JPH1054228A

JPH1054228A - ディーゼルエンジンの排気浄化装置

Info

Publication number: JPH1054228A
Application number: JP8210326A
Authority: JP
Inventors: Taizo Shimada; 泰三嶋田; Takeshi Hashizume; 剛橋詰; Shigeru Harufuji; 茂春藤; Toshiharu Murota; 敏晴室田
Original assignee: Mitsubishi Motors Corp
Current assignee: Mitsubishi Motors Corp
Priority date: 1996-08-08
Filing date: 1996-08-08
Publication date: 1998-02-24
Anticipated expiration: 2016-08-08
Also published as: JP3714732B2

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明は、ディーゼルエンジンの排気浄化装
置に関し、排ガス温度の全域で触媒を効率よく使用でき
るようにする。【解決手段】ディーゼルエンジンＥの排気通路２７に
配設された触媒１と、触媒１よりも上流側の排気通路１
１に設けられた排気タービン９Ｔと、排気タービン９Ｔ
に連結されたコンプレッサ９Ｃとをそなえ、コンプレッ
サ９Ｃから得られる圧縮エアにより触媒１の上流側の排
気通路２７又は触媒１を冷却する冷却手段１４と、触媒
１に流入する排気温度が触媒１の最適活性範囲温度にな
るように圧縮エアの流量を制御する制御手段Ｓとを設け
るように構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ディーゼルエンジ
ンにおいて触媒により排気を浄化する、ディーゼルエン
ジンの排気浄化装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ディーゼルエンジンから排出される排出
ガスには、未燃焼燃料や未燃焼オイルなどのＳＯＦ（So
luble Organic Fraction) 及びカーボン等からなるパテ
ィキュレートが含まれており、ＳＯＦを触媒で酸化して
から大気中に排出するとパティキュレート排出総量を減
少できることは一般に知られている。

【０００３】そして、比較的低温でも効果のある低温活
性酸化触媒として白金系触媒があり、これは排気ガス流
路に配設された担体に担持されて、パティキュレート中
のＳＯＦを酸化する。白金系触媒は、エンジンの低負荷
時のＨＣ及びパティキュレート中の未燃焼燃料や未燃焼
オイルなどのＳＯＦの低減には効果がある。

【０００４】ところで、低負荷時には燃料の割に空気の
量が多くなって、「すす」の発生は減少するものの、排
温が低くなるに連れてＳＯＦの発生量が増加する傾向が
ある。また、温度が高い高負荷時には、ディーゼルエン
ジンの燃料中に含まれる硫黄分までも酸化させてしま
い、ＳＯ₂等のＳＯx が増加し、例えば増加したＳＯ₃
と水とが反応することによりサルフェート（硫酸系化合
物）が発生して、結果的にパティキュレート総量が増加
するという問題もある。

【０００５】そこで、触媒に入る排ガスの温度を制御す
るための技術が提供されており、その一例が図１５及び
図１６に示されている。すなわち、図１５はその要部を
示す模式図であり、低温活性酸化触媒、例えば白金系触
媒を担持した触媒担体で構成された触媒１が、ディーゼ
ルエンジンの排気ガス流路２と処理済の排気ガスを大気
に排出する排気ガス流路３との間に設けられている。

【０００６】そして、排気ガス流路２からバイパス流路
４が分岐されており、バイパス流路４には、その入口４
ａに流路切り換え弁５が設けられており、触媒１への流
路とバイパス流路４とのいずれかを通じて、選択的に排
気ガスを流通させるように構成されている。また、バイ
パス流路４は、流路４ｂ，４ｃで構成されて、流路４
ｂ，４ｃが触媒１を囲繞し、出口４ｄで排気ガス流路３
に合流している。

【０００７】流路切り換え弁５は、コントローラ７で制
御されるアクチュエータ６によりその位置を調整される
ようになっており、エンジンの高負荷状態と低負荷状態
との判断に基づき所要の位置に設定されるように構成さ
れている。このような構成により、図１６のグラフにお
ける領域Ａの運転状態では、サルフェートの生成量が少
なく、且つ浄化効率の高い温度領域であるため、流路切
り換え弁５を図１５の実線位置に切り換えて、排気ガス
を触媒１に向けて流通させる。

