(57)【要約】【課題】内燃機関の排気ガス処理中に発熱する排気ガス処理ユニットの下流側の排気ガスの熱を、この排気ガス処理ユニットの上流側の排気ガスに伝達する熱交換器を備えた排気ガス浄化装置において、熱交換器を小型化できて、この小型の熱交換器で効率よく熱交換して排気ガス浄化性能を高く維持できると共に、熱交換器による排気ガスの圧力損失の増加を抑制することができる排気ガス浄化装置及び排気ガス浄化方法を提案する。【解決手段】上流側の排気ガスＧ１の一部を熱交換器２を迂回させる上流側バイパス通路５と、下流側の排気ガスＧ３の一部を熱交換器２を迂回させる下流側バイパス通路９と、上流側バイパス通路５を開閉する上流側開閉弁６と、下流側バイパス通路９を開閉する下流側開閉弁１０と、上流側開閉弁６と下流側開閉弁１０の開閉操作を制御する弁制御装置を備えて構成する。【選択図】図１
2010001875.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気ガス処理中に発熱する排気ガス処理ユニットを備えると共に、この排気ガス処理ユニットの下流側の排気ガスの熱を、この排気ガス処理ユニットの上流側の排気ガスに伝達する熱交換器を備えた排気ガス浄化装置において、
上流側の排気ガスの一部を前記熱交換器を迂回させる上流側バイパス通路と、下流側の排気ガスの一部を前記熱交換器を迂回させる下流側バイパス通路と、前記上流側バイパス通路を開閉する上流側開閉弁と、前記下流側バイパス通路を開閉する下流側開閉弁と、前記上流側開閉弁と前記下流側開閉弁の開閉操作を制御する弁制御装置を備えたことを特徴とする排気ガス浄化装置。
【請求項２】
前記弁制御装置が、内燃機関の運転領域が低排気温度領域の場合には前記熱交換器に上流側の排気ガスの全量と下流側の排気ガスの全量を流し、内燃機関の運転領域が前記低排気温度領域でない場合には、上流側の排気ガスの一部又は下流側の排気ガスの一部又はこの双方を前記熱交換器を迂回させる制御を行なうことを特徴とする請求項１記載の排気ガス浄化装置。
【請求項３】
前記上流側バイパス通路の一部又は全部を前記熱交換器又は前記排気ガス処理ユニットの少なくとも一方の周囲に設けるか、又は、前記下流側バイパス通路の一部又は全部を前記熱交換器又は前記排気ガス処理ユニットの少なくとも一方の周囲に設けたことを特徴とする請求項１又は２記載の排気ガス処理装置。
【請求項４】
前記上流側バイパス通路の一部又は全部を前記熱交換器又は前記排気ガス処理ユニットの少なくとも一方の周囲に設けると共に、前記下流側バイパス通路の一部又は全部を前記上流側バイパス通路の周囲に設けたことを特徴とする請求項１又は２記載の排気ガス処理装置。
【請求項５】
内燃機関の排気ガス処理中に発熱する排気ガス処理ユニットを備えると共に、この排気ガス処理ユニットでの下流側の排気ガスの熱をこの排気ガス処理ユニットの上流側の排気ガスに伝達する熱交換器を備えた排気ガス浄化装置を用いた排気ガス浄化方法において、内燃機関の運転領域が低排気温度領域の場合には前記熱交換器に上流側の排気ガスの全量と下流側の排気ガスの全量を流し、内燃機関の運転領域が前記低排気温度領域でない場合には、上流側の排気ガスの一部又は下流側の排気ガスの一部又はこの双方を前記熱交換器を迂回させることを特徴とする排気ガス浄化方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関等の排気ガス通路に配置された触媒等の排気ガス処理ユニットで発生した熱を、この排気ガス処理ユニットの上流側の排気ガスに伝達する排気ガス浄化装置及び排気ガス浄化方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車搭載のディーゼルエンジン等の内燃機関においては、厳しい排気ガス規制に対応するため、排気通路に触媒等の排気ガス処理装置が取り付けられつつある。例えば、触媒付きＤＰＦ（ＤＰＤ）の前段に酸化触媒を配置し、この酸化触媒の触媒作用によって排気ガス中のＨＣ、ＣＯ等を酸化し、この反応熱で排気ガスの温度を上昇させたり、あるいは、排気管内に燃料噴射して、この燃料を排気管中、又は、酸化触媒で酸化させて、排気ガスの温度を上昇させたりして、これにより、触媒付きＤＰＦの温度を高く維持して、この触媒付きＤＰＦにおける浄化率を向上することが試みられている。
