JP5030911B2 - ディーゼルエンジンの排ガス後処理装置 - Google Patents
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Description
本発明は、ディーゼルエンジンの排ガス処理装置等に用いられ、排気ターボ過給機出口の排ガスを、ＤＯＣ（酸化触媒）及びＰＭ（粒子状物質）を除去するＤＰＦ（ディーゼルパティキュレートフィルター）に通し、さらに前記ＤＰＦ出口の排ガスを尿素あるいはアンモニアを含む還元触媒が装填された脱硝触媒装置に導き、前記ＤＯＣで排ガス中の燃料を酸化させ、前記ＤＰＦに堆積されたＰＭを前記ＤＯＣにて加熱された排ガスによって燃焼させ、前記脱硝触媒装置で排ガス中の脱硝を行うように構成されたディーゼルエンジンの排ガス後処理装置に関する。
図４はＤＯＣ及びＤＰＦ装置及び還元触媒が装填された脱硝触媒装置を備えたディーゼルエンジンの排ガス後処理の、従来の１例を示す全体構成図である。
図４において、ディーゼルエンジン（以下エンジン１００という）は、排気タービン１１０ａとこれに同軸駆動されるコンプレッサ１１０ｂを有する排気ターボ過給機１１０を備えており、該過給機１１０のコンプレッサ１１０ｂから吐出された空気は空気管１０７を通って空気冷却器１０６に入り、該空気冷却器１０６で冷却される。
該空気冷却器１０６で冷却された空気は、給気スロットルバルブ１０５で開度を制御された後、給気マニホールド１０８ｂを通り、シリンダ毎に設けられた給気ポート１０８からエンジン１００に吸入される。
図４において、ディーゼルエンジン（以下エンジン１００という）は、排気タービン１１０ａとこれに同軸駆動されるコンプレッサ１１０ｂを有する排気ターボ過給機１１０を備えており、該過給機１１０のコンプレッサ１１０ｂから吐出された空気は空気管１０７を通って空気冷却器１０６に入り、該空気冷却器１０６で冷却される。
該空気冷却器１０６で冷却された空気は、給気スロットルバルブ１０５で開度を制御された後、給気マニホールド１０８ｂを通り、シリンダ毎に設けられた給気ポート１０８からエンジン１００に吸入される。
エンジン１００においては、燃料の噴射時期及び噴射量を制御されており、かかる噴射時期及び噴射量にてシリンダ毎に設けられた燃料噴射弁（図示省略）から噴射される。噴射された高圧燃料は前記空気との混合によって燃焼される。
また、前記排気マニホールド１０９ｂの途中から、ＥＧＲ（排ガス再循環）管１１６が分岐されて、排ガス１２０の一部（ＥＧＲガス）はＥＧＲ管１１６を通り、ＥＧＲクーラ１１５で降温され、給気スロットルバルブ１０５の下流部位の給気マニホールド１０８ｂに投入される。
また、前記排気マニホールド１０９ｂの途中から、ＥＧＲ（排ガス再循環）管１１６が分岐されて、排ガス１２０の一部（ＥＧＲガス）はＥＧＲ管１１６を通り、ＥＧＲクーラ１１５で降温され、給気スロットルバルブ１０５の下流部位の給気マニホールド１０８ｂに投入される。
そして、エンジン１００で燃焼された燃焼ガス即ち排ガス１２０は、シリンダ毎に設けられた排気ポート１０９が集合した排気マニホールド１０９ｂ及び排気管１１１を通って、前記排気ターボ過給機１１０の排気タービン１１０ａを駆動して前記コンプレッサ１１０ｂの動力源となった後、排気管１１２を通って排ガス後処理装置１のＤＯＣ１２１に入る。
該ＤＯＣ１２１で排ガス１２０中の燃料を酸化させて昇温された後、排ガス後処理装置１のＤＰＦ１２２に送り込まれる。ＤＰＦ１２２においては、前記ＤＯＣでＨＣ（炭化水素）成分を酸化しこのとき発生する反応熱で、ＤＰＦ１２２に堆積されているＰＭが燃焼処理される。
該ＤＯＣ１２１で排ガス１２０中の燃料を酸化させて昇温された後、排ガス後処理装置１のＤＰＦ１２２に送り込まれる。ＤＰＦ１２２においては、前記ＤＯＣでＨＣ（炭化水素）成分を酸化しこのとき発生する反応熱で、ＤＰＦ１２２に堆積されているＰＭが燃焼処理される。
前記ＤＰＦ１２２でＰＭが燃焼、除去された排ガスは、尿素、アンモニア、白金、バナジウム等を含む還元触媒が装填された脱硝触媒装置１３０に接続され、該脱硝触媒装置１３０でＮＯｘが除去される。
特許文献１（特開２００４−１５６４７１号公報）においては、脱硝触媒装置の下流に排気ガス中の水分を凝縮する凝縮器及び尿素水生成器を設け、該尿素水生成器で尿素水を生成し、この尿素水を脱硝触媒装置の上流側に設置された尿素水噴射弁から排ガス中に噴射している。
また、特許文献２（特開２００２−３７１９０１号公報）においては、ＤＰＦの下流に脱硝触媒装置を設けるとともに、該ＤＰＦをバイパスする排気通路を設け、通路切換弁を切り替えて排ガスを、ＤＰＦをパスして脱硝触媒装置に供給するかＤＰＦを経て脱硝触媒装置に供給するか否かを切り替えるように構成されている。
また、特許文献２（特開２００２−３７１９０１号公報）においては、ＤＰＦの下流に脱硝触媒装置を設けるとともに、該ＤＰＦをバイパスする排気通路を設け、通路切換弁を切り替えて排ガスを、ＤＰＦをパスして脱硝触媒装置に供給するかＤＰＦを経て脱硝触媒装置に供給するか否かを切り替えるように構成されている。
