(57)【要約】【課題】余分な燃料噴射や電気ヒータによる強制加熱を不要として燃費向上を図りつつ、パティキュレートフィルタの煤による目詰まりを抑制し得、背圧上昇に伴うパティキュレートの増加を防止して、大気放出される排ガスの清浄化を図り得るターボチャージャ付きディーゼルエンジンの排ガス処理方法及び装置を提供する。【解決手段】ターボチャージャ１１のタービン１４より下流側における排気管１３途中にパティキュレートフィルタ２０を設けると共に、ターボチャージャ１１のタービン１４及びパティキュレートフィルタ２０を迂回するバイパス流路２１を設け、該バイパス流路２１に、排ガス温度２４ａが低下する低負荷運転時に開かれる制御弁２３を設ける。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ターボチャージャのタービンより下流側における排気管途中にパティキュレートフィルタを設けてなるターボチャージャ付きディーゼルエンジンの排ガス処理方法であって、
排ガス温度が低下する低負荷運転時には、排ガスの一部をターボチャージャのタービン及びパティキュレートフィルタに導入せずに迂回させることを特徴とするターボチャージャ付きディーゼルエンジンの排ガス処理方法。
【請求項２】
前記排ガス温度が低下する低負荷運転時には、排ガスが少なくともディーゼル酸化触媒を通過するようにした請求項１記載のターボチャージャ付きディーゼルエンジンの排ガス処理方法。
【請求項３】
ターボチャージャのタービンより下流側における排気管途中にパティキュレートフィルタを設けてなるターボチャージャ付きディーゼルエンジンの排ガス処理装置であって、
ターボチャージャのタービン及びパティキュレートフィルタを迂回するバイパス流路を設け、該バイパス流路に、排ガス温度が低下する低負荷運転時に開かれる制御弁を設けたことを特徴とするターボチャージャ付きディーゼルエンジンの排ガス処理装置。
【請求項４】
前記排気管とバイパス流路の少なくとも一方にディーゼル酸化触媒を設けた請求項３記載のターボチャージャ付きディーゼルエンジンの排ガス処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ターボチャージャ付きディーゼルエンジンの排ガス処理方法及び装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、内燃機関としてのディーゼルエンジンは、ガソリンエンジンのようにプラグによる火花点火を行わず、高圧縮によって高温となった空気に、直接、燃料としての軽油を噴射して自然着火させるものであり、近年においては、性能向上の観点からターボチャージャ付きディーゼルエンジンが主流となっている。
【０００３】
前記ディーゼルエンジンから排出される排ガス中にはパティキュレート（Particulate Matter：粒子状物質）が含まれており、該パティキュレートは、炭素質からなる煤（Soot：スート）と、高沸点炭化水素成分からなるＳＯＦ分（Soluble Organic Fraction：可溶性有機成分）とを主成分とし、更に微量のサルフェート（ミスト状硫酸成分）を含んだ組成をなすものであるが、この種のパティキュレートの低減対策としては、ディーゼルエンジンからの排ガスが流通する排気管の途中に、パティキュレートフィルタを装備することが従来より行われている。
【０００４】
前記パティキュレートフィルタは、コージェライト等のセラミックからなる多孔質のハニカム構造を有し、格子状に区画された各流路の入口が交互に目封じされ、入口が目封じされていない流路については、その出口が目封じされるようになっており、各流路を区画する多孔質薄壁を透過した排ガスのみが下流側へ排出されるようになっている。
【０００５】
尚、パティキュレートフィルタを装備したターボチャージャ付きディーゼルエンジンの一般的技術水準を示すものとしては、例えば、特許文献１がある。
