JP5590833B2 - エンジンの排ガス浄化装置 - Google Patents
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Description
本発明は、エンジンの排ガス中のＮＯｘ等を浄化するとともに、エンジンの暖機運転時間を短縮する装置に関するものである。
従来、内燃機関から排出される排ガス中のＮＯｘ成分がＮＯｘ還元触媒により還元されて浄化され、ＮＯｘ還元触媒の排ガス上流側に燃焼熱を発生させるバーナが設けられ、冷機時にバーナを作動させてＮＯｘ還元触媒の活性化を促進するように構成されたＮＯｘ還元触媒を備えた内燃機関が開示されている（例えば、特許文献１参照。）。この内燃機関では、内燃機関からの排ガスの少なくとも一部をＥＧＲガスとして内燃機関の燃焼室内へ還流させるＥＧＲシステムが設けられ、冷機時にＥＧＲシステムの作動が停止若しくは制限されるように構成される。
このように構成されたＮＯｘ還元触媒を備えた内燃機関では、冷機時にＥＧＲシステムの作動を停止若しくは制限した場合に、バーナをＮＯｘ還元触媒の排ガス上流側の排気通路に配置したので、バーナの燃焼熱を利用して冷機始動後早期にＮＯｘ還元触媒を活性化させ早期にＮＯｘ還元作用を発揮させることができる。この結果、従来ＮＯｘ排出量を十分に抑制することができなかった冷機時においても、始動後早期にＮＯｘの排出を抑制できるようになっている。
しかし、上記従来の特許文献１に示された内燃機関では、冷機時、即ち暖機運転時に、バーナの燃焼熱がＮＯｘ還元触媒を暖めて活性化させるためだけに使われており、バーナの燃焼熱が有効に使われない状態があった。
本発明の目的は、暖機運転時にバーナの燃料熱にて排ガス浄化手段を暖めて活性化させかつ排ガスの一部を吸気に戻すことにより排ガス中のＮＯｘ等を効率良く除去できるとともに、バーナの燃焼熱にてエンジン冷却水を温めかつバーナの燃焼熱にて暖められた排ガスの一部を吸気に戻すことによりエンジンの暖機運転時間を短縮することができる、エンジンの排ガス浄化装置を提供することにある。
本発明の第１の観点は、図１及び図２に示すように、エンジン１１の排気管１２に設けられた排ガス浄化手段１３と、排ガス浄化手段１３より排ガス上流側の排気管１２に設けられ燃焼熱を発生させるバーナ１４と、一端が排ガス浄化手段１３より排ガス下流側の排気管１２に接続され他端がエンジン１１の吸気管１６に接続されたＥＧＲパイプ１７と、ＥＧＲパイプ１７に設けられ排気管１２からＥＧＲパイプ１７を通って吸気管１６に還流される排ガスの流量を調整するＥＧＲ弁１８とを備えたエンジンの排ガス浄化装置であって、バーナ１４の発生した燃焼熱の一部をエンジン冷却水に与える熱交換手段４１と、エンジン冷却水の温度を検出する冷却水温度センサ５１と、ＥＧＲパイプ１７の接続部より吸気下流側の吸気管１６内の吸気の温度を検出する吸気温度センサ５２と、冷却水温度センサ５１及び吸気温度センサ５２の各検出出力に基づいてバーナ１４、ＥＧＲ弁１８及び熱交換手段４１を制御するコントローラ５６とを更に備え、バーナ１４が、燃料３５と空気の混合ガス４０を噴射する混合ガス噴射ノズル２７と、混合ガス４０を燃焼させる着火手段２８とを有し、熱交換手段４１が、バーナ１４の発生した燃焼熱及びエンジン冷却水と間接接触し内部に液体が流通する循環パイプ４２を有し、循環パイプ４２が、バーナ保炎器３１内に挿入されて蛇行する受熱部４２ａを有し、排ガス浄化手段１３が、排気管１２に接続された触媒ハウジング２６に収容され、混合ガス噴射ノズル２７の先端がバーナ保炎器３１に接続され、バーナ保炎器３１が触媒用ハウジング２６より排ガス上流側にこの触媒用ハウジング２６と一体的に設けられ、バーナ保炎器３１の外周面のうち受熱部４２ａよりバーナ１４側に排気管１２が挿入されて、バーナ保炎器３１内に流入した排ガスがバーナ保炎器３１内で旋回流となるように構成されたことを特徴とする。
