用いら
れるパティキュレートフィルタが、触媒成分による目詰
まりを起こし排気背圧が高くなった時に、排気通路中か
らこのフィルタを取り外し、これを鉱酸水溶液中に設定
時間浸漬して、これに付着した触媒成分を除去し、その
後これを洗浄・乾燥して、再使用に供するようにしたこ
とを特徴とするものである。

（発明の効果） 本発明によれば、触媒溶液の噴射によって、排気ガス温
度の低いエンジンの定常運転時においても、捕集した可
燃性粒子を確実に燃焼させることができるという利点に
加えて、触媒成分によってパティキュレートフィルタが
目詰まりした時にはこのフィルタを取り外して触媒成分
を除去して再生使用することができるので、パティキュ
レートフィルタを何度も繰り返して使用でき、装置の保
守費用があまり高くならない。さらに、このようにして
目詰まりした触媒成分の除去により排気背圧を下げてエ
ンジンの正常運転を維持し、かつパティキュレートフィ
ルタによる可燃性粒子の燃焼除去作用も維持できる。

（実施例） まず、本発明の方法により再生使用されるパティキュレ
ートフィルタを用いた排気ガス浄化装置について図面に
より説明する。

第１図はこの排気ガス浄化装置の全体構成を示し、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。

ざらに、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１ｔ（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、ＣＬＪ。

Ｃｒ、Ｆｅ、Ｎ　ｉ、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。

上記噴射器８の噴射ノズル１０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制御するバタフライ弁
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Ｏラド１５を介してダイヤフラム装置１６に連
結され、該ダイヤフラム装置ａ１６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
１６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
ソレノイドバルブ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
ユーチインレノイドバルブ２０によりリニア制御してダ
イヤフラム装置１６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１０ｂ、触媒溶液供給ポンプ１２、およびデ
ユーチインレノイドバルブ２０を作ｉ！ＩＩ　ｌｌ１ｍ
するためのＩＩＪ１１１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２３〜２５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
かした溶液で、この中和剤によって触媒成分中に含まれ
る銅などの有害成分を中和させて無害化し、このような
有害成分がそのまま排気に混じって大気中に放出される
のを防止している。

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」特性のマ
ツプに照合して触媒溶液の今回噴９ＡｍＱ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への触媒溶液的触
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ＩＱ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＾のとぎには、
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Ｓ９に戻り、排気ガス温度Ｔ１の低下
を持つ。

一方、上記ステップＳ１０の判断がＴＩ＜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＄５１〜８５６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の電磁開開弁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８１４に移ってタイマをセットし
、次のステップ８１５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８１６でタイマのリセット
を行なった後、ステップ８１７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
燃焼により上昇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Ｔｏよりも高いか否かを判断す
る。この判断がＴ２≦Ｔａであるときには、ステップＳ
１９に移って鳩媒溶液供給ポンプ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＠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８１８での判断が７２＞ＴＯ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８５３
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１４の弁開度を小さくして排気バイパス通路１
３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８５５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＝Ｏ
になると、ステップ８５６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ｉ
制御を終了する。

また、中和液噴射制御サブルーチンは、上記触媒溶液の
噴射に同期してパティキュレートフィルタ７の後面に中
和液タンク３３内の中和液を噴射し、触媒溶液中の有害
成分（例えばＣＬＩなど）を中和して無害化し有害成分
が排気とともに大気中に放出されるのを防止するための
制御ルーチンであり、前述の如く第２図のルーチンのス
テップＳ１０においてＴｌ＜Ｔ＾となった時に、行なわ
れるルーチンである。このルーチンは、ステップＳ６１
から開始して中和液供給ポンプ３２の駆動を行ない、ス
テップ８６２において中和液噴出器３０の電磁開閉弁３
０ｂを開いてパティキュレートフィルタ７への中和液の
噴射を開始し、ステップ８６３においてこの噴射時間が
所定時間経過したか判断する。所定時間経過するまでは
ステップ８６１．８６２を繰り返し噴射を継続させ、所
定時間経過した時にはステップ８６４および８６５にお
いて電磁開閉弁３０ｂを閉じて中和液の噴射を止めると
ともに中和液供給ポンプ３２を止め、本フローを終了す
る。

