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JPH01159029A - ディーゼルエンジンの排気浄化装置 - Google Patents

ディーゼルエンジンの排気浄化装置

Info

Publication number
JPH01159029A
JPH01159029A JP62316108A JP31610887A JPH01159029A JP H01159029 A JPH01159029 A JP H01159029A JP 62316108 A JP62316108 A JP 62316108A JP 31610887 A JP31610887 A JP 31610887A JP H01159029 A JPH01159029 A JP H01159029A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
filter
exhaust gas
particulates
ion
zeolite
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP62316108A
Other languages
English (en)
Inventor
Kotaro Hayashi
孝太郎 林
Tokuta Inoue
井上　悳太
Sumio Ito
伊藤　純雄
Kiyoshi Obata
小端　喜代志
Shinichi Takeshima
伸一 竹島
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toyota Motor Corp filed Critical Toyota Motor Corp
Priority to JP62316108A priority Critical patent/JPH01159029A/ja
Priority to US07/281,048 priority patent/US4934142A/en
Priority to DE3842282A priority patent/DE3842282C2/de
Publication of JPH01159029A publication Critical patent/JPH01159029A/ja
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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】 〔産業上の利用分野〕 本発明はディーゼルエンジンの排気ガス中に含まれるパ
ティキュレートと悪臭成分を除去する排気浄化装置に関
する。
〔従来の技術〕
従来この種の排気浄化装置として、実開昭６２−５８２
０号公報に開示されているように、排気系中にパティキ
ュレートフィルタを設け、このフィルタの下流側に、ア
ルデヒド類等の悪臭成分を除去するためのフィルタを設
けたものが知られている。
悪臭除去フィルタは、コージュライト基材の表面にγア
ルミナ等の悪臭成分吸着剤をコーティングし、その下流
側の端部に白金、パラジウム等の触媒を担持させて構成
される。悪臭成分は、排気ガスの低温時、吸着剤により
吸着され、高温時、吸着剤から脱離し、エンジンから排
出された悪臭成分とともに、触媒により酸化されて浄化
される。
〔発明が解決しようとする問題点〕
上述した従来の排気浄化装置において、悪臭除去フィル
タは、コージュライト基材の表面に吸着材をコーティン
グしたフィルタの端部に触媒を担持させるため、製造工
程が複雑であるという問題があり、吸着剤と触媒を別の
基材に設けると、触媒容器がもう一つ必要となって構成
が複雑になるという問題を生じる。またディーゼルエン
ジンの排気ガスの空燃比はリーンであるため、上記排気
浄化装置によっては窒素酸化物（ＮＯｘ）の浄化ができ
ないという問題がある。
本発明は、排気ガス中のパティキュレートを除去するだ
けでなく、悪臭成分を吸着あるいは酸化作用により、ま
たＮＯｘを還元作用によりそれぞれ除去する、製造およ
び構造が筒車な排気浄化装置を提供することを目的とす
る。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明に係る排気浄化装置は、エンジン排気系中に、排
