CN103261595A - 使用重油以下的低质燃料的柴油发动机的排气气体净化装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种柴油发动机的排气气体净化装置，特别是不仅能够将使用重油以下的低质燃料的柴油发动机的排气气体中的PM，特别是SOF成分、硫酸盐成分高效率地去除，并且容易且可靠地抑制环境污染物质、对生态系统给予不良影响的物质的流出。在使用重油以下的低质燃料的柴油发动机的排气气体净化装置中，形成如下结构：在与发动机的排气歧管相连的排气管上设置排气气体冷却器，在该排气气体冷却器的下游侧设置电集尘部件，该电集尘部件用于去除该排气气体中含有的以SOF、ISF为主体的PM，在该电集尘部件的下游侧配气管上设置将上述排气气体的一部分作为EGR气体进行分流的分支部，借助与该分支部相连的EGR配管及EGR阀而使上述EGR气体回流到发动机的进气中。

Description

使用重油以下的低质燃料的柴油发动机的排气气体净化装置
技术领域
本发明涉及去除柴油发动机的排气气体中所含有的以碳为主体的粒状物质（Particulate Matter：以下称为“PM”）、氮氧化物（以下称为“NOx”）等有害气体并对排气气体净化的船舶用、发电用、工业用等的、特别是使用重油以下的低质燃料的大排量柴油发动机的排气气体处理技术，更详细地，涉及排出较高温度的排气气体的大排量柴油发动机中的利用了电晕放电的排气气体的净化装置。
背景技术
大范围地采用柴油发动机作为各种船舶、发电机及大型建筑机械、以及各种汽车等的动力源，但是，从该柴油发动机排出的排气气体中所含有的PM、NOx众所周知，不仅产生大气污染，而且还是对人体极其有害的物质，因此该排气气体的净化极其重要。因此，已提出了如下多种方法：改善柴油发动机的燃烧方式、采用各种排气气体过滤器的排气气体再循环（Exhaust Gas Recirculation：以下称为“EGR”）法；选择式还原催化剂脱硝法（Selective Catalytic Ruduction：以下称为“SCR”）；以及利用电晕放电进行电处理的方法等，其中的一部分用于实际应用。
在此，柴油发动机的排气气体中的PM（粒状物质）的成分分为有机溶剂可溶成分（SOF：Soluble Organic Fractions，以下称为“SOF”）和有机溶剂不溶成分（ISF：Insoluble Organic Fractions，以下称为“ISF”）这两种，其中，SOF成分以燃料、润滑油的未燃部分为主要成分，包含具有致癌作用的多环芳香族等有害物质。另一方面，ISF成分以电阻率较低的碳（碳黑）与硫酸盐（Sulfate：硫酸盐）成分为主成分，鉴于该SOF成分及ISF成分对人体、环境造成的影响，希望尽可能减少排气气体。特别是，生物体中的PM的不良影响的程度在PM的颗粒径达到nm尺寸的情况下尤其成为问题。
作为利用电晕放电进行电处理的方法，例如提出有以下所述的方法及装置（专利文献1～专利文献3）。
即，在专利文献1中，提出了柴油发动机的排气气体用电处理方法及装置，如图21中所示，采用在排气气体通路21中设置由电晕放电部22-1和带电部22-2构成的放电带电部22，电晕放电的电子29使排气气体G1中的以碳为主体的PM28带电，利用配置于该排气气体通路21的捕集板23对上述带电的PM28进行捕集的方式，放电带电部22中的电极针24在排气气体流的流动方向上长度较短，并且捕集板23配置在与排气气体流的流动方向成直角的方向上。在图中，附图标记25是密封气体管，附图标记26是高压电源装置，附图标记27是排气气体引导管。
在专利文献2中，作为包括有带电凝结部和对凝结的成分进行捕集的过滤器部的气体处理装置，其中，该带电凝结部通过电晕放电使搭载于汽车的柴油发动机的排气气体中的捕集对象成分带电并凝结，如图22、图23所示，表示构成如下结构的气体处理装置：将带电凝结部30配置在上游侧，将过滤器部40配置在下游侧，进而将氧化催化剂50配置在过滤器部40的下游，并且，由筒状体31、31a等形成带电凝结部30的气体通路壁，此外由配置在气体通路壁的表面附近的导电性的筒状体31f形成低电压电极的集尘电极，由配置于这些筒状体的内部的线状体的高电压电极形成电晕电极，并且使上述气体通路壁的筒状体形成为利用自然对流与热辐射所产生的自然放热使气体冷却的气体冷却部，另外，对于在上述气体通路壁的筒状体、或者上述导电性的筒状体的内侧表面附近流动的气体流，在上述筒状体的表面或者表面附近设置用于促进紊流的紊流促进部件31e。在图中，附图标记31c是气体入口室，附图标记31b是电晕电极，附图标记31d是气体出口室。
在专利文献3中示出了如下方法及装置，其使用电气式排气气体处理装置，预先利用气体冷却部件将包含粒状物质PM（SOF、ISF）的全部排气气体的温度降低到100℃以上、优选的是130℃以上且排气气体温度／燃料沸点温度比R＝0.85所表示的温度以下，之后利用电气部件进行处理，能够有效地去除粒状物质PM（SOF、ISF）。
另一方面，在非专利文献1中，在第二章“针对IMO的与3次NOx限制的应对技术和遗留的课题”中的2-2“针对IMO的与3次NOx限制的应对发动机技术”的2-2-2“排气循环”的P14～P16中，公开将柴油发动机搭载于集装箱船的技术，该柴油发动机在利用洗涤器将从通向涡轮增压机的涡轮的排气管分流出的EGR气体进行净化之后，利用EGR冷却器来冷却，并且在通过水滴捕集机之后，使上述EGR气体在EGR鼓风机的作用下回流到由涡轮增压机的压缩机压送来的进气的中间冷却器。
此外，通常公知地是，利用催化剂反应的上述SCR方式作为公知的NOx减少技术。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：WO2006／064805B号公报
专利文献2：日本专利4529013号
专利文献3：日本特愿PCT／JP2010／068089号
非专利文献
非专利文献1：社团法人日本海洋工程（日文：マリンエンジニアリング）学会编：平成21年度船舶排出大气污染物质减少技术研究调查报告书
发明内容
发明要解决的课题
然而，在上述现有的柴油发动机排气气体净化装置中，存在如下所述的缺点。
即，上述专利文献1所述的柴油发动机的排气气体用电处理方法及装置具有如下问题：放电带电部22中的电极针24在排气气体流的流动方向上长度较短，并且捕集板23配置在与排气气体流的流动方向成直角的方向上，此外，排气气体流与捕集板23直接接触，因此流过阻力（压力损失：压损）较大；存在由于捕集板23较薄且排气气体流的流动方向长度较短而担心PM无阻碍地通过，不能充分提高PM捕集效率的可能；一旦通过捕集板23的PM被直接排出，而不利用再次电晕放电带电而被捕集。
此外，在利用电晕放电等对排气气体中的PM进行电处理的柴油发动机的排气气体处理技术中，产生以下所述的课题。
即，必须克服如下课题：在发电用、船舶用发动机等的、与使用硫成分较少的轻油的汽车用柴油发动机相比，具有格外大的排气量且使用重油以下的低质且较多含有硫成分的（重油相对于轻油含有10～70倍左右的硫成分：根据JIS K2204“轻油”、K2205“重油”）燃料的大排量柴油发动机中，例如在使用上述专利文献1所述的排气气体净化装置的情况下，重油以下的低质燃料中的硫成分不仅作为SOF包含于排气气体，还形成硫酸盐而腐蚀发动机构成零件，特别是排气相关零件。
此外，使用硫成分的含有量较少的优质燃料的轻油的汽车所搭载的小排气量的柴油发动机用、即专利文献2所公开的技术是如下所述的技术：静电凝结作用发生在集尘极附近，因此无须使全部气体冷却，若能够冷却集尘极附近则可以促进静电凝结效果，因此能够仅在集尘极附近处依次冷却并凝缩、液化，从而进行带电、捕集，但是，在使用重油以下的低质燃料的船用等大排量并且流速快、排气气体温度高的柴油发动机、或者PM的排出量大的发动机中，由于将高温的排气气体中的PM的冷却至凝缩、液化的温度的部分仅限为在集尘电极附近进行局部冷却，因此冷却能力不足而形成不充分的冷却，在PM的供给较多而PM的冷却跟不上的情况下，在未冷却的状态下高温将含有PM的排气气体排出。另外，仅在集尘电极附近进行冷却，使在其附近流动的排气气体中的SOF成分、硫酸盐成分凝缩液化而被捕集，但是，由于在远离集尘电极的部分处流动的排气气体基本没有冷却，因此不会使该排气气体中的SOF成分凝缩液化。因此，在远离集尘电极的部分处流动的排气气体中的SOF成分没有被捕集而被排出。这样，在使用上述重油以下的低质燃料的大排量柴油发动机中，对使用硫成分的含有量较低的优质燃料、即轻油的专利文献2所记载的排气气体净化装置进行使用的情况中，存在上述硫酸盐成分对发动机构成零件造成腐蚀的问题，还存在无法充分地进行排气气体中的PM、特别是SOF成分的去除这样的问题。
