JP2004162583A - 排気ガス処理装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】簡単な構成で安価に製造することができ、安価なランニングコストで排気ガスを浄化することのできる排気ガス処理装置を提供する。
【解決手段】車載用の三元触媒等からなる触媒２０を用いて小型な浄化装置１５を構成することにより、浄化装置１５を試験室５１内に配設する。これにより、浄化装置１５に導入する前の排気ガスを必要以上に冷却したり再加熱する必要がなくなり、排気ガス処理装置１を簡素且つ安価に構成でき、さらに、ランニングコストの低減等を実現することができる。また、車載用の三元触媒等からなる触媒２０をそのまま用いて浄化装置１５を構成することは、排気ガス処理装置１に専用の触媒等を用意する必要がなく、製造コストのさらなる低減を実現することができる。
【選択図】 図１
【解決手段】車載用の三元触媒等からなる触媒２０を用いて小型な浄化装置１５を構成することにより、浄化装置１５を試験室５１内に配設する。これにより、浄化装置１５に導入する前の排気ガスを必要以上に冷却したり再加熱する必要がなくなり、排気ガス処理装置１を簡素且つ安価に構成でき、さらに、ランニングコストの低減等を実現することができる。また、車載用の三元触媒等からなる触媒２０をそのまま用いて浄化装置１５を構成することは、排気ガス処理装置１に専用の触媒等を用意する必要がなく、製造コストのさらなる低減を実現することができる。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジンの運転試験設備や車両の模擬走行試験設備等の試験室内でエンジンから排出される排気ガスを処理する排気ガス処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、エンジンの運転試験設備や車両の模擬走行試験設備等の各種試験設備においては、エンジン駆動時に排気ガスが試験室内に充満することを防止するため、エンジンから排出される排気ガスを排気通路を介して屋外に導く排気ガス処理装置が設けられている。
【０００３】
この種の排気ガス処理装置において、屋外に排出する前の排気ガスを排気通路の中途で浄化することを目的として、例えば、非特許文献１には、黒煙粒子を捕捉して燃焼除去するとともに添着触媒で炭化水素や一酸化炭素を除去する触媒添着ＤＰＦ（排気微粒子補集装置、Ｄｉｅｚｅｌ Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ｆｉｌｔｅｒ）と、尿素水を用いて窒素酸化物を除去する選択接触還元脱硝触媒（ＳＣＲ：Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ Ｃａｔａｌｙｔｉｃ Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ）とを排気通路の中途に介装した技術が開示されている。
【０００４】
【非特許文献１】
三機工業株式会社「ＳＡＮＫＩ ｚｅｕｓ エンジン排ガス総合処理装置」カタログ、２００１年８月１日
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述の非特許文献１に開示されているように、触媒添着ＤＰＦや選択触媒還元脱硝触媒等のような専用の浄化装置を排気通路に設けることは、排気ガス処理装置の製造コストの高騰を招く。
【０００６】
また、上述の非特許文献１に開示された触媒添着ＤＰＦや選択接触還元脱硝触媒の浄化装置は、ガソリンエンジンやディーゼルエンジン等に広く適用させることを目的として構成されているため、構造が複雑且つ大型なものとなる。例えば選択触媒還元脱硝触媒は、その適用範囲を拡大すべく浄化処理に尿素水を用いる構成であるため、構造が複雑且つ大型化する。従って、浄化装置は、スペース上の問題等から、試験室に併設された機械室に配設されることが一般的であるが、このように浄化装置を機械室に配設することは、排気ガス処理装置の更なる構造の複雑化等を招き、製造コストの高騰や、排気ガス処理時のランニングコストの高騰等を招く虞がある。すなわち、排気ガスを排気通路によって試験室側から機械室側に導く際には防災上の制約から排気ガス温度を所定以下まで冷却する必要があり、その反面、各浄化装置を効率的に作用させるためには排気ガス温度を所定以上の高温とすることが望ましい。従って、上述の非特許文献１の技術において、これらの要求を満たすためには、試験室側で冷却された排気ガスを機械室側で再加熱するための加熱手段を設ける必要があり、排気ガス処理装置の構造の複雑化や製造コストの高騰を招く。また、一旦冷却した排気ガスを再加熱することはランニングコストの高騰等につながる。
【０００７】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、簡単な構成で安価に製造することができ、安価なランニングコストで排気ガスを浄化することのできる排気ガス処理装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、請求項１記載の発明による排気ガス処理装置は、試験室内で駆動するエンジンから排出される排気ガスを屋外に導く排気通路と、車載用の触媒を有して構成され上記試験室内で上記排気通路に介装された排気ガス浄化手段とを備えたことを特徴とする。
【０００９】
また、請求項２記載の発明による排気ガス処理装置は、請求項１記載の発明において、上記排気ガス浄化手段は上記触媒を複数有し、これら複数の触媒が上記排気通路に並列に介装されていることを特徴とする。
【００１０】
また、請求項３記載の発明による排気ガス処理装置は、請求項２記載の発明において、上記排気ガス浄化手段は、複数の上記触媒を適宜ダミー触媒に交換することで浄化能力を可変に設定可能であることを特徴とする。
【００１１】
また、請求項４記載の発明による排気ガス処理装置は、請求項１乃至請求項３の何れかに記載の発明において、上記試験室内で上記排気通路に介装され、上記排気ガス浄化手段を通過後の排気ガスを冷却する冷却手段を備えたことを特徴とする。
【００１２】
また、請求項５記載の発明による排気ガス処理装置は、請求項４記載の発明において、上記冷却手段の冷却能力を可変制御して上記冷却手段を通過後の排気ガス温度を制御する冷却制御手段を備えたことを特徴とする。
【００１３】
また、請求項６記載の発明による排気ガス処理装置は、請求項１乃至請求項５の何れかに記載の発明において、上記排気ガス浄化手段の上流側に開口された外気取入口と、上記外気取入口から導入される外気を排気ガスとともに上記排気通路内に吸引するファンとを備えたことを特徴とする。
【００１４】
また、請求項７記載の発明による排気ガス処理装置は、請求項６記載の発明において、上記ファンの吸引によって上記外気取入口から導入される外気の量を可変制御するファン制御手段を有し、上記ファン制御手段は、上記外気取入口から導入される外気量を可変制御することによって、上記排気ガス浄化手段に流入する排気ガス温度を設定値に制御することを特徴とする。
【００１５】
また、請求項８記載の発明による排気ガス処理装置は、請求項６記載の発明において、上記ファンの吸引によって上記外気取入口から導入される外気の量を可変制御するファン制御手段を有し、上記ファン制御手段は、上記外気取入口から導入される外気量を可変制御することによって、上記排気ガス浄化手段に流入する排気ガスの空燃比を設定値に制御することを特徴とする。
【００１６】
また、請求項９記載の発明による排気ガス処理装置は、請求項６乃至請求項８の何れかに記載の発明において、上記外気取入口の開口量を変更する開口量変更手段を備えたことを特徴とする。
【００１７】
また、請求項１０記載の発明による排気ガス処理装置は、請求項９記載の発明において、上記開口量変更手段による上記外気取入口の開口量を可変制御する開口量変更制御手段を有し、上記開口量変更制御手段は、上記外気取入口の開口量を可変制御することによって、上記排気ガス浄化手段に流入する排気ガス温度を設定値に制御することを特徴とする。
【００１８】
また、請求項１１記載の発明による排気ガス処理装置は、請求項９記載の発明において、上記開口量変更手段による上記外気取入口の開口量を可変制御する開口量変更制御手段を有し、上記開口量変更制御手段は、上記外気取入口の開口量を可変制御することによって、上記排気ガス浄化手段に流入する排気ガスの空燃比を設定値に制御することを特徴とする。