気ガス中のパティキュレートを捕集する第１のフィルタ
を設け、この第１のフィルタの下流側に、ゼオライトに
銅イオンをイオン交換担時させて成る第２のフィルタを
配設したことを特徴としている。
〔実施例〕
以下図示実施例に基いて本発明を説明する。
第１図は本発明の第１実施例を示す。この図において、
ディーゼルエンジン１１の排気マニホルド１２に連結さ
れた排気管１３には拡径部１４が形成され、この拡径部
１４内には、排気ガス中のパティキュレートを（炭素微
粒子と炭素固体表面に吸着される液状ＨＣとから成る）
を除去するための第１のフィルタ１５と、悪臭成分（未
燃燃料とアルデヒド等の酸化物）を除去するための第２
のフィルタ１６が設けられる。マフラー１７は、拡径部
１４より下流側の排気口の近傍に設けられる。
第１分岐管２１は、エンジン１１と拡径部１４の間に位
置する第１連結部２２と、拡径部１４とマフラー１７の
間に位置する第２連結部２３とを、連通させる。第２分
岐管２４は、第１連結部２２と拡径部１４の間に位置す
る第３連結部２５と、第２連結部２３とマフラー１７の
間に位置する第４連結部２６とを連通させる。第１およ
び第３連結部２２　、２５の間には、第１切替弁３１が
配設され、第２および第４連結部２３　、２６の間には
、第２切替弁３２が設けられる。
第１切替弁３１を開閉制御する、アクチュエータ３３は
、従来公知のダイヤフラム型の構造を有し、負圧調整弁
３４により負圧あるいは大気圧を導かれて作動する。負
圧調整弁３４はマイクロコンピュータを備えた制御回路
（ＥＣＵ）３５により制御され、負圧源あるいは大気を
アクチュエータ３３に連通させる。第２切替弁３２を開
閉制御するアクチュエータ３６もダイヤフラム型の構造
を有し、ＥＣＵ　３５により制御される負圧調整弁３７
により負圧あるいは大気圧を導かれて作動する。通常、
第１および第２切替弁３１　、３２は閉弁しているが、
第１フイルタ１５の再生時、第１切替弁３１は所定開度
で開弁し、また第２切替弁３２は全開する。
第１のフィルタ１５の再生すなわちパティキュレートの
燃焼のため、このフィルタ１５と第２のフィルタ１６の
間には電気ヒータ４１が設けられる。電気ヒータ４１は
リレー４２を介してバッチＩＪ４３に連結される。リレ
ー４２はＥＣＵ　−３５に制御されて開閉し、フィルタ
再生時期であると判断された時、ヒータ４１に通電して
これを発熱させ、これによりフィルタ１５に捕集された
パティキュレートは燃焼する。フィルタ１５の再生時期
の判断および再生制御は、従来公知のように、燃料噴射
ポンプ４４に設けられたエンジン回転数センサ４５およ
びアクセル位置センサ４６と、背圧センサ４７と、排気
温センサ４８とから得られる検出信号に従って行なわれ
る。
第１のフィルタ１５はハニカムフィルタであり、入口側
が栓詰めされた多孔質セルと、出口側が栓詰めされた多
孔質セルとを交互に配設して成形されたコージュライト
基材を有し、コージュライト基材の表面には、ＨＣ等の
悪臭成分を吸着するγアルミナがコーティングされる。
またγアルミナの表面には、捕集されたパティキュレー
トを燃焼させる再生時にパティキュレートの着火温度を
下げるため、銅銀等の触媒が担持される。
第２のフィルタ１６は、モノリス形に成形されたセラミ
ックの表面に、合成高シリカ型ゼオライトにＣｕ”＋を
イオン交換担時させるものをコーティングして形成され
る。このフィルタ１６の製造方法の一例を詳述すると、
まず、ゼオライト１００部とシリカゾル８０部とを水お
よび硝酸とともにボールミリングしてウォッシュコート
スラリーを生成し、このウォッシュコートスラリー中に
、コージュライトから成る１ｄ当り３００個のセルを含
む１．３１のハニカム基材を浸漬する。次に、ウォッシ
ュコートスラリーを含浸したハニカム基材に、圧縮空気
を吹きつけて過剰のウォッシュコートスラリーを除去し
た後、これを乾燥して遊離水を除去する。そしてこのハ
ニカム基材を５００°Ｃで一時間焼成して後、ゼオライ
トを約５０μ−の厚さにコーティングする。次いで、こ
のようにして得られたゼオライトコートフィルタ担体を
０．０２　ｍｏｌ／ｌの酢酸銅水溶液に２４時間浸漬し
、そして乾燥させた後、５００℃で１時間焼成し、Ｃｕ
”＋をイオン交換担時させる。本実施例においてＣｕ”
