JP2009167950A

JP2009167950A - 黒煙除去装置の再生装置

Info

Publication number: JP2009167950A
Application number: JP2008008637A
Authority: JP
Inventors: Taido Aoki; 泰道青木; Hiroyuki Ueda; 裕之上田
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2008-01-18
Filing date: 2008-01-18
Publication date: 2009-07-30

Abstract

【課題】DPFの再生を比較的低コストの装置で、且つ DPF再生機能が優れた装置で実現可能としたDPF再生装置を提供する。
【解決手段】DPFの排気入口通路に、排気ガスを燃焼させる燃料添加インジェクタを備え、該燃料添加インジェクタで排気ガスを燃焼させ係る燃焼排気ガスを黒煙除去装置に供給して、DPFに収集されたパティキュレートを燃焼させる黒煙除去装置の再生装置において、燃料添加インジェクタ周りの空気を加熱するセラミックグロープラグを備えるとともに、前記セラミックグロープラグを昇温させてその昇温が完了する時間が経過した後に、前記燃料添加インジェクタからの燃料及び前記着火用エア供給手段からの着火用エアが供給されるように制御するコントローラを備えたことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、比較的小型のディーゼルエンジンの黒煙除去装置（DPF）の再生装置に用いられ、排気ガス中の微小固形物を除去するDPFの排気入口通路に、該排気ガスに燃料を添加する燃料添加インジェクタを備え、該燃料添加インジェクタで前記排気ガスを昇温し、昇温された排気ガスを前記DPFに供給して、前記DPFに収集されたパティキュレートを燃焼させる黒煙除去装置の再生装置に関する。

ディーゼルエンジンの排気ガス中のパティキュレート（微小固形物、以下PMという）を除去するDPF（黒煙除去装置）が設けられているエンジンにおいては、DPFにおけるPMの堆積量が増加して該DPF出入口間の排気ガスの差圧が増加すると、エンジン背圧即ちDPF入口排気圧力と燃焼室内の圧力との圧力差が大きくなって、エンジン出力の低下や排気温度の過大な上昇等の問題点が発生する。

かかる問題を回避するため、DPFの強制再生では、筒内の燃焼に寄与しない噴射タイミングで燃料を噴射する方式、排気管に燃料を添加する方式が多く用いられている。これらは、後処理装置に未燃成分を供給し、触媒反応にてDPF入口温度を昇温することにより、DPFに収集されたＰＭを燃焼除去する方式である。
また、燃焼用バーナを用いて、DPFに流入する排気ガス中で火炎を発生させることにより、直接加熱する方式もある。

かかるDPF再生装置に、特許文献１（特許第３３４１８００号公報）及び特許文献２（特開平８−２６０９４４号公報）等がある。
特許文献１及び２においては、排気通路に設けられたDPFを、DPFの上流側に燃料噴射ノズル及び点火プラグを有するバーナ燃焼室が配設され、前記DPFに連結する通路とバーナ燃焼室との接続部に第２のDPFが配設されたことを特徴としている。

特許第３３４１８００号公報特開平８−２６０９４４号公報

特に、排気ガス通路に排気ガス中のPMを除去するDPFが設けられているエンジンにおいては、前記のようなPMの強制再生手段が多く用いられ、かかるPMの強制再生手段では、筒内燃料噴射や排気管内の燃料添加により、排気ガス後処理装置即ちDPFに未燃成分を供給し、触媒反応によってDPFの入口温度を昇温させ、DPFにおいて捕集されたPMを燃焼させて除去している。

このように、DPF でPMを燃焼させる場合、特許文献１（特許第３３４１８００号公報）及び特許文献２（特開平８−２６０９４４号公報）等においては、DPFの上流側に燃料噴射ノズル及び点火プラグを有するバーナ燃焼室が備わっており、特に点火プラグにはＰｔ等の高コストな材料を用いられているため、比較的小型の農業用のディーゼルエンジンにおいては、さらに低コストでDPF再生機能が優れたDPF再生装置の提供が望まれる。

本発明はかかる従来技術の課題に鑑み、DPFの再生を比較的低コストの装置で、且つ DPF再生機能が優れた装置で実現可能としたDPF再生装置を提供することを目的とする。