另外，专利文献2所述的气体处理装置是车载用的小型气体处理装置，是涉及如下装置的技术：将带电凝结部30配置在上游侧，将过滤器部40配置在下游侧，另外将氧化催化剂50配置在其下游，并且在带电凝结部30处设置将排气气体分流成多束的气体入口室31c，并且气体通路壁由筒状体31f形成且该筒状体31f露出到外部空气，将气体通路壁、即该筒状体31f作为利用自然对流和热辐射所产生的自然放热来冷却气体的气体冷却部，之后，使分流了的排气气体在气体出口室31d处再混合，利用过滤器部40的下游的氧化催化剂50将在气化了的状态下通过带电凝结部30、过滤器部40的SOF等蒸发成分氧化并净化，此外，本技术是为了确保SOF的捕集率而需要使在管状的带电凝结部30处暂时冷却的排气气体的温度再次上升到催化剂的活性温度或使用燃料、电等外部能源而使氧化催化剂50的温度升温，另外，并不减少、去除排气气体中的氮氧化物。
此外，专利文献3所述的电气式排气气体处理技术预先利用气体冷却部件将含有粒状物质的全部排气气体的温度降低到100℃以上、优选的是130℃以上且排气气体温度／燃料沸点温度比R＝0.85所表示的温度以下，之后利用电部件进行处理，从而能够利用电晕放电将带电的粒状物质PM（SOF、ISF）高效率地去除，但存在不能将不带电的NOx、二氧化硫气体等氧化硫（以下称为“SOx”）的气体状物质高效率地去除这样的难点。
另一方面，在非专利文献1所述的船用柴油发动机中，通过将从排气气体分流出的EGR气体回流到进气中，能够从排气气体中减少80％的NOx并且从EGR气体中去除接近100％的SOx，但存在不能完全去除EGR气体中的PM、特别是硫酸盐成分而使其残留这样的缺点，此外，对于通过洗涤器的煤尘、PM中仍含有的硫成分对柴油装置主体、系统的影响，不仅需要长期的实船试验，还需要使从洗涤器排出船外的清洗水不会对环境、生态系统造成影响，特别是在该洗涤器的清洗水中，与PM的悬浮、二氧化硫的溶解等相伴的这些环境污染成分或生态系统影响成分的去除、Ph调整等，使废水处理成为较大问题。
此外，作为公知的NOx降低技术而利用催化剂反应的SCR方式是通常周知的。该SCR方式在发动机的排气气体的温度充分高的状态下进行活性化，并且在催化剂表面没有被煤等覆盖而可靠地露出的情况下，能够使催化剂正常地发挥功能而实现较高的NOx降低。但是，在通常的船用发动机中为了确保燃料消耗率的提高，与汽车用发动机等相比，长冲程的低速发动机是主流，当在工作缸内缓慢地花时间地将燃烧气体的能量可靠地提取为动力时，伴随长时间的燃烧气体与工作缸壁面等的接触而来的放热导致的排气气体的温度变为低温的情况较多，不仅是在发动机刚起动之后不久的升温过程中，即使是在稳定运转中催化剂温度也达不到300度，不能使其功能充分地发挥，NOx降低率不充分的情况较多。此外，在使用重油以下的低质燃料的柴油发动机中，被指出存在如下问题而期望改善：因排气气体中含有的PM覆盖催化剂，并且该催化剂因燃料中大量含有的硫而中毒，使其NOx净化功能无法长期稳定地发挥。
本发明鉴于上述现有技术的问题，提供一种柴油发动机的排气气体净化装置，特别是不仅将使用重油以下的低质燃料的大排量的、且排出高速和／或大流量的排气气体的柴油发动机的排气气体中的NOx降低，还能够高效率地去除PM、特别是SOF成分、硫酸盐成分，能够容易且可靠地抑制环境污染物质、对于生态系统给予不良影响的物质的流出，上述柴油发动机的排气气体净化装置使用在发动机起动之后不久发挥功能的重油以下的低质燃料。
用于解决课题的手段
本发明的第一发明的使用重油以下的低质燃料的柴油发动机的排气气体净化装置构成为如下结构，在与发动机的排气歧管相连的排气管上设置排气气体冷却器，在该排气气体冷却器的下游侧连接电集尘部件，该电集尘部件用于去除该排气气体中含有的以SOF、ISF为主体的PM，在该电集尘部件的下游侧配气管上设置将上述排气气体的一部分作为EGR气体进行分流的分支部，借助与该分支部相连的EGR配管及EGR阀而使上述EGR气体回流到发动机的进气中。
在上述第一发明的排气气体净化装置中，优选的是，在上述电集尘部件与上述分支部之间配置将排气气体进一步净化的洗涤器，以及／或者在上述EGR配管上配置对EGR气体进行冷却的EGR冷却器。
此外，上述第一发明的排气气体净化装置在上述排气气体冷却器与上述电集尘部件之间的排气管、上述洗涤器与上述EGR冷却器之间的排气管或EGR配管以及上述EGR冷却器的后方的EGR配管中的至少一处位置，配置用于分离去除凝结水的气液分离器，以及／或者在上述EGR配管上设置鼓风机，该鼓风机对该EGR气体进行压送而使其回流到进气中。
此外，本发明的第二发明的使用重油以下的低质燃料的柴油发动机的排气气体净化装置构成为如下结构，在与发动机的排气歧管相连的排气管上，设置将排气气体的一部分作为EGR气体进行分流的分支部，在与该分支部相连的EGR配管上设置排气气体冷却器，在该排气气体冷却器的下游侧设置电集尘部件，该电集尘部件用于去除该排气气体中含有的以SOF、ISF为主体的PM，在该电集尘部件的下游侧EGR配管上设置EGR阀，借助该EGR阀而使EGR气体回流到发动机的进气中。
在上述第二发明的排气气体净化装置中，优选的是，在上述电集尘部件与上述分支部之间，配置将排气气体进一步净化的洗涤器，以及／或者在上述洗涤器的后方配置对EGR气体进行冷却的EGR冷却器。
此外，优选的是，上述第二发明的排气气体净化装置在上述排气气体冷却器与上述电集尘部件之间的EGR配管、上述洗涤器与上述EGR冷却器之间的EGR配管以及上述EGR冷却器的后方的EGR配管中的至少一处位置，配置用于分离去除凝结水的气液分离器，或者在上述EGR配管上设置鼓风机，该鼓风机对该EGR气体进行压送而使其回流到进气中。
另外，本发明的使用重油以下的低质燃料的柴油发动机的排气气体净化装置，优选的是，在柴油发动机中，设置利用单级或多级的增压机对进气进行增压的增压系统。
发明效果
本发明的使用重油以下的低质燃料的柴油发动机的排气气体净化装置实现以下所述的效果。
1.通过对经由排气气体冷却器而从排气气体净化装置（DPF）排出的排气气体的一部分进行分流而将其作为EGR气体使用，在吸入空气中混合比热较大的排出气体从而降低燃烧温度而抑制氮氧化物的生成，并且在吸入空气中混合氧浓度降低了的排气气体从而降低燃烧温度而抑制氮氧化物的生成，因此能够使排气气体中的NOx大幅度地减少。
2.由于船用燃料的硫含有量较大，因而在排气气体中含有较高浓度的硫酸盐，若直接作为EGR气体供给到燃烧室，则排气气体中的硫成分进一步变浓，来源于硫的生成物使活塞、活塞环、工作缸、缸盖、给排气阀、阀杆等发动机构成零件以及排气管、消音器、节能器、蓄热器等排气相关零件受到腐蚀或磨损，担心会损害发动机及相关零件的耐久性，但根据本发明，由于除了来源于燃料的硫成分，基本上不会再供给来自EGR气体的硫成分而使浓度增加，因此能够消除上述担忧。
3.通过设置通向排气管的洗涤器，通过将没有被静电旋风除尘器排气气体净化装置完全去除的二氧化硫气体、PM（碳黑、SOF、硫酸盐）等的残留成分有效地去除而使其进一步减少，使排气气体进一步变得清洁，并且通过使分流的EGR气体温度也进一步降低，使燃烧温度降低而与氮氧化物的减少，并且使来自工作缸壁面等的放热减少而谋求油耗的改善。另外，能够获得如下效果：能够减少EGR冷却器的交换热量，使EGR冷却器的小型化变得可能并变得廉价；由于EGR冷却器的耐热性没有被要求得很高，从而热应力变低并且高温腐蚀的危险性也减小，因此使构造简单化而易于获得耐久可靠性；由经济的材料、经济的方法进行制作变得可能，从而能够使用廉价的EGR冷却器；减少来源于硫的生成物使发动机构成零件、排气相关零件腐蚀、促进磨损的情况，消除损坏发动机及相关零件的耐久性的担忧；也能够存在使EGR气体冷却而不需要EGR冷却器的情况等。
