JPS61234218A - 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などの排気ガスに含まれるカー
ボン粒子などの可燃性粒子（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粒子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
ン粒子など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
が高くなるという問題があり、電気的加熱による場合は
、電熱線の近傍に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。

また、特開昭５６−９８５１９号公報に記載されるよう
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、エンジンが正常運転域に
あるときには、その排気ガス温度が比較的低いため（例
えば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かかわらず、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
確実に行なおれなくなり、触媒フィルタの目詰まりによ
り排気抵抗が増大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１本出願人は、先に、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
トフィルタを、比較的目が荒い上流側フィルタと比較的
目が細かい下流側フィルタとに分割して構成し、該上流
側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（触媒溶液）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
（例えばＣｕＣｌ２ｚ）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上記各成分を均一に付着させて可
燃性粒子の着火温度を大幅に低下させ、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
除去できるようにした技術を提案している。

ところが、そのような構造では、噴射された触媒溶液が
略円形状に拡がり、その触媒溶液を上流側フィルタの上
流側端面全体に当てるために、噴射角を大きくしようと
すれば噴射ポンプの圧力を高める必要があり、また、噴
射距離を長くしようとすれば大型化するので、ポンプ圧
力が一定レベル以下でかつコンパクトにするためには噴
射範囲に自ずから一定の制限が生ずる。そのため、その
噴射範囲外に捕集されている可燃性粒子は燃焼し難く、
排気抵抗の増大の原因となるという問題がある。

（発明の目的） 本発明は、パティキュレートフィルタに捕集された可燃
性粒子が燃焼されずに排気抵抗が増大することを防止し
たエンジンの排気ガス浄化装置を提供することを目的と
する。

（発明の構成） 本発明は、排気系に可燃性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ガス浄化装置に係
るものである。

本発明は、パティキュレートフィルタを、比較的目の荒
い上流側フィルタ部材と比較的目の細かい下流側フィル
タ部材とに分割して構成している。

上流側フィルタ部材の上流側端面に対し前記可燃性粒子
の燃焼を促進させる触媒溶液を噴射供給する溶液噴射手
段を設けている。さらに、上流側フィルタ部材は、触媒
溶液が噴射供給される部分を除く上流側端面の部分が下
流側端面まで貫通する中空部を有する。

（実施例） 以下、本発明の実施例を図面に沿って説明する。

第１図はエンジンの排気ガス浄化装置の全体構成を示し
、１はディーゼルエンジンで、燃焼室２に連通ずる渦流
室３を備え、該渦流室３．に燃料噴射ノズル４を通じて
燃料を噴射供給するようになっている。

６は排気通路で、途中に排気ガス中のカーボン粒子など
の可燃性粒子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。パティキュレートフィルタ７は、比較
的目の荒い上流側フィルタ部材８と、比較的目の細かい
下流側フィルタ部材９とを直列に配してなり、排気ガス
が両フィルタ部材９を順に通る際に排気ガス中の可燃性
粒子が捕集されるようになっている。なお１両フィルタ
部材８，９はそれぞれリテーナ８ｃ、９ｃにより固定保
持されている（第２図参照）。

上流側フィルタ部材８は下流側フィルタ部材９より薄く
例えば１／８程度の厚さとして可燃性粒子の捕集可能量
を少なくし、フィルタ再生時の可燃性粒子の燃焼による
温度の異常上昇を抑制し、その温度の異常上昇に起因す
るクラックの発生を防止している。

上流側フィルタ部材８は海綿状タイプのフィルタで、セ
ラミック繊維を綿状に集めてなるセラミックファイバタ
イプフィルタもしくはセラミックをスポンジ状に形成し
てなるセラミックフオームタイプフィルタからなる一方
、下流側フィルタ部材９は多孔質材料よりなるハニカム
形状のウオールフロータイブフィルタからなる。