【特許文献１】特開２００２−１７４１１０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、排ガス中のパティキュレートは、前記多孔質薄壁の内側表面に捕集されて堆積するので、目詰まりにより排気抵抗が増加しないうちにパティキュレートを適宜燃焼除去してパティキュレートフィルタの再生を図る必要があるが、燃料噴射量があまり少なくならない常用負荷運転時には、パティキュレートフィルタに捕集されたパティキュレートは排ガスにより加熱され燃焼する。
【０００７】
しかしながら、燃料噴射量の少ない低負荷運転時には、排ガス温度の低下に伴ってパティキュレートの燃焼速度が低下し、その結果、パティキュレートの中でも燃焼しにくい煤が前記多孔質薄壁の内側表面に堆積してパティキュレートフィルタが目詰まりを起こすことにより、背圧の上昇と共にパティキュレートが増加するという問題があった。
【０００８】
このため、従来においては、排ガス温度をある温度以上に高めるべく、余分に燃料噴射することや電気ヒータにより強制加熱することが行われているが、燃費の悪化を招いていた。
【０００９】
本発明は、斯かる実情に鑑み、余分な燃料噴射や電気ヒータによる強制加熱を不要として燃費向上を図りつつ、パティキュレートフィルタの煤による目詰まりを抑制し得、背圧上昇に伴うパティキュレートの増加を防止して、大気放出される排ガスの清浄化を図り得るターボチャージャ付きディーゼルエンジンの排ガス処理方法及び装置を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、ターボチャージャのタービンより下流側における排気管途中にパティキュレートフィルタを設けてなるターボチャージャ付きディーゼルエンジンの排ガス処理方法であって、
排ガス温度が低下する低負荷運転時には、排ガスの一部をターボチャージャのタービン及びパティキュレートフィルタに導入せずに迂回させることを特徴とするターボチャージャ付きディーゼルエンジンの排ガス処理方法にかかるものである。
【００１１】
前記ターボチャージャ付きディーゼルエンジンの排ガス処理方法の如く、排ガス温度が低下する低負荷運転時に、排ガスの一部をターボチャージャのタービン及びパティキュレートフィルタに導入せずに迂回させると、パティキュレートフィルタを通過する排ガスの流量が減少し、パティキュレートフィルタの煤による目詰まりを抑制することが可能となる。この際、排ガスの一部がターボチャージャのタービンをも迂回するため、過給圧の低下を伴うが、低負荷運転時は燃料噴射量が少なく、ディーゼルエンジンの燃焼室内には相対的に充分に空気があり、過給圧の低下は大きな問題にはならない。むしろ、排ガスの一部がターボチャージャのタービンを迂回することに伴って、前記タービンによる背圧上昇が抑制される。
【００１２】
この結果、パティキュレートフィルタが目詰まりを起こすことが避けられ、背圧も上昇せずパティキュレートが増加する心配がなくなると共に、従来のように、排ガス温度を一定以上に保つべく、余分に燃料噴射したり、電気ヒータにより強制加熱する必要がなくなり、燃費の悪化も回避可能となる。
【００１３】
前記ターボチャージャ付きディーゼルエンジンの排ガス処理方法において、前記排ガス温度が低下する低負荷運転時には、排ガスが少なくともディーゼル酸化触媒を通過するようにすることができ、このようにすると、たとえ排ガスがパティキュレートフィルタを通過しなくても、低負荷運転時にパティキュレートの成分として大半を占めるＳＯＦ分をディーゼル酸化触媒で吸着又は燃焼させることが可能となり、大気放出される排ガスをより清浄化する上で好ましい。
【００１４】
一方、本発明は、ターボチャージャのタービンより下流側における排気管途中にパティキュレートフィルタを設けてなるターボチャージャ付きディーゼルエンジンの排ガス処理装置であって、
