JP3714732B2 - Diesel engine exhaust purification system - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ディーゼルエンジンにおいて触媒により排気を浄化する、ディーゼルエンジンの排気浄化装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
ディーゼルエンジンから排出される排出ガスには、未燃焼燃料や未燃焼オイルなどのSOF(Soluble Organic Fraction) 及びカーボン等からなるパティキュレートが含まれており、SOFを触媒で酸化してから大気中に排出するとパティキュレート排出総量を減少できることは一般に知られている。
【0003】
そして、比較的低温でも効果のある低温活性酸化触媒として白金系触媒があり、これは排気ガス流路に配設された担体に担持されて、パティキュレート中のSOFを酸化する。
白金系触媒は、エンジンの低負荷時のHC及びパティキュレート中の未燃焼燃料や未燃焼オイルなどのSOFの低減には効果がある。
【0004】
ところで、低負荷時には燃料の割に空気の量が多くなって、「すす」の発生は減少するものの、排温が低くなるに連れてSOFの発生量が増加する傾向がある。
また、温度が高い高負荷時には、ディーゼルエンジンの燃料中に含まれる硫黄分までも酸化させてしまい、SO2 等のSOx が増加し、例えば増加したSO3 と水とが反応することによりサルフェート(硫酸系化合物)が発生して、結果的にパティキュレート総量が増加するという問題もある。
【0005】
そこで、触媒に入る排ガスの温度を制御するための技術が提供されており、その一例が図12及び図13に示されている。
すなわち、図12はその要部を示す模式図であり、低温活性酸化触媒、例えば白金系触媒を担持した触媒担体で構成された触媒1が、ディーゼルエンジンの排気ガス流路2と処理済の排気ガスを大気に排出する排気ガス流路3との間に設けられている。
【0006】
そして、排気ガス流路2からバイパス流路4が分岐されており、バイパス流路4には、その入口4aに流路切り換え弁5が設けられており、触媒1への流路とバイパス流路4とのいずれかを通じて、選択的に排気ガスを流通させるように構成されている。
また、バイパス流路4は、流路4b,4cで構成されて、流路4b,4cが触媒1を囲繞し、出口4dで排気ガス流路3に合流している。
【0007】
流路切り換え弁5は、コントローラ7で制御されるアクチュエータ6によりその位置を調整されるようになっており、エンジンの高負荷状態と低負荷状態との判断に基づき所要の位置に設定されるように構成されている。
このような構成により、図13のグラフにおける領域Aの運転状態では、サルフェートの生成量が少なく、且つ浄化効率の高い温度領域であるため、流路切り換え弁5を図12の実線位置に切り換えて、排気ガスを触媒1に向けて流通させる。
【0008】
また、触媒1は、高負荷状態にはバイパス流路4に流通する排気ガスにより温められているので、パティキュレート中のSOFが効率よく酸化される。
そして、さらに低負荷のアイドリング状態等の運転状態(図13の領域C)では、流路切り換え弁5を図12の点線位置に切り換えて、排気ガスをバイパス流路4に流通させ、触媒1が適正温度以下になるのを防止する。
【0009】
また、排気ガスが高温になる高負荷領域Bでは、サルフェートの生成を抑制すべく流路切り換え弁5の切り換えにより排気ガスをバイパス流路4へ流通させて、排気ガスが触媒1に流入しないようにする。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
このように、図12,図13に示す従来の構成では、低温域の排気ガスを温めて触媒1に流入させる工夫が行なわれているものの、高温域の排気ガスでは、サルフェート生成を抑制するため、触媒をバイパスさせる。
したがって、サルフェートの生成が少なく、かつ、浄化率の高い温度領域のみで排ガスが浄化され、高排温及び低排温領域では、触媒を使用しないため汚れた排ガスがそのまま大気に放出されてしまうという課題がある。
【0011】
なお、例えば特開平5─263628号公報、特開平6─264732号公報、実公平6─8259号公報、実公平5─1616号公報等にも、関連する技術が開示されているが、これらの技術は上述の課題を解決するようなものではなかった。
本発明は、上述のような課題に鑑み創案されたもので、より幅広い運転範囲で触媒を有効に活用するため、排ガス温度を制御し、しかも全域で触媒を効率よく使用できるようにした、ディーゼルエンジンの排気浄化装置を提供することを目的とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】