【０００３】
これらの触媒反応は触媒の温度の影響を強く受けるため、触媒が高効率で作動する温度を維持することが重要となっている。特に、ディーゼルエンジンにおいては、ＤＰＦ（ディーゼルパティキュレートフィルタ）、酸化触媒（ＤＯＣ）、ＮＯｘ低減触媒（ＤｅＮＯｘ）等の複数の排気ガス処理ユニットが設置されるために、下流の排気ガス処理ユニットになるほど、その温度が低下し、活性化温度以上に維持することが困難となる。
【０００４】
一般に、排気ガス温度が低い排気ガスの浄化率を向上するためには、多量の貴金属触媒を使用するが、この場合にはコストが高くなる。また、低温での浄化率が高い触媒では、高温時の浄化率が悪化するため、幅広い温度領域で高浄化率を維持することが難しい。また、排気管内噴射やポスト噴射等による燃料の発熱を利用して排気ガスの温度を昇温することで排気ガス処理ユニットの温度を維持しようとすると、燃費の悪化が生じるという問題がある。
【０００５】
このような状況への対応策の一つとして、酸化触媒等の排気ガスが通過する際に発熱する排気ガス処理ユニットを通過した下流側の排気ガスと、この排気ガス処理ユニット触媒に流入する上流側の排気ガスとの間で熱交換させることで、排気ガス処理ユニットを高い温度に維持して、この排気ガス処理ユニットの排気ガス処理能力を高い状態に維持する方法が提案されている。つまり、排気ガスの処理時に発熱する場合においては、排気ガス浄化装置に熱交換機能を持たせることで排気ガス浄化装置における浄化率を高く維持できる。
【０００６】
これに関連するものの一つとして、例えば、触媒の昇温や保温を効率的に行うために、ＰＭフィルタの排気上流側の排気管と排気下流側の排気管との間に、排気下流側の熱を回収して蓄熱し、蓄えた熱をその排気上流側の排気ガスに伝達する熱交換器を介設した内燃機関の排気浄化装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００７】
この熱交換器の容量に関しては、図１１に示す、高温側の流量が小さいＡと中間のＢと大きいＣで分かるように、排気ガスの最大流量と熱交換効率に関しては、一方が大きくなると他方が小さくなるというトレードオフの関係がある。過渡状態のＪＥ−０５モード排出ガス試験法等のように、エンジンの運転状態が低負荷運転の頻度が高く、排気ガスの温度が低くなるような運転状態の場合には、熱交換器による熱交換が有用となるが、このような運転状態では排気ガス流量が少ないため、図１１のＡのような熱交換器を低排気ガス流量でかつ熱交換効率が高いものとする必要がある。
【０００８】
一方、エンジンの運転状態は高負荷運転となることもあり、高負荷運転では排気ガスの流量が多くなるので、全量を熱交換器を通過させるように構成すると熱交換器が大型化する。この大型化した図１１のＣに示すような大容量の熱交換器では、排気ガスの流量が少なくなる低負荷運転で熱交換効率が著しく低下してしまう。その上、熱交換器の大型化により、排気ガス浄化システムの熱容量が増加するため、エンジン始動時の暖気性が悪化するという問題が生じる。
