フィルタ付きシリンダ内噴射エンジン及びシリンダ内噴射エンジン用フィルタの使用方法
【課題】 フィルタの目詰まりの進行を遅くし、フィルタを再生又は交換するまでのエンジン運転時間を延ばし、又はフィルタの再生もしくは交換を不要にする。
【解決手段】 排気通路１１０に、排気に含まれる粒子状物質を捕集するフィルタ２００を設けたシリンダ内噴射エンジン１００において、フィルタよりも排気上流側の排気通路に、カリウム、カリウム化合物、ナトリウム及びナトリウム化合物のうち少なくとも一つを溶解した溶液を供給するように構成したフィルタ付きシリンダ内噴射エンジン。
【解決手段】 排気通路１１０に、排気に含まれる粒子状物質を捕集するフィルタ２００を設けたシリンダ内噴射エンジン１００において、フィルタよりも排気上流側の排気通路に、カリウム、カリウム化合物、ナトリウム及びナトリウム化合物のうち少なくとも一つを溶解した溶液を供給するように構成したフィルタ付きシリンダ内噴射エンジン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンの排気に含まれる粒子状物質をフィルタで捕集する排気浄化の技術分野に属し、特にフィルタで捕集した粒子状物質を除去する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の排気浄化を行う装置として、エンジンの排気通路に、排気に含まれる粒子状物質を捕集するフィルタを設けたものが知られている（例えば、特許文献１、特許文献２を参照）。このようなエンジンでは、フィルタが目詰まりすると、バーナや電気ヒータにより捕集された粒子状物質を燃焼させてフィルタを再生することが行われる。その場合、フィルタを２個並列に設け、片方のフィルタが目詰まりしたら排気を他方のフィルタに切り換え、その間に目詰まりしたフィルタを再生させる切り換え再生方式の排気浄化装置がある。これとは別に、フィルタが目詰まりしたらエンジンを停止してフィルタを再生させる停止再生方式の排気浄化装置とがある。停止再生方式の排気浄化装置には、フィルタを排気通路に脱着可能に設け、目詰まりしたフィルタを新品又は再生済みのフィルタに交換する脱着方式の排気浄化装置がある（例えば、特許文献３を参照）。また、フィルタの近傍に設けたヒータに外部電源から電流を流して再生する方法もある。
【０００３】
フィルタを再生するにはバーナや電気ヒータを用いるので、エネルギが必要である。また、停止再生方式の排気浄化装置は、フィルタの交換、再生のためにエンジンを停止させなければならないので、エンジン運転の自由度が制限されてしまう。
【０００４】
このようにバーナや電気ヒータでエネルギを用いることを行わずにディーゼルエンジンの排気の粒子状物質を除去する技術として、アルカリ金属又はアルカリ土類金属の酸化物よりなる触媒粒子と、この触媒粒子を支持する酸化物系セラミック粒子とからなる燃焼触媒により、排気の粒子状物質を燃焼させる技術が知られている（例えば、特許文献４を参照）。また、ディーゼルエンジンに白金で触媒化した粒子トラップを設け、このエンジンをディーゼル燃料と燃料可溶性セリウム組成物で作動させ、トラップのバランス点（定常状態の燃焼温度）を低下させる技術が知られている（例えば、特許文献５を参照）。
【特許文献１】特開平２−１８５６１１号公報
【特許文献２】特開平１０−１３１７４０号公報
【特許文献３】特開平８−３５４１７号公報
【特許文献４】特開２００１−１７０４８３号公報
【特許文献５】特表２００２−５１１９１１号公報
【非特許文献１】エンジンテクノロジー、山海堂発行２００１年５月号（２００１年６月２６日発行）、ｐ４１〜４４、岩井邦夫「植物油のエステル化技術の動向」
【特許文献６】特開２００４−１３７９１８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献４で開示された技術は、触媒を設ける必要があるし、特許文献５で開示された技術は、セリウム又はその化合物を大気に放出する可能性があり、環境汚染のおそれがある。
【０００６】
本発明者は、このようなフィルタを設けたディーゼルエンジンをバイオディーゼル燃料により運転したときに、一般的な軽油を用いて運転したときよりもフィルタにおける目詰まりの進行が遅くなることを知見し、またフィルタの再生時間が短縮されることを知見し、先に、浮遊粒子状物質捕集フィルタ付きエンジンの使用方法（特許文献６）を完成した。その後、実験を続けるなかで、燃料を通常の燃料としながら、フィルタの排気上流側にカリウム化合物等を供給することで同様の効果が得られることを知見し、本発明を完成するに至ったものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、請求項１のフィルタ付きシリンダ内噴射エンジンは、排気通路に、排気に含まれる粒子状物質を捕集するフィルタを設けたシリンダ内噴射エンジンにおいて、フィルタよりも排気上流側の排気通路に、カリウム、カリウム化合物、ナトリウム及びナトリウム化合物のうち少なくとも一つを溶解した溶液を供給するように構成した。
【０００８】
このフィルタ付きシリンダ内噴射エンジンによれば、フィルタのなかで間欠的に温度上昇が起こり、このような溶液を供給せずに運転する通常運転を行う場合に較べて、フィルタにおける目詰まりの進行が遅くなる。これはフィルタのなかで当該フィルタに捕集された粒子状物質が間欠的に燃焼して除去されるためと推定される。また、通常運転を行う場合に較べて、フィルタの再生時間が短縮される。これはフィルタのなかに残留する物質が燃焼を促進するためと推定される。
【０００９】
請求項２のフィルタ付きシリンダ内噴射エンジンは、請求項１のフィルタ付きシリンダ内噴射エンジンにおいて、カリウム、カリウム化合物、ナトリウム及びナトリウム化合物のうち少なくとも一つを溶解した溶液が、酢酸カリウム、酢酸ナトリウムその他の酢酸塩のうち少なくとも一つをメタノールに溶解した溶液、又は蟻酸カリウム、蟻酸ナトリウムその他の蟻酸塩のうち少なくとも一つをメタノールに溶解した溶液である。
【００１０】
請求項３のフィルタ付きシリンダ内噴射エンジンは、請求項１又は請求項２のフィルタ付きシリンダ内噴射エンジンにおいて、さらにフィルタの周辺に熱源が設けられている。
【００１１】
このようにすれば、熱源が、フィルタに捕集された粒子状物質が燃焼するきっかけ、火種となり、この粒子状物質が確実に燃焼しはじめるので、フィルタにおける目詰まりの進行が更に遅くなる。
【００１２】
請求項４のシリンダ内噴射エンジン用フィルタの使用方法は、シリンダ内噴射エンジンの排気通路に着脱可能に設けられ、排気に含まれる粒子状物質を捕集するフィルタを使用する方法であって、排気通路から取り外したフィルタの排気入口側の端面に、カリウム、カリウム化合物、ナトリウム及びナトリウム化合物のうち少なくとも一つを溶解した溶液を噴霧、塗布等により付着し、このフィルタを排気通路に装着する方法である。
【００１３】
この使用方法によれば、フィルタのなかで間欠的に温度上昇が起こり、このような溶液を付着せずに運転する通常運転を行う場合に較べて、フィルタにおける目詰まりの進行が遅くなる。これはフィルタのなかで当該フィルタに捕集された粒子状物質が間欠的に燃焼して除去されるためと推定される。また、通常運転を行う場合に較べて、フィルタの再生時間が短縮される。これはフィルタのなかに残留する物質が燃焼を促進するためと推定される。
【００１４】
請求項５のシリンダ内噴射エンジン用フィルタの使用方法は、請求項４のシリンダ内噴射エンジン用フィルタの使用方法において、カリウム、カリウム化合物、ナトリウム及びナトリウム化合物のうち少なくとも一つを溶解した溶液が、酢酸カリウム、酢酸ナトリウムその他の酢酸塩のうち少なくとも一つをメタノールに溶解した溶液、又は蟻酸カリウム、蟻酸ナトリウムその他の蟻酸塩のうち少なくとも一つをメタノールに溶解した溶液である。
【００１５】
請求項６のシリンダ内噴射エンジン用フィルタの使用方法は、請求項４又は請求項５のシリンダ内噴射エンジン用フィルタの使用方法において、さらにフィルタの周辺に熱源が設けられている。
【００１６】
このようにすれば、熱源が、フィルタに捕集された粒子状物質が燃焼するきっかけ、火種となり、この粒子状物質が確実に燃焼しはじめるので、フィルタにおける目詰まりの進行が更に遅くなる。
【発明の効果】
【００１７】
請求項１及び請求項２のフィルタ付きシリンダ内噴射エンジンによれば、フィルタで捕集された粒子状物質が自然に燃焼すると考えられるので、通常運転を行う場合に較べてフィルタの目詰まりの進行が遅くなり、高速道路の走行では勿論のこと一般道の走行においてもフィルタを再生又は交換するまでのエンジン運転時間を延ばし、又はフィルタの再生もしくは交換を不要にすることができる。また、触媒のように低硫黄燃料を使用する必要がなく、フィルタ再生用のバーナ、電気ヒータ等は用いないので、省エネルギが促進され、装置のトラブルが低減し、コスト低減に寄与する。また、フィルタの交換又は再生のためにエンジンを停止させる頻度を少なくし又は無くすことができるので、エンジン運転の自由度を拡大することができる。さらに、通常燃料に較べて排出物質に加わるのはカリウムもしくはカリウム化合物又はナトリウムもしくはナトリウム化合物であるから、環境汚染のおそれがない。また、通常燃料を用いて運転した場合に較べてフィルタの再生時間が短縮されるので、エンジン運転の自由度を拡大することができる。
【００１８】
請求項３のようにすれば、熱源が、フィルタに捕集された粒子状物質が燃焼するきっかけ、火種となり、この粒子状物質が確実に燃焼しはじめるので、フィルタにおける目詰まりの進行を更に遅くすることができる。
【００１９】
