JP5993698B2

JP5993698B2 - Exhaust gas purification device

Info

Publication number: JP5993698B2
Application number: JP2012224207A
Authority: JP
Inventors: 吉弘川田
Original assignee: Hino Motors Ltd
Current assignee: Hino Motors Ltd
Priority date: 2012-10-09
Filing date: 2012-10-09
Publication date: 2016-09-14
Anticipated expiration: 2032-10-09
Also published as: JP2014077371A

Description

本発明は、エンジンの排ガスに含まれる窒素酸化物（ＮＯｘ）を低減して排ガスを浄化する装置に関するものである。 The present invention relates to an apparatus for purifying exhaust gas by reducing nitrogen oxide (NOx) contained in the exhaust gas of the engine.

従来、燃料と燃焼空気の混合物の内燃により作動するエンジンに富化空気を供給する装置が開示されている（例えば、特許文献１参照。）。この富化空気の供給装置は、ケーシング、ケーシングに収容された非多孔質膜、ケーシング内の膜の一方の側にある未透過物用空洞室、及びケーシング内の膜の他方の側にある透過物空洞室を含む選択的ガス透過性膜ユニットと、膜間に未透過空洞室圧力から透過物空洞室圧力へ負の圧力勾配を生成するための圧力変化手段と、酸素富化空気又は窒素富化空気のいずれかをエンジンに導く供給選択バルブとからなる。そして、この装置の操作により大気からの空気を含まない混合物を提供する。なお、上記非多孔質膜は、酸素／窒素の選択性が重量比で少なくとも１．４であり、酸素透過率が５０バーレルであり、パーフルオロ−２，２−ジメチル−１，３−ジオキソールの非晶質共重合体により形成され、非晶質共重合体のガラス遷移温度以下の温度にある。また未透過物用空洞室は、ケーシング内の膜の一方の側に入る大気の供給流から酸素をこの膜を通して選択的に透過させ、そこで生成した窒素富化空気流の未透過物用流源になる。更に透過物空洞室は、酸素富化空気の透過物流源であり、この透過物流原供給流れ比率が段カットを決定する。 Conventionally, an apparatus for supplying enriched air to an engine that operates by internal combustion of a mixture of fuel and combustion air has been disclosed (see, for example, Patent Document 1). The enriched air supply device comprises a casing, a non-porous membrane contained in the casing, a non-permeate cavity on one side of the membrane in the casing, and a permeation on the other side of the membrane in the casing. A selective gas permeable membrane unit including a material cavity, a pressure change means for generating a negative pressure gradient from the non-permeate cavity pressure to the permeate cavity pressure between the membranes, oxygen enriched air or nitrogen rich And a supply selection valve for guiding either of the converted air to the engine. And the mixture which does not contain the air from air | atmosphere is provided by operation of this apparatus. The non-porous membrane has an oxygen / nitrogen selectivity of at least 1.4 by weight, an oxygen permeability of 50 barrels, and perfluoro-2,2-dimethyl-1,3-dioxole. It is formed of an amorphous copolymer and is at a temperature below the glass transition temperature of the amorphous copolymer. The impermeate cavity also selectively allows permeation of oxygen from the atmospheric feed stream entering one side of the membrane in the casing through the membrane, and the nitrogen-enriched air stream generated there is a source for the impermeate. become. Further, the permeate cavity is a permeate stream source of oxygen-enriched air, and the permeate stream feed flow ratio determines the step cut.

このように構成された富化空気の供給装置の動作を説明する。富化空気をエンジンに供給するプロセスは、様々なエンジン性能パラメータの向上に使える。向上するのは、エンジン排ガス中の種々の窒素酸化物濃度の低減、エンジンパワーの増加、エンジンのリーンバーン限界の拡大、そしてコールドスタート排出の低減である。ＮＯｘ排出低減は、窒素富化空気をエンジンに供給することに起因して起こり得る。またコールドスタート排出を低減させ、リーンバーン限界及びエンジン動力を向上させるには、エンジンへ供給する空気は、富化酸素であるべきである。この場合、単にバルブの位置を切り替えるだけで酸素富化空気供給に容易に変換できる。このように、バルブを操作するだけで簡単に、窒素富化未透過物成分の供給と酸素富化透過物成分の供給間で容易に切り替えられる。従って、この装置は、中央プロセッサユニットにプログラムされた判定基準に応じて富化酸素空気又は窒素富化空気のいずれかを必要とする最適のエンジン性能を得るのに使える。 The operation of the enriched air supply apparatus configured as described above will be described. The process of supplying enriched air to the engine can be used to improve various engine performance parameters. Improvements include reducing various nitrogen oxide concentrations in engine exhaust, increasing engine power, increasing engine lean burn limits, and reducing cold start emissions. NOx emissions reduction can occur due to supplying nitrogen-enriched air to the engine. Also, to reduce cold start emissions and improve lean burn limits and engine power, the air supplied to the engine should be enriched oxygen. In this case, it can be easily converted into an oxygen-enriched air supply by simply switching the position of the valve. Thus, the operation can be easily switched between the supply of the nitrogen-enriched non-permeate component and the supply of the oxygen-enriched permeate component simply by operating the valve. Thus, this apparatus can be used to obtain optimal engine performance that requires either enriched oxygen air or nitrogen enriched air depending on the criteria programmed into the central processor unit.

例えば、エンジンが冷たい条件から始動する場合、酸素富化空気を供給してコールドスタート排出を最小限にすることが望ましい。中央プロセッサユニットは、低いエンジン温度を（例えば感知手段から）検出する。プログラムされたアルゴリズムは、スイッチ３方切替ベントバルブを廻し、未透過物成分をベント（発散、放出）し、３方切替供給バルブを廻して透過物成分を供給するように、プロセッサに指示する。プログラムは、シグナルをフローコントロールバルブに送り、最適のコールドスタート排出を達成するよう段カットを行う。感知手段によって検出されて、エンジンが安定状態の運転温度条件を達成したときに、ＮＯｘ排出の低減が望ましくなることがある。プロセッサは、透過物成分がベント（発散、放出）されている間、未透過物成分をエンジンに供給するように、バルブの位置を切り替えるように装置に命令し得る。それ以降、プロセッサは、プログラムされたアルゴリズムに従って、ＮＯｘ排出低減のための最適の段カットに到達するために、出力をフローコントロールバルブに送る。透過物と未透過物供給モードの間の切替に使う多くの基準は、プロセッサアルゴリズム中にプログラムできるようになっている。 For example, when the engine starts from cold conditions, it is desirable to supply oxygen-enriched air to minimize cold start emissions. The central processor unit detects a low engine temperature (eg from sensing means). The programmed algorithm instructs the processor to turn the switch three-way switching vent valve to vent the unpermeate component (divergence, release) and to turn the three-way switching supply valve to supply the permeate component. The program sends a signal to the flow control valve to make a step cut to achieve optimal cold start emissions. A reduction in NOx emissions may be desirable when the engine achieves a steady operating temperature condition as detected by the sensing means. The processor may instruct the device to switch the position of the valve to supply the non-permeate component to the engine while the permeate component is vented. Thereafter, the processor sends the output to the flow control valve to reach the optimum stage cut for NOx emission reduction according to the programmed algorithm. Many criteria used to switch between permeate and non-permeate feed modes can be programmed into the processor algorithm.

特表２００２−５０４６４３号公報（請求項１７、段落［００４３］、［００４３］、［００５４］、［００５５］、図４）JP-T-2002-504643 (Claim 17, paragraphs [0043], [0043], [0054], [0055], FIG. 4)

しかし、上記従来の特許文献１に示された富化空気の供給装置では、選択的ガス透過性膜ユニットで分離された窒素富化空気に比較的多くの水分が含まれていると、この窒素富化空気をＮＯｘの排出を低減するためにエンジンに供給したときに、エンジン内部に上記水分による腐食等が発生するおそれがあった。 However, in the conventional apparatus for supplying enriched air shown in Patent Document 1, when nitrogen-enriched air separated by the selective gas permeable membrane unit contains a relatively large amount of water, When the enriched air is supplied to the engine in order to reduce NOx emissions, there is a possibility that corrosion due to the moisture or the like may occur inside the engine.

本発明の第１の目的は、ドライヤで乾燥した空気を空気分離器で分離して得られた窒素富化ガスをＥＧＲ管に供給することにより、エンジンから排出される排ガス中のＮＯｘを効率良く低減できるとともに、エンジン内部の腐食等を防止できる、排ガス浄化装置を提供することにある。本発明の第２の目的は、排ガス中のＮＯの一部をオゾンと反応させて反応性の高いＮＯ₂にすることにより、排ガス温度が低いときであってもＮＯｘを効率良く低減できる、排ガス浄化装置を提供することにある。本発明の第３の目的は、空気分離器で分離された酸素富化ガス又は窒素富化ガスの一部を、パージ手段によりドライヤに供給し、このドライヤで分離された水蒸気（水分）とともに排出することにより、ドライヤを効率良く再生できる、排ガス浄化装置を提供することにある。 A first object of the present invention is to efficiently supply NOx in exhaust gas discharged from an engine by supplying nitrogen-enriched gas obtained by separating air dried by a dryer with an air separator to an EGR pipe. An object of the present invention is to provide an exhaust gas purification device that can reduce the corrosion and prevent corrosion inside the engine. The second object of the present invention is to make it possible to efficiently reduce NOx even when the exhaust gas temperature is low by reacting part of NO in the exhaust gas with ozone to make it highly reactive NO _2. It is to provide a purification device. The third object of the present invention is to supply a part of the oxygen-enriched gas or nitrogen-enriched gas separated by the air separator to the dryer by the purge means, and discharge it together with the water vapor (moisture) separated by this dryer. Thus, an object of the present invention is to provide an exhaust gas purifying apparatus capable of efficiently regenerating a dryer.

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の排気通路１３と吸気通路１２をエンジン１１をバイパスして接続しエンジン１１の排ガスの一部をＥＧＲガスとして排気通路１３から吸気通路１２に還流するＥＧＲ管１９と、ＥＧＲ管１９に設けられＥＧＲ管１９を流れるＥＧＲガスの流量を調整するＥＧＲバルブ２０とを備えた排ガス浄化装置において、空気を圧縮する空気用コンプレッサ２３と、空気用コンプレッサ２３により圧縮された空気に含まれる水分を捕集してこの空気を乾燥させるドライヤ２４と、ドライヤ２４により乾燥された空気を酸素濃度の高い酸素富化ガスと窒素濃度の高い窒素富化ガスとに分離する空気分離器２６と、空気分離器２６で分離された窒素富化ガスをＥＧＲ管１９に供給する窒素富化ガス供給手段３６と、空気分離器２６で分離された酸素富化ガスの一部を用いてドライヤ２４内の水分を除去するパージ手段４０を備えたことを特徴とする。 As shown in FIGS. 1 and 2, the first aspect of the present invention connects the exhaust passage 13 and the intake passage 12 of the engine 11 by bypassing the engine 11, and exhausts a part of the exhaust gas of the engine 11 as EGR gas. In an exhaust gas purifying apparatus comprising an EGR pipe 19 that recirculates from the passage 13 to the intake passage 12 and an EGR valve 20 that is provided in the EGR pipe 19 and adjusts the flow rate of the EGR gas that flows through the EGR pipe 19. The compressor 23, a dryer 24 that collects moisture contained in the air compressed by the air compressor 23 and dries the air, and the air dried by the dryer 24 is converted into an oxygen-enriched gas and a nitrogen concentration with a high oxygen concentration. Air separator 26 that separates into high nitrogen enriched gas, and nitrogen enriched gas that supplies the nitrogen enriched gas separated by air separator 26 to EGR pipe 19 And gas supply means 36, and further comprising a purge means 40 for removing moisture in the dryer 24 by using a portion of the separated oxygen-enriched gas in air separator 26.

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４に示すように、空気分離器２６が酸素富化膜２６ａを有し、酸素富化ガスはドライヤ２４により乾燥された空気が酸素富化膜２６ａを通過することにより生成され、窒素富化ガスはドライヤ２４により乾燥された空気が酸素富化膜２６ａを通過せずに素通りすることにより生成されることを特徴とする。 The second aspect of the present invention is an invention based on the first aspect. As shown in FIG. 4, the air separator 26 has an oxygen-enriched film 26 a, and the oxygen-enriched gas is supplied by a dryer 24. The dried air is generated by passing through the oxygen-enriched film 26a, and the nitrogen-enriched gas is generated by passing the air dried by the dryer 24 without passing through the oxygen-enriched film 26a. Features.