本発明の第２の観点は、第１の観点に基づく発明であって、更に図１に示すように、熱交換手段４１が、循環パイプ４２に設けられ上記液体を貯留する液体タンク４３と、循環パイプ４２に設けられ上記液体を液体タンク４３から循環パイプ４２に流通させて液体タンク４３に戻す液体ポンプ４４とを有することを特徴とする。
本発明の第３の観点は、第１の観点に基づく発明であって、更に排ガス浄化手段が、エンジンから排出された排ガス中のＮＯｘを除去する触媒と、エンジンから排出された排ガス中のパティキュレートを除去するパティキュレートフィルタとを組合せて構成されたことを特徴とする。
本発明の第１の観点の排ガス浄化装置では、コントローラが冷却水温度センサ及び吸気温度センサの各検出出力に基づいてエンジンが暖機運転時であると判断すると、バーナを作動させて燃焼熱を発生させるとともに、ＥＧＲ弁を開きかつ熱交換手段を作動させる。バーナの発生した燃料熱は排ガス浄化手段を暖めて活性化させるとともに、排ガスの一部がＥＧＲパイプを通ってエンジンに戻されるので、排ガス中のＮＯｘ等を効率良く除去できる。またバーナの発生した燃焼熱の一部が熱交換器を介してエンジン冷却水に伝達されエンジン冷却水が速やかに暖まるとともに、バーナの発生した燃焼熱で暖められた排ガスの一部がＥＧＲパイプを通ってエンジンに戻されエンジンの吸気温度が上昇するので、エンジンの暖機運転時間を短縮することができる。この結果、バーナの発生した燃焼熱を有効に活用することができる。更に、コントローラが冷却水温度センサ及び吸気温度センサの各検出出力に基づいてエンジンが暖機運転時であると判断すると、混合ガス噴射ノズルから燃料及び空気の混合ガスを噴射するとともに、この混合ガスを着火手段で燃焼させる。この結果、バーナの発生した燃焼熱により、排ガス中のＮＯｘ等を効率良く除去することができるとともに、エンジンの暖機運転時間を短縮することができる、即ちバーナの発生した燃焼熱を有効に活用することができる。
本発明の第２の観点の排ガス浄化装置では、バーナの発生した燃焼熱の一部が循環パイプ内の液体に伝達され、この高温の液体が液体ポンプにより循環パイプ内を流通して低温のエンジン冷却水と熱交換を行い、液体の熱がエンジン冷却水に伝達されるので、エンジン冷却水の温度が速やかに上昇する。この結果、暖機運転時間を短縮することができる。
本発明の第３の観点の排ガス浄化装置では、エンジンの暖機運転時に、バーナの発生した燃焼熱により触媒及びフィルタが速やかに温まって活性化するので、この触媒により排ガス中のＮＯｘを効率良く除去できるとともに、フィルタにより排ガス中のパティキュレートを捕集できる。
次に本発明を実施するための形態を図面に基づいて説明する。図１に示すように、ディーゼルエンジンの１１排ガス浄化装置は、エンジン１１の排気管１２に設けられた排ガス浄化手段１３と、排ガス浄化手段１３より排ガス上流側の排気管１２に設けられ燃焼熱を発生させるバーナ１４と、一端が排ガス浄化手段１３より排ガス下流側の排気管１２に接続され他端がエンジン１１の吸気管１６に接続されたＥＧＲパイプ１７と、ＥＧＲパイプ１７に設けられたＥＧＲ弁１８とを備える。排気管１２の一端は排気マニホルド１９を介してエンジン１１の排気ポートに接続され、排気管１２の他端は開放される。