請求項４及び請求項５のシリンダ内噴射エンジン用フィルタの使用方法によれば、フィルタで捕集された粒子状物質が自然に燃焼すると考えられるので、通常運転を行う場合に較べてフィルタの目詰まりの進行が遅くなり、高速道路の走行では勿論のこと一般道の走行においてもフィルタを再生又は交換するまでのエンジン運転時間を延ばし、又はフィルタの再生もしくは交換を不要にすることができる。また、触媒のように低硫黄燃料を使用する必要がなく、フィルタ再生用のバーナ、電気ヒータ等は用いないので、省エネルギが促進され、装置のトラブルが低減し、コスト低減に寄与する。また、フィルタの交換又は再生のためにエンジンを停止させる頻度を少なくし又は無くすことができるので、エンジン運転の自由度を拡大することができる。さらに、通常燃料に較べて排出物質に加わるのはカリウムもしくはカリウム化合物又はナトリウムもしくはナトリウム化合物であるから、環境汚染のおそれがない。また、通常燃料を用いて運転した場合に較べてフィルタの再生時間が短縮されるので、エンジン運転の自由度を拡大することができる。
【００２０】
請求項６のようにすれば、熱源が、フィルタに捕集された粒子状物質が燃焼するきっかけ、火種となり、この粒子状物質が確実に燃焼しはじめるので、フィルタにおける目詰まりの進行を更に遅くすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１は本発明の実施形態にかかるフィルタ付きシリンダ内噴射エンジンを示す。同図において、１００はシリンダ内噴射エンジンである。このシリンダ内噴射エンジンは、シリンダ内に直接に燃料を噴射するエンジンに限定されるものではなく、シリンダに連通する副室、渦流室等に燃料を噴射するエンジンも含んでいる。また、このシリンダ内噴射エンジンは、燃料として軽油、灯油もしくは重油等を用いるディーゼルエンジンも含むし、燃料としてガソリン等を用いるガソリンエンジンも含む。この実施形態ではシリンダ内噴射エンジン１００はディーゼルエンジンである。この実施形態では車両に搭載されたシリンダ内噴射エンジン１００で例示しているが、本発明は、例えば発電装置駆動用のエンジンのように敷地に定着したシリンダ内噴射エンジンにも適用することができる。このシリンダ内噴射エンジン１００の排気通路１１０には、排気に含まれる粒子状物質を捕集するフィルタ２００が設けられている。排気通路１１０は、一端がシリンダ内噴射エンジン１００のシリンダの排気ポートに接続され、他端が大気に開放されている。一般的に排気通路１１０は、排気マニフォールド、マフラ、排気パイプ等により構成されるが、これによって排気通路１１０の構成が限定されるものではない。本発明は、排気通路１１０は、排気マニフォールド、マフラ、排気パイプ等により構成され、先に説明した切り換え再生方式の排気浄化装置、停止再生方式の排気浄化装置又は脱着方式の排気浄化装置を設けたシリンダ内噴射エンジン、排気通路にヒータ、逆洗装置等を設けたシリンダ内噴射エンジン等に広く適用できる。また、排気通路に酸化触媒その他の各種触媒を設けること、フィルタよりも排気上流側の排気通路に排気を大気開放するための分岐通路を設けること等を妨げるものではない。
【００２２】
フィルタ２００は、一方の端面から入った排気を他方の端面から出し、この間に排気から粒子状物質を捕集する機能を発揮する。この粒子状物質には、炭素微粒子、炭化水素、硫黄酸化物などが含まれている。このフィルタには、例えば目封じタイプ、多孔体タイプ、繊維タイプがあり、本発明のフィルタ２００には、少なくともこれらが含まれる。目封じタイプは、例えばセラミック等の材料で構成され、隔壁で区画された複数のセルを有する、いわゆるハニカム体であって、ハニカムを１セルずつ交互にその端を塞いだものであり、排気が壁を通過するときに粒子状物質を捕集する。例えば、一方の端面で各セルの端面がシール材によって交互に市松模様状に塞がれており、他方の端面では、上記一方の端面で塞がれたセルは開口し、上記一方の端面で開口していたセルはシール材によって塞がれた構造をしている。多孔体タイプ、繊維タイプは、例えば金属等の材料で構成され、排気が多孔体又は繊維の構成体に衝突することで粒子状物質を捕集する。しかし、本発明はフィルタの構造をこれに限定するものではない。
【００２３】
このシリンダ内噴射エンジン１００では、フィルタ２００よりも排気上流側の排気通路１１０に、カリウム、カリウム化合物、ナトリウム及びナトリウム化合物のうち少なくとも一つを溶解した溶液（以下、この溶液を本発明の溶液ということがある）を供給するように構成している。本発明の溶液は、カリウム、カリウム化合物、ナトリウム及びナトリウム化合物のうち少なくとも一つを溶解した溶液であり、したがって、これらの溶質を組み合わせて溶解した溶液であってもよいし、溶液にさらに他の溶質が溶解していてもよい。上記構成を実現するため、このシリンダ内噴射エンジン１００は本発明の溶液の供給装置を備えている。すなわち、図２に示すように、実施形態のフィルタ付きシリンダ内噴射エンジンは、噴口が排気通路１１０の内部に臨むように設けられたノズル３１０と、溶液の入口、エアの入口及び噴流の出口を有し、噴流の出口が第１管路３７１を介してノズルの入口に接続された噴射弁３２０と、本発明の溶液を溜め且つ第２管路３７２を介して噴射弁３２０の溶液の入口に接続された溶液タンク３３０と、この第２管路３７２の途中に設けられたポンプ３４０と、コンプレッサ３９０で生成された圧力エアを溜め且つ第３管路３７３を介して噴射弁３２０のエアの入口に接続されたエアタンク３５０と、この第３管路３７３の途中に設けられた遮断弁３６０と、噴射弁３２０、ポンプ３４０及び遮断弁３６０の作動を制御するコントローラ３８０とを備えており、コントローラ３８０の制御により、溶液タンク３３０のなかの本発明の溶液をポンプ３４０により噴射弁３２０に送り、エアタンク３５０の圧力エアを噴射弁３２０に送り、本発明の溶液と圧力エアとによる噴流をノズル３１０の噴口から排気通路１１０の内部へ噴射し、供給するように構成している。コントローラ３８０による噴射弁３２０、ポンプ３４０及び遮断弁３６０の作動の制御には種々のバリエーションがあり、例えばコントローラ３８０にタイマーを設け、所定時間間隔により又は予め記憶した時間スケジュールにより、本発明の溶液と圧力エアとによる噴流をノズル３１０の噴口から排気通路１１０の内部へ噴射し、供給するようにしてもよい。また、実施形態のフィルタ付きシリンダ内噴射エンジンが車載されているときには、例えば、走行距離に応じたデータをセンサ等からコントローラ３８０に送り、このデータに基づいて、走行距離が所定距離になったときに又は予め記憶した走行距離のスケジュールに応じて、本発明の溶液と圧力エアとによる噴流をノズル３１０の噴口から排気通路１１０の内部へ噴射し、供給するようにしてもよい。
【００２４】
この実施形態では、本発明の溶液として、酢酸カリウム、酢酸ナトリウムその他の酢酸塩のうち少なくとも一つをメタノールに溶解した溶液、又は蟻酸カリウム、蟻酸ナトリウムその他の蟻酸塩のうち少なくとも一つをメタノールに溶解した溶液を用いている。
【００２５】
さらに、図３に示すように、フィルタ２００の周辺には熱源４００が設けられている。この熱源４００はエネルギを受けて高熱を発する手段であり、例えばディーゼルエンジンで用いられるグロープラグ、ガソリンエンジンで用いられるスパークプラグなどが使用され、これに通電して電気エネルギから熱エネルギを得てこれを熱源としている。焼き玉エンジンの焼き玉で例示されるような蓄熱体を用いてもよい。この熱源４００は、フィルタ２００の周辺に設ければよい。しかし、熱源４００は、フィルタ２００に捕集された粒子状物質が燃焼するきっかけ、火種として設けるのであるから、フィルタ２００の周辺であって粒子状物質が溜まりやすい部位に設けることが好ましい。これは例えばフィルタ２００排気上流側の端面である。
【００２６】
この実施形態のフィルタ付きシリンダ内噴射エンジンによれば、フィルタ２００のなかで間欠的に温度上昇が起こり、このような溶液を供給せずに運転する通常運転を行う場合に較べて、フィルタ２００における目詰まりの進行が遅くなる。これはフィルタ２００のなかで当該フィルタ２００に捕集された粒子状物質が間欠的に燃焼して除去されるためと推定される。また、通常運転を行う場合に較べて、フィルタ２００の再生時間が短縮される。これはフィルタ２００のなかに残留する物質が燃焼を促進するためと推定される。
【００２７】
本発明においてフィルタよりも排気上流側の排気通路に供給する溶液は、カリウム、カリウム化合物、ナトリウム及びナトリウム化合物のうち少なくとも一つを溶解した溶液であるが、この実施形態では、そのなかでも酢酸カリウム、酢酸ナトリウムその他の酢酸塩のうち少なくとも一つをメタノールに溶解した溶液、又は蟻酸カリウム、蟻酸ナトリウムその他の蟻酸塩のうち少なくとも一つをメタノールに溶解した溶液とした。このような溶液を用いると、酢酸塩又は蟻酸塩をフィルタ２００に捕集された粒子状物質に均一に分散でき、また粒子状物質と溶液との親和性、浸透性の向上により、フィルタ２００で捕集した粒子状物質をフィルタ２００の広い面積でゆっくり燃焼させ、燃焼温度を低く保つことでフィルタ２００への熱衝撃を緩和でき、これによってＮＯx（窒素酸化物）の発生が殆ど無くなり、好ましい。
【００２８】
本発明のフィルタ付きシリンダ内噴射エンジンには、熱源を設けない実施形態が含まれるが、上記実施形態の場合、フィルタ２００の周辺に熱源４００を設けた。このようにすれば、熱源４００が、フィルタ２００に捕集された粒子状物質が燃焼するきっかけ、火種となり、この粒子状物質が確実に燃焼しはじめるので、フィルタ２００における目詰まりの進行が更に遅くなる。
【実施例１】
【００２９】