本発明の第１の観点の排ガス浄化装置では、空気用コンプレッサで圧縮した空気をドライヤで乾燥した後に、空気分離器で窒素富化ガス及び酸素富化ガスに分離し、この分離した窒素富化ガスをＥＧＲ管に供給するので、エンジンから排出される排ガス中のＮＯｘを効率良く低減できる。また選択的ガス透過性膜ユニットで分離された窒素富化空気に比較的多くの水分が含まれていると、この窒素富化空気をＮＯｘの排出を低減するためにエンジンに供給したときに、エンジン内部に上記水分による腐食等が発生するおそれがあった従来の富化空気の供給装置と比較して、本発明では、上述のように、空気用コンプレッサで圧縮した空気をドライヤで乾燥した後に、空気分離器で窒素富化ガス及び酸素富化ガスに分離し、この分離した窒素富化ガスをＥＧＲ管に供給するので、エンジン内部の腐食等を防止できる。
また、本発明の第１の観点の排ガス浄化装置では、空気分離器で分離された酸素富化ガス又は窒素富化ガスの一部が、パージ手段によりドライヤに供給され、このドライヤで分離された水蒸気（水分）とともに排出される。オゾン発生器を用いない場合、空気分離器で分離された不要な酸素富化ガスによりドライヤが再生される。一方、オゾン発生器を用いる場合、窒素富化ガスのうちＥＧＲ管に供給されない一部によりドライヤが再生される。この結果、ドライヤを効率良く再生できる。 In the exhaust gas purifying apparatus according to the first aspect of the present invention, after the air compressed by the air compressor is dried by a dryer, it is separated into nitrogen-enriched gas and oxygen-enriched gas by an air separator. Since gas is supplied to the EGR pipe, NOx in the exhaust gas discharged from the engine can be efficiently reduced. Also, if the nitrogen-enriched air separated by the selective gas permeable membrane unit contains a relatively large amount of water, when the nitrogen-enriched air is supplied to the engine to reduce NOx emissions, Compared with the conventional enriched air supply device that may cause corrosion due to moisture inside the engine, in the present invention, as described above, after the air compressed by the air compressor is dried by the dryer The air separator separates the nitrogen-enriched gas and the oxygen-enriched gas, and the separated nitrogen-enriched gas is supplied to the EGR pipe, so that corrosion inside the engine can be prevented.
In the exhaust gas purifying apparatus according to the first aspect of the present invention, part of the oxygen-enriched gas or nitrogen-enriched gas separated by the air separator is supplied to the dryer by the purge means and separated by this dryer. It is discharged together with water vapor (water). When the ozone generator is not used, the dryer is regenerated by unnecessary oxygen-enriched gas separated by the air separator. On the other hand, when the ozone generator is used, the dryer is regenerated by a part of the nitrogen-enriched gas that is not supplied to the EGR pipe. As a result, the dryer can be efficiently regenerated.

本発明の第２の観点の排ガス浄化装置では、空気分離器を酸素富化膜により構成し、ドライヤにより乾燥された空気が酸素富化膜を通過することにより酸素富化ガスを生成し、ドライヤにより乾燥された空気が酸素富化膜を通過せずに素通りすることにより窒素富化ガスを生成するので、酸素富化膜により酸素富化ガス及び窒素富化ガスが確実に分離される。この結果、比較的簡易な構造の空気分離器で、この空気分離器の酸素富化膜により酸素富化ガス及び窒素富化ガスを効率良く生成できる。 In the exhaust gas purifying apparatus according to the second aspect of the present invention, the air separator is constituted by an oxygen-enriched membrane, and air dried by a dryer passes through the oxygen-enriched membrane to generate an oxygen-enriched gas. Since the air dried by (1) passes through the oxygen-enriched membrane without passing through it, a nitrogen-enriched gas is generated, so that the oxygen-enriched gas and the nitrogen-enriched gas are reliably separated by the oxygen-enriched membrane. As a result, with an air separator having a relatively simple structure, an oxygen-enriched gas and a nitrogen-enriched gas can be efficiently generated by the oxygen-enriched membrane of the air separator.

本発明第１実施形態の排ガス浄化装置の構成図である。It is a lineblock diagram of an exhaust gas purification device of a 1st embodiment of the present invention. その排ガス浄化装置に用いられる空気用コンプレッサ、ドライヤ、空気分離器等を収容したケースを破断した状態であって各部材の配管による接続状態を示す図である。It is a figure which is the state which fractured | ruptured the case which accommodated the air compressor, dryer, air separator, etc. which are used for the exhaust gas purification apparatus, and shows the connection state by piping of each member. そのドライヤの水蒸気分離膜を構成する中空糸の要部拡大断面図である。It is a principal part expanded sectional view of the hollow fiber which comprises the water vapor separation membrane of the dryer. その空気分離器の酸素富化膜を構成する中空糸の要部拡大断面図である。It is a principal part expanded sectional view of the hollow fiber which comprises the oxygen enrichment film | membrane of the air separator. その空気分離器で分離された窒素富化ガスの流量の変化に対するＥＧＲガス流量の低減率と水分量の低下率のそれぞれの変化を示す図である。It is a figure which shows each change of the reduction rate of the EGR gas flow rate with respect to the change of the flow rate of the nitrogen enriched gas isolate | separated with the air separator, and the fall rate of a moisture content. 本発明第２実施形態の排ガス浄化装置の構成図である。It is a block diagram of the exhaust gas purification apparatus of 2nd Embodiment of this invention. その排ガス浄化装置に用いられる空気用コンプレッサ、ドライヤ、空気分離器、オゾン発生器等を収容したケースを破断した状態であって各部材の配管による接続状態を示す図である。It is a figure which is the state which fractured | ruptured the case which accommodated the air compressor, dryer, air separator, ozone generator etc. which are used for the exhaust gas purification apparatus, and shows the connection state by piping of each member.

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。（なお、以下に記載の「第２の実施の形態」は「参考の形態」である。）
Next, an embodiment for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings. (The “second embodiment” described below is a “reference embodiment”.)

＜第１の実施の形態＞
図１に示すように、ディーゼルエンジン１１の吸気ポートには吸気マニホルド１２ａを介して吸気管１２ｂが接続され、排気ポートには排気マニホルド１３ａを介して排気管１３ｂが接続される。上記吸気マニホルド１２ａ及び吸気管１２ｂにより吸気通路１２が構成され、排気マニホルド１３ａ及び排気管１３ｂにより排気通路１３が構成される。吸気管１２ｂには、ターボ過給機１７のコンプレッサハウジング１７ａと、ターボ過給機１７により圧縮された吸気を冷却するインタクーラ１８とがそれぞれ設けられ、排気管１３ｂにはターボ過給機１７のタービンハウジング１７ｂが設けられる。コンプレッサハウジング１７ａにはコンプレッサ回転翼（図示せず）が回転可能に収容され、タービンハウジング１７ｂにはタービン回転翼（図示せず）が回転可能に収容される。コンプレッサ回転翼とタービン回転翼とはシャフト（図示せず）により連結され、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回転翼及びシャフトを介してコンプレッサ回転翼が回転し、このコンプレッサ回転翼の回転により吸気管内の吸入空気が圧縮されるように構成される。また排気マニホルド１３ａと吸気管１２ｂとは、ＥＧＲ管１９によりエンジン１１をバイパスして接続される。このＥＧＲ管１９は排気マニホルド１３ａから分岐し、インタクーラ１８より吸気下流側の吸気管１２ｂに合流する。これによりＥＧＲ管１９には、エンジン１１の排ガスの一部をＥＧＲガスとして排気マニホルド１３ａから吸気管１２ｂに向って流れるようになっている。更にＥＧＲ管１９には、排気マニホルド１３ａから吸気管１２ｂに還流されるＥＧＲガスの流量を調整するＥＧＲバルブ２０が設けられる。なお、図１中の符号２１は、ＥＧＲ管１９を通るＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラである。 <First Embodiment>
As shown in FIG. 1, an intake pipe 12b is connected to an intake port of a diesel engine 11 via an intake manifold 12a, and an exhaust pipe 13b is connected to an exhaust port via an exhaust manifold 13a. The intake manifold 12a and the intake pipe 12b constitute an intake passage 12, and the exhaust manifold 13a and the exhaust pipe 13b constitute an exhaust passage 13. The intake pipe 12b is provided with a compressor housing 17a of the turbocharger 17 and an intercooler 18 for cooling the intake air compressed by the turbocharger 17, and the exhaust pipe 13b is provided with a turbine of the turbocharger 17. A housing 17b is provided. Compressor rotor blades (not shown) are rotatably accommodated in the compressor housing 17a, and turbine rotor blades (not shown) are rotatably accommodated in the turbine housing 17b. The compressor rotor blades and the turbine rotor blades are connected by a shaft (not shown), and the compressor rotor blades are rotated via the turbine rotor blades and the shaft by the energy of the exhaust gas discharged from the engine 11, and the compressor rotor blades are rotated. Thus, the intake air in the intake pipe is compressed. Further, the exhaust manifold 13a and the intake pipe 12b are connected by bypassing the engine 11 by the EGR pipe 19. The EGR pipe 19 branches from the exhaust manifold 13 a and joins to the intake pipe 12 b on the intake downstream side of the intercooler 18. As a result, part of the exhaust gas from the engine 11 flows through the EGR pipe 19 as EGR gas from the exhaust manifold 13a toward the intake pipe 12b. Further, the EGR pipe 19 is provided with an EGR valve 20 that adjusts the flow rate of EGR gas recirculated from the exhaust manifold 13a to the intake pipe 12b. In addition, the code | symbol 21 in FIG. 1 is an EGR cooler which cools the EGR gas which passes the EGR pipe | tube 19. As shown in FIG.

上記ＥＧＲ管１９には、上記ＥＧＲガスに加えて、富化ガス生成装置２２により生成された窒素濃度の高い窒素富化ガスが供給される。この富化ガス生成装置２２は、大気中の空気を圧縮する空気用コンプレッサ２３と、空気用コンプレッサ２３により圧縮された空気に含まれる水分を捕集して空気を乾燥させるドライヤ２４と、ドライヤ２４により乾燥された空気を酸素濃度の高い酸素富化ガスと窒素濃度の高い窒素富化ガスとに分離する空気分離器２６とを有する。上記空気用コンプレッサ４１は、この実施の形態では、直流電圧２４Ｖのバッテリで駆動されるように構成される。なお、この実施の形態では、空気用コンプレッサを直流電圧２４Ｖのバッテリで駆動したが、空気用コンプレッサを、エンジンのクランク軸で駆動したり、或いはハイブリッド車であれば直流電圧２００〜３００Ｖのバッテリで駆動してもよい。 In addition to the EGR gas, the EGR pipe 19 is supplied with a nitrogen-enriched gas having a high nitrogen concentration generated by the enriched gas generator 22. The enriched gas generator 22 includes an air compressor 23 that compresses air in the atmosphere, a dryer 24 that collects moisture contained in the air compressed by the air compressor 23 and dries the air, and a dryer 24. The air separator 26 separates the air dried by the above step into an oxygen-enriched gas having a high oxygen concentration and a nitrogen-enriched gas having a high nitrogen concentration. In this embodiment, the air compressor 41 is configured to be driven by a battery having a DC voltage of 24V. In this embodiment, the air compressor is driven by a battery having a DC voltage of 24V. However, the air compressor is driven by a crankshaft of an engine, or in the case of a hybrid vehicle, a battery having a DC voltage of 200 to 300V. It may be driven.