図４に示されるディーゼルエンジンの排ガス後処理装置１は、ＤＰＦ１２２再生時には、ＤＯＣ１２１の上流側に燃料を供給し、ＤＯＣ１２１にて該燃料を酸化させることで、ＤＯＣ１２１後の排ガス温度を、ＤＰＦ１２２でＰＭが燃焼する温度（一般的には６００〜６５０℃）まで昇温させる。
従って、ＤＰＦ１２２出口の排ガス温度は６００〜６５０℃程度となり、この６００〜６５０℃程度の排ガスが脱硝触媒装置１３０に導入される。
従って、ＤＰＦ１２２出口の排ガス温度は６００〜６５０℃程度となり、この６００〜６５０℃程度の排ガスが脱硝触媒装置１３０に導入される。
一方、脱硝触媒装置１３０に尿素あるいはアンモニアを含む還元触媒が装填された脱硝触媒が使用される際には、排ガス温度が６００〜６５０℃と高い場合には、還元できなくなることがあり、かかる高温（６００〜６５０℃）では、脱硝効率が大幅に低下する。
一般に尿素あるいはアンモニアを含む還元触媒の場合は、脱硝触媒装置１３０入口の排ガス温度は４００℃程度が尿素あるいはアンモニアによる脱硝反応の適正作動温度とされているが、脱硝触媒装置１３０入口の排ガス温度が、この尿素あるいはアンモニアを含む還元触媒に好適な４００℃程度と低い場合には、ＤＰＦ１２２でＰＭが燃焼する温度（一般的には６００〜６５０℃）に達せず、ＰＭの燃焼には低すぎることとなる。
一般に尿素あるいはアンモニアを含む還元触媒の場合は、脱硝触媒装置１３０入口の排ガス温度は４００℃程度が尿素あるいはアンモニアによる脱硝反応の適正作動温度とされているが、脱硝触媒装置１３０入口の排ガス温度が、この尿素あるいはアンモニアを含む還元触媒に好適な４００℃程度と低い場合には、ＤＰＦ１２２でＰＭが燃焼する温度（一般的には６００〜６５０℃）に達せず、ＰＭの燃焼には低すぎることとなる。
従って、ＤＰＦ１２２と尿素あるいはアンモニアを含む還元触媒が装填された脱硝触媒装置１３０が直列に配置された排ガス浄化装置においては、ＤＰＦ１２２においてＰＭが燃焼する温度を保持しながら、排ガス温度を前記脱硝触媒装置１３０の好適な４００℃程度に下げることが要求される。
かかる課題は、前記従来技術には開示されていないし、また前記特許文献１、２にも開示されていない。
かかる課題は、前記従来技術には開示されていないし、また前記特許文献１、２にも開示されていない。
本発明はかかる従来技術の課題に鑑み、ＤＰＦと尿素あるいはアンモニアを含む還元触媒が装填された脱硝触媒装置が直列に配置された排ガス浄化装置において、ＤＰＦにおいてＰＭが燃焼できる温度を保持しながら、排ガス温度を前記脱硝触媒装置の脱硝効率を高く保持できる４００℃程度に、常時保持可能としたディーゼルエンジンの排ガス後処理装置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、排気ターボ過給機を、低圧過給機と高圧過給機との２段圧縮過給機とする一方、エンジンから高圧過給機及び低圧過給機をこの順に経た排ガスを、ＤＯＣ及びＤＰＦを通し、さらに前記ＤＰＦ出口の排ガスを尿素あるいはアンモニアを含む還元触媒が装填された脱硝触媒装置に導き、前記ＤＯＣで排ガス中の燃料を酸化させ、前記ＤＰＦに堆積されたＰＭを前記ＤＯＣにて加熱された排ガスによって燃焼させ、前記脱硝触媒装置で排ガス中の脱硝を行うように構成されたディーゼルエンジンの排ガス後処理装置において、
前記ＤＰＦと前記脱硝触媒装置との間の排ガス通路に熱交換器を設け、該熱交換器は、前記高圧過給機の高圧空気出口管から加圧空気の一部を抜き出して加圧空気入口管にて供給された加圧空気を前記排ガスと熱交換して、該脱硝触媒装置に供給する排ガスの温度を前記尿素あるいはアンモニアによる脱硝反応の適正作動温度に保持するように構成されてなり、前記熱交換器の出口の前記加圧空気を、加圧空気出口管により前記低圧過給機と高圧過給機との間の加圧空気通路に接続したことを特徴とする（請求項１）。
前記ＤＰＦと前記脱硝触媒装置との間の排ガス通路に熱交換器を設け、該熱交換器は、前記高圧過給機の高圧空気出口管から加圧空気の一部を抜き出して加圧空気入口管にて供給された加圧空気を前記排ガスと熱交換して、該脱硝触媒装置に供給する排ガスの温度を前記尿素あるいはアンモニアによる脱硝反応の適正作動温度に保持するように構成されてなり、前記熱交換器の出口の前記加圧空気を、加圧空気出口管により前記低圧過給機と高圧過給機との間の加圧空気通路に接続したことを特徴とする（請求項１）。
かかる発明において、好ましくは、前記脱硝触媒装置入口の排ガス温度を計測する排気温度計と前記加圧空気入口管または加圧空気出口管の何れかに前記加圧空気の流量を調整する空気加減弁を設け、前記排気温度計よりの排ガス温度の検出値に基づき前記空気加減弁の流量を、前記脱硝触媒装置の尿素あるいはアンモニアによる脱硝反応の適正作動温度になるように保持せしめる弁コントローラを設ける（請求項２）。