このため、請求項1記載の本発明のディーゼルエンジンの排気浄化装置は、ディーゼルエンジンの排気通路に配設され排気中の有害成分を浄化する触媒と、該触媒よりも上流側の該排気通路に設けられ排気圧により駆動される排気タービンと、該排気タービンに連結され該排気タービンにより回転駆動されるコンプレッサと、該排気通路の該排気タービンの上流側及び該排気通路の該排気タービンの下流側を接続し該排気タービンをバイパスするバイパス通路と、該排気タービンを迂回して該バイパス通路を流通する排気ガスの流量を制御するバイパス弁と、該コンプレッサから得られる圧縮エアにより該触媒よりも上流の排気通路又は該触媒を冷却する冷却手段と、該触媒に流入する排気温度又は触媒温度が該触媒の最適活性範囲温度になるように該バイパス弁の開度を制御する制御手段とを備え、該制御手段は、該触媒よりも上流側の排気温度及び機関運転状態に応じて該バイパス弁の開閉状態を制御するように構成されるとともに、該冷却手段は、該コンプレッサで得られる圧縮エアと該排気通路を流れる排ガスとを混合させることなく該触媒に該圧縮エアを供給して該触媒を冷却するように構成されていることを特徴としている。
【0016】
また、請求項2記載の本発明のディーゼルエンジンの排気浄化装置は、上記請求項1記載の構成に加えて、該冷却手段が、該触媒よりも上流側の排気通路において形成された内管及び外管からなる二重管構造を有する熱交換器として構成され、該二重管構造の該外管に該コンプレッサからの圧縮エアが供給され、該二重管構造の該内管に該排気を流通させるように構成されていることを特徴としている。
【0017】
また、請求項3記載の本発明のディーゼルエンジンの排気浄化装置は、上記請求項1又は2記載の構成に加えて、該触媒が複数の触媒層を有し、該触媒が、該触媒層と該コンプレッサからの圧縮エアを流通させるエア流路部分とを交互に重合して形成されていることを特徴としている。
また、請求項4記載の本発明のディーゼルエンジンの排気浄化装置は、上記請求項1〜3いずれか1項に記載の構成に加えて、該触媒が酸化触媒として構成され、該酸化触媒による浄化作用において、該制御手段により、該触媒に流入する排気温度が該酸化触媒でサルフェートを発生しない温度範囲となるように、該圧縮エアの流量が制御されるように構成されていることを特徴としている。
【0018】
【発明の実施の形態】
以下、図面により、本発明の実施形態について説明すると、図1〜図9は本発明の第1実施形態としてのディーゼルエンジンの排気浄化装置を示すもので、図1はその要部構成を示す模式図、図2はその流路切り換え弁を示す模式図、図3はその空冷熱交換器の要部構成を示す模式的断面図、図4〜図6はいずれもその空冷熱交換器の他の例の要部構成を示す模式的断面図、図7〜図9はその動作特性を示す図、図10,図11は本発明の第2実施形態としてのディーゼルエンジンの排気浄化装置を示すもので、図10はその要部構成を示す模式図、図11はその触媒構造を示す模式的斜視図である。
(a)第1実施形態の説明
まず、第1実施形態について説明すると、図1に示すように、ディーゼルエンジンEの排気系100には、排気中の有害成分を浄化するための触媒1が配設されている。
【0019】
また、触媒1よりも上流側の排気系100には、第1過給機8の排気タービン8Tと、第2過給機9の排気タービン9Tとが介装されており、各排気タービン8T,9Tは、排気により回転駆動されるように構成されている。
これらの排気タービン8T及び排気タービン9Tには、それぞれコンプレッサ8C及びコンプレッサ9Cが連結されており、各コンプレッサ8C,9Cは、それぞれに連結された排気タービン8T,9Tと同軸芯上で回転駆動されるようになっている。
【0020】
ここで、第1過給機8は、エンジンEの出力を向上させるために設けられた一般的なターボチャージャであって、コンプレッサ8Cが駆動されると、エアクリーナ15を介して導入される吸気を加圧してエンジンEに供給するようになっている。
また、第1過給機8の排気タービン8Tは、エンジンEの排気系100の排気通路2と排気通路16との間に介装されており、排気タービン8Tを駆動した後の排気ガスは、排気通路16に排出されるようになっている。
【0021】
また、排気通路16の下流側は、排気通路11とバイパス通路13とに分岐しており、これらの排気通路11とバイパス通路13との分岐部分には、流路切り換え弁(バイパス弁)10が介装されている。また、排気通路11は、第2過給機9の排気タービン9Tに接続されており、この排気通路11に排気ガスを流通させることで排気タービン9Tが駆動されるようになっている。
【0022】
そして、排気通路11の排気タービン9Tよりも下流側において、排気通路11とバイパス通路13とが合流して排気通路27が構成されている。
また、第2過給機9のコンプレッサ9Cは、大気開放のエア供給通路12からエアを取り込んで加圧(圧縮)して、下流側の冷却用エア通路(冷却通路)17に加圧エアを供給するようになっている。そして、このようにして供給された加圧エア(又は、圧縮エア)は、冷却用エア通路17を介して冷却手段としての冷却器(熱交換器)14に送給されるように構成されている。
【0023】