上記ドライヤ２４は、水蒸気（水分）を透過し易くかつ空気を透過し難い水蒸気分離膜２４ａ（図３）と、この水蒸気分離膜２４ａを収容する筒状のハウジング２４ｄ（図２）とを有する。この水蒸気分離膜２４ａは、例えば膜厚１００μｍ、外径５００μｍ及び長さ４５０ｍｍの芳香族ポリイミドの非対称性の中空糸２４ｂを束ねて形成され、ハウジング２４ｄにその長手方向に延びて収容される（図２）。上記中空糸２４ｂは、中央に通孔２４ｃが形成され、膜厚方向に非対称の粗密構造を有する。上記通孔２４ｃの内径は例えば３００μｍに形成される。またハウジング２４ｄの下面には、空気用コンプレッサ２３により圧縮された空気を導入する空気導入口２４ｅが形成され、ハウジング２４ｄの上面には、ドライヤ２４により乾燥された空気を排出する空気排出口２４ｆが形成される。空気導入口２４ｅは水蒸気分離膜２４ａの各中空糸２４ｂの下端に接続され、空気排出口２４ｆは水蒸気分離膜２４ａの各中空糸２４ｂの上端に接続され、これにより空気導入口２４ｅ及び空気排出口２４ｆは各中空糸２４ｂの通孔２４ｃに連通接続される（図２及び図３）。更にハウジング２４ｄの側壁上部には、後述する窒素富化ガスをパージガスとして導入するパージガス導入口２４ｇが形成され、ハウジング２４ｄの側壁下部には、パージガスである窒素富化ガスを水蒸気（水分）とともに排出するパージガス排出口２４ｈが形成される（図２）。そしてパージガス導入口２４ｇから導入された窒素富化ガスは水蒸気分離膜２４ａの中空糸２４ｂの外周面を通過してパージガス排出口２４ｈから排出されるように構成される。 The dryer 24 includes a water vapor separation membrane 24a (FIG. 3) that is easily permeable to water vapor (water) and hardly permeable to air, and a cylindrical housing 24d (FIG. 2) that accommodates the water vapor separation membrane 24a. The water vapor separation membrane 24a is formed by bundling, for example, an aromatic polyimide asymmetric hollow fiber 24b having a film thickness of 100 μm, an outer diameter of 500 μm, and a length of 450 mm, and is housed in a housing 24d extending in the longitudinal direction thereof (see FIG. 2). The hollow fiber 24b has a through hole 24c at the center and has an asymmetrical dense structure in the film thickness direction. The inner diameter of the through hole 24c is, for example, 300 μm. An air inlet 24e for introducing air compressed by the air compressor 23 is formed on the lower surface of the housing 24d, and an air outlet 24f for discharging air dried by the dryer 24 is formed on the upper surface of the housing 24d. It is formed. The air introduction port 24e is connected to the lower end of each hollow fiber 24b of the water vapor separation membrane 24a, and the air discharge port 24f is connected to the upper end of each hollow fiber 24b of the water vapor separation membrane 24a, whereby the air introduction port 24e and the air discharge port 24f is connected in communication with the through hole 24c of each hollow fiber 24b (FIGS. 2 and 3). Further, a purge gas introduction port 24g for introducing a nitrogen-enriched gas, which will be described later, as a purge gas is formed in the upper portion of the side wall of the housing 24d. A purge gas discharge port 24h is formed (FIG. 2). The nitrogen-enriched gas introduced from the purge gas inlet 24g passes through the outer peripheral surface of the hollow fiber 24b of the water vapor separation membrane 24a and is discharged from the purge gas outlet 24h.

ここで、水蒸気分離膜２４ａの各中空糸２４ｂの通孔２４ｃを、水蒸気（水分）の含まれる空気が流れると、中空糸２４ｂの膜の内面側及び外面側に存在する水蒸気分圧の差を駆動力として、通孔２４ｃを流れる空気中の水蒸気が、水蒸気分圧の高い中空糸２４ｂの膜の内面側から水蒸気分圧の低い中空糸２４ｂの膜の外面側へ透過するため、中空糸２４ｂの通孔２４ｃを流れる空気中の水蒸気が減少し、乾燥した空気が空気排出口２４ｆから排出されるようになっている（図３）。 Here, when air containing water vapor (water) flows through the through holes 24c of the hollow fibers 24b of the water vapor separation membrane 24a, the difference in water vapor partial pressure existing on the inner surface side and the outer surface side of the hollow fiber 24b membrane is determined. As driving force, water vapor in the air flowing through the through-hole 24c permeates from the inner surface side of the membrane of the hollow fiber 24b having a high water vapor partial pressure to the outer surface side of the membrane of the hollow fiber 24b having a low water vapor partial pressure. The water vapor in the air flowing through the through hole 24c is reduced, and the dried air is discharged from the air discharge port 24f (FIG. 3).

一方、空気分離器２６は、大気中の窒素ガスより酸素ガスを透過し易い性質を有する酸素富化膜２６ａ（図４）と、この酸素富化膜２６ａを収容する筒状のハウジング２６ｄ（図２）とを有する。酸素富化膜２６ａは、ドライヤ２４により乾燥された空気を酸素濃度の高い酸素富化ガスと窒素濃度の高い窒素富化ガスとに分離するように構成される。具体的には、酸素富化膜２６ａは、窒素ガスと比較して酸素ガスを選択的に透過する高分子からなり中央に通孔２６ｃが形成された中空糸２６ｂを束ねて形成され（図４）、ハウジング２６ｄにその長手方向に延びて収容される（図２）。また酸素富化膜２６ａを構成する中空糸２６ｂは、酸素ガスと窒素ガスの分離度が大きいガラス状高分子により形成されることが好ましく、酸素ガスと窒素ガスの分離度が特に大きく、機械的強度、耐熱性及び耐久性などに優れるポリイミドにより形成されることが更に好ましい。また酸素富化膜２６ａを構成する中空糸２６ｂの膜は、膜厚方向に密度が均一な均質膜であってもよく、或いは内径、外径及び密度の異なる複数の中空糸を嵌挿することにより膜厚方向に密度が不均一に形成された複合膜を用いてもよいが、膜厚方向に非対称の粗密構造を有することにより透過速度が大きい非対称膜を用いることが好ましい。更に中空糸２６ｂの膜厚は１０μｍ〜５００μｍの範囲に設定され、中空糸２６ｂの外径は５０μｍ〜２０００μｍの範囲に設定されることが好ましい。 On the other hand, the air separator 26 includes an oxygen-enriched film 26a (FIG. 4) having a property of allowing oxygen gas to permeate more easily than nitrogen gas in the atmosphere, and a cylindrical housing 26d (FIG. 4) that accommodates the oxygen-enriched film 26a. 2). The oxygen-enriched film 26a is configured to separate the air dried by the dryer 24 into an oxygen-enriched gas having a high oxygen concentration and a nitrogen-enriched gas having a high nitrogen concentration. Specifically, the oxygen-enriched membrane 26a is formed by bundling hollow fibers 26b made of a polymer that selectively transmits oxygen gas compared to nitrogen gas and having a through hole 26c formed in the center (FIG. 4). ), And is accommodated in the housing 26d extending in the longitudinal direction thereof (FIG. 2). Further, the hollow fiber 26b constituting the oxygen-enriched membrane 26a is preferably formed of a glassy polymer having a high degree of separation between oxygen gas and nitrogen gas, and the degree of separation between oxygen gas and nitrogen gas is particularly large and mechanical. More preferably, it is formed of polyimide having excellent strength, heat resistance and durability. The membrane of the hollow fiber 26b constituting the oxygen-enriched membrane 26a may be a homogeneous membrane having a uniform density in the film thickness direction, or a plurality of hollow fibers having different inner diameters, outer diameters, and densities are inserted. A composite film having a non-uniform density in the film thickness direction may be used, but it is preferable to use an asymmetric film having a high transmission rate by having an asymmetrical dense structure in the film thickness direction. Furthermore, it is preferable that the film thickness of the hollow fiber 26b is set in a range of 10 μm to 500 μm, and the outer diameter of the hollow fiber 26b is set in a range of 50 μm to 2000 μm.

酸素富化膜２６ａを収容するハウジング２６ｄの上面には、ドライヤ２４により乾燥された空気を導入する乾燥空気導入口２６ｅが形成され、ハウジング２６ｄの下面には、空気分離器２６により分離された窒素富化ガスを排出する窒素富化ガス排出口２６ｆが形成される（図２）。乾燥空気導入口２６ｅは酸素富化膜２６ａの各中空糸２６ｂの上端に接続され、窒素富化ガス排出口２６ｆは酸素富化膜２６ａの各中空糸２６ｂの下端に接続され、これにより乾燥空気導入口２６ｅ及び窒素富化ガス排出口２６ｆは各中空糸２６ｂの通孔２６ｃに連通接続される。また酸素富化膜２６ａを収容するハウジング２６ｄの側壁下部には、酸素富化ガスを排出する酸素富化ガス排出口２６ｇが形成される。酸素富化膜２６ａの中空糸２６ｂの膜を通過することにより、酸素濃度が高くなった酸素富化ガスは酸素富化ガス排出口２６ｇから排出されるように構成される。 A dry air inlet 26e for introducing air dried by the dryer 24 is formed on the upper surface of the housing 26d that accommodates the oxygen-enriched film 26a, and nitrogen separated by the air separator 26 is formed on the lower surface of the housing 26d. A nitrogen-enriched gas discharge port 26f for discharging the enriched gas is formed (FIG. 2). The dry air inlet 26e is connected to the upper end of each hollow fiber 26b of the oxygen-enriched membrane 26a, and the nitrogen-enriched gas outlet 26f is connected to the lower end of each hollow fiber 26b of the oxygen-enriched membrane 26a. The inlet 26e and the nitrogen-enriched gas outlet 26f are connected in communication with the through hole 26c of each hollow fiber 26b. An oxygen-enriched gas discharge port 26g for discharging oxygen-enriched gas is formed in the lower portion of the side wall of the housing 26d that accommodates the oxygen-enriched film 26a. By passing through the membrane of the hollow fiber 26b of the oxygen-enriched membrane 26a, the oxygen-enriched gas having an increased oxygen concentration is discharged from the oxygen-enriched gas discharge port 26g.

ここで、酸素富化膜２６ａにより酸素濃度の高い酸素富化ガスと窒素濃度の高い窒素富化ガスとに分離される原理を説明する。酸素富化膜２６ａの各中空糸２６ｂの通孔２６ｃを、乾燥した空気が流れると、中空糸２６ｂの膜が熱振動して気体が通過する隙間が形成されるため、上記乾燥した空気中の酸素分子や窒素分子が上記隙間に取込まれる。このとき酸素富化膜２６ａの厚さは比較的薄く形成され、酸素分子が中空糸２６ｂの膜を透過する速度は窒素分子が中空糸２６ｂの膜を透過する速度より約２．５倍大きいため、酸素分子が分圧の高い中空糸２６ｂの膜の内面側から分圧の低い中空糸２６ｂの外面側に速やかに透過する。これにより中空糸２６ｂの膜の外面側の酸素濃度が高くなり、中空糸２６ｂの膜の内面側の酸素濃度が低くなる。この結果、酸素富化ガスは空気が酸素富化膜２６ａを通過することにより生成され、窒素富化ガスは空気が酸素富化膜２６ａを通過せずに素通りすることにより生成される。なお、上記熱振動により中空糸２６ｂの膜に形成される隙間は５ｎｍ程度である。 Here, the principle of separation into an oxygen-enriched gas having a high oxygen concentration and a nitrogen-enriched gas having a high nitrogen concentration by the oxygen-enriched film 26a will be described. When dry air flows through the through holes 26c of the hollow fibers 26b of the oxygen-enriched membrane 26a, the membrane of the hollow fibers 26b is thermally vibrated to form a gap through which gas passes. Oxygen molecules and nitrogen molecules are taken into the gaps. At this time, the oxygen-enriched membrane 26a is formed to be relatively thin, and the rate at which oxygen molecules permeate through the hollow fiber 26b membrane is about 2.5 times greater than the rate at which nitrogen molecules permeate through the hollow fiber 26b membrane. Oxygen molecules quickly permeate from the inner surface side of the membrane of the hollow fiber 26b having a high partial pressure to the outer surface side of the hollow fiber 26b having a low partial pressure. Thereby, the oxygen concentration on the outer surface side of the membrane of the hollow fiber 26b is increased, and the oxygen concentration on the inner surface side of the membrane of the hollow fiber 26b is decreased. As a result, the oxygen-enriched gas is generated when air passes through the oxygen-enriched film 26a, and the nitrogen-enriched gas is generated when air passes through the oxygen-enriched film 26a without passing through it. The gap formed in the membrane of the hollow fiber 26b by the thermal vibration is about 5 nm.

