JP5112986B2 - Exhaust purification device - Google Patents
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Description
本発明は、排気浄化装置に関するものである。 The present invention relates to an exhaust emission control device.
ディーゼルエンジンから排出されるパティキュレート(Particulate Matter:粒子状物質)は、炭素質から成る煤と、高沸点炭化水素成分から成る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)を含んだ組成を成すものであるが、この種のパティキュレートの低減対策としては、排気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。 Particulate matter (particulate matter) discharged from a diesel engine is mainly composed of soot made of carbonaceous matter and SOF content (Soluble Organic Fraction) made of high-boiling hydrocarbon components. The composition contains a small amount of sulfate (mist-like sulfuric acid component). As a measure to reduce this type of particulates, a particulate filter is installed in the middle of the exhaust pipe through which the exhaust gas flows. It has been done conventionally.
この種の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成る多孔質のハニカム構造を成し、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気ガスのみが下流側へ排出される一方、排気ガス中のパティキュレートが多孔質薄壁の内側表面に捕集されるようになっている。 This type of particulate filter has a porous honeycomb structure made of ceramics such as cordierite, and the inlets of the flow paths partitioned in a lattice pattern are alternately sealed, and the inlets are not sealed. The outlet of the passage is sealed, and only the exhaust gas that has permeated through the porous thin wall defining each flow passage is discharged downstream, while the particulates in the exhaust gas are porous. It is collected on the inner surface of the thin wall.
そして、排気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に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、通常のディーゼルエンジンの運転状態においては、パティキュレートが自己燃焼するほどの高い排気温度が得られる機会が少ない為、PtやPd等を活性種とする酸化触媒をパティキュレートフィルタに一体的に担持させるようにしている。 Then, the particulates in the exhaust gas are collected and deposited on the inner surface of the porous thin wall, so that the particulates are appropriately burned and removed before the exhaust resistance increases due to clogging. It is necessary to regenerate, but in normal diesel engine operating conditions, there are few opportunities to obtain exhaust temperatures that are high enough to cause the particulates to self-combust. The curate filter is integrally supported.
即ち、このような酸化触媒を担持させたパティキュレートフィルタを採用すれば、捕集されたパティキュレートの酸化反応が促進されて着火温度が低下し、従来より低い排気温度でもパティキュレートを燃焼除去することが可能となるのである。 That is, if such a particulate filter carrying an oxidation catalyst is employed, the oxidation reaction of the collected particulates is promoted to lower the ignition temperature, and the particulates are burned and removed even at a lower exhaust temperature than in the past. It becomes possible.
ただし、斯かるパティキュレートフィルタを採用した場合であっても、排気温度の低い運転領域では、パティキュレートの処理量よりも捕集量が上まわってしまうので、このような低い排気温度での運転状態が続くと、パティキュレートフィルタの再生が良好に進まずに該パティキュレートフィルタが過捕集状態に陥る虞れがある。 However, even when such a particulate filter is adopted, the trapped amount exceeds the processing amount of particulates in the operation region where the exhaust temperature is low, so operation at such a low exhaust temperature is required. If the state continues, there is a possibility that the particulate filter will fall into an over trapped state without the regeneration of the particulate filter proceeding well.
そこで、パティキュレートフィルタの前段にフロースルー型の酸化触媒を付帯装備させ、パティキュレートの堆積量が増加してきた段階で酸化触媒より上流側に燃料を添加してパティキュレートフィルタの強制再生を行うことが考えられている。 Therefore, a flow-through type oxidation catalyst is attached to the front stage of the particulate filter, and the particulate filter is forcibly regenerated by adding fuel upstream from the oxidation catalyst when the amount of particulate accumulation increases. Is considered.
つまり、このようにすれば、燃料添加で生じた炭化水素が酸化触媒を通過する間に酸化反応し、その反応熱で昇温した排気ガスの流入によって直後のパティキュレートフィルタの床温度が上げられてパティキュレートが燃やし尽くされ、パティキュレートフィルタの再生化が図られることになる。 In other words, in this way, the hydrocarbon generated by the fuel addition undergoes an oxidation reaction while passing through the oxidation catalyst, and the flow of exhaust gas heated by the reaction heat increases the bed temperature of the particulate filter immediately after. Thus, the particulates are burned out, and the particulate filter is regenerated.