【特許文献１】特開２００２−３８９３５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、上記の状況を鑑みてなされたものであり、その目的は、内燃機関の排気ガス処理中に発熱する排気ガス処理ユニットの下流側の排気ガスの熱を、この排気ガス処理ユニットの上流側の排気ガスに伝達する熱交換器を備えた排気ガス浄化装置において、熱交換器を小型化できて、この小型の熱交換器で効率よく熱交換して排気ガス浄化性能を高く維持できると共に、熱交換器による排気ガスの圧力損失の増加を抑制することができる排気ガス浄化装置及び排気ガス浄化方法を提案することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記のような目的を達成するための排気ガス浄化装置は、内燃機関の排気ガス処理中に発熱する排気ガス処理ユニットを備えると共に、この排気ガス処理ユニットの下流側の排気ガスの熱を、この排気ガス処理ユニットの上流側の排気ガスに伝達する熱交換器を備えた排気ガス浄化装置において、上流側の排気ガスの一部を前記熱交換器を迂回させる上流側バイパス通路と、下流側の排気ガスの一部を前記熱交換器を迂回させる下流側バイパス通路と、前記上流側バイパス通路を開閉する上流側開閉弁と、前記下流側バイパス通路を開閉する下流側開閉弁と、前記上流側開閉弁と前記下流側開閉弁の開閉操作を制御する弁制御装置を備えて構成される。
【００１１】
この構成によれば、熱交換の不要時に排気ガスの一部を上流側バイパス通路又は下流側バイパス通路又は同方のバイパス通路で熱交換器を迂回させることにより、熱交換器の容量を熱交換が必要なときの排気ガスの流量にして、必要最小限な流量にすることができるようになるので、熱交換器の容量を小さくすることができ、小型化できる。
【００１２】
これにより、小型の熱交換器で効率よく熱交換して排気ガス処理ユニットに流入する排気ガスの温度を高めて、排気ガス処理ユニットにおける排気ガス処理性能を高く維持できると共に、熱交換器を小型化したにもかかわらず、熱交換器による排気ガスの圧力損失の増加を抑制することができる。
【００１３】
上記の排気ガス浄化装置において、前記弁制御装置が、内燃機関の運転領域が低排気温度領域の場合には前記熱交換器に上流側の排気ガスの全量と下流側の排気ガスの全量を流し、内燃機関の運転領域が前記低排気温度領域でない場合には、上流側の排気ガスの一部又は下流側の排気ガスの一部又はこの双方を前記熱交換器を迂回させる制御を行なうように構成される。
【００１４】
ここでいう低排気温度領域とは、内燃機関の排気マニホールドを出た排気ガスがそのまま排気ガス浄化ユニットに流入したときに、排気ガス処理ユニットの温度が活性化する温度（例えば、酸化触媒で、１５０℃）よりも低くなるような排気温度の排気ガスを発生するエンジン運転領域のことをいい、低負荷運転あるいは低回転数運転がこれに相当する。なお、この低排気温度領域における排気温度（ここでは排気マニホールド直後の排気ガスの温度のことをいう）はエンジンの種類や排気管と排気ガス処理ユニットの配置などにもよるが、排気温度が２０℃から１５０℃程度の場合である。
【００１５】
この構成によれば、下流側の排気ガスと上流側の排気ガスとの間で熱交換が必要となる内燃機関の運転状態が低排気温度領域の場合には、排気ガス量が比較少ない状態であるので、排気ガスの全量を熱交換器に流して効率よく熱交換できる。また、下流側の排気ガスと上流側の排気ガスとの間における熱交換が不要となるような、内燃機関の運転状態が低排気温度領域でない場合には、排気ガス量が比較多い状態であるので、排気ガスの一部を熱交換器を迂回させて流すことにより、熱交換器の容量を低排気温度領域における排気ガスの流量としたままで、排気ガスの圧力損失の増加を抑制できるようになる。
【００１６】
従って、熱交換器の容量と熱交換効率を、熱交換が必要となるときで、即ち、低排気温度領域で、最適になるようにすればよいので、熱交換器の容量と熱交換効率を容易に設定できるようになる。なお、内燃機関の運転状態が低排気温度領域でない場合でも、排気ガスの全量を迂回させずに、熱交換器に熱交換器の容量分の排気ガスが流すので、熱交換器が冷めてしまうのを防止できる。
【００１７】