4.通过设置通向EGR配管的洗涤器，在EGR气体中也将没有被静电旋风除尘器排气气体净化装置完全去除的PM、碳黑、SOF、硫酸盐等的残留成分去除而获得清洁的EGR气体，并且使EGR气体温度也进一步降低，使燃烧温度降低而与氮氧化物的减少并且使来自工作缸壁面等的放热减少，谋求油耗的改善。另外，能够获得如下效果：能够减少EGR冷却器的交换热量，能够实现EGR冷却器的小型化且变得廉价；由于EGR冷却器的耐热性没有被要求得很高，热应力降低并且减少高温腐蚀的危险性，因此使构造简单化而易于获得耐久可靠性；由经济的材料、经济的方法进行制作变得可能，能够使用廉价的EGR冷却器；减少来源于硫的生成物使发动机构成零件、排气相关零件进行腐蚀或促进磨损的情况，消除损害发动机及相关零件的耐久性的担忧；也能够存在使EGR气体冷却而不需要EGR冷却器的情况；谋求装置的小型化、小空间化。
5.通过设置气液分离器，能够预先分离去除凝结水。具体来说，获得如下效果：通过在排气气体冷却装置的下游侧设置气液分离器，能够从排气气体分离、去除凝结水，通过预先去除凝结水，使来源于硫的生成物、来源于氮的生成物含有在凝结水中而使其从排气气体内减少，来源于硫的生成物、来源于氮的生成物被附着于凝结水的PM中的ISF（碳黑）吸附而进一步减少，排气气体中的PM（SOF、ISF）以及来源于氮的生成物的含有量减少而使DPF的负荷减少，并且进一步减小损害发动机元件及排气相关零件的耐久性的担忧，并且，上述效果在从排气气体冷却装置排出的排气气体温度处于100℃左右附近的情况下特别显著。此外，通过在洗涤器的下游侧设置气液分离器，能够从在洗涤器处与大量的水接触而形成极高湿度的排气气体中分离、去除水分。由于在分离、去除了的水分中含有来源于硫的生成物、来源于氮的生成物，因此将上述生成物从排气气体中大幅地去除，另外，来源于硫的生成物、来源于氮的生成物被附着于去除的水分的PM中的ISF（碳黑）吸附而减少，排气气体中的SOx、PM（SOF、ISF）及来源于氮的生成物的含有量减少而谋求排气气体的清洁化。此外，对于EGR气体，也通过分离、去除凝结水，特别是减少来源于硫的生成物等而能够进一步减少由发动机元件、排气相关零件的腐蚀磨损、滑动磨损等损害耐久性的担忧。
6.仅使从排气管分流出的EGR气体经过冷却→静电集尘→旋风除尘器集尘→洗涤器处理→气液分离，从而通过小型的装置廉价地获得清洁的EGR气体，通过使用该EGR气体而回流到进气中，能够享受到EGR产生的通常作用效果。此外，虽没有期望削减排气气体中的PM，由于一系列处理结束的EGR气体能够回流，因此NOx、SOx能够可靠地削减。另外，由于仅处理EGR气体，因此系统的构成设备（气体冷却机、静电集尘部、旋风除尘器集尘部、洗涤器处理机、气液分离机）是小型较轻且廉价的，制造也较为容易且不会占用设置空间，因此是优选的。另外，与处理全部排气气体的情况相比，减少排气气体冷却器的冷却水的使用量，减少来自洗涤器装置的排水处理水量、淤泥，减少来自气液分离器的凝结水等，系统的维持、管理变得容易而能够容易且可靠地抑制环境污染物质、对生态系统给予不良影响的物质的流出。
7.利用了作为公知的NOx降低技术而为人所知的催化剂反应的SCR方式在使发动机的排气气体的温度充分高的状态下使催化剂活性化，此外，若使催化剂表面没有被煤等覆盖而可靠地露出，则催化剂正常地发挥功能而能够达成较高NOx降低，但在通常的船用发动机中，为了确保燃料消耗率的提高，与汽车用发动机等相比长冲程的低速发动机是主流，当将工作缸内燃烧气体的能量慢慢地花费时间而可靠地作为动力取出时，由于长时间范围内使燃烧气体与工作缸壁面等接触而进行放热，使排气气体的温度变为低温的情况较多，不仅在发动机起动之后不久的升温过程中、即使在稳定运转中催化剂温度也下降到300度以下而不能发挥催化剂功能、NOx降低率不充分的情况较多，此外在使用重油以下的低质燃料的柴油发动机中，产生有如下问题：由于排气气体中含有的PM覆盖催化剂而阻碍其与排气气体之间的接触，由燃料中大量含有的硫使催化剂中毒而无法发挥其NOx净化功能，不能长期稳定地降低NOx，但在本发明装置中各构成零件不具有温度依赖性，也不受排气气体中的PM影响，此外，基本上消除使用低质燃料产生的来源于硫的物质所引起的老化，能够在发动机起动之后不久长期稳定地发挥排气气体净化功能，能够实现较高的NOx降低率，能够可靠地有助于环境改善。
8.柴油发动机在涡轮增压机、利肖姆型压缩机、鲁兹鼓风机等增压机的作用下单级或多级、优选二级增压而使通向工作缸的增压压力上升，改善空气过剩率，降低油耗，并且能够使EGR率在较大运转区域内上升，也能够降低排出到排气歧管的阶段下的PM而确保、维持所期望的排气气体的净化能力。
附图说明
图1是表示本发明的第一实施例装置的整体结构的框图。
图2是表示本发明的第二实施例装置的整体结构的框图。
图3是表示本发明的第三实施例装置的整体结构的框图。
图4是表示本发明的第四实施例装置的整体结构的框图。
图5是表示本发明的第五实施例装置的整体结构的框图。
图6是表示本发明的第六实施例装置的整体结构的框图。
图7是表示本发明的第七实施例装置的整体结构的框图。
图8是表示本发明的第八实施例装置的整体结构的框图。
图9是表示本发明的第九实施例装置的整体结构的框图。
图10是表示本发明的第十实施例装置的整体结构的框图。
图11是表示本发明的第十一实施例装置的整体结构的框图。
图12是表示本发明的第十二实施例装置的整体结构的框图。
图13是表示本发明的第十三实施例装置的整体结构的框图。
图14是表示本发明的第十四实施例装置的整体结构的框图。
图15是表示本发明的第十五实施例装置的整体结构的框图。
图16是表示本发明的第十六实施例装置的整体结构的框图。
图17是表示本发明的第十七实施例装置的整体结构的框图。
图18是表示在本发明的实施例中作为比较例表示基本特性的装置的整体结构的框图。
图19是表示本发明的实施例中的以往例1的排气气体净化装置的整体结构的框图。
图20是表示本发明的实施例中的以往例2的排气气体净化装置的整体结构的框图。
图21是表示以往的柴油发动机排气气体处理装置的一个例子的概略图。
图22是表示以往的柴油发动机排气气体处理装置的其他例子的立体图。
图23是图22所示的柴油发动机排气气体处理装置的局部放大剖视图。
具体实施方式
在图1中作为本发明的第一实施例装置表示的柴油发动机的排气气体净化装置，在将重油以下的低质燃料用作燃料的柴油发动机（E）1的排气歧管（E／M）2下游的排气管上配置排气气体冷却器（G／C）3，并且在该排气气体冷却器（G／C）3的下游配置静电旋风除尘器排气气体净化装置（ES／C／DPF（Diesel Particulate Filter））4，在其下游侧配管上设置将排气气体的一部分作为EGR气体分流出的分支部5，并且在该分支部5上连接EGR配管，借助EGR阀（E／V）6使上述EGR气体向发动机的进气歧管（I／M）7、或来自空气过滤器（A／F）9的进气管进行回流，并且也可以根据需要，在排气气体冷却器3与静电旋风除尘器排气气体净化装置4之间设有气液分离器（M／S）8。
上述图1所示结构的排气气体净化装置的情况下，利用排气气体冷却器3冷却的排气气体在静电旋风除尘器排气气体净化装置4处减少该排气气体中的PM（SOF、ISF）的含有量，并使该排气气体的一部分作为EGR气体回流至进气歧管7。在该排气气体净化装置，当利用排气气体冷却器3冷却的排气气体通过气液分离器8时，能够在凝结水中捕捉来源于硫的生成物、来源于氮的生成物而使其从排气气体中减少，来源于硫的生成物、来源于氮的生成物被附着于凝结水的PM的ISF（碳黑）吸附而减少，减少排气气体中的PM（SOF，ISF）以及来源于氮的生成物的含有量而形成清洁的排气气体，使静电旋风除尘器排气气体净化装置4的载荷减少，并且使EGR气体也变得清洁而进一步降低损害发动机构成零件以及排气相关零件的耐久性的担忧。
上述效果在从排气气体冷却器3排出的排气气体温度在100℃以上、优选的是130℃以上且排气气体温度／燃料沸点温度比R（排气气体的温度÷重油燃料的沸点）＝0.85所示的温度以下的情况下特别显著。其理由在于，在从排气气体冷却器3排出的排气气体温度为不足100℃时，排气气体中的水分等在捕集面上大量地凝结，堆积于捕集面的PM微颗粒在凝结的水分的作用下粘着而变得难以从捕集面剥离，难以在排气气体中的气体流中呈沙暴状或者暴风雪状分散、飞舞的状态流下来，使之后的处理变得困难。此外，现实中，若从气体冷却部排出的、流入到电集尘部件的放电带电部中的全部排气气体的温度为130℃左右，则上述不良情况基本不会发生，在PM微颗粒的后处理上是优选的。