【００１９】
また、請求項１２記載の発明による排気ガス処理装置は、請求項９記載の発明において、上記開口量変更手段による上記外気取入口の開口量を可変制御する開口量変更制御手段を有し、上記開口量変更制御手段は、上記外気取入口の開口量を可変制御することによって、上記外気取入口近傍の圧力を大気圧近傍の設定圧力内に維持することを特徴とする。
【００２０】
また、請求項１３記載の発明による排気ガス処理装置は、請求項１乃至請求項１２の何れかに記載の発明において、上記排気ガス浄化手段の上流側と下流側との圧力差に基づいて、上記触媒のつまり、閉塞、或いは破損状態を判定する劣化判定手段を備えたことを特徴とする。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。図１は本発明の第１の実施の形態に係わり、図１は実験棟内に構成した排気ガス処理装置の概略構成図である。
【００２２】
ここで、本実施の形態においては、試験対象となるエンジン６０を収容する試験室５１と、この試験室５１の上階に併設された機械室５２と、試験室５１に隣接して併設された計測室５３とを有する実験棟５０に、排気ガス処理装置１を設けた一例について説明する。
【００２３】
図１に示すように、排気ガス処理装置１は、エンジン６０からの排気ガスを試験室５１から機械室５２を経て屋外に導く排気通路５を有し、排気通路５は、試験室５１内に配設されエンジン６０の直後に設けられた第１の排気通路６と、この第１の排気通路６の下流側に接続され試験室５１から機械室５２にかけて配設された第２の排気通路７とを有して構成されている。
【００２４】
第１の排気通路６は、内径が例えば３００ｍｍの管路で構成され、上流側が試験室５１の床面に沿って配管されているとともに、下流側が試験室５１の壁面５１ａに沿って起立するよう配管されている。
【００２５】
第１の排気通路６の上流端には、管径が拡開形成された排気管接続部１１がフレキシブルチューブ１０を介して連結されている。排気管接続部１１の内部には、エンジン６０の排気管６１を接離自在に嵌合保持する内挿管１２がブラケット１３を介して支持されている。また、排気管接続部１１の内部において、内挿管１２との間には所定の間隙が形成されており、この間隙が、第１の排気通路６内に外気を取り入れるための外気取入口１４として設定されている。
【００２６】
また、第１の排気通路６の起立された管路の中途には、排気ガス浄化手段としての浄化装置１５と、冷却手段としての冷却コイル１６とが順に介装され、さらに、第１の排気通路６の下流端には、ファンとしてのブースタファン１７が連結されている。
【００２７】
浄化装置１５は、第１の排気通路６に導入された排気ガスを浄化するためのもので、例えば四輪車や二輪車等に採用される車載用の三元触媒からなる２個の触媒２０と、これらを第１の排気通路６の中途に並列に接続する一対のマニホルド２１とを有して構成されている。ここで、浄化装置１５に用いられる触媒２０は、試験対象となるエンジン６０の排気特性に対応すべく、当該エンジン６０を搭載する実車に用いられる触媒を適宜採用することが望ましい。この点を考慮し、本実施の形態では、浄化装置１５の両端が第１の排気通路６にフランジ結合されており、これにより、浄化装置１５は、試験対象となるエンジン６０に応じて適宜交換可能となっている。また、浄化装置１５において、劣化した触媒２０を適宜交換可能とすべく、触媒２０の両端はマニホルド２１にフランジ結合されている。なお、試験対象となるエンジン６０の排気量等に応じて、第１の排気通路６の中途に（並列に）接続する触媒２０の数を１個、または、３個以上に設定して浄化装置１５を構成してもよいことは勿論である。この場合、例えば、浄化装置１５を、２個以上の複数の触媒２０と、これらを第１の排気通路６の中途に並列に接続する一対のマニホルド２１とを有して構成し、エンジン６０の排気量が低い場合には、所定個数の触媒２０を予め用意した図示しないダミー触媒に適宜交換して両マニホルド２１間の連通を部分的に遮断させてもよい。このように構成すれば、複数種類のマニホルド２１を用意することなく、浄化装置１５の浄化能力を可変設定することができる。
【００２８】
冷却コイル１６は、浄化装置１５を通過後の排気ガスを冷却するためのもので、例えば水冷式の冷却コイルで構成されている。この冷却コイル１６に冷却水を循環する冷却水通路２５には、当該冷却水通路２５内を流通する冷却水の水量を制御するための電磁弁２６が介装されている。そして、この電磁弁２６は後述する制御装置４０で制御されることによって、冷却コイル１６の冷却能力を可変制御するようになっている。なお、本実施の形態においては、冷却コイル１６が過給機付エンジンの全開運転試験時の排気ガス温度（例えば、７００℃）にも対応した十分な冷却能力を確保し得るよう、冷却水通路２５内を流通する冷却水の最大流量が、例えば１６０ｌ／ｍｉｎに設定されている。
【００２９】
ブースタファン１７は、外気取入口１４から導入される外気を排気ガスとともに吸引するためのもので、これにより、第１の排気通路６に導入された排気ガスが外気で希釈されて浄化装置１５に導かれるようになっている。このブースタファン１７を駆動するモータ２７は制御装置４０で制御され、これにより、外気取入口１４から第１の排気通路６内に導入される外気の量が可変制御されるようになっている。なお、図中符号２８は、ブースタファン１７の低回転時における過熱を防止すべく、必要に応じてブースタファン１７に冷却風を送風するためのブースタ冷却用ファンを示す。ここで、本実施の形態においては、過給機付きエンジンの全開運転試験時の排気ガスの排出量（例えば、２０ｍ３／ｍｉｎ）にも対応し得るよう、ブースタファン１７の諸元は、例えば、最大送風量３０ｍ３／ｍｉｎ、最大静圧２．０ＫＰａに設定されている。
【００３０】
第２の排気通路７は、上流端が試験室５１内に臨まされているとともに、下流端が機械室５２を経由して実験棟５０の外部に露呈されるよう配管されている。
【００３１】
第２の排気通路７の上流端には、管径が拡開形成された接続部３０が連結されており、この接続部３０の内部に、ブースタファン１７の吐出ポート１７ａが臨まされている。また、接続部３０の内部において吐出ポート１７ａの周囲は外気取入口３１として設定されており、これにより、第２の排気通路７内には、吐出ポート１７ａから吐出された排気ガスとともに外気が導入されるようになっている。
【００３２】
また、機械室５２内において、第２の排気通路７の中途には、消音チャンバ３５と、排気ファン３６とが介装されている。ここで、排気ファン３６を駆動するモータ３７は制御装置４０で制御され、これにより外気取入口３１から第２の排気通路７内に導入される外気の量が可変制御されるようになっている。なお、本実施の形態において、排気ファン３６の諸元は、例えば、最大送風量５０ｍ３／ｍｉｎ、最大静圧１．７ＫＰａに設定されている。また、図中符号４５は、第２の排気通路７の温度が設定温度以上の高温となった際に、当該第２の排気通路７の中途を閉塞して試験室５１内を密閉するための防火ダンパーである。
【００３３】
制御装置４０は、計測室５３内に配設されている。制御装置４０には、浄化装置１５の直上流、浄化装置１５の直下流、及び、冷却コイル１６の直下流で排気ガス温度をそれぞれ検出するための温度センサ４１，４２，４３が接続されている。
【００３４】
そして、制御装置４０は、例えば、温度センサ４１で検出された浄化装置１５の直上流の排気ガス温度に基づいてモータ２７を可変制御することでファン制御手段としての機能を実現するとともに、温度センサ４３で検出された冷却コイル１６の直下流の排気ガス温度に基づいて電磁弁２６を可変制御することで冷却制御手段としての機能を実現する。
【００３５】