上記の排気ガス浄化装置において、前記上流側バイパス通路の一部又は全部を前記熱交換器又は前記排気ガス処理ユニットの少なくとも一方の周囲に設けるか、又は、前記下流側バイパス通路の一部又は全部を、前記熱交換器又は前記排気ガス処理ユニットの少なくとも一方の周囲に設けて構成するか、あるいは、前記上流側バイパス通路の一部又は全部を前記熱交換器又は前記排気ガス処理ユニットの少なくとも一方の周囲に設けると共に、前記下流側バイパス通路の一部又は全部を前記上流側バイパス通路の周囲に設けて構成する。
【００１８】
これらの構成によれば、熱交換器又は排気ガス処理ユニット又は双方を、比較的低温であるが外気温度よりは高い温度の排気ガスが通過する上流側バイパス通路で、又は、比較的高温の排気ガスが通過する下流側バイパス通路で、又は、両方のバイパス通路で囲むので、熱交換器又は排気ガス処理ユニット又は双方からの放熱量を著しく減少して保温性を高めることができる。
【００１９】
そのため、低排温度運転の頻度が多い過渡運転領域でも、熱交換器を温めたまま維持できるので、排気ガス処理ユニットを高温に維持できる。なお、低排気温度領域でない場合には排気ガスの温度も高いので、十分に熱交換しないで排気ガス処理ユニットに排気ガスを流入させても、高い排気ガス浄化性能を維持できる。
【００２０】
そして、上記のような目的を達成するための排気ガス浄化方法は、内燃機関の排気ガス処理中に発熱する排気ガス処理ユニットを備えると共に、この排気ガス処理ユニットでの下流側の排気ガスの熱を、この排気ガス処理ユニットの上流側の排気ガスに伝達する熱交換器を備えた排気ガス浄化装置を用いた排気ガス浄化方法において、内燃機関の運転領域が低排気温度領域の場合には前記熱交換器に上流側の排気ガスの全量と下流側の排気ガスの全量を流し、内燃機関の運転領域が前記低排気温度領域でない場合には、上流側の排気ガスの一部、又は、下流側の排気ガスの一部、又は、この双方を、前記熱交換器を迂回させることを特徴とする方法である。
【００２１】
この方法によれば、下流側の排気ガスと上流側の排気ガスとの間で熱交換が必要となる内燃機関の運転状態が低排気温度領域の場合には、排気ガス量が比較少ないので、排気ガスの全量を熱交換器に流して効率よく熱交換でき、熱交換が不要となる内燃機関の運転状態が低排気温度領域でない場合には、排気ガス量が比較多いので、排気ガスの一部を熱交換器を迂回させて流すことにより、熱交換器の容量を低排気温度領域における排気ガスの流量にしたままにしておいても、排気ガスの圧力損失の増加を回避することができる。
【００２２】
従って、熱交換器の容量と熱交換効率を熱交換が必要となるときに最適になるようにすることで容易に設定でき、熱交換器を小型化できる。また、排気ガスの浄化に際しては、熱交換が必要な場合には、熱交換率を高く維持して高い排気ガス浄化性能で排気ガスを浄化することができ、熱交換が不要な場合には、熱交換器による圧力損失を小さくすることができる。
【００２３】
上記の排気ガス処理ユニットとしては、酸化触媒装置（ＤＯＣ）、選択的還元触媒装置（ＳＣＲ）、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒装置（ＬＮＴ）等のＮＯｘ低減触媒（ＤｅＮＯｘ）、触媒付きフィルタ装置（ＣＳＦ）、触媒を担持しないフィルタ装置（ＤＰＦ）、炭化水素吸蔵触媒装置（ＨＣトラップ）の一つ又は幾つかの組合せで形成することができる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明に係る排気ガス浄化装置及び排気ガス浄化方法よれば、熱交換の不要時に排気ガスの一部を上流側バイパス通路又は下流側バイパス通路又は両方のバイパス通路で熱交換器を迂回させることにより、熱交換器に流れる排気ガス量の容量を熱交換が必要なときの排気ガスの流量として、熱交換器を必要最小限な容量にすることができ、小型化できる。
【００２５】