本発明によれば、排気ターボ過給機を、低圧過給機と高圧過給機との２段圧縮過給機とする一方、エンジンから高圧過給機及び低圧過給機をこの順に経た排ガスを、ＤＯＣ及びＤＰＦを通し、さらに前記ＤＰＦ出口の排ガスを尿素あるいはアンモニアを含む還元触媒が装填された脱硝触媒装置に導き、前記ＤＯＣで排ガス中の燃料を酸化させ、前記ＤＰＦに堆積されたＰＭを前記ＤＯＣにて加熱された排ガスによって燃焼させ、前記脱硝触媒装置で排ガス中の脱硝を行うように構成されたディーゼルエンジンの排ガス後処理装置において、
前記ＤＰＦと前記脱硝触媒装置との間の排ガス通路に熱交換器を設け、該熱交換器は、前記高圧過給機の高圧空気出口管から加圧空気の一部を抜き出して加圧空気入口管にて供給された加圧空気を前記排ガスと熱交換して、該脱硝触媒装置に供給する排ガスの温度を前記尿素あるいはアンモニアによる脱硝反応の適正作動温度に保持するように構成されてなり、前記熱交換器の出口の前記加圧空気を、加圧空気出口管により前記低圧過給機と高圧過給機との間の加圧空気通路に接続するように構成することによって（請求項１）、２段圧縮過給機によって高圧になった加圧空気を排ガスの冷却媒体として用いるので、熱交換器の熱伝達率が増加して熱交換器の小型化が可能となり、あるいは使用空気量を低減できる。また、加圧空気のエネルギーで冷却媒体を移動できるので、ポンプ等は不要となる。
前記ＤＰＦと前記脱硝触媒装置との間の排ガス通路に熱交換器を設け、該熱交換器は、前記高圧過給機の高圧空気出口管から加圧空気の一部を抜き出して加圧空気入口管にて供給された加圧空気を前記排ガスと熱交換して、該脱硝触媒装置に供給する排ガスの温度を前記尿素あるいはアンモニアによる脱硝反応の適正作動温度に保持するように構成されてなり、前記熱交換器の出口の前記加圧空気を、加圧空気出口管により前記低圧過給機と高圧過給機との間の加圧空気通路に接続するように構成することによって（請求項１）、２段圧縮過給機によって高圧になった加圧空気を排ガスの冷却媒体として用いるので、熱交換器の熱伝達率が増加して熱交換器の小型化が可能となり、あるいは使用空気量を低減できる。また、加圧空気のエネルギーで冷却媒体を移動できるので、ポンプ等は不要となる。
また、排気ターボ過給機出口の加圧空気を利用した発明において（請求項１）、脱硝触媒装置入口の排ガス温度を計測する排気温度計と加圧空気入口管または加圧空気出口管の何れかに前記加圧空気の流量を調整する空気加減弁とを設け、排気温度計よりの排ガス温度の検出値に基づき前記空気加減弁の加圧空気の流量を、前記脱硝触媒装置の尿素あるいはアンモニアによる脱硝反応の適正作動温度になるように保持せしめる弁コントローラを設けるように構成すれば（請求項２）、
加圧空気の流量を、脱硝触媒装置が好適な脱硝効率で作動できる排ガス温度を４００℃程度に常時保持し、且つ加圧空気流量を調整する空気加減弁の流量値を制限値に保持して前記脱硝触媒装置が低効率にならない６００℃以下に維持することも可能となる。これにより、排ガス温度の制御性能が向上する。
加圧空気の流量を、脱硝触媒装置が好適な脱硝効率で作動できる排ガス温度を４００℃程度に常時保持し、且つ加圧空気流量を調整する空気加減弁の流量値を制限値に保持して前記脱硝触媒装置が低効率にならない６００℃以下に維持することも可能となる。これにより、排ガス温度の制御性能が向上する。
以下、本発明を図に示した実施形態を用いて詳細に説明する。但し、この実施形態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。
（基本構成）
図１は本発明の基本構成に係るＤＯＣ（酸化触媒）及びＤＰＦ（ディーゼルパティキュレートフィルター）、及び脱硝触媒装置を備えたディーゼルエンジンの排ガス処理の全体構成図である。
図１において、ディーゼルエンジン（以下エンジン１００という）は、排気タービン１１０ａとこれに同軸駆動されるコンプレッサ１１０ｂを有する排気ターボ過給機１１０を備えており、該過給機１１０のコンプレッサ１１０ｂから吐出された空気は空気管１０７を通って空気冷却器１０６に入り、該空気冷却器１０６で冷却される。
該空気冷却器１０６で冷却された空気は、給気スロットルバルブ１０５で開度を制御された後、給気マニホールド１０８ｂを通り、シリンダ毎に設けられた給気ポート１０８からエンジン１００に吸入される。
図１は本発明の基本構成に係るＤＯＣ（酸化触媒）及びＤＰＦ（ディーゼルパティキュレートフィルター）、及び脱硝触媒装置を備えたディーゼルエンジンの排ガス処理の全体構成図である。
図１において、ディーゼルエンジン（以下エンジン１００という）は、排気タービン１１０ａとこれに同軸駆動されるコンプレッサ１１０ｂを有する排気ターボ過給機１１０を備えており、該過給機１１０のコンプレッサ１１０ｂから吐出された空気は空気管１０７を通って空気冷却器１０６に入り、該空気冷却器１０６で冷却される。