ところが、このようにパティキュレートフィルタの前段に酸化触媒を付帯装備させた場合に、ディーゼルエンジンの排気ガス中に燃料(軽油)中の硫黄分を起源とするSO2ガスが存在していると、このSO2ガスが次式
[化1]
2SO2+O2+2H2O→2H2SO4
によりサルフェート(ミスト状硫酸成分)を生成してしまう懸念があった。
However, when an oxidation catalyst is attached to the front stage of the particulate filter in this way, if the SO 2 gas originating from the sulfur content in the fuel (light oil) is present in the exhaust gas of the diesel engine, This SO 2 gas has the following formula [Chemical Formula 1]
2SO 2 + O 2 + 2H 2 O → 2H 2 SO 4
There was a concern that sulfate (mist-like sulfuric acid component) might be generated.
この種のサルフェートは、約630℃以上の高温下で再びSO2ガスとなって脱離してしまうものであるが、開発途上国等での高硫黄燃料の使用にあっては、サルフェートの生成量が多すぎて短期間のうちに酸化触媒の入口部の表面が全てサルフェートで覆われるコーキングを招いてしまうので、酸化触媒の機能が発揮できなくなってパティキュレートフィルタの再生を図ることができなくなる虞れがあり、このため、前記酸化触媒の入口部にバーナ装置を設けて該バーナ装置の火炎で排気ガスを大幅に昇温し、この高温となった排気ガスを流入させることで酸化触媒の入口部を加熱してサルフェートをSO2ガスとして脱離させることが検討されている。 This type of sulfate is desorbed as SO 2 gas again at a high temperature of about 630 ° C. or higher. However, when high sulfur fuel is used in developing countries, the amount of sulfate produced Because there is too much and caulking in which the surface of the inlet part of the oxidation catalyst is entirely covered with sulfate is caused in a short period of time, there is a risk that the function of the oxidation catalyst cannot be performed and the particulate filter cannot be regenerated. Therefore, a burner device is provided at the inlet of the oxidation catalyst, the temperature of the exhaust gas is significantly increased by the flame of the burner device, and the exhaust gas that has reached a high temperature is allowed to flow into the inlet of the oxidation catalyst. It has been studied to desorb sulfate as SO 2 gas by heating the part.
尚、この種の触媒や排気ガスをバーナ装置を用いて加熱する技術に関連する先行技術文献情報としては下記の特許文献1や特許文献2がある。
しかしながら、酸化触媒に流入する排気ガスの全てを例えば約630℃以上の高温に加熱するためには大きな能力を備えたバーナ装置が必要であるためバーナ装置が大型化してしまう問題があり、更に、前記したように高硫黄燃料の使用にあっては、短期間でサルフェートによって酸化触媒の入口部が覆われてしまうために、頻繁にバーナ装置を作動させて酸化触媒のサルフェートを除去する必要があり、従って、多量の燃料が消費されることなって燃費が大幅に悪化してしまう問題がある。 However, in order to heat all of the exhaust gas flowing into the oxidation catalyst to a high temperature of, for example, about 630 ° C. or higher, a burner device having a large capacity is required, so that there is a problem that the burner device is enlarged. As described above, when the high sulfur fuel is used, since the inlet portion of the oxidation catalyst is covered with sulfate in a short period of time, it is necessary to frequently operate the burner device to remove the sulfate of the oxidation catalyst. Therefore, there is a problem that a large amount of fuel is consumed and fuel consumption is greatly deteriorated.
また、燃焼用空気も排気圧力に負けない圧力を有したものが多量に必要となるため、ターボチャージャのコンプレッサ出口の吸気を分岐して導くような手段を講じなければならなくなるが、このようにコンプレッサの出口から吸気を分岐して導くような大掛かりな配管改造を伴う流路変更は、実施コストの大幅な高騰を招く結果となる。 In addition, since a large amount of combustion air having a pressure that does not lose the exhaust pressure is required, it is necessary to take measures to branch and guide the intake air at the compressor outlet of the turbocharger. A flow path change accompanied by a large pipe remodeling that branches and guides intake air from the outlet of the compressor results in a significant increase in implementation cost.