具体的には、制御装置４０は、例えば、浄化装置１５の直上流の排気ガス温度（触媒２０に流入する排気ガス温度）に基づいてモータ２７をフィードバック制御することにより、ブースタファン１７で吸引されて外気取入口１４から第１の排気通路６内に導入される外気の量を可変制御する。この場合、具体的には、エンジン６０から排出される排気ガスの温度及び流量が増大する程、第１の排気通路６内に導入される外気量が増大される。そして、この導入外気量の可変制御によって排気ガスの希釈状態を制御し、触媒２０に導入される排気ガス温度を例えば３００℃に制御するようになっている。また、制御装置４０は、例えば、冷却コイル１６の直下流の排気ガス温度に基づいて電磁弁２６をフィードバック制御することにより、冷却水通路２５を流通する冷却水の水量を可変制御する。そして、この冷却水水量によって冷却コイル１６の冷却能力を制御し、冷却コイル１６を通過後の排気ガス温度を例えば１５０℃以下に維持するようになっている。
【００３６】
また、制御装置４０は、温度センサ４１，４２で検出された浄化装置１５の直上下流の排気ガス温度に基づいて触媒２０の活性化状態を監視するようになっている。さらに、制御装置４０は、図示しない各種センサ類からの入力や作業者等による設定等に基づいて、ブースタ冷却用ファン２８のモータ２８ａや排気ファン３６のモータ３７等を駆動制御するようになっている。
【００３７】
このような構成による排気ガス処理装置１において、エンジン６０の排気管６１から排出され排気管接続部１１を介して第１の排気通路６内に導入された排気ガスは、ブースタファン１７の吸引により外気取入口１４から導入された外気で希釈され、所定の温度（例えば、３００℃）に調温された後、触媒２０に導かれてＮＯｘ，ＣＯ，ＨＣ等の有害物質が浄化される。
【００３８】
そして、触媒２０での触媒反応によって昇温された排気ガスは、冷却コイル１６に導かれ、所定の温度（例えば、１５０℃以下）まで冷却された後、ブースタファン１７を経て第２の排気通路７の接続部３０に導かれる。
【００３９】
そして、接続部３０に導入された排気ガスは、排気ファン３６の吸引によって外気取入口３１から導入された外気でさらに希釈され、十分に冷却された後、消音チャンバ３５に導かれる。その際、排気ガスは、試験室５１から機械室５２へと第２の排気通路７内を流通するが、冷却コイル１６による冷却及び、外気取入口３１から導入された外気での希釈によって十分に冷却されているため、試験室５１と機械室５２との隔壁等を過熱することなく、消音チャンバ３５に導入される。
【００４０】
そして、消音チャンバ３５内に導入された排気ガスは、エンジン６０による脈動等が吸収された後、排気ファン３６に導かれ、第２の排気通路７の下流端から実験棟５０外に排気される。
【００４１】
このような実施の形態によれば、車載用の三元触媒等からなる触媒２０を用いて小型な浄化装置１５を構成することにより、浄化装置１５を試験室５１内に容易に配設することができる。その際、浄化装置１５を冷却コイル１６やブースタファン１７とともに第１の排気通路６の起立した管路に介装することにより、浄化装置１５を効率よく試験室５１内に配置することができる。そして、浄化装置１５を試験室５１内に配設することにより、浄化装置１５に導入する前の排気ガスを必要以上に冷却したり再加熱する必要がなくなり、排気ガス処理装置１を簡素且つ安価に構成でき、さらに、ランニングコストの低減等を実現することができる。また、車載用の三元触媒等からなる触媒２０をそのまま用いて浄化装置１５を構成することは、排気ガス処理装置１に専用の触媒等を用意する必要がなく、製造コストのさらなる低減を実現することができる。
【００４２】
また、複数の触媒２０を並列に用いて浄化装置１５を構成することにより、排気ガス浄化処理時の各触媒２０への負荷を低減することができ、長時間のエンジン全開試験等にも十分に耐え得る構成とすることができる。
【００４３】
また、浄化装置１５の下流側に外気取入口１４を設け、この外気取入口１４から導入される外気をブースタファン１７によって第１の排気通路６内に吸引する構成とすることにより、浄化装置１５に導入する排気ガスを希釈することができ、各触媒２０への負荷をより効果的に低減することができる。その際、ブースタファン１７の吸引によって外気取入口１４から導入する外気の量を可変制御し、浄化装置１５に導入する排気ガス温度を制御することにより、触媒２０の過熱等を防止して、常に適切な活性化温度で触媒２０を作用させることができる。
【００４４】
また、浄化装置１５を通過後の排気ガスを冷却する冷却コイル１６を試験室５１内に配設することにより、浄化装置１５での触媒反応によって高温となった排気ガスを十分に冷却して試験室５１外に導出することができる。その際、冷却コイル１６に循環する冷却水の水量を調節して冷却コイル１６の冷却能力を可変制御することにより、排気ガスを効率的に冷却することができる。
【００４５】
次に、図２は本発明の第２の実施の形態を示し、図２は実験棟内に構成した排気ガス処理装置の概略構成図である。なお、本実施の形態ではブースタファン１７による制御を浄化装置１５に流入する排気ガスの空燃比に基づいて行う点、及び、第１の排気通路６に外気を導入するための外気取入口の開口量を排気ガスの空燃比の基づいて変更する点が上述の第１の実施の形態と主として異なる。その他、同様な点の構成については同符号を付して説明を省略する。
【００４６】
図示のように、第１の排気通路６の上流端には、管径が拡開形成された排気管接続部７０がフレキシブルチューブ１０を介して接続されている。排気管接続部１１の内部には、エンジン６０の排気管６１を接離自在に嵌合保持する内挿管１２がブラケット１３を介して支持されている。また、排気管接続部１１の内部において、内挿管１２との間には所定の間隙が形成されており、この間隙が、第１の排気通路６内に外気を取り入れるための第１の外気取入口７１として設定されている。ここで、第１の外気取入口７１は、エンジン６０の始動時等に必要最低限の外気を導入可能な取入口に構成されている。すなわち、本実施の形態においては、排気管接続部７０の管径が、上述の第１の実施の形態の排気管接続部１１に比して小径なもので構成されている。
【００４７】
また、フレキシブルチューブ１０の直下流には、第２の外気取入口７２が開口され、この第２の外気取入口７２内に、当該第２の外気取入口７２の開口量を変更する開口量変更手段としてのダンパ７３が設けられている。このダンパ７３を駆動するモータ７４は制御装置４０で制御され、これにより、第２の外気取入口７２の開口量が変更されるようになっている。
【００４８】
また、第１の排気通路６には、第１，第２の外気取入口７１，７２の近傍の圧力（排気圧力）を検出する気圧センサ７５と、浄化装置１５の直下流の圧力（排気圧力）を検出する気圧センサ７６と、浄化装置１５に流入する排気ガスの空燃比を検出する空燃比センサ７７とが設けられ、各センサからの信号が制御装置４０に入力されるようになっている。
【００４９】
本実施の形態において、制御装置４０は、空燃比センサ７７で検出された排気ガスの空燃比に基づいてモータ２７を可変制御することでファン制御手段としての機能を実現するとともに、温度センサ４３で検出された冷却コイル１６の直下流の排気ガス温度に基づいて電磁弁２６を可変制御することで冷却制御手段としての機能を実現する。さらに、制御装置４０は、主として空燃比センサ７７で検出された排気ガスの空燃比に基づいてモータ７４を可変制御することで開口量変更制御手段としての機能を実現する。さらにまた、制御装置４０は、気圧センサ７５，７６で検出された浄化装置１５の上下流の圧力差に基づいて、触媒２０のつまり、閉塞、或いは、破損状態を判定する劣化判定手段としての機能を実現する。
【００５０】
具体的には、制御装置４０は、例えば、空燃比センサ７７で検出された空燃比（浄化装置１５に流入する排気ガスの空燃比）に基づいてモータ２７をフィードバック制御することにより、ブースタファン１７による送風量を可変制御する。同時に、制御装置４０は、例えば、空燃比センサ７７で検出された空燃比に基づいてモータ７４をフィードバック制御することにより、ダンパ７３による第２の外気取入口７２の開口量を変更する。その際、制御装置４０は、これらの制御を協働して行うことにより、第１，第２の外気取入口７１，７２近傍の気圧（すなわち、排気管６１の下流端近傍の気圧）を大気圧近傍の設定気圧内（設定負圧内）に維持した状態で、第１の排気通路６内に導入される外気の量を可変制御する。この場合、具体的には、エンジン６０から排出される排気ガスの空燃比がリッチ側へと移行する程、第１の排気通路６内に導入される外気量が増大され、また、エンジン６０から排出される排気ガスの流量が増大する程、第１の排気通路６内に導入される外気量が増大される。そして、この導入外気量の可変制御によって排気ガスの希釈状態が制御され、触媒２０に導入される排気ガスの空燃比が例えば理論空燃比（Ａ／Ｆ＝１４．５〜１４．７）に制御されるようになっている。