該空気冷却器１０６で冷却された空気は、給気スロットルバルブ１０５で開度を制御された後、給気マニホールド１０８ｂを通り、シリンダ毎に設けられた給気ポート１０８からエンジン１００に吸入される。
エンジン１００においては、燃料の噴射時期及び噴射量が制御されており、かかる噴射時期及び噴射量にてシリンダ毎に設けられた燃料噴射弁（図示省略）から噴射される。噴射された高圧燃料は前記空気との混合によって燃焼される。
また、排気マニホールド１０９ｂの途中から、ＥＧＲ（排ガス再循環）管１１６が分岐されて、排ガス１２０の一部(ＥＧＲガス)はＥＧＲ管１１６を通り、ＥＧＲクーラ１１５で降温され、給気スロットルバルブ１０５の下流部位の給気マニホールド１０８ｂに投入される。
また、排気マニホールド１０９ｂの途中から、ＥＧＲ（排ガス再循環）管１１６が分岐されて、排ガス１２０の一部(ＥＧＲガス)はＥＧＲ管１１６を通り、ＥＧＲクーラ１１５で降温され、給気スロットルバルブ１０５の下流部位の給気マニホールド１０８ｂに投入される。
そして、エンジン１００で燃焼された燃焼ガス即ち排ガス１２０は、シリンダ毎に設けられた排気ポート１０９が集合した排気マニホールド１０９ｂ及び排気管１１１を通って、前記排気ターボ過給機１１０の排気タービン１１０ａを駆動して前記コンプレッサ１１０ｂの動力源となった後、排気管１１２を通って排ガス後処理装置１のＤＯＣ１２１に入る。
そして前記ＤＰＦ１２２再生時には、該ＤＯＣ１２１で排ガス１２０中の燃料を酸化させて昇温された後、排ガス後処理装置１のＤＰＦ１２２に送り込まれる。ＤＰＦ１２２においては、前記ＤＯＣでＨＣ（炭化水素）成分を酸化しこのとき発生する反応熱で、ＤＰＦ１２２に堆積されているＰＭが燃焼処理される。
前記ＤＰＦ１２２でＰＭが燃焼、除去された排ガスは、後述する脱硝触媒装置１３０に接続され、該脱硝触媒装置１３０でＮＯｘが除去される。
そして前記ＤＰＦ１２２再生時には、該ＤＯＣ１２１で排ガス１２０中の燃料を酸化させて昇温された後、排ガス後処理装置１のＤＰＦ１２２に送り込まれる。ＤＰＦ１２２においては、前記ＤＯＣでＨＣ（炭化水素）成分を酸化しこのとき発生する反応熱で、ＤＰＦ１２２に堆積されているＰＭが燃焼処理される。
前記ＤＰＦ１２２でＰＭが燃焼、除去された排ガスは、後述する脱硝触媒装置１３０に接続され、該脱硝触媒装置１３０でＮＯｘが除去される。
以上の構成は、図４に示す従来技術と同様である。
本発明は、前記脱硝触媒装置１３０を、尿素及び、アンモニアを含む還元触媒が装填された脱硝触媒とし、該脱硝触媒装置１３０に流入する排ガス温度制御に関するものである。
本発明は、前記脱硝触媒装置１３０を、尿素及び、アンモニアを含む還元触媒が装填された脱硝触媒とし、該脱硝触媒装置１３０に流入する排ガス温度制御に関するものである。
図１において、前記のように、ＤＰＦ１２２再生時には、ＤＯＣ１２１の上流側に燃料を供給し、ＤＯＣ１２１にて該燃料を酸化させることで、ＤＯＣ１２１後の排ガス温度を、ＤＰＦ１２２でＰＭが燃焼する温度（一般的には６００〜６５０℃）まで昇温させる。
従って、ＤＰＦ１２２出口の排ガス温度は６００〜６５０℃程度となり、この６００〜６５０℃程度の排ガスが脱硝触媒装置１３０に導入される。
従って、ＤＰＦ１２２出口の排ガス温度は６００〜６５０℃程度となり、この６００〜６５０℃程度の排ガスが脱硝触媒装置１３０に導入される。
一方、前記のように、脱硝触媒装置１３０では、尿素あるいはアンモニアを含む還元触媒が装填された状態で使用されるので、排ガス温度が６００〜６５０℃と高い場合には、脱硝効率が大幅に低下する。
一般に尿素あるいはアンモニアを含む還元触媒の場合は、脱硝触媒装置１３０入口の排ガス温度は４００℃程度が尿素あるいはアンモニアによる脱硝反応の適正作動温度とされている。しかしながら、脱硝触媒装置１３０入口の排ガス温度が尿素あるいはアンモニアを含む還元触媒に好適な４００℃程度と低い場合には、ＤＰＦ１２２でパティキュレートが燃焼する温度（一般的には６００〜６５０℃）に達せず、前記４００℃程度ではＰＭの燃焼には低すぎることとなる。
一般に尿素あるいはアンモニアを含む還元触媒の場合は、脱硝触媒装置１３０入口の排ガス温度は４００℃程度が尿素あるいはアンモニアによる脱硝反応の適正作動温度とされている。しかしながら、脱硝触媒装置１３０入口の排ガス温度が尿素あるいはアンモニアを含む還元触媒に好適な４００℃程度と低い場合には、ＤＰＦ１２２でパティキュレートが燃焼する温度（一般的には６００〜６５０℃）に達せず、前記４００℃程度ではＰＭの燃焼には低すぎることとなる。
そこで、本発明においては、ＤＰＦ１２２と脱硝触媒装置１３０との間の排ガス通路１１２ｂに熱交換器１３１を設けている。
そして、該熱交換器１３１は、エンジン冷却水の一部を抜き出してエンジン冷却水導出路１３８にて供給された冷却水を冷却媒体として排ガスと熱交換して、該排ガスの温度を前記尿素あるいはアンモニアの適正作動温度に保持するように構成している。