上記上流側フィルタ部材８の上流側端面８ａ上もしくは
この近傍で可燃性粒子の多くは捕集され、この部分の捕
集可燃性粒子の濃度が濃くなり、しかも上流側にある後
述の噴射ノズル１１から噴射供給される触媒溶液の濃度
も上記端面８ａ近傍で濃くなるため、着火温度が低くな
る。したがって、着火性の点からは海綿状タイプフィル
タが望ましいのであるが、これのみでは捕集率が低下す
るため、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の一方を交互に閉塞して排気ガ
スのハニカム孔の隔壁を通過させるように構成し、該隔
壁を通過する際に排気ガス中の可燃性粒子を通過させて
これを捕集する捕集率の高いウオールフロータイブフィ
ルタを下流側に配している。なお、下流側フィルタ部材
９は着火温度が高くなりやすいウオールフロータイブフ
ィルタであるが、上流側フィルタ部材８において比較的
低温で着火し燃焼した後の高温排気を下流側に導くよう
になっているので、下流側フィルタ部材９に捕集された
可燃性粒子を確実に燃焼除去することができる。

上記排気通路６には上流側フィルタ部材８上流に上記可
燃性粒子の燃焼を促進させる触媒溶液を噴射供給する溶
液噴射手段１０が設けられでいる。

溶液噴射手段１０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１１ａを上流側フィルタ部材８の
上流側端面８ａの中心に向けて配設され、上流側フィル
タ部材８に触媒溶液を噴射する噴射ノズル１１と、触媒
溶液を貯える触媒タンク１２と、該触媒タンク１２と噴
射ノズル１１とを接続する接続管１３と、該接続管１３
の途中に介設された電動式の触媒溶液供給ポンプ１４お
よび電磁開閉弁１５とを備えてなる。そして、触媒溶液
供給ポンプ１４の作動および電磁開閉弁１５の開作動に
より、上記触媒タンク１２内の触媒溶液を所定量（例え
ば１０〜１．０Ｏｃｃ）だけ噴射ノズル１１の噴射口１
１ａから上流側フィルタ部材８の上流側端面８ａに向け
て噴射させてその表面に付着させるようになっている。

上記上流側フィルタ部材８には、触媒溶液が噴射供給さ
れる部分を除く上流側端面８ａの部分に、はぼ全域に亘
って下流側端面８ｂまで貫通する中空部８ｄ、８ｅが形
成されている（第３図参照）。

なお、鎖線Ｒは触媒溶液の噴射範囲を示している。

上記触媒溶液としては、１０グラムの塩化鋼（ＣｕＣ１
２ｚ）を１００ｃｃの水に溶かした溶液を用いているが
、これ以外にも１例えば０．０５〜０．５重量％の１も
しくは２以上の白金ｇ（Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｉ　ｒ）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、Ｎｉ、Ｍｏ、Ｃ
ａ、Ｂａ）の水溶性塩を、１０〜５０重量％の灯油、軽
油９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、水とを混合してエマルジョ
ン化したものを用いてもよい。

上記噴射ノズル１１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１６とは排気バイパス
通路１７によって接続されている。

また、上記バイパス通路１７の上流端部すなわち噴射ノ
ズル１１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１７を開閉するバイパス弁１８が配設されて
いる。バイパス弁１８はダイヤフラム装置２０に連係さ
れ、排気バイパス通路１７を閉じる第２位置Ａ２とそれ
を開く第２位置Ａ２とを有している。ダイヤフラム装置
２０の負圧室２０ａはスプリング２０ｂが設けられると
ともに、負圧導入通路２１を介してバキュームポンプ２
２に接続されている。負圧導入通ｆｉ２１の途中には上
記ダイヤフラム装［２０の負圧室２０ａをバキュームポ
ンプ２２または大気開放部２３に択一的に連係させる三
方ソレノイドバルブ２４が配設されている。三方ソレノ
イドバルブ２４の切換制御でダイヤフラム装置ｉ！２０
を作動させ、バイパス弁１８を回動させて第２位［Ａ２
とし、エンジン１からの排気ガスを、排気バイパス通路
１７を介して噴射ノズル１１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、パティキュレートフ
ィルタ７側へ流れる排気ガス量を制限することができる
。

２５は電磁開閉弁１５、触媒溶液供給ポンプ１４、およ
び三方ソレノイドバルブ２４を作動制御するための制御
回路、２６は上流側フィルタ部材８上流の排気通路６内
の排気ガス圧つまりエンジン１の排圧を検出する排圧セ
ンサである。この排圧センサ２６の出力は上記制御回路
２５に入力されている。