【０００８】また、触媒１は、高負荷状態にはバイパス
流路４に流通する排気ガスにより温められているので、
パティキュレート中のＳＯＦが効率よく酸化される。そ
して、さらに低負荷のアイドリング状態等の運転状態
（図１６の領域Ｃ）では、流路切り換え弁５を図１５の
点線位置に切り換えて、排気ガスをバイパス流路４に流
通させ、触媒１が適正温度以下になるのを防止する。

【０００９】また、排気ガスが高温になる高負荷領域Ｂ
では、サルフェートの生成を抑制すべく流路切り換え弁
５の切り換えにより排気ガスをバイパス流路４へ流通さ
せて、排気ガスが触媒１に流入しないようにする。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】このように、図１５，
図１６に示す従来の構成では、低温域の排気ガスを温め
て触媒１に流入させる工夫が行なわれているものの、高
温域の排気ガスでは、サルフェート生成を抑制するた
め、触媒をバイパスさせる。したがって、サルフェート
の生成が少なく、かつ、浄化率の高い温度領域のみで排
ガスが浄化され、高排温及び低排温領域では、触媒を使
用しないため汚れた排ガスがそのまま大気に放出されて
しまうという課題がある。

【００１１】なお、例えば特開平５─２６３６２８号公
報、特開平６─２６４７３２号公報、実公平６─８２５
９号公報、実公平５─１６１６号公報等にも、関連する
技術が開示されているが、これらの技術は上述の課題を
解決するようなものではなかった。本発明は、上述のよ
うな課題に鑑み創案されたもので、より幅広い運転範囲
で触媒を有効に活用するため、排ガス温度を制御し、し
かも全域で触媒を効率よく使用できるようにした、ディ
ーゼルエンジンの排気浄化装置を提供することを目的と
する。

【００１２】

【課題を解決するための手段】このため、請求項１記載
の本発明のディーゼルエンジンの排気浄化装置は、ディ
ーゼルエンジンの排気通路に配設され排気中の有害成分
を浄化する触媒と、該触媒よりも上流側の該排気通路に
設けられ排気圧により駆動される排気タービンと、該排
気タービンに連結され該排気タービンにより回転駆動さ
れるコンプレッサとをそなえ、該コンプレッサから得ら
れる圧縮エアにより該触媒よりも上流の排気通路又は該
触媒を冷却する冷却手段と、該触媒に流入する排気温度
が該触媒の最適活性範囲温度になるように該圧縮エアの
流量を制御する制御手段とが設けられたことを特徴とし
ている。

【００１３】また、請求項２記載の本発明のディーゼル
エンジンの排気浄化装置は、上記請求項１記載の構成に
加えて、該排気通路に、排気を該排気タービンに対して
バイパスさせるバイパス通路が設けられるとともに、該
バイパス通路を流通する排気の流量を制御するバイパス
弁が設けられ、該制御手段が、該触媒よりも上流側の排
気温度及び機関運転状態に応じて該バイパス弁の開閉状
態を制御するように構成されていることを特徴としてい
る。

【００１４】また、請求項３記載の本発明のディーゼル
エンジンの排気浄化装置は、上記請求項１記載の構成に
加えて、該コンプレッサよりも下流側がエンジン吸気通
路と該冷却手段への冷却通路とに分岐して形成され、該
冷却通路に該冷却通路を流通する空気流量を制御する弁
装置が設けられるとともに、該制御手段が、該触媒より
も上流側の排気温度又は機関運転状態に応じて該弁装置
の開閉状態を制御するように構成されていることを特徴
としている。

【００１５】また、請求項４記載の本発明のディーゼル
エンジンの排気浄化装置は、上記請求項３記載の構成に
加えて、該コンプレッサの下流側であって、該エンジン
吸気通路と該冷却通路との分岐部分よりも上流側に、該
コンプレッサにより圧縮されたエアを冷却するためのイ
ンタークーラが設けられていることを特徴としている。