一方、空気用コンプレッサ２３の吐出口は第１供給管３１によりドライヤ２４の空気導入口２４ｅに接続され、ドライヤ２４の空気排出口２４ｆは第２供給管３２により空気分離器２６の乾燥空気導入口２６ｅに接続される（図１及び図２）。また空気分離器２６の窒素富化ガス排出口２６ｆは、第３供給管３３により、ＥＧＲバルブ２０と吸気管１２ｂへの接続部との間のＥＧＲ管１９に接続される。この第３供給管３３には、窒素富化ガスを吸気管１２ｂに供給する窒素富化ガス用コンプレッサ３４と、吸気管１２ｂへの窒素富化ガスの供給量を調整する窒素富化ガス流量調整弁３５が設けられる。上記窒素富化ガス用コンプレッサ３４は、この実施の形態では、直流電圧２４Ｖのバッテリで駆動されるように構成される。上記第３供給管３３、窒素富化ガス用コンプレッサ３４及び及び窒素富化ガス流量調整弁３５により窒素富化ガス供給手段３６が構成される。また空気分離器２６の酸素富化ガス排出口２６ｇはパージ管３７によりドライヤ２４のパージガス導入口２４ｇに接続され、ドライヤ２４のパージガス排出口２４ｈにはドレン管３８の一端が接続され、パージ管３７にはこのパージ管３７を通過する酸素富化ガスの流量を調整するパージ流量調整弁３９が設けられる。上記パージ管３７、ドレン管３８及びパージ流量調整弁３９によりパージ手段４０が構成される。上記ドレン管３８の他端は、後述する選択還元型触媒４３より排ガス下流側の排気管１６ｂに接続される。更に第１供給管３１には空気用コンプレッサ２３で圧縮された空気を貯留するエアタンク４１が設けられる。上記エアタンク４１は、酸素富化ガス及び窒素富化ガスの流量を急激に変化させても、空気分離器２６に十分な量の空気を供給するとともに、空気の圧力変動を緩和するために設けられる。なお、図２中の符号４２は富化ガス生成装置２２の各部材を収容する筐体である。 On the other hand, the discharge port of the air compressor 23 is connected to the air introduction port 24e of the dryer 24 by the first supply pipe 31, and the air discharge port 24f of the dryer 24 is connected to the dry air introduction port of the air separator 26 by the second supply pipe 32. 26e (FIGS. 1 and 2). Further, the nitrogen-enriched gas discharge port 26f of the air separator 26 is connected to the EGR pipe 19 between the EGR valve 20 and the connection part to the intake pipe 12b by the third supply pipe 33. The third supply pipe 33 includes a nitrogen-enriched gas compressor 34 that supplies nitrogen-enriched gas to the intake pipe 12b, and a nitrogen-enriched gas flow rate adjustment that adjusts the supply amount of the nitrogen-enriched gas to the intake pipe 12b. A valve 35 is provided. In this embodiment, the nitrogen-enriched gas compressor 34 is configured to be driven by a battery having a DC voltage of 24V. The third supply pipe 33, the nitrogen-enriched gas compressor 34, and the nitrogen-enriched gas flow rate adjusting valve 35 constitute a nitrogen-enriched gas supply means 36. The oxygen-enriched gas outlet 26g of the air separator 26 is connected to the purge gas inlet 24g of the dryer 24 by a purge pipe 37, and one end of a drain pipe 38 is connected to the purge gas outlet 24h of the dryer 24. Is provided with a purge flow rate adjusting valve 39 for adjusting the flow rate of the oxygen-enriched gas passing through the purge pipe 37. The purge means 37 is constituted by the purge pipe 37, the drain pipe 38 and the purge flow rate adjusting valve 39. The other end of the drain pipe 38 is connected to the exhaust pipe 16b on the exhaust gas downstream side of the selective reduction catalyst 43 described later. Further, the first supply pipe 31 is provided with an air tank 41 for storing the air compressed by the air compressor 23. The air tank 41 is provided to supply a sufficient amount of air to the air separator 26 and relieve air pressure fluctuations even when the flow rates of the oxygen-enriched gas and the nitrogen-enriched gas are suddenly changed. . In addition, the code | symbol 42 in FIG. 2 is a housing | casing which accommodates each member of the enriched gas production | generation apparatus 22. FIG.

一方、排気管１６ｂの途中には銀系触媒からなる選択還元型触媒４３が設けられる（図１）。選択還元型触媒４３は排気管１６ｂより大径のケース４４に収容される。選択還元型触媒４３は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銀ゼオライト又は銀アルミナをコーティングして構成される。具体的には、銀ゼオライトからなる選択還元型触媒４３は、銀をイオン交換したゼオライト粉末を含むスラリーをハニカム担体にコーティングして構成される。また銀アルミナからなる選択還元型触媒４３は、銀を担持させたγ−アルミナ粉末又はθ−アルミナ粉末を含むスラリーをハニカム担体にコーティングして構成される。なお、この実施の形態では、選択還元型触媒として銀系触媒を用いたが、パラジウムを添加した銀系触媒を用いてもよい。即ち、パラジウム添加の銀系触媒からなる選択還元型触媒は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、パラジウムを添加した銀ゼオライト又は銀アルミナをコーティングして構成される。具体的には、パラジウムを添加した銀ゼオライトからなる選択還元型触媒は、銀及びパラジウムをイオン交換したゼオライト粉末を含むスラリーをハニカム担体にコーティングして構成される。またパラジウムを添加した銀アルミナからなる選択還元型触媒は、銀及びパラジウムを担持させたγ−アルミナ粉末又はθ−アルミナ粉末を含むスラリーをハニカム担体にコーティングして構成される。選択還元型触媒としてパラジウムを添加した銀系触媒を用いることにより、パラジウムを添加しない銀系触媒を用いた場合より、排ガス温度の比較的低温時における排ガス中のＮＯｘの低減性能を向上できる。 On the other hand, a selective reduction catalyst 43 made of a silver catalyst is provided in the middle of the exhaust pipe 16b (FIG. 1). The selective reduction catalyst 43 is accommodated in a case 44 having a larger diameter than the exhaust pipe 16b. The selective reduction catalyst 43 is a monolithic catalyst, and is configured by coating a cordierite honeycomb carrier with silver zeolite or silver alumina. Specifically, the selective reduction catalyst 43 made of silver zeolite is configured by coating a honeycomb carrier with a slurry containing zeolite powder obtained by ion exchange of silver. The selective reduction catalyst 43 made of silver alumina is configured by coating a honeycomb carrier with a slurry containing γ-alumina powder or θ-alumina powder supporting silver. In this embodiment, a silver-based catalyst is used as the selective reduction catalyst, but a silver-based catalyst to which palladium is added may be used. That is, the selective catalytic reduction catalyst composed of a palladium-added silver-based catalyst is a monolithic catalyst, and is configured by coating a honeycomb carrier made of cordierite with silver zeolite or silver alumina added with palladium. Specifically, the selective catalytic reduction catalyst made of silver zeolite to which palladium is added is configured by coating a honeycomb carrier with a slurry containing zeolite powder obtained by ion exchange of silver and palladium. The selective reduction catalyst made of silver alumina to which palladium is added is configured by coating a honeycomb carrier with a slurry containing γ-alumina powder or θ-alumina powder supporting silver and palladium. By using a silver-based catalyst to which palladium is added as the selective reduction catalyst, the NOx reduction performance in the exhaust gas at a relatively low exhaust gas temperature can be improved as compared with the case where a silver-based catalyst to which palladium is not added is used.

一方、選択還元型触媒４３より排ガス上流側の排気管１６ｂには、この排気管１６ｂに還元剤４５を噴射（供給）する還元剤供給手段４６が接続される（図１）。還元剤供給手段４６は、選択還元型触媒４３より排ガス上流側の排気管１６ｂ内に臨む還元剤噴射ノズル４７と、還元剤噴射ノズル４７に先端が接続された還元剤供給管４８と、この還元剤供給管４８の基端に接続され還元剤４５が貯留された還元剤タンク４９と、この還元剤タンク４９内の還元剤４５を還元剤噴射ノズル４７に圧送する還元剤ポンプ５１と、還元剤噴射ノズル４７から噴射される還元剤４５の供給量（噴射量）を調整する還元剤供給量調整弁５２とを有する。上記還元剤４５としては、この実施の形態では、ディーゼルエンジン１１の燃料である軽油が用いられる。これにより還元剤４５を貯留する還元剤タンク４９をエンジン１１の燃料タンクと兼用できる。また上記還元剤ポンプ５１は還元剤噴射ノズル４７と還元剤タンク４９との間の還元剤供給管４６に設けられ、還元剤供給量調整弁５２は還元剤噴射ノズル４７と還元剤ポンプ５１との間の還元剤供給管４８に設けられる。更に還元剤供給量調整弁５２は、還元剤供給管４８に設けられ還元剤噴射ノズル４７への還元剤４５の供給圧力を調整する還元剤圧力調整弁５３と、還元剤噴射ノズル４７の基端に設けられ還元剤噴射ノズル４７の基端を開閉する還元剤用開閉弁５４とからなる。 On the other hand, a reducing agent supply means 46 for injecting (supplying) the reducing agent 45 to the exhaust pipe 16b is connected to the exhaust pipe 16b upstream of the selective reduction catalyst 43 (FIG. 1). The reducing agent supply means 46 includes a reducing agent injection nozzle 47 that faces the exhaust pipe 16b upstream of the selective reduction catalyst 43, a reducing agent supply pipe 48 having a tip connected to the reducing agent injection nozzle 47, and the reduction agent. A reducing agent tank 49 connected to the proximal end of the reducing agent supply pipe 48 and storing the reducing agent 45; a reducing agent pump 51 that pumps the reducing agent 45 in the reducing agent tank 49 to the reducing agent injection nozzle 47; and a reducing agent. And a reducing agent supply amount adjusting valve 52 that adjusts the supply amount (injection amount) of the reducing agent 45 injected from the injection nozzle 47. As the reducing agent 45, in this embodiment, diesel oil that is the fuel of the diesel engine 11 is used. Accordingly, the reducing agent tank 49 that stores the reducing agent 45 can also be used as the fuel tank of the engine 11. The reducing agent pump 51 is provided in the reducing agent supply pipe 46 between the reducing agent injection nozzle 47 and the reducing agent tank 49, and the reducing agent supply amount adjusting valve 52 is connected between the reducing agent injection nozzle 47 and the reducing agent pump 51. It is provided in the reducing agent supply pipe 48 in between. Further, the reducing agent supply amount adjusting valve 52 is provided in the reducing agent supply pipe 48 and adjusts the supply pressure of the reducing agent 45 to the reducing agent injection nozzle 47, and the base end of the reducing agent injection nozzle 47. And a reducing agent on-off valve 54 that opens and closes the base end of the reducing agent injection nozzle 47.

還元剤圧力調整弁５３は第１〜第３ポート５３ａ〜５３ｃを有する三方弁であり、第１ポート５３ａは還元剤ポンプ５１の吐出口に接続され、第２ポート５３ｂは還元剤用開閉弁５４に接続され、第３ポート５３ｃは戻り管５６を介して還元剤タンク４９に接続される（図１）。還元剤圧力調整弁５３をオンすると、還元剤ポンプ５１により圧送された還元剤４５が第１ポート５３ａから還元剤圧力調整弁５３に流入し、この還元剤圧力調整弁５３で所定の圧力に調整された後、第２ポート５３ｂから還元剤用開閉弁５４に圧送される。また還元剤圧力調整弁５３をオフすると、還元剤ポンプ５１により圧送された還元剤４５が第１ポート５３ａから還元剤圧力調整弁５３に流入した後、第３ポート５３ｃから戻り管５６を通って還元剤タンク４９に戻される。 The reducing agent pressure regulating valve 53 is a three-way valve having first to third ports 53a to 53c, the first port 53a is connected to the discharge port of the reducing agent pump 51, and the second port 53b is a reducing agent opening / closing valve 54. The third port 53c is connected to the reducing agent tank 49 via the return pipe 56 (FIG. 1). When the reducing agent pressure adjusting valve 53 is turned on, the reducing agent 45 pumped by the reducing agent pump 51 flows into the reducing agent pressure adjusting valve 53 from the first port 53a, and is adjusted to a predetermined pressure by the reducing agent pressure adjusting valve 53. After that, the pressure is fed from the second port 53b to the reducing agent on-off valve 54. When the reducing agent pressure adjusting valve 53 is turned off, the reducing agent 45 pumped by the reducing agent pump 51 flows from the first port 53a into the reducing agent pressure adjusting valve 53 and then passes through the return pipe 56 from the third port 53c. It is returned to the reducing agent tank 49.