そして、該熱交換器１３１は、エンジン冷却水の一部を抜き出してエンジン冷却水導出路１３８にて供給された冷却水を冷却媒体として排ガスと熱交換して、該排ガスの温度を前記尿素あるいはアンモニアの適正作動温度に保持するように構成している。
即ち、図１において、エンジン１００のサーモスタット１３３の入口から分岐して、エンジン冷却水導出路１３８を設け、該エンジン冷却水導出路１３８を熱交換器１３１に接続している。
そしてエンジン冷却水導出路１３８を通して送られてきた冷却水を熱交換器１３１にて、ＤＰＦ１２２でＰＭが燃焼する温度（６００〜６５０℃）に保持した排ガスと熱交換して、該排ガスの温度を、脱硝触媒装置１３０の尿素あるいはアンモニアを含む還元触媒に好適な４００℃程度に降下せしめ、かかる熱交換後の冷却水は冷却水戻り路１３９を通って、前記サーモスタット１３３の出口に接続される。
前記冷却水はポンプ１３７ａでエンジン冷却水導出路１３８及び冷却水戻り路１３９を循環される。該冷却水戻り路１３９には水量制御弁１３２が設置されている。
そしてエンジン冷却水導出路１３８を通して送られてきた冷却水を熱交換器１３１にて、ＤＰＦ１２２でＰＭが燃焼する温度（６００〜６５０℃）に保持した排ガスと熱交換して、該排ガスの温度を、脱硝触媒装置１３０の尿素あるいはアンモニアを含む還元触媒に好適な４００℃程度に降下せしめ、かかる熱交換後の冷却水は冷却水戻り路１３９を通って、前記サーモスタット１３３の出口に接続される。
前記冷却水はポンプ１３７ａでエンジン冷却水導出路１３８及び冷却水戻り路１３９を循環される。該冷却水戻り路１３９には水量制御弁１３２が設置されている。
また、かかる基本構成においては、脱硝触媒装置１３０入口の排ガス温度を計測する排気温度計１３４が設置され、該排気温度計１３４からの排ガス温度の検出値は弁コントローラ１３７に入力される。
そして、弁コントローラ１３７においては、排気温度計１３４よりの排ガス温度の検出値に基づき前記水量制御弁１３２における冷却水の流量を、脱硝触媒装置１３０の尿素あるいはアンモニアの適正作動温度、つまり４００℃程度になるように保持せしめる。
そして、弁コントローラ１３７においては、排気温度計１３４よりの排ガス温度の検出値に基づき前記水量制御弁１３２における冷却水の流量を、脱硝触媒装置１３０の尿素あるいはアンモニアの適正作動温度、つまり４００℃程度になるように保持せしめる。
さらに、前記弁コントローラ１３７においては、前記のように、冷却水の流量を、脱硝触媒装置１３０が好適な脱硝効率で作動できる排ガス温度を４００℃程度に常時保持するとともに、冷却水の流量を調整する水量制御弁１３２の流量値を制限値に保持しているが、前記脱硝触媒装置１３０が低効率になる６００℃になると、自動的に水量制御弁１３２を開き、流量値を上げて前記６００℃以下の温度を保持する。
以上の制御により、排ガス温度の制御性能を向上させることができる。
以上の制御により、排ガス温度の制御性能を向上させることができる。
また、かかる構成においては、脱硝触媒装置１３０の下流の排ガス通路１１２ｃに、該脱硝触媒装置１３０出口の排ガスを、水で冷却する冷却器１３６を設けている。
そして、該冷却器１３６出口の配管１３６ａを脱硝触媒装置１３０の排ガス通路１１２ｂの直上流に設置された混合器１３５に接続している。
該混合器１３５は、前記脱硝触媒装置１３０に用いられる尿素あるいはアンモニアを前記冷却器１３６出口の配管１３６ａからの水で溶かして該脱硝触媒装置１３０に供給するように構成している。
このように構成すれば、脱硝触媒装置１３０通過後の排ガス中の水分を冷却器１３６で採取して、脱硝触媒装置１３０の排ガス通路１１２ｂの直上流に設置された混合器１３５に送り込むことにより、脱硝触媒装置１３０に供給用の尿素水やアンモニア水を効率的に得ることができる。
そして、該冷却器１３６出口の配管１３６ａを脱硝触媒装置１３０の排ガス通路１１２ｂの直上流に設置された混合器１３５に接続している。
該混合器１３５は、前記脱硝触媒装置１３０に用いられる尿素あるいはアンモニアを前記冷却器１３６出口の配管１３６ａからの水で溶かして該脱硝触媒装置１３０に供給するように構成している。
このように構成すれば、脱硝触媒装置１３０通過後の排ガス中の水分を冷却器１３６で採取して、脱硝触媒装置１３０の排ガス通路１１２ｂの直上流に設置された混合器１３５に送り込むことにより、脱硝触媒装置１３０に供給用の尿素水やアンモニア水を効率的に得ることができる。
以上の基本構成によれば、ＤＰＦ１２２においては、ＰＭが燃焼する温度（６００〜６５０℃）に保持した上で、以下のように排ガスの温度を制御できる。
即ち、前記ＤＰＦ１２２と脱硝触媒装置１３０との間の排ガス通路１１２ｂに熱交換器１３１を設けて、該熱交換器１３１において、エンジン冷却水の一部をエンジン冷却水導出路１３８で抜き出して冷却媒体として、排ガスと熱交換して排ガスの温度を脱硝触媒装置１３０の尿素あるいはアンモニアの適正作動温度近傍に低下させることができる。