【００１６】また、請求項５記載の本発明のディーゼル
エンジンの排気浄化装置は、上記請求項１〜４のいずれ
かに記載の構成に加えて、該冷却手段が、該触媒よりも
上流側の排気通路において形成された内管及び外管から
なる二重管構造を有する熱交換器として構成され、該二
重管構造の該外管に該コンプレッサからの圧縮エアが供
給され、該二重管構造の該内管に該排気を流通させるよ
うに構成されていることを特徴としている。

【００１７】また、請求項６記載の本発明のディーゼル
エンジンの排気浄化装置は、上記請求項１〜４のいずれ
かに記載の構成に加えて、該触媒が複数の触媒層を有
し、該触媒が、該触媒層と該コンプレッサからの圧縮エ
アを流通させるエア流路部分とを交互に重合して形成さ
れていることを特徴としている。また、請求項７記載の
本発明のディーゼルエンジンの排気浄化装置は、上記請
求項１〜６のいずれかに記載の構成に加えて、該触媒が
酸化触媒として構成され、該酸化触媒による浄化作用に
おいて、該制御手段により、該触媒に流入する排気温度
が該酸化触媒でサルフェートを発生しない温度範囲とな
るように、該圧縮エアの流量が制御されるように構成さ
れていることを特徴としている。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、図面により、本発明の実施
形態について説明すると、図１〜図９は本発明の第１実
施形態としてのディーゼルエンジンの排気浄化装置を示
すもので、図１はその要部構成を示す模式図、図２はそ
の流路切り換え弁を示す模式図、図３はその空冷熱交換
器の要部構成を示す模式的断面図、図４〜図６はいずれ
もその空冷熱交換器の他の例の要部構成を示す模式的断
面図、図７〜図９はその動作特性を示す図、図１０〜図
１２は本発明の第２実施形態としてのディーゼルエンジ
ンの排気浄化装置を示すもので、図１０はその要部構成
を示す模式図、図１１，図１２はその動作特性を示す
図、図１３，図１４は本発明の第３実施形態としてのデ
ィーゼルエンジンの排気浄化装置を示すもので、図１３
はその要部構成を示す模式図、図１４はその触媒構造を
示す模式的斜視図である。（ａ）第１実施形態の説明まず、第１実施形態について説明すると、図１に示すよ
うに、ディーゼルエンジンＥの排気系１００には、排気
中の有害成分を浄化するための触媒１が配設されてい
る。

【００１９】また、触媒１よりも上流側の排気系１００
には、第１過給機８の排気タービン８Ｔと、第２過給機
９の排気タービン９Ｔとが介装されており、各排気ター
ビン８Ｔ，９Ｔは、排気により回転駆動されるように構
成されている。これらの排気タービン８Ｔ及び排気ター
ビン９Ｔには、それぞれコンプレッサ８Ｃ及びコンプレ
ッサ９Ｃが連結されており、各コンプレッサ８Ｃ，９Ｃ
は、それぞれに連結された排気タービン８Ｔ，９Ｔと同
軸芯上で回転駆動されるようになっている。

【００２０】ここで、第１過給機８は、エンジンＥの出
力を向上させるために設けられた一般的なターボチャー
ジャであって、コンプレッサ８Ｃが駆動されると、エア
クリーナ１５を介して導入される吸気を加圧してエンジ
ンＥに供給するようになっている。また、第１過給機８
の排気タービン８Ｔは、エンジンＥの排気系１００の排
気通路２と排気通路１６との間に介装されており、排気
タービン８Ｔを駆動した後の排気ガスは、排気通路１６
に排出されるようになっている。

【００２１】また、排気通路１６の下流側は、排気通路
１１とバイパス通路１３とに分岐しており、これらの排
気通路１１とバイパス通路１３との分岐部分には、流路
切り換え弁（バイパス弁）１０が介装されている。ま
た、排気通路１１は、第２過給機９の排気タービン９Ｔ
に接続されており、この排気通路１１に排気ガスを流通
させることで排気タービン９Ｔが駆動されるようになっ
ている。