本発明は上述の実情に鑑みてなしたもので、酸化触媒へのサルフェートのコーキングを最少し、燃料も燃焼用空気も少ない小型のバーナ装置によって酸化触媒の入口部を効果的に加熱して入口部の脱硫処理を図れるようにすることを目的としている。 The present invention has been made in view of the above-described circumstances. The inlet of the oxidation catalyst is effectively heated by a small burner apparatus that minimizes the coking of sulfate to the oxidation catalyst, and has little fuel and combustion air. The purpose is to enable desulfurization of the part.
本発明は、高硫黄燃料を使用するディーゼルエンジンの排気浄化装置であって、パティキュレートフィルタの上流に備えた酸化触媒と、排気ガスを前記酸化触媒を経由させてパティキュレートフィルタへ導く再生流路と、排気ガスを酸化触媒を迂回させてパティキュレートフィルタへ直接導く通常流路と、通常時は通常流路を選択して排気ガスを流し且つ少なくとも酸化触媒の脱硫処理時には排気ガスの流れを通常流路から再生流路に切り換える流路切換手段とを備え、更に、前記酸化触媒の入口部の中心に対峙するよう前記酸化触媒の軸線x上に配置されて燃料を燃焼用空気と共に噴射する添加弁と、該添加弁の先端部に前記酸化触媒の軸線xを中心として旋回し得るように装備され且つ前記軸線xに対し斜めに離反して延びてから前記軸線x上に戻るようにV字状に屈曲して噴射口を開口する旋回ノズルと、該旋回ノズルの噴射口近傍に配置され且つ該噴射口から噴射される燃料に着火する着火手段とからなるバーナ装置を備えたことを特徴とするものである。 The present invention relates to an exhaust emission control device for a diesel engine using a high sulfur fuel, an oxidation catalyst provided upstream of a particulate filter, and a regeneration flow path for guiding exhaust gas to the particulate filter via the oxidation catalyst. A normal flow path for directing the exhaust gas to the particulate filter by bypassing the oxidation catalyst, and a normal flow path is normally selected to flow the exhaust gas and at least during the desulfurization treatment of the oxidation catalyst A flow path switching means for switching from the flow path to the regeneration flow path, and further, an addition that is arranged on the axis x of the oxidation catalyst so as to face the center of the inlet portion of the oxidation catalyst and injects fuel together with combustion air A valve and a tip of the addition valve so as to be pivotable about the axis x of the oxidation catalyst and extending obliquely away from the axis x before the shaft Burner comprising: a swivel nozzle bent in a V shape so as to return to x and opening an injection port; and an ignition means disposed in the vicinity of the injection port of the swirl nozzle and igniting fuel injected from the injection port A device is provided.
而して、通常時は通常流路を選択して排気ガスをパティキュレートフィルタへ流し、パティキュレートフィルタの再生時のみ再生流路に排ガスを流し酸化触媒を経由してパティキュレートフィルタへ導くようにしているので、高硫黄燃料を使用するディーゼルエンジンにおいても、酸化触媒に対するサルフェートのコーキングを最少にすることができる。 Thus, normally, the normal flow path is selected and the exhaust gas is allowed to flow to the particulate filter. Only when the particulate filter is regenerated, the exhaust gas is allowed to flow through the regeneration flow path and led to the particulate filter via the oxidation catalyst. Therefore, even in a diesel engine using a high sulfur fuel, the coking of sulfate with respect to the oxidation catalyst can be minimized.
尚、パティキュレートフィルタの再生時にサルファーフリー燃料を再生燃料として酸化触媒より上流の排気管に供給すると、サルフェートのコーキングの発生を更に減少させることができる。 If sulfur-free fuel is supplied to the exhaust pipe upstream of the oxidation catalyst as regeneration fuel during regeneration of the particulate filter, the occurrence of sulfate coking can be further reduced.
酸化触媒の脱硫処理時には、再生流路に排ガスを流すように切り換えた状態で、旋回ノズルを旋回させながら添加弁により燃料を燃焼用空気と共に噴射し、その噴射燃料に着火手段により着火するので、その着火点を不動の中心として酸化触媒の軸線回りに火炎が旋回することになり、酸化触媒の入口部を旋回ノズルの旋回方向に順番に位置を変えながら局所的に直接加熱していくことが可能となる。 At the time of desulfurization treatment of the oxidation catalyst, the fuel is injected together with the combustion air by the addition valve while turning the swirling nozzle while the exhaust gas is switched to the regeneration flow path, and the injected fuel is ignited by the ignition means. The flame turns around the axis of the oxidation catalyst with the ignition point as the center of immobilization, and it is possible to directly heat the oxidation catalyst inlet part while changing the position in turn in the turning direction of the turning nozzle. It becomes.