【００５１】
ここで、本実施の形態においては、ブースタファン１７による送風量の下限値が設定されており、アイドル時等のようにエンジン６０から排出される排気ガスの量が極端に少ない場合には、ブースタファン１７による送風量を上記下限値に保持することにより、第１，第２の外気取入口７１，７２から排気ガスが実験室５１内に漏洩することを防止するようになっている。
【００５２】
なお、制御装置４０は、上記空燃比に基づいて、モータ２７或いはモータ７４を適宜選択的に制御することによって、触媒２０に導入される排気ガスの空燃比を制御してもよい。
【００５３】
また、制御装置４０は、気圧センサ７５，７６で検出された気圧の差圧に基づいて浄化装置１５の流路抵抗を求め、この流路抵抗から、煤等によるつまり、閉塞、破損等に起因する触媒２０の劣化状態を検出するようになっている。
【００５４】
このような構成による排気ガス処理装置１において、エンジン６０の排気管６１から排出され排気管接続部７０を介して第１の排気通路６内に導入された排気ガスは、ブースタファン１７の吸引により第１，第２の外気取入口７１，７２から導入された外気で希釈され、所定の空燃比（例えば、理論空燃比）に調節された後、触媒２０に導かれてＮＯｘ，ＣＯ，ＨＣ等の有害物質が浄化される。
【００５５】
そして、触媒２０での触媒反応によって昇温された排気ガスは、冷却コイル１６に導かれ、所定の温度（例えば、１５０℃以下）まで冷却された後、ブースタファン１７を経て第２の排気通路７の接続部３０に導かれる。
【００５６】
そして、接続部３０に導入された排気ガスは、排気ファン３６の吸引によって外気取入口３１から導入された外気でさらに希釈され、十分に冷却された後、消音チャンバ３５に導かれる。
【００５７】
そして、消音チャンバ３５内に導入された排気ガスは、エンジン６０による脈動等が吸収された後、排気ファン３６に導かれ、第２の排気通路７の下流端から実験棟５０外に排気される。
【００５８】
このような実施の形態によれば、上述の第１の実施の形態と略同様の効果を得ることができる。この場合、特に、ブースタファン１７を空燃比に基づいて制御する構成としたことにより、触媒２０の浄化作用をより効果的に行うことができる。
【００５９】
また、ブースタファン１７の制御と同時にダンパ７３の制御を行うことによって、第１，第２の外気取入口７１，７２によるトータルの開口量を常にブースタファン１７による送風量に応じた適切な開口量に制御することができ、排気管６１の下流端近傍の気圧を大気圧近傍の設定気圧内（設定負圧内）に維持することができる。従って、例えば、エンジン６０のアイドル時等においては、ブースタファン１７の送風量が減少することに起因して第１，第２の外気取入口７１，７２から排気ガスが漏洩することを防止できる。また、例えば、エンジン６０の高負荷高回転時等においては、ブースタファン１７の送風量が増大することに起因してエンジン６０の排気管６１内を極端な負圧状態とすることを防止でき、エンジン６０の排気特性が実際の使用時等に比べて向上することに起因する実験データの誤差を低減することができる。
【００６０】
また、浄化装置１５の上流側と下流側との圧力差に基づいて、触媒２０の劣化状態を監視することにより、浄化装置１５を常に良好な状態で作用させることができる。
【００６１】
ここで、本実施の形態においては、ブースタファン１７（及びダンパ７３）の作用によって、浄化装置１５への排気ガスの空燃比を理論空燃比よりもリッチ側の空燃比（例えば、Ａ／Ｆ＝１５以上の所定値）に制御することにより、ＣＯ，ＨＣを浄化するためのいわゆる酸化触媒として触媒２０（三元触媒）を作用させることも可能である。
【００６２】
また、制御装置４０に切換スイッチを設け、ブースタファン１７及びダンパ７３の制御を、排気ガスの空燃比によるものから温度によるものへと適宜切換えられるよう構成してもよい。すなわち、モータ２７及びモータ７４の制御を、例えば、浄化装置１５の直上流の排気ガス温度に基づいてそれぞれフィードバック制御してもよい。この場合においても、モータ２７，７４の制御は、協働して行われてもよいし、適宜選択的に行われてもよい。
【００６３】
また、制御装置４０におけるダンパ７３の制御を、上述の空燃比或いは排気ガス温度に基づく制御に代えて、例えば、気圧センサ７５で検出された気圧（第１，第２の外気取入口７１，７２近傍の気圧）に基づき、当該気圧が大気圧近傍の設定気圧内に維持されるようフィードバック制御してもよい。このような制御を行った場合であっても、空燃比或いは排気ガス温度に基づいてブースタファン１７による送風量が増減された際には、これに略連動して第２の外気取入口７２の開口量を増減させることができる。
【００６４】
なお、上述の各実施の形態において、エンジン６０の運転試験を行う実験棟５０に排気ガス処理装置１を構成した一例について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、車両の模擬走行試験等を行う実験棟等の排気ガス処理装置に本発明を適用させてもよいことは勿論である。
【００６５】
また、上述の各実施の形態では、試験室５１に機械室５２と計測室５３とが併設された実験棟５０に排気ガス処理装置１を適用した一例について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、第２の排気通路以降の構成を省略し、試験室から屋外に直接排気ガスを排出するよう第１の排気通路を配管することにより、機械室等を試験室に併設して有さない比較的小規模の修理工場等にも排気ガス処理装置を適用することが可能である。
【００６６】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、簡単な構成で安価に製造することができ、しかも、安価なランニングコストで排気ガスを浄化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係り、実験棟内に構成した排気ガス処理装置の概略構成図
【図２】本発明の第２の実施の形態に係り、実験棟内に構成した排気ガス処理装置の概略構成図
【符号の説明】
１ … 排気ガス処理装置
５ … 排気通路
１４ … 外気取入口
１５ … 浄化装置（排気ガス浄化手段）
１６ … 冷却コイル（冷却手段）
１７ … ブースタファン（ファン）
２０ … 触媒（車載用の触媒）
２１ … マニホルド
４０ … 制御装置（冷却制御手段、ファン制御手段、開口量変更制御手段、劣化判定手段）
５１ … 試験室
５１ａ … 壁面
６０ … エンジン
７１ … 第１の外気取入口（外気取入口）
７２ … 第２の外気取入口（外気取入口）
７３ … ダンパ（開口量変更手段）
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジンの運転試験設備や車両の模擬走行試験設備等の試験室内でエンジンから排出される排気ガスを処理する排気ガス処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、エンジンの運転試験設備や車両の模擬走行試験設備等の各種試験設備においては、エンジン駆動時に排気ガスが試験室内に充満することを防止するため、エンジンから排出される排気ガスを排気通路を介して屋外に導く排気ガス処理装置が設けられている。
【０００３】
この種の排気ガス処理装置において、屋外に排出する前の排気ガスを排気通路の中途で浄化することを目的として、例えば、非特許文献１には、黒煙粒子を捕捉して燃焼除去するとともに添着触媒で炭化水素や一酸化炭素を除去する触媒添着ＤＰＦ（排気微粒子補集装置、Ｄｉｅｚｅｌ Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ｆｉｌｔｅｒ）と、尿素水を用いて窒素酸化物を除去する選択接触還元脱硝触媒（ＳＣＲ：Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ Ｃａｔａｌｙｔｉｃ Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ）とを排気通路の中途に介装した技術が開示されている。