ここで、冷却器14は、例えば図3に示すような構造で構成されている。すなわち、図3に示す構造では、冷却器14は内管20及び外管21からなる二重管構造をそなえて構成され、外管21にはコンプレッサ9Cからの圧縮エアが供給されるようになっている。また、内管20は排気通路27に接続されており、この内管20には排気ガスが供給されるようになっている。そして、このように冷却器14を設けることで、内管20内を流通する排気ガスが外管21内の圧縮エアにより冷却される熱交換構造として構成されている。
【0024】
ところで、触媒1に流入する排気ガス温度を、触媒1の最適活性範囲温度になるように圧縮エアの流量を制御すべく制御手段Sが設けられている。
すなわち、制御手段Sは、流路切り換え弁10とコントローラ7とから構成されており、流路切り換え弁10は、排気通路16から排気通路11への流出開度を全閉から全開まで調整しながら排気通路16から排気通路11への排気流量を調整するように構成されている。この時、排気通路16から流入する排気流のうち、排気通路11へ流出しない残りは排気通路16からバイパス通路13へ流出する。
【0025】
一方、コントローラ7には排気温度やエンジン回転数を検出しうるセンサ(図示省略)からの情報が入力されるようになっており、コンピュータ等で構成されたコントローラ7は、各センサからの入力信号に基づいた制御信号を出力して、触媒1上流の排気ガス温度及び機関運転状態に応じて流路切り換え弁10の開閉制御を行なうように構成されている。
【0026】
ここで、流路切り換え弁10は図2に示すように構成されており、弁体10Aを図示しないアクチュエータにより駆動して、バイパス通路13に対する開度と、排気通路11に対する開度とを調整し、所望状態の分流が行なわれるように構成されている。
このように、制御手段Sは、流路切り換え弁10をコントローラ7からの制御信号により制御して冷却器14における所望の冷却を行ない、触媒1の活性が高く浄化効率の高い温度領域となるように排気ガスの温度制御を行なうようになっている。また、触媒1が酸化触媒の場合には、サルフェートを発生させない範囲の触媒入口温度となるように、制御を行なうようになっている。
【0027】
本発明の第1実施形態としてのディーゼルエンジンの排気浄化装置は上述のように構成されているので、次のような動作が行なわれる。
まず、エンジンEが運転されると、排気通路2からの排気により排気タービン8Tを介してコンプレッサ8Cが駆動され、エアクリーナ15から流入する吸気が、コンプレッサ8Cにより加圧されて過給運転が行なわれる。
【0028】
一方、エンジンEから排出された排気ガスは、第1過給機8の排気タービン8Tを駆動した後、排気通路16及びバイパス通路13を通って触媒1に流入する。
ここで、排気通路16の排気ガスは、その一部が、流路切り換え弁10を介し排気通路11に流通し、第2過給機9の排気タービン9Tを駆動した後、バイパス通路13に合流する。そして、このように排気エネルギにより排気タービン9Tを駆動することで、排気ガスが仕事をして排気温度が低下するのである。
【0029】
また、排気通路11の流量は、制御手段Sにより制御される。すなわち、コントローラ7からの制御信号により流路切り換え弁10の開度が調整されて、排気通路11の流量が調整され、排気タービン9Tの駆動状態が制御されることとなる。
そして、排気タービン9Tの駆動によりコンプレッサ9Cが駆動されるが、これにより、エア供給通路12から流入した大気が圧縮されて、冷却用エア通路17を通じ冷却器14に流入する。
【0030】
冷却器14では、内管20内の排気ガスが、外管21内の冷却用エアで冷却され、熱交換が行なわれる。そして、この冷却用エアの供給量を調整することで、排気ガスの温度制御を行なう。すなわち、触媒1の活性が高く浄化効率の高い温度領域となるように排気ガスの温度制御を行なう。また、触媒1が酸化触媒の場合には、サルフェートを発生させない範囲の触媒入口温度となるように、排気ガスの温度制御を行なう。
【0031】
このような動作により得られる動作特性を、図7〜図9により説明すると、まず図7に示すように、排気タービン9Tの入口温度が低い場合(軽負荷時)は、流路切り換え弁10が閉状態(図2参照)で運転が制御される。
また、排気タービン9Tの入口温度が上昇し、触媒1の入口温度が第1の所定温度になると、コントローラ7からの制御信号に基づいて流路切り換え弁10が開き始める。これにより、排気通路11に排気の一部が流通して、排気タービン9Tが駆動されるとともに、コンプレッサ9Cが作動して、冷却器14にエアが送給される。
【0032】
これにより、バイパス通路13における内管20内の排気ガス温度が低下して、触媒1の入口温度が低下するのである。
そして、このように流路切り換え弁10を制御することにより、触媒1において効率の良い浄化が行なわれる。
ところで、酸化触媒については、上述のような触媒入口温度とサルフェート生成量及び触媒効率との関係は、図8に示すような特性となる。このため、図示しない排気温度センサからの情報に基づいて、触媒入口温度が中央の適正範囲(例えば250〜450°C)となるように流路切り換え弁10の作動が制御される。