即ち排ガスの温度を尿素あるいはアンモニアの適正作動温度である４００℃程度まで低下させることができ、脱硝触媒装置１３０を脱硝効率の高い状態で作動させることができる。
即ち、前記ＤＰＦ１２２と脱硝触媒装置１３０との間の排ガス通路１１２ｂに熱交換器１３１を設けて、該熱交換器１３１において、エンジン冷却水の一部をエンジン冷却水導出路１３８で抜き出して冷却媒体として、排ガスと熱交換して排ガスの温度を脱硝触媒装置１３０の尿素あるいはアンモニアの適正作動温度近傍に低下させることができる。
即ち排ガスの温度を尿素あるいはアンモニアの適正作動温度である４００℃程度まで低下させることができ、脱硝触媒装置１３０を脱硝効率の高い状態で作動させることができる。
従って、ＤＰＦ１２２と尿素あるいはアンモニアを含む還元触媒が装填された脱硝触媒装置１３０が直列に配置された排ガス浄化装置において、ＤＰＦ１２２においてＰＭが燃焼する温度を保持しながら、排ガス温度を前記脱硝触媒装置１３０の好適な脱硝効率で作動できる４００℃程度に下げて、常時作動させることができる。
さらに、熱交換器１３１では、排ガスとエンジン冷却水との熱交換であるため、排ガスと水との物性値の相違から比較的小さなスペースで熱交換器１３１を設置可能となる。
また、熱交換器１３１の設置による冷却水の移動手段であるポンプ類の駆動馬力はそれ程大きくないので、機関効率の低下は小さく、総合的にはコストメリットを得ることができる。
さらに、熱交換器１３１では、排ガスとエンジン冷却水との熱交換であるため、排ガスと水との物性値の相違から比較的小さなスペースで熱交換器１３１を設置可能となる。
また、熱交換器１３１の設置による冷却水の移動手段であるポンプ類の駆動馬力はそれ程大きくないので、機関効率の低下は小さく、総合的にはコストメリットを得ることができる。
（参考例）
図２は本発明の参考例に係るＤＯＣ（酸化触媒）及びＤＰＦ（ディーゼルパティキュレートフィルター）、及び脱硝触媒装置を備えたディーゼルエンジンの排ガス処理の全体構成図である。
この参考例においては、前記ＤＰＦ１２２と脱硝触媒装置１３０との間の排ガス通路１１２ｂに混合器１４０を設けている。
該混合器１４０は、前記排気ターボ過給機１１０のコンプレッサ１１０ｂの出口の空気管１０７から加圧空気の一部を抜き出して加圧空気入口管１４３にて供給して冷却媒体とし、該加圧空気を前記排ガスと混合することにより、該脱硝触媒装置１３０に供給する排ガスの温度を前記尿素あるいはアンモニアの適正作動温度（約４００℃）に保持するように構成する。
図２は本発明の参考例に係るＤＯＣ（酸化触媒）及びＤＰＦ（ディーゼルパティキュレートフィルター）、及び脱硝触媒装置を備えたディーゼルエンジンの排ガス処理の全体構成図である。
この参考例においては、前記ＤＰＦ１２２と脱硝触媒装置１３０との間の排ガス通路１１２ｂに混合器１４０を設けている。
該混合器１４０は、前記排気ターボ過給機１１０のコンプレッサ１１０ｂの出口の空気管１０７から加圧空気の一部を抜き出して加圧空気入口管１４３にて供給して冷却媒体とし、該加圧空気を前記排ガスと混合することにより、該脱硝触媒装置１３０に供給する排ガスの温度を前記尿素あるいはアンモニアの適正作動温度（約４００℃）に保持するように構成する。
このように構成すれば、前記排気ターボ過給機１１０出口の加圧空気の一部を抜き出して冷却媒体とし、混合器１４０にて、該加圧空気と排ガスとを混合するので、低温の空気を排ガスに直接混合するガス冷却方式によっているため、排ガスの冷却に必要な空気量を少なく維持できる。
また、加圧空気のエネルギーで冷却媒体を移動できるので、ポンプ等は不要となる。
また、加圧空気のエネルギーで冷却媒体を移動できるので、ポンプ等は不要となる。
また、かかる参考例において、前記脱硝触媒装置１３０入口の排ガス温度を計測する排気温度計１３４を設け、加圧空気入口管１４３に前記加圧空気の流量を調整する空気加減弁１４２を設けている。
そして、排気温度計１３４よりの排ガス温度の検出値に基づき前記空気加減弁１４２の冷却媒体の流量を、前記脱硝触媒装置１３０の尿素あるいはアンモニアの適正作動温度(４００℃)になるように保持せしめる弁コントローラ１４１を設けている。
また、弁コントローラ１４１は、加圧空気の流量を調整する空気加減弁１４２の流量値を適正作動温度(４００℃)になるように保持しているが、前記脱硝触媒装置１３０が低効率になる６００℃になると、自動的に空気加減弁１４２を開き、流量値を上げて前記６００℃以下の温度を保持する。
そして、排気温度計１３４よりの排ガス温度の検出値に基づき前記空気加減弁１４２の冷却媒体の流量を、前記脱硝触媒装置１３０の尿素あるいはアンモニアの適正作動温度(４００℃)になるように保持せしめる弁コントローラ１４１を設けている。
また、弁コントローラ１４１は、加圧空気の流量を調整する空気加減弁１４２の流量値を適正作動温度(４００℃)になるように保持しているが、前記脱硝触媒装置１３０が低効率になる６００℃になると、自動的に空気加減弁１４２を開き、流量値を上げて前記６００℃以下の温度を保持する。