以下、上記実施形態にかかる溶液の供給装置を備えたフィルタ付きシリンダ内噴射エンジンの実施例１を説明する。この実施例１で用いたシリンダ内噴射エンジン１００は三菱自動車工業株式会社製４Ｄ３３型ディーゼルエンジン（９９年排気ガス規制適合、排気量４２１０ｃｃ、直接噴射式、自然吸気）で、三菱自動車工業株式会社製ＫＫ−ＦＥ５０ＣＢＴ、キャンター（２トン積トラック、平成１１年１０月２８日登録）に搭載されている。車両重量は２０９０ｋｇである。実施例１で用いたフィルタ２００は、イビデン株式会社製の目封じタイプで、材料はＳｉＣセラミックである。フィルタ２００の軸方向の一端から排気を導入し、他端から排出する。図１に示すように、排気通路１１０は、排気マニフォールド１１１、第１の排気パイプ１１２、マフラ１１３、第２の排気パイプ１１４、ハウジングにフィルタ２００を収納してなるフィルタ装置１１５、及び第３の排気パイプ１１６を順に直列に連結して構成されている。フィルタ装置１１５のハウジングは、ほぼ円筒形をしており、一端に第２の排気パイプ１１４が接続され、他端に第３の排気パイプ１１６が接続され、第２の排気パイプ１１４からの排気を内部のフィルタ２００の一端に導入し、フィルタ２００の他端から出た排気を第３の排気パイプ１１６に導出するようにしている。フィルタ装置１１５は脱着方式であり、フィルタ２００を交換できるようになっている。各部の寸法は図１に示したとおりである。第１の排気パイプ１１２は長さが１１００ｍｍであり、マフラ１１３は直径が２００ｍｍで長さが５４０ｍｍのほぼ円筒形であり、マフラ１１３の排気導入口から第３の排気パイプ１１６の末端までが直線距離で３０２０ｍｍであった。排気パイプはいずれも直径が５１ｍｍであった。ノズル３１０の位置は第２の排気パイプ１１４においてフィルタ装置１１５のハウジングから約９００ｍｍ程度の部位である。実施例１のシリンダ内噴射エンジン１００には熱源４００を設けていない。実施例１ではフィルタ２００の前後の排気圧力差を測定した。
【００３０】
まず、実施例１のシリンダ内噴射エンジン１００を備えた車両を、実施形態で説明した本発明の溶液の供給装置を用いることなく走行させた。そうするとフィルタ２００は走行距離約４００ｋｍごとに目詰まりし、その時点で再生したフィルタ２００又は新品フィルタ２００に交換しなければならなかった。具体的には、フィルタ２００直前の圧力を検出し、フィルタ２００での圧力損失が３０ｋＰａ以下のときは運転席に緑のランプが点灯し、３０ｋＰａから４０ｋＰａまでの間にあるときは運転席に黄色のランプが点灯し、４０ｋＰａを超えたときは運転席に赤色のランプが点灯するようにしており、赤色のランプが点灯したときにフィルタ２００が目詰まりしたと判断してフィルタ２００を交換するようにしていた。
【００３１】
次いで、実施例１のシリンダ内噴射エンジン１００を備えた車両において、実施形態で説明した溶液の供給装置を用いてフィルタ２００よりも排気上流側の排気通路１１０に、カリウム又はカリウム化合物を溶解した溶液としてカリウムメタオキサイドを供給して走行させた。このカリウムメタオキサイドは、水酸化カリウム約１０ｇに対してメタノールを約１００ｍＬの比率で混合して得たものである。コントローラ３８０の制御は、車両の走行距離が約１０００ｋｍになるごとにカリウムメタオキサイドを噴流としてノズル３１０の噴口から排気通路１１０の内部へ噴射し、供給した。１回の噴射量は水酸化カリウム約１０ｇ及びメタノール約１００ｍＬよりなる量である。ポンプ３４０の吐出圧は約７０ｋＰａ、圧力エアの圧力は約８００ｋＰａである。車両の全重量は、上記車両重量に加えて積荷１トン、乗員２名及び装備を合算して約３２００ｋｇであった。フィルタ２００は走行前に外部燃焼装置により、内部に捕集した粒子状物質を燃焼して完全に再生しておいた。総走行距離は約７０００ｋｍであり、戸田市内を交通の流れに従って走行し、幹線道（２９８号線）を交通の流れに従って走行し、高速道路（外環道）は走行しなかった。この間、運転席では緑のランプが点灯し続け、黄色のランプが点灯することはなかった。このことから、フィルタ２００の目詰まりが生じていないことが分かる。そして、走行距離が約１５００ｋｍを越えると、運転席では黄色のランプが点灯することがあったので、走行距離が約５００ｋｍになるごとにカリウムメタオキサイドを同量の噴射量でノズル３１０の噴口から排気通路１１０の内部へ噴射し、供給したところ、運転席では緑のランプが点灯し続け、黄色のランプが点灯することはなかった。このことから、フィルタ２００の目詰まりが生じていないことが分かる。この場合、カリウムメタオキサイドの濃度は、メタノール１Ｌあたりの水酸化カリウムの重量グラム数でいえば、好ましくは４０ｇ／Ｌ以上で１５０ｇ／Ｌ以下、より好ましくは１００ｇ／Ｌ以上で１３０ｇ／Ｌ以下である。溶質が少なくてカリウムメタオキサイドの濃度が薄いと粒子状物質が燃焼しにくくなる可能性があり、逆に溶質が多すぎて濃いと水酸化カリウムが溶解しにくくなる可能性があり、いずれも充分な目詰まり防止効果を期待しにくいからである。また、カリウムメタオキサイドは、水酸化カリウムをメタノールに溶かしたものであるので、水に溶かしたものに較べると粒子状物質を燃焼させる機能が強化され、好ましい。
【００３２】
さらに、実施例１のシリンダ内噴射エンジン１００を備えた車両において、実施形態で説明した溶液の供給装置を用いてフィルタ２００よりも排気上流側の排気通路１１０に、カリウム又はカリウム化合物を溶解した溶液として酢酸カリウム約７ｇに対してメタノールを約１００ｍＬの比率で混合して得た溶液を供給して走行させた。コントローラ３８０の制御は、車両の走行距離が約１０００ｋｍになるごとに溶液を噴流としてノズル３１０の噴口から排気通路１１０の内部へ噴射し、供給した。１回の噴射量は酢酸カリウム約７ｇ及びメタノール約１００ｍＬよりなる溶液である。ポンプ３４０の吐出圧は約７０ｋＰａ、圧力エアの圧力は約８００ｋＰａである。車両の全重量は、上記車両重量に加えて積荷１トン、乗員２名及び装備を合算して約３２００ｋｇであった。フィルタ２００は走行前に外部燃焼装置により、内部に捕集した粒子状物質を燃焼して完全に再生しておいた。総走行距離は約５０００ｋｍであり、戸田市内を交通の流れに従って走行し、幹線道（２９８号線）を交通の流れに従って走行し、高速道路（外環道）は走行しなかった。この間、運転席では緑のランプが点灯し続け、黄色のランプが点灯することはなかった。このことから、フィルタ２００の目詰まりが生じていないことが分かる。この場合、酢酸カリウム及びメタノールよりなる溶液の濃度は、メタノール１Ｌあたりの酢酸カリウムの重量グラム数でいえば、好ましくは３０ｇ／Ｌ以上で１５０ｇ／Ｌ以下、より好ましくは５０ｇ／Ｌ以上で１００ｇ／Ｌ以下である。溶質が少なくて溶液の濃度が薄いと粒子状物質が燃焼しにくくなる可能性があり、逆に溶質が多すぎて濃いと酢酸カリウムが溶解しにくくなる可能性があり、いずれも充分な目詰まり防止効果を期待しにくいからである。また、この溶液は酢酸カリウムをメタノールに溶かしたものであるので、酢酸カリウムを水に溶かしたものに較べると粒子状物質を燃焼させる機能が強化され、好ましい。さらに、酢酸カリウムは中性であるので、排気通路構成部材などの金属腐食が少なくなり、好ましい。
【００３３】
また、実施例１のシリンダ内噴射エンジン１００を備えた車両において、実施形態で説明した溶液の供給装置を用いてフィルタ２００よりも排気上流側の排気通路１１０に、カリウム又はカリウム化合物を溶解した溶液として酢酸カリウム約３．５ｇに対してメタノールを約５０ｍＬの比率で混合して得た溶液を供給して走行させた。コントローラ３８０の制御は、車両の走行距離が約３００〜４００ｋｍになるごとに溶液を噴流としてノズル３１０の噴口から排気通路１１０の内部へ噴射し、供給した。１回の噴射量は溶液５０ｍＬである。ポンプ３４０の吐出圧は約７０ｋＰａ、圧力エアの圧力は約８００ｋＰａである。車両の全重量は、上記車両重量に加えて積荷１トン、乗員２名及び装備を合算して約３２００ｋｇであった。フィルタ２００は走行前に外部燃焼装置により、内部に捕集した粒子状物質を燃焼して完全に再生しておいた。総走行距離は約５０００ｋｍであり、戸田市内を交通の流れに従って走行し、幹線道（２９８号線）を交通の流れに従って走行し、高速道路（外環道）は走行しなかった。この間、運転席では緑のランプが点灯し続け、黄色のランプが点灯することはなかった。このことから、フィルタ２００の目詰まりが生じていないことが分かる。粒子状物質を捕集すると目詰まりが進行してフィルタ２００での圧力損失が高まっていくが、この圧力損失が約３０ｋＰａを越えるに至ることを一つの目安とすると、溶液の供給装置を用いないときは、走行可能な距離が約３００〜４００ｋｍであったが、溶液の供給装置を用いて酢酸カリウム約３．５ｇに対してメタノールを約５０ｍＬの比率で混合して得た溶液を供給すると、走行可能な距離が約２０００ｋｍと飛躍的に延びた。
【００３４】
次に、図４は本発明の実施形態にかかるシリンダ内噴射エンジン用フィルタの使用方法を示す。同図に示すように、この実施形態で用いるシリンダ内噴射エンジン１００及びフィルタ２００の構成は、先のフィルタ付きシリンダ内噴射エンジンの実施形態と同様であり、その説明をそのまま引用し、同一の部材には同一の符号を付してその説明を省略する。ただし、このシリンダ内噴射エンジン１００は、ノズル３１０、噴射弁３２０、溶液タンク３３０、ポンプ３４０、エアタンク３５０、遮断弁３６０、管路３７１〜３７３及びコントローラ３８０を有する溶液の供給装置を備えていない。
【００３５】
この実施形態の場合、排気に含まれる粒子状物質を捕集するフィルタ２００はシリンダ内噴射エンジン１００の排気通路１１０に着脱可能に設けられている。すなわち、フィルタ装置１１５は脱着方式であり、フィルタ２００を交換できるようになっている。シリンダ内噴射エンジン用フィルタの使用方法は、排気通路１１０から取り外したフィルタ２００の排気入口側の端面に、本発明の溶液であるカリウム、カリウム化合物、ナトリウム及びナトリウム化合物のうち少なくとも一つを溶解した溶液を噴霧、塗布等により付着し、このフィルタを排気通路に装着する方法である。本発明の溶液は、カリウム、カリウム化合物、ナトリウム及びナトリウム化合物のうち少なくとも一つを溶解した溶液であり、したがって、これらの溶質を組み合わせて溶解した溶液であってもよいし、溶液にさらに他の溶質が溶解していてもよい。
【００３６】
この実施形態では、本発明の溶液として、酢酸カリウム、酢酸ナトリウムその他の酢酸塩のうち少なくとも一つをメタノールに溶解した溶液、又は蟻酸カリウム、蟻酸ナトリウムその他の蟻酸塩のうち少なくとも一つをメタノールに溶解した溶液を用いている。
【００３７】
さらに、フィルタ２００の周辺には熱源４００が設けられている。この熱源は先に図３で説明したフィルタ付きシリンダ内噴射エンジンの場合と同様の構成であるので、その説明をそのまま引用する。
