JP2010144551A - 排気ガス浄化装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】 エンジンの燃焼に悪影響を与えることなく、パティキュレート助燃剤の消費量を必要最少限に抑え、かつ、簡単な構成及び制御で、低いエンジン排気温度下でのＰＭ燃焼を可能にする。
【解決手段】 ディーゼルエンジン１の排気管３の途中に酸化触媒４とディーゼル・パティキュレート・フィルタ５とを装備する。そのような排気ガス浄化装置において、酸化触媒４及びディーゼル・パティキュレート・フィルタ５の上流側に、パティキュレート助燃剤混合燃料７と助燃エア１８とを噴射する気液混合ノズル１９を設ける。パティキュレート助燃剤混合燃料７の噴射は、パティキュレート助燃剤混合燃料調節器１２と電磁ポンプ１１で制御し、助燃エア１８の噴射は、空気調節器１５と空気電磁弁１４で制御する。
【選択図】 図１
【解決手段】 ディーゼルエンジン１の排気管３の途中に酸化触媒４とディーゼル・パティキュレート・フィルタ５とを装備する。そのような排気ガス浄化装置において、酸化触媒４及びディーゼル・パティキュレート・フィルタ５の上流側に、パティキュレート助燃剤混合燃料７と助燃エア１８とを噴射する気液混合ノズル１９を設ける。パティキュレート助燃剤混合燃料７の噴射は、パティキュレート助燃剤混合燃料調節器１２と電磁ポンプ１１で制御し、助燃エア１８の噴射は、空気調節器１５と空気電磁弁１４で制御する。
【選択図】 図１
Description
本発明は、発電機等の動力源として使用されるディーゼルエンジンからの排気ガスのパティキュレート・マター（粒子状物質、以下、「ＰＭ」と記載する）を浄化し、大気汚染を防止するのに効果的な排気ガス浄化装置に関するものである。
ディーゼルエンジンから排出されるＰＭが大気を汚染して環境を悪化させることは周知のことであり、その低減対策として、排気ガスが通る排気管の途中にディーゼル・パティキュレート・フィルタ（以下、「ＤＰＦ」と記載する）を装備し、それにより排気ガス中のＰＭを捕集することが従来より行われている。
そのようなＤＰＦでは、排気ガス中のＰＭがＤＰＦ表面に捕集されて堆積するので、使用しているうちに目詰まりして排気抵抗が増加してしまう。そこで、排気抵抗が増加して支障を来す前に、エンジン排気ガスの高い排気温度によりＰＭを燃焼除去してＤＰＦの再生を図るようにしている。しかしながら、通常のディーゼルエンジンの運転状態においては、ＰＭが自己燃焼するほどの高い排気温度が得られる機会が少ない為、例えばアルミナに白金を担持させた酸化触媒を、ＤＰＦに一体的に担持させたり、ＤＰＦの前段に別体で配置したりした触媒再生型のＤＰＦが広く採用されている。
このような触媒再生型のＤＰＦを採用すれば、捕集されたＰＭの酸化反応が促進されて、一般的に６００℃程度の温度でＰＭを燃焼除去することが可能となる。
ところが、エンジン発電機用ディーゼルエンジンの場合、発電機に負荷が投入された直後はエンジンに大きな負荷がかかるが、発電機の負荷が定常状態になると、エンジン出力は当初の５０％以下となることが多く、その間はエンジンの燃焼温度が余り上昇せず、酸化触媒による昇温がＤＰＦ再生温度である６００℃以上に達しないことがある。
そこで、例えば、特許文献１に示されるように、ディーゼルエンジン低負荷時に、酸化触媒による昇温が６００℃に達しない低い温度でもＤＰＦの再生を可能とするため、エンジンの主燃料にパティキュレート助燃剤を添加し、そのパティキュレート助燃剤と上記酸化触媒の作用によりＰＭを低温燃焼させることも行われている。
また、特許文献２に示されるように、ディーゼルエンジン始動時には、ＤＰＦの上流側に燃料を噴射し、点火トーチにより点火してＤＰＦの内部温度を上昇させ、それ以降の過渡運転時には、ＤＰＦの上流側に適宜燃料を未点火のまま噴射して、酸化触媒上での燃料の酸化反応を促し、その反応熱によりＤＰＦの内部温度を上昇させてＰＭを燃焼させ、さらに、助燃エアを導入し、排気ガス中の酸素濃度を高めて確実にＰＭを燃焼させるという技術も提案されている。
特開平６−２１２９４４号公報
特開２００２−１２２０１５号公報