吸気管１６の一端は吸気マニホルド２１を介してエンジン１１の吸気ポートに接続され、吸気管１６の他端にはエアクリーナ２２が取付けられる。また吸気管１６には、ターボ過給機２３のコンプレッサケース２３ａと、ターボ過給機２３により圧縮された吸気を冷却するインタクーラ２４とがそれぞれ設けられ、排気管１２にはターボ過給機２３のタービンケース２３ｂが設けられる。図示しないがコンプレッサケース２３ａ内にはコンプレッサホイールが回転可能に設けられ、タービンケース２３ｂにはタービンホイールが回転可能に設けられ、これらのホイールはシャフトにより連結される。エンジン１１から排出される排ガスのエネルギによりタービンホイール及びシャフトを介してコンプレッサホイールが回転し、このコンプレッサホイールの回転により吸気管１６内の吸入空気が圧縮されるように構成される。更にＥＧＲパイプ１７の他端はコンプレッサケース２３ａより吸気上流側であってエアクリーナ２２より吸気下流側の吸気管１６に接続され、ＥＧＲ弁１８は排気管１２から吸気管１６に向って還流される排ガスの一部（ＥＧＲガス）の流量を調整するように構成される。
排ガス浄化手段１３は、この実施の形態では、排ガス中のＮＯｘを除去する触媒と、排ガス中のパティキュレートを除去するパティキュレートフィルタとを組合せて構成され、ターボ過給機２３のタービンケース２３ｂより排ガス下流側の排気管１２に接続された大径の触媒ハウジング２６に収容される。即ち、排ガス浄化手段１３は、図示しないが、酸化触媒と、尿素系液体供給手段の尿素系液体噴射ノズルと、選択還元型触媒と、パティキュレートフィルタと、アンモニアスリップ防止触媒とを有し、排ガス上流側からこの順に触媒ハウジング２６に収容される。酸化触媒はコージェライト製のハニカム担体に白金やパラジウム等の活性物質をコーティングしたり、或いはステンレス鋼製のメタル担体に白金やパラジウム等の活性物質をコーティングすることにより形成される。選択還元型触媒は、例えば銅−ゼオライト系のモノリス触媒であって、コージェライト製のハニカム担体に銅イオン交換ゼオライト（Ｃｕ−ＺＳＭ−５）がコーティングされたものである。この銅イオン交換ゼオライト触媒はＮａ型のＺＳＭ−５ゼオライトのＮａイオンをＣｕイオンとイオン交換した物質である。なお、銅イオン交換ゼオライトを用いた触媒ではなく、鉄ゼオライト、ゼオライト、酸化チタン、酸化バナジウム又は酸化タングステン等を用いた触媒であってもよい。またパティキュレートフィルタは、排ガスの通過可能な多孔質の隔壁で区画されかつ排ガスの流通方向に延びる複数のセル（貫通孔）が形成されたコージェライト製の円筒状の担体と、複数のセル（貫通孔）の相隣接する入口部と出口部を交互に実質的に封止する封止部材とを有する。アンモニアスリップ防止触媒は、コージェライト製のハニカム担体に白金やパラジウム等の活性物質をコーティングしたり、或いはステンレス鋼製のメタル担体に白金やパラジウム等の活性物質をコーティングすることにより形成される。更に尿素系液体噴射ノズルは尿素系液体を貯留する尿素系液体タンクに接続され、このタンク内の尿素系液体は尿素系液体流量調整弁によりその流量を調整して尿素系液体ポンプにより尿素系液体噴射ノズルに圧送されるように構成される。上記尿素系液体としては、尿素水溶液、アンモニア水、アンモニア誘導物質等が挙げられる。