駆上のようにして、触媒溶液の噴射供給を受けてパティ
キュレートフィルタ７に捕集された可燃性粒子の燃焼除
去が行なわれるのであるが、触媒溶液の噴射回数の増加
に伴ない、触媒成分によるパティキュレートフィルタの
目詰まりが生じ、排気通路６内の背圧が徐々に高くなる
。このため、本発明ではパティキュレートフィルタの目
詰まりによって排気背圧が所定値を越えて高くなった時
には、このパティキュレートフィルタを取り外し、この
触媒成分を除去してパティキュレートフィルタを再生す
るものであるが、その方法としては、目詰まりしたパテ
ィキュレートフィルタを鉱酸水溶液中に所定時間浸漬す
る方法が採られる。

この方法の効果を確認するため目詰まりしたパティキュ
レートフィルタを３規定の硫酸（Ｈ２５０４）水溶液中
に１時間浸漬し、これを数回水洗いした後、１２０℃の
雰囲気中で乾燥した場合でのパティキュレートフィルタ
の重量測定結果と排気背圧の測定結果を第１表に示す。

第１表 重量（ｇ）　背圧（ｊｌｌＨｇ） 車両走行テスト１ｔＪ７５２，３　　　１２１．０車両
走行テスト後　　８１０，１　　　１５３．０再生処理
後　　　　　７５５．２　　　１２６．０上記背圧測定
は、排気ｆｍ　２０００　ｃｃのエンジンを３００Ｏｒ
ｐｍで正味平均有効圧が６．０Ｋ９７−となる負荷条件
の下で運転して行なったもので、パティキュレートフィ
ルタサイズは１．６９Ｊで触媒溶液としてはＣｕＣＱ、
２水溶液を用いて行なった。

この表に示すように、上記再生処理を行なうことにより
パティキュレートフィルタを走行テスト前の状態とほぼ
同等の状態、すなわち、パティキュレートフィルタに目
詰まりしていた触媒成分をほぼ完全に除去できることが
分る。

さらに、上記硫酸水溶液の濃度および浸漬時間を変えて
、上記と同様の効果確認を行なった。この時の結果を触
媒成分残余率により表わして第２表に示す。なお、触媒
成分残余率とはパティキュレートフィルタの再生処理後
の重量から走行テスト前の重量を引いたものを、走行テ
スト前のｌｆｆ１で徐した比をパーセント表示したもの
である。

第２表 硫Ｍ１１度　　　　　　　浸漬時間 （Ｎ）　　　０．５（Ｈ）　　　１．０（Ｈ）　　　２
．０（１−１）０．２　　５．３（％）　　　２．０（
％）　　　１．２（％）２、・０　　１，２（％）　　
　０．６（％）　　　０．４（％）６．０　　０．５（
％）　　　０．３（％）　　　０．２（％）このように
、硫酸の濃度は濃い程残余率が低下するが、５規定以上
の時にはパティキュレートフィルタの強度低下がみられ
た。このため、濃度としては０．２〜５規定が好ましい
。また硫酸に代えた他の鉱酸（例えば、ＨＮ　Ｏ３など
）を使用してもよい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の方法により再生されるパティキュレー
トフィルタを用いた排気ガス浄化装置を示す概略図、 第２図は上記装置による触媒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日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量を決定する
ための特性図である。 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 ９・・・触媒タンク　　　　１０・・・噴射ノズル１３
・・・排気バイパス通路 ２２・・・制御回路 ２３・・・排気ガス温度センサ ２４・・・背圧センサ ３０・・・中和液噴出器 ３３・・・中和液タンク 第１図 第２図 第３ｖＡ　　　第４図 第５図 噴桐１駿→卸

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 エンジンの排気通路中に置かれて排気中の可燃性粒子な
   どを捕集し、かつ排気通路上流側から噴射された触媒溶
   液により前記捕集した可燃性粒子を燃焼させるパティキ
   ュレートフィルタを前記排気通路から取り外し、 該パティキュレートフィルタを鉱酸水溶液中に設定時間
   浸漬して前記触媒溶液の噴射により付着した触媒成分を
   除去し、 その後、該パティキュレートフィルタを洗浄、乾燥して
   再使用に供するようにしたことを特徴とするエンジンの
   排気ガス浄化用フィルタの再生方法。