しかしながら、上記特許文献１に記載されているような排気ガス浄化装置には、エンジンの主燃料にパティキュレート助燃剤を添加するため、パティキュレート助燃剤がエンジン燃焼室に入り込んで、エンジンの燃焼に悪影響を与えるおそれがある上、必要がないときもパティキュレート助燃剤が流れ続けて、パティキュレート助燃剤の消費が必要以上に多くなるという問題点があった。
また、上記特許文献２に記載されているような排気ガス浄化装置には、燃料噴射ノズルの外に、エンジン始動時に噴射した燃料に点火するための点火トーチや、助燃エアを導入するためのエア噴射ノズルが必要で、それらを排気配管の狭いスペースに設けなければならず、制御も複雑になるという問題点があった。さらに、エンジン始動後の過渡運転時は、ＤＰＦの上流側に噴射する燃料の酸化触媒上での反応熱によりＤＰＦの内部温度を上昇させることはできても、噴射するのが燃料のみであるため、ＰＭ酸化温度を充分に下げることはできず、低いエンジン排気温度下でのＰＭ燃焼に限界があるという問題点があった。
本発明は、そのような問題点に鑑み、エンジンの燃焼に悪影響を与えることなく、パティキュレート助燃剤の消費量を必要最少限に抑え、かつ、簡単な構成及び制御で、低いエンジン排気温度下でのＰＭ燃焼を可能にすることを目的とするものである。
前記課題を解決するため、本願の請求項１にかかる発明は、ディーゼルエンジンの排気管の途中に酸化触媒とディーゼル・パティキュレート・フィルタとを装備した排気浄化装置であって、前記酸化触媒及びディーゼル・パティキュレート・フィルタの上流側にパティキュレート助燃剤混合燃料を噴射する噴射ノズルを設けたことを特徴とする。
また、本願の請求項２にかかる発明は、請求項１にかかる発明において、前記噴射ノズルとして、パティキュレート助燃剤混合燃料と助燃エアとを混合させて噴射可能な気液混合ノズルを用いたことを特徴とする。
また、本願の請求項３にかかる発明は、請求項１又は２にかかる発明において、前記酸化触媒及びディーゼル・パティキュレート・フィルタの上流側圧力と酸化触媒通過後の排気ガス温度とに基づいて、前記パティキュレート助燃剤混合燃料及び助燃エアの噴射量を制御するようにしたことを特徴とする。
本発明の排気ガス浄化装置は、次のような効果を奏する。
すなわち、請求項１にかかる発明においては、酸化触媒及びディーゼル・パティキュレート・フィルタの上流側にパティキュレート助燃剤混合燃料を噴射する噴射ノズルを設けたので、エンジンの燃焼に悪影響を与えることなく、パティキュレート助燃剤の消費量を必要最少限に抑え、かつ、簡単な構成及び制御で、低いエンジン排気温度下でのＰＭ燃焼を可能にすることができる。
すなわち、請求項１にかかる発明においては、酸化触媒及びディーゼル・パティキュレート・フィルタの上流側にパティキュレート助燃剤混合燃料を噴射する噴射ノズルを設けたので、エンジンの燃焼に悪影響を与えることなく、パティキュレート助燃剤の消費量を必要最少限に抑え、かつ、簡単な構成及び制御で、低いエンジン排気温度下でのＰＭ燃焼を可能にすることができる。
また、請求項２にかかる発明においては、請求項１にかかる排気ガス浄化装置において、前記酸化触媒及びディーゼル・パティキュレート・フィルタの上流側にパティキュレート助燃剤混合燃料と助燃エアとを噴射する気液混合ノズルを設けたので、エンジンの排気ガス中の酸素濃度が少ない場合でも、確実にＰＭの燃焼を助勢することができる。
また、請求項３にかかる発明においては、請求項１又は２にかかる排気ガス浄化装置において、前記酸化触媒及びディーゼル・パティキュレート・フィルタの上流側圧力と酸化触媒通過後の排気ガス温度とに基づいて、前記パティキュレート助燃剤混合燃料及び助燃エアの噴射量を制御するようにしたので、エンジン背圧及び排気ガス温度を所定の範囲内に制限して、安全性を確保することができる。
以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施例に係る排気ガス浄化装置の概略構成図である。図１において、１はディーゼルエンジン、２は排気ガス、３は排気管、４は酸化触媒、５はＤＰＦ、６は排気ガス排出管、７はパティキュレート助燃剤混合燃料、８は入口側温度センサ、９は圧力センサ、１０はＤＰＦ前温度センサ、１１は電磁ポンプ、１２はパティキュレート助燃剤混合燃料調節器、１３はパティキュレート助燃剤混合燃料タンク、１４は空気電磁弁、１５は空気調節器、１６はエアータンク、１７は装置制御部、１８は助燃エア、１９は気液混合ノズルである。