ターボチャージャのタービン及びパティキュレートフィルタを迂回するバイパス流路を設け、該バイパス流路に、排ガス温度が低下する低負荷運転時に開かれる制御弁を設けたことを特徴とするターボチャージャ付きディーゼルエンジンの排ガス処理装置にかかるものである。
【００１５】
前記ターボチャージャ付きディーゼルエンジンの排ガス処理装置の如く構成すると、排ガス温度が低下する低負荷運転時には、制御弁が開かれて排ガスの一部がバイパス流路を流れターボチャージャのタービン及びパティキュレートフィルタに導入されずに迂回するため、パティキュレートフィルタを通過する排ガスの流量が減少し、パティキュレートフィルタの煤による目詰まりを抑制することが可能となる。この際、排ガスの一部がターボチャージャのタービンをも迂回するため、過給圧の低下を伴うが、低負荷運転時は燃料噴射量が少なく、ディーゼルエンジンの燃焼室内には相対的に充分に空気があり、過給圧の低下は大きな問題にはならない。むしろ、排ガスの一部がターボチャージャのタービンを迂回することに伴って、前記タービンによる背圧上昇が抑制される。
【００１６】
この結果、パティキュレートフィルタが目詰まりを起こすことが避けられ、背圧も上昇せずパティキュレートが増加する心配がなくなると共に、従来のように、排ガス温度を一定以上に保つべく、余分に燃料噴射したり、電気ヒータにより強制加熱する必要がなくなり、燃費の悪化も回避可能となる。
【００１７】
前記ターボチャージャ付きディーゼルエンジンの排ガス処理装置においては、前記排気管とバイパス流路の少なくとも一方にディーゼル酸化触媒を設けることができ、このようにすると、たとえ排ガスがパティキュレートフィルタを通過しなくても、低負荷運転時にパティキュレートの成分として大半を占めるＳＯＦ分をディーゼル酸化触媒で吸着又は燃焼させることが可能となり、大気放出される排ガスをより清浄化する上で好ましい。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の請求項１〜４記載のターボチャージャ付きディーゼルエンジンの排ガス処理方法及び装置によれば、余分な燃料噴射や電気ヒータによる強制加熱を不要として燃費向上を図りつつ、パティキュレートフィルタの煤による目詰まりを抑制し得、背圧上昇に伴うパティキュレートの増加を防止して、大気放出される排ガスの清浄化を図り得るという優れた効果を奏し得る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。
【００２０】
図１〜図３は本発明を実施する形態の第一例であって、図中、１はディーゼルエンジン、２はディーゼルエンジン１のシリンダ、３はシリンダ２内に摺動自在に嵌挿されたピストン、４はピストン３が嵌挿されるシリンダ２の上部に設けられたシリンダヘッド、５はシリンダヘッド４に組み込まれて燃料をシリンダ２内に噴射する燃料噴射弁、６はシリンダヘッド４に形成された吸気ポート、７は吸気ポート６を開閉する吸気バルブ、８はシリンダヘッド４に形成された排気ポート、９は排気ポート８を開閉する排気バルブであり、前記吸気ポート６に接続される吸気管１０途中にターボチャージャ１１のコンプレッサ１２を配設すると共に、前記排気ポート８に接続される排気管１３途中にターボチャージャ１１のタービン１４を配設してある。
【００２１】
前記ターボチャージャ１１のコンプレッサ１２は、コンプレッサハウジング１５内にコンプレッサインペラ１６を配設して構成される一方、前記ターボチャージャ１１のタービン１４は、タービンハウジング１７内にタービンロータ１８を配設して構成され、前記コンプレッサインペラ１６とタービンロータ１８は、回転自在に配設される共通の軸１９で連結されている。
【００２２】
本図示例の場合、前記ターボチャージャ１１のタービン１４より下流側における排気管１３途中にパティキュレートフィルタ２０を設けると共に、ターボチャージャ１１のタービン１４及びパティキュレートフィルタ２０を迂回するバイパス流路２１を設け、該バイパス流路２１に、アクチュエータ２２の作動によりバイパス流路２１を開度調節可能な制御弁２３を設けてある。