【００２２】そして、排気通路１１の排気タービン９Ｔ
よりも下流側において、排気通路１１とバイパス通路１
３とが合流して排気通路２７が構成されている。また、
第２過給機９のコンプレッサ９Ｃは、大気開放のエア供
給通路１２からエアを取り込んで加圧（圧縮）して、下
流側の冷却用エア通路（冷却通路）１７に加圧エアを供
給するようになっている。そして、このようにして供給
された加圧エア（又は、圧縮エア）は、冷却用エア通路
１７を介して冷却手段としての冷却器（熱交換器）１４
に送給されるように構成されている。

【００２３】ここで、冷却器１４は、例えば図３に示す
ような構造で構成されている。すなわち、図３に示す構
造では、冷却器１４は内管２０及び外管２１からなる二
重管構造をそなえて構成され、外管２１にはコンプレッ
サ９Ｃからの圧縮エアが供給されるようになっている。
また、内管２０は排気通路２７に接続されており、この
内管２０には排気ガスが供給されるようになっている。
そして、このように冷却器１４を設けることで、内管２
０内を流通する排気ガスが外管２１内の圧縮エアにより
冷却される熱交換構造として構成されている。

【００２４】ところで、触媒１に流入する排気ガス温度
を、触媒１の最適活性範囲温度になるように圧縮エアの
流量を制御すべく制御手段Ｓが設けられている。すなわ
ち、制御手段Ｓは、流路切り換え弁１０とコントローラ
７とから構成されており、流路切り換え弁１０は、排気
通路１６から排気通路１１への流出開度を全閉から全開
まで調整しながら排気通路１６から排気通路１１への排
気流量を調整するように構成されている。この時、排気
通路１６から流入する排気流のうち、排気通路１１へ流
出しない残りは排気通路１６からバイパス通路１３へ流
出する。

【００２５】一方、コントローラ７には排気温度やエン
ジン回転数を検出しうるセンサ（図示省略）からの情報
が入力されるようになっており、コンピュータ等で構成
されたコントローラ７は、各センサからの入力信号に基
づいた制御信号を出力して、触媒１上流の排気ガス温度
及び機関運転状態に応じて流路切り換え弁１０の開閉制
御を行なうように構成されている。

【００２６】ここで、流路切り換え弁１０は図２に示す
ように構成されており、弁体１０Ａを図示しないアクチ
ュエータにより駆動して、バイパス通路１３に対する開
度と、排気通路１１に対する開度とを調整し、所望状態
の分流が行なわれるように構成されている。このよう
に、制御手段Ｓは、流路切り換え弁１０をコントローラ
７からの制御信号により制御して冷却器１４における所
望の冷却を行ない、触媒１の活性が高く浄化効率の高い
温度領域となるように排気ガスの温度制御を行なうよう
になっている。また、触媒１が酸化触媒の場合には、サ
ルフェートを発生させない範囲の触媒入口温度となるよ
うに、制御を行なうようになっている。

【００２７】本発明の第１実施形態としてのディーゼル
エンジンの排気浄化装置は上述のように構成されている
ので、次のような動作が行なわれる。まず、エンジンＥ
が運転されると、排気通路２からの排気により排気ター
ビン８Ｔを介してコンプレッサ８Ｃが駆動され、エアク
リーナ１５から流入する吸気が、コンプレッサ８Ｃによ
り加圧されて過給運転が行なわれる。

【００２８】一方、エンジンＥから排出された排気ガス
は、第１過給機８の排気タービン８Ｔを駆動した後、排
気通路１６及びバイパス通路１３を通って触媒１に流入
する。ここで、排気通路１６の排気ガスは、その一部
が、流路切り換え弁１０を介し排気通路１１に流通し、
第２過給機９の排気タービン９Ｔを駆動した後、バイパ
ス通路１３に合流する。そして、このように排気エネル
ギにより排気タービン９Ｔを駆動することで、排気ガス
が仕事をして排気温度が低下するのである。