これにより、小型の熱交換器で効率よく熱交換して排気ガス処理ユニットに流入する排気ガス温度を高めて排気ガス処理ユニットにおける排気ガス処理性能を高く維持できると共に、熱交換器による排気ガスの圧力損失の増加を抑制することができる。また、熱交換器の小型化に伴って排気ガス浄化システムの熱容量の増加を抑制できるため、エンジン始動時の暖気性の悪化も抑制できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、本発明に係る実施の形態の排気ガス浄化装置及び排気ガス浄化方法について、図１〜図４の模式的な斜視図と図５〜図１０の模式的な側断面図を参照しながら説明する。なお、図１〜図４においては、図面を見易くするために、図５〜図１０に示した上流側開閉弁６と下流側開閉弁１０を省略している。また、図１〜図４の斜線部分（ハンチング部分）は、それぞれの装置又は通路の入口部分と出口部分を示している。
【００２７】
図１、図２及び図５に示すように、この実施の形態の排気ガス浄化装置１は、エンジン（内燃機関）の排気ガスＧ１の通路に、熱交換器２と排気ガス処理中に発熱する排気ガス処理ユニット３を備えて構成される。この熱交換器２は、排気ガス処理ユニット３の下流側の排気ガスＧ３の熱を、この排気ガス処理ユニット３の上流側の排気ガスＧ２に伝達する。これにより、排気ガス処理ユニットで発生した熱を回収する。
【００２８】
エンジンから流出した排気ガスＧ１は、入口側通路４から熱交換器２の低温側通路を通過して熱交換により昇温した排気ガスＧ２になり、その後、この昇温した排気ガスＧ２は上流側通路７を経由して排気ガス処理ユニット３に流入する。排気ガス処理ユニット３で処理時の発熱によって更に昇温した排気ガスＧ３は下流側通路８を経由して熱交換器２の高温側通路に流入する。この熱交換器２で熱交換して降温した排気ガスＧ４は、この排気ガス浄化装置１の出口側通路１１から、排気ガスＧ５としてエンジンの図示しない排気通路に流出するように構成される。
【００２９】
この熱交換器２には、熱交換率が高いプレート型熱交換器やチューブタイプの熱交換器等を使用することができる。これにより、触媒等の発熱性を有する排気ガス処理ユニット３から流出した排気ガスＧ３を再び熱交換器２の高温側通路に流入させて、排気ガス浄化装置１に流入してきた排気ガスＧ１に熱を与えて、昇温した排気ガスＧ２とするので、排気ガス処理ユニット３の入口における排気ガスＧ２の温度を高めることができる。この熱交換器２の容量は、エンジンの運転状態が低排気温度領域の場合における排気ガスＧ１、Ｇ３の流量とする。
【００３０】
なお、ここでいう低排気温度領域とは、内燃機関の排気マニホールドを出た排気ガスがそのまま排気ガス浄化ユニットに流入したときに、排気ガス処理ユニットの温度が活性化する温度（例えば、酸化触媒で、１５０℃）よりも低くなるような排気温度の排気ガスを発生するエンジン運転領域のことをいい、低負荷運転あるいは低回転数運転がこれに相当する。なお、この低排気温度領域における排気温度（ここでは排気マニホールド直後の排気ガスの温度のことをいう）はエンジンの種類や排気管と排気ガス処理ユニット３の配置等にもよるが、排気温度が２０℃から１５０℃程度の場合である。
【００３１】
また、排気ガス処理ユニット３は、この実施の形態では、選択的還元触媒装置（ＳＣＲ）３ａと、触媒を担持しないフィルタ装置（ＤＰＦ）３ｂと、酸化触媒装置（ＤＯＣ）３ｃで構成されている。なお、排気ガス処理ユニット３はこの例示の装置に限定されるものではなく、排気ガスＧ２の処理中に発熱が生じて、流入する排気ガスＧ２の温度よりも流出する排気ガスＧ３の温度が高くなるものであれば良く、これらの３つの装置３ａ、３ｂ、３ｃと、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒装置（ＬＮＴ）等のＮＯｘ低減触媒（ＤｅＮＯｘ）、触媒付きフィルタ装置（ＣＳＦ）、炭化水素吸蔵触媒装置（ＨＣトラップ）の一つ又は幾つかの組合せで形成することができる。例えば、酸化触媒（ＤＯＣ）の場合は、排気ガスＧ１、Ｇ２中のＣＯやＨＣを酸化できるので、この酸化反応熱により、排気ガスＧ３の温度を上昇させて、排気ガスの浄化率の向上に寄与する。