【００２３】
前記制御弁２３の開度調節に関しては、前記ターボチャージャ１１のタービン１４より上流側の排気管１３に、排ガス温度２４ａを検出する温度検出器２４を設け、該温度検出器２４で検出されたディーゼルエンジン１の排ガス温度２４ａに基づき制御器２５から前記制御弁２３のアクチュエータ２２へ制御信号２５ａを出力するようにし、これにより、ディーゼルエンジン１の低負荷運転時において、ディーゼルエンジン１の排ガス温度２４ａに応じてアクチュエータ２２を駆動し、前記制御弁２３の開度調節を行うようにしてある。
【００２４】
尚、前記制御弁２３の開度調節に関しては、温度検出器２４でディーゼルエンジン１の排ガス温度２４ａを検出する代わりに、該排ガス温度２４ａと相関関係のある燃料噴射量に応じてアクチュエータ２２を駆動するようにしても良い。又、前記燃料噴射量の代わりに、軸トルク或いは排気酸素濃度に応じてアクチュエータ２２を駆動することも可能である。更に又、前記制御弁２３の開度調節に関しては、温度検出器２４で検出したディーゼルエンジン１の排ガス温度２４ａに応じてアクチュエータ２２を駆動する代わりに、熱膨張率の異なる２枚の金属板を貼合わせることにより温度変化に応じて曲がり方が変化するバイメタルを利用するようにし、これにより、ディーゼルエンジン１の低負荷運転時において、前記バイメタルを変形させ、前記制御弁２３の開度調節を行うようにしても良い。
【００２５】
又、前記バイパス流路２１には、ディーゼル酸化触媒２６（ＤＯＣ：Diesel Oxidation Catalyst）を設けてある。
【００２６】
一方、前記パティキュレートフィルタ２０は、図２に示す如く、コージェライト等のセラミックで製作された多孔質ハニカム構造のフィルタ本体２７を主構成とし、該フィルタ本体２７における格子状に区画された多数の流路２８の入口が栓体２９により交互に目封じされ、入口が目封じされていない流路２８については、その出口が栓体２９により目封じされるようになっており、各流路２８を区画する多孔質薄壁３０を透過した排ガスのみが下流側へ排出されて、前記多孔質薄壁３０の内側表面にパティキュレートが捕集されるようになっている。
【００２７】
又、前記ディーゼル酸化触媒２６は、図３に示す如く、格子状に区画された多数の流路３１を排ガスが通過するようになっており、目詰まりを起こす心配はほとんどなく、パティキュレートに含まれるＳＯＦ分の酸化性能に優れている。
【００２８】
次に、上記図示例の作用を説明する。
【００２９】
前述の如く構成すると、温度検出器２４で検出されたディーゼルエンジン１の排ガス温度２４ａが低下する低負荷運転時には、該排ガス温度２４ａに基づき制御器２５からアクチュエータ２２へ出力される制御信号２５ａにより制御弁２３が開かれて排ガスの一部がバイパス流路２１を流れターボチャージャ１１のタービン１４及びパティキュレートフィルタ２０に導入されずに迂回するため、パティキュレートフィルタ２０を通過する排ガスの流量が減少し、パティキュレートフィルタ２０の煤による目詰まりを抑制することが可能となる。この際、排ガスの一部がターボチャージャ１１のタービン１４をも迂回するため、過給圧の低下を伴うが、低負荷運転時は燃料噴射量が少なく、ディーゼルエンジン１の燃焼室内には相対的に充分に空気があり、過給圧の低下は大きな問題にはならない。むしろ、排ガスの一部がターボチャージャ１１のタービン１４を迂回することに伴って、前記タービン１４による背圧上昇が抑制される。
【００３０】
この結果、パティキュレートフィルタ２０が目詰まりを起こすことが避けられ、背圧も上昇せずパティキュレートが増加する心配がなくなると共に、従来のように、排ガス温度２４ａを一定以上に保つべく、余分に燃料噴射したり、電気ヒータにより強制加熱する必要がなくなり、燃費の悪化も回避可能となる。
【００３１】