イオン交換率は８９％であり、またＣｕ２＋の担持量は
、２０　ｇ／ｌである。
次に本実施例の作用を説明する。
通常、第１および第２切替弁３１　、３２は全閉状態に
ある。したがって、排気ガスは第１連結部２２から第１
分岐管２１に流入し、第２連結部２３において方向転換
して拡径部１４内に流入する。しかして排気ガスは、第
１のフィルタ１５および第２のフィルタ１６を通過して
この間に浄化され、そして第３連結部２５から第２分岐
管２４に流入し、第４連結部２６およびマフラー１７を
経て大気中へ排出される。
すなわち、排気ガス中のパティキュレートおよびタール
、イオウ、リン等の触媒毒は第１のフィルタ１５により
捕集され、また未燃燃料等のＨＣから成る高沸点側の悪
臭成分は第１のフィルタ１５に吸着される。一方、アル
デヒド類等の低沸′点側の悪臭成分は、エンジンの始動
時あるいはアイドル運転時のように排気温が低い（約２
００℃以下）場合、第２のフィルタ１６のゼオライトに
より吸着される。またゼオライトにより排気ガスの白煙
あるいは青煙の排出も防止される。排気温が上昇すると
（約２００℃以上）、この吸着された悪臭成分は、ゼオ
ライトから脱離するが、このゼオライトの触媒作用によ
り酸化され、無臭状態で排出される。さらに排気温が高
くなると、アルデヒド類のみならず未燃燃料等の悪臭成
分もゼオライトの触媒作用により完全酸化される。また
ディーゼルエンジンの排気ガスの空燃比はリーン（Ａ／
Ｆ＞２０）であり、排気ガス中には酸素が比較的多量に
含まれるが、排気温がある程度高くなるとＣｕ”が触媒
として活性化するので、排気ガス中のＮＯｘはＣｕ”°
によって還元され浄化される。このＮＯｘの浄化率は約
３５０〜４００℃において最大となる。
第１のフィルタ１５上のパティキュレートの捕集量が一
定値に達した時、パティキュレートは電気ヒータ４１に
より着火されて燃焼し、これによりフィルタの再生が行
なわれる。この再生時、第１切替弁３１は所定開度で開
弁じ、第２切替弁３２は全開しており、これにより、フ
ィルタ１５内の排気ガスの流れがパティキュレートの捕
集時とは逆方向となる。またフィルタ１５における排気
ガス流量が全排気ガス流量の約１／１０になるように制
御される。なお再生時、フィルタ１５内の排気ガスの流
れを逆方向とすることにより、フィルタ１５の溶損が防
止される。
しかして本実施例によれば、排気ガス中のパティキュレ
ートは第１のフィルタ１５に捕集され、その捕集量が一
定値に達した時、燃焼され、これにより第１のフィルタ
１５は再生される。また第１のフィルタ１５によりパテ
ィキュレートのみならずタール等の触媒毒も捕集される
ため、第２のフィルタ１６のゼオライトの性能劣化が防
止される。排気ガス中の未燃燃料等の悪臭成分は第１の
フィルタ１５に吸着されるが、アルデヒド類等の悪臭成
分は、低温時第２のフィルタ１６のゼオライトに吸着さ
れ、高温時このゼオライトから脱離するとともに触媒作
用によって酸化される。また高温時、未燃燃料等の悪臭
成分もゼオライトにより酸化される。さらに排気ガス中
のＮＯｘはＣｕｚ・より還元され浄化される。
悪臭成分を除去する第２のフィルタ１６は、従来のよう
にコージュライト基材にアルミナをコーティングしたフ
ィルタの端部のみに触媒を担持させた構成ではなく、コ
ージュライト基材にゼオライトをコーティングしたフィ
ルタにＣｕ２＋をイオン交換担時させたものであり、Ｃ
ｕ”を担持する部位は特に限定されない（フィルタ表面
全体でもよく、また製造の容易な部位のみでもよい）。
したがって、第２のフィルタ１６は容易に製造される。
第２図は本実施１例の性能を第１および第２比較例の性
能と比較したものである。第１比較例は、第３図（Ａ）
に示すように、２．５１のハニカムフィルタ（本実施例
の第１フイルタ１５と同じ）の下流側に１．３２の吸着
材フィルタを設けたものであり、この吸着材フィルタは
、直径５鶴の粒状活性炭を多孔質セパレータを介して容
器内に収容して成る。第２比較例は、第３図（Ｂ）に示
すように、第１比較例におけるハニカムフィルタと吸着
材フィルタのさらに下流側に、２．０１の触媒を設けた
ものであり、この触媒は、ハニカム型のコージュライト
基材にγアルミナをコーティングするとともに白金およ
びパラジウムを担持させて成形される。第３図（Ｃ）は