此外，由于在气体冷却部的下游侧且在静电集尘部的上游侧设置气液分离器，从而能够从通过气体冷却部的排气气体中预先分离去除悬浮、溶解有因燃烧产生的水蒸汽、SOF成分、硫酸盐成分、碳等的凝结水,因此即使将全部排气气体的温度冷却至100℃左右，也可以使气液分离器8充分地发挥功能，缓和气液分离器之后的构成零件的腐蚀性并将使用材料的耐腐蚀性抑制得较低。
此外，若从气体冷却部排出的、流入到电集尘部件的放电带电部的全部排气气体的温度为130℃以上，则不需要预先分离去除凝结水，因此也可以不设置气液分离器，系统整体变得节省空间且廉价，并且也不需要来自气液分离器的凝结水的后处理，使管理变得容易，因而是优选的。
另外，采用排气气体温度／燃料沸点温度比R（排气气体的温度÷重油燃料的沸点）为0.85所示的温度以下的理由在于，当排气气体温度／燃料沸点温度比R超过0.85时，不能使几乎全部的SOF成分、硫酸盐成分液态化。即，期望的是，在通过气体冷却部的排气气体中，将SOF成分以及硫酸盐成分在排气气体温度／燃料沸点温度比R为0.85以下的过冷却气体状态下送入到放电带电部，其原因在于，在超过0.85的状态下气体状态的SOF成分与硫酸盐成分较多残留，而不能使充分量的SOF成分在接下来的带电放电部中凝结液化而形成带电的过冷却气体状态，不能获得充分的净化效果。
此外，在气液分离器8处无须完全去除凝结水，只要通过使较大颗粒与阻流板（分离板）碰撞等而分离，利用后边的电晕放电使微小的液状颗粒、固体颗粒带电而利用库仑力使其吸附于捕集板进行捕集、集尘，从而去除即可。另外，在该排气气体净化装置的情况下，为了获得需要的EGR率（填充于工作缸的进气中的EGR气体的比例），利用EGR阀6控制EGR气体流量，使其回流到进气歧管7或者来自空气过滤器9的进气管（安装涡轮增压机的情况下，虽未图示，位于压缩机的上游）。通过该EGR气体的回流，使燃烧室中的燃烧温度下降，抑制氮氧化物的产生。
在图2中作为本发明的第二实施例装置表示的柴油发动机的排气气体净化装置，同样地在将重油以下的低质燃料用作燃料的柴油发动机1的排气歧管2下游的排气管上配置排气气体冷却器3，并且在该排气气体冷却器3的下游配置静电旋风除尘器排气气体净化装置4，在其下游侧配管上设置将排气气体的一部分作为EGR气体进行分流的分支部5，并在该分支部5上连接EGR配管，利用EGR阀6对通过设于该EGR配管的EGR冷却器（E／C）10冷却了的EGR气体边进行流量控制，边使其回流到进气歧管7或来自空气过滤器9的进气管，并且也可以根据需要，在排气气体冷却器3与静电旋风除尘器排气气体净化装置4之间，和／或在EGR冷却器10与EGR阀6之间设置气液分离器8。
在上述图2所示结构的排气气体净化装置的情况下，排气气体以及EGR气体变得清洁，并且通过设置EGR冷却器（E／C）10而进一步降低EGR气体的温度而容易确保较高EGR率，另外通过降低燃烧室的燃烧温度，进一步抑制氮氧化物的产生，并且减少来自工作缸壁面等的放热而提高燃料消耗率。此外，EGR冷却器10下游的气液分离器8具有与设置在排气气体冷却器3的下游侧的情况大致相同的功能。此外，若从静电旋风除尘器排气气体净化装置4的下游的分支部5分流出的EGR气体温度足够低，则在EGR配管的EGR冷却器10的上游设置旁通阀（未图示）、和设置从该旁通阀连通到EGR冷却器10的下游的旁通配管（未图示），通过使EGR气体旁通并回流，能够防止伴随EGR冷却器10造成的压力损失带来的EGR气体流量的降低、减少。
在图3中作为本发明的第三实施例装置表示的柴油发动机的排气气体净化装置同样地在将重油以下的低质燃料用作燃料的柴油发动机1的排气歧管2下游的排气管上设置排气气体冷却器3，在该排气气体冷却器3的下游设置静电旋风除尘器排气气体净化装置4，在其下游设置洗涤器（Sc）11和优选设置气液分离器8，另外在其下游在通向消音器（未图示）的排气管上设置分支部5并连接对EGR气体进行分流的EGR配管，利用EGR阀6对EGR气体边进行流量控制，边使其回流到进气歧管7或来自空气过滤器9的进气管。此外，在本实施例装置中，也可以在排气气体冷却器3与静电旋风除尘器排气气体净化装置4之间设置气液分离器8。
在上述图3所示结构的排气气体净化装置的情况下，与图1所示第一实施例装置相同，排气气体变得清洁，并且在排气管上设置洗涤器（Sc）11和优选设置气液分离器8，从而有效地去除在静电旋风除尘器排气气体净化装置4中没有完全去除的二氧化硫气体、PM（碳黑、SOF、硫酸盐）等残留成分，其含有量进一步减少，并且排气气体进一步变得清洁，分流了的EGR气体也变得清洁，并且EGR气体温度也进一步降低。此外，通过使燃烧室的燃烧温度进一步降低，进一步抑制氮氧化物的产生，并且也可以减少来自工作缸壁面等的放热而提高燃料消耗率。另外，消除发动机构成零件、排气相关零件因来源于硫的生成物而促进磨损或腐蚀从而损害发动机以及相关零件的耐久性的担忧。
图4中作为本发明的第四实施例装置表示的柴油发动机的排气气体净化装置，同样地在将重油以下的低质燃料用作燃料的柴油发动机1的排气歧管2下游的排气管上按顺序配置排气气体冷却器3、静电旋风除尘器排气气体净化装置4、洗涤器11以及优选设置气液分离器8，并且在其下游的排气管上设置分支部5，将排气气体的一部分作为EGR气体进行分流的EGR配管与上述分支部5连接，利用设于EGR配管的EGR冷却器10冷却了的EGR气体边通过EGR阀6进行流量控制，边回流到进气歧管7或来自空气过滤器9的进气管。此外，在本实施例装置中，也可以在排气气体冷却器3与静电旋风除尘器排气气体净化装置4之间，以及在EGR冷却器10与EGR阀6之间设置气液分离器8。
在上述图4所示结构的排气气体净化装置的情况下也使排气气体变得清洁，并且与上述图3所示的第三实施例装置相同，在排气管上设置洗涤器11和优选设置气液分离器8，从而有效地去除在静电旋风除尘器排气气体净化装置4中没有完全去除的二氧化硫气体、PM（碳黑、SOF、硫酸盐）等的残留成分，使其含有量进一步减少且使排气气体进一步变得清洁，并且也使分流了的EGR气体变得清洁且进一步降低EGR气体温度。另外，通过设置通向EGR配管的EGR冷却器10，使EGR气体的温度进一步降低而容易确保高EGR率，此外，通过使燃烧室的燃烧温度进一步降低，进一步抑制氮氧化物的产生并且减少来自工作缸壁面等的放热，从而提高燃料消耗率。
此外，在本实施例中，若从静电旋风除尘器排气气体净化装置4的下游的分支部5分流出了的EGR气体温度足够低，则通过在EGR配管的EGR冷却器10的上游设置旁通阀（未图示）、和设置从该旁通阀连通到EGR冷却器10的下游的旁通配管（未图示），通过使EGR气体旁通并回流，能够防止伴随EGR冷却器10造成的压力损失带来的EGR气体流量的降低、减少。
在图5中作为本发明的第五实施例装置表示的柴油发动机的排气气体净化装置，同样地在将重油以下的低质燃料用作燃料的柴油发动机1的排气歧管2下游的排气管上配置排气气体冷却器3以及静电旋风除尘器排气气体净化装置4，在上述静电旋风除尘器排气气体净化装置4的下游的排气管上设置分支部5，将排气气体的一部分作为EGR气体进行分流的EGR配管与上述分支部5连接，在该EGR配管上配置洗涤器11以及优选设置气液分离器8，并且利用EGR阀6对EGR气体边进行流量控制，边使其回流到进气歧管7或来自空气过滤器9的进气管中。此外，在本实施例装置中，还可以在排气气体冷却器3与静电旋风除尘器排气气体净化装置4之间设置气液分离器8。
在上述图5所示结构的排气气体净化装置的情况下，在使排气气体变得清洁，并且，与上述图4所示的第四实施例装置不同，在EGR配管上设置洗涤器11和优选设置气液分离器8，从而有效地去除在静电旋风除尘器排气气体净化装置4中没有完全去除的二氧化硫气体、PM（碳黑、SOF、硫酸盐）等的残留成分，使其含有量进一步减少且使EGR气体进一步变得清洁，分流了的EGR气体温度进一步降低。另外，通过使EGR气体的温度进一步降低，容易确保高EGR率，此外使燃烧室的燃烧温度进一步降低而进一步抑制氮氧化物的产生，并且减少来自工作缸壁面等的放热而提高燃料消耗率。另外，通过去除EGR气体所含有的二氧化硫气体、PM（碳黑、SOF、硫酸盐）等的残留成分而使其减少，消除发动机构成零件、排气相关零件因来源于硫的生成物而促进磨损或者腐蚀从而损害发动机以及相关零件的耐久性的担忧。另外，设置于排气管及EGR配管的洗涤器11和气液分离器8与设置于排气管而处理全部排气气体的结构相比，均可以形成小型且廉价的结构。
