(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気管に窒素酸化物浄化装置を備えたディーゼル機関において、前記窒素酸化物浄化装置より上流側の排気管に排気ガス温度検出手段を設け、前記排気ガス温度検出手段が検出した排気ガスの温度と予め設定した所定温度値とを比較する比較手段を設け、機関摺動部へ供給する潤滑油を冷却する潤滑油冷却器と過給機から送り込まれる空気を冷却する空気冷却器を備えた冷却水循環回路に冷却水を冷却する熱交換器を設け、前記冷却水循環回路に前記空気冷却器をバイパスするバイパス通路を設け、前記冷却水循環回路と前記バイパス通路の２つの接続部のうちの一方に三方切換弁を設け、前記排気ガス温度検出手段が検出した排気ガスの温度が所定温度値以下である場合には前記三方切換弁を切換えることにより冷却水の一部または全部がバイパス通路を流れて前記空気冷却器を流れる冷却水の量を減少させるようにしたことを特徴とするディーゼル機関の冷却水供給装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ディーゼル機関の冷却水供給装置に関するものであり、冷却水の冷却効果により酸化硫安が生じにくい温度に排気ガスの温度を制御し、排気ガス浄化触媒の劣化促進を防止するものである。
【０００２】
【従来の技術】
エンジンから排出される排気ガスは、大気に放出する前に必ず浄化しなければならない。還元剤（アンモニアガス，アンモニア水，尿素水等）を噴霧することにより排気ガスを浄化する脱硝装置（浄化装置）においては、排気ガスの温度が所定温度より低ければ排気ガス中に含まれる硫黄成分と還元剤とが反応して酸化硫安という物質が発生する。この酸化硫安は、脱硝装置内の触媒の劣化を促進させるので、定格出力に満たない運転（例えば低負荷状態）を行うと排気ガスの温度が低くなり酸化硫安が発生し易くなるため、非常に短い期間で新しい触媒と取り替えなければならなくなる。したがって、触媒の劣化促進を防止するためには、酸化硫安が発生しないように排気ガスの温度は所定温度以上（例えば３００℃以上）に設定しておく必要がある。排気ガスの温度が低い場合において、排気ガスに還元剤を噴霧しなければ酸化硫安は発生しないが、それでは排気ガスが浄化されずに大気中に放出されてしまう。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
したがって本発明では、機関の出力が定格出力以下で運転する際においても、排気ガスの温度を所定温度以上に保つ冷却水供給装置を提供することを目的としている。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
【０００６】
請求項１の発明では、排気管に窒素酸化物浄化装置を備えたディーゼル機関において、前記窒素酸化物浄化装置より上流側の排気管に排気ガス温度検出手段を設け、前記排気ガス温度検出手段が検出した排気ガスの温度と予め設定した所定温度値とを比較する比較手段を設け、機関摺動部へ供給する潤滑油を冷却する潤滑油冷却器と過給機から送り込まれる空気を冷却する空気冷却器を備えた冷却水循環回路に冷却水を冷却する熱交換器を設け、前記冷却水循環回路に前記空気冷却器をバイパスするバイパス通路を設け、前記冷却水循環回路と前記バイパス通路の２つの接続部のうちの一方に三方切換弁を設け、前記排気ガス温度検出手段が検出した排気ガスの温度が所定温度値以下である場合には前記三方切換弁を切換えることにより冷却水の一部または全部がバイパス通路を流れて前記空気冷却器を流れる冷却水の量を減少させるようにした。
【０００７】
【発明の実施の形態】
（参考例１，２）
図１は、参考例１，２によるディーゼル機関１００（二点鎖線で示す）の冷却水供給装置９０（冷却水循環回路９０）の概略系統図である。
【０００８】