上記のように構成すれば、排圧センサ２６にて検出され
る検出圧Ｐが、設定圧Ｐｏを越えたと制御回路２５にて
判定された場合には、パティキュレートフィルタ７にて
適量の可燃性粒子が捕集されたと判断されるので、三方
ソレノイドバルブ２４に信号を送ってダイヤフラム装置
２０によりバイパス弁１８を第２位ＫＡ２とし、排気バ
イパス通路１７を通じて排気ガスをバイパスさせ、パテ
ィキュレートフィルタ７側へ流れる排気ガス量を制限す
る。

それから、電磁開閉弁１５を開き、触媒溶液供給ポンプ
１４を作動させ、上流側フィルタ部材８の上流側端面８
ａに向けて噴射ノズル１１より触媒溶液を噴射する。所
定量の噴射後、電磁開閉弁１５が閉じ、触媒溶液供給ポ
ンプ１４を停止する。

これにより、海綿状タイプフィルタからなる比較的目の
荒い上流側フィルタ部材８は触媒溶液により着火温度が
低下し、また、下流側フィルタ部材９においては上流側
フィルタ部材８での可燃性粒子の燃焼により高温になっ
た排気ガスが流れ込み２着火性が高まるので、上流側お
よび下流側フィルタ部材８，９に捕集された可燃性粒子
の燃焼除去を確実に行なうことができ、パティキュレー
トフィルタフの再生効率の向上が図れる。それとともに
、上流側フィルタ部材８のうち触媒溶液が噴射供給され
る部分を除く部位すなわち触媒溶液が噴射供給されない
部位は中空部８ｄ、８ｅとなっているので、その部位に
可燃性粒子が捕集されず通り抜け、上流側フィルタ部材
８において可燃性粒子が燃焼されずに排気抵抗が増大す
るという不具合は起らない。

しかも、上流側フィルタ部材８では捕集できない微小な
可燃性粒子や上流側フィルタ部材８を通り抜ける可燃性
粒子を、下流側に配したウオールフロータイブフィルタ
からなる目の比較的細かい下流側フィルタ部材９により
確実に捕集して燃焼除去することができるので、捕集率
を低下させることがない。

上記実施例では、開口面積の大きい２つの中空部８ｄ、
８ｅを上流側フィルタ部材８の溶液が噴射供給される部
分を除く部分に形成しているが、その代わりに、第４図
に示すように、開口面積の小さい中空部８ｆを多数設け
るようにしてもよい。

（発明の効果） 本発明は上記のように構成したから、触媒溶液の噴射範
囲外に可燃性粒子が捕集されてそれらがフィルタ再生時
に燃焼除去されずに排気抵抗が増大することを防止でき
るとともに、上流側フィルタ部材の中空部を通過した可
燃性粒子は、比較的目の細かい下流側フィルタ部材にて
確実に捕集され、他の可燃性粒子とともに燃焼除去され
るので。

捕集率を低下させることもない。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施例を示し、第１図はエンジンの排気
ガス浄化装置の全体構成図、第２図は上記装置に用いる
パティキュレートフィルタを示す断面図、第３図は第２
図の■−■線における断面図、第４図は変形例について
の第３図と同様の図である。 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、８．３０・・・・・・上流側フィルタ部材、
８ａ・・・・・・上流側端面、８ｂ・・・・・・下流側
端面、８ｄ、８ｅ、８ｆ・・・・・・中空部。 ９・・・・・・下流側フィルタ部材。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）排気系に可燃性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ガス浄化装置において
   、前記パティキュレートフィルタを比較的目の荒い上流
   側フィルタ部材と比較的目の細かい下流側フィルタ部材
   とに分割して構成し、該上流側フィルタ部材の上流側端
   面に対し前記可燃性粒子の燃焼を促進させる触媒溶液を
   噴射供給する溶液噴射手段を設け、上記上流側フィルタ
   部材は、触媒溶液が噴射供給される部分を除く上流側端
   面の部分に下流側端面まで貫通した中空部を形成してい
   ることを特徴とするエンジンの排気ガス浄化装置。