本発明はかかる課題を解決するもので、排気ガス中の微小固形物を除去する黒煙除去装置（DPF）の排気入口通路に、該排気ガスに燃料を添加する燃料添加インジェクタを備え、該燃料添加インジェクタで前記排気ガスを昇温したガスを前記DPFに供給して、前記DPFに収集されたパティキュレートを燃焼させる黒煙除去装置の再生装置において、前記燃料添加インジェクタから供給される燃料の着火を補助するセラミックグロープラグを備えるとともに、前記セラミックグロープラグを昇温させてその昇温が完了する時間が経過した後に、前記燃料添加インジェクタからの燃料及び前記着火用エア供給手段からの着火用エアが供給されるように制御するコントローラを備えたことを特徴とする（請求項１）。

そして、具体的には、次のように構成するのが好ましい。
（１）前記セラミックグロープラグは複数本からなり、各々のセラミックグロープラグは、排ガスが通過する排ガス管上において、排ガス管の軸方向にずれた位置に複数配設されている（請求項２）。
（２）前記セラミックグロープラグは、その電極部分を含む周囲を鞘管で覆われており、前記セラミックグロープラグ及び前記鞘管との空隙に冷却用エアを供給する（請求項３）。
（３）前記セラミックグロープラグは、前記燃料添加インジェクタの軸方向に向かう前記セラミックグロープラグの排ガス管中への挿入深さを可変にした（請求項４）。
（４）前記着火用エア供給手段は、前記燃料添加インジェクタを中心とする平面付近において旋回状のエア供給管及び該エア供給管に複数個設けられたエア供給孔からなる（請求項５）。

本発明によれば、燃料添加インジェクタから供給される燃料の着火を補助するセラミックグロープラグを備えるとともに、前記セラミックグロープラグを昇温させてその昇温が完了する時間が経過した後に、前記燃料添加インジェクタからの燃料及び前記着火用エア供給手段からの着火用エアが供給されるように制御するコントローラを備えたので（請求項１）、
セラミックグロープラグによる加熱で排気ガスが十分に昇温した後に、燃料及び着火用エアを供給するように制御を行うため、未燃のＨＣの排出が抑制でき白煙が低減する。そして、かかるDPF再生機能が優れた作用を、Ｐｔ等の高コストの材料からなる点火プラグが不要となって低コストの装置で以って実現できる。

また、本発明は、前記セラミックグロープラグは複数本からなり、各々のセラミックグロープラグは、排ガスが通過する排ガス管上において、排ガス管の軸方向にずれた位置に複数配設されているので（請求項２）、排ガス管の軸方向に沿ってセラミックグロープラグが配置されて排ガスを暖めるので、軸方向に沿って着火源が均一に分布することとなり、着火性が向上する。

また、本発明においては、前記セラミックグロープラグは、その電極部分を含む周囲を鞘管で覆われており、該セラミックグロープラグ及び前記鞘管との空隙に冷却用エアを供給するように構成されているので（請求項３）、セラミックグロープラグの電熱部分が輻射熱によって損傷するのを抑制することができ、セラミックグロープラグの寿命を延長できる。

また、本発明においては、前記セラミックグロープラグは、前記燃料添加インジェクタの軸方向に向かう前記セラミックグロープラグの排ガス管中への挿入深さを可変にするように構成されているので（請求項４）、セラミックグロープラグの排ガス管中への挿入深さを可変とすることにより、セラミックグロープラグで加熱される排ガス管内の温度を均一になるように制御できる。

また、本発明においては、前記着火用エア供給手段は、前記燃料添加インジェクタを中心とする平面付近において旋回状のエア供給管及び該エア供給管に複数個設けられたエア供給孔からなるので（請求項５）、着火用のエアを排ガス流路全体に均一に供給することができ、着火用のエアと燃料とが十分に混合されるため、着火性が向上する。

以下、本発明を図に示した実施例を用いて詳細に説明する。但し、この実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。

図１は本発明の実施例に係るDPF再生装置の概略構成図である。図２は前記DPF再生装置のセラミックグロープラグの配置図で（Ａ）は軸方向の配置図、（Ｂ）は円周方向の配置図である。図３はセラミックグロープラグの取付部の詳細を示す図２のＺ部詳細図である。図4は着火用エア供給手段の正面図である。

図１において、前記エンジン出口側の排気出口管に、接続して排気ガス中のパティキュレート（微小固形物、以下PMという）を除去するDPF装置（黒煙除去装置）１４ａが設けられている。
従って前記排気管に排出された排気ガスは、排気出口管に接続される排気管１３ａを通って前記 DPF装置１４ａに入り、該DPF装置１４ａのDPF１４でPMを除去されて外気中に排出される。