【0033】
また、NOx触媒については、触媒入口温度と触媒効率との関係は、図9に示すような特性をそなえており、この場合は、図示しない排気温度センサからの情報に基づいて、触媒入口温度が中央の適正範囲(300〜500°)となるように流路切り換え弁10の作動が制御される。
さらに、排気通路27における排気ガス温度が低すぎる場合は、流路切り換え弁10を閉じて、コンプレッサ9Cの作動を禁止することにより、二重管構造の冷却器14を保温装置として機能させて、排気ガス温度を所望の温度範囲に保つことができるのである。
【0034】
このように、本装置によれば、排気ガス温度を、触媒の最高効率温度に制御できるため、排ガス低減効果やサルフェートの生成量等を大幅に改善することができる。さらに、触媒1が高温になりすぎることがないので、触媒1の熱劣化も防止することができる。
また、コンプレッサ9cで作られた圧縮空気を、エンジン吸気に戻さないため、排気中の残存酸素が増大せず、例えばNOx触媒の場合、触媒効率が低下しないという利点もある。
【0035】
ところで、冷却器14の構成としては、図3に示すものに限定されるものではなく、例えば図4〜図6に示すような構造により構成してもよい。そして、このような構成であっても、上述と同様の動作を実現することができる。
ここで、図4に示すものは、1本の外管21内に複数の小管で構成された内管20を設けたものである。そして、このような構造によれば、内管20の表面積が増大するので、内管20を通る排気ガスの温度を効率良く低減することができるという利点がある。
【0036】
また、図5に示すものは、冷却用エア通路17の先端にノズル17Aを設け、このノズル17Aから排気通路27に圧縮エア(冷却用エア)を吹き付けることにより、排気通路27内の排気ガスを冷却するように構成したものである。このような構造によれば、冷却器14を簡単に構成することができるという利点がある。
【0037】
また、図6に示すものは、ノズル17Aにより駆動されるタービン22を設け、このタービン22のプロペラ23により冷却用エアを排気通路27に送給するようにしたものである。このような構造によれば、ノズル17Aから送給されるエアが少ない場合でも、より多くのエアを排気通路27に送給することができ、冷却器14の冷却効率を向上させることができるという利点がある。
【0045】
(b)第2実施形態の説明
次に、本発明の第2実施形態について説明すると、図10に示すように、エンジンEの排気通路2の下流側には過給機9の排気タービン9Tが設けられ、この排気タービン9Tの下流側には、排気通路16を介して触媒1が接続されている。
【0046】
また、排気通路2と排気通路16との間には、排気を排気タービン9Tからバイパスさせるためのバイパス路13が設けられており、このバイパス路13中には流路切り換え弁(バイパス弁)10が介装されている。
この流路切り換え弁10は、コントローラ7からの制御信号に基づいて制御されるようになっており、これによりバイパス路13を流れる排気の量を調整することができるようになっている。
【0047】
また、排気タービン9Tには、コンプレッサ9Cが接続されており、排気タービン9Tの回転にともなってコンプレッサ9Cが回転駆動されるようになっている。
そして、コントローラ9Cが駆動されると、エアクリーナ15を介して取り込まれたエアが加圧されて、このエアが冷却用エア通路17を介して冷却器14に供給されるようになっている。
【0048】
ところで、冷却器14に供給されるエアの流量は、触媒1に流入する排気ガス温度が触媒1の最適活性範囲温度になるように、制御手段Sにより制御されるようになっている。
ここで、制御手段Sは、流路切り換え弁10とコントローラ7とから構成されており、流路切り換え弁10の開度を調整することで排気タービン9Tの駆動状態を制御するともに、コンプレッサ9Cの作動を制御して冷却器14に供給されるエアの流量を調整するようになっているのである。
【0049】
そして、制御手段Sにより、第1実施形態と同様の制御を行なうようになっている。すなわち、コントローラ7には排気温度やエンジン回転数等の各種の情報が入力されるようになっており、コントローラ7は、各センサからの入力信号に基づいた制御信号を出力して、触媒1の入口の排気ガス温度や機関運転状態に応じて流路切り換え弁10の開閉制御を行なうようになっているのである。
【0050】
一方、図11に示すように、本実施形態では、触媒1は冷却器14としての機能を有するように構成されている。
すなわち、図11に示すように、触媒1は、排気を浄化する触媒層1A〜1Cと、圧縮エアを流通させるための冷却通路層(エア流路部分)17A〜17Cとが交互に重合するように構成されている。また、触媒1を通過する排気ガスの流れと冷却通路層17A〜17C内を通る冷却エアとが略直交するように、各触媒層1A〜1C及び冷却通路層17A〜17Cとが配設されている。
【0051】