【００３８】
この使用方法によれば、フィルタのなかで間欠的に温度上昇が起こり、このような溶液を付着せずに運転する通常運転を行う場合に較べて、フィルタにおける目詰まりの進行が遅くなる。これはフィルタのなかで当該フィルタに捕集された粒子状物質が間欠的に燃焼して除去されるためと推定される。また、通常運転を行う場合に較べて、フィルタの再生時間が短縮される。これはフィルタのなかに残留する物質が燃焼を促進するためと推定される。
【００３９】
本発明においてフィルタに付着する溶液は、カリウム、カリウム化合物、ナトリウム及びナトリウム化合物のうち少なくとも一つを溶解した溶液であるが、この実施形態では、そのなかでも酢酸カリウム、酢酸ナトリウムその他の酢酸塩のうち少なくとも一つをメタノールに溶解した溶液、又は蟻酸カリウム、蟻酸ナトリウムその他の蟻酸塩のうち少なくとも一つをメタノールに溶解した溶液とした。このような溶液を用いると、酢酸塩又は蟻酸塩をフィルタ２００に捕集された粒子状物質に均一に分散でき、また粒子状物質と溶液との親和性、浸透性の向上により、フィルタ２００で捕集した粒子状物質をフィルタ２００の広い面積でゆっくり燃焼させ、燃焼温度を低く保つことでフィルタ２００への熱衝撃を緩和でき、これによってＮＯx（窒素酸化物）の発生が殆ど無くなり、好ましい。
【００４０】
本発明のシリンダ内噴射エンジン用フィルタの使用方法には、熱源を設けない実施形態が含まれるが、上記実施形態の場合、フィルタ２００の周辺に熱源４００を設けた。このようにすれば、熱源４００が、フィルタ２００に捕集された粒子状物質が燃焼するきっかけ、火種となり、この粒子状物質が確実に燃焼しはじめるので、フィルタ２００における目詰まりの進行が更に遅くなる。
【実施例２】
【００４１】
以下、上記実施形態にかかるシリンダ内噴射エンジン用フィルタの使用方法の実施例２を説明する。この実施例２で用いたシリンダ内噴射エンジン１００は三菱自動車工業株式会社製４Ｄ３３型ディーゼルエンジン（９９年排気ガス規制適合、排気量４２１０ｃｃ、直接噴射式、自然吸気）で、三菱自動車工業株式会社製Ｕ−ＦＥ３１７ＢＮ改、キャンター（２トン積塵芥車、平成５年７月７日登録）に搭載されている。車両重量は３４９０ｋｇである。実施例２で用いたフィルタ２００は、イビデン株式会社製の目封じタイプで、材料はＳｉＣセラミックである。フィルタ２００の軸方向の一端から排気を導入し、他端から排出する。図４に示すように、排気通路１１０は、排気マニフォールド１１１、第１の排気パイプ１１２、マフラ１１３、第２の排気パイプ１１４、ハウジングにフィルタ２００を収納してなるフィルタ装置１１５、及び第３の排気パイプ１１６を順に直列に連結して構成されている。フィルタ装置１１５のハウジングは、ほぼ円筒形をしており、一端に第２の排気パイプ１１４が接続され、他端に第３の排気パイプ１１６が接続され、第２の排気パイプ１１４からの排気を内部のフィルタ２００の一端に導入し、フィルタ２００の他端から出た排気を第３の排気パイプ１１６に導出するようにしている。フィルタ装置１１５は脱着方式であり、フィルタ２００を交換できるようになっている。排気通路各部の寸法は図１に示した寸法と同一である。第１の排気パイプ１１２は長さが１１００ｍｍであり、マフラ１１３は直径が２００ｍｍで長さが５４０ｍｍのほぼ円筒形であり、マフラ１１３の排気導入口から第３の排気パイプ１１６の末端までが直線距離で３０２０ｍｍであった。排気パイプはいずれも直径が５１ｍｍであった。実施例２のシリンダ内噴射エンジン１００には熱源４００を設けていない。実施例２ではフィルタ２００の前後の排気圧力差を測定した。
【００４２】
実施例２のシリンダ内噴射エンジン１００を備えた車両において、排気通路１１０から取り外したフィルタ２００の排気入口側の端面に、カリウム又はカリウム化合物を溶解した溶液として酢酸カリウム約２ｇに対してメタノールを約３０ｍＬの比率で混合して得た溶液を約３０ｍＬだけ噴霧、塗布等により付着し、このフィルタ２００を排気通路１１０に装着し、供給して走行させた。車両の全重量は、上記車両重量に、乗員２名及び装備を合算した１１０ｋｇが加わり、さらに適宜な重量の塵芥が加わった重さになった。フィルタ２００は走行前に外部燃焼装置により、内部に捕集した粒子状物質を燃焼して完全に再生しておいた。総走行距離は約２００ｋｍであり、湯河原町の海岸地帯と山の頂上付近のゴミ焼却場との間の標高差約５００ｍに相当する急勾配を往復した。フィルタ２００を外部燃焼装置により完全に再生した上で溶液を付着させない場合、約１５ｋｍの走行でフィルタ２００での排気損失が約３０ｋＰａを越えるに至ったのに対し、溶液を付着させた場合には、約１５ｋｍの走行でフィルタ２００での排気損失が約１０ｋＰａに達したにとどまった。この間、運転席では緑のランプが点灯し続け、黄色のランプが点灯することはなかった。このことから、フィルタ２００の目詰まりの進行が遅くなっていることが分かる。この場合、酢酸カリウム及びメタノールよりなる溶液の濃度は、メタノール１Ｌあたりの酢酸カリウムの重量グラム数でいえば、好ましくは３０ｇ／Ｌ以上で１５０ｇ／Ｌ以下、より好ましくは５０ｇ／Ｌ以上で１００ｇ／Ｌ以下である。溶質が少なくて溶液の濃度が薄いと粒子状物質が燃焼しにくくなる可能性があり、逆に溶質が多くて溶液の濃度が濃いと酢酸カリウムが溶解しにくくなる可能性があり、いずれも充分な目詰まり防止効果を期待しにくいからである。
【００４３】
酢酸カリウムによる粒子状物質の燃焼促進効果を検証するため、本発明の溶液を一切使用しないで運転して目詰まりしたフィルタ２００を外部燃焼装置により再生する前に、フィルタ２００の排気入口側の端面に、カリウム又はカリウム化合物を溶解した溶液として酢酸カリウム約２ｇに対してメタノールを約３０ｍＬの比率で混合して得た溶液を約３０ｍＬだけ噴霧、塗布等により付着し、このフィルタ２００を外部燃焼装置により再生してみた。外部燃焼装置は、燃焼用の容器の内部に電気ヒータを備えており、この容器のなかにフィルタ２００を、その排気入口側の端面を下にして電気ヒータに臨ませ、排気出口側の端面を上にして置き、電気ヒータに通電して発熱させ、フィルタ２００の内部に捕集した粒子状物質を燃焼するものである。まず、図５は溶液を付着しないフィルタ２００を外部燃焼装置により再生してみた場合である。温度が急上昇する点が燃焼開始点であるとみることができるが、図５の場合、燃焼は約摂氏５５０度付近から始まっている。これに対し、図６は溶液を付着したフィルタ２００を外部燃焼装置により再生してみた場合であるが、燃焼は約摂氏４５０度付近から始まっており、約１００度低い温度から粒子状物質の燃焼が始まっていることが分かる。なお、図５及び図６において、Ａで示す線は、円筒形のフィルタ２００の排気入口側の端面から排気出口側の端面に向かって１０ｍｍ入ったところで且つ外周壁から１０ｍｍ内方へ入って部位の温度である。また、図５及び図６において、Ｂで示す線は、円筒形のフィルタ２００の排気出口側の端面から排気入口側の端面に向かって１０ｍｍ入ったところで且つ外周壁から１０ｍｍ内方へ入って部位の温度である。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】実施形態のフィルタ付きシリンダ内噴射エンジンの主要部を示す概略図である。
【図２】実施形態のフィルタ付きシリンダ内噴射エンジンの溶液供給装置を示す概略図である。
【図３】実施形態のフィルタ付きシリンダ内噴射エンジンのフィルタ装置を示す断面 図である。
【図４】実施形態のシリンダ内噴射エンジン用フィルタの使用方法を用いるシリンダ内噴射エンジンを示す概略図である。
【図５】溶液を付着しないフィルタの温度変化を示す図である。縦軸は温度（摂氏）を、横軸は時間をそれぞれ示す。
【図６】溶液を付着したフィルタの温度変化を示す図である。縦軸は温度（摂氏）を、横軸は時間をそれぞれ示す。
【符号の説明】
【００４５】
１００ シリンダ内噴射エンジン
１１０ 排気通路
２００ フィルタ
３１０ ノズル
４００ 熱源
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンの排気に含まれる粒子状物質をフィルタで捕集する排気浄化の技術分野に属し、特にフィルタで捕集した粒子状物質を除去する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の排気浄化を行う装置として、エンジンの排気通路に、排気に含まれる粒子状物質を捕集するフィルタを設けたものが知られている（例えば、特許文献１、特許文献２を参照）。このようなエンジンでは、フィルタが目詰まりすると、バーナや電気ヒータにより捕集された粒子状物質を燃焼させてフィルタを再生することが行われる。その場合、フィルタを２個並列に設け、片方のフィルタが目詰まりしたら排気を他方のフィルタに切り換え、その間に目詰まりしたフィルタを再生させる切り換え再生方式の排気浄化装置がある。これとは別に、フィルタが目詰まりしたらエンジンを停止してフィルタを再生させる停止再生方式の排気浄化装置とがある。停止再生方式の排気浄化装置には、フィルタを排気通路に脱着可能に設け、目詰まりしたフィルタを新品又は再生済みのフィルタに交換する脱着方式の排気浄化装置がある（例えば、特許文献３を参照）。また、フィルタの近傍に設けたヒータに外部電源から電流を流して再生する方法もある。
【０００３】
フィルタを再生するにはバーナや電気ヒータを用いるので、エネルギが必要である。また、停止再生方式の排気浄化装置は、フィルタの交換、再生のためにエンジンを停止させなければならないので、エンジン運転の自由度が制限されてしまう。
【０００４】
このようにバーナや電気ヒータでエネルギを用いることを行わずにディーゼルエンジンの排気の粒子状物質を除去する技術として、アルカリ金属又はアルカリ土類金属の酸化物よりなる触媒粒子と、この触媒粒子を支持する酸化物系セラミック粒子とからなる燃焼触媒により、排気の粒子状物質を燃焼させる技術が知られている（例えば、特許文献４を参照）。また、ディーゼルエンジンに白金で触媒化した粒子トラップを設け、このエンジンをディーゼル燃料と燃料可溶性セリウム組成物で作動させ、トラップのバランス点（定常状態の燃焼温度）を低下させる技術が知られている（例えば、特許文献５を参照）。