バーナ１４は、燃料３５と空気の混合ガス４０を噴射する混合ガス噴射ノズル２７と、混合ガス４０を燃焼させる着火手段２８とを有する。混合ガス噴射ノズル２７の先端は短管２９を通してバーナ保炎器３１に接続される（図２）。バーナ保炎器３１は触媒用ハウジング２６より排ガス上流側にこの触媒用ハウジング２６と一体的に設けられ、このバーナ保炎器３１の外周面に排気管１２が挿入される（図１及び図３）。排気管１２のバーナ保炎器３１への挿入端は閉止され、排気管１２のバーナ保炎器３１への挿入部外周面には四角形状の通孔１２ａが形成され、この通孔１２ａからバーナ保炎器３１内に流入した排ガスがバーナ保炎器３１内で旋回流（図３の一点鎖線矢印で示す流れ）となるように構成される。また混合ガス噴射ノズル２７には、空気通路２７ａと燃料通路２７ｂとが形成される（図２）。空気通路２７ａは混合ガス噴射ノズル２７の基端から先端まで一直線状に延びて形成され、燃料通路２７ｂは混合ガス噴射ノズル２７の基端からノズル２７の軸線に対して斜めに延び先端が空気通路２７ａの長手方向中央に連通する。空気通路２７ａの基端は圧縮空気が貯留されたエアタンク３２に空気供給管３３を通して接続され、空気供給管３３の途中には混合ガス噴射ノズル２７の空気通路２７ａに供給する空気量を調整する空気流量調整弁３４が設けられる（図１）。燃料通路２７ｂの基端は燃料３５（軽油、ガソリン、灯油等）を貯留する燃料タンク３６に燃料供給管３７を通して接続され、燃料供給管３７の途中には燃料タンク３６側から順に燃料ポンプ３８と燃料流量調整弁３９が設けられる。着火手段２８は、短管２９の外周面から短管２９内に臨んで設けられ、所定の大きな電圧を印加することにより放電火花２８ｂを発する一対の放電端子２８ａ，２８ａを有する（図２）。また燃料流量調整弁３９はデューティ比を変えて流量を調整するパルス弁であり、着火手段２８はこの燃料流量調整弁３９と同期して一対の放電端子２８ａ，２８ａ間で放電火花２８ｂを発するように構成される。
なお、図１及び図２では、混合ガス噴射ノズル２７、着火手段２８、短管２９、バーナ保炎器３１及び排ガス浄化手段１３の酸化触媒をこの順に水平方向に並んで配設したが、混合ガス噴射ノズル２７、着火手段２８、短管２９、バーナ保炎器３１及び排ガス浄化手段１３の酸化触媒をこの順に上方から下方に鉛直方向に並ぶように配設することが好ましい。これは、バーナ１４の失火時に混合ガス４０中の燃料３５が短管２９内やバーナ保炎器３１内に溜まっても、この燃料３５が短管２９内及びバーナ保炎器３１内を流下して未だ高温の酸化触媒で酸化されて、バーナ１４の着火時に短管２９内やバーナ保炎器３１内に燃料３５が溜まった状態になることを防止するためである。
一方、バーナ１４の発生した燃焼熱の一部が熱交換手段４１によりエンジン冷却水に与えられる。この熱交換手段４１は、バーナ１４の発生した燃焼熱及びエンジン冷却水と間接接触し内部に液体が流通する循環パイプ４２と、循環パイプ４２に設けられ上記液体を貯留する液体タンク４３と、循環パイプ４２に設けられ上記液体を液体タンク４３から循環パイプ４２に流通させて液体タンク４３に戻す液体ポンプ４４とを有する。エンジン冷却水はウォータポンプ４６によりエンジン１１の冷却水通路（図示せず）を流通するように構成される。即ち、エンジン１１の冷却水通路には冷却水管４７が接続され、この冷却水管４７に上記ウォータポンプ４６が設けられ、このウォータポンプ４６が作動することによりエンジン冷却水が冷却水通路及び冷却水管４７を循環するようになっている。また冷却水管４７にはこの管より大径の冷却水貯留部４８が設けられる。循環パイプ４２は、バーナ保炎器３１内に挿入されて蛇行する受熱部４２ａと、冷却水貯留部４８内に挿入されて蛇行する放熱部４２ｂとを有する。また循環パイプ４２内を循環する液体としては、水、油、ナトリウムアマルガム等が挙げられる。更に図１の符号４９は循環パイプ４２を循環する液体の流量を調整する液体流量調整弁である。なお、循環パイプ４２の露出する部分は保温材により被覆することが好ましい。