この結果、酸化触媒の軸線回りに旋回する火炎により酸化触媒の入口部の周方向全域が約630℃以上に加熱され、ここに貯留したサルフェートはSO2ガスとして脱離され、酸化触媒の入口部の脱硫処理が図られることになる。 As a result, the entire area in the circumferential direction of the inlet portion of the oxidation catalyst is heated to about 630 ° C. or more by the flame swirling around the axis of the oxidation catalyst, and the sulfate stored therein is desorbed as SO 2 gas, and the inlet portion of the oxidation catalyst The desulfurization process will be performed.
尚、酸化触媒の脱硫処理時にサルファーフリー燃料を脱硫燃料としてバーナ装置に供給すると、脱硫時にサルフェートが発生するのを防止することができる。 If sulfur-free fuel is supplied to the burner device as desulfurization fuel during the desulfurization treatment of the oxidation catalyst, it is possible to prevent the generation of sulfate during desulfurization.
また、本発明においては、旋回ノズルと酸化触媒の入口部との間に、旋回する旋回ノズルの噴射口から火炎を個別に受け入れ得るよう前記旋回ノズルの旋回方向に分割され且つその受け入れた火炎を酸化触媒の入口部の直近まで案内してから該入口部の半径方向外側へ吹き出し得るよう複数のガイド流路を備えた火炎ガイドを配設することが好ましい。 Further, in the present invention, the flame divided into the swirling direction of the swirl nozzle and received from the revolving nozzle so that the flame can be individually received between the swirl nozzle and the inlet of the oxidation catalyst. It is preferable to dispose a flame guide having a plurality of guide channels so that the oxidation catalyst can be guided to the immediate vicinity of the inlet and then blown out radially outward of the inlet.
このようにすれば、旋回ノズルからの火炎が火炎ガイドのガイド流路に個別に受け入れられて適切な方向づけが成され、しかも、この火炎ガイドが灼熱化して噴射燃料の着火維持に寄与することになり、更には、旋回ノズルや着火手段が酸化触媒側の排気ガスに直接晒されなくなって着火手段や旋回ノズルへの煤の付着が大幅に抑制されることになる。 In this way, the flame from the swirling nozzle is individually received in the guide flow path of the flame guide and is appropriately oriented, and the flame guide is heated to contribute to maintaining the ignition of the injected fuel. Furthermore, the swirl nozzle and the ignition means are not directly exposed to the exhaust gas on the oxidation catalyst side, so that the adhesion of soot to the ignition means and the swirl nozzle is greatly suppressed.
上記した本発明の排気浄化装置によれば、下記の如き種々の優れた効果を奏し得る。 According to the exhaust emission control device of the present invention described above, various excellent effects as described below can be obtained.
(I)本発明の請求項1に記載の発明によれば、通常時は通常流路を選択して排気ガスをパティキュレートフィルタへ流し、パティキュレートフィルタの再生時のみ再生流路に排ガスを流し酸化触媒を経由してパティキュレートフィルタへ導くようにしているので、高硫黄燃料を使用するディーゼルエンジンにおいても、酸化触媒に対するサルフェートのコーキングを最少にすることができる。又、パティキュレートフィルタの再生時にサルファーフリー燃料を再生燃料として酸化触媒より上流の排気管に供給すると、サルフェートのコーキングの発生を更に減少させることができる。 (I) According to the invention described in claim 1 of the present invention, the normal flow path is normally selected and the exhaust gas is allowed to flow through the particulate filter, and the exhaust gas is allowed to flow through the regeneration flow path only during regeneration of the particulate filter. Since the catalyst is guided to the particulate filter via the oxidation catalyst, sulfate coking with respect to the oxidation catalyst can be minimized even in a diesel engine using a high sulfur fuel. Further, when sulfur-free fuel is supplied as regeneration fuel to the exhaust pipe upstream of the oxidation catalyst during regeneration of the particulate filter, the occurrence of sulfate coking can be further reduced.