一方、還元剤噴射ノズル４７と選択還元型触媒４３との間の排気管１６ｂには、具体的には選択還元型触媒４３より排ガス上流側のケース４４には、選択還元型触媒４３に流入する直前の排ガスの温度を検出する温度センサ５７が設けられる（図１）。またターボ過給機１７のタービンハウジング１７ｂと還元剤噴射ノズル４７との間の排気管１６ｂには、排ガス中のＮＯｘの濃度を検出するＮＯｘセンサ５８が設けられる。またインタクーラ１８と吸気マニホルド１２ａへの接続部との間の吸気管１２ｂには、吸気のターボ過給機１７によるブースト圧を検出するブースト圧センサ５９が設けられる。更に吸気管１２ｂの空気取入口近傍には設けられたエアクリーナ６１には、吸気管１２ｂに流入する空気量（吸入空気量）を検出する吸入空気量センサ６２が設けられる。温度センサ５７、ＮＯｘセンサ５８、ブースト圧センサ５９及び吸入空気量センサ６２の各検出出力はコントローラ６３の制御入力に接続され、コントローラ６３の制御出力はＥＧＲバルブ２０、空気用コンプレッサ２３、窒素富化ガス用コンプレッサ３４、窒素富化ガス流量調整弁３５、パージ流量調整弁３９、還元剤ポンプ５１、還元剤圧力調整弁５３及び還元剤開閉弁５４にそれぞれ接続される。コントローラ６３にはメモリ６４が設けられる。このメモリ６４には、選択還元型触媒４３入口の排ガス温度、排ガス中のＮＯｘ濃度及び吸気管１２ｂに流入する空気量に応じた、ＥＧＲバルブ２０の開度、窒素富化ガス用コンプレッサ３４の作動の有無、窒素富化ガス流量調整弁３５の開度、還元剤ポンプ５１の作動の有無、還元剤圧力調整弁５３の作動の有無、還元剤用開閉弁５４の単位時間当たりの開閉回数が予めマップとして記憶される。またメモリ６４には、ターボ過給機１７により過給された吸気のブースト圧に応じた、窒素富化ガス用コンプレッサ３４の回転速度が予めマップとして記憶される。 On the other hand, the exhaust pipe 16b between the reducing agent injection nozzle 47 and the selective reduction catalyst 43 flows into the selective reduction catalyst 43, specifically, into the case 44 on the exhaust gas upstream side of the selective reduction catalyst 43. A temperature sensor 57 for detecting the temperature of the immediately preceding exhaust gas is provided (FIG. 1). An NOx sensor 58 that detects the concentration of NOx in the exhaust gas is provided in the exhaust pipe 16b between the turbine housing 17b of the turbocharger 17 and the reducing agent injection nozzle 47. Further, a boost pressure sensor 59 for detecting the boost pressure of the intake turbocharger 17 is provided in the intake pipe 12b between the intercooler 18 and the connection portion to the intake manifold 12a. Furthermore, an air cleaner 61 provided in the vicinity of the air intake of the intake pipe 12b is provided with an intake air amount sensor 62 for detecting the amount of air flowing into the intake pipe 12b (intake air amount). The detection outputs of the temperature sensor 57, the NOx sensor 58, the boost pressure sensor 59, and the intake air amount sensor 62 are connected to the control input of the controller 63. The control output of the controller 63 is the EGR valve 20, the air compressor 23, and the nitrogen enrichment. The gas compressor 34, the nitrogen-enriched gas flow rate adjustment valve 35, the purge flow rate adjustment valve 39, the reducing agent pump 51, the reducing agent pressure adjusting valve 53, and the reducing agent opening / closing valve 54 are connected to each other. The controller 63 is provided with a memory 64. The memory 64 stores the opening of the EGR valve 20 and the operation of the nitrogen-enriched gas compressor 34 according to the exhaust gas temperature at the inlet of the selective catalytic reduction catalyst 43, the NOx concentration in the exhaust gas, and the amount of air flowing into the intake pipe 12b. Presence / absence of the nitrogen-enriched gas flow rate adjustment valve 35, presence / absence of the operation of the reducing agent pump 51, presence / absence of the operation of the reducing agent pressure adjustment valve 53, and the number of opening / closing operations of the reducing agent on / off valve 54 per unit time. Stored as a map. Further, the rotational speed of the nitrogen-enriched gas compressor 34 corresponding to the boost pressure of the intake air supercharged by the turbocharger 17 is stored in advance in the memory 64 as a map.

このように構成された排ガス浄化装置の動作を説明する。エンジン１１を始動すると、コントローラ６３は、温度センサ５７、ＮＯｘセンサ５８、ブースト圧センサ５９及び吸入空気量センサ６２の各検出出力を取込み、これらの検出出力をメモリ６４に記憶されたマップと比較して、ＥＧＲバルブ２０を所定の開度で開き、富化ガス生成装置２２の空気用コンプレッサ２３を作動させ、パージ流量調製弁３９を所定の開度で開き、窒素富化ガス用コンプレッサ３４を所定の回転速度で作動させるとともに、窒素富化ガス流量調整弁３５を所定の開度で開く。空気用コンプレッサ２３が作動すると、大気中の空気が圧縮されてエアタンク４１に貯留される。この空気はドライヤ２４で水蒸気（水分）が除去されて乾燥し、この乾燥した空気は空気分離器２６で酸素濃度の高い酸素富化ガスと窒素濃度の高い窒素富化ガスに分離される。空気分離器２６で分離された窒素富化ガスは窒素富化ガス用コンプレッサ３４により第３供給管３３を通ってＥＧＲ管１９に供給される。そして上記窒素富化ガスはＥＧＲ管１９を流れる排ガスと混合されてＥＧＲガスとなる。このＥＧＲガスに含まれる酸素濃度及び水分量は極めて低いため、このＥＧＲガスがエンジン１１に供給されると、このエンジン１１から排出される排ガス中のＮＯｘを効率良く低減できる。また上記ＥＧＲガスに含まれる酸素濃度及び水分量は極めて低いため、ＥＧＲクーラ２１の小型化を図ることができるとともに、エンジン１１内部の腐食等を防止できる。例えば、ＥＧＲ管１９に排ガスの一部（ＥＧＲガス）を１２００リットル／分（２０リットル／秒）を流しているときに、窒素濃度９９％の窒素富化ガスを第３供給管３３からＥＧＲ管１９に供給した場合における、ＥＧＲガス流量の低減率及び水分量の低下率の計算結果を図５に示す。図５から明らかなように、例えば１００リットル／分の窒素富化ガスをＥＧＲ管１９に供給すると、ＥＧＲガス流量を約１３％低減でき、水分量が約２１％低下する。このようにＥＧＲガス流量の低減はＥＧＲクーラ２１の小型化に繋がり、水分量の低下は結露水の低下に繋がる。 The operation of the exhaust gas purification apparatus configured as described above will be described. When the engine 11 is started, the controller 63 takes in the detection outputs of the temperature sensor 57, the NOx sensor 58, the boost pressure sensor 59, and the intake air amount sensor 62, and compares these detection outputs with the map stored in the memory 64. The EGR valve 20 is opened at a predetermined opening, the air compressor 23 of the enriched gas generator 22 is operated, the purge flow rate adjusting valve 39 is opened at a predetermined opening, and the nitrogen-enriched gas compressor 34 is opened. And the nitrogen-enriched gas flow rate adjustment valve 35 is opened at a predetermined opening degree. When the air compressor 23 is operated, air in the atmosphere is compressed and stored in the air tank 41. The air is dried after removing water vapor (water) by the dryer 24, and the dried air is separated by the air separator 26 into an oxygen-enriched gas having a high oxygen concentration and a nitrogen-enriched gas having a high nitrogen concentration. The nitrogen-enriched gas separated by the air separator 26 is supplied to the EGR pipe 19 through the third supply pipe 33 by the nitrogen-enriched gas compressor 34. The nitrogen-enriched gas is mixed with the exhaust gas flowing through the EGR pipe 19 to become EGR gas. Since the oxygen concentration and the amount of water contained in the EGR gas are extremely low, when the EGR gas is supplied to the engine 11, NOx in the exhaust gas discharged from the engine 11 can be efficiently reduced. Further, since the oxygen concentration and the amount of water contained in the EGR gas are extremely low, the EGR cooler 21 can be miniaturized and corrosion inside the engine 11 can be prevented. For example, when a part of exhaust gas (EGR gas) is flowing through the EGR pipe 19 at 1200 liters / minute (20 liters / second), a nitrogen-enriched gas having a nitrogen concentration of 99% is supplied from the third supply pipe 33 to the EGR pipe. FIG. 5 shows the calculation results of the rate of reduction of the EGR gas flow rate and the rate of reduction of the moisture content when supplied to 19. As is clear from FIG. 5, for example, when a nitrogen-enriched gas of 100 liters / min is supplied to the EGR pipe 19, the EGR gas flow rate can be reduced by about 13%, and the water content is reduced by about 21%. Thus, the reduction of the EGR gas flow rate leads to the miniaturization of the EGR cooler 21, and the reduction of the moisture content leads to the reduction of the dew condensation water.

一方、空気分離器２６で分離された酸素富化ガスはパージ管３７を通ってパージガス導入口２４ｇからドライヤ２４に供給される。この酸素富化ガスをドライヤ２４に供給することにより、ドライヤ２４で分離された水分であるドレン水が押出され、ドレン管３８を通って選択還元型触媒４３より排ガス下流側の排気管１３ｂ内に排出される。このようにＥＧＲガスとして必要な窒素富化ガスを用いずに、ＥＧＲガスとして不要な酸素富化ガスを用いて、ドライヤ２４が再生されるので、ドライヤ２４を効率良く再生できる。また空気用コンプレッサ２３により圧縮された空気を、ドライヤ２４を再生するために直接用いずに済むので、空気用コンプレッサ２３により圧縮された空気の消費量を抑制できる。この結果、空気用コンプレッサ２３の吐出容量を低減できるので、空気用コンプレッサ２３の小型化を図ることができる。なお、ドレン管３８を通って選択還元型触媒４３より排ガス下流側の排気管１３ｂ内に排出された酸素富化ガスは、比較的高温の排ガスにより酸化（燃焼）されるため、可燃性ガスではなくなる。 On the other hand, the oxygen-enriched gas separated by the air separator 26 is supplied to the dryer 24 from the purge gas inlet 24g through the purge pipe 37. By supplying this oxygen-enriched gas to the dryer 24, drain water that is water separated by the dryer 24 is extruded and passes through the drain pipe 38 into the exhaust pipe 13 b on the exhaust gas downstream side from the selective reduction catalyst 43. Discharged. Thus, since the dryer 24 is regenerated using an unnecessary oxygen-enriched gas as the EGR gas without using the nitrogen-enriched gas necessary as the EGR gas, the dryer 24 can be efficiently regenerated. Further, since it is not necessary to directly use the air compressed by the air compressor 23 to regenerate the dryer 24, the consumption of the air compressed by the air compressor 23 can be suppressed. As a result, since the discharge capacity of the air compressor 23 can be reduced, the size of the air compressor 23 can be reduced. Note that the oxygen-enriched gas discharged through the drain pipe 38 into the exhaust pipe 13b on the downstream side of the exhaust gas from the selective reduction catalyst 43 is oxidized (combusted) by the relatively high temperature exhaust gas. Disappear.