そして、このような構成により、触媒1を介して、排気を冷却することができるのである。
本発明の第2実施形態としてのディーゼルエンジンの排気浄化装置は、上述のように構成されているので、次のような動作が行なわれる。
まず、エンジンEから排出された排気ガスは、排気通路2を通って排気タービン9Tを駆動させた後、排気通路16を通って触媒1に流入する。
【0052】
また、排気ガスにより排気タービン9Tが駆動されると、この回転駆動力によりコンプレッサ9Cが駆動される。そして、エアクリーナ15を介して取り込まれたエアが加圧され、冷却用エア通路17を介して冷却器14に送給される。
ここで、冷却器14は、冷却機能を有する触媒1として構成されているので、圧縮エアが触媒1の冷却通路層(エア流路部分)17A〜17Cを通ることで、触媒1内の排気ガスの温度が低減される。
【0053】
また、コントローラ7により、触媒1の排気ガス温度や機関運転状態に応じて流路切り換え弁10の開閉状態が制御されることで、バイパス路13を流れる排気の量が調整される。これにより、排気タービン9Tを駆動するための排気ガス流量が調整されて、冷却通路層17A〜17C内を流通する圧縮エアの流量が調整されて、触媒1内での排気ガスの温度が適正範囲となるように制御されるのである。
【0054】
したがって、本実施形態においても、上述の第1実施形態と略同様の効果を得ることができるのである。
なお、本実施形態の冷却器14は、上述のようなものに限定されるものではなく、例えば第1実施形態で説明したような冷却器14を適用してもよい。また、第1実施形態の冷却器14において第2実施形態で説明したような冷却器14を用いて構成してもよい。
【0055】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明のディーゼルエンジンの排気浄化装置によれば、排気ガス温度を、触媒の最高効率温度に制御できるため、排ガス低減効果、熱劣化特性、サルフェート生成量、添加HC量等をいずれも大幅に改善することができる。
【0056】
また、従来の過給技術のように、コンプレッサで作られた圧縮空気を、エンジン吸気に戻さないため、排気中の残存酸素が増大せず、例えばNOx触媒の場合では触媒効率が低下しないという利点もある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施形態としてのディーゼルエンジンの排気浄化装置の要部構成を示す模式図である。
【図2】本発明の第1実施形態としてのディーゼルエンジンの排気浄化装置の流路切り換え弁を示す模式図である。
【図3】本発明の第1実施形態としてのディーゼルエンジンの排気浄化装置の空冷熱交換器の要部構成を示す模式的断面図である。
【図4】本発明の第1実施形態としてのディーゼルエンジンの排気浄化装置の空冷熱交換器の他の例の要部構成を示す模式的断面図である。
【図5】本発明の第1実施形態としてのディーゼルエンジンの排気浄化装置の空冷熱交換器の他の例の要部構成を示す模式的断面図である。
【図6】本発明の第1実施形態としてのディーゼルエンジンの排気浄化装置の空冷熱交換器の他の例の要部構成を示す模式的断面図である。
【図7】本発明の第1実施形態としてのディーゼルエンジンの排気浄化装置の動作特性を説明する図である。
【図8】本発明の第1実施形態としてのディーゼルエンジンの排気浄化装置の動作特性を説明する図である。
【図9】本発明の第1実施形態としてのディーゼルエンジンの排気浄化装置の動作特性を説明する図である。
【図10】本発明の第2実施形態としてのディーゼルエンジンの排気浄化装置の要部構成を示す模式図である。
【図11】本発明の第2実施形態としてのディーゼルエンジンの排気浄化装置の触媒の構成を示す模式的斜視図である。
【図12】従来のディーゼルエンジンの排気浄化装置の要部構成を示す模式図である。
【図13】従来のディーゼルエンジンの排気浄化装置の動作特性を示す模式図である。
【符号の説明】
1 触媒
1A〜1C 触媒層
2,11,16,27 排気通路
4 バイパス流路
5 流路切り換え弁
7 コントローラ
8 第1過給機
8C コンプレッサ
8T 排気タービン
9 第2過給機
9C コンプレッサ
9T 排気タービン
10 流路切り換え弁(バイパス弁)
12 エア供給通路
13 バイパス通路
14 冷却手段としての冷却器(熱交換器)
15 エアクリーナ
17 冷却用エア通路(冷却通路)
17A〜17C 冷却通路層(エア流路部分)
20 内管
21 外管
22 タービン
23 プロペラ
24 インタークーラ
25,25A 吸気通路
26 バルブ
100 排気系
S 制御手段[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a diesel engine exhaust gas purification device that purifies exhaust gas with a catalyst in a diesel engine.