酸化触媒の脱硫処理時には、再生流路に排ガスを流すように切り換えた状態で、旋回ノズルを旋回させながら添加弁により燃料を燃焼用空気と共に噴射し、その噴射燃料に着火手段により着火させるので、酸化触媒の入口部が旋回ノズルの火炎によって旋回方向に順番に位置を変えながら局所的に加熱されるようになり、この結果、酸化触媒の入口部に溜ったサルフェートがSO2ガスとして脱離されて酸化触媒の入口部の脱硫処理が図られることになる。このように、旋回ノズルの火炎によって酸化触媒の入口部に局所的に約630℃以上に加熱することができるので、前記したコーキングの発生が減少することと相俟って、燃料も燃焼用空気も少ない小型のバーナ装置によって酸化触媒の入口部の脱硫処理を効果的に達成できるようになり、燃費を著しく改善することができると共に、燃焼用空気をターボチャージャのコンプレッサの出口から吸気を分岐して導くような大掛かりな配管改造を伴う流路変更を行わなくても、エアタンクなどから簡易に少量の空気を導いて賄うことができて実施コストの削減を図ることもできる。又、酸化触媒の脱硫処理時にサルファーフリー燃料を脱硫燃料としてバーナ装置に供給すると、脱硫時にサルフェートが発生するのを防止できる。 At the time of desulfurization treatment of the oxidation catalyst, the fuel is injected together with the combustion air by the addition valve while turning the swirling nozzle while the exhaust gas is switched to the regeneration flow path, and the injected fuel is ignited by the ignition means. The inlet of the oxidation catalyst is locally heated by the flame of the swirling nozzle while changing its position in the swirl direction in turn, and as a result, the sulfate accumulated at the inlet of the oxidation catalyst is desorbed as SO 2 gas. Thus, desulfurization treatment is performed at the inlet of the oxidation catalyst. As described above, since the inlet of the oxidation catalyst can be locally heated to about 630 ° C. or more by the flame of the swirl nozzle, the generation of coking is reduced and the fuel is also used for the combustion air. With a small number of small burner devices, it is possible to effectively achieve desulfurization at the inlet of the oxidation catalyst, which can significantly improve fuel efficiency and branch the intake air from the outlet of the turbocharger compressor. Even if there is no need to change the flow path with large-scale piping modification, the small amount of air can be easily guided from an air tank or the like, and the implementation cost can be reduced. Further, when sulfur-free fuel is supplied to the burner device as desulfurization fuel during the desulfurization treatment of the oxidation catalyst, it is possible to prevent the generation of sulfate during desulfurization.
(II)本発明の請求項2に記載の発明によれば、旋回ノズルからの火炎を火炎ガイドのガイド流路により適切に方向づけして酸化触媒の入口部を効率良く加熱していくことができ、しかも、この火炎ガイドを灼熱化して噴射燃料を着火させ易くすることで火炎の安定化を図ることもでき、更には、着火手段や旋回ノズルへの煤の付着を大幅に抑制して作動不良の発生を未然に回避することができる。
(II) According to the invention described in