冷却水管４７にはエンジン冷却水の温度を検出する冷却水温度センサ５１が挿入され、ＥＧＲパイプ１７の接続部より吸気下流側の吸気管１６には吸気の温度を検出する吸気温度センサ５２が挿入される。またエンジン１１の回転速度は回転センサ５３により検出され、エンジン１１の負荷は負荷センサ５４により検出される。冷却水温度センサ５１、吸気温度センサ５２、回転センサ５３及び負荷センサ５４の各検出出力はコントローラ５６に制御入力に接続され、コントローラ５６の制御出力は駆動回路（図示せず）を介して、バーナ１４の燃料ポンプ３８、空気流量調整弁３４及び燃料流量調整弁３９と、バーナ１４の着火手段２８と、ＥＧＲ弁１８と、熱交換手段４１の液体ポンプ４４及び液体流量調整弁４９と、ウォータポンプ４６と、排ガス浄化手段１３の尿素系液体ポンプ及び尿素系液体流量調整弁にそれぞれ接続される。コントローラ５６にはメモリ５７が設けられ、このメモリ５７には、冷却水温度、吸気温度、エンジン回転及びエンジン負荷の各検出出力に基づくディーゼルエンジン１１の運転状況が記憶されるとともに、その運転状況に適した空気流量調整弁３４、燃料流量調整弁３９、ＥＧＲ弁１８、液体流量調整弁４９及び尿素系液体流量調整弁の開度がそれぞれ記憶される。
このように構成されたディーゼルエンジン１１の排ガス浄化装置の動作を説明する。エンジン１１が始動すると、コントローラ５６は冷却水温度センサ５１、吸気温度センサ５２、回転センサ５３及び負荷センサ５４の各検出出力に基づいてエンジン１１が暖機運転時であると判断する。そしてコントローラ５６はバーナ１４を作動させて燃焼熱を発生させるとともに、ＥＧＲ弁１８を開きかつ尿素系液体供給手段を作動させる。具体的には、コントローラ５６は、空気流量調整弁３４を開き、エアタンク３２内の圧縮空気を空気供給管３３を通して混合ガス噴射ノズル２７の空気通路２７ａに供給するとともに、燃料ポンプ３８を作動させかつ燃料流量調整弁３９を開き、燃料タンク３６内の燃料２９を燃料供給管３７を通して混合ガス噴射ノズル２７の燃料通路２７ｂに供給する。この燃料２９は混合ガス噴射ノズル２７内で空気と混合されて混合ガス４０（図２）となった後にノズル２７の先端から噴射される。噴射された混合ガス４０は着火手段２８の一対の放電端子２８ａ，２８ａ間で発せられた放電火花２８ｂにより炎５８（図２）をあげて燃焼し、バーナ保炎器３１内に流入した排ガスに燃焼熱を与える。この燃焼熱が付与された排ガスが流下して、排ガス浄化手段１３の酸化触媒、選択還元型触媒、パティキュレートフィルタ及びアンモニアスリップ防止触媒を通過する際にこれらの触媒及びフィルタの温度を上昇させてこれらの触媒及びフィルタを活性化させる。この結果、酸化触媒が排ガス中のＮＯｘの大部分をＮＯ2に酸化し、尿素系液体供給手段により噴射された尿素水溶液が加水分解してアンモニアが生成され、この生成されたアンモニアが排ガスとともに選択還元型触媒に導入され、この触媒にて上記アンモニアと上記排ガス中のＮＯｘ（ＮＯやＮＯ2等）とが反応し、ＮＯｘ（ＮＯやＮＯ2等）がＮ2に還元される。また選択還元型触媒を通過した余剰のアンモニアはアンモニアスリップ防止触媒にて酸化され、Ｎ2及び水が生成される。これらの触媒を通過した排ガスの一部（ＥＧＲガス）はＥＧＲパイプ１７を通って吸気管１６に還流される。この結果、このＥＧＲガスがエンジン１１のシリンダ内での最高燃焼温度を低く抑えるので、ＮＯｘの発生が抑制される。従って、始動直後のエンジン１１の暖まっていない暖機運転時であっても、排ガス中のＮＯｘ等を効率良く除去でき、ＮＯｘ等の排出を低減できる。