[0002]
[Prior art]
Exhaust gas emitted from diesel engines contains SOF (Soluble Organic Fraction) such as unburned fuel and unburned oil, and particulates such as carbon. After oxidizing SOF with a catalyst, it enters the atmosphere. It is generally known that when discharged, the total amount of particulate emissions can be reduced.
[0003]
As a low-temperature active oxidation catalyst that is effective even at a relatively low temperature, there is a platinum-based catalyst, which is supported on a carrier disposed in an exhaust gas flow path, and oxidizes SOF in the particulate.
The platinum-based catalyst is effective in reducing SOF such as unburned fuel and unburned oil in HC and particulates when the engine is under a low load.
[0004]
By the way, although the amount of air increases at the time of low load and the generation of “soot” decreases, the generation amount of SOF tends to increase as the exhaust temperature decreases.
Further, when the temperature is higher high load, until sulfur contained in the fuel of a diesel engine will also be oxidized, increased SOx such as SO 2, for example increased SO 3 and water and the sulfate by reacting ( There is also a problem that the total amount of particulates increases as a result of the generation of sulfuric acid compounds).
[0005]
A technique for controlling the temperature of the exhaust gas entering the catalyst is provided, an example of which is shown in FIGS. 12 and 13.
That is, FIG. 12 is a schematic diagram showing the main part, in which a
[0006]
A bypass flow path 4 is branched from the exhaust
The bypass flow path 4 is composed of
[0007]
The position of the flow
With this configuration, the operating condition of the region A in the graph of FIG. 13, small generation amount of sulfate, and because it is a high temperature region purification efficiency, by switching the flow
[0008]
Further, since the
Then, further in the operating conditions such as idling state of low load (the region of Figure 13 C), by switching the flow
[0009]
Further, in the high load region B where the exhaust gas is at a high temperature, the exhaust gas is circulated to the bypass flow path 4 by switching the flow
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
Thus, in the conventional configuration shown in FIGS. 12 and 13 , the exhaust gas in the low temperature region is devised to flow into the
Therefore, the exhaust gas is purified only in the temperature range where the generation of sulfate is low and the purification rate is high, and in the high exhaust temperature and low exhaust temperature regions, the exhaust gas is discharged to the atmosphere as it is because no catalyst is used. There are challenges.
[0011]
For example, JP-A-5-263628, JP-A-6-264732, JP-A-6-8259, JP-A-5-1616, etc. disclose related techniques. The technology was not intended to solve the above problems.
The present invention was devised in view of the above-mentioned problems, and in order to effectively utilize the catalyst in a wider operating range, the exhaust gas temperature is controlled, and the diesel engine can be used efficiently in the entire region. An object of the present invention is to provide an exhaust emission control device for an engine.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
Therefore, an exhaust emission control device for a diesel engine according to
[0016]
According to a second aspect of the present invention, there is provided an exhaust purification apparatus for a diesel engine according to the present invention, wherein , in addition to the configuration of the first aspect, the cooling means includes an inner pipe formed in an exhaust passage upstream of the catalyst, The heat exchanger is configured as a heat exchanger having a double pipe structure composed of an outer pipe, compressed air from the compressor is supplied to the outer pipe of the double pipe structure, and the exhaust gas is supplied to the inner pipe of the double pipe structure. It is characterized by being configured to be distributed .
[0017]
Moreover, in addition to the structure of the said
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a diesel engine exhaust gas purification apparatus, wherein the catalyst is configured as an oxidation catalyst in addition to the structure according to any one of the first to third aspects, and the purification by the oxidation catalyst. in operation, the control means, so that the exhaust gas temperature flowing into the catalyst is a temperature range which does not generate sulfate at the oxidation catalyst, as characterized in the flow rate of the compressed air is configured to be controlled Yes.
[0018]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIGS. 1 to 9 show a diesel engine exhaust gas purification apparatus as a first embodiment of the present invention. FIG. FIG. 2 is a schematic view showing the flow path switching valve, FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing the main configuration of the air-cooled heat exchanger, and FIGS. 4 to 6 are other examples of the air-cooled heat exchanger. FIG. 7 to FIG. 9 are diagrams showing the operation characteristics, and FIG. 10 and FIG. 11 show a diesel engine exhaust gas purification apparatus as a second embodiment of the present invention . FIG. 10 is a schematic view showing the configuration of the main part, and FIG. 11 is a schematic perspective view showing the catalyst structure.