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1〜図4は本発明を実施する形態の一例を示すもので、図1中における符号1はターボチャージャ2を装備したディーゼルエンジンを示しており、エアクリーナ3から導かれた吸気4が吸気管5を通し前記ターボチャージャ2のコンプレッサ2aへと送られ、該コンプレッサ2aで加圧された吸気4がインタークーラ6へと送られて冷却され、該インタークーラ6から更に吸気マニホールド7へと吸気4が導かれてディーゼルエンジン1の各気筒8(図1では直列6気筒の場合を例示している)に分配されるようになっている。
1 to 4 show an example of an embodiment for carrying out the present invention. Reference numeral 1 in FIG. 1 denotes a diesel engine equipped with a
また、前記ディーゼルエンジン1の各気筒8から排出された排気ガス9は、排気マニホールド10を介しターボチャージャ2のタービン2bへと送られ、該タービン2bを駆動した後に排気管11へと送り出されるようにしてあるが、この排気管11の終端部にフィルタケース12が介装されており、該フィルタケース12内における後段側に、パティキュレートフィルタ13が収容されている。このパティキュレートフィルタ13は酸化触媒を一体的に担持して成る触媒再生型であってもよく、酸化触媒が担持されていないものであってもよい。
The
このパティキュレートフィルタ13は、セラミックから成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気ガス9のみが下流側へ排出されるようにしてある。
This
更に、前記フィルタケース12内におけるパティキュレートフィルタ13の前段には、フロースルー型の酸化触媒14が装備されており、燃料タンク15に貯留されたサルファーフリー燃料16を、ポンプ17、配管18、燃料供給弁19からなる再生燃料供給手段20を介してノズル21から前記排気管11に添加し、添加された燃料から生じた炭化水素を酸化触媒14で酸化させ、その反応熱で排気ガス9を昇温して直後のパティキュレートフィルタ13の床温度を上げ、ここに捕集されているパティキュレートを燃やし尽くしてパティキュレートフィルタ13の再生化を図り得るようにしてある。ここで、パティキュレートフィルタ13はそのガスの流れ方向がフィルタケース12の軸線の方向になるように配置されているのに対し、酸化触媒14はそのガスの流れ方向が前記フィルタケース12の軸線に対して直交する方向に配置されている。
Further, a flow-through
また、前記ノズル21によるサルファーフリー燃料16の添加位置と、前記フィルタケース12との間を接続する排気管11は、排気ガス9を酸化触媒14を経由させて酸化触媒14へ導く再生流路22と、排気ガス9を酸化触媒14を迂回させてパティキュレートフィルタ13へ直接導く通常流路23とに二股状に分岐され、その分岐箇所には、通常時は通常流路23を選択して排気ガス9を流し且つパティキュレートフィルタ13の再生処理及び酸化触媒14の脱離処理を施す必要が生じた時に排気ガス9の流れを通常流路23から再生流路22に切り換えるバタフライ弁24が流路切換手段として設けられている。
An
また、図1及び図2に示す如く、前記フィルタケース12の前端部における酸化触媒14の上側には、環状の入口チャンバ25が外嵌装着されていると共に、該入口チャンバ25の周方向適宜位置には、前記ディーゼルエンジン1から排気ガス9を導く排気管11から分岐された再生流路22が接続されており、入口チャンバ25の内側には、再生流路22からの排気ガス9を周方向から均等に前記酸化触媒14へ導くための連通孔26aを備えた分散板26を設けている。
As shown in FIGS. 1 and 2, an
そして、前記入口チャンバ25の中央上部位置には、前記酸化触媒14の入口部を加熱して該入口部の脱硫処理を図り得るようにしたバーナ装置27が装備されている。このバーナ装置27は、図3に拡大して示す如く、酸化触媒14の入口部の中心に対峙するよう前記酸化触媒14の軸線x上に配置された添加弁28と、該添加弁28の先端部に前記酸化触媒14の軸線xを中心として旋回し得るように装備された旋回ノズル29と、該旋回ノズル29の噴射口30近傍に配置された放電端子31(着火手段)とにより構成されている。
A
ここで、前記添加弁28の基端部には、エアタンク32(図1参照)から開閉弁33を介して導いたエアホース34により燃焼用空気が供給されていると共に、燃料タンク15(図1参照)のサルファーフリー燃料16がポンプ17、配管35及びからなる脱硫燃料供給手段36を介して供給されており、燃料を燃焼用空気と共に噴射し得るようにしてある。尚、図1では前記再生燃料供給手段20と脱硫燃料供給手段36が同一の燃料タンク15を共用してサルファーフリー燃料16を供給するようにしているが、夫々単独の燃料タンク15を備えてサルファーフリー燃料16を供給するようにしてもよい。又、サルファーフリー燃料がない場合には、ディーゼルエンジンの燃料を用いてもよく、その際は専用の燃料タンクは不要にできる。
Here, combustion air is supplied to the base end portion of the
前記旋回ノズル29は、添加弁28の先端部にベアリングなどを介し基端部を回転自在に外嵌装着し、しかも、その基端部の外周に駆動用ギヤ歯37を刻設しており、該駆動用ギヤ歯37に噛合するピニオン38を電動モータ39により回転駆動されることにより前記酸化触媒14の軸線xを中心として旋回し得るようにしてある。