以上の参考例によれば、排気ターボ過給機１１０出口の加圧空気を利用した冷却媒体の流量を、脱硝触媒装置１３０が好適な脱硝効率で作動できる排ガス温度を４００℃程度に常時保持し、且つ加圧空気の流量を調整する空気加減弁１４２の流量値を制限値に保持して前記脱硝触媒装置１３０が低効率にならない６００℃以下に常時維持することも可能となる。これにより、排ガス温度の制御性能が向上する。
その他の構成は、前記基本構成(図１)と同様であり、これと同一の部材は同一の符号で示す。
その他の構成は、前記基本構成(図１)と同様であり、これと同一の部材は同一の符号で示す。
（実施形態）
図３は本発明の実施形態に係るＤＯＣ（酸化触媒）及びＤＰＦ（ディーゼルパティキュレートフィルター）、及び脱硝触媒装置を備えたディーゼルエンジンの排ガス処理の全体構成図である。
この実施形態においては、排気ターボ過給機２００を、低圧過給機２２０と高圧過給機２１０とで構成し、低圧過給機２２０を低圧タービン２２０ａ及び低圧コンプレッサ２２０ｂにより構成し、高圧過給機２１０を高圧タービン２１０ａ及び高圧コンプレッサ２１０ｂにより構成した２段圧縮過給機としている。
そして、エンジン１００から高圧過給機２１０及び低圧過給機２２０をこの順に経た排ガスを、ＤＯＣ１２１及びＤＰＦ１２２を通し、さらに尿素あるいはアンモニアを含む還元触媒が装填された脱硝触媒装置１３０に通している。
図３は本発明の実施形態に係るＤＯＣ（酸化触媒）及びＤＰＦ（ディーゼルパティキュレートフィルター）、及び脱硝触媒装置を備えたディーゼルエンジンの排ガス処理の全体構成図である。
この実施形態においては、排気ターボ過給機２００を、低圧過給機２２０と高圧過給機２１０とで構成し、低圧過給機２２０を低圧タービン２２０ａ及び低圧コンプレッサ２２０ｂにより構成し、高圧過給機２１０を高圧タービン２１０ａ及び高圧コンプレッサ２１０ｂにより構成した２段圧縮過給機としている。
そして、エンジン１００から高圧過給機２１０及び低圧過給機２２０をこの順に経た排ガスを、ＤＯＣ１２１及びＤＰＦ１２２を通し、さらに尿素あるいはアンモニアを含む還元触媒が装填された脱硝触媒装置１３０に通している。
そして、前記ＤＰＦ１２２と前記脱硝触媒装置１３０との間の排ガス通路１１２ｂには、熱交換器１４５を設けている。
該熱交換器１４５は、高圧過給機２１０の高圧コンプレッサ２１０ｂからの空気管１０７から加圧空気の一部（１４９ａが抜出し部）を抜き出して加圧空気入口管１４９にて冷却媒体として導入され、該加圧空気と前記排ガスとを熱交換して、該脱硝触媒装置１３０に供給する排ガスの温度を前記尿素あるいはアンモニアの適正作動温度（４００℃）に保持するように構成されている。
さらに、前記熱交換器１４５の出口の前記加圧空気を、加圧空気出口管１５０により前記低圧過給機２２０の低圧コンプレッサ２２０ｂと高圧過給機２１０の高圧コンプレッサ２１０ｂとの間の加圧空気通路１５０ａに接続するように構成している。
該熱交換器１４５は、高圧過給機２１０の高圧コンプレッサ２１０ｂからの空気管１０７から加圧空気の一部（１４９ａが抜出し部）を抜き出して加圧空気入口管１４９にて冷却媒体として導入され、該加圧空気と前記排ガスとを熱交換して、該脱硝触媒装置１３０に供給する排ガスの温度を前記尿素あるいはアンモニアの適正作動温度（４００℃）に保持するように構成されている。
さらに、前記熱交換器１４５の出口の前記加圧空気を、加圧空気出口管１５０により前記低圧過給機２２０の低圧コンプレッサ２２０ｂと高圧過給機２１０の高圧コンプレッサ２１０ｂとの間の加圧空気通路１５０ａに接続するように構成している。
また、かかる実施形態においては、前記脱硝触媒装置１３０入口の排ガス温度を計測する排気温度計１３４を設け、前記加圧空気出口管１５０に前記加圧空気の流量を調整する空気加減弁１４８を設けている。
そして、排気温度計１３４よりの排ガス温度の検出値に基づき前記空気加減弁１４８の加圧空気の流量を、前記脱硝触媒装置１３０の尿素あるいはアンモニアの適正作動温度(４００℃)になるように保持せしめる弁コントローラ１４７を設けている。
また、前記弁コントローラ１４７は、加圧空気の流量を調整する空気加減弁１４８の流量値を適正作動温度(４００℃)になるように保持しているが、前記脱硝触媒装置１３０が低効率になる６００℃になると、自動的に空気加減弁１４８を開き、流量値を上げて前記６００℃以下の温度を保持する。
そして、排気温度計１３４よりの排ガス温度の検出値に基づき前記空気加減弁１４８の加圧空気の流量を、前記脱硝触媒装置１３０の尿素あるいはアンモニアの適正作動温度(４００℃)になるように保持せしめる弁コントローラ１４７を設けている。
また、前記弁コントローラ１４７は、加圧空気の流量を調整する空気加減弁１４８の流量値を適正作動温度(４００℃)になるように保持しているが、前記脱硝触媒装置１３０が低効率になる６００℃になると、自動的に空気加減弁１４８を開き、流量値を上げて前記６００℃以下の温度を保持する。