【０００４】
【非特許文献１】
三機工業株式会社「ＳＡＮＫＩ ｚｅｕｓ エンジン排ガス総合処理装置」カタログ、２００１年８月１日
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述の非特許文献１に開示されているように、触媒添着ＤＰＦや選択触媒還元脱硝触媒等のような専用の浄化装置を排気通路に設けることは、排気ガス処理装置の製造コストの高騰を招く。
【０００６】
また、上述の非特許文献１に開示された触媒添着ＤＰＦや選択接触還元脱硝触媒の浄化装置は、ガソリンエンジンやディーゼルエンジン等に広く適用させることを目的として構成されているため、構造が複雑且つ大型なものとなる。例えば選択触媒還元脱硝触媒は、その適用範囲を拡大すべく浄化処理に尿素水を用いる構成であるため、構造が複雑且つ大型化する。従って、浄化装置は、スペース上の問題等から、試験室に併設された機械室に配設されることが一般的であるが、このように浄化装置を機械室に配設することは、排気ガス処理装置の更なる構造の複雑化等を招き、製造コストの高騰や、排気ガス処理時のランニングコストの高騰等を招く虞がある。すなわち、排気ガスを排気通路によって試験室側から機械室側に導く際には防災上の制約から排気ガス温度を所定以下まで冷却する必要があり、その反面、各浄化装置を効率的に作用させるためには排気ガス温度を所定以上の高温とすることが望ましい。従って、上述の非特許文献１の技術において、これらの要求を満たすためには、試験室側で冷却された排気ガスを機械室側で再加熱するための加熱手段を設ける必要があり、排気ガス処理装置の構造の複雑化や製造コストの高騰を招く。また、一旦冷却した排気ガスを再加熱することはランニングコストの高騰等につながる。
【０００７】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、簡単な構成で安価に製造することができ、安価なランニングコストで排気ガスを浄化することのできる排気ガス処理装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、請求項１記載の発明による排気ガス処理装置は、試験室内で駆動するエンジンから排出される排気ガスを屋外に導く排気通路と、車載用の触媒を有して構成され上記試験室内で上記排気通路に介装された排気ガス浄化手段とを備えたことを特徴とする。
【０００９】
また、請求項２記載の発明による排気ガス処理装置は、請求項１記載の発明において、上記排気ガス浄化手段は上記触媒を複数有し、これら複数の触媒が上記排気通路に並列に介装されていることを特徴とする。
【００１０】
また、請求項３記載の発明による排気ガス処理装置は、請求項２記載の発明において、上記排気ガス浄化手段は、複数の上記触媒を適宜ダミー触媒に交換することで浄化能力を可変に設定可能であることを特徴とする。
【００１１】
また、請求項４記載の発明による排気ガス処理装置は、請求項１乃至請求項３の何れかに記載の発明において、上記試験室内で上記排気通路に介装され、上記排気ガス浄化手段を通過後の排気ガスを冷却する冷却手段を備えたことを特徴とする。
【００１２】
また、請求項５記載の発明による排気ガス処理装置は、請求項４記載の発明において、上記冷却手段の冷却能力を可変制御して上記冷却手段を通過後の排気ガス温度を制御する冷却制御手段を備えたことを特徴とする。
【００１３】
また、請求項６記載の発明による排気ガス処理装置は、請求項１乃至請求項５の何れかに記載の発明において、上記排気ガス浄化手段の上流側に開口された外気取入口と、上記外気取入口から導入される外気を排気ガスとともに上記排気通路内に吸引するファンとを備えたことを特徴とする。
【００１４】
また、請求項７記載の発明による排気ガス処理装置は、請求項６記載の発明において、上記ファンの吸引によって上記外気取入口から導入される外気の量を可変制御するファン制御手段を有し、上記ファン制御手段は、上記外気取入口から導入される外気量を可変制御することによって、上記排気ガス浄化手段に流入する排気ガス温度を設定値に制御することを特徴とする。
【００１５】
また、請求項８記載の発明による排気ガス処理装置は、請求項６記載の発明において、上記ファンの吸引によって上記外気取入口から導入される外気の量を可変制御するファン制御手段を有し、上記ファン制御手段は、上記外気取入口から導入される外気量を可変制御することによって、上記排気ガス浄化手段に流入する排気ガスの空燃比を設定値に制御することを特徴とする。
【００１６】
また、請求項９記載の発明による排気ガス処理装置は、請求項６乃至請求項８の何れかに記載の発明において、上記外気取入口の開口量を変更する開口量変更手段を備えたことを特徴とする。
【００１７】
また、請求項１０記載の発明による排気ガス処理装置は、請求項９記載の発明において、上記開口量変更手段による上記外気取入口の開口量を可変制御する開口量変更制御手段を有し、上記開口量変更制御手段は、上記外気取入口の開口量を可変制御することによって、上記排気ガス浄化手段に流入する排気ガス温度を設定値に制御することを特徴とする。
【００１８】
また、請求項１１記載の発明による排気ガス処理装置は、請求項９記載の発明において、上記開口量変更手段による上記外気取入口の開口量を可変制御する開口量変更制御手段を有し、上記開口量変更制御手段は、上記外気取入口の開口量を可変制御することによって、上記排気ガス浄化手段に流入する排気ガスの空燃比を設定値に制御することを特徴とする。
【００１９】
また、請求項１２記載の発明による排気ガス処理装置は、請求項９記載の発明において、上記開口量変更手段による上記外気取入口の開口量を可変制御する開口量変更制御手段を有し、上記開口量変更制御手段は、上記外気取入口の開口量を可変制御することによって、上記外気取入口近傍の圧力を大気圧近傍の設定圧力内に維持することを特徴とする。
【００２０】
また、請求項１３記載の発明による排気ガス処理装置は、請求項１乃至請求項１２の何れかに記載の発明において、上記排気ガス浄化手段の上流側と下流側との圧力差に基づいて、上記触媒のつまり、閉塞、或いは破損状態を判定する劣化判定手段を備えたことを特徴とする。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。図１は本発明の第１の実施の形態に係わり、図１は実験棟内に構成した排気ガス処理装置の概略構成図である。
【００２２】
ここで、本実施の形態においては、試験対象となるエンジン６０を収容する試験室５１と、この試験室５１の上階に併設された機械室５２と、試験室５１に隣接して併設された計測室５３とを有する実験棟５０に、排気ガス処理装置１を設けた一例について説明する。
【００２３】
図１に示すように、排気ガス処理装置１は、エンジン６０からの排気ガスを試験室５１から機械室５２を経て屋外に導く排気通路５を有し、排気通路５は、試験室５１内に配設されエンジン６０の直後に設けられた第１の排気通路６と、この第１の排気通路６の下流側に接続され試験室５１から機械室５２にかけて配設された第２の排気通路７とを有して構成されている。
【００２４】
第１の排気通路６は、内径が例えば３００ｍｍの管路で構成され、上流側が試験室５１の床面に沿って配管されているとともに、下流側が試験室５１の壁面５１ａに沿って起立するよう配管されている。
【００２５】
第１の排気通路６の上流端には、管径が拡開形成された排気管接続部１１がフレキシブルチューブ１０を介して連結されている。排気管接続部１１の内部には、エンジン６０の排気管６１を接離自在に嵌合保持する内挿管１２がブラケット１３を介して支持されている。また、排気管接続部１１の内部において、内挿管１２との間には所定の間隙が形成されており、この間隙が、第１の排気通路６内に外気を取り入れるための外気取入口１４として設定されている。
【００２６】
また、第１の排気通路６の起立された管路の中途には、排気ガス浄化手段としての浄化装置１５と、冷却手段としての冷却コイル１６とが順に介装され、さらに、第１の排気通路６の下流端には、ファンとしてのブースタファン１７が連結されている。
【００２７】