又、本図示例においては、前記バイパス流路２１にディーゼル酸化触媒２６を設けてあるため、たとえ排ガスがパティキュレートフィルタ２０を通過しなくても、低負荷運転時にパティキュレートの成分として大半を占めるＳＯＦ分をディーゼル酸化触媒２６で吸着又は燃焼させることが可能となり、排ガスは清浄化されて大気放出される形となる。因みに、低負荷運転時にパティキュレートの成分としてＳＯＦ分が大半を占めることについては、池上詢、吉原福全、李新和、稲垣弘行による「ディーゼル排気の軽質有機微粒子」、第７回内燃機関合同シンポジウム講演論文集（'８８−７−１３，１４，東京）、Ｐ．４３〜Ｐ．４８に記載されている。
【００３２】
尚、燃料噴射量があまり少なくならない常用負荷運転時には、前記制御弁２３は閉じられており、排気管１３を流れる排ガスは、前記バイパス流路２１へ迂回せずにターボチャージャ１１のタービン１４及びパティキュレートフィルタ２０に導入され、該パティキュレートフィルタ２０に捕集されたパティキュレートは排ガスにより加熱され燃焼する。
【００３３】
こうして、余分な燃料噴射や電気ヒータによる強制加熱を不要として燃費向上を図りつつ、パティキュレートフィルタ２０の煤による目詰まりを抑制し得、背圧上昇に伴うパティキュレートの増加を防止して、大気放出される排ガスの清浄化を図り得る。
【００３４】
図４は本発明を実施する形態の第二例であって、図中、図１と同一の符号を付した部分は同一物を表わしており、基本的な構成は図１に示すものと同様であるが、本図示例の特徴とするところは、図４に示す如く、ディーゼル酸化触媒２６をターボチャージャ１１のタービン１４より上流側における排気管１３に配置した点にある。
【００３５】
図４に示す第二例の場合、温度検出器２４で検出されたディーゼルエンジン１の排ガス温度２４ａが低下する低負荷運転時には、該排ガス温度２４ａに基づき制御器２５からアクチュエータ２２へ出力される制御信号２５ａにより制御弁２３が開かれるが、排ガスはディーゼル酸化触媒２６を通過した後、その一部がバイパス流路２１を流れターボチャージャ１１のタービン１４及びパティキュレートフィルタ２０に導入されずに迂回するため、パティキュレートフィルタ２０を通過する排ガスの流量が減少し、パティキュレートフィルタ２０の煤による目詰まりを抑制することが可能となると共に、たとえ排ガスがパティキュレートフィルタ２０を通過しなくても、低負荷運転時にパティキュレートの成分として大半を占めるＳＯＦ分を、ターボチャージャ１１のタービン１４より上流側における排気管１３に配置したディーゼル酸化触媒２６で吸着又は燃焼させることが可能となり、排ガスは清浄化されて大気放出される形となる。この際、図１の第一例と同様、排ガスの一部がターボチャージャ１１のタービン１４をも迂回するため、過給圧の低下を伴うが、低負荷運転時は燃料噴射量が少なく、ディーゼルエンジン１の燃焼室内には相対的に充分に空気があり、過給圧の低下は大きな問題にはならず、むしろ、排ガスの一部がターボチャージャ１１のタービン１４を迂回することに伴って、前記タービン１４による背圧上昇が抑制される。
【００３６】
この結果、図１の第一例と同様、パティキュレートフィルタ２０が目詰まりを起こすことが避けられ、背圧も上昇せずパティキュレートが増加する心配がなくなると共に、従来のように、排ガス温度２４ａを一定以上に保つべく、余分に燃料噴射したり、電気ヒータにより強制加熱する必要がなくなり、燃費の悪化も回避可能となる。
【００３７】
こうして、図４に示す第二例においても、図１に示す第一例の場合と同様、余分な燃料噴射や電気ヒータによる強制加熱を不要として燃費向上を図りつつ、パティキュレートフィルタ２０の煤による目詰まりを抑制し得、背圧上昇に伴うパティキュレートの増加を防止して、大気放出される排ガスの清浄化を図り得る。
【００３８】