図１において、DPF装置１４ａは次のように構成されている。
円筒状の排ガス入口通路５３は、前記排気管１３ａと直交して接続されている。５６はDPF１４を収納するDPFハウジングで、前記DPF１４と排ガス入口通路５３は同心５６ａに構成されている。５４は排気出口管である。
前記排ガス入口通路５３の上流側の前記同心５６ａ上には、燃料添加インジェクタ１が設置されている。該燃料添加インジェクタ１は前記排ガス入口通路５３中に所定のタイミングで燃料を噴射する。

前記燃料添加インジェクタ１の周囲には、着火用エア供給手段２ａが設けられている。図４において、該着火用エア供給手段２ａは、前記燃料添加インジェクタ１を中心とする平面付近において旋回状に巻回された２つのエア供給管２，２、及び該エア供給管２，２にそれぞれ複数個穿孔されたエア噴孔２１を備えている。２２，２３はエア供給管２，２の接続用金具である。

前記着火用エア供給手段２ａの直下流には、セラミックグロープラグ３Ａ〜３Ｄが設けられている。
図２に示すように、該セラミックグロープラグ３Ａ〜３Ｄは円周方向に等間隔に４本（複数本であればよい）設けられ、且つ排ガス入口通路５３の軸方向には、１本ごとに一定量Ｓだけずれた位置に設けられている。

そして、前記セラミックグロープラグ３Ａ〜３Ｄは、図３に示されるように、外周を鞘管４で覆われており、該セラミックグロープラグ３Ａ〜３Ｄの電極の外周と鞘管４の内周との間に冷却空気源６から、冷却空気を送って冷却している。
また、前記セラミックグロープラグ３Ａ〜３Ｄは、駆動装置５により排ガス入口通路５３中への挿入深さを、該セラミックグロープラグ３Ａ〜３Ｄの前後方向（矢印方向）に調整可能となっている。
１０はコントローラで、詳細は後述する。

次に、前記DPF再生装置の作動について説明する。
図５は、DPF再生装置の作動ブロック図、図６（Ａ）はセラミックグロープラグの温度線図、（Ｂ）は作動プロセス線図である。
前記セラミックグロープラグ３Ａ〜３Ｄの検出温度は、コントローラ１０のそれぞれセラミックグロープラグ温度〜インジェクタ関係設定部１１に入力される。
該セラミックグロープラグ温度〜インジェクタ関係設定部１１には、図6（Ａ）のようにセラミックグロープラグの温度線図では、セラミックグロープラグの作動温度Ｔ０と時間Ｓ０との関係が設定されている。また、図6（Ｂ）のようにセラミックグロープラ３Ａ〜３Ｄは、一定時間Ｔ１〜Ｔ４のように時間を追って順に、作動するようになっている。

従って、セラミックグロープラグ温度〜インジェクタ関係設定部１１は、前記セラミックグロープラグの作動温度Ｔ０になるように、前記駆動装置５により排ガス入口通路５３中への挿入深さを調整し、全体が前記作動温度Ｔ０になると、インジェクタ点火指令手段１３及び着火用エア供給指令手段１２に、同時に作動信号を送る。
インジェクタ点火指令手段１３は燃料添加インジェクタ１から燃料を噴射させ、着火用エア供給指令手段１２は着火用エア供給手段２ａから空気を供給する。これにより、前記DPF再生装置の作動がなされる。

かかる実施例によれば、セラミックグロープラグ３Ａ〜３Ｄが十分に昇温された後に、インジェクタ点火指令手段１３は燃料添加インジェクタ１から燃料を噴射し、着火用エア供給指令手段１２は着火用エア供給手段２ａから空気を供給する制御を行うため、未燃のＨＣの排出が抑制でき白煙が低減する。そして、かかるDPF再生機能が優れた作用を、Ｐｔ等の高コストの材料からなる点火プラグが不要となって低コストの装置で以って実現できる。

また実施例によれば、前記複数本のセラミックグロープラグ３Ａ〜３Ｄは、排ガスが通過する排ガス入口通路５３上において、排ガス管の軸方向にずれた位置に複数配設されているので、排ガス入口通路５３の軸方向に沿ってセラミックグロープラグ３Ａ〜３Ｄが配置されて排ガスを暖めるので、軸方向に沿って着火源が均一に分布することとなり、着火性が向上する。