従って、かかる実施形態によれば、２段圧縮過給機からなる排気ターボ過給機２００によってより高圧になった空気を排ガスの冷却媒体として用いるので、熱交換器１４５の熱伝達率が増加して熱交換器１４５の小型化が可能となり、あるいは使用空気量を低減できる。
また、加圧空気のエネルギーで冷却媒体を移動できるので、ポンプ等の移動手段は不要となる。
その他の構成は、前記基本構成(図１)と同様であり、これと同一の部材は同一の符号で示す。
また、加圧空気のエネルギーで冷却媒体を移動できるので、ポンプ等の移動手段は不要となる。
その他の構成は、前記基本構成(図１)と同様であり、これと同一の部材は同一の符号で示す。
本発明によれば、ＤＰＦと尿素あるいはアンモニアを含む還元触媒が装填された脱硝触媒装置が直列に配置された排ガス浄化装置において、ＤＰＦにおいてＰＭが燃焼できる温度を保持しながら、排ガス温度を前記脱硝触媒装置の脱硝効率を高く保持できる４００℃程度に、常時保持可能としたディーゼルエンジンの排ガス後処理装置を提供できる。
１ 排ガス後処理装置
１００ エンジン
１０１ 燃料噴射弁
１０４ 給気管
１０５ 給気スロットルバルブ
１０８ 給気ポート
１０９ 排気ポート
１０８ｂ 給気マニホールド
１０９ｂ 排気マニホールド
１１０、２００ 排気ターボ過給機
１１０ａ 排気タービン
１１０ｂ コンプレッサ
２１０ 高圧過給機
２２０ 低圧過給機
２１０ａ 高圧タービン
２１０ｂ 高圧コンプレッサ
２２０ａ 低圧タービン
２２０ｂ 低圧コンプレッサ
１１１、１１２ 排気管
１１６ ＥＧＲ（排ガス再循環）管
１２０ 排ガス
１２１ ＤＯＣ
１２２ ＤＰＦ
１３０ 脱硝触媒装置
１３１ 熱交換器
１３２ 水量制御弁
１３３ サーモスタット
１３４ 排気温度計
１３７ 排気温度計
１３７ 弁コントローラ
１３７ａ ポンプ
１３８ エンジン冷却水導出路
１３９ 冷却水戻り路
１４０ 混合器
１４２ 空気加減弁
１４３ 加圧空気入口管
１４５ 熱交換器
１４７ 弁コントローラ
１４８ 空気加減弁
１４９ 加圧空気入口管
１５０ 加圧空気出口管
１００ エンジン
１０１ 燃料噴射弁
１０４ 給気管
１０５ 給気スロットルバルブ
１０８ 給気ポート
１０９ 排気ポート
１０８ｂ 給気マニホールド
１０９ｂ 排気マニホールド
１１０、２００ 排気ターボ過給機
１１０ａ 排気タービン
１１０ｂ コンプレッサ
２１０ 高圧過給機
２２０ 低圧過給機
２１０ａ 高圧タービン
２１０ｂ 高圧コンプレッサ
２２０ａ 低圧タービン
２２０ｂ 低圧コンプレッサ
１１１、１１２ 排気管
１１６ ＥＧＲ（排ガス再循環）管
１２０ 排ガス
１２１ ＤＯＣ
１２２ ＤＰＦ
１３０ 脱硝触媒装置
１３１ 熱交換器
１３２ 水量制御弁
１３３ サーモスタット
１３４ 排気温度計
１３７ 排気温度計
１３７ 弁コントローラ
１３７ａ ポンプ
１３８ エンジン冷却水導出路
１３９ 冷却水戻り路
１４０ 混合器
１４２ 空気加減弁
１４３ 加圧空気入口管
１４５ 熱交換器
１４７ 弁コントローラ
１４８ 空気加減弁
１４９ 加圧空気入口管
１５０ 加圧空気出口管
Claims (2)
- 排気ターボ過給機を、低圧過給機と高圧過給機との２段圧縮過給機とする一方、エンジンから高圧過給機及び低圧過給機をこの順に経た排ガスを、ＤＯＣ及びＤＰＦを通し、さらに前記ＤＰＦ出口の排ガスを尿素あるいはアンモニアを含む還元触媒が装填された脱硝触媒装置に導き、前記ＤＯＣで排ガス中の燃料を酸化させ、前記ＤＰＦに堆積されたＰＭを前記ＤＯＣにて加熱された排ガスによって燃焼させ、前記脱硝触媒装置で排ガス中の脱硝を行うように構成されたディーゼルエンジンの排ガス後処理装置において、
前記ＤＰＦと前記脱硝触媒装置との間の排ガス通路に熱交換器を設け、該熱交換器は、前記高圧過給機の高圧空気出口管から加圧空気の一部を抜き出して加圧空気入口管にて供給された加圧空気を前記排ガスと熱交換して、該脱硝触媒装置に供給する排ガスの温度を前記尿素あるいはアンモニアによる脱硝反応の適正作動温度に保持するように構成されてなり、前記熱交換器の出口の前記加圧空気を、加圧空気出口管により前記低圧過給機と高圧過給機との間の加圧空気通路に接続したことを特徴とするディーゼルエンジンの排ガス後処理装置。 - 前記脱硝触媒装置入口の排ガス温度を計測する排気温度計と前記加圧空気入口管または加圧空気出口管の何れかに前記加圧空気の流量を調整する空気加減弁を設け、前記排気温度計よりの排ガス温度の検出値に基づき前記空気加減弁の流量を、前記脱硝触媒装置の尿素あるいはアンモニアによる脱硝反応の適正作動温度になるように保持せしめる弁コントローラを設けたことを特徴とする請求項１に記載のディーゼルエンジンの排ガス後処理装置。
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