ディーゼルエンジン１から排出される排気ガス２を通す排気管３の途中に、酸化触媒４とＤＰＦ５を装備している。酸化触媒４は、フロースルー方式のハニカム構造をしており、それをＤＰＦ５の前段に配置している。
図２は、フィルタ基本ユニットを示す図であり、図２（ａ）は平面図、図２（ｂ）は正面図である。図２において、２１は多結晶アルミナファイバ、２２はフィルタ固定枠、２３はフィルタ支持枠である。このフィルタ基本ユニット２０は、耐熱温度１６００℃の多結晶アルミナファイバ２１を、三方目封じしたステンレス製のフィルタ固定枠２２に、フィルタ支持枠２３で強固に挟み込み、耐圧性と耐熱性を確保している。
ＤＰＦ５は、そのようなフィルタ基本ユニット２０を、図３に示すように複数段積層して構成するが、その積層数はエンジン排気量に応じて調整し、必要濾過面積を確保するようにしている。図３の流路入口の排気ガスは、矢印Ａで示すように、ＤＰＦ５の各フィルタ基本ユニット２０の開口側から流入し、矢印Ｂで示すように、各フィルタ基本ユニット２０の各流路を区画する多結晶アルミナファイバ２１の壁を透過した後、矢印Ｃで示すように下流側へ排出されるようにしている。
そのようなＤＰＦ５の前段に配置された酸化触媒４の入口部分には、気液混合ノズル１９が設けられている。気液混合ノズル１９には、電磁ポンプ１１，パティキュレート助燃剤混合燃料調節器１２を介してパティキュレート助燃剤混合燃料タンク１３が接続され、さらに、空気調節器１５を介して、圧縮空気が充填されたエアータンク１６が接続されている。
また、気液混合ノズル１９の前段には、排気ガス２の温度を検出する入口側温度センサ８と、エンジンの背圧を検出する圧力センサ９が設けられ、更に酸化触媒４を通過した排気ガス２の温度を検出するＤＰＦ前温度センサ１０が設けられている。これら入口側温度センサ８，圧力センサー９及びＤＰＦ前温度センサー１０からの検出信号は装置制御部１７に入力される。
装置制御部１７は、それらの検出信号に基づいて、パティキュレート助燃剤混合燃料７の噴射時期，噴射量及び助燃エア１８の噴射量を決定し、電磁ポンプ１１，パティキュレート助燃剤混合燃料調節器１２及び空気調節器１５に制御信号を出力する。パティキュレート助燃剤混合燃料７としては、燃料である軽油に、パティキュレート助燃剤を０．１％〜１％弱程度を混合したものを用いることができ、そのパティキュレート助燃剤としては、セリウム系，鉄系，鉄／ストロンチウム系等、周知のものを用いることができる。
さらに、気液混合ノズル１９から気液混合として助燃エア１８を導入する空気調節器１５，エアータンク１６が装備されていて、装置制御部１７からの空気電磁弁１４に対する駆動信号により、適宜に助燃エア１８が排気ガス２中に導入されるようになっている。なお、エアータンク１６には圧縮空気が充填されるが、エアータンク１６として圧縮空気が予め充填されたボンベを用いてもよいし、空気圧縮機を別途設けて、それによりエアータンク１６に圧縮空気を常時供給するようにしてもよい。
圧力センサー９により、所定値以上の圧力が検出されると、装置制御部１７は、ＤＰＦ表面にＰＭがある程度堆積したものと判断し、入口側温度センサー８から入口側温度を読み込み、再生に必要なパティキュレート助燃剤混合燃料７の噴射量を計算して、パティキュレート助燃剤混合燃料調節器１２にパティキュレート助燃剤混合燃料の噴射量を設定し、パティキュレート助燃剤混合燃料タンク１３からのパティキュレート助燃剤混合燃料７を電磁ポンプ１１で制御して、気液混合ノズル１９から噴射させる。
一方、気液混合ノズル１９の空気入口側へは、エアータンク１６から空気調節器１５，空気電磁弁１４を経て助燃エア１８が供給され、気液混合ノズル１９内で上記パティキュレート助燃剤混合燃料と混合されて、排気管３内に噴射される。そのようにして、霧状のパティキュレート助燃剤混合燃料７を酸化触媒４の入口部分に噴射することで、酸化触媒４を昇温活性化させ、排気ガス温度が４００℃程度の低温の場合でもＰＭ酸化が可能となって、ＤＰＦ再生を確実にする。また、パティキュレート助燃剤混合燃料７に混合させる助燃エア１８は、エンジンの排気ガス２中の酸素濃度が少ない場合に有効に作用する。