図５は本発明を実施する形態の第三例であって、図中、図１及び図４と同一の符号を付した部分は同一物を表わしており、基本的な構成は図１及び図４に示すものと同様であるが、本図示例の特徴とするところは、図５に示す如く、ディーゼル酸化触媒２６をバイパス流路２１の合流点より下流側における排気管１３に配置した点にある。
【００３９】
図５に示す第三例の場合、温度検出器２４で検出されたディーゼルエンジン１の排ガス温度２４ａが低下する低負荷運転時には、該排ガス温度２４ａに基づき制御器２５からアクチュエータ２２へ出力される制御信号２５ａにより制御弁２３が開かれて排ガスの一部がバイパス流路２１を流れターボチャージャ１１のタービン１４及びパティキュレートフィルタ２０に導入されずに迂回するため、パティキュレートフィルタ２０を通過する排ガスの流量が減少し、パティキュレートフィルタ２０の煤による目詰まりを抑制することが可能となると共に、前記バイパス流路２１へ迂回した排ガスは、パティキュレートフィルタ２０より下流側の排気管１３に再び導かれた後、ディーゼル酸化触媒２６を通過するため、たとえ排ガスがパティキュレートフィルタ２０を通過しなくても、低負荷運転時にパティキュレートの成分として大半を占めるＳＯＦ分を、バイパス流路２１の合流点より下流側における排気管１３に配置したディーゼル酸化触媒２６で吸着又は燃焼させることが可能となり、排ガスは清浄化されて大気放出される形となる。この際、図１の第一例及び図４の第二例と同様、排ガスの一部がターボチャージャ１１のタービン１４をも迂回するため、過給圧の低下を伴うが、低負荷運転時は燃料噴射量が少なく、ディーゼルエンジン１の燃焼室内には相対的に充分に空気があり、過給圧の低下は大きな問題にはならず、むしろ、排ガスの一部がターボチャージャ１１のタービン１４を迂回することに伴って、前記タービン１４による背圧上昇が抑制される。
【００４０】
この結果、図１の第一例及び図４の第二例と同様、パティキュレートフィルタ２０が目詰まりを起こすことが避けられ、背圧も上昇せずパティキュレートが増加する心配がなくなると共に、従来のように、排ガス温度２４ａを一定以上に保つべく、余分に燃料噴射したり、電気ヒータにより強制加熱する必要がなくなり、燃費の悪化も回避可能となる。
【００４１】
こうして、図５に示す第三例においても、図１に示す第一例及び図４に示す第二例の場合と同様、余分な燃料噴射や電気ヒータによる強制加熱を不要として燃費向上を図りつつ、パティキュレートフィルタ２０の煤による目詰まりを抑制し得、背圧上昇に伴うパティキュレートの増加を防止して、大気放出される排ガスの清浄化を図り得る。
【００４２】
尚、本発明のターボチャージャ付きディーゼルエンジンの排ガス処理方法及び装置は、上述の図示例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明を実施する形態の第一例を示す概要構成図である。
【図２】本発明を実施する形態の第一例におけるパティキュレートフィルタを示す断面図である。
【図３】本発明を実施する形態の第一例におけるディーゼル酸化触媒を示す断面図である。
【図４】本発明を実施する形態の第二例を示す概要構成図である。
【図５】本発明を実施する形態の第三例を示す概要構成図である。
【符号の説明】
【００４４】
１    ディーゼルエンジン
１１    ターボチャージャ
１２    コンプレッサ
１３    排気管
１４    タービン
１８    タービンロータ
２０    パティキュレートフィルタ
２１    バイパス流路
２２    アクチュエータ
２３    制御弁
２４    温度検出器
２４ａ  排ガス温度
２５    制御器
２５ａ  制御信号
２６    ディーゼル酸化触媒
【図１】
2010014016.tif 000003
【図２】
2010014016.tif 000004
【図３】
2010014016.tif 000005
【図４】
2010014016.tif 000006
【図５】
2010014016.tif 000007