図１において潤滑油冷却器１は、機関の摺動部（例えばピストン摺動部）等を潤滑した潤滑油を配管１ａから回収し、また、冷却した潤滑油を配管１ｂから各摺動部へ配布する。配管１ｂには後述する温度検出器６が設置されており、温度検出器６は、潤滑油冷却器１から出た潤滑油の温度を検出する。
【０００９】
温度検出器６で検出された検出信号は、破線で示す配線１４を介して比較器１２へ入力される。比較器１２には、予め所定の温度（例えば７０℃）が設定されており、検出信号（検出した潤滑油の温度）と設定した所定の温度とを比較する。
【００１０】
配管２ｂを介して過給機４から空気冷却器２へ空気が送りこまれ、空気冷却器２は送りこまれた空気を冷却し、冷却された空気は、給気マニホールド２ａから機関へ送られる。過給機４には途中に浄化装置５を備えた排気管７が接続されている。排気ガスは、浄化装置５で浄化された後に大気へ放出される。浄化装置５内には図示しない触媒が設けてあり、この触媒上で排気ガスと還元剤（アンモニア水、アンモニアガス、尿素水等）が反応することにより排気ガスが浄化されるようになっている。浄化後の排気ガスは大気へ放出される。
【００１１】
排気管７の浄化装置５より上流側には排気ガスの温度を検出する温度検出器８が設けてある。温度検出器８が検出した温度の検出信号は、配線１６を介して比較器１３に入力される。比較器１３には、予め所定の温度（例えば３５０℃）が設定されており、検出信号（検出した排気ガスの温度）と設定した所定の温度とを比較する。
【００１２】
熱交換器３には、配管１８を介して冷却塔（図示せず）から冷水（例えば３２℃）が供給されており、冷水は熱交換器３を通過した後、配管３０を介して元の冷却塔へ回収される。熱交換器３は、配管１９で空気冷却器２と接続されている。また、熱交換器３は、配管３１で三方切換弁９のポート９ｂと接続されている。三方切換弁９のポート９ｃは、配管３２で冷却水を圧送するポンプ１１と接続されている。ポンプ１１と潤滑油冷却器１とは、配管３３で接続されている。潤滑油冷却器１と空気冷却器とは、配管３４で接続されている。熱交換器３内で冷却された冷却水は、潤滑油冷却器１内で潤滑油を冷却しかつ空気冷却器２内で空気（圧縮空気）を冷却する。配管１９内の昇温した冷却水は、熱交換器３で冷水により熱交換されて冷却される。
【００１３】
潤滑油冷却器１，空気冷却器２，熱交換器３，三方切換弁９，ポンプ１１及び配管１９で冷却水循環回路９０（冷却水供給装置）が形成されている。
【００１４】
冷却水循環回路９０には、熱交換器３をバイパスするバイパス管２０が設けてある。バイパス管２０の一端は三方切換弁９のポート９ａに接続されており、また、バイパス管２０の他端は空気冷却器２と熱交換器３の間の配管１９に接続されている。三方切換弁９の各ポート（９ａ，９ｂ）の開度は、アクチュエータ（例えば電動モータ）１０で全開から全閉まで調整可能となっている。
【００１５】
アクチュエータ１０は、配線１７で比較器１３と接続されており、比較器１３で比較した結果（予め設定した所定の温度と温度検出器８が検出した排気ガスの温度とを比較した結果）が入力され、検出した排気ガスの温度と予め設定した所定の温度との差が大きい程（つまり、排気ガスの温度が低い程）三方切換弁９のポート９ａの開度を大きく設定し、かつポート９ｂの開度を小さく設定する。このように設定することにより、冷却水循環回路９０内を流れる冷却水の一部または全部がバイパス管２０を流れて、熱交換器３で冷却される冷却水の量が減少し、冷却水の温度が上昇して排気ガスの温度は、比較器１３に設定された所定の温度（例えば３５０℃）に近づく。
【００１６】
また、アクチュエータ１０は、配線１５で比較器１２と接続されており、比較器１２で比較した結果（予め設定した所定の温度と温度検出器６が検出した潤滑油の温度とを比較した結果）が入力され、検出した潤滑油の温度の方が高ければ、三方切換弁９のポート９ａを閉じ、かつポート９ｂを全開にすることにより冷却水循環回路９０内を流れるすべての冷却水を熱交換器３で冷却する。