一方、エンジン１１の暖機運転時に、コントローラ５６はバーナ１４を作動させて燃焼熱を発生させるとともに、熱交換手段４１を作動させる。具体的には、混合ガス４０が着火手段２８の一対の放電端子２８ａ，２８ａ間で発せられた放電火花２８ｂにより炎５８（図２）をあげて燃焼し、バーナ保炎器３１内に流入した排ガスに燃焼熱を与え、この燃焼熱が付与された排ガスが流下して循環パイプ４２と接触することにより、排ガスの持つ熱の一部が循環パイプ４２内の液体に伝達される。この受熱部４２ａで受熱した液体は循環ポンプ４４により循環パイプ４２内を通って放熱部４２ｂに至り、この放熱部４２ｂで液体の持つ熱がエンジン冷却水に伝達される。この結果、エンジン冷却水が速やかに暖まる。また排ガス浄化手段４１を通過した高温の排ガスの一部（ＥＧＲガス）はＥＧＲパイプ１７を通って吸気管１６に還流される。この結果、エンジン１１に流入する吸気の温度が上昇する。従って、エンジン１１の暖機運転時間を短縮することができる。
なお、この実施の形態では、排ガス浄化手段として尿素系液体を用いた選択還元型触媒とパティキュレートフィルタとを組合せたものを挙げたが、炭化水素系液体を用いた選択還元型触媒とパティキュレートフィルタとを組合せたものや、尿素系液体又は炭化水素系液体を用いたＮＯｘ吸蔵還元触媒とパティキュレートフィルタとを組合せたものであってもよい。また、この実施の形態では、エンジンとしてターボ過給機付ディーゼルエンジンを挙げたが、自然吸気型ディーゼルエンジンであってもよい。また、この実施の形態では、エンジンとしてディーゼルエンジンを挙げたが、ガソリンエンジンでもよい。ガソリンエンジンの場合、排ガス浄化手段として三元触媒を用いることができる。三元触媒は、ＣＯ及びＨＣの酸化とＮＯｘの還元を同時に行い、これらの成分をＣＯ2、Ｈ2Ｏ及びＮ2に転換することができる。
更に、この実施の形態では、ＥＧＲパイプの一端を排ガス浄化手段より排ガス下流側の排気管に接続しその他端をターボ過給機のコンプレッサケースより吸気上流側の吸気管に接続して、比較的低圧の排ガスを吸気管に戻すＬＰＬ（Low Pressure Loop）を挙げたが、上記ＥＧＲパイプとは別のＥＧＲパイプの一端をターボ過給機のタービンケースより排ガス上流側の排気管又は排気マニホルドに接続しその他端をターボ過給機のコンプレッサケースより吸気下流側の吸気管に接続して、比較的高圧の排ガスを吸気管に戻すＨＰＬ（High Pressure Loop）と、上記ＬＰＬ（Low Pressure Loop）とを併設してもよい。
次に本発明の実施例を比較例とともに詳しく説明する。
＜実施例１＞
図１に示すように、８０００ｃｃのターボ過給機付ディーゼルエンジン１１の排気管１２に排ガス浄化手段１３を設け、この排ガス浄化手段１３より排ガス上流側の排気管１２に燃焼熱を発生させるバーナ１４を設けた。ＥＧＲパイプ１７の一端を排ガス浄化手段１３より排ガス下流側の排気管１２に接続し、ＥＧＲパイプ１７の他端をエンジン１１の吸気管１６に接続した。ＥＧＲパイプ１７に、排気管１２からＥＧＲパイプ１７を通って吸気管１６に還流される排ガスの流量を調整するＥＧＲ弁１８を設けた。バーナ１４の発生した燃焼熱の一部を熱交換手段４１がエンジン冷却水に与えるように構成した。熱交換手段４１は、バーナ１４の発生した燃焼熱及びエンジン冷却水と間接接触し内部に液体が流通する循環パイプ４２と、循環パイプ４２に設けられ上記液体を貯留する液体タンク４３と、循環パイプ４２に設けられ上記液体を液体タンク４３から循環パイプ４２に流通させて液体タンク４３に戻す液体ポンプ４４とを有する。またバーナ１４は、燃料３５と空気の混合ガス４０を噴射する混合ガス噴射ノズル２７と、混合ガス４０を燃焼させる着火手段２８とを有する。