【特許文献１】特開平２−１８５６１１号公報
【特許文献２】特開平１０−１３１７４０号公報
【特許文献３】特開平８−３５４１７号公報
【特許文献４】特開２００１−１７０４８３号公報
【特許文献５】特表２００２−５１１９１１号公報
【非特許文献１】エンジンテクノロジー、山海堂発行２００１年５月号（２００１年６月２６日発行）、ｐ４１〜４４、岩井邦夫「植物油のエステル化技術の動向」
【特許文献６】特開２００４−１３７９１８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献４で開示された技術は、触媒を設ける必要があるし、特許文献５で開示された技術は、セリウム又はその化合物を大気に放出する可能性があり、環境汚染のおそれがある。
【０００６】
本発明者は、このようなフィルタを設けたディーゼルエンジンをバイオディーゼル燃料により運転したときに、一般的な軽油を用いて運転したときよりもフィルタにおける目詰まりの進行が遅くなることを知見し、またフィルタの再生時間が短縮されることを知見し、先に、浮遊粒子状物質捕集フィルタ付きエンジンの使用方法（特許文献６）を完成した。その後、実験を続けるなかで、燃料を通常の燃料としながら、フィルタの排気上流側にカリウム化合物等を供給することで同様の効果が得られることを知見し、本発明を完成するに至ったものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、請求項１のフィルタ付きシリンダ内噴射エンジンは、排気通路に、排気に含まれる粒子状物質を捕集するフィルタを設けたシリンダ内噴射エンジンにおいて、フィルタよりも排気上流側の排気通路に、カリウム、カリウム化合物、ナトリウム及びナトリウム化合物のうち少なくとも一つを溶解した溶液を供給するように構成した。
【０００８】
このフィルタ付きシリンダ内噴射エンジンによれば、フィルタのなかで間欠的に温度上昇が起こり、このような溶液を供給せずに運転する通常運転を行う場合に較べて、フィルタにおける目詰まりの進行が遅くなる。これはフィルタのなかで当該フィルタに捕集された粒子状物質が間欠的に燃焼して除去されるためと推定される。また、通常運転を行う場合に較べて、フィルタの再生時間が短縮される。これはフィルタのなかに残留する物質が燃焼を促進するためと推定される。
【０００９】
請求項２のフィルタ付きシリンダ内噴射エンジンは、請求項１のフィルタ付きシリンダ内噴射エンジンにおいて、カリウム、カリウム化合物、ナトリウム及びナトリウム化合物のうち少なくとも一つを溶解した溶液が、酢酸カリウム、酢酸ナトリウムその他の酢酸塩のうち少なくとも一つをメタノールに溶解した溶液、又は蟻酸カリウム、蟻酸ナトリウムその他の蟻酸塩のうち少なくとも一つをメタノールに溶解した溶液である。
【００１０】
請求項３のフィルタ付きシリンダ内噴射エンジンは、請求項１又は請求項２のフィルタ付きシリンダ内噴射エンジンにおいて、さらにフィルタの周辺に熱源が設けられている。
【００１１】
このようにすれば、熱源が、フィルタに捕集された粒子状物質が燃焼するきっかけ、火種となり、この粒子状物質が確実に燃焼しはじめるので、フィルタにおける目詰まりの進行が更に遅くなる。
【００１２】
請求項４のシリンダ内噴射エンジン用フィルタの使用方法は、シリンダ内噴射エンジンの排気通路に着脱可能に設けられ、排気に含まれる粒子状物質を捕集するフィルタを使用する方法であって、排気通路から取り外したフィルタの排気入口側の端面に、カリウム、カリウム化合物、ナトリウム及びナトリウム化合物のうち少なくとも一つを溶解した溶液を噴霧、塗布等により付着し、このフィルタを排気通路に装着する方法である。
【００１３】
この使用方法によれば、フィルタのなかで間欠的に温度上昇が起こり、このような溶液を付着せずに運転する通常運転を行う場合に較べて、フィルタにおける目詰まりの進行が遅くなる。これはフィルタのなかで当該フィルタに捕集された粒子状物質が間欠的に燃焼して除去されるためと推定される。また、通常運転を行う場合に較べて、フィルタの再生時間が短縮される。これはフィルタのなかに残留する物質が燃焼を促進するためと推定される。
【００１４】
請求項５のシリンダ内噴射エンジン用フィルタの使用方法は、請求項４のシリンダ内噴射エンジン用フィルタの使用方法において、カリウム、カリウム化合物、ナトリウム及びナトリウム化合物のうち少なくとも一つを溶解した溶液が、酢酸カリウム、酢酸ナトリウムその他の酢酸塩のうち少なくとも一つをメタノールに溶解した溶液、又は蟻酸カリウム、蟻酸ナトリウムその他の蟻酸塩のうち少なくとも一つをメタノールに溶解した溶液である。
【００１５】
請求項６のシリンダ内噴射エンジン用フィルタの使用方法は、請求項４又は請求項５のシリンダ内噴射エンジン用フィルタの使用方法において、さらにフィルタの周辺に熱源が設けられている。
【００１６】
このようにすれば、熱源が、フィルタに捕集された粒子状物質が燃焼するきっかけ、火種となり、この粒子状物質が確実に燃焼しはじめるので、フィルタにおける目詰まりの進行が更に遅くなる。
【発明の効果】
【００１７】
請求項１及び請求項２のフィルタ付きシリンダ内噴射エンジンによれば、フィルタで捕集された粒子状物質が自然に燃焼すると考えられるので、通常運転を行う場合に較べてフィルタの目詰まりの進行が遅くなり、高速道路の走行では勿論のこと一般道の走行においてもフィルタを再生又は交換するまでのエンジン運転時間を延ばし、又はフィルタの再生もしくは交換を不要にすることができる。また、触媒のように低硫黄燃料を使用する必要がなく、フィルタ再生用のバーナ、電気ヒータ等は用いないので、省エネルギが促進され、装置のトラブルが低減し、コスト低減に寄与する。また、フィルタの交換又は再生のためにエンジンを停止させる頻度を少なくし又は無くすことができるので、エンジン運転の自由度を拡大することができる。さらに、通常燃料に較べて排出物質に加わるのはカリウムもしくはカリウム化合物又はナトリウムもしくはナトリウム化合物であるから、環境汚染のおそれがない。また、通常燃料を用いて運転した場合に較べてフィルタの再生時間が短縮されるので、エンジン運転の自由度を拡大することができる。
【００１８】
請求項３のようにすれば、熱源が、フィルタに捕集された粒子状物質が燃焼するきっかけ、火種となり、この粒子状物質が確実に燃焼しはじめるので、フィルタにおける目詰まりの進行を更に遅くすることができる。
【００１９】
請求項４及び請求項５のシリンダ内噴射エンジン用フィルタの使用方法によれば、フィルタで捕集された粒子状物質が自然に燃焼すると考えられるので、通常運転を行う場合に較べてフィルタの目詰まりの進行が遅くなり、高速道路の走行では勿論のこと一般道の走行においてもフィルタを再生又は交換するまでのエンジン運転時間を延ばし、又はフィルタの再生もしくは交換を不要にすることができる。また、触媒のように低硫黄燃料を使用する必要がなく、フィルタ再生用のバーナ、電気ヒータ等は用いないので、省エネルギが促進され、装置のトラブルが低減し、コスト低減に寄与する。また、フィルタの交換又は再生のためにエンジンを停止させる頻度を少なくし又は無くすことができるので、エンジン運転の自由度を拡大することができる。さらに、通常燃料に較べて排出物質に加わるのはカリウムもしくはカリウム化合物又はナトリウムもしくはナトリウム化合物であるから、環境汚染のおそれがない。また、通常燃料を用いて運転した場合に較べてフィルタの再生時間が短縮されるので、エンジン運転の自由度を拡大することができる。
【００２０】
請求項６のようにすれば、熱源が、フィルタに捕集された粒子状物質が燃焼するきっかけ、火種となり、この粒子状物質が確実に燃焼しはじめるので、フィルタにおける目詰まりの進行を更に遅くすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１は本発明の実施形態にかかるフィルタ付きシリンダ内噴射エンジンを示す。同図において、１００はシリンダ内噴射エンジンである。このシリンダ内噴射エンジンは、シリンダ内に直接に燃料を噴射するエンジンに限定されるものではなく、シリンダに連通する副室、渦流室等に燃料を噴射するエンジンも含んでいる。また、このシリンダ内噴射エンジンは、燃料として軽油、灯油もしくは重油等を用いるディーゼルエンジンも含むし、燃料としてガソリン等を用いるガソリンエンジンも含む。この実施形態ではシリンダ内噴射エンジン１００はディーゼルエンジンである。この実施形態では車両に搭載されたシリンダ内噴射エンジン１００で例示しているが、本発明は、例えば発電装置駆動用のエンジンのように敷地に定着したシリンダ内噴射エンジンにも適用することができる。このシリンダ内噴射エンジン１００の排気通路１１０には、排気に含まれる粒子状物質を捕集するフィルタ２００が設けられている。排気通路１１０は、一端がシリンダ内噴射エンジン１００のシリンダの排気ポートに接続され、他端が大気に開放されている。一般的に排気通路１１０は、排気マニフォールド、マフラ、排気パイプ等により構成されるが、これによって排気通路１１０の構成が限定されるものではない。本発明は、排気通路１１０は、排気マニフォールド、マフラ、排気パイプ等により構成され、先に説明した切り換え再生方式の排気浄化装置、停止再生方式の排気浄化装置又は脱着方式の排気浄化装置を設けたシリンダ内噴射エンジン、排気通路にヒータ、逆洗装置等を設けたシリンダ内噴射エンジン等に広く適用できる。また、排気通路に酸化触媒その他の各種触媒を設けること、フィルタよりも排気上流側の排気通路に排気を大気開放するための分岐通路を設けること等を妨げるものではない。
【００２２】