またかかる実施例によれば、前記セラミックグロープラグ３Ａ〜３Ｄは、その電極部分を含む周囲を鞘管４で覆われており、該セラミックグロープラグ３Ａ〜３Ｄ及び前記鞘管４との空隙に冷却用エアを供給するように構成されているの、セラミックグロープラグ３Ａ〜３Ｄの電熱部分が輻射熱によって損傷するのを抑制することができ、セラミックグロープラグ３Ａ〜３Ｄの寿命を延長できる。

またかかる実施例によれば、セラミックグロープラグ３Ａ〜３Ｄは、前記燃料添加インジェクタ１の軸方向に向かう前記セラミックグロープラグ３Ａ〜３Ｄの排ガス管中への挿入深さを可変にするように構成されているので、セラミックグロープラグ３Ａ〜３Ｄの排ガス入口通路５３中への挿入深さを可変とすることにより、セラミックグロープラグ３Ａ〜３Ｄで加熱される排ガス管内の温度を均一になるように制御できる。

またかかる実施例によれば、着火用エア供給手段２は、前記燃料添加インジェクタ１を中心とする平面付近において旋回状のエア供給管２及び該エア供給管２に複数個設けられたエア供給孔２１からなるので、着火用エア供給手段２ａにより、着火用のエアを排ガス流路全体に均一に供給することができ、着火用のエアと燃料とが十分に混合されるため、着火性が向上する。

本発明によれば、DPFの再生を比較的低コストの装置で、且つ DPF再生機能が優れた装置で実現可能としたDPF再生装置を提供できる。

本発明の実施例に係るDPF再生装置の概略構成図である。前記DPF再生装置のセラミックグロープラグの配置図で（Ａ）は軸方向の配置図、（Ｂ）は円周方向の配置図である。セラミックグロープラグの取付部の詳細を示す図２のＺ部詳細図である。着火用エア供給手段の正面図である。 DPF再生装置の作動ブロック図である。（Ａ）はセラミックグロープラグの温度線図、（Ｂ）は作動プロセス線図である。

符号の説明

１燃料添加インジェクタ
２エア供給管
２ａ着火用エア供給手段
３Ａ〜３Ｄセラミックグロープラグ
４鞘管
６冷却空気源
１１セラミックグロープラグ温度〜インジェクタ関係設定部
１２着火用エア供給指令手段
１３インジェクタ点火指令手段
１４ DPF
１４ａ DPF装置（黒煙除去装置）
２１エア噴孔
５２ DPF外側ケーシング
５３排ガス入口通路
５４排気出口管
５６ DPFハウジング

Claims

排気ガス中の微小固形物を除去する黒煙除去装置（DPF）の排気入口通路に、該排気ガスに燃料を添加する燃料添加インジェクタを備え、該燃料添加インジェクタで前記排気ガスを昇温したガスを前記DPFに供給して、前記DPFに収集されたパティキュレートを燃焼させる黒煙除去装置の再生装置において、前記燃料添加インジェクタから供給される燃料の着火を補助するセラミックグロープラグを備えるとともに、前記セラミックグロープラグを昇温させてその昇温が完了する時間が経過した後に、前記燃料添加インジェクタからの燃料及び前記着火用エア供給手段からの着火用エアが供給されるように制御するコントローラを備えたことを特徴とする黒煙除去装置の再生装置。
前記セラミックグロープラグは複数本からなり、各々のセラミックグロープラグは、排ガスが通過する排ガス管上において、排ガス管の軸方向にずれた位置に複数配設されていることを特徴とする請求項１に記載の黒煙除去装置の再生装置。
前記セラミックグロープラグは、その電極部分を含む周囲を鞘管で覆われており、前記セラミックグロープラグ及び前記鞘管との空隙に冷却用エアを供給することを特徴とする請求項１に記載の黒煙除去装置の再生装置。
前記セラミックグロープラグは、前記燃料添加インジェクタの軸方向に向かう前記セラミックグロープラグの排ガス管中への挿入深さを可変にしたことを特徴とする請求項１に記載の黒煙除去装置の再生装置。
前記着火用エア供給手段は、前記燃料添加インジェクタを中心とする平面付近において旋回状のエア供給管及び該エア供給管に複数個設けられたエア供給孔からなることを特徴とする請求項１に記載の黒煙除去装置の再生装置。