在图6中作为本发明的第6实施例装置表示的柴油发动机的排气气体净化装置，同样地在将重油以下的低质燃料用作燃料的柴油发动机1的排气歧管2下游的排气管上配置排气气体冷却器3以及静电旋风除尘器排气气体净化装置4，在上述静电旋风除尘器排气气体净化装置4的下游的排气管上设置分支部5，将排气气体的一部分作为EGR气体进行分流的EGR配管与上述分支部5连接，在该EGR配管上配置洗涤器11和优选设置气液分离器8，另外在上述气液分离器8的下游侧配置EGR冷却器10，利用EGR阀6对通过该EGR冷却器10进行冷却了的EGR气体边进行流量控制，边使其回流到进气歧管7或来自空气过滤器9的进气管。此外，在本实施例装置中，还可以在排气气体冷却器3与静电旋风除尘器排气气体净化装置4之间和／或在EGR冷却器10与EGR阀6之间分别设置气液分离器8。
在上述图6所示结构的排气气体净化装置的情况下，也与上述各实施例装置相同，通过设置通向EGR配管的EGR冷却器10，可以获得清洁的排气气体以及EGR气体，并且也进一步降低EGR气体的温度，容易确保高EGR率，此外，通过进一步降低燃烧室的燃烧温度，进一步抑制氮氧化物的产生并且减少来自工作缸壁面等的放热而谋求燃料消耗率的提高。此外，EGR冷却器10下游的气液分离器8具有与设置在排气气体冷却器3、洗涤器11的下游侧的情况大致相同的功能。此外，设置于EGR配管的洗涤器11和气液分离器8均可以形成小型且廉价的结构。另外，在本实施例中，若从静电旋风除尘器排气气体净化装置4的下游的分支部5分流来的EGR气体温度足够低，则也能够在EGR配管的EGR冷却器10的上游处设置旁通阀（未图示）、以及设置从该旁通阀与EGR冷却器10的下游连通的旁通配管（未图示），使EGR气体旁通并回流，从而防止伴随EGR冷却器10所产生的压力损失而来的EGR气体流量的降低、减少。
在图7中作为本发明的第七实施例装置表示的柴油发动机的排气气体净化装置在将重油以下的低质燃料用作燃料的柴油发动机1中安装涡轮增压机（T／C）12，在该涡轮增压机12下游的排气管上配置排气气体冷却器3和静电旋风除尘器排气气体净化装置4，在上述静电旋风除尘器排气气体净化装置4的下游的排气管上设置分支部5，将排气气体的一部分作为EGR气体进行分流的EGR配管与上述分支部5连接，在该EGR配管上配置洗涤器11以及气液分离器8，另外在其下游设置使EGR气体升压并进行供给、压送的鼓风机（BW）13，利用EGR阀6对EGR气体边进行流量控制，边使其回流到进气歧管7。
此外，在本实施例装置中，示出了EGR气体回流的位置是进气歧管7的情况，但也可以是进气配管的任一位置（中间冷却器14的前后）。
在上述图7所示结构的排气气体净化装置的情况中，与上述的各实施例装置相同，不仅可以获得清洁的排气气体以及EGR气体并且使EGR气体的温度进一步降低而容易确保高EGR率，并且，使燃烧室的燃烧温度进一步降低，从而进一步抑制氮氧化物的产生并且减少来自工作缸壁面等的放热而谋求燃料消耗率的提高，不仅如此，即使在通过压缩机使进气管内的压力形成高压，也可以利用鼓风机13进行升压而压送、供给，从而提供准确量的EGR气体而能够确保高EGR率，能够确保、维持所期望的排气气体的净化能力。
在图8中作为本发明的第八实施例装置表示的柴油发动机的排气气体净化装置在将重油以下的低质燃料用作燃料的柴油发动机1的排气歧管2下游的排气管上配置排气气体冷却器3和代替静电集尘排气气体净化装置（ES／DC／DPF：electrostatic dust collector DPF）4-1的上述静电旋风除尘器排气气体净化装置4，另外在其下游的排气管上设置分支部5，将排气气体的一部分作为EGR气体进行分流的EGR配管与上述分支部5连接，利用EGR阀6对EGR气体边进行流量控制，边使其回流到进气歧管7或来自空气过滤器9的进气管。此外，在本实施例装置中，采用上述静电旋风除尘器排气气体净化装置4来代替静电集尘排气气体净化装置4-1也是不言而喻的（采用静电旋风除尘器排气气体净化装置4的情况形成与上述第一实施例装置相同的结构）。此外，也可以在排气气体冷却器3与静电旋风除尘器排气气体净化装置4之间设置气液分离器8。
在上述图8所示结构的排气气体净化装置的情况下，与上述图1所示的第一实施例装置相同，当利用排气气体冷却器3冷却了的排气气体通过气液分离器8时，能够在凝结水中捕集来源于硫的生成物、来源于氮的生成物而使其从排气气体中减少，来源于硫的生成物、来源于氮的生成物被附着于凝结水的PM中的ISF（碳黑）吸附而减少，减少排气气体中的PM（SOF、ISF）以及来源于氮的生成物的含有量，使静电集尘排气气体净化装置4-1的载荷减少，并且进一步减少损害发动机构成零件以及排气相关零件的耐久性的担忧。
在图9中作为本发明的第九实施例装置表示的柴油发动机的排气气体净化装置在将重油以下的低质燃料用作燃料的柴油发动机1的排气歧管2下游的排气管上配置排气气体冷却器3、静电旋风除尘器排气气体净化装置4以及洗涤器11，在上述洗涤器11的下游的排气管设置分支部5，将排气气体的一部分作为EGR气体进行分流的EGR配管与上述分支部5连接，在该EGR配管上设置气液分离器8，利用EGR阀6对EGR气体边进行流量控制，边使其回流到进气歧管7或来自空气过滤器9的进气管。
在上述图9所示结构的排气气体净化装置的情况下，去除利用静电旋风除尘器排气气体净化装置4没有完全去除的二氧化硫气体、PM（碳黑、SOF、硫酸盐）等的残留成分而使其进一步减少，可以获得清洁的排气气体以及EGR气体，并且使EGR气体冷却而形成低温，容易确保高EGR率，使燃烧室的燃烧温度降低而进一步抑制氮氧化物的产生，并且使来自工作缸壁面等的放热减少而谋求油耗的改善。此外，设置于EGR配管的气液分离器8仅用于EGR气体的处理，均可以形成小型、轻量化的廉价结构。
在图10中作为本发明的第十实施例装置表示的柴油发动机的排气气体净化装置在将重油以下的低质燃料用作燃料的柴油发动机1的排气歧管2下游的排气管上设置分支部5，将排气气体的一部分作为EGR气体进行分流的EGR配管与上述分支部5连接，在该EGR配管上配置排气气体冷却器3以及静电旋风除尘器排气气体净化装置4，利用设于上述静电旋风除尘器排气气体净化装置4的下游的EGR阀6对EGR气体的流量边进行控制，边使其回流到进气歧管7或来自空气过滤器9的进气管。此外，还可以在排气气体冷却器3与静电旋风除尘器排气气体净化装置4之间设置气液分离器8。
在上述图10所示结构的排气气体净化装置的情况中，与上述情况相同地使EGR气体清洁化而去除含有的二氧化硫气体、PM（碳黑、SOF、硫酸盐）等的残留成分而使其进一步减少，从而消除发动机构成零件、排气相关零件因来源于硫的生成物而促进磨损或发生腐蚀从而损害发动机以及相关零件的耐久性的担忧。此外，由于能够使EGR气体回流，因此能够可靠地减少NOx。另外，由于仅处理EGR气体，因此系统的构成设备（气体冷却机、静电集尘部、旋风除尘器集尘部、洗涤器处理机、气液分离机等）皆可以形成小型、轻量且廉价的装置。特别是，本实施例装置与处理全部排气气体的情况相比较，排气气体冷却器3的冷却水的使用量减少，来自洗涤器装置的排水处理水量、淤泥减少、来自气液分离器8的凝结水减少等，使系统的维持、管理变得容易，容易且可靠地抑制环境污染物质、对生态系统给予不良影响的物质的流出。
在图11中作为本发明的第十一实施例装置表示的柴油发动机的排气气体净化装置，在将重油以下的低质燃料用作燃料的柴油发动机1的排气歧管2下游的排气管上设置分支部5，将排气气体的一部分作为EGR气体进行分流的EGR配管与上述分支部5连接，在该EGR配管上配置排气气体冷却器3以及静电旋风除尘器排气气体净化装置4，在上述静电旋风除尘器排气气体净化装置4的下游设置洗涤器11，另外在上述洗涤器11的下游配置EGR冷却器10，利用EGR阀6对EGR气体的流量边进行控制，边使其回流到进气歧管7或来自空气过滤器9的进气管。此外，在本实施例装置中，可以在EGR冷却器10与EGR阀6之间设置气液分离器8。