フィルタ２００は、一方の端面から入った排気を他方の端面から出し、この間に排気から粒子状物質を捕集する機能を発揮する。この粒子状物質には、炭素微粒子、炭化水素、硫黄酸化物などが含まれている。このフィルタには、例えば目封じタイプ、多孔体タイプ、繊維タイプがあり、本発明のフィルタ２００には、少なくともこれらが含まれる。目封じタイプは、例えばセラミック等の材料で構成され、隔壁で区画された複数のセルを有する、いわゆるハニカム体であって、ハニカムを１セルずつ交互にその端を塞いだものであり、排気が壁を通過するときに粒子状物質を捕集する。例えば、一方の端面で各セルの端面がシール材によって交互に市松模様状に塞がれており、他方の端面では、上記一方の端面で塞がれたセルは開口し、上記一方の端面で開口していたセルはシール材によって塞がれた構造をしている。多孔体タイプ、繊維タイプは、例えば金属等の材料で構成され、排気が多孔体又は繊維の構成体に衝突することで粒子状物質を捕集する。しかし、本発明はフィルタの構造をこれに限定するものではない。
【００２３】
このシリンダ内噴射エンジン１００では、フィルタ２００よりも排気上流側の排気通路１１０に、カリウム、カリウム化合物、ナトリウム及びナトリウム化合物のうち少なくとも一つを溶解した溶液（以下、この溶液を本発明の溶液ということがある）を供給するように構成している。本発明の溶液は、カリウム、カリウム化合物、ナトリウム及びナトリウム化合物のうち少なくとも一つを溶解した溶液であり、したがって、これらの溶質を組み合わせて溶解した溶液であってもよいし、溶液にさらに他の溶質が溶解していてもよい。上記構成を実現するため、このシリンダ内噴射エンジン１００は本発明の溶液の供給装置を備えている。すなわち、図２に示すように、実施形態のフィルタ付きシリンダ内噴射エンジンは、噴口が排気通路１１０の内部に臨むように設けられたノズル３１０と、溶液の入口、エアの入口及び噴流の出口を有し、噴流の出口が第１管路３７１を介してノズルの入口に接続された噴射弁３２０と、本発明の溶液を溜め且つ第２管路３７２を介して噴射弁３２０の溶液の入口に接続された溶液タンク３３０と、この第２管路３７２の途中に設けられたポンプ３４０と、コンプレッサ３９０で生成された圧力エアを溜め且つ第３管路３７３を介して噴射弁３２０のエアの入口に接続されたエアタンク３５０と、この第３管路３７３の途中に設けられた遮断弁３６０と、噴射弁３２０、ポンプ３４０及び遮断弁３６０の作動を制御するコントローラ３８０とを備えており、コントローラ３８０の制御により、溶液タンク３３０のなかの本発明の溶液をポンプ３４０により噴射弁３２０に送り、エアタンク３５０の圧力エアを噴射弁３２０に送り、本発明の溶液と圧力エアとによる噴流をノズル３１０の噴口から排気通路１１０の内部へ噴射し、供給するように構成している。コントローラ３８０による噴射弁３２０、ポンプ３４０及び遮断弁３６０の作動の制御には種々のバリエーションがあり、例えばコントローラ３８０にタイマーを設け、所定時間間隔により又は予め記憶した時間スケジュールにより、本発明の溶液と圧力エアとによる噴流をノズル３１０の噴口から排気通路１１０の内部へ噴射し、供給するようにしてもよい。また、実施形態のフィルタ付きシリンダ内噴射エンジンが車載されているときには、例えば、走行距離に応じたデータをセンサ等からコントローラ３８０に送り、このデータに基づいて、走行距離が所定距離になったときに又は予め記憶した走行距離のスケジュールに応じて、本発明の溶液と圧力エアとによる噴流をノズル３１０の噴口から排気通路１１０の内部へ噴射し、供給するようにしてもよい。
【００２４】
この実施形態では、本発明の溶液として、酢酸カリウム、酢酸ナトリウムその他の酢酸塩のうち少なくとも一つをメタノールに溶解した溶液、又は蟻酸カリウム、蟻酸ナトリウムその他の蟻酸塩のうち少なくとも一つをメタノールに溶解した溶液を用いている。
【００２５】
さらに、図３に示すように、フィルタ２００の周辺には熱源４００が設けられている。この熱源４００はエネルギを受けて高熱を発する手段であり、例えばディーゼルエンジンで用いられるグロープラグ、ガソリンエンジンで用いられるスパークプラグなどが使用され、これに通電して電気エネルギから熱エネルギを得てこれを熱源としている。焼き玉エンジンの焼き玉で例示されるような蓄熱体を用いてもよい。この熱源４００は、フィルタ２００の周辺に設ければよい。しかし、熱源４００は、フィルタ２００に捕集された粒子状物質が燃焼するきっかけ、火種として設けるのであるから、フィルタ２００の周辺であって粒子状物質が溜まりやすい部位に設けることが好ましい。これは例えばフィルタ２００排気上流側の端面である。
【００２６】
この実施形態のフィルタ付きシリンダ内噴射エンジンによれば、フィルタ２００のなかで間欠的に温度上昇が起こり、このような溶液を供給せずに運転する通常運転を行う場合に較べて、フィルタ２００における目詰まりの進行が遅くなる。これはフィルタ２００のなかで当該フィルタ２００に捕集された粒子状物質が間欠的に燃焼して除去されるためと推定される。また、通常運転を行う場合に較べて、フィルタ２００の再生時間が短縮される。これはフィルタ２００のなかに残留する物質が燃焼を促進するためと推定される。
【００２７】
本発明においてフィルタよりも排気上流側の排気通路に供給する溶液は、カリウム、カリウム化合物、ナトリウム及びナトリウム化合物のうち少なくとも一つを溶解した溶液であるが、この実施形態では、そのなかでも酢酸カリウム、酢酸ナトリウムその他の酢酸塩のうち少なくとも一つをメタノールに溶解した溶液、又は蟻酸カリウム、蟻酸ナトリウムその他の蟻酸塩のうち少なくとも一つをメタノールに溶解した溶液とした。このような溶液を用いると、酢酸塩又は蟻酸塩をフィルタ２００に捕集された粒子状物質に均一に分散でき、また粒子状物質と溶液との親和性、浸透性の向上により、フィルタ２００で捕集した粒子状物質をフィルタ２００の広い面積でゆっくり燃焼させ、燃焼温度を低く保つことでフィルタ２００への熱衝撃を緩和でき、これによってＮＯx（窒素酸化物）の発生が殆ど無くなり、好ましい。
【００２８】
本発明のフィルタ付きシリンダ内噴射エンジンには、熱源を設けない実施形態が含まれるが、上記実施形態の場合、フィルタ２００の周辺に熱源４００を設けた。このようにすれば、熱源４００が、フィルタ２００に捕集された粒子状物質が燃焼するきっかけ、火種となり、この粒子状物質が確実に燃焼しはじめるので、フィルタ２００における目詰まりの進行が更に遅くなる。
【実施例１】
【００２９】
以下、上記実施形態にかかる溶液の供給装置を備えたフィルタ付きシリンダ内噴射エンジンの実施例１を説明する。この実施例１で用いたシリンダ内噴射エンジン１００は三菱自動車工業株式会社製４Ｄ３３型ディーゼルエンジン（９９年排気ガス規制適合、排気量４２１０ｃｃ、直接噴射式、自然吸気）で、三菱自動車工業株式会社製ＫＫ−ＦＥ５０ＣＢＴ、キャンター（２トン積トラック、平成１１年１０月２８日登録）に搭載されている。車両重量は２０９０ｋｇである。実施例１で用いたフィルタ２００は、イビデン株式会社製の目封じタイプで、材料はＳｉＣセラミックである。フィルタ２００の軸方向の一端から排気を導入し、他端から排出する。図１に示すように、排気通路１１０は、排気マニフォールド１１１、第１の排気パイプ１１２、マフラ１１３、第２の排気パイプ１１４、ハウジングにフィルタ２００を収納してなるフィルタ装置１１５、及び第３の排気パイプ１１６を順に直列に連結して構成されている。フィルタ装置１１５のハウジングは、ほぼ円筒形をしており、一端に第２の排気パイプ１１４が接続され、他端に第３の排気パイプ１１６が接続され、第２の排気パイプ１１４からの排気を内部のフィルタ２００の一端に導入し、フィルタ２００の他端から出た排気を第３の排気パイプ１１６に導出するようにしている。フィルタ装置１１５は脱着方式であり、フィルタ２００を交換できるようになっている。各部の寸法は図１に示したとおりである。第１の排気パイプ１１２は長さが１１００ｍｍであり、マフラ１１３は直径が２００ｍｍで長さが５４０ｍｍのほぼ円筒形であり、マフラ１１３の排気導入口から第３の排気パイプ１１６の末端までが直線距離で３０２０ｍｍであった。排気パイプはいずれも直径が５１ｍｍであった。ノズル３１０の位置は第２の排気パイプ１１４においてフィルタ装置１１５のハウジングから約９００ｍｍ程度の部位である。実施例１のシリンダ内噴射エンジン１００には熱源４００を設けていない。実施例１ではフィルタ２００の前後の排気圧力差を測定した。
【００３０】
まず、実施例１のシリンダ内噴射エンジン１００を備えた車両を、実施形態で説明した本発明の溶液の供給装置を用いることなく走行させた。そうするとフィルタ２００は走行距離約４００ｋｍごとに目詰まりし、その時点で再生したフィルタ２００又は新品フィルタ２００に交換しなければならなかった。具体的には、フィルタ２００直前の圧力を検出し、フィルタ２００での圧力損失が３０ｋＰａ以下のときは運転席に緑のランプが点灯し、３０ｋＰａから４０ｋＰａまでの間にあるときは運転席に黄色のランプが点灯し、４０ｋＰａを超えたときは運転席に赤色のランプが点灯するようにしており、赤色のランプが点灯したときにフィルタ２００が目詰まりしたと判断してフィルタ２００を交換するようにしていた。
【００３１】
