JPH05263628A - デイーゼルエンジンの排気浄化装置 - Google Patents

デイーゼルエンジンの排気浄化装置

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JPH05263628A
JPH05263628A JP11204692A JP11204692A JPH05263628A JP H05263628 A JPH05263628 A JP H05263628A JP 11204692 A JP11204692 A JP 11204692A JP 11204692 A JP11204692 A JP 11204692A JP H05263628 A JPH05263628 A JP H05263628A
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JP
Japan
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exhaust gas
exhaust
catalyst
temperature
gas turbine
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP11204692A
Other languages
English (en)
Inventor
Yoshinori Takahashi
嘉則 高橋
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Mitsubishi Motors Corp
Original Assignee
Mitsubishi Motors Corp
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Publication date
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Publication of JPH05263628A publication Critical patent/JPH05263628A/ja
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B3/00Engines characterised by air compression and subsequent fuel addition
    • F02B3/06Engines characterised by air compression and subsequent fuel addition with compression ignition

Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【目的】 排気ガスタービンによつて排気エネルギを電
気的エネルギとして回収すると共に、触媒による排気浄
化性能の向上を図る。 【構成】 デイーゼルエンジンの排気通路内に配設され
排気中の有害成分を浄化する触媒28、同触媒より上流
側の上記排気通路内に設けられ排気を作動媒体として駆
動される排気ガスタービン40、同排気ガスタービンに
よつて駆動される発電機42、及び上記触媒入口におけ
る排気温度又は触媒温度が設定温度以上のときに上記排
気ガスタービンを作動させて上記発電機を駆動し、上記
設定温度未満のときに上記排気ガスタービンを作動させ
ないか又は無負荷状態で回転させるコントローラ32を
具備している。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、デイーゼルエンジンか
ら排出される排気中の有害成分、特にNOを効果的に
低減する排気浄化装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】技術上良く知られているように、トラツ
ク等車両用のデイーゼルエンジンにおいては、その排気
中に、多量のNO及び比較的少量のHC及びCO等の
有害成分が含まれており、また通常10%程度の多量の
酸素が含まれている。この排気中の過剰な酸素の存在の
ために、従来からガソリンエンジンに広く採用されて優
れた排気浄化性能を発揮している三元触媒をデイーゼル
エンジンに適用した場合、最も重要なNOを効果的に
除去し浄化することができない。一方、種々の天然又は
合成ゼオライトを担体として、その成分中のナトリウム
(Na)及び水素イオンの少なくとも一部分を銅(C
u)等の遷移金属イオンと交換した還元触媒(以下ゼオ
ライト触媒という)が、デイーゼルエンジンの排気中に
おけるNOの浄化に有効であると謂われている。
【0003】しかしながら、従来提案されているゼオラ
イト触媒は、触媒入口における排気温度が低い場合、例
えば250゜C以下では浄化性能が著しく低く、デイー
ゼルエンジンのアイドル運転時、低負荷の低速又は中速
運転時、及び中負荷での低速運転時等において、排気中
のNO浄化が効果的に行なわれない不具合がある。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記事情に
鑑み創案されたもので、デイーゼルエンジンの排気中に
含まれている主要な有害成分であるNOを、エンジン
の全運転領域において効果的に浄化することができると
共に、排気エネルギを電気的エネルギとして有効に回収
することができるようにした排気浄化装置を提供するこ
とを目的とするものである。
【0005】上記目的を達成するため、本発明は、デイ
ーゼルエンジンの排気通路内に配設され排気中の有害成
分を浄化する触媒、同触媒より上流側の上記排気通路内
に設けられ排気を作動媒体として駆動される排気ガスタ
ービン、同排気ガスタービンによつて駆動される発電
機、及び上記触媒入口における排気温度又は触媒温度が
設定温度以上のときに上記排気ガスタービンを作動させ
て上記発電機を駆動し、上記設定温度未満のときに上記