(A) Description of the First Embodiment First, the first embodiment will be described. As shown in FIG. 1, the
[0019]
Further, the
A
[0020]
Here, the first supercharger 8 is a general turbocharger provided to improve the output of the engine E. When the
Further, the
[0021]
Further, the downstream side of the
[0022]
Further, the
The
[0023]
Here, the cooler 14 has a structure as shown in FIG. 3, for example. That is, in the structure shown in FIG. 3, the cooler 14 is configured to have a double tube structure including an
[0024]
Incidentally, a control means S is provided to control the flow rate of the compressed air so that the temperature of the exhaust gas flowing into the
That is, the control means S is composed of the flow
[0025]
On the other hand, information from a sensor (not shown) that can detect the exhaust temperature and the engine speed is input to the
[0026]
Here, the flow
Thus, the control means S controls the flow
[0027]
Since the diesel engine exhaust gas purification apparatus according to the first embodiment of the present invention is configured as described above, the following operation is performed.
First, when the engine E is operated, the
[0028]
On the other hand, the exhaust gas discharged from the engine E drives the
Here, a part of the exhaust gas in the
[0029]
Further, the flow rate of the
The
[0030]
In the cooler 14, the exhaust gas in the
[0031]
The operation characteristics obtained by such an operation will be described with reference to FIGS. 7 to 9. First, as shown in FIG. 7, when the inlet temperature of the
When the inlet temperature of the
[0032]
Thereby, the exhaust gas temperature in the
By controlling the flow
By the way, regarding the oxidation catalyst, the relationship between the catalyst inlet temperature, the sulfate generation amount, and the catalyst efficiency as described above has characteristics as shown in FIG. For this reason, the operation of the flow
[0033]
For NOx catalysts, the relationship between the catalyst inlet temperature and the catalyst efficiency has the characteristics shown in FIG. 9. In this case, the catalyst inlet temperature is determined based on information from an exhaust temperature sensor (not shown). The operation of the flow
Furthermore, when the exhaust gas temperature in the
[0034]
Thus, according to this apparatus, since the exhaust gas temperature can be controlled to the maximum efficiency temperature of the catalyst, the exhaust gas reduction effect, the amount of sulfate produced, and the like can be greatly improved. Furthermore, since the
Further, since the compressed air produced by the compressor 9c is not returned to the engine intake air, the residual oxygen in the exhaust gas does not increase. For example, in the case of a NOx catalyst, there is an advantage that the catalyst efficiency does not decrease.
[0035]
By the way, as a structure of the cooler 14, it is not limited to what is shown in FIG. 3, For example, you may comprise by the structure as shown in FIGS. Even with such a configuration, the same operation as described above can be realized.
Here, what is shown in FIG. 4 is one in which an
[0036]
5 is provided with a
[0037]
6 is provided with a
[0045]
(B) Description of second embodiment Next, a second embodiment of the present invention will be described. As shown in Fig. 10 , a
[0046]
A
The flow
[0047]
Further, a
When the
[0048]
Incidentally, the flow rate of the air supplied to the cooler 14 is controlled by the control means S so that the temperature of the exhaust gas flowing into the
Here, the control means S is composed of the flow
[0049]
Then, the control unit S, and performs the first embodiment forms on purpose similar control. That is, various information such as the exhaust temperature and the engine speed is input to the
[0050]
On the other hand, as shown in FIG. 11 , in the present embodiment, the
That is, as shown in FIG. 11 , in the
[0051]
With such a configuration, the exhaust gas can be cooled via the
Since the exhaust gas purification apparatus for a diesel engine as the second embodiment of the present invention is configured as described above, the following operation is performed.
First, exhaust gas discharged from the engine E drives the
[0052]
Further, when the
Here, since the cooler 14 is configured as the
[0053]
Further, the
[0054]
Therefore, in this embodiment, it is possible to obtain substantially the same effects as in the first implementation described above.
The
[0055]
【The invention's effect】
As described above in detail, according to the exhaust gas purification apparatus for a diesel engine of the present invention, the exhaust gas temperature can be controlled to the maximum efficiency temperature of the catalyst, so that the exhaust gas reduction effect, thermal degradation characteristics, sulfate generation amount, added HC amount Etc. can be greatly improved.
[0056]
Further, since the compressed air produced by the compressor is not returned to the engine intake air as in the conventional supercharging technology, the residual oxygen in the exhaust gas does not increase, and for example, in the case of a NOx catalyst, the catalyst efficiency does not decrease. There is also.
[Brief description of the drawings]
BRIEF DESCRIPTION OF DRAWINGS FIG. 1 is a schematic diagram showing a main configuration of an exhaust emission control device for a diesel engine as a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a schematic diagram showing a flow path switching valve of the exhaust purification device for a diesel engine as the first embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing a main configuration of an air-cooled heat exchanger of the exhaust purification device for a diesel engine as the first embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing the main configuration of another example of the air-cooled heat exchanger of the exhaust purification device for a diesel engine as the first embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a schematic cross-sectional view showing the main configuration of another example of the air-cooled heat exchanger of the exhaust purification device for a diesel engine as the first embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a schematic cross-sectional view showing the main configuration of another example of the air-cooled heat exchanger of the exhaust purification device for a diesel engine as the first embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a diagram illustrating operating characteristics of the exhaust purification device for a diesel engine according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a diagram illustrating operating characteristics of the exhaust purification device for a diesel engine according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a diagram illustrating operating characteristics of the exhaust purification device for a diesel engine as the first embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a schematic diagram showing a main configuration of an exhaust emission control device for a diesel engine as a second embodiment of the present invention.