浄化装置１５は、第１の排気通路６に導入された排気ガスを浄化するためのもので、例えば四輪車や二輪車等に採用される車載用の三元触媒からなる２個の触媒２０と、これらを第１の排気通路６の中途に並列に接続する一対のマニホルド２１とを有して構成されている。ここで、浄化装置１５に用いられる触媒２０は、試験対象となるエンジン６０の排気特性に対応すべく、当該エンジン６０を搭載する実車に用いられる触媒を適宜採用することが望ましい。この点を考慮し、本実施の形態では、浄化装置１５の両端が第１の排気通路６にフランジ結合されており、これにより、浄化装置１５は、試験対象となるエンジン６０に応じて適宜交換可能となっている。また、浄化装置１５において、劣化した触媒２０を適宜交換可能とすべく、触媒２０の両端はマニホルド２１にフランジ結合されている。なお、試験対象となるエンジン６０の排気量等に応じて、第１の排気通路６の中途に（並列に）接続する触媒２０の数を１個、または、３個以上に設定して浄化装置１５を構成してもよいことは勿論である。この場合、例えば、浄化装置１５を、２個以上の複数の触媒２０と、これらを第１の排気通路６の中途に並列に接続する一対のマニホルド２１とを有して構成し、エンジン６０の排気量が低い場合には、所定個数の触媒２０を予め用意した図示しないダミー触媒に適宜交換して両マニホルド２１間の連通を部分的に遮断させてもよい。このように構成すれば、複数種類のマニホルド２１を用意することなく、浄化装置１５の浄化能力を可変設定することができる。
【００２８】
冷却コイル１６は、浄化装置１５を通過後の排気ガスを冷却するためのもので、例えば水冷式の冷却コイルで構成されている。この冷却コイル１６に冷却水を循環する冷却水通路２５には、当該冷却水通路２５内を流通する冷却水の水量を制御するための電磁弁２６が介装されている。そして、この電磁弁２６は後述する制御装置４０で制御されることによって、冷却コイル１６の冷却能力を可変制御するようになっている。なお、本実施の形態においては、冷却コイル１６が過給機付エンジンの全開運転試験時の排気ガス温度（例えば、７００℃）にも対応した十分な冷却能力を確保し得るよう、冷却水通路２５内を流通する冷却水の最大流量が、例えば１６０ｌ／ｍｉｎに設定されている。
【００２９】
ブースタファン１７は、外気取入口１４から導入される外気を排気ガスとともに吸引するためのもので、これにより、第１の排気通路６に導入された排気ガスが外気で希釈されて浄化装置１５に導かれるようになっている。このブースタファン１７を駆動するモータ２７は制御装置４０で制御され、これにより、外気取入口１４から第１の排気通路６内に導入される外気の量が可変制御されるようになっている。なお、図中符号２８は、ブースタファン１７の低回転時における過熱を防止すべく、必要に応じてブースタファン１７に冷却風を送風するためのブースタ冷却用ファンを示す。ここで、本実施の形態においては、過給機付きエンジンの全開運転試験時の排気ガスの排出量（例えば、２０ｍ３／ｍｉｎ）にも対応し得るよう、ブースタファン１７の諸元は、例えば、最大送風量３０ｍ３／ｍｉｎ、最大静圧２．０ＫＰａに設定されている。
【００３０】
第２の排気通路７は、上流端が試験室５１内に臨まされているとともに、下流端が機械室５２を経由して実験棟５０の外部に露呈されるよう配管されている。
【００３１】
第２の排気通路７の上流端には、管径が拡開形成された接続部３０が連結されており、この接続部３０の内部に、ブースタファン１７の吐出ポート１７ａが臨まされている。また、接続部３０の内部において吐出ポート１７ａの周囲は外気取入口３１として設定されており、これにより、第２の排気通路７内には、吐出ポート１７ａから吐出された排気ガスとともに外気が導入されるようになっている。
【００３２】
また、機械室５２内において、第２の排気通路７の中途には、消音チャンバ３５と、排気ファン３６とが介装されている。ここで、排気ファン３６を駆動するモータ３７は制御装置４０で制御され、これにより外気取入口３１から第２の排気通路７内に導入される外気の量が可変制御されるようになっている。なお、本実施の形態において、排気ファン３６の諸元は、例えば、最大送風量５０ｍ３／ｍｉｎ、最大静圧１．７ＫＰａに設定されている。また、図中符号４５は、第２の排気通路７の温度が設定温度以上の高温となった際に、当該第２の排気通路７の中途を閉塞して試験室５１内を密閉するための防火ダンパーである。
【００３３】
制御装置４０は、計測室５３内に配設されている。制御装置４０には、浄化装置１５の直上流、浄化装置１５の直下流、及び、冷却コイル１６の直下流で排気ガス温度をそれぞれ検出するための温度センサ４１，４２，４３が接続されている。
【００３４】
そして、制御装置４０は、例えば、温度センサ４１で検出された浄化装置１５の直上流の排気ガス温度に基づいてモータ２７を可変制御することでファン制御手段としての機能を実現するとともに、温度センサ４３で検出された冷却コイル１６の直下流の排気ガス温度に基づいて電磁弁２６を可変制御することで冷却制御手段としての機能を実現する。
【００３５】
具体的には、制御装置４０は、例えば、浄化装置１５の直上流の排気ガス温度（触媒２０に流入する排気ガス温度）に基づいてモータ２７をフィードバック制御することにより、ブースタファン１７で吸引されて外気取入口１４から第１の排気通路６内に導入される外気の量を可変制御する。この場合、具体的には、エンジン６０から排出される排気ガスの温度及び流量が増大する程、第１の排気通路６内に導入される外気量が増大される。そして、この導入外気量の可変制御によって排気ガスの希釈状態を制御し、触媒２０に導入される排気ガス温度を例えば３００℃に制御するようになっている。また、制御装置４０は、例えば、冷却コイル１６の直下流の排気ガス温度に基づいて電磁弁２６をフィードバック制御することにより、冷却水通路２５を流通する冷却水の水量を可変制御する。そして、この冷却水水量によって冷却コイル１６の冷却能力を制御し、冷却コイル１６を通過後の排気ガス温度を例えば１５０℃以下に維持するようになっている。
【００３６】
また、制御装置４０は、温度センサ４１，４２で検出された浄化装置１５の直上下流の排気ガス温度に基づいて触媒２０の活性化状態を監視するようになっている。さらに、制御装置４０は、図示しない各種センサ類からの入力や作業者等による設定等に基づいて、ブースタ冷却用ファン２８のモータ２８ａや排気ファン３６のモータ３７等を駆動制御するようになっている。
【００３７】
このような構成による排気ガス処理装置１において、エンジン６０の排気管６１から排出され排気管接続部１１を介して第１の排気通路６内に導入された排気ガスは、ブースタファン１７の吸引により外気取入口１４から導入された外気で希釈され、所定の温度（例えば、３００℃）に調温された後、触媒２０に導かれてＮＯｘ，ＣＯ，ＨＣ等の有害物質が浄化される。
【００３８】
そして、触媒２０での触媒反応によって昇温された排気ガスは、冷却コイル１６に導かれ、所定の温度（例えば、１５０℃以下）まで冷却された後、ブースタファン１７を経て第２の排気通路７の接続部３０に導かれる。
【００３９】
そして、接続部３０に導入された排気ガスは、排気ファン３６の吸引によって外気取入口３１から導入された外気でさらに希釈され、十分に冷却された後、消音チャンバ３５に導かれる。その際、排気ガスは、試験室５１から機械室５２へと第２の排気通路７内を流通するが、冷却コイル１６による冷却及び、外気取入口３１から導入された外気での希釈によって十分に冷却されているため、試験室５１と機械室５２との隔壁等を過熱することなく、消音チャンバ３５に導入される。
【００４０】
そして、消音チャンバ３５内に導入された排気ガスは、エンジン６０による脈動等が吸収された後、排気ファン３６に導かれ、第２の排気通路７の下流端から実験棟５０外に排気される。
【００４１】
このような実施の形態によれば、車載用の三元触媒等からなる触媒２０を用いて小型な浄化装置１５を構成することにより、浄化装置１５を試験室５１内に容易に配設することができる。その際、浄化装置１５を冷却コイル１６やブースタファン１７とともに第１の排気通路６の起立した管路に介装することにより、浄化装置１５を効率よく試験室５１内に配置することができる。そして、浄化装置１５を試験室５１内に配設することにより、浄化装置１５に導入する前の排気ガスを必要以上に冷却したり再加熱する必要がなくなり、排気ガス処理装置１を簡素且つ安価に構成でき、さらに、ランニングコストの低減等を実現することができる。また、車載用の三元触媒等からなる触媒２０をそのまま用いて浄化装置１５を構成することは、排気ガス処理装置１に専用の触媒等を用意する必要がなく、製造コストのさらなる低減を実現することができる。