The
しかも、前記旋回ノズル29は、前記酸化触媒14の軸線xに対し斜めに離反して延びて延びてから前記軸線x上に戻るようにV字状に屈曲して噴射口30を開口するように形成されており、この噴射口30から噴射される燃料が前記放電端子31(着火手段)による放電で着火されるようになっている。
In addition, the
また、図3及び図4に示す如く、前記旋回ノズル29と酸化触媒14の入口部との間には火炎ガイド40が設けてあり、該火炎ガイド40は、旋回する旋回ノズル29の噴射口30から火炎を個別に受け入れるよう前記旋回ノズル29の旋回方向に分割され且つその受け入れた火炎を酸化触媒14の入口部の直近まで案内してから該入口部の半径方向外側へ吹き出し得るようにした複数のガイド流路41を備えており、その全体は耐熱性の高いステンレス鋼などにより構成されている。又、符号42,43はガスケットを示している。
3 and 4, a
尚、ディーゼルエンジン1の作動、バタフライ弁24(流路切換手段)の切換作動、ポンプ17の作動、燃料供給弁19の作動、添加弁28の作動、電動モータ39の作動は、図示しないエンジン制御コンピュータ(ECU:Electronic Control Unit)からなる制御装置によって制御されるようになっている。又、図1において、符号44は排気ガス9を排気側から吸気側へ再循環するためのEGRパイプ、45はその再循環される排気ガス9の一部を冷却する水冷式のEGRクーラ、46はEGRバルブ、47は前記フィルタケース12の後端部に備えられた排気取出管を夫々示している。
The operation of the diesel engine 1, the switching operation of the butterfly valve 24 (flow path switching means), the operation of the
而して、図1〜図4の形態では、通常時は通常流路23を選択するようにバタフライ弁24(流路切換手段)を切り換えて排気ガス9を実線で示すようにパティキュレートフィルタ13へ流すようにしている。
1 to 4, the butterfly valve 24 (flow path switching means) is switched so that the
パティキュレートフィルタ13の再生時には、バタフライ弁24(流路切換手段)を切り換えて再生流路22に一点鎖線で示すように排気ガス9を流し酸化触媒14を経由してパティキュレートフィルタ13へ導くと共に、再生燃料供給手段20により燃料タンク15からのサルファーフリー燃料16をノズル21により排気管11へ供給し、酸化触媒14を介して排気ガス9の温度を上昇させることにより、パティキュレートフィルタ13の床温度を上げ、ここに捕集されたパティキュレートを燃やし尽くしてパティキュレートフィルタ13を再生させる。
At the time of regeneration of the
パティキュレートフィルタ13の再生は、所定時間毎、或いはパティキュレートフィルタ13の前後の圧力差の増加に基づいて行われるが、前記したように、パティキュレートフィルタ13の再生時にのみ、再生流路22に排気ガス9を流すようにしているので、高硫黄燃料を使用するディーゼルエンジンにおいても、酸化触媒14に対するサルフェートのコーキングは最少にすることができる。尚、パティキュレートフィルタ13の再生時に、サルファーフリー燃料16を再生燃料として酸化触媒14より上流の排気管11に供給しているので、サルフェートのコーキングの発生を更に減少させることができる。
The regeneration of the
上記によって、酸化触媒14に対するサルフェートのコーキングの発生は減少されることになるが、長期間の運転が行われると、サルフェートのコーキングは徐々に増加してくるため、所定の期間ごとには酸化触媒14を脱硫処理することが必要になる。
As a result, the occurrence of sulfate coking with respect to the
酸化触媒14の脱硫処理時には、再生流路22に排気ガス9を流すようにバタフライ弁24(流路切換手段)を切り換えた状態で、旋回ノズル29を旋回させながら、再生燃料供給手段20による燃料タンク15からのサルファーフリー燃料16を添加弁28に供給する一方、エアタンク32からの燃焼用空気を添加弁28に供給して共に噴射し、その噴射燃料に放電端子31(着火手段)で着火すると、その着火点を不動の中心として酸化触媒14の軸線x回りに火炎が旋回することになり、酸化触媒14の入口部を旋回ノズル29の旋回方向に順番に位置を変えながら局所的に直接加熱することにより、酸化触媒14の入口部に生じたサルフェートを蒸発させることが可能となる。
During the desulfurization treatment of the
ここで、硫黄燃料による排気ガス9中のSO2成分は、酸化触媒14との反応によってサルフェート化するが、この反応は非常に速く、酸化触媒14の入口部の数mmの範囲にサルフェートが溜まるようになり、更に、サルフェートの量が増加すると酸化触媒14の内部まで溜まるようになるが、前記したように、サルフェートの溜まる量が少ない段階では、酸化触媒14の入口部を旋回ノズル29の旋回方向に局所的に加熱することで脱硫することができる。