本実施例を模式的に示し、ハニカムフィルタ（第１フイ
ルタ１５であり、第１および第２比較例と同じ）の下流
側にＣｕ　２　＋をイオン交換担時したゼオライトフィ
ルタ（第２のフィルタ１６）が設けられている。
実験は、これらの比較例および本実施例を排気量３．４
１の直噴型ディーゼルエンジンの排気管に取付けて行な
われた。５分間のアイドリング運転（６００ｒｐｎ＋）
の後、１１０００ｒｐで５分間運転し、その後１５００
ｒｐｎ＋、　　２００Ｏｒｐｍ、２５０Ｏｒｐｍ、およ
び３０００ｒｐｍでそれぞれ１５分間ずつ運転を行なっ
た。
第２図は、このときのハニカムフィルタ上流の排気温度
と悪臭成分の浄化量の関係を示す。各側ともに、排気温
度が約１５０℃より低い時、良好な浄化を示す。排気温
度が約３００℃になると、破線ａで示すように、第１比
較例においては悪臭成分が脱離するため浄化量は負の値
を示す。この状態において、第２比較例においては脱離
した悪臭成分は触媒により浄化されるため、−点鎖線す
で示すように、浄化量が負になることはなく、また排気
温度がさらに上昇すると、触媒の浄化性能は増加する。
一方、本実施例においては、実線Ｃで示すように、排気
温度が２００〜３００℃の間において浄化量が少なくな
るが、低温域および高温域において充分な浄化性能が得
られる。なお、図中、符号ａは悪臭成分がフィルタによ
り吸着される領域を示し、符号ｅは悪臭成分が触媒によ
り浄化される領域を示す。
また、上記実験においてＮＯｘの浄化率は、第１比較例
において２％、第２比較例において３％、本実施例にお
いて４２％であった。
第４゛図は第２実施例を示す。この実施例において、分
岐管５１は、エンジン１１と拡径部１４の間に位置する
第１連結部５２と、拡径部１４とマフラー１７の間に位
置する第２連結部５３とを連通させる。切替弁５４は分
岐管５１に設けられ、アクチュエータ５５により開閉さ
れる。アクチュエータ５５は負圧調整弁５６により負圧
あるいは大気圧を４かれて切替弁５４を制御する。第１
のフィルタ１５は第２のフィルタ１６よりも第１連結部
５２側に設けられ、電気ヒータ４１は第１のフィルタ１
５の第１連結部５２側に設けられる。
その他の構成は第１実施例と同様である。
しかして第２実施例において、通常、切替弁５４は閉弁
しており、排気ガスは第１および第２のフィルタ１５　
、１６を通過してこの間に浄化される。
第１のフィルタ１５の再生時、切替弁５４は、フィルタ
１５　、１６を流れる排気ガスの流星が全流量の約１／
１０になるように開弁する。フィルタ１５゜１６の作用
は第１実施例と同様であり、この第２実施例によっても
第１実施例と同じ効果が得られる。
〔発明の効果〕
以上のように本発明によれば、第１のフィルタの下流へ
ゼオライトにＣｕ”をイオン交換担時させた第２のフィ
ルタを設けたので、排気ガス中のパティキュレートを除
去できるだけでなく、全ての排気温度域において悪臭成
分を確実に除去でき、しかもＮＯｘを低域させることが
できる、製造および構造が筒車な排気浄化装置が得られ
る。また、本発明は、第１のフィルタによりパティキュ
レ−トおよびイオウ、リン等を捕集するので、第２のフ
ィルタの性能劣化を防止し耐久性を向上させることがで
きる。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の第１実施例を示す断面図、第２図は第
１実施例および比較例の効果を示すグラフ、第３図は（
Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）はそれぞれ第１および第２比較例
および第１実施例の構成を示す模式図、第４図は第２実
施例を示す断面図である。 １５・・・第１のフィルタ、 １６・・・第２のフィルタ。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. １、エンジン排気系中に、排気ガスの中のパティキュレ
    ートを捕集する第１のフィルタを設け、この第１のフィ
    ルタの下流側に、ゼオライトに銅イオンをイオン交換担
    時させて成る第２のフィルタを配設したことを特徴とす
    るディーゼルエンジンの排気浄化装置。
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