【００４２】
また、複数の触媒２０を並列に用いて浄化装置１５を構成することにより、排気ガス浄化処理時の各触媒２０への負荷を低減することができ、長時間のエンジン全開試験等にも十分に耐え得る構成とすることができる。
【００４３】
また、浄化装置１５の下流側に外気取入口１４を設け、この外気取入口１４から導入される外気をブースタファン１７によって第１の排気通路６内に吸引する構成とすることにより、浄化装置１５に導入する排気ガスを希釈することができ、各触媒２０への負荷をより効果的に低減することができる。その際、ブースタファン１７の吸引によって外気取入口１４から導入する外気の量を可変制御し、浄化装置１５に導入する排気ガス温度を制御することにより、触媒２０の過熱等を防止して、常に適切な活性化温度で触媒２０を作用させることができる。
【００４４】
また、浄化装置１５を通過後の排気ガスを冷却する冷却コイル１６を試験室５１内に配設することにより、浄化装置１５での触媒反応によって高温となった排気ガスを十分に冷却して試験室５１外に導出することができる。その際、冷却コイル１６に循環する冷却水の水量を調節して冷却コイル１６の冷却能力を可変制御することにより、排気ガスを効率的に冷却することができる。
【００４５】
次に、図２は本発明の第２の実施の形態を示し、図２は実験棟内に構成した排気ガス処理装置の概略構成図である。なお、本実施の形態ではブースタファン１７による制御を浄化装置１５に流入する排気ガスの空燃比に基づいて行う点、及び、第１の排気通路６に外気を導入するための外気取入口の開口量を排気ガスの空燃比の基づいて変更する点が上述の第１の実施の形態と主として異なる。その他、同様な点の構成については同符号を付して説明を省略する。
【００４６】
図示のように、第１の排気通路６の上流端には、管径が拡開形成された排気管接続部７０がフレキシブルチューブ１０を介して接続されている。排気管接続部１１の内部には、エンジン６０の排気管６１を接離自在に嵌合保持する内挿管１２がブラケット１３を介して支持されている。また、排気管接続部１１の内部において、内挿管１２との間には所定の間隙が形成されており、この間隙が、第１の排気通路６内に外気を取り入れるための第１の外気取入口７１として設定されている。ここで、第１の外気取入口７１は、エンジン６０の始動時等に必要最低限の外気を導入可能な取入口に構成されている。すなわち、本実施の形態においては、排気管接続部７０の管径が、上述の第１の実施の形態の排気管接続部１１に比して小径なもので構成されている。
【００４７】
また、フレキシブルチューブ１０の直下流には、第２の外気取入口７２が開口され、この第２の外気取入口７２内に、当該第２の外気取入口７２の開口量を変更する開口量変更手段としてのダンパ７３が設けられている。このダンパ７３を駆動するモータ７４は制御装置４０で制御され、これにより、第２の外気取入口７２の開口量が変更されるようになっている。
【００４８】
また、第１の排気通路６には、第１，第２の外気取入口７１，７２の近傍の圧力（排気圧力）を検出する気圧センサ７５と、浄化装置１５の直下流の圧力（排気圧力）を検出する気圧センサ７６と、浄化装置１５に流入する排気ガスの空燃比を検出する空燃比センサ７７とが設けられ、各センサからの信号が制御装置４０に入力されるようになっている。
【００４９】
本実施の形態において、制御装置４０は、空燃比センサ７７で検出された排気ガスの空燃比に基づいてモータ２７を可変制御することでファン制御手段としての機能を実現するとともに、温度センサ４３で検出された冷却コイル１６の直下流の排気ガス温度に基づいて電磁弁２６を可変制御することで冷却制御手段としての機能を実現する。さらに、制御装置４０は、主として空燃比センサ７７で検出された排気ガスの空燃比に基づいてモータ７４を可変制御することで開口量変更制御手段としての機能を実現する。さらにまた、制御装置４０は、気圧センサ７５，７６で検出された浄化装置１５の上下流の圧力差に基づいて、触媒２０のつまり、閉塞、或いは、破損状態を判定する劣化判定手段としての機能を実現する。
【００５０】
具体的には、制御装置４０は、例えば、空燃比センサ７７で検出された空燃比（浄化装置１５に流入する排気ガスの空燃比）に基づいてモータ２７をフィードバック制御することにより、ブースタファン１７による送風量を可変制御する。同時に、制御装置４０は、例えば、空燃比センサ７７で検出された空燃比に基づいてモータ７４をフィードバック制御することにより、ダンパ７３による第２の外気取入口７２の開口量を変更する。その際、制御装置４０は、これらの制御を協働して行うことにより、第１，第２の外気取入口７１，７２近傍の気圧（すなわち、排気管６１の下流端近傍の気圧）を大気圧近傍の設定気圧内（設定負圧内）に維持した状態で、第１の排気通路６内に導入される外気の量を可変制御する。この場合、具体的には、エンジン６０から排出される排気ガスの空燃比がリッチ側へと移行する程、第１の排気通路６内に導入される外気量が増大され、また、エンジン６０から排出される排気ガスの流量が増大する程、第１の排気通路６内に導入される外気量が増大される。そして、この導入外気量の可変制御によって排気ガスの希釈状態が制御され、触媒２０に導入される排気ガスの空燃比が例えば理論空燃比（Ａ／Ｆ＝１４．５〜１４．７）に制御されるようになっている。
【００５１】
ここで、本実施の形態においては、ブースタファン１７による送風量の下限値が設定されており、アイドル時等のようにエンジン６０から排出される排気ガスの量が極端に少ない場合には、ブースタファン１７による送風量を上記下限値に保持することにより、第１，第２の外気取入口７１，７２から排気ガスが実験室５１内に漏洩することを防止するようになっている。
【００５２】
なお、制御装置４０は、上記空燃比に基づいて、モータ２７或いはモータ７４を適宜選択的に制御することによって、触媒２０に導入される排気ガスの空燃比を制御してもよい。
【００５３】
また、制御装置４０は、気圧センサ７５，７６で検出された気圧の差圧に基づいて浄化装置１５の流路抵抗を求め、この流路抵抗から、煤等によるつまり、閉塞、破損等に起因する触媒２０の劣化状態を検出するようになっている。
【００５４】
このような構成による排気ガス処理装置１において、エンジン６０の排気管６１から排出され排気管接続部７０を介して第１の排気通路６内に導入された排気ガスは、ブースタファン１７の吸引により第１，第２の外気取入口７１，７２から導入された外気で希釈され、所定の空燃比（例えば、理論空燃比）に調節された後、触媒２０に導かれてＮＯｘ，ＣＯ，ＨＣ等の有害物質が浄化される。
【００５５】
そして、触媒２０での触媒反応によって昇温された排気ガスは、冷却コイル１６に導かれ、所定の温度（例えば、１５０℃以下）まで冷却された後、ブースタファン１７を経て第２の排気通路７の接続部３０に導かれる。
【００５６】
そして、接続部３０に導入された排気ガスは、排気ファン３６の吸引によって外気取入口３１から導入された外気でさらに希釈され、十分に冷却された後、消音チャンバ３５に導かれる。
【００５７】
そして、消音チャンバ３５内に導入された排気ガスは、エンジン６０による脈動等が吸収された後、排気ファン３６に導かれ、第２の排気通路７の下流端から実験棟５０外に排気される。
【００５８】
このような実施の形態によれば、上述の第１の実施の形態と略同様の効果を得ることができる。この場合、特に、ブースタファン１７を空燃比に基づいて制御する構成としたことにより、触媒２０の浄化作用をより効果的に行うことができる。
【００５９】
また、ブースタファン１７の制御と同時にダンパ７３の制御を行うことによって、第１，第２の外気取入口７１，７２によるトータルの開口量を常にブースタファン１７による送風量に応じた適切な開口量に制御することができ、排気管６１の下流端近傍の気圧を大気圧近傍の設定気圧内（設定負圧内）に維持することができる。従って、例えば、エンジン６０のアイドル時等においては、ブースタファン１７の送風量が減少することに起因して第１，第２の外気取入口７１，７２から排気ガスが漏洩することを防止できる。また、例えば、エンジン６０の高負荷高回転時等においては、ブースタファン１７の送風量が増大することに起因してエンジン６０の排気管６１内を極端な負圧状態とすることを防止でき、エンジン６０の排気特性が実際の使用時等に比べて向上することに起因する実験データの誤差を低減することができる。