排ガス温度が比較的高くなると（例えば、１８０℃以上）になると、コントローラ６３は、温度センサ５７の検出出力に基づいて、還元剤供給手段４６の還元剤ポンプ５１を作動させ、還元剤圧力調整弁５３をオンし、還元剤用開閉弁５４を開閉させる。還元剤用開閉弁５４を開閉させることにより、還元剤噴射ノズル４７から還元剤４５（燃料）が間欠的に噴射される。この還元剤噴射ノズル４７から噴射されたミスト状の還元剤４５が比較的高温の排ガスにより速やかにガス化して排ガスとともに選択還元型触媒４３に流入すると、この選択還元型触媒４３上で還元剤４５により排ガス中のＮＯｘが還元される、即ち選択還元型触媒４３上で還元剤４５が排ガス中のＮＯｘと反応して、ＮＯｘが速やかに無害化される。この結果、排ガス中のＮＯｘを更に低減できる。 When the exhaust gas temperature becomes relatively high (for example, 180 ° C. or more), the controller 63 operates the reducing agent pump 51 of the reducing agent supply means 46 based on the detection output of the temperature sensor 57 to reduce the reducing agent pressure adjustment valve. 53 is turned on, and the reducing agent on-off valve 54 is opened and closed. The reducing agent 45 (fuel) is intermittently injected from the reducing agent injection nozzle 47 by opening and closing the reducing agent opening / closing valve 54. When the mist-like reducing agent 45 injected from the reducing agent injection nozzle 47 is quickly gasified by the relatively high temperature exhaust gas and flows into the selective reduction catalyst 43 together with the exhaust gas, the reducing agent 45 is placed on the selective reduction catalyst 43. As a result, NOx in the exhaust gas is reduced, that is, the reducing agent 45 reacts with NOx in the exhaust gas on the selective catalytic reduction catalyst 43, so that NOx is quickly rendered harmless. As a result, NOx in the exhaust gas can be further reduced.

＜第２の実施の形態＞
図６及び図７は本発明の第２の実施の形態を示す。図６及び図７において図１及び図２と同一符号は同一部品を示す。この実施の形態では、ＮＯｘセンサ５８と還元剤噴射ノズル４７との間の排気管１６ｂに、オゾン噴射ノズル８１が設けられる。このオゾン噴射ノズル８１は、富化ガス生成及びオゾン発生装置８２に接続される。上記富化ガス生成及びオゾン発生装置８２は、大気中の空気を圧縮する空気用コンプレッサ２３と、この空気用コンプレッサ２３により圧縮された空気を乾燥させるドライヤ２４と、このドライヤ２４により乾燥された空気を酸素濃度の高い酸素富化ガスと窒素濃度の高い窒素富化ガスとに分離する空気分離器２６と、この空気分離器２６で分離された窒素富化ガスの一部をＥＧＲ管１９に供給する窒素富化ガス供給手段３６と、上記空気分離器２６で分離された窒素富化ガスの残部を用いてドライヤ内の水分を除去するパージ手段８３と、上記空気分離器２６で分離された酸素富化ガス中の酸素をオゾン９０に変換するオゾン発生器８６と、このオゾン発生器８６で発生したオゾン９０をオゾン噴射ノズル８１に供給するオゾン供給手段８７とを有する。上記空気用コンプレッサ２３、ドライヤ２４、空気分離器２６及び窒素富化ガス供給手段３６は、第１の実施の形態の空気用コンプレッサ、ドライヤ、空気分離器及び窒素富化ガス供給手段とそれぞれ同一に構成される。 <Second Embodiment>
6 and 7 show a second embodiment of the present invention. 6 and 7, the same reference numerals as those in FIGS. 1 and 2 denote the same components. In this embodiment, an ozone injection nozzle 81 is provided in the exhaust pipe 16 b between the NOx sensor 58 and the reducing agent injection nozzle 47. The ozone injection nozzle 81 is connected to the enriched gas generator and ozone generator 82. The enriched gas generation and ozone generator 82 includes an air compressor 23 that compresses air in the atmosphere, a dryer 24 that dries the air compressed by the air compressor 23, and air that is dried by the dryer 24. Is separated into an oxygen-enriched gas having a high oxygen concentration and a nitrogen-enriched gas having a high nitrogen concentration, and a part of the nitrogen-enriched gas separated by the air separator 26 is supplied to the EGR pipe 19. A nitrogen-enriched gas supply means 36, a purge means 83 for removing moisture in the dryer using the remainder of the nitrogen-enriched gas separated by the air separator 26, and an oxygen separated by the air separator 26. An ozone generator 86 that converts oxygen in the enriched gas into ozone 90, and ozone supply means 8 that supplies the ozone 90 generated by the ozone generator 86 to the ozone injection nozzle 81. With the door. The air compressor 23, dryer 24, air separator 26 and nitrogen-enriched gas supply means 36 are the same as the air compressor, dryer, air separator and nitrogen-enriched gas supply means of the first embodiment. Composed.

上記パージ手段８３は、後述する第３供給管３３から分岐してドライヤ２４のパージガス導入口２４ｇに接続されたパージ管８４と、一端がドライヤ２４のパージガス排出口２４ｈに接続され他端が大気中に開放されたドレン管８５と、パージ管８４に設けられこのパージ管８４を通過する窒素富化ガスの流量を調整するパージ流量調整弁３９とからなる。またオゾン発生器８６は、この実施の形態では、無声放電型のものが用いられる。具体的には、オゾン発生器８６は、図示しないが所定の間隔をあけて互いに平行に配設されかつ一方若しくは双方が誘電体で覆われた一対の電極間に高周波高電圧を印加してプラズマ放電を発生させ、このプラズマ放電によりエアに含まれる酸素の一部をオゾン９０に変換するように構成される。更にオゾン供給手段８７は、基端がオゾン発生器８６のオゾン排出口に接続され先端がオゾン噴射ノズル８１に接続されたオゾン供給管８８と、このオゾン供給管８８に設けられた逆止弁８９とからなる。この逆止弁８９は、オゾン発生器８６からオゾン噴射ノズル８１にオゾン９０が流れるのを許容し、オゾン噴射ノズル８１からオゾン発生器８６にオゾン９０又は排ガスが流れるのを阻止するように構成される。 The purge means 83 is branched from a third supply pipe 33 (to be described later) and connected to a purge gas inlet 24g of the dryer 24, one end connected to the purge gas outlet 24h of the dryer 24, and the other end in the atmosphere. And a purge flow rate adjusting valve 39 which is provided in the purge pipe 84 and adjusts the flow rate of the nitrogen-enriched gas passing through the purge pipe 84. The ozone generator 86 is a silent discharge type in this embodiment. Specifically, although not shown, the ozone generator 86 applies a high-frequency high voltage between a pair of electrodes that are arranged in parallel to each other at a predetermined interval and one or both of which are covered with a dielectric material. A discharge is generated, and a part of oxygen contained in the air is converted into ozone 90 by the plasma discharge. Further, the ozone supply means 87 includes an ozone supply pipe 88 having a base end connected to the ozone discharge port of the ozone generator 86 and a tip connected to the ozone injection nozzle 81, and a check valve 89 provided on the ozone supply pipe 88. It consists of. The check valve 89 is configured to allow the ozone 90 to flow from the ozone generator 86 to the ozone injection nozzle 81 and prevent the ozone 90 or the exhaust gas from flowing from the ozone injection nozzle 81 to the ozone generator 86. The

一方、空気用コンプレッサ２３の吐出口は第１供給管３１によりドライヤ２４の空気導入口２４ｅに接続され、ドライヤ２４の空気排出口２４ｆは第２供給管３２により空気分離器２６の乾燥空気導入口２６ｅに接続される（図７）。また空気分離器２６の窒素富化ガス排出口２６ｆは、第３供給管３３により、ＥＧＲバルブ２０と吸気管１２ｂへの接続部との間のＥＧＲ管１９に接続される。また空気分離器２６の酸素富化ガス排出口２６ｇは第４供給管９４によりオゾン発生器８６の酸素富化ガス導入口８６ａに接続され、オゾン発生器８６のオゾン排出口８６ｂにはオゾン供給管８８の基端が接続される。更に基端が第３供給管３３の途中から分岐するパージ管８４の先端がドライヤ２４のパージガス導入口２４ｇに接続され、ドライヤ２４のパージガス排出口２４ｈにはドレン管８５の一端が接続される。なお、図７中の符号９６は富化ガス生成及びオゾン発生装置８２を収容する筐体であり、図７中の符号９７，９８はオゾン発生器８６を冷却するファンである。また、空気用コンプレッサ２３とドライヤ２４との間の第１供給管３１には、第１の実施の形態と同様に、エアタンク４１が設けられる。 On the other hand, the discharge port of the air compressor 23 is connected to the air introduction port 24e of the dryer 24 by the first supply pipe 31, and the air discharge port 24f of the dryer 24 is connected to the dry air introduction port of the air separator 26 by the second supply pipe 32. 26e (FIG. 7). Further, the nitrogen-enriched gas discharge port 26f of the air separator 26 is connected to the EGR pipe 19 between the EGR valve 20 and the connection part to the intake pipe 12b by the third supply pipe 33. The oxygen-enriched gas outlet 26g of the air separator 26 is connected to the oxygen-enriched gas inlet 86a of the ozone generator 86 by a fourth supply pipe 94, and an ozone supply pipe is connected to the ozone outlet 86b of the ozone generator 86. The base ends of 88 are connected. Further, the distal end of the purge pipe 84 whose proximal end branches off from the middle of the third supply pipe 33 is connected to the purge gas inlet 24g of the dryer 24, and one end of the drain pipe 85 is connected to the purge gas outlet 24h of the dryer 24. Reference numeral 96 in FIG. 7 is a housing that houses the enriched gas generation and ozone generator 82, and reference numerals 97 and 98 in FIG. 7 are fans that cool the ozone generator 86. Further, an air tank 41 is provided in the first supply pipe 31 between the air compressor 23 and the dryer 24 as in the first embodiment.

図６に戻って、温度センサ５７、ＮＯｘセンサ５８、ブースト圧センサ５９及び吸入空気量センサ６２の各検出出力はコントローラ６３の制御入力に接続され、コントローラ６３の制御出力はＥＧＲバルブ２０、空気用コンプレッサ２３、窒素富化ガス用コンプレッサ３４、窒素富化ガス流量調整弁３５、パージ流量調整弁３９、還元剤ポンプ５１、還元剤圧力調整弁５３、還元剤開閉弁５４及びオゾン発生器８６にそれぞれ接続される。コントローラ６３にはメモリ６４が設けられる。このメモリ６４には、選択還元型触媒４３入口の排ガス温度、排ガス中のＮＯｘ濃度及び吸気管に流入する空気量に応じた、ＥＧＲバルブ２０の開度、窒素富化ガス用コンプレッサ３４の作動の有無、窒素富化ガス流量調整弁３５の開度、還元剤ポンプ５１の作動の有無、還元剤圧力調整弁５３の作動の有無、還元剤用開閉弁５４の単位時間当たりの開閉回数、オゾン発生器８６の作動の有無が予めマップとして記憶される。またメモリ６４には、ターボ過給機１７により過給された吸気のブースト圧に応じた、窒素富化ガス用コンプレッサ３４の回転速度が予めマップとして記憶される。上記以外は第１の実施の形態と同一に構成される。 Returning to FIG. 6, the detection outputs of the temperature sensor 57, NOx sensor 58, boost pressure sensor 59 and intake air amount sensor 62 are connected to the control input of the controller 63, and the control output of the controller 63 is the EGR valve 20, for air Compressor 23, nitrogen enriched gas compressor 34, nitrogen enriched gas flow rate adjustment valve 35, purge flow rate adjustment valve 39, reducing agent pump 51, reducing agent pressure adjustment valve 53, reducing agent opening / closing valve 54, and ozone generator 86, respectively. Connected. The controller 63 is provided with a memory 64. The memory 64 stores the opening degree of the EGR valve 20 and the operation of the nitrogen-enriched gas compressor 34 according to the exhaust gas temperature at the inlet of the selective catalytic reduction catalyst 43, the NOx concentration in the exhaust gas, and the amount of air flowing into the intake pipe. Presence / absence, opening of the nitrogen-enriched gas flow rate adjustment valve 35, presence / absence of operation of the reducing agent pump 51, presence / absence of operation of the reducing agent pressure adjustment valve 53, number of opening / closing of the reducing agent on / off valve 54 per unit time, generation of ozone The presence or absence of operation of the device 86 is stored in advance as a map. Further, the rotational speed of the nitrogen-enriched gas compressor 34 corresponding to the boost pressure of the intake air supercharged by the turbocharger 17 is stored in advance in the memory 64 as a map. The configuration other than the above is the same as that of the first embodiment.