FIG. 11 is a schematic perspective view showing a configuration of a catalyst of an exhaust emission control device for a diesel engine as a second embodiment of the present invention.
FIG. 12 is a schematic diagram showing a main part configuration of a conventional diesel engine exhaust gas purification device.
FIG. 13 is a schematic diagram showing operating characteristics of an exhaust emission control device for a conventional diesel engine.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
12
15 Air cleaner 17 Air passage for cooling (cooling passage)
17A-17C Cooling passage layer (air flow path part)
20
Claims (4)
該触媒よりも上流側の該排気通路に設けられ排気圧により駆動される排気タービンと、
該排気タービンに連結され該排気タービンにより回転駆動されるコンプレッサと、
該排気通路の該排気タービンの上流側及び該排気通路の該排気タービンの下流側を接続し該排気タービンをバイパスするバイパス通路と、
該排気タービンを迂回して該バイパス通路を流通する排気ガスの流量を制御するバイパス弁と、
該コンプレッサから得られる圧縮エアにより該触媒よりも上流の排気通路又は該触媒を冷却する冷却手段と、
該触媒に流入する排気温度又は触媒温度が該触媒の最適活性範囲温度になるように該バイパス弁の開度を制御する制御手段とを備え、
該制御手段は、該触媒よりも上流側の排気温度及び機関運転状態に応じて該バイパス弁の開閉状態を制御するように構成されるとともに、
該冷却手段は、該コンプレッサで得られる圧縮エアと該排気通路を流れる排ガスとを混合させることなく該触媒に該圧縮エアを供給して該触媒を冷却するように構成されている
ことを特徴とする、ディーゼルエンジンの排気浄化装置。A catalyst disposed in the exhaust passage of the diesel engine for purifying harmful components in the exhaust;
An exhaust turbine provided in the exhaust passage upstream of the catalyst and driven by exhaust pressure;
A compressor coupled to the exhaust turbine and driven to rotate by the exhaust turbine;
A bypass passage connecting the upstream side of the exhaust passage of the exhaust passage and the downstream side of the exhaust turbine of the exhaust passage to bypass the exhaust turbine;
A bypass valve that controls the flow rate of exhaust gas that bypasses the exhaust turbine and flows through the bypass passage;
Cooling means for cooling the exhaust passage upstream of the catalyst or the catalyst with compressed air obtained from the compressor;
Control means for controlling the opening of the bypass valve so that the exhaust gas temperature or the catalyst temperature flowing into the catalyst becomes the optimum active range temperature of the catalyst,
Control means is arranged to control the opening and closing state of the bypass valve in accordance with the exhaust temperature and engine operating conditions upstream of the catalyst Rutotomoni,
The cooling means is configured to cool the catalyst by supplying the compressed air to the catalyst without mixing the compressed air obtained by the compressor and the exhaust gas flowing through the exhaust passage. Diesel engine exhaust purification system.
該触媒よりも上流側の排気通路において形成された内管及び外管からなる二重管構造を有する熱交換器として構成され、
該二重管構造の該外管に該コンプレッサからの圧縮エアが供給され、該二重管構造の該内管に該排気を流通させるように構成されていることを特徴とする、請求項1記載のディーゼルエンジンの排気浄化装置。The cooling means
It is configured as a heat exchanger having a double-pipe structure consisting of an inner pipe and an outer pipe formed in the exhaust passage upstream of the catalyst,
The compressed air from the compressor is supplied to the outer pipe of the double pipe structure, and the exhaust gas is circulated through the inner pipe of the double pipe structure. The diesel engine exhaust gas purification apparatus as described.
該酸化触媒による浄化作用において、
該制御手段により、該触媒に流入する排気温度が該酸化触媒でサルフェートを発生しない温度範囲となるように、該圧縮エアの流量が制御されるように構成されていることを特徴とする、請求項1〜3のいずれか1項に記載のディーゼルエンジンの排気浄化装置。The catalyst is configured as an oxidation catalyst;
In the purification action by the oxidation catalyst,
The flow rate of the compressed air is controlled by the control means so that an exhaust gas temperature flowing into the catalyst falls within a temperature range where no sulfate is generated in the oxidation catalyst. Item 4. The exhaust purification device for a diesel engine according to any one of Items 1 to 3.
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