【００６０】
また、浄化装置１５の上流側と下流側との圧力差に基づいて、触媒２０の劣化状態を監視することにより、浄化装置１５を常に良好な状態で作用させることができる。
【００６１】
ここで、本実施の形態においては、ブースタファン１７（及びダンパ７３）の作用によって、浄化装置１５への排気ガスの空燃比を理論空燃比よりもリッチ側の空燃比（例えば、Ａ／Ｆ＝１５以上の所定値）に制御することにより、ＣＯ，ＨＣを浄化するためのいわゆる酸化触媒として触媒２０（三元触媒）を作用させることも可能である。
【００６２】
また、制御装置４０に切換スイッチを設け、ブースタファン１７及びダンパ７３の制御を、排気ガスの空燃比によるものから温度によるものへと適宜切換えられるよう構成してもよい。すなわち、モータ２７及びモータ７４の制御を、例えば、浄化装置１５の直上流の排気ガス温度に基づいてそれぞれフィードバック制御してもよい。この場合においても、モータ２７，７４の制御は、協働して行われてもよいし、適宜選択的に行われてもよい。
【００６３】
また、制御装置４０におけるダンパ７３の制御を、上述の空燃比或いは排気ガス温度に基づく制御に代えて、例えば、気圧センサ７５で検出された気圧（第１，第２の外気取入口７１，７２近傍の気圧）に基づき、当該気圧が大気圧近傍の設定気圧内に維持されるようフィードバック制御してもよい。このような制御を行った場合であっても、空燃比或いは排気ガス温度に基づいてブースタファン１７による送風量が増減された際には、これに略連動して第２の外気取入口７２の開口量を増減させることができる。
【００６４】
なお、上述の各実施の形態において、エンジン６０の運転試験を行う実験棟５０に排気ガス処理装置１を構成した一例について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、車両の模擬走行試験等を行う実験棟等の排気ガス処理装置に本発明を適用させてもよいことは勿論である。
【００６５】
また、上述の各実施の形態では、試験室５１に機械室５２と計測室５３とが併設された実験棟５０に排気ガス処理装置１を適用した一例について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、第２の排気通路以降の構成を省略し、試験室から屋外に直接排気ガスを排出するよう第１の排気通路を配管することにより、機械室等を試験室に併設して有さない比較的小規模の修理工場等にも排気ガス処理装置を適用することが可能である。
【００６６】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、簡単な構成で安価に製造することができ、しかも、安価なランニングコストで排気ガスを浄化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係り、実験棟内に構成した排気ガス処理装置の概略構成図
【図２】本発明の第２の実施の形態に係り、実験棟内に構成した排気ガス処理装置の概略構成図
【符号の説明】
１ … 排気ガス処理装置
５ … 排気通路
１４ … 外気取入口
１５ … 浄化装置（排気ガス浄化手段）
１６ … 冷却コイル（冷却手段）
１７ … ブースタファン（ファン）
２０ … 触媒（車載用の触媒）
２１ … マニホルド
４０ … 制御装置（冷却制御手段、ファン制御手段、開口量変更制御手段、劣化判定手段）
５１ … 試験室
５１ａ … 壁面
６０ … エンジン
７１ … 第１の外気取入口（外気取入口）
７２ … 第２の外気取入口（外気取入口）
７３ … ダンパ（開口量変更手段）
Claims (13)
- 試験室内で駆動するエンジンから排出される排気ガスを屋外に導く排気通路と、
車載用の触媒を有して構成され、上記試験室内で上記排気通路に介装された排気ガス浄化手段とを備えたことを特徴とする排気ガス処理装置。 - 上記排気ガス浄化手段は上記触媒を複数有し、これら複数の触媒が上記排気通路に並列に介装されていることを特徴とする請求項１記載の排気ガス処理装置。
- 上記排気ガス浄化手段は、複数の上記触媒を適宜ダミー触媒に交換することで浄化能力を可変に設定可能であることを特徴とする請求項２記載の排気ガス処理装置。
- 上記試験室内で上記排気通路に介装され、上記排気ガス浄化手段を通過後の排気ガスを冷却する冷却手段を備えたことを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れかに記載の排気ガス処理装置。
- 上記冷却手段の冷却能力を可変制御して上記冷却手段を通過後の排気ガス温度を制御する冷却制御手段を備えたことを特徴とする請求項４記載の排気ガス処理装置。
- 上記排気ガス浄化手段の上流側に開口された外気取入口と、
上記外気取入口から導入される外気を排気ガスとともに上記排気通路内に吸引するファンとを備えたことを特徴とする請求項１乃至請求項５の何れかに記載の排気ガス処理装置。 - 上記ファンの吸引によって上記外気取入口から導入される外気の量を可変制御するファン制御手段を有し、
上記ファン制御手段は、上記外気取入口から導入される外気量を可変制御することによって、上記排気ガス浄化手段に流入する排気ガス温度を設定値に制御することを特徴とする請求項６記載の排気ガス処理装置。 - 上記ファンの吸引によって上記外気取入口から導入される外気の量を可変制御するファン制御手段を有し、
上記ファン制御手段は、上記外気取入口から導入される外気量を可変制御することによって、上記排気ガス浄化手段に流入する排気ガスの空燃比を設定値に制御することを特徴とする請求項６記載の排気ガス処理装置。 - 上記外気取入口の開口量を変更する開口量変更手段を備えたことを特徴とする請求項６乃至請求項８の何れかに記載の排気ガス処理装置。
- 上記開口量変更手段による上記外気取入口の開口量を可変制御する開口量変更制御手段を有し、
上記開口量変更制御手段は、上記外気取入口の開口量を可変制御することによって、上記排気ガス浄化手段に流入する排気ガス温度を設定値に制御することを特徴とする請求項９記載の排気ガス処理装置。 - 上記開口量変更手段による上記外気取入口の開口量を可変制御する開口量変更制御手段を有し、
上記開口量変更制御手段は、上記外気取入口の開口量を可変制御することによって、上記排気ガス浄化手段に流入する排気ガスの空燃比を設定値に制御することを特徴とする請求項９記載の排気ガス処理装置。 - 上記開口量変更手段による上記外気取入口の開口量を可変制御する開口量変更制御手段を有し、
上記開口量変更制御手段は、上記外気取入口の開口量を可変制御することによって、上記外気取入口近傍の圧力を大気圧近傍の設定圧力内に維持することを特徴とする請求項９記載の排気ガス処理装置。 - 上記排気ガス浄化手段の上流側と下流側との圧力差に基づいて、上記触媒のつまり、閉塞、或いは破損状態を判定する劣化判定手段を備えたことを特徴とする請求項１乃至請求項１２の何れかに記載の排気ガス処理装置。
Priority Applications (1)
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| JP2002328595A JP2004162583A (ja) | 2002-11-12 | 2002-11-12 | 排気ガス処理装置 |
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|---|---|---|---|---|
| JP2007316060A (ja) * | 2006-04-24 | 2007-12-06 | Johnson Matthey Plc | 粒子状物質の発生装置および捕集装置 |
-
2002
- 2002-11-12 JP JP2002328595A patent/JP2004162583A/ja active Pending
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