このように構成された排ガス浄化装置の動作を説明する。エンジン１１を始動すると、コントローラ６３は、温度センサ５７、ＮＯｘセンサ５８、ブースト圧センサ５９及び吸入空気量センサ６２の各検出出力を取込み、これらの検出出力をメモリ６４に記憶されたマップと比較して、ＥＧＲバルブ２０を所定の開度で開き、富化ガス生成装置２２の空気用コンプレッサ２３を作動させ、パージ流量調製弁３９を所定の開度で開き、窒素富化ガス用コンプレッサ３４を所定の回転速度で作動させ、窒素富化ガス流量調整弁３５を所定の開度で開くとともに、オゾン発生器を作動させる。空気用コンプレッサ２３が作動すると、大気中の空気が圧縮されてエアタンク４１に貯留される。この空気はドライヤ２４で水蒸気（水分）が除去されて乾燥し、この乾燥した空気は空気分離器２６で酸素濃度の高い酸素富化ガスと窒素濃度の高い窒素富化ガスに分離される。空気分離器２６で分離された窒素富化ガスの一部は窒素富化ガス用コンプレッサ３４により第３供給管３３を通ってＥＧＲ管１９に供給される。そして上記窒素富化ガスの一部はＥＧＲ管１９を流れる排ガスと混合されてＥＧＲガスとなる。このＥＧＲガスに含まれる酸素濃度及び水分量は極めて低いため、このＥＧＲガスがエンジン１１に供給されると、このエンジン１１から排出される排ガス中のＮＯｘを効率良く低減できる。また上記ＥＧＲガスに含まれる酸素濃度及び水分量は極めて低いため、エンジン１１内部の腐食等を防止できるとともに、ＥＧＲクーラ２１の小型化を図ることができる。 The operation of the exhaust gas purification apparatus configured as described above will be described. When the engine 11 is started, the controller 63 takes in the detection outputs of the temperature sensor 57, the NOx sensor 58, the boost pressure sensor 59, and the intake air amount sensor 62, and compares these detection outputs with the map stored in the memory 64. The EGR valve 20 is opened at a predetermined opening, the air compressor 23 of the enriched gas generator 22 is operated, the purge flow rate adjusting valve 39 is opened at a predetermined opening, and the nitrogen-enriched gas compressor 34 is opened. The nitrogen-enriched gas flow rate adjustment valve 35 is opened at a predetermined opening and the ozone generator is operated. When the air compressor 23 is operated, air in the atmosphere is compressed and stored in the air tank 41. The air is dried after removing water vapor (water) by the dryer 24, and the dried air is separated by the air separator 26 into an oxygen-enriched gas having a high oxygen concentration and a nitrogen-enriched gas having a high nitrogen concentration. A part of the nitrogen-enriched gas separated by the air separator 26 is supplied to the EGR pipe 19 through the third supply pipe 33 by the nitrogen-enriched gas compressor 34. A part of the nitrogen-enriched gas is mixed with the exhaust gas flowing through the EGR pipe 19 to become EGR gas. Since the oxygen concentration and the amount of water contained in the EGR gas are extremely low, when the EGR gas is supplied to the engine 11, NOx in the exhaust gas discharged from the engine 11 can be efficiently reduced. Further, since the oxygen concentration and the amount of water contained in the EGR gas are extremely low, corrosion inside the engine 11 and the like can be prevented, and the EGR cooler 21 can be downsized.

空気分離器２６で分離された窒素富化ガスの残部はパージ管８４を通ってパージガス導入口２４ｇからドライヤ２４に供給される。この窒素富化ガスの残部をドライヤ２４に供給することにより、ドライヤ２４で分離された水分であるドレン水が押出され、ドレン管８５を通って大気に排出される。このように窒素富化ガスのうちＥＧＲガスとして用いられずに余った窒素富化ガスを用いて、ドライヤ２４が再生されるので、ドライヤ２４を効率良く再生できる。また空気用コンプレッサ２３により圧縮された空気を、ドライヤ２４を再生するために直接用いずに済むので、空気用コンプレッサ２３により圧縮された空気の消費量を抑制できる。この結果、空気用コンプレッサ２３の吐出容量を低減できるので、空気用コンプレッサ２３の小型化を図ることができる。なお、ドレン管８５を通った窒素富化ガスを直接大気に排出したのは、この窒素富化ガスは可燃性を有しないからである。 The remainder of the nitrogen-enriched gas separated by the air separator 26 is supplied to the dryer 24 from the purge gas inlet 24g through the purge pipe 84. By supplying the remainder of the nitrogen-enriched gas to the dryer 24, drain water that is water separated by the dryer 24 is extruded and discharged to the atmosphere through the drain pipe 85. As described above, since the dryer 24 is regenerated using the excess nitrogen-enriched gas that is not used as the EGR gas among the nitrogen-enriched gas, the dryer 24 can be efficiently regenerated. Further, since it is not necessary to directly use the air compressed by the air compressor 23 to regenerate the dryer 24, the consumption of the air compressed by the air compressor 23 can be suppressed. As a result, since the discharge capacity of the air compressor 23 can be reduced, the size of the air compressor 23 can be reduced. The reason why the nitrogen-enriched gas that has passed through the drain pipe 85 is directly discharged to the atmosphere is that the nitrogen-enriched gas is not flammable.

一方、空気分離器２６で分離された酸素富化ガスはオゾン発生器８６に供給され、酸素富化ガス中の酸素の一部がオゾン発生器８６でオゾンに変換され、このオゾンはオゾン供給手段８７のオゾン供給管８８を通ってオゾン噴射ノズル８１に供給される。このオゾン噴射ノズル８１に供給されたオゾンはオゾン噴射ノズル８１から排気管１３ｂに噴射される。そして、このオゾンにより、排ガス中のＮＯの一部がＮＯ₂に次の式（１）に示すように酸化される。このＮＯ₂は、排ガス温度が２００〜２５０℃の範囲内にあるとき、選択還元型触媒４３において還元剤４５（ガス化した燃料や、後述するアルデヒド又はアルコールのいずれか一方又は双方を含む含酸素系炭化水素からなる活性還元剤）との反応性が高くなる性質を有する。
Ｏ₃＋ＮＯ → Ｏ₂＋ＮＯ₂ ……（１） On the other hand, the oxygen-enriched gas separated by the air separator 26 is supplied to the ozone generator 86, and a part of the oxygen in the oxygen-enriched gas is converted to ozone by the ozone generator 86, and this ozone is supplied to the ozone supply means. The ozone is supplied to the ozone injection nozzle 81 through the ozone supply pipe 88 of 87. The ozone supplied to the ozone injection nozzle 81 is injected from the ozone injection nozzle 81 into the exhaust pipe 13b. And by this ozone, a part of NO in the exhaust gas is oxidized to NO _{2 as shown} in the following formula (1). When the exhaust gas temperature is in the range of 200 to 250 ° C., the NO ₂ contains a reducing agent 45 (gas containing fuel, oxygenated containing either or both of aldehyde and alcohol described later) in the selective catalytic reduction catalyst 43. And an active reducing agent made of a hydrocarbon-based hydrocarbon).
O ₃ + NO → O ₂ + NO ₂ (1)

また、還元剤ポンプ５１が駆動され、還元剤圧力調整弁５３がオンし、還元剤用開閉弁５４が開閉されると、還元剤４５が還元剤供給管４８を通って排気管１３ｂに間欠的に噴射される。この排気管１３ｂに供給された還元剤４５は、オゾン発生器８６で発生しオゾン供給手段８７により排気管１３ｂに供給されたオゾンにより、アルデヒド又はアルコールのいずれか一方又は双方を含む含酸素系炭化水素からなる活性還元剤に部分酸化される。この活性還元剤は、排ガス温度が２５０〜５００℃の範囲内にあるとき、選択還元型触媒４３において排ガス中のＮＯｘ（ＮＯ及びＮＯ₂）をＮ₂に還元するＮＯｘ還元剤としての反応性を高める機能を有する。ここで、アルデヒドとしては、アセトアルデヒド、ホルムアルデヒド等が挙げられ、アルコールとしては、メチルアルコール、エチルアルコール等が挙げられる。なお、オゾン中の酸素原子は、反応性が高いため、軽油等の燃料と反応した場合に、炭化水素の部分酸化物（アルデヒド、アルコール等）等の含酸素系炭化水素を生成する。 Further, when the reducing agent pump 51 is driven, the reducing agent pressure adjusting valve 53 is turned on, and the reducing agent opening / closing valve 54 is opened / closed, the reducing agent 45 intermittently passes through the reducing agent supply pipe 48 to the exhaust pipe 13b. Is injected into. The reducing agent 45 supplied to the exhaust pipe 13b is generated by an ozone generator 86 and supplied to the exhaust pipe 13b by an ozone supply means 87, so that an oxygen-containing carbonization containing either one or both of aldehyde and alcohol is used. Partially oxidized to an active reducing agent consisting of hydrogen. This active reducing agent has reactivity as a NOx reducing agent that reduces NOx (NO and NO ₂ ) in the exhaust gas to N ₂ in the selective catalytic reduction catalyst 43 when the exhaust gas temperature is in the range of 250 to 500 ° C. Has a function to enhance. Here, examples of the aldehyde include acetaldehyde and formaldehyde, and examples of the alcohol include methyl alcohol and ethyl alcohol. Oxygen atoms in ozone are highly reactive, and thus generate oxygen-containing hydrocarbons such as hydrocarbon partial oxides (aldehyde, alcohol, etc.) when reacted with fuels such as light oil.

排ガス温度が２００〜２５０℃の範囲内にあるとき、コントローラ６３は、空気用コンプレッサ２３及びオゾン発生器８６をそれぞれ制御して、比較的少量のオゾンを排気管１３ｂに供給する。またコントローラ６３は、還元剤用開閉弁５４の開閉間隔又は開閉時間等を制御して、比較的少量の還元剤４５を排気管１３ｂに供給する。オゾンによりＮＯの一部がＮＯ₂に酸化されたＮＯｘと、比較的少量のガス化した燃料と、オゾンにより部分酸化された比較的少量のアルデヒド等の含酸素系炭化水素からなる活性還元剤とが、選択還元型触媒４３に供給されると、ＮＯｘ中のＮＯ₂が還元剤４５（ガス化した燃料や、アルデヒド等の含酸素系炭化水素からなる活性還元剤）と比較的活発に反応してＮ₂に還元される。 When the exhaust gas temperature is in the range of 200 to 250 ° C., the controller 63 controls the air compressor 23 and the ozone generator 86 to supply a relatively small amount of ozone to the exhaust pipe 13b. The controller 63 controls the opening / closing interval or opening / closing time of the reducing agent on / off valve 54 and supplies a relatively small amount of the reducing agent 45 to the exhaust pipe 13b. NOx in which part of NO is oxidized to NO ₂ by ozone, a relatively small amount of gasified fuel, and an active reducing agent comprising a relatively small amount of oxygen-containing hydrocarbon such as aldehyde partially oxidized by ozone; However, when supplied to the selective catalytic reduction catalyst 43, NO ₂ in NOx reacts relatively actively with the reducing agent 45 (active reducing agent comprising gasified fuel or oxygen-containing hydrocarbon such as aldehyde). Reduced to N ₂ .

排ガス温度が２００〜２５０℃の範囲内において上昇すると、コントローラ６３は、空気用コンプレッサ２３及びオゾン発生器８６をそれぞれ制御して、オゾンの排気管１３ｂへの供給量を増大させる。またコントローラ６３は、還元剤用開閉弁５４の開閉間隔又は開閉時間等を制御して、還元剤４５の排気管１３ｂへの供給量を増大させる。オゾン供給量の増加により増量されたＮＯ₂を含むＮＯｘと、比較的少量のガス化した燃料と、オゾン供給量の増加により増量されたアルデヒド等の含酸素系炭化水素からなる活性還元剤とが、選択還元型触媒４３に供給されると、ＮＯｘ中のＮＯ₂が還元剤４５（ガス化した燃料や、アルデヒド等の含酸素系炭化水素からなる活性還元剤）と活発に反応してＮ₂に還元され、排ガス温度の上昇に伴って、排ガス中のＮＯｘの低減率が急激に向上する。 When the exhaust gas temperature rises within a range of 200 to 250 ° C., the controller 63 controls the air compressor 23 and the ozone generator 86 to increase the supply amount of ozone to the exhaust pipe 13b. Further, the controller 63 controls the opening / closing interval or opening / closing time of the reducing agent opening / closing valve 54 to increase the supply amount of the reducing agent 45 to the exhaust pipe 13b. NOx containing NO ₂ increased by an increase in the ozone supply amount, a relatively small amount of gasified fuel, and an active reducing agent comprising an oxygen-containing hydrocarbon such as an aldehyde increased by an increase in the ozone supply amount When supplied to the selective catalytic reduction catalyst 43, NO ₂ in NOx reacts actively with the reducing agent 45 (active reducing agent comprising gasified fuel or oxygen-containing hydrocarbon such as aldehyde) and N _2. As the exhaust gas temperature rises, the NOx reduction rate in the exhaust gas rapidly increases.