【００３２】
本発明においては、更に、上流側の排気ガスＧ１の一部を熱交換器２を迂回させる上流側バイパス通路５と、下流側の排気ガスＧ３の一部を熱交換器２を迂回させる下流側バイパス通路９と、上流側バイパス通路５を開閉する上流側開閉弁６と、下流側バイパス通路９を開閉する下流側開閉弁１０と、上流側開閉弁６と下流側開閉弁１０の開閉操作を制御する弁制御装置（図示しない）を備えて構成する。
【００３３】
この弁制御装置は、エンジンの運転全般を制御するＥＣＵ（エンジンコントロールユニット）と呼ばれる制御装置に組み込んで、熱交換器２とその外周部への流路５、９との切り替えは、ＥＣＵなどで計算された排気ガスＧ１の流量から判定して、上流側開閉弁６と下流側開閉弁１０の開閉操作を行う。また、コストを削減するために上流側開閉弁６と下流側開閉弁１０を、リード弁などで構成し、閉弁するときのバネ等の荷重を予め決めて設定しておき、排気ガスＧ１、Ｇ３の圧力が予め決めた閾値を越えるときに、排気ガスＧ１、Ｇ３の圧力によって自動的に開弁する構造としてもよい。
【００３４】
この実施の形態では、図３と図６に示すように、上流側バイパス通路５は、熱交換器２の周囲を囲むように配置される。また、図４と図７に示すように、下流側バイパス通路９は、上流側バイパス通路５を囲むように配置される。この構成によれば、両方のバイパス通路５、９で熱交換器２を囲むので、熱交換器２からの放熱量を著しく減少して保温性を高めることができる。そのため、低排気温度領域の頻度が多い過渡運転状態のようなエンジンの運転状態の場合であっても、排気ガス処理ユニット３の温度を高温に維持することができる。
【００３５】
なお、この実施の形態では、熱交換器２の周囲に上流側バイパス通路５を設け、この上流側バイパス通路５の周囲に下流側バイパス通路９を設けているが、下流側バイパス通路９の一部又は全部を熱交換器２の周囲に設けるか、又は、上流側バイパス通路５の一部又は全部を熱交換器２の周囲に設けて構成する場合もある。この場合には排気ガス浄化装置１を小さくすることができる。また、下流側バイパス通路９の一部又は全部を熱交換器２の周囲に設けると共に、上流側バイパス通路５の一部又は全部を下流側バイパス通路９の周囲に設けて構成してもよい。この場合には、熱交換器２を排気ガス温度が高い下流側バイパス通路９で囲み、更に、排気ガス温度が低い上流側バイパス通路５で囲むことになる。なお、バイパス通路５、９のそれぞれに関して、これらを、熱交換器２の周囲でなく、排気ガス処理ユニット３の周囲に配置してもよく、熱交換器２と排気ガス処理ユニット３の両方の周囲に配置してもよい。
【００３６】
これらの構成によれば、熱交換器２又は排気ガス処理ユニット３の少なくとも一方を、比較的低温であるが外気温度よりは高い温度の排気ガスＧ１が通過する上流側バイパス通路５で、又は、比較的高温の排気ガスＧ３が通過する下流側バイパス通路９で、又は、両方のバイパス通路５、９で囲むので、熱交換器２又は排気ガス処理ユニット３の少なくとも一方からの放熱量を著しく減少して保温性を高めることができる。つまり、触熱交換器２又は排気ガス処理ユニット３の少なくとも一方の外周部に高温ガスＧ３が流れることで、触熱交換器２又は排気ガス処理ユニット３の少なくとも一方に対する保温効果を期待できる。これにより、高い熱交換効率を維持でき、排気ガス処理ユニット３に流入する排気ガスＧ２の温度を高くすることができるので、低排温度領域の頻度が多い過渡運転状態でも排気ガス処理ユニット３の温度を高温に維持することができる。
【００３７】