在上述图11所示结构的排气气体净化装置的情况下，也与上述相同地使EGR气体清洁化而去除含有的二氧化硫气体、PM（碳黑、SOF、硫酸盐）等的残留成分而使其进一步减少，从而消除发动机构成零件、排气相关零件因来源于硫的生成物促进磨损或发生腐蚀而损害发动机以及相关零件的耐久性的担忧。此外，由于能够使EGR气体回流，因此能够可靠地减少NOx。另外，由于仅处理EGR气体，因此系统的构成设备（气体冷却机、静电集尘部、旋风除尘器集尘部、洗涤器处理机、气液分离机等）皆可以形成小型、轻量且廉价的装置。另外，在本实施例装置中，与处理全部排气气体的情况相比较，排气气体冷却器3的冷却水的使用量减少，来自洗涤器装置的排水处理水量、淤泥减少、来自气液分离器8的凝结水减少等，系统的维持、管理变得容易，能够容易且可靠地抑制环境污染物质、对生态系统给予不良影响的物质的流出。
在图12中作为本发明的第十二实施例装置表示的柴油发动机的排气气体净化装置在将重油以下的低质燃料用作燃料的柴油发动机1中安装涡轮增压机12，在该涡轮增压机12下游的排气管上配置排气气体冷却器3以及静电旋风除尘器排气气体净化装置4，在上述静电旋风除尘器排气气体净化装置4的下游的排气管上设置分支部5，将排气气体的一部分作为EGR气体进行分流的EGR配管与上述分支部5连接，在该EGR配管上按顺序配置洗涤器11、气液分离器8、升压并供给、压送EGR气体的鼓风机（BW）13、EGR阀6，利用EGR阀6边对EGR气体进行流量控制，边使其回流到中间冷却器14前的进气管中。即，本实施例装置对涡轮增压机12后的排气气体进行预冷，仅利用洗涤器11对从静电旋风除尘器处理后的排气气体中分流出的EGR气体进行处理，之后使其经由气液分离器8而被鼓风机（BW）13压送而回流到中间冷却器14前的进气管。此外，图中的イ、ロ、ハ表示后述实施例（特性评价试验）中的测定位置。
在上述图12所示结构的排气气体净化装置的情况下，能够实现如下效果等：通过使EGR气体清洁化，去除含有的二氧化硫气体、PM（碳黑、SOF、硫酸盐）等的残留成分而使其进一步减少，从而消除发动机构成零件、排气相关零件因来源于硫的生成物而促进磨损或发生腐蚀从而损害发动机以及相关零件的耐久性的担忧；由于能够使EGR气体回流，因此能够可靠地减少NOx；由于仅处理EGR气体，因此系统的构成设备（气体冷却机、静电集尘部、旋风除尘器集尘部、洗涤器处理机、气液分离机等）可以皆形成小型、轻量且廉价的装置；与处理全部排气气体的情况相比较，排气气体冷却器3的冷却水的使用量减少，来自洗涤器装置的排水处理水量、淤泥减少，来自气液分离器8的凝结水减少等，系统的维持、管理变得容易，能够容易且可靠地抑制环境污染物质、对生态系统给予不良影响的物质的流出，在除了上述效果之外，还获得了即使由于压缩机使进气管内的压力成为高压，也可以利用鼓风机13升压且压送、供给，从而能够提供准确量的EGR气体而确保高EGR率，能够确保、维持所期望的排气气体的净化能力和油耗的效果。
在图13中作为本发明第十三实施例装置表示的柴油发动机的排气气体净化装置，在将重油以下的低质燃料用作燃料的柴油发动机1中安装涡轮增压机12，在该涡轮增压机12下游的排气管上设置分支部5，将排气气体的一部分作为EGR气体进行分流的EGR配管与上述分支部5连接，在该EGR配管上按顺序配置排气气体冷却器3、静电旋风除尘器排气气体净化装置4、洗涤器11、气液分离器8、鼓风机13以及EGR阀6，利用EGR阀6边对EGR气体进行流量控制，边使其向中间冷却器14前的进气管回流。即，本实施例装置在EGR气体配管上对该EGR气体进行预先冷却，在静电旋风除尘器处理后在洗涤器11处进行处理，然后使其经由气液分离器8而被鼓风机13压送，回流到中间冷却器14前的进气管中。此外，图中的ニ、ホ、ヘ表示后述的实施例（特性评价试验）中的测定位置。
在上述图13所示结构的排气气体净化装置的情况下，与上述情况相同地能够实现如下效果：对EGR气体进行清洁化，去除含有的二氧化硫气体、PM（碳黑、SOF、硫酸盐）等的残留成分而使其进一步减少，从而消除发动机构成零件、排气相关零件因来源于硫的生成物而促进磨损、发生腐蚀从而损害发动机以及相关零件的耐久性的担忧；由于能够使EGR气体回流，因此能够可靠地削减NOx；由于仅处理EGR气体，因此系统的构成机器（气体冷却机、静电集尘部、旋风除尘器集尘部、洗涤器处理机、气液分离机等）可以皆形成小型、轻量且廉价的装置；与处理全部排气气体的情况相比较，排气气体冷却器3的冷却水的使用量减少，来自洗涤器装置的排水处理水量、淤泥减少，来自气液分离器8的凝结水减少等，系统的维持、管理变得容易，能够容易且可靠地抑制环境污染物质、对生态系统给予不良影响的物质的流出，除上述效果之外，还能够获得如下效果：即使由于压缩机使进气管内的压力变成高压，也可以利用鼓风机13进行升压且压送、供给，从而提供准确量的EGR气体而能够确保高EGR率，能够确保、维持所期望的排气气体的净化能力。
在图14中作为本发明的第十四实施例装置表示的柴油发动机的排气气体净化装置，同样地在将重油以下的低质燃料用作燃料的柴油发动机1中作为二级增压系统在排气气体的流动方向前段安装高压涡轮增压机12-1，在后段安装低压涡轮增压机12-2，在低压涡轮增压机12-2下游的排气管上设置排气气体冷却器3，优选的是在排气气体冷却器3的下游设置气液分离器8，进一步在其下游设置静电旋风除尘器排气气体净化装置4、洗涤器11以及优选设置气液分离器8，在气液分离器8的下游，在设置于通向消音器（未图示）的排气管的分支部5处连接对EGR气体进行分流的EGR配管，利用EGR阀6边对EGR气体进行流量控制，边将其与来自空气过滤器9的进气一起在鼓风机13的作用下进一步压送到低压涡轮增压机12-2的压缩机（未图示）上游的低压位置的进气管或者高压涡轮增压机12-1与低压涡轮增压机12-2之间的中压力位置的进气管中，或者在鼓风机13的作用下进一步压送到高压涡轮增压机12-1的压缩机（未图示）的后流的高压力位置的进气管，使其回流。
在上述图14所示结构的排气气体净化装置的情况下，与图1所示的第一实施例装置相同，使排气气体变得清洁，并且在排气管上设置洗涤器11和优选设置气液分离器8，从而有效地去除利用静电旋风除尘器排气气体净化装置4没有完全去除的二氧化硫气体、PM（碳黑、SOF、硫酸盐）等的残留成分，使其含有量进一步减少且排气气体进一步变得清洁，并且使分流的EGR气体也变得清洁，并且EGR气体温度也进一步降低。此外，通过使燃烧室内的燃烧温度进一步降低，进一步抑制氮氧化物的产生并且减少来自工作缸壁面等的放热，从而也提高燃料消耗率。另外，消除由于发动机构成零件、排气相关零件因来源于硫的生成物而促进磨损、发生腐蚀从而损害发动机以及相关零件的耐久性的担忧。另外，可以获得如下效果：通过发动机进行两段增压，使增压压力上升而改善空气过剩率，油耗减少，能够使EGR率在较大运转区域内上升，也能够减少向排气歧管排出的阶段中的PM而确保、维持所期望的排气气体的净化能力。
在图15中作为本发明的第十五实施例装置表示的柴油发动机的排气气体净化装置，同样地在将重油以下的低质燃料用作燃料的柴油发动机1中作为二级增压系统在排气气体的流动方向前段安装高压涡轮增压机12-1，在后段安装低压涡轮增压机12-2，在低压涡轮增压机12-2下游的排气管设置分支部5，将排气气体的一部分作为EGR气体进行分流的EGR配管与上述分支部5连接，在该EGR配管上按顺序配置排气气体冷却器3、静电旋风除尘器排气气体净化装置4、洗涤器11、气液分离器8以及EGR阀6，利用EGR阀6边对EGR气体进行流量控制，边使其与来自空气过滤器9的进气一起向低压涡轮增压机12-2的压缩机（未图示）上游的进气管回流且供给。