排ガス温度が２５０〜５００℃の範囲内になると、コントローラ６３は、空気用コンプレッサ２３及びオゾン発生器８６をそれぞれ制御して、オゾンの排気管１３ｂへの供給量を排ガス温度２００〜２５０℃の場合より若干減少させる。またコントローラ６３は、還元剤用開閉弁５４の開閉間隔又は開閉時間を制御して、還元剤４５の排気管１３ｂへの供給量を排ガス温度２００〜２５０℃の場合と同程度とする（但し、排ガス流量に応じて変化させる。）。ここで、オゾンの排気管１３ｂへの供給量を若干減少させるのは、排ガス温度が２５０〜５００℃と高くなると、オゾンが熱分解し易くなるため、高温の排気管１３ｂにオゾンを供給しても、オゾンにより排ガス中のＮＯの一部がＮＯ₂に酸化され難くなるとともに、オゾンにより還元剤４５がアルデヒド等の含酸素系炭化水素からなる活性還元剤に部分酸化され難くなるからである。オゾンによるＮＯの一部の酸化により得られるＮＯ₂を僅かに含むＮＯｘと、僅かなアルデヒド等の含酸素系炭化水素からなる活性還元剤と、オゾンによりアルデヒド等の含酸素系炭化水素からなる活性還元剤に部分酸化されずにガス化した比較的多量の燃料とが、選択還元型触媒４３に供給されると、ＮＯｘ中のＮＯ₂が還元剤４５（ガス化した燃料や、アルデヒド等の含酸素系炭化水素からなる活性還元剤）と反応してＮ₂に還元されるけれども、排ガス温度の上昇に伴って、排ガス中のＮＯｘの低減率が徐々に減少する。この結果、排ガス温度が２００〜５００℃の広い温度範囲にわたって排ガス中のＮＯｘを比較的効率良く低減できる。 When the exhaust gas temperature falls within the range of 250 to 500 ° C., the controller 63 controls the air compressor 23 and the ozone generator 86 to control the supply amount of ozone to the exhaust pipe 13b when the exhaust gas temperature is 200 to 250 ° C. Decrease slightly more. Further, the controller 63 controls the opening / closing interval or opening / closing time of the reducing agent on / off valve 54 so that the supply amount of the reducing agent 45 to the exhaust pipe 13b is approximately the same as when the exhaust gas temperature is 200 to 250 ° C. (however, Change according to the exhaust gas flow rate.) Here, the amount of ozone supplied to the exhaust pipe 13b is slightly reduced because ozone is easily decomposed when the exhaust gas temperature is increased to 250 to 500 ° C., so that ozone is supplied to the high temperature exhaust pipe 13b. This is because part of NO in the exhaust gas is hardly oxidized to NO ₂ by ozone, and the reducing agent 45 is hardly partially oxidized by ozone to an active reducing agent made of an oxygen-containing hydrocarbon such as aldehyde. NOx slightly containing NO ₂ obtained by partial oxidation of NO by ozone, an active reducing agent consisting of oxygen-containing hydrocarbons such as aldehydes, and activity consisting of oxygen-containing hydrocarbons such as aldehydes by ozone When a relatively large amount of fuel gasified without being partially oxidized by the reducing agent is supplied to the selective catalytic reduction catalyst 43, NO ₂ in the NOx is reduced to contain the reducing agent 45 (gasified fuel, aldehyde, etc.). Although it is reduced to N ₂ by reacting with an active reducing agent comprising an oxygen-based hydrocarbon), the NOx reduction rate in the exhaust gas gradually decreases as the exhaust gas temperature rises. As a result, the NOx in the exhaust gas can be reduced relatively efficiently over a wide temperature range where the exhaust gas temperature is 200 to 500 ° C.

なお、上記第１及び第２の実施の形態では、本発明の排ガス浄化装置をディーゼルエンジンに適用したが、本発明の排ガス浄化装置をガソリンエンジンに適用してもよい。また、上記第１及び第２の実施の形態では、本発明の排ガス浄化装置をターボ過給機付ディーゼルエンジンに適用したが、本発明の排ガス浄化装置を自然吸気型ディーゼルエンジン又は自然吸気型ガソリンエンジンに適用してもよい。また、上記第１及び第２の実施の形態では、ＥＧＲ管により排気マニホルドと吸気管とを接続したが、ＥＧＲ管により排気管と吸気管又は吸気マニホルドとを接続したり、或いはＥＧＲ管により排気マニホルドと吸気マニホルドとを接続してもよい。また、上記第１及び第２の実施の形態では、コンプレッサとドライヤとの間にエアタンクを設けたが、酸素富化ガス及び窒素富化ガスの流量が急激に変化しない場合には、エアタンクを設けなくてもよい。また、上記第１及び第２の実施の形態において、エアタンクとドライヤとの間にミストセパレータを設けてもよい。このミストセパレータにより空気に含まれる塵埃や水滴等が捕集される。また、上記第１及び第２の実施の形態では、還元剤圧力の調整を三方弁である還元剤圧力調整弁により行ったが、還元剤圧力調整弁を用いずに、還元剤用開閉弁の開閉時間の調整と還元剤ポンプの作動の有無により行ってもよい。また、上記第２の実施の形態では、オゾン噴射ノズルをＮＯｘセンサと還元剤噴射ノズルとの間の排気管に設けたが、オゾン噴射ノズルを還元剤噴射ノズルと選択還元型触媒との間の排気管に設けてもよい。更に、上記第２の実施の形態では、オゾン発生器として無声放電型のものを用いたが、オゾン発生器として沿面放電型のもの、空気に紫外線を放射してオゾンを発生する方式のもの、水を電気分解してオゾンを発生する方式のもの等を用いてもよい。 In the first and second embodiments, the exhaust gas purifying apparatus of the present invention is applied to a diesel engine. However, the exhaust gas purifying apparatus of the present invention may be applied to a gasoline engine. In the first and second embodiments, the exhaust gas purification apparatus of the present invention is applied to a turbocharged diesel engine. However, the exhaust gas purification apparatus of the present invention is applied to a naturally aspirated diesel engine or a naturally aspirated gasoline. It may be applied to the engine. In the first and second embodiments, the exhaust manifold and the intake pipe are connected by the EGR pipe. However, the exhaust pipe and the intake pipe or the intake manifold are connected by the EGR pipe, or the exhaust pipe is exhausted by the EGR pipe. A manifold and an intake manifold may be connected. In the first and second embodiments, the air tank is provided between the compressor and the dryer. However, when the flow rates of the oxygen-enriched gas and the nitrogen-enriched gas do not change suddenly, the air tank is provided. It does not have to be. In the first and second embodiments, a mist separator may be provided between the air tank and the dryer. The mist separator collects dust and water droplets contained in the air. In the first and second embodiments, the reducing agent pressure is adjusted by the reducing agent pressure adjusting valve which is a three-way valve. However, the reducing agent on / off valve is not used without using the reducing agent pressure adjusting valve. You may carry out by adjustment of opening / closing time and the presence or absence of the action | operation of a reducing agent pump. In the second embodiment, the ozone injection nozzle is provided in the exhaust pipe between the NOx sensor and the reducing agent injection nozzle. However, the ozone injection nozzle is provided between the reducing agent injection nozzle and the selective reduction catalyst. You may provide in an exhaust pipe. Furthermore, in the second embodiment, the silent discharge type is used as the ozone generator, but the creeping discharge type is used as the ozone generator, the ozone generator is generated by emitting ultraviolet rays to the air, A system that generates ozone by electrolyzing water may be used.

更に、上記第１及び第２の実施の形態では、還元剤として軽油（燃料）を用いたが、還元剤として尿素水を用いてもよい。この場合、選択還元型触媒は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、ゼオライト又はジルコニアをコーティングして構成される。ゼオライトとしては、銅ゼオライト、鉄ゼオライト、亜鉛ゼオライト、コバルトゼオライト等が挙げられる。銅ゼオライトからなる選択還元型触媒は、銅をイオン交換したゼオライト粉末を含むスラリーをハニカム担体にコーティングして構成される。また鉄ゼオライト、亜鉛ゼオライト又はコバルトゼオライトからなる選択還元型触媒は、鉄、亜鉛又はコバルトをイオン交換したゼオライト粉末を含むスラリーをハニカム担体にそれぞれコーティングして構成される。更にジルコニアからなる選択還元型触媒は、ジルコニアを担持させたγ−アルミナ粉末又はθ−アルミナ粉末を含むスラリーをハニカム担体にコーティングして構成される。 Furthermore, in the first and second embodiments, light oil (fuel) is used as the reducing agent, but urea water may be used as the reducing agent. In this case, the selective catalytic reduction catalyst is a monolith catalyst, and is configured by coating a cordierite honeycomb carrier with zeolite or zirconia. Examples of zeolite include copper zeolite, iron zeolite, zinc zeolite, and cobalt zeolite. The selective reduction catalyst made of copper zeolite is configured by coating a honeycomb carrier with a slurry containing zeolite powder obtained by ion-exchange of copper. In addition, the selective reduction catalyst made of iron zeolite, zinc zeolite or cobalt zeolite is configured by coating a honeycomb carrier with a slurry containing zeolite powder obtained by ion exchange of iron, zinc or cobalt. Further, the selective reduction catalyst made of zirconia is configured by coating a honeycomb carrier with a slurry containing γ-alumina powder or θ-alumina powder supporting zirconia.

１１ディーゼルエンジン（エンジン）
１２吸気通路
１３排気通路
１９ＥＧＲ管
２０ＥＧＲバルブ
２３空気用コンプレッサ
２４ドライヤ
２６空気分離器
２６ａ酸素富化膜
３６窒素富化ガス供給手段
４０，８３パージ手段
４３選択還元型触媒
４５還元剤
４６還元剤供給手段
４７還元剤噴射ノズル
８１オゾン噴射ノズル
８６オゾン発生器
８７オゾン供給手段
９０オゾン 11 Diesel engine (engine)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 12 Intake passage 13 Exhaust passage 19 EGR pipe 20 EGR valve 23 Air compressor 24 Dryer 26 Air separator 26a Oxygen-enriched film 36 Nitrogen-enriched gas supply means 40, 83 Purge means 43 Selective reduction catalyst 45 Reductant 46 Reductant Supply means 47 Reducing agent injection nozzle 81 Ozone injection nozzle 86 Ozone generator 87 Ozone supply means 90 Ozone

Claims

An exhaust passage (13) of the engine (11) and an intake passage (12) are connected by bypassing the engine (11), and a part of the exhaust gas of the engine (11) is taken as EGR gas from the exhaust passage (13). An exhaust gas comprising an EGR pipe (19) that recirculates to the intake passage (12), and an EGR valve (20) that is provided in the EGR pipe (19) and adjusts the flow rate of the EGR gas that flows through the EGR pipe (19). In the purification device,
An air compressor (23) for compressing air;
A dryer (24) for collecting moisture contained in the air compressed by the air compressor (23) and drying the air;
An air separator (26) for separating the air dried by the dryer (24) into an oxygen-enriched gas having a high oxygen concentration and a nitrogen-enriched gas having a high nitrogen concentration;
Nitrogen-enriched gas supply means (36) for supplying the nitrogen-enriched gas separated by the air separator (26) to the EGR pipe (19) ;
An exhaust gas purification apparatus comprising purge means (40, 83) for removing moisture in the dryer (24) using a part of the oxygen-enriched gas separated by the air separator (26) .

The air separator (26) has an oxygen-enriched membrane (26a), and the oxygen-enriched gas is generated when the air dried by the dryer (24) passes through the oxygen-enriched membrane (26a). The exhaust gas purifying apparatus according to claim 1, wherein the nitrogen-enriched gas is generated by passing air dried by the dryer (24) without passing through the oxygen-enriched membrane (26a).