そのようにして、パティキュレート助燃剤混合燃料７と助燃エア１８を噴射する際、装置制御部１７は、圧力センサ９とＤＰＦ前温度センサ１０により、背圧と温度を監視して、パティキュレート助燃剤混合燃料及び助燃エアの最適な噴射量をそれぞれ算出して、パティキュレート助燃剤混合燃料調節器１２と空気電磁弁１４を適度に制御し、背圧を５ｋＰa〜１０ｋＰa以下に、温度は６００℃〜６５０℃に制限して、安全性を確保する。
なお、上記実施例では、酸化触媒４をＤＰＦ５の前段に、別体で配置する場合で説明したが、本発明は、ＤＰＦ５に酸化触媒を一体的に担持させた形式のものにも適用可能である。
１…ディーゼルエンジン
２…排気ガス
３…排気管
４…酸化触媒
５…ディーゼル・パティキュレート・フィルタ（ＤＰＦ）
６…排気ガス排出管
７…パティキュレート助燃剤混合燃料
８…入口側温度センサ
９…圧力センサ
１０…ＤＰＦ前温度センサ
１１…電磁ポンプ
１２…パティキュレート助燃剤混合燃料調節器
１３…パティキュレート助燃剤混合燃料タンク
１４…空気電磁弁
１５…空気調節器
１６…エアータンク
１７…装置制御部
１８…助燃エア
１９…気液混合ノズル
２０…フィルタ基本ユニット
２１…多結晶アルミナファイバ
２２…フィルタ固定枠
２３…フィルタ支持枠
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Claims (3)
- ディーゼルエンジンの排気管の途中に酸化触媒とディーゼル・パティキュレート・フィルタとを装備した排気浄化装置であって、前記酸化触媒及びディーゼル・パティキュレート・フィルタの上流側排気管内にパティキュレート助燃剤混合燃料を噴射する噴射ノズルを設けたことを特徴とする排気ガス浄化装置。
- 前記噴射ノズルとして、パティキュレート助燃剤混合燃料と助燃エアとを混合させて噴射可能な気液混合ノズルを用いたことを特徴とする請求項１に記載の排気ガス浄化装置。
- 前記酸化触媒及びディーゼル・パティキュレート・フィルタの上流側圧力と酸化触媒通過後の排気ガス温度とに基づいて、前記パティキュレート助燃剤混合燃料及び助燃エアの噴射量を制御するようにしたことを特徴とする請求項１又は２に記載の排気ガス浄化装置。
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| JP2008320540A JP2010144551A (ja) | 2008-12-17 | 2008-12-17 | 排気ガス浄化装置 |
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Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
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| JP2010144551A true JP2010144551A (ja) | 2010-07-01 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013032987A (ja) * | 2011-08-02 | 2013-02-14 | Hitachi Automotive Systems Ltd | 水素センサ装置 |
| JP2013177855A (ja) * | 2012-02-28 | 2013-09-09 | Osaka Gas Co Ltd | 副室式エンジン及びその運転制御方法 |
| JP2014163344A (ja) * | 2013-02-27 | 2014-09-08 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 船舶用ミスト除去装置 |
-
2008
- 2008-12-17 JP JP2008320540A patent/JP2010144551A/ja active Pending
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