そして、低排気温度領域の場合で、上流側開閉弁６と下流側開閉弁１０の両方を閉弁した時は、図５に示すように、排気ガスＧ１の全量が熱交換器２を通過し、排気ガスＧ２は上流側通路７を経由して、排気ガス処理ユニット３に流入する。また、排気ガス処理ユニット３から流出した排気ガスＧ３はその全量が熱交換器２を通過して、熱交換後の排気ガスＧ４は排気ガスＧ５として出口側通路１１から、図示しない排気通路に流出する。
【００３８】
また、上流側開閉弁６を開弁したときには、図８に示すように、入口側通路４を流れる排気ガスＧ１の一部が、上流側バイパス通路５を通過して、熱交換器２を迂回して、排気ガス処理ユニット３に流入する。一方、下流側開閉弁１０を開弁したときには、図９に示すように、下流側通路８を流れる排気ガスＧ３の一部が、下流側バイパス通路９を通過して、熱交換器２を迂回して出口側通路１１に流れる。
【００３９】
更に、上流側開閉弁６と下流側開閉弁１０の両方を開弁した時は、図１０に示すように、入口側通路４を流れる排気ガスＧ１の一部が、上流側バイパス通路５を通過して、熱交換器２を迂回して、熱交換器２を通過した排気ガスＧ２と合流して排気ガス処理ユニット３に流入すると共に、下流側通路８を流れる排気ガスＧ３の一部が、下流側バイパス通路９を通過して、熱交換器２を迂回して、熱交換器２を通過した排気ガスＧ４と合流して、排気ガスＧ５として出口側通路１１から流出する。
【００４０】
次に、上記の構成の排気ガス浄化装置１における排気ガス浄化方法について説明する。本発明に係る排気ガス浄化方法によれば、エンジンの運転領域が低排気温度領域の場合には、上流側開閉弁６と下流側開閉弁１０を閉弁して、熱交換器２に上流側に排気ガスＧ１の全量と下流側の排気ガスＧ３の全量を流入させる。また、エンジンの運転領域が低排気温度領域でない場合には、上流側の排気ガスＧ１の一部、又は、下流側の排気ガスＧ３の一部、又は、この双方の排気ガスＧ１、Ｇ３を、熱交換器２を迂回させる。
【００４１】
つまり、弁制御装置が、エンジンの運転領域が低排気温度領域の場合には、熱交換器２に上流側の排気ガスＧ１の全量と下流側の排気ガスＧ３の全量を流し、エンジンの運転領域が低排気温度領域でない場合には、上流側の排気ガスＧ１の一部又は下流側の排気ガスＧ３の一部又はこの双方の排気ガスＧ１、Ｇ３を熱交換器２を迂回させる制御を行なうように構成される。
【００４２】
なお、通常は、弁の開閉制御の簡略化のために、同上流側開閉弁６と下流側開閉弁１０を弁制御装置で同時に開閉弁操作する。しかし、排気ガスの温度によって排気ガスの体積が異なるため、通過可能な排気ガスの流量に合わせて、上流側開閉弁６と下流側開閉弁１０を個別に制御してもよい。また、上流側開閉弁６と下流側開閉弁１０を、リード弁等で形成して、排気ガスＧ１、Ｇ３の圧力によって自動的に開閉するように構成した場合には、つまり、弁制御装置をバネ等の弾性体で構成した場合等では、必ずしも同時に開閉するとは限らない。
【００４３】
この方法によれば、下流側の排気ガスＧ３と上流側の排気ガスＧ１との間で熱交換が必要となるエンジンの運転状態が低排気温度領域の場合には、即ち、低回転運転や低負荷運転等の場合には、排気ガスＧ１、Ｇ３の流量が比較少ないので、排気ガスＧ１、Ｇ３の全量を熱交換器２に流して効率よく熱交換できる。また、熱交換が不要となるエンジンの運転状態が低排気温度領域でない場合には、排気ガスＧ１、Ｇ３の流量が比較多いので、排気ガスＧ１、Ｇ３の一部を熱交換器２を迂回させて流すことにより、熱交換器２の容量を低排気温度領域における排気ガスＧ１、Ｇ３の流量に合わせたままにしておいても、排気ガスＧ１、Ｇ３の圧力損失の増加を回避することができる。
【００４４】
上記の排気ガス浄化装置１及び排気ガス浄化方法によれば、排気ガス処理ユニット３の温度を高温に保つ必要があり、排気ガスＧ１の流量が少ない運転領域の排気ガスＧ２、Ｇ３の間で熱交換させ、排気ガス浄化装置１の小型化と熱容量の低減を図り、更に、排気ガス温度が高い運転時には熱交換器２とその外周部に高温ガスを流すことで、排気ガス浄化装置１全体の温度を高温に維持する。