次いで、実施例１のシリンダ内噴射エンジン１００を備えた車両において、実施形態で説明した溶液の供給装置を用いてフィルタ２００よりも排気上流側の排気通路１１０に、カリウム又はカリウム化合物を溶解した溶液としてカリウムメタオキサイドを供給して走行させた。このカリウムメタオキサイドは、水酸化カリウム約１０ｇに対してメタノールを約１００ｍＬの比率で混合して得たものである。コントローラ３８０の制御は、車両の走行距離が約１０００ｋｍになるごとにカリウムメタオキサイドを噴流としてノズル３１０の噴口から排気通路１１０の内部へ噴射し、供給した。１回の噴射量は水酸化カリウム約１０ｇ及びメタノール約１００ｍＬよりなる量である。ポンプ３４０の吐出圧は約７０ｋＰａ、圧力エアの圧力は約８００ｋＰａである。車両の全重量は、上記車両重量に加えて積荷１トン、乗員２名及び装備を合算して約３２００ｋｇであった。フィルタ２００は走行前に外部燃焼装置により、内部に捕集した粒子状物質を燃焼して完全に再生しておいた。総走行距離は約７０００ｋｍであり、戸田市内を交通の流れに従って走行し、幹線道（２９８号線）を交通の流れに従って走行し、高速道路（外環道）は走行しなかった。この間、運転席では緑のランプが点灯し続け、黄色のランプが点灯することはなかった。このことから、フィルタ２００の目詰まりが生じていないことが分かる。そして、走行距離が約１５００ｋｍを越えると、運転席では黄色のランプが点灯することがあったので、走行距離が約５００ｋｍになるごとにカリウムメタオキサイドを同量の噴射量でノズル３１０の噴口から排気通路１１０の内部へ噴射し、供給したところ、運転席では緑のランプが点灯し続け、黄色のランプが点灯することはなかった。このことから、フィルタ２００の目詰まりが生じていないことが分かる。この場合、カリウムメタオキサイドの濃度は、メタノール１Ｌあたりの水酸化カリウムの重量グラム数でいえば、好ましくは４０ｇ／Ｌ以上で１５０ｇ／Ｌ以下、より好ましくは１００ｇ／Ｌ以上で１３０ｇ／Ｌ以下である。溶質が少なくてカリウムメタオキサイドの濃度が薄いと粒子状物質が燃焼しにくくなる可能性があり、逆に溶質が多すぎて濃いと水酸化カリウムが溶解しにくくなる可能性があり、いずれも充分な目詰まり防止効果を期待しにくいからである。また、カリウムメタオキサイドは、水酸化カリウムをメタノールに溶かしたものであるので、水に溶かしたものに較べると粒子状物質を燃焼させる機能が強化され、好ましい。
【００３２】
さらに、実施例１のシリンダ内噴射エンジン１００を備えた車両において、実施形態で説明した溶液の供給装置を用いてフィルタ２００よりも排気上流側の排気通路１１０に、カリウム又はカリウム化合物を溶解した溶液として酢酸カリウム約７ｇに対してメタノールを約１００ｍＬの比率で混合して得た溶液を供給して走行させた。コントローラ３８０の制御は、車両の走行距離が約１０００ｋｍになるごとに溶液を噴流としてノズル３１０の噴口から排気通路１１０の内部へ噴射し、供給した。１回の噴射量は酢酸カリウム約７ｇ及びメタノール約１００ｍＬよりなる溶液である。ポンプ３４０の吐出圧は約７０ｋＰａ、圧力エアの圧力は約８００ｋＰａである。車両の全重量は、上記車両重量に加えて積荷１トン、乗員２名及び装備を合算して約３２００ｋｇであった。フィルタ２００は走行前に外部燃焼装置により、内部に捕集した粒子状物質を燃焼して完全に再生しておいた。総走行距離は約５０００ｋｍであり、戸田市内を交通の流れに従って走行し、幹線道（２９８号線）を交通の流れに従って走行し、高速道路（外環道）は走行しなかった。この間、運転席では緑のランプが点灯し続け、黄色のランプが点灯することはなかった。このことから、フィルタ２００の目詰まりが生じていないことが分かる。この場合、酢酸カリウム及びメタノールよりなる溶液の濃度は、メタノール１Ｌあたりの酢酸カリウムの重量グラム数でいえば、好ましくは３０ｇ／Ｌ以上で１５０ｇ／Ｌ以下、より好ましくは５０ｇ／Ｌ以上で１００ｇ／Ｌ以下である。溶質が少なくて溶液の濃度が薄いと粒子状物質が燃焼しにくくなる可能性があり、逆に溶質が多すぎて濃いと酢酸カリウムが溶解しにくくなる可能性があり、いずれも充分な目詰まり防止効果を期待しにくいからである。また、この溶液は酢酸カリウムをメタノールに溶かしたものであるので、酢酸カリウムを水に溶かしたものに較べると粒子状物質を燃焼させる機能が強化され、好ましい。さらに、酢酸カリウムは中性であるので、排気通路構成部材などの金属腐食が少なくなり、好ましい。
【００３３】
また、実施例１のシリンダ内噴射エンジン１００を備えた車両において、実施形態で説明した溶液の供給装置を用いてフィルタ２００よりも排気上流側の排気通路１１０に、カリウム又はカリウム化合物を溶解した溶液として酢酸カリウム約３．５ｇに対してメタノールを約５０ｍＬの比率で混合して得た溶液を供給して走行させた。コントローラ３８０の制御は、車両の走行距離が約３００〜４００ｋｍになるごとに溶液を噴流としてノズル３１０の噴口から排気通路１１０の内部へ噴射し、供給した。１回の噴射量は溶液５０ｍＬである。ポンプ３４０の吐出圧は約７０ｋＰａ、圧力エアの圧力は約８００ｋＰａである。車両の全重量は、上記車両重量に加えて積荷１トン、乗員２名及び装備を合算して約３２００ｋｇであった。フィルタ２００は走行前に外部燃焼装置により、内部に捕集した粒子状物質を燃焼して完全に再生しておいた。総走行距離は約５０００ｋｍであり、戸田市内を交通の流れに従って走行し、幹線道（２９８号線）を交通の流れに従って走行し、高速道路（外環道）は走行しなかった。この間、運転席では緑のランプが点灯し続け、黄色のランプが点灯することはなかった。このことから、フィルタ２００の目詰まりが生じていないことが分かる。粒子状物質を捕集すると目詰まりが進行してフィルタ２００での圧力損失が高まっていくが、この圧力損失が約３０ｋＰａを越えるに至ることを一つの目安とすると、溶液の供給装置を用いないときは、走行可能な距離が約３００〜４００ｋｍであったが、溶液の供給装置を用いて酢酸カリウム約３．５ｇに対してメタノールを約５０ｍＬの比率で混合して得た溶液を供給すると、走行可能な距離が約２０００ｋｍと飛躍的に延びた。
【００３４】
次に、図４は本発明の実施形態にかかるシリンダ内噴射エンジン用フィルタの使用方法を示す。同図に示すように、この実施形態で用いるシリンダ内噴射エンジン１００及びフィルタ２００の構成は、先のフィルタ付きシリンダ内噴射エンジンの実施形態と同様であり、その説明をそのまま引用し、同一の部材には同一の符号を付してその説明を省略する。ただし、このシリンダ内噴射エンジン１００は、ノズル３１０、噴射弁３２０、溶液タンク３３０、ポンプ３４０、エアタンク３５０、遮断弁３６０、管路３７１〜３７３及びコントローラ３８０を有する溶液の供給装置を備えていない。
【００３５】
この実施形態の場合、排気に含まれる粒子状物質を捕集するフィルタ２００はシリンダ内噴射エンジン１００の排気通路１１０に着脱可能に設けられている。すなわち、フィルタ装置１１５は脱着方式であり、フィルタ２００を交換できるようになっている。シリンダ内噴射エンジン用フィルタの使用方法は、排気通路１１０から取り外したフィルタ２００の排気入口側の端面に、本発明の溶液であるカリウム、カリウム化合物、ナトリウム及びナトリウム化合物のうち少なくとも一つを溶解した溶液を噴霧、塗布等により付着し、このフィルタを排気通路に装着する方法である。本発明の溶液は、カリウム、カリウム化合物、ナトリウム及びナトリウム化合物のうち少なくとも一つを溶解した溶液であり、したがって、これらの溶質を組み合わせて溶解した溶液であってもよいし、溶液にさらに他の溶質が溶解していてもよい。
【００３６】
この実施形態では、本発明の溶液として、酢酸カリウム、酢酸ナトリウムその他の酢酸塩のうち少なくとも一つをメタノールに溶解した溶液、又は蟻酸カリウム、蟻酸ナトリウムその他の蟻酸塩のうち少なくとも一つをメタノールに溶解した溶液を用いている。
【００３７】
さらに、フィルタ２００の周辺には熱源４００が設けられている。この熱源は先に図３で説明したフィルタ付きシリンダ内噴射エンジンの場合と同様の構成であるので、その説明をそのまま引用する。
【００３８】
この使用方法によれば、フィルタのなかで間欠的に温度上昇が起こり、このような溶液を付着せずに運転する通常運転を行う場合に較べて、フィルタにおける目詰まりの進行が遅くなる。これはフィルタのなかで当該フィルタに捕集された粒子状物質が間欠的に燃焼して除去されるためと推定される。また、通常運転を行う場合に較べて、フィルタの再生時間が短縮される。これはフィルタのなかに残留する物質が燃焼を促進するためと推定される。
【００３９】
本発明においてフィルタに付着する溶液は、カリウム、カリウム化合物、ナトリウム及びナトリウム化合物のうち少なくとも一つを溶解した溶液であるが、この実施形態では、そのなかでも酢酸カリウム、酢酸ナトリウムその他の酢酸塩のうち少なくとも一つをメタノールに溶解した溶液、又は蟻酸カリウム、蟻酸ナトリウムその他の蟻酸塩のうち少なくとも一つをメタノールに溶解した溶液とした。このような溶液を用いると、酢酸塩又は蟻酸塩をフィルタ２００に捕集された粒子状物質に均一に分散でき、また粒子状物質と溶液との親和性、浸透性の向上により、フィルタ２００で捕集した粒子状物質をフィルタ２００の広い面積でゆっくり燃焼させ、燃焼温度を低く保つことでフィルタ２００への熱衝撃を緩和でき、これによってＮＯx（窒素酸化物）の発生が殆ど無くなり、好ましい。
【００４０】
本発明のシリンダ内噴射エンジン用フィルタの使用方法には、熱源を設けない実施形態が含まれるが、上記実施形態の場合、フィルタ２００の周辺に熱源４００を設けた。このようにすれば、熱源４００が、フィルタ２００に捕集された粒子状物質が燃焼するきっかけ、火種となり、この粒子状物質が確実に燃焼しはじめるので、フィルタ２００における目詰まりの進行が更に遅くなる。
【実施例２】
【００４１】
以下、上記実施形態にかかるシリンダ内噴射エンジン用フィルタの使用方法の実施例２を説明する。この実施例２で用いたシリンダ内噴射エンジン１００は三菱自動車工業株式会社製４Ｄ３３型ディーゼルエンジン（９９年排気ガス規制適合、排気量４２１０ｃｃ、直接噴射式、自然吸気）で、三菱自動車工業株式会社製Ｕ−ＦＥ３１７ＢＮ改、キャンター（２トン積塵芥車、平成５年７月７日登録）に搭載されている。車両重量は３４９０ｋｇである。実施例２で用いたフィルタ２００は、イビデン株式会社製の目封じタイプで、材料はＳｉＣセラミックである。フィルタ２００の軸方向の一端から排気を導入し、他端から排出する。図４に示すように、排気通路１１０は、排気マニフォールド１１１、第１の排気パイプ１１２、マフラ１１３、第２の排気パイプ１１４、ハウジングにフィルタ２００を収納してなるフィルタ装置１１５、及び第３の排気パイプ１１６を順に直列に連結して構成されている。フィルタ装置１１５のハウジングは、ほぼ円筒形をしており、一端に第２の排気パイプ１１４が接続され、他端に第３の排気パイプ１１６が接続され、第２の排気パイプ１１４からの排気を内部のフィルタ２００の一端に導入し、フィルタ２００の他端から出た排気を第３の排気パイプ１１６に導出するようにしている。フィルタ装置１１５は脱着方式であり、フィルタ２００を交換できるようになっている。排気通路各部の寸法は図１に示した寸法と同一である。第１の排気パイプ１１２は長さが１１００ｍｍであり、マフラ１１３は直径が２００ｍｍで長さが５４０ｍｍのほぼ円筒形であり、マフラ１１３の排気導入口から第３の排気パイプ１１６の末端までが直線距離で３０２０ｍｍであった。排気パイプはいずれも直径が５１ｍｍであった。実施例２のシリンダ内噴射エンジン１００には熱源４００を設けていない。実施例２ではフィルタ２００の前後の排気圧力差を測定した。