＜実施例１＞
図１に示すように、８０００ｃｃのターボ過給機付ディーゼルエンジン１１の排気管１２に排ガス浄化手段１３を設け、この排ガス浄化手段１３より排ガス上流側の排気管１２に燃焼熱を発生させるバーナ１４を設けた。ＥＧＲパイプ１７の一端を排ガス浄化手段１３より排ガス下流側の排気管１２に接続し、ＥＧＲパイプ１７の他端をエンジン１１の吸気管１６に接続した。ＥＧＲパイプ１７に、排気管１２からＥＧＲパイプ１７を通って吸気管１６に還流される排ガスの流量を調整するＥＧＲ弁１８を設けた。バーナ１４の発生した燃焼熱の一部を熱交換手段４１がエンジン冷却水に与えるように構成した。熱交換手段４１は、バーナ１４の発生した燃焼熱及びエンジン冷却水と間接接触し内部に液体が流通する循環パイプ４２と、循環パイプ４２に設けられ上記液体を貯留する液体タンク４３と、循環パイプ４２に設けられ上記液体を液体タンク４３から循環パイプ４２に流通させて液体タンク４３に戻す液体ポンプ４４とを有する。またバーナ１４は、燃料３５と空気の混合ガス４０を噴射する混合ガス噴射ノズル２７と、混合ガス４０を燃焼させる着火手段２８とを有する。
即ち、排気管に、排ガス上流側から順にターボ過給機のタービンケース、バーナの保炎器、熱交換手段の受熱部、排ガス浄化手段（酸化触媒、尿素系液体供給手段、選択還元型触媒、パティキュレートフィルタ、アンモニアスリップ防止触媒）を設けた。そして、エンジン冷却水の温度を検出する冷却水温度センサ５１と、ＥＧＲパイプ１７の接続部より吸気下流側の吸気管１６内の吸気の温度を検出する吸気温度センサ５２の各検出出力に基づいて、コントローラ５６がバーナ１４、ＥＧＲ弁１８及び熱交換手段４１を制御するように構成した。なお、酸化触媒はハニカム担体に例えば白金をコーティングしたものであり、選択還元型触媒はハニカム担体に例えば鉄ゼオライトをコーティングしたものであり、アンモニアスリップ防止触媒はハニカム担体に例えば白金をコーティングしたものである。このエンジンの排ガス浄化装置を実施例１とした。
＜比較例１＞
バーナ及び熱交換手段を設けなかったことを以外は実施例１と同一に排ガス浄化装置を構成した。このエンジンの排ガス浄化装置を比較例１とした。
バーナ及び熱交換手段を設けなかったことを以外は実施例１と同一に排ガス浄化装置を構成した。このエンジンの排ガス浄化装置を比較例１とした。
＜比較試験１及び評価＞
実施例１及び比較例１のエンジンの排ガス浄化装置を用いて暖機運転を行い、暖機運転時間及びＮＯｘの排出量をそれぞれ測定した。その結果、比較例１では暖機運転時間が１０分であったのに対し、実施例１では暖機運転時間が７分に短縮した。また比較例１の暖機運転時のＮＯｘ排出量を１００％としたとき、実施例１では暖機運転時のＮＯｘ排出量は７０％に低減した。
実施例１及び比較例１のエンジンの排ガス浄化装置を用いて暖機運転を行い、暖機運転時間及びＮＯｘの排出量をそれぞれ測定した。その結果、比較例１では暖機運転時間が１０分であったのに対し、実施例１では暖機運転時間が７分に短縮した。また比較例１の暖機運転時のＮＯｘ排出量を１００％としたとき、実施例１では暖機運転時のＮＯｘ排出量は７０％に低減した。
１１ ディーゼルエンジン
１２ 排気管
１３ 排ガス浄化手段
１４ バーナ
１６ 吸気管
１７ ＥＧＲパイプ
１８ ＥＧＲ弁