在上述图15所示结构的排气气体净化装置的情况下，与上述情况相同地能够实现如下效果等：对EGR气体进行清洁化，将含有的二氧化硫气体、PM（碳黑、SOF、硫酸盐）等的残留成分去除而使其进一步减少，从而消除发动机构成零件、排气相关零件因来源于硫的生成物而促进磨损、发生腐蚀从而损害发动机以及相关零件的耐久性的担忧；由于能够使EGR气体回流，因此可靠地削减了NOx；由于仅处理EGR气体，因此系统的构成机器（气体冷却机、静电集尘部、旋风除尘器集尘部、洗涤器处理机、气液分离机等）皆可以是小型、轻量且廉价的装置；与处理全部排气气体的情况相比较，排气气体冷却器3的冷却水的使用量减少，系统的维持、管理变得容易而能够容易且可靠地抑制环境污染物质、对生态系统给予不良影响的物质的流出，在上述效果之外，还获得了如下效果：通过对发动机进行两段增压，能够使增压压力上升而改善空气过剩率，油耗减少，使EGR率在较大运转区域内上升，向排气歧管排出的阶段中的PM也减少，能够确保、维持所期望的排气气体的净化能力。
在图16中作为本发明的第十六实施例装置表示的柴油发动机的排气气体净化装置，同样地在将重油以下的低质燃料用作燃料的柴油发动机1中，作为二级增压系统在排气气体的流动方向前段安装高压涡轮增压机12-1，在后段安装低压涡轮增压机12-2，在低压涡轮增压机12-2下游的排气管设置分支部5，将排气气体的一部分作为EGR气体进行分流的EGR配管与上述分支部5连接，在该EGR配管按顺序配置排气气体冷却器3、静电旋风除尘器排气气体净化装置4、洗涤器11、气液分离器8、鼓风机13以及EGR阀6，利用EGR阀6边对由鼓风机压送的EGR气体进行流量控制，边使其回流到高压涡轮增压机12-1与低压涡轮增压机12-2之间的中压力位置，或高压涡轮增压机12-1的压缩机（未图示）的后流的进气管。
在上述图16所示结构的排气气体净化装置的情况下，与上述情况相同地能够实现如下效果等：对EGR气体进行清洁化，将含有的二氧化硫气体、PM（碳黑、SOF、硫酸盐）等的残留成分去除而使其进一步减少，从而消除发动机构成零件、排气相关零件因来源于硫的生成物而促进磨损、发生腐蚀从而损害发动机以及相关零件的耐久性的担忧；由于能够使EGR气体回流，因此可靠地削减了NOx；由于仅处理EGR气体，因此系统的构成机器（气体冷却机、静电集尘部、旋风除尘器集尘部、洗涤器处理机、气液分离机等）皆可以是小型、轻量且廉价的装置；与处理全部排气气体的情况相比较，排气气体冷却器3的冷却水的使用量减少，来自洗涤器装置的排水处理水量、淤泥减少，来自气液分离器8的凝结水减少等，使系统的维持、管理变得容易而能够容易且可靠地抑制环境污染物质、对生态系统给予不良影响的物质的流出，在上述效果之外，还存在如下效果：即使由于压缩机使进气管内的压力变为高压，也可以利用鼓风机13进行升压且压送、供给，从而能够供给准确量的EGR气体而确保高EGR率，此外，通过对发动机进行两段增压，能够使增压压力上升而改善空气过剩率，谋求油耗的减少，使EGR率在较大运转区域内上升，向排气歧管排出的阶段中的PM降低，也能够确保、维持所期望的排气气体的净化能力。
在图17中作为本发明的第十七实施例装置表示的柴油发动机的排气气体净化装置，同样地在将重油以下的低质燃料用作燃料的柴油发动机1中作为二级增压系统在排气气体的流动方向前段安装高压涡轮增压机12-1，在后段安装低压涡轮增压机12-2，在高压涡轮增压机12-1上游的排气管设置分支部5，将排气气体的一部分作为EGR气体进行分流的EGR配管与上述分支部5连接，在该EGR配管按顺序配置排气气体冷却器3、静电旋风除尘器排气气体净化装置4、洗涤器11、气液分离器8以及EGR阀6，利用EGR阀6边对EGR气体进行流量控制，边使其与来自空气过滤器9的进气一起回流且供给到低压涡轮增压机12-2的压缩机（未图示）上游的进气管的低压力位置，或者回流且供给到高压涡轮增压机12-1与低压涡轮增压机12-2之间的中压力位置，或者优选的是利用鼓风机13进行压送，回流到高压涡轮增压机12-1的压缩机（未图示）后流的进气管的高压力位置。即，在本实施例装置的从歧管正下方的高压涡轮增压机12-1的涡轮（未图示）上游位置分支出的EGR气体配管中对该EGR气体进行预冷，在静电旋风除尘器处理后利用洗涤器11进行处理，然后使其经由气液分离器8后利用EGR阀6边进行流量控制边使其回流。
在上述图17所示结构的排气气体净化装置的情况下，与上述图16所示结构的排气气体净化装置相同地能够实现如下效果等：对EGR气体进行清洁化，将含有的二氧化硫气体、PM（碳黑、SOF、硫酸盐）等的残留成分去除而使其进一步减少，从而消除发动机构成零件、排气相关零件因来源于硫的生成物而促进磨损、发生腐蚀从而损害发动机以及相关零件的耐久性的担忧；由于能够使EGR气体回流，因此可靠地削减了NOx；由于仅处理EGR气体，因此系统的构成设备（气体冷却机、静电集尘部、旋风除尘器集尘部、洗涤器处理机、气液分离机等）皆可以是小型、轻量且廉价的装置；与处理全部排气气体的情况相比较，排气气体冷却器3的冷却水的使用量减少，来自洗涤器装置的排水处理水量、淤泥减少，来自气液分离器8的凝结水减少等，系统的维持、管理变得容易而能够容易且可靠地抑制环境污染物质、对生态系统给予不良影响的物质的流出，除上述效果之外，还获得了如下效果：即使由于压缩机使进气管内的压力变为高压，也可以利用鼓风机13进行升压且压送、供给，从而能够供给准确量的EGR气体而确保高EGR率，此外，通过对发动机进行两段增压，能够使增压压力上升而改善空气过剩率，谋求油耗的降低，使EGR率在较大运转区域内上升，向排气歧管排出的阶段中的PM也降低，能够确保、维持所期望的排气气体的净化能力。
在上述图14～图17所示的实施例装置中，作为EGR气体从排气管分支后利用静电旋风除尘器排气气体净化装置对该EGR气体进行处理的对应，虽然表示了从高压涡轮增压机12-1的涡轮上游的高压位置以及低压涡轮增压机12-2的涡轮下游的低压位置进行分支的例子，但是当然也可以从高压涡轮增压机12-1与低压涡轮增压机12-2之间的中压力位置分支。
此外，本发明的将重油以下的低质燃料用作燃料的柴油发动机的排气气体净化装置的结构并不限定于上述第一实施例装置～第十七实施例装置的结构，当然也包含对排气气体冷却器3、静电旋风除尘器排气气体净化装置4、EGR冷却器10、洗涤器11、气液分离器8、增压机等各种装置、设备的配置、组合进行各种变更而构成的全部结构。
实施例
接下来，使用实施例而更详细地说明本发明。
为了确认本发明的效果，在表1所示的条件下实施以下的试验，将各实施例的排气气体的各特性表示在表2中。表2中，基本特性是使用不具有排气气体净化装置的图14所示结构的装置的情况的结果，以往例1是使用基于专利文献3而构成的图15所示的柴油发动机的排气气体净化装置的情况的结果，以往例2是使用基于非专利文献1而构成的图16所示的柴油发动机的排气气体净化装置的情况的结果。此外，本发明1、2是使用图12所示的第十二实施例装置的情况的结果，同样地本发明3、4是使用图13所示的第十三实施例装置的情况的结果。
此外，在表2中，PM、SOx、NOx的各浓度是将与基本特性的比例通过百分率来示出的值。
实施例1、2
相当于本发明1、2的本实施例在上述图12所示的第十二实施例装置、即形成如下结构的排气气体净化装置中，在位置イ、ロ、ハ处测定出排气气体与EGR气体的温度以及PM、SOx、NOx的各浓度值，在上述排气气体净化装置中，将涡轮增压机12后的排气气体预先利用排气气体冷却器3进行冷却，之后，将在静电旋风除尘器排气气体净化装置4所进行的净化处理后分流出的EGR气体在洗涤器11处进行处理，另外，之后使其经由气液分离器8而被鼓风机13压送，利用EGR阀6进行流量控制而回流到中间冷却器14前的进气管。
实施例3、4
相当于本发明3、4的本实施例在上述图13所示的第十三实施例装置、即形成如下结构的排气气体净化装置中，测定在位置ニ、ホ、ヘ处排气气体、EGR气体的温度以及PM、SOx、NOx的各浓度值，在上述排气气体净化装置中，将涡轮增压机12后的排气气体在未处理的状态下从排气管进行分流而成为EGR气体，仅使该EGR气体经由排气气体冷却器3、静电旋风除尘器排气气体净化装置4、洗涤器11、气液分离器8进行处理，之后，该EGR气体被鼓风机13压送而利用EGR阀6进行流量控制，使其回流到中间冷却器14前的进气管中。
基本特性
在不具有排气气体净化装置的图18所示结构的装置中，在柴油发动机1的涡轮增压机12的下游的测定位置处测定排气气体的温度与PM、SOx、NOx的各浓度值。
以往例1