【００４２】
実施例２のシリンダ内噴射エンジン１００を備えた車両において、排気通路１１０から取り外したフィルタ２００の排気入口側の端面に、カリウム又はカリウム化合物を溶解した溶液として酢酸カリウム約２ｇに対してメタノールを約３０ｍＬの比率で混合して得た溶液を約３０ｍＬだけ噴霧、塗布等により付着し、このフィルタ２００を排気通路１１０に装着し、供給して走行させた。車両の全重量は、上記車両重量に、乗員２名及び装備を合算した１１０ｋｇが加わり、さらに適宜な重量の塵芥が加わった重さになった。フィルタ２００は走行前に外部燃焼装置により、内部に捕集した粒子状物質を燃焼して完全に再生しておいた。総走行距離は約２００ｋｍであり、湯河原町の海岸地帯と山の頂上付近のゴミ焼却場との間の標高差約５００ｍに相当する急勾配を往復した。フィルタ２００を外部燃焼装置により完全に再生した上で溶液を付着させない場合、約１５ｋｍの走行でフィルタ２００での排気損失が約３０ｋＰａを越えるに至ったのに対し、溶液を付着させた場合には、約１５ｋｍの走行でフィルタ２００での排気損失が約１０ｋＰａに達したにとどまった。この間、運転席では緑のランプが点灯し続け、黄色のランプが点灯することはなかった。このことから、フィルタ２００の目詰まりの進行が遅くなっていることが分かる。この場合、酢酸カリウム及びメタノールよりなる溶液の濃度は、メタノール１Ｌあたりの酢酸カリウムの重量グラム数でいえば、好ましくは３０ｇ／Ｌ以上で１５０ｇ／Ｌ以下、より好ましくは５０ｇ／Ｌ以上で１００ｇ／Ｌ以下である。溶質が少なくて溶液の濃度が薄いと粒子状物質が燃焼しにくくなる可能性があり、逆に溶質が多くて溶液の濃度が濃いと酢酸カリウムが溶解しにくくなる可能性があり、いずれも充分な目詰まり防止効果を期待しにくいからである。
【００４３】
酢酸カリウムによる粒子状物質の燃焼促進効果を検証するため、本発明の溶液を一切使用しないで運転して目詰まりしたフィルタ２００を外部燃焼装置により再生する前に、フィルタ２００の排気入口側の端面に、カリウム又はカリウム化合物を溶解した溶液として酢酸カリウム約２ｇに対してメタノールを約３０ｍＬの比率で混合して得た溶液を約３０ｍＬだけ噴霧、塗布等により付着し、このフィルタ２００を外部燃焼装置により再生してみた。外部燃焼装置は、燃焼用の容器の内部に電気ヒータを備えており、この容器のなかにフィルタ２００を、その排気入口側の端面を下にして電気ヒータに臨ませ、排気出口側の端面を上にして置き、電気ヒータに通電して発熱させ、フィルタ２００の内部に捕集した粒子状物質を燃焼するものである。まず、図５は溶液を付着しないフィルタ２００を外部燃焼装置により再生してみた場合である。温度が急上昇する点が燃焼開始点であるとみることができるが、図５の場合、燃焼は約摂氏５５０度付近から始まっている。これに対し、図６は溶液を付着したフィルタ２００を外部燃焼装置により再生してみた場合であるが、燃焼は約摂氏４５０度付近から始まっており、約１００度低い温度から粒子状物質の燃焼が始まっていることが分かる。なお、図５及び図６において、Ａで示す線は、円筒形のフィルタ２００の排気入口側の端面から排気出口側の端面に向かって１０ｍｍ入ったところで且つ外周壁から１０ｍｍ内方へ入って部位の温度である。また、図５及び図６において、Ｂで示す線は、円筒形のフィルタ２００の排気出口側の端面から排気入口側の端面に向かって１０ｍｍ入ったところで且つ外周壁から１０ｍｍ内方へ入って部位の温度である。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】実施形態のフィルタ付きシリンダ内噴射エンジンの主要部を示す概略図である。
【図２】実施形態のフィルタ付きシリンダ内噴射エンジンの溶液供給装置を示す概略図である。
【図３】実施形態のフィルタ付きシリンダ内噴射エンジンのフィルタ装置を示す断面 図である。
【図４】実施形態のシリンダ内噴射エンジン用フィルタの使用方法を用いるシリンダ内噴射エンジンを示す概略図である。
【図５】溶液を付着しないフィルタの温度変化を示す図である。縦軸は温度（摂氏）を、横軸は時間をそれぞれ示す。
【図６】溶液を付着したフィルタの温度変化を示す図である。縦軸は温度（摂氏）を、横軸は時間をそれぞれ示す。
【符号の説明】
【００４５】
１００ シリンダ内噴射エンジン
１１０ 排気通路
２００ フィルタ
３１０ ノズル
４００ 熱源
【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気通路に、排気に含まれる粒子状物質を捕集するフィルタを設けたシリンダ内噴射エンジンにおいて、
フィルタよりも排気上流側の排気通路に、カリウム、カリウム化合物、ナトリウム及びナトリウム化合物のうち少なくとも一つを溶解した溶液を供給するように構成したフィルタ付きシリンダ内噴射エンジン。
【請求項２】
カリウム、カリウム化合物、ナトリウム及びナトリウム化合物のうち少なくとも一つを溶解した溶液が、酢酸カリウム、酢酸ナトリウムその他の酢酸塩のうち少なくとも一つをメタノールに溶解した溶液、又は蟻酸カリウム、蟻酸ナトリウムその他の蟻酸塩のうち少なくとも一つをメタノールに溶解した溶液である請求項１のフィルタ付きシリンダ内噴射エンジン。
【請求項３】
請求項１又は請求項２のフィルタ付きシリンダ内噴射エンジンにおいて、さらにフィルタの周辺に熱源が設けられているフィルタ付きシリンダ内噴射エンジン。
【請求項４】
シリンダ内噴射エンジンの排気通路に着脱可能に設けられ、排気に含まれる粒子状物質を捕集するフィルタを使用する方法であって、
排気通路から取り外したフィルタの排気入口側の端面に、カリウム、カリウム化合物、ナトリウム及びナトリウム化合物のうち少なくとも一つを溶解した溶液を噴霧、塗布等により付着し、このフィルタを排気通路に装着するシリンダ内噴射エンジン用フィルタの使用方法。
【請求項５】
カリウム、カリウム化合物、ナトリウム及びナトリウム化合物のうち少なくとも一つを溶解した溶液が、酢酸カリウム、酢酸ナトリウムその他の酢酸塩のうち少なくとも一つをメタノールに溶解した溶液、又は蟻酸カリウム、蟻酸ナトリウムその他の蟻酸塩のうち少なくとも一つをメタノールに溶解した溶液である請求項４のシリンダ内噴射エンジン用フィルタの使用方法。
【請求項６】
請求項４又は請求項５のシリンダ内噴射エンジン用フィルタの使用方法において、さらにフィルタの周辺に熱源が設けられているシリンダ内噴射エンジン用フィルタの使用方法。
【請求項１】
排気通路に、排気に含まれる粒子状物質を捕集するフィルタを設けたシリンダ内噴射エンジンにおいて、
フィルタよりも排気上流側の排気通路に、カリウム、カリウム化合物、ナトリウム及びナトリウム化合物のうち少なくとも一つを溶解した溶液を供給するように構成したフィルタ付きシリンダ内噴射エンジン。
【請求項２】
カリウム、カリウム化合物、ナトリウム及びナトリウム化合物のうち少なくとも一つを溶解した溶液が、酢酸カリウム、酢酸ナトリウムその他の酢酸塩のうち少なくとも一つをメタノールに溶解した溶液、又は蟻酸カリウム、蟻酸ナトリウムその他の蟻酸塩のうち少なくとも一つをメタノールに溶解した溶液である請求項１のフィルタ付きシリンダ内噴射エンジン。
【請求項３】
請求項１又は請求項２のフィルタ付きシリンダ内噴射エンジンにおいて、さらにフィルタの周辺に熱源が設けられているフィルタ付きシリンダ内噴射エンジン。
【請求項４】
シリンダ内噴射エンジンの排気通路に着脱可能に設けられ、排気に含まれる粒子状物質を捕集するフィルタを使用する方法であって、
排気通路から取り外したフィルタの排気入口側の端面に、カリウム、カリウム化合物、ナトリウム及びナトリウム化合物のうち少なくとも一つを溶解した溶液を噴霧、塗布等により付着し、このフィルタを排気通路に装着するシリンダ内噴射エンジン用フィルタの使用方法。
【請求項５】
カリウム、カリウム化合物、ナトリウム及びナトリウム化合物のうち少なくとも一つを溶解した溶液が、酢酸カリウム、酢酸ナトリウムその他の酢酸塩のうち少なくとも一つをメタノールに溶解した溶液、又は蟻酸カリウム、蟻酸ナトリウムその他の蟻酸塩のうち少なくとも一つをメタノールに溶解した溶液である請求項４のシリンダ内噴射エンジン用フィルタの使用方法。
【請求項６】
請求項４又は請求項５のシリンダ内噴射エンジン用フィルタの使用方法において、さらにフィルタの周辺に熱源が設けられているシリンダ内噴射エンジン用フィルタの使用方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２００６−３７７８５（Ｐ２００６−３７７８５Ａ）
【公開日】平成１８年２月９日（２００６．２．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−２１６３２８（Ｐ２００４−２１６３２８）
【出願日】平成１６年７月２３日（２００４．７．２３）
【出願人】（５９７０３２５９４）株式会社コモテック (12)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年２月９日（２００６．２．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年７月２３日（２００４．７．２３）
【出願人】（５９７０３２５９４）株式会社コモテック (12)
【Ｆターム（参考）】
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