排気ガスタービンを作動させないか又は無負荷状態で回
転させるコントローラを具備してなることを特徴とする
デイーゼルエンジンの排気浄化装置を提案するものであ
る。
【0006】
【実施例】以下本発明の実施例を添付図面について具体
的に説明する。先ず図1において、符号10はトラツク
用デイーゼルエンジンのクランクケース内に形成された
シリンダを概念的に示し、12は同シリンダ10内に摺
動自在に嵌装されたピストン、14はシリンダヘツドを
示す。
【0007】上記シリンダヘツド14内に、吸気管16
に連通する吸気ポート18と、排気管20に連通する排
気ポート22とが設けられている。上記ポート18は吸
気弁24によつてシリンダ10との連通を制御され、ま
た排気ポート22は排気弁26によつてシリンダ10と
の連通を制御される。
【0008】上記排気管20内に触媒コンバータ28が
介装され、同触媒コンバータ28の内部には、好ましく
は上述したゼオライト触媒Cが収蔵されている。上記ゼ
オライト触媒Cは、天然又は合成ゼオライト等の結晶性
シリケート中のナトリウム(Na)及び水素イオンを少
なくとも一部分銅(Cu)イオンにより置換した触媒で
あり、好ましくは特許出願公開平3−143547号に
記載されている触媒が用いられる。同触媒は、例えばシ
リカ、アルミナ等の無機酸化物又は粘土等をバインダと
し、必要に応じ有機物等の成型助剤を加えて、粒状或い
はハニカム等適宜の形状に成形され上記コンバータ28
内に装入される。
【0009】上記触媒コンバータ28より七流側の排気
管20内に排気加熱装置30が介装されている。同排気
加熱装置30は、寒冷時にデイーゼルエンジンの吸気系
内に介装されて吸気を加熱し、冷態での始動を容易なら
しめるために一般的に使用されている電熱式のエアプレ
ヒータと同種の加熱装置を有利に採用することができ、
コントローラ32によつて開閉されるスイツチ34を介
して車載電源例えばバツテリ36に接続されている。
【0010】上記コントローラ32は、上記触媒Cの入
口における排気温度Teを検知する温度センサ38の排
気温度信号を受容して、後に詳述する態様で作動する。
(なお、上記温度センサ38は直接上記触媒Cの温度を
測るように設けてもよい。)
【0011】また、上記排気加熱装置30の更に上流側
の排気管20内に、排気を作動媒体として作動する排気
ガスタービン40が設けられ、同排気ガスタービン40
は発電機42を駆動する。同発電機42の出力は、図示
を省略されているレギユレータを介して上記バツテリ3
6に供給される。また同バツテリ36には、エンジンに
よつて駆動される通常の主発電機の出力がレギユレータ
を経て供給される。
【0012】上記排気ガスタービン40の上流側排気管
と下流側排気管との間にバイパス通路44が設けられ、
同バイパス通路44内には電気的アクチユエータ46に
よつて開閉されるバイパス弁48が設けられている。上
記アクチユエータ46は上記コントローラ32によつて
制御される。
【0013】さて、車両用デイーゼルエンジンの排気に
含まれている主要な有害成分であるNOを、上記ゼオ
ライト触媒Cによつて浄化した実験結果の一例が図2に
示されている。同図2は、車両用デイーゼルエンジンの
排気成分を模し、かつ或る量のHCを含んだ(元来排気
中に含まれている少量のHCと触媒活性化のため別途添
加したHCとの合計含有量に対応する)次の成分の試験
ガス(NO:500ppm、CO:300ppm、C
:6%、O:10%、HO:6%、C
2000ppm、N残部)を、供試触媒の容積に対し
実用エンジンの或る運転状態における排気流量に対応す
る流量だけ流して、種々の試験ガス温度におけるNO
浄化率を調べたものである。
【0014】図2から明らかなように、試験ガス(排
気)中のNO浄化率は試験ガス(排気)温度によつて
大巾に変化し、触媒Cの活性が低い250°C以下では
浄化率が極めて低く、300゜Cから350°Cの間に
最も浄化率が高いピークがある。また350°Cから5
00°Cの間では浄化率のレベルは高いが次第に低減
し、更に500゜Cを越えると急速に浄化率が低くなる
ことが認められた。なお、試験ガス(排気)中のHC濃
度が上記2000ppmより増大すると、図示の浄化率
曲線における300〜500°C間の高浄化率部分のレ
ベルが上方に略平行に移動し、反対にHC濃度が小さく
なると、上記曲線における300〜500°C間の高浄
化率部分のレベルが略平行に下方に移動することが確認
された。
【0015】更に、図2には図示を省略されているが、
試験ガス(排気)中の他の有害成分であるHC及びCO
も、通常上記NOと同様に200゜Cから300°C
までの間に浄化率0%から95%程度まで上昇し、30
0°C以後は略95%以上の浄化率レベルであることが
認められた。
【0016】そこで本発明によれば、上記コントローラ
32が温度センサ38によつて検知された排気温度Te
に関する信号を受容して、次に述べるように排気ガスタ
ービン40及び排気加熱装置30を制御する。先ず、デ
イーゼルエンジンの冷態始動時等、排気温度が第1の設
定温度、例えば図2に浄化率−温度特性を示した触媒C
の場合275°Cより低い場合、コントローラ32から
アクチユエータ46に開弁指令が与えられ、バイパス弁
48が開放されると共に、スイツチ34が閉成されてバ
ツテリ36により排気加熱装置30が付勢される。
【0017】従つて、エンジンの排気が、排気ガスター
ビン40を通ることなく、バイパス通路44を経て直接
排気加熱装置30に入り、加熱され昇温されて触媒Cに
供給される。排気が、排気ガスタービン40において仕
事をせず殆ど温度降下を起こすことなく排気加熱装置3
0に供給されるため触媒入口における排気温度の上昇が
早く、図2から明らかなように温度上昇分に相応してN
の浄化率が増大し、同時にHC及びCOの浄化率も
向上する。その後排気温度が上記第1設定温度を越える
とコントローラ32によりスイツチ34が開路されて排
気加熱装置30は消勢されるが、バイパス弁48は引き