【００４５】
従って、熱交換器２の容量と熱交換効率を熱交換が必要となるときに最適になるようにすればよいので、熱交換器の容量と熱交換効率を容易に設定できるようになり、しかも、熱交換器２を小型化できる。また、排気ガスＧ３の浄化に際しては、熱交換が必要な場合には、熱交換率を高く維持して、排気ガス処理ユニット３において高い排気ガス浄化性能で排気ガスＧ３を浄化することができ、熱交換が不要な場合には熱交換器２による圧力損失を小さくすることができる。
【００４６】
これにより、小型の熱交換器２で効率よく熱交換して排気ガス処理ユニット３に流入する排気ガスＧ２の温度を高めて、排気ガス処理ユニット３における排気ガス処理性能を高く維持できると共に、熱交換器２による排気ガスＧ１、Ｇ３の圧力損失の増加を抑制することができる。
【００４７】
なお、排気ガスＧ１、Ｇ３の流量が多い低運転領域でない場合には排気ガスＧ１、Ｇ２の温度も高いので、熱交換しないで排気ガス処理ユニット３に排気ガスＧ１、Ｇ２を流入させても、高い排気ガス浄化性能を維持できる。
【００４８】
また、上記の排気ガス浄化装置１と排気ガス浄化方法と、燃料と空気を十分に混合させた後、燃焼させることでＮＯｘと煤を大幅に低減することができるＰＣＩ（Premixed Compression Ignition）燃焼を併用することで、比較的高濃度のＣＯやＨＣを排気ガス処理ユニット３の触媒で酸化させて、排気ガス処理ユニット３の温度を高く維持して、ＮＯｘ、煤に対する低温活性を高め、エンジンの広い運転領域で排気ガス中のＮＯｘ、煤等を低減できるので、低燃費を維持したまま、大気中に排出される排気ガスの状態を良好な状態にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明に係る実施の形態の排気ガス浄化装置の外観を模式的に示す斜視図である。
【図２】図１の排気ガス浄化装置の熱交換器と排気ガス処理ユニットの構成を模式的に示す斜視図である。
【図３】図１の排気ガス浄化装置の上流側バイアス通路の構成を模式的に示す斜視図である。
【図４】図１の排気ガス浄化装置の下流側バイアス通路の構成を模式的に示す斜視図である。
【図５】本発明に係る実施の形態の排気ガス浄化装置の熱交換器と排気ガス処理ユニットの構成と上流側開閉弁と下流側開閉弁の両方を閉弁したときの排気ガスの流れを模式的に示す側断面図である。
【図６】図５の排気ガス浄化装置の上流側バイパス通路の構成を模式的に示す側断面図である。
【図７】図５の排気ガス浄化装置の下流側バイパス通路の構成を模式的に示す側断面図である。
【図８】図５の排気ガス浄化装置において、上流側開閉弁を開弁し、下流側開閉弁を閉弁したときの排気ガスの流れを模式的に示す側断面図である。
【図９】図５の排気ガス浄化装置において、上流側開閉弁を閉弁し、下流側開閉弁を開弁したときの排気ガスの流れを模式的に示す側断面図である。
【図１０】図５の排気ガス浄化装置において、上流側開閉弁と下流側開閉弁の両方を開弁したときの排気ガスの流れを模式的に示す側断面図である。
【図１１】熱交換器における高温側流量と低温側温度効率との関係を示す図である。
【符号の説明】
【００５０】
１  排気ガス浄化装置
２  熱交換器
３  排気ガス処理ユニット
４  入口側通路
５  上流側バイパス通路
６  上流側開閉弁
７  上流側通路
８  下流側通路
９  下流側バイパス通路
１０  下流側開閉弁
１１  出口側通路
Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３、Ｇ４、Ｇ５  排気ガス
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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