本实施例在基于专利文献3构成的图19所示的柴油发动机1的排气气体净化装置、即形成如下结构的排气气体净化装置中，在测定位置チ、リ处测定排气气体的温度与PM、SOx、NOx的各浓度值，在上述排气气体净化装置中，在涡轮增压机12的下游设置排气气体冷却器3，利用静电旋风除尘器排气气体净化装置4对在该冷却器处冷却了的排气气体进行处理。
以往例2
本实施例在基于非专利文献1构成的图20所示的柴油发动机的排气气体净化装置、即形成如下结构的排气气体净化装置中，在测定位置ヌ、ル处测定排气气体与EGR气体的温度以及PM、SOx、NOx的各浓度值，在上述排气气体净化装置中，在EGR气体从涡轮增压机12的下游的排气管分流后，该EGR气体在洗涤器11处净化，接着在EGR冷却器10处冷却，使其经由气液分离器进行处理，之后，由鼓风机13压送而利用EGR阀6进行流量控制，使其回流到中间冷却器14前的进气管。
表1
Figure BDA00003342332600301
表2
Figure BDA00003342332600311
为了使上述表2变得清楚，以下说明记载的事项。
（1）在基本特性的技术中，由于完全没有装备排气气体净化装置，因此PM、SOx、NOx当然没有减少。此外，在此，以上述PM、SOx、NOx各自的浓度为基准（100％）。
（2）以往例1在排气管上装备有排气气体冷却器和静电旋风除尘器排气气体净化装置，因此PM被去除，但是由于没有实施EGR，因此SOx、NOx仅降低微少量，不能期待将威胁发动机的可靠性的成分、对环境或者生态系统造成不良影响的成分完全去除。
（3）以往例2由于实施了EGR，因此排气气体中的NOx减少，不能谋求PM、SOx的减少。然而，由于使EGR气体经由洗涤器与气液分离器，因此在EGR气体中威胁发动机的可靠性的SOx等成分减少。此外，由于EGR气体经由洗涤器与气液分离器，因此PM减少一些，但减少的程度不充分。
（4）本发明1、2在排气管上设置排气气体冷却器和静电旋风除尘器排气气体净化装置，另外实施EGR，因此不仅能够使排气气体中的NOx、PM一并减少，由于使EGR气体经由洗涤器和气液分离器，因此使威胁发动机的可靠性的SOx等成分减少，另外，由于EGR气体中的PM预先减少，因此也能够解决洗涤器的排水处理的问题。
（5）本发明3、4在EGR配管上包括排气气体冷却器和静电旋风除尘器排气气体净化装置以及洗涤器和气液分离器，因此能够降低排气气体中的NOx、EGR气体中的PM以及威胁发动机的可靠性的SOx。其结果，虽不能期待排气气体中的PM降低，但降低排气气体中的NOx且不会威胁发动机的可靠性，并且也能够解决洗涤器的废水处理的问题。
如上所述，根据本发明，通过使EGR气体回流到进气中而大幅度地降低排气气体中的NOx，通过在排气气体配管上设置排气气体冷却器和静电旋风除尘器排气气体净化装置而大幅度地降低排气气体中的PM，并且也能够减少EGR气体中的SOx等有害成分，因此能够解决环境破坏、对生态系统的不良影响或者对发动机构成零件等的腐蚀、磨损所产生的不良影响等问题。此外，利用作为公知的NOx降低技术而闻名的催化剂反应的SCR方式在如上所述发动机的排气气体的温度足够高的状态下使催化剂活性化，此外，如果催化剂表面没有被煤等覆盖而可靠地露出，那么催化剂正常地发挥功能而能够实现较高的NOx降低，但在通常的船用发动机中为了确保燃料消耗率的提高，与汽车用发动机等相比长冲程的低速发动机是主流，排气气体的温度成为低温的情况较多，不仅在发动机起动之后不久的升温过程中，即使在稳定运转中，催化剂温度也下降到300度以下使催化剂功能不能充分地发挥，此外在使用重油以下的低质燃料的柴油发动机中，存在如下问题：由排气气体中含有的PM覆盖催化剂而阻碍催化剂与排气气体的接触；由燃料中大量含有的硫使催化剂中毒而不能发挥其NOx净化功能，不能长期稳定地减少NOx，但在本发明装置中各构成零件没有温度依赖性，也不受排气气体中的PM影响，此外，基本上消除使用低质燃料产生的来源于硫的物质所造成的老化，能够从发动机起动之后不久长期稳定地发挥排气气体净化功能，能够实现较高的NOx降低率，能够可靠地有助于环境改善。
附图标记说明
1  柴油发动机
2  排气歧管
3  排气气体冷却器
4  静电旋风除尘器排气气体净化装置
4-1  静电集尘排气气体净化装置
5  分支部
6  EGR阀
7  进气歧管
8  气液分离器
9  空气过滤器
10  EGR冷却器
11  洗涤器
12  涡轮增压机
12-1  高压涡轮增压机
12-2  低压涡轮增压机
13  鼓风机
14  中间冷却器
イ、ロ、ハ、ニ、ホ、ヘ、ト、チ、リ、ヌ、ル  测定位置

Claims (12)

1.一种使用重油以下的低质燃料的柴油发动机的排气气体净化装置，其特征在于，该排气气体净化装置形成如下结构：在与发动机的排气歧管相连的排气管上设置排气气体冷却器，在该排气气体冷却器的下游侧设置电集尘部件，该电集尘部件用于去除该排气气体中含有的以有机溶剂可溶成分（SOF）、有机溶剂不溶成分（ISF）为主体的PM（粒状物质），在该电集尘部件的下游侧配气管上设置将上述排气气体的一部分作为EGR气体进行分流的分支部，借助与该分支部相连的EGR配管及EGR阀而使上述EGR气体回流到发动机的进气中。
2.根据权利要求1所述的使用重油以下的低质燃料的柴油发动机的排气气体净化装置，其特征在于，
在上述电集尘部件的下游配置将排气气体进一步净化的洗涤器，在该洗涤器的下游设置分支部。
3.根据权利要求1或2所述的使用重油以下的低质燃料的柴油发动机的排气气体净化装置，其特征在于，
在上述EGR配管上设置用于冷却EGR气体的EGR冷却器。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的使用重油以下的低质燃料的柴油发动机的排气气体净化装置，其特征在于，
在上述排气气体冷却器与上述电集尘部件之间的排气管、上述洗涤器与上述EGR冷却器之间的排气管或者EGR配管以及上述EGR冷却器的后方的EGR配管中的至少一处位置，配置用于分离去除凝结水的气液分离器。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的使用重油以下的低质燃料的柴油发动机的排气气体净化装置，其特征在于，
在上述EGR配管上设置鼓风机，该鼓风机对EGR气体进行压送而使其回流到进气中。
6.根据权利要求1～5中任一项所述的使用重油以下的低质燃料的柴油发动机的排气气体净化装置，其特征在于，
在上述柴油发动机中，设置利用单级或多级的增压机对进气进行增压的增压系统。
7.一种使用重油以下的低质燃料的柴油发动机的排气气体净化装置，其特征在于，该排气气体净化装置形成如下结构：在与发动机的排气歧管相连的排气管上设置将排气气体的一部分作为EGR气体进行分流的分支部，在与该分支部相连的EGR配管上设置排气气体冷却器，在该排气气体冷却器的下游侧设置电集尘部件，该电集尘部件用于去除该排气气体中含有的以有机溶剂可溶成分（SOF）、有机溶剂不溶成分（ISF）为主体的PM（粒状物质），借助设置在该电集尘部件的下游侧EGR配管上的EGR阀而使EGR气体回流到发动机的进气中。
8.根据权利要求7所述的使用重油以下的低质燃料的柴油发动机的排气气体净化装置，其特征在于，
在上述电集尘部件的下游设置将EGR气体进一步净化的洗涤器。
9.根据权利要求7或8所述的使用重油以下的低质燃料的柴油发动机的排气气体净化装置，其特征在于，
在上述洗涤器的后方设置用于冷却EGR气体的EGR冷却器。
10.根据权利要求7～9中任一项所述的使用重油以下的低质燃料的柴油发动机的排气气体净化装置，其特征在于，
在上述排气气体冷却器与上述电集尘部件之间的EGR配管、上述洗涤器与上述EGR冷却器之间的EGR配管以及上述EGR冷却器的后方的EGR配管中的至少一处位置，设置用于分离去除凝结水的气液分离器。
11.根据权利要求7～10中任一项所述的使用重油以下的低质燃料的柴油发动机的排气气体净化装置，其特征在于，
在上述EGR配管上设置鼓风机，该鼓风机对EGR气体进行压送而使其回流到进气中。
12.根据权利要求7～11中任一项所述的使用重油以下的低质燃料的柴油发动机的排气气体净化装置，其特征在于，
在上述柴油发动机中，设置利用单级或多级的增压机对进气进行增压的增压系统。
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