【００１７】
機関が１００％の出力で運転されている場合には、例えば三方弁９のポート９ａを閉じ、かつポート９ｂを開きすべての冷却水が熱交換器３で冷却されるようにする。また、機関が１００％より小さい出力（例えば７０％の出力）で運転されるときには、三方切換弁９のポート９ａの開度を例えば３０％に設定し、かつポート９ｂの開度は例えば７０％に設定する。このように、排気ガスの温度を検出する代わりに、機関の出力の大きさに応じて三方切換弁９のポート９ａ及びポート９ｂの開度をアクチュエータ１０により調整するようにしてもよい。
【００１８】
以上のように冷却水循環回路９０を構成することにより、排気ガスの温度は比較器１３で設定した所定温度（例えば３５０℃）に維持され、その結果、浄化装置５の触媒上で硫黄成分を含む排気ガスに還元剤を噴霧しても酸化硫安の発生を抑えることができ、触媒の劣化促進を防止することができる。設定する所定温度は、ここでは３５０℃としたが、使用する還元剤に合わせて変更してもよい。
【００１９】
排気ガスの温度を検出する温度検出器８及び潤滑油温度を検出する温度検出器６は、例えばクロメル・アルメル熱電対で構成してもよいし、抵抗値の大きさで温度を検出する測温抵抗体で構成してもよい。
【００２０】
機関の１００％出力時（例えば発電機出力６００ｋＷ）において、ポート９ｃの出口温度を４０℃に設定したときの空気冷却器２の出口温度が４９℃であれば、排気ガスの温度は例えば３５０℃になる。これが、例えば機関が５０％出力時（３００ｋＷ）において、ポート９ｃの出口温度を５６℃に設定すると、空気冷却器出口温度を６０℃になり、排気ガスの温度は３５０℃になる。このように機関の出力，ポート９ｃの出口温度，空気冷却器２の出口温度及び排気ガスの温度の間の相関関係を予め調べておくことにより、排気ガスの温度を調整することもできる。
【００２１】
機関の負荷が小さいときには、排気ガスの温度を所定温度（例えば３５０℃）に設定するあまり、冷却水温度が上昇し過ぎることがある。このような場合は、潤滑油の温度が過剰に上昇して機関の摺動部（例えばピストン等）に悪影響を及ぼす恐れがでてくる。
【００２２】
これを回避するため、温度検出器６が検出した潤滑油温度が、比較器１２で設定した温度（例えば７０℃）より高くなった際に、潤滑油の温度を下げるために一時的に三方切換弁９のポート９ａを全閉にして、かつポート９ｂを全開にする。
【００２３】
潤滑油の温度が下がり、また、排気ガスの温度が酸化硫安が発生し易くなる温度（２８０℃以下の温度）になる前に、三方切換弁９のポート９ａ及びポート９ｂの開度をそれぞれ調整し、冷却水循環回路９０内を流れる冷却水の温度を上昇させる。このように三方切換弁９を制御することにより、機関の摺動部を保護しながら、浄化装置５内の触媒の劣化促進を抑えることができる。
【００２４】
ディーゼル機関１００は工場で製作するが、その他の冷却水循環回路９０を含む配管設備等は現場で組立てられかつ製作されることが多い。図１のように冷却水循環回路９０を構成すると、潤滑油冷却器１の左側に配管３３を接続し、かつと空気冷却器２の右側に配管１９を接続するだけでよいので、現場での組み付けを簡単に行うことができる。
【００２５】
（請求項１の発明の実施例）
図２は、請求項１の発明によるディーゼル機関２００（二点鎖線で示す）の冷却水供給装置（冷却水循環回路９０ａ）の概略系統図である。図２において、図１と同じ構成の部分には同じ符号が付してある。
【００２６】