２７ 混合ガス噴射ノズル
２８ 着火手段
３５ 燃料
４０ 混合ガス
４１ 熱交換手段
４２ 循環パイプ
４３ 液体タンク
４４ 液体ポンプ
５１ 冷却水温度センサ
５２ 吸気温度センサ
５６ コントローラ
１２ 排気管
１３ 排ガス浄化手段
１４ バーナ
１６ 吸気管
１７ ＥＧＲパイプ
１８ ＥＧＲ弁
２７ 混合ガス噴射ノズル
２８ 着火手段
３５ 燃料
４０ 混合ガス
４１ 熱交換手段
４２ 循環パイプ
４３ 液体タンク
４４ 液体ポンプ
５１ 冷却水温度センサ
５２ 吸気温度センサ
５６ コントローラ
Claims (3)
- エンジン(11)の排気管(12)に設けられた排ガス浄化手段(13)と、前記排ガス浄化手段(13)より排ガス上流側の排気管(12)に設けられ燃焼熱を発生させるバーナ(14)と、一端が前記排ガス浄化手段(13)より排ガス下流側の排気管(12)に接続され他端が前記エンジン(11)の吸気管(16)に接続されたＥＧＲパイプ(17)と、前記ＥＧＲパイプ(17)に設けられ前記排気管(12)から前記ＥＧＲパイプ(17)を通って前記吸気管(16)に還流される排ガスの流量を調整するＥＧＲ弁(18)とを備えたエンジンの排ガス浄化装置であって、
前記バーナ(14)の発生した燃焼熱の一部を前記エンジン冷却水に与える熱交換手段(41)と、
前記エンジン冷却水の温度を検出する冷却水温度センサ(51)と、
前記ＥＧＲパイプ(17)の接続部より吸気下流側の吸気管(16)内の吸気の温度を検出する吸気温度センサ(52)と、
前記冷却水温度センサ(51)及び前記吸気温度センサ(52)の各検出出力に基づいて前記バーナ(14)、前記ＥＧＲ弁(18)及び前記熱交換手段(41)を制御するコントローラ(56)と
を更に備え、
前記バーナ(14)が、燃料(35)と空気の混合ガス(40)を噴射する混合ガス噴射ノズル(27)と、前記混合ガス(40)を燃焼させる着火手段(28)とを有し、
前記熱交換手段(41)が、前記バーナ(14)の発生した燃焼熱及びエンジン冷却水と間接接触し内部に液体が流通する循環パイプ(42)を有し、
前記循環パイプ(42)が、前記バーナ保炎器(31)内に挿入されて蛇行する受熱部(42a)を有し、
前記排ガス浄化手段(13)が、前記排気管(12)に接続された触媒ハウジング(26)に収容され、
前記混合ガス噴射ノズル(27)の先端が前記バーナ保炎器(31)に接続され、
前記バーナ保炎器(31)が前記触媒用ハウジング(26)より排ガス上流側にこの触媒用ハウジング(26)と一体的に設けられ、
前記バーナ保炎器(31)の外周面のうち前記受熱部(42a)より前記バーナ(14)側に前記排気管(12)が挿入されて、前記バーナ保炎器(31)内に流入した排ガスが前記バーナ保炎器(31)内で旋回流となるように構成された
ことを特徴とするエンジンの排ガス浄化装置。 - 熱交換手段(41)が、前記循環パイプ(42)と、前記循環パイプ(42)に設けられ前記液体を貯留する液体タンク(43)と、前記循環パイプ(42)に設けられ前記液体を前記液体タンク(43)から前記循環パイプ(42)に流通させて前記液体タンク(43)に戻す液体ポンプ(44)とを有する請求項１記載のエンジンの排ガス浄化装置。
- 排ガス浄化手段が、エンジンから排出された排ガス中のＮＯｘを除去する触媒と、前記エンジンから排出された排ガス中のパティキュレートを除去するパティキュレートフィルタとを組合せて構成された請求項１記載のエンジンの排ガス浄化装置。
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