Here, the SO 2 component in the
従って、旋回ノズル29の火炎によって酸化触媒14の入口部に局所的に約630℃以上に加熱することで、前記したようにコーキングの発生が減少したことと相俟って、燃料も燃焼用空気も少ない小型のバーナ装置27によって酸化触媒14の入口部の脱硫処理を効果的に達成できるようになり、燃費を著しく改善することができると共に、燃焼用空気をターボチャージャのコンプレッサの出口から吸気を分岐して導くような大掛かりな配管改造を伴う流路変更を行わなくても、エアタンク32などから簡易に少量の空気を導いて賄うことができて実施コストの削減を図ることもできる。又、酸化触媒14の脱硫処理時にサルファーフリー燃料16を脱硫燃料としてバーナ装置27に供給すると、脱硫時にサルフェートが発生するのを防止できる。
Accordingly, by locally heating the inlet portion of the
また、旋回ノズル29と酸化触媒14の入口部との間に火炎ガイド40を配設しているので、旋回ノズル29からの火炎を火炎ガイド40のガイド流路41により適切に方向づけして酸化触媒14の入口部を効率良く加熱していくことができ、しかも、この火炎ガイド40を灼熱化して噴射燃料を着火させ易くすることで火炎の安定化を図ることもでき、更には、放電端子31(着火手段)や旋回ノズル29への煤の付着を大幅に抑制して作動不良の発生を未然に回避することができる。
In addition, since the
図5は、前記フィルタケース12の内部にパティキュレートフィルタ13と酸化触媒14が同心上に配置され、更に、酸化触媒14の同心上にバーナ装置27が配置された場合を示したものであり、その他の構成は図1及び図3の形態と同様であり、前記と同様の作用効果を奏することができる。
FIG. 5 shows the case where the
又、図6、図7は、パティキュレートフィルタ13と酸化触媒14が同心上に箱形のフィルタケース48内に配置された箱形フィルタの場合を示しており、パティキュレートフィルタ13と酸化触媒14の軸線が鉛直になるように箱形のフィルタケース48をフレーム49に固定しており、前記酸化触媒14の同心上にバーナ装置27が配置されており、パティキュレートフィルタ13の下部から導出される排気ガス9を箱形のフィルタケース48内部を通して上部から外部に導く排気取出管47を有している点以外は前記の形態と同様であり、前記と同様の作用効果を奏することができる。
FIGS. 6 and 7 show the case of a box filter in which the
尚、本発明の排気浄化装置は、上述の形態例にのみ限定されるものではなく、本発明で対象としている酸化触媒には、高硫黄燃料を使用した場合にSO2ガスを酸化してサルフェートを生成してしまう酸化促進性能を備えた触媒全てが含まれ、この種の酸化促進性能を備えた触媒であれば、NOx吸蔵還元触媒などと呼称されているものであっても同様に適用できること、また、火炎ガイドは必要に応じて追加装備すれば良いこと、その他、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。 Note that the exhaust purification apparatus of the present invention is not limited to the above-described embodiment. The oxidation catalyst targeted by the present invention oxidizes SO 2 gas when a high sulfur fuel is used, and sulfates. All catalysts with oxidation promotion performance that generate NO are included, and any catalyst with this type of oxidation promotion performance can be applied in the same manner even if it is called a NOx storage reduction catalyst. Of course, the flame guide may be additionally provided as necessary, and various modifications may be made without departing from the scope of the present invention.
1 ディーゼルエンジン
11 排気管
13 パティキュレートフィルタ
14 酸化触媒
16 サルファーフリー燃料
20 再生燃料供給手段
22 再生流路
23 通常流路
24 バタフライ弁(流路切換手段)
27 バーナ装置
28 添加弁
29 旋回ノズル
30 噴射口
31 放電端子(着火手段)
36 脱硫燃料供給手段
40 火炎ガイド
41 ガイド流路
x 酸化触媒の軸線
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
27
36 Desulfurized fuel supply means 40
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