図１の三方切換弁９が、図２においては空気冷却器２と熱交換器３の間に設置されている。三方切換弁９の空気冷却器２側にはポート９ｃを配置しており、空気冷却器２とポート９ｃとは、配管３５で接続されている。また、三方切換弁９の熱交換器３側にはポート９ｂを配置しており、ポート９ｂと熱交換器３とは、配管１９で接続されている。また、図２において、図１のバイパス管２０の代わりにバイパス管２０ａの一端が潤滑油冷却器１と空気冷却器２の間の配管３４に接続されており、バイパス管２０ａの他端は三方切換弁９のポート９ａに接続されている。
【００２７】
排気ガスの温度を検出する温度検出器８が排気管７に設置されており、温度検出器８が検出した検出信号（排気ガスの温度）は、温度検出器８とアクチュエータ１０の間に設けた図１と同じ比較器１３（図２には図示せず）へ入力される。比較器１３において予め設定した所定温度（例えば３５０℃）と温度検出器８が検出した排気ガスの温度を比較し、排気ガスの温度の方が低い場合にはアクチュエータ１０により三方切換弁９のポート９ｃの開度を小さく設定し、逆にポート９ａの開度を大きく設定する。
【００２８】
このように三方切換弁９のポート９ａ，９ｃの開度を設定することにより、空気冷却器２に流れる冷却水の量が減少し、空気冷却器の冷却効果を小さくして排気ガスの温度を上昇させることができる。冷却水は、すべて三方切換弁９のポート９ｂから配管１９を介して熱交換器３へ送られ、熱交換器３で冷却されて潤滑油冷却器１へ送られる。
【００２９】
したがって、潤滑油冷却器１には常に全量が冷却された冷却水が流れるので、潤滑油の温度が過剰に上昇することがなく、参考例１，２において用いていた温度検出器６による潤滑油の温度検出は不要である。
以上のディーゼル機関の冷却水供給装置（冷却水循環回路９０，９０ａ）は、陸用の発電設備に使用することができるが、舶用に使用してもよい。
【００３０】
【発明の効果】
参考例１では、排気ガスの温度を酸化硫安が発生しにくい所定の温度に容易に維持することができるので、浄化装置５内の触媒の劣化促進を抑制することができる。参考例１によるディーゼル機関の冷却水供給装置（冷却水循環回路９０）は、現場での組み付けを簡単に行うことができる。
【００３１】
参考例２では、温度検出器６を設けたことにより潤滑油の温度を検出することができるので、潤滑油の温度が過剰に上昇したことを容易に検出することができ、その際には、三方切換弁９のポート９ａを閉じ、かつポート９ｃを全開にすることにより冷却水循環回路９０内の冷却水の温度を下げることができ、それにより潤滑油の温度を下げ、摺動部を保護することができる。
【００３２】
請求項１の発明では、冷却水循環回路９０ａ内を流れる冷却水がすべて熱交換器３を通過するので、参考例１，２の構成よりも潤滑油冷却器１内を流れる冷却水の温度が上昇しにくく、そのため潤滑油の温度が上昇しにくいので排気ガスの温度を下げる必要がなく、酸化硫安の発生をさらに抑えることができる。参考例１の構成よりも低負荷域（低出力域）での運転時に、排気ガスの温度を高く維持し易く、酸化硫安の発生を抑制し易いので、触媒の劣化促進を抑えることができる。
【００３３】
熱交換器３で全量の冷却水が冷却され、その冷却された冷却水が潤滑油冷却器１へ流れるので、潤滑油の温度が過剰に上昇することがなく、したがって参考例１で使用した潤滑油の温度を検出する必要がなく、温度検出器６が不要である。
【図面の簡単な説明】
【図１】参考例１，２によるディーゼル機関の冷却水供給装置の概略系統図である。
【図２】請求項１の発明によるディーゼル機関の冷却水供給装置の概略系統図である。
【符号の説明】
１    潤滑油冷却器
２    空気冷却器
３    熱交換器
４    過給機
５    浄化装置（窒素酸化物浄化装置）
６    温度検出器
７    排気管
８    温度検出器
９    三方切換弁
１２，１３  比較器
２０，２０ａ  バイパス管
９０，９０ａ  冷却水循環回路
【図１】
0004109393.tif 000002
【図２】
0004109393.tif 000003