続き開放され排気ガスタービン40は、なお休止してい
るので、排気温度の著しい低下は生じない。
【0018】次に、排気温度Teが第2の設定温度、例
えば図2の特性を有する上記触媒Cの場合、一例として
400゜C以上となるエンジンの運転状態では、コント
ローラ32からアクチユエータ46に閉弁指令が与えら
れてバイパス弁48が閉鎖されるので、排気ガスタービ
ン40に排気が流れる。排気ガスタービン40が回転し
て発電機42が駆動され、同発電機42の出力はバツテ
リ36に供給される。
【0019】排気ガスタービン40の作動により、排気
温度が通常のトラツク用デイーゼルエンジンの場合、5
0〜100°C低下する。図2に示されているように、
触媒Cの入口における排気温度が、上記のように排気ガ
スタービンを通る間に400゜から350°Cないし3
00°Cに低下することによつてNO浄化率が向上
し、更に一層の高温例えば550°Cから500〜45
0°Cに温度が低くなつた場合NO浄化率の向上は特
に著しい。即ち本発明では、排気ガスタービン40が、
排気エネルギを電気的エネルギとして回収する手段とし
て機能するだけでなく、触媒CのNO浄化機能を効果
的に向上する手段として有効に機能することとなる。
【0020】なお、本発明は、上記実施例に限定される
ものではなく、その特許請求の範囲内において、種々の
変更、修正を加え実施することができる。例えば、上記
排気ガスタービン40の上流側及び下流側排気管を連通
させるバイパス通路44及びバイパス弁48を省き、代
わりに排気ガスタービン40と発電機42とを電磁クラ
ツチにより接続し、上記コントローラ32によつて同電
磁クラツチを断接するように変更することができる。こ
の場合、排気温度が上記第1設定温度以下のときに、上
記コントローラ32により電磁クラツチが遮断されるこ
とによつて、排気ガスタービン40が無負荷状態で空転
するので同タービン内での排気温度の低下が少なく、排
気加熱装置30を上記実施例と同様に作動させることに
より第1設定温度以下の低温領域で触媒Cによる優れた
浄化率を確保することができる。一方、排気温度が上記
第2設定温度以上のときに、上記コントローラ32によ
り電磁クラツチを係合させることによつて、排気ガスタ
ービン40と発電機42とが連結され同タービン内での
排気温度の低下が十分大きくなるので、上記実施例同様
にNO浄化率の向上を達成することができる。
【0021】また、他の実施例として、排気加熱装置3
0を省略することができ、この場合発電機42の出力
は、エアコンデイシヨナ、車載マイクロコンピユータ等
近来益々増大している車両の電気負荷を賄うために利用
されることとなる。この実施例では、排気加熱装置の省
略により、上記第1設定温度以下の排気温度領域におけ
る浄化率の向上効果は勿論得られないが、高温排気領域
における排気ガスタービンによる排気温度低下に基づく
前記浄化率向上効果は、上記実施例と同様に奏すること
ができる。
【0022】叙上のように、本発明に係るデイーゼルエ
ンジンの排気浄化装置は、デイーゼルエンジンの排気通
路内に配設され排気中の有害成分を浄化する触媒、同触
媒より上流側の上記排気通路内に設けられ排気を作動媒
体として駆動される排気ガスタービン、同排気ガスター
ビンによつて駆動される発電機、及び上記触媒入口にお
ける排気温度又は触媒温度が設定温度以上のときに上記
排気ガスタービンを作動させて上記発電機を駆動し、上
記設定温度未満のときに上記排気ガスタービンを作動さ
せないか又は無負荷状態で回転させるコントローラを具
備してなることを特徴とし、排気ガスタービンによつて
排気エネルギを電気的エネルギとして効果的に回収し得
ると共に、触媒による排気中の有害成分の浄化、特にN
の浄化率を向上することができるので、産業上有益
である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例を示す概略断面図である。
【図2】図1における触媒CのNO浄化効果−温度特
性を示す線図である。
【符号の説明】
10…シリンダ、12…ピストン、14…シリンダヘツ
ド、20…排気管、28…触媒コンバータ、30…排気
加熱装置、32…コントローラ、40…排気ガスタービ
ン、42…発電機

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 デイーゼルエンジンの排気通路内に配設
    され排気中の有害成分を浄化する触媒、同触媒より上流
    側の上記排気通路内に設けられ排気を作動媒体として駆
    動される排気ガスタービン、同排気ガスタービンによつ
    て駆動される発電機、及び上記触媒入口における排気温
    度又は触媒温度が設定温度以上のときに上記排気ガスタ
    ービンを作動させて上記発電機を駆動し、上記設定温度
    未満のときに上記排気ガスタービンを作動させないか又
    は無負荷状態で回転させるコントローラを具備してなる
    ことを特徴とするデイーゼルエンジンの排気浄化装置。
JP11204692A 1992-03-19 1992-03-19 デイーゼルエンジンの排気浄化装置 Withdrawn JPH05263628A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7104060B2 (en) * 2001-11-02 2006-09-12 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Exhaust energy recovery system for combustion engine
JP2006336537A (ja) * 2005-06-02 2006-12-14 Toyota Motor Corp 内燃機関の制御装置

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Effective date: 19990608