【００２９】また、排気通路１１の流量は、制御手段Ｓ
により制御される。すなわち、コントローラ７からの制
御信号により流路切り換え弁１０の開度が調整されて、
排気通路１１の流量が調整され、排気タービン９Ｔの駆
動状態が制御されることとなる。そして、排気タービン
９Ｔの駆動によりコンプレッサ９Ｃが駆動されるが、こ
れにより、エア供給通路１２から流入した大気が圧縮さ
れて、冷却用エア通路１７を通じ冷却器１４に流入す
る。

【００３０】冷却器１４では、内管２０内の排気ガス
が、外管２１内の冷却用エアで冷却され、熱交換が行な
われる。そして、この冷却用エアの供給量を調整するこ
とで、排気ガスの温度制御を行なう。すなわち、触媒１
の活性が高く浄化効率の高い温度領域となるように排気
ガスの温度制御を行なう。また、触媒１が酸化触媒の場
合には、サルフェートを発生させない範囲の触媒入口温
度となるように、排気ガスの温度制御を行なう。

【００３１】このような動作により得られる動作特性
を、図７〜図９により説明すると、まず図７に示すよう
に、排気タービン９Ｔの入口温度が低い場合（軽負荷
時）は、流路切り換え弁１０が閉状態（図２参照）で運
転が制御される。また、排気タービン９Ｔの入口温度が
上昇し、触媒１の入口温度が第１の所定温度になると、
コントローラ７からの制御信号に基づいて流路切り換え
弁１０が開き始める。これにより、排気通路１１に排気
の一部が流通して、排気タービン９Ｔが駆動されるとと
もに、コンプレッサ９Ｃが作動して、冷却器１４にエア
が送給される。

【００３２】これにより、バイパス通路１３における内
管２０内の排気ガス温度が低下して、触媒１の入口温度
が低下するのである。そして、このように流路切り換え
弁１０を制御することにより、触媒１において効率の良
い浄化が行なわれる。ところで、酸化触媒については、
上述のような触媒入口温度とサルフェート生成量及び触
媒効率との関係は、図８に示すような特性となる。この
ため、図示しない排気温度センサからの情報に基づい
て、触媒入口温度が中央の適正範囲（例えば２５０〜４
５０°Ｃ）となるように流路切り換え弁１０の作動が制
御される。

【００３３】また、ＮＯｘ触媒については、触媒入口温
度と触媒効率との関係は、図９に示すような特性をそな
えており、この場合は、図示しない排気温度センサから
の情報に基づいて、触媒入口温度が中央の適正範囲（３
００〜５００°）となるように流路切り換え弁１０の作
動が制御される。さらに、排気通路２７における排気ガ
ス温度が低すぎる場合は、流路切り換え弁１０を閉じ
て、コンプレッサ９Ｃの作動を禁止することにより、二
重管構造の冷却器１４を保温装置として機能させて、排
気ガス温度を所望の温度範囲に保つことができるのであ
る。

【００３４】このように、本装置によれば、排気ガス温
度を、触媒の最高効率温度に制御できるため、排ガス低
減効果やサルフェートの生成量等を大幅に改善すること
ができる。さらに、触媒１が高温になりすぎることがな
いので、触媒１の熱劣化も防止することができる。ま
た、コンプレッサ９ｃで作られた圧縮空気を、エンジン
吸気に戻さないため、排気中の残存酸素が増大せず、例
えばＮＯｘ触媒の場合、触媒効率が低下しないという利
点もある。

【００３５】ところで、冷却器１４の構成としては、図
３に示すものに限定されるものではなく、例えば図４〜
図６に示すような構造により構成してもよい。そして、
このような構成であっても、上述と同様の動作を実現す
ることができる。ここで、図４に示すものは、１本の外
管２１内に複数の小管で構成された内管２０を設けたも
のである。そして、このような構造によれば、内管２０
の表面積が増大するので、内管２０を通る排気ガスの温
度を効率良く低減することができるという利点がある。

【００３６】また、図５に示すものは、冷却用エア通路
１７の先端にノズル１７Ａを設け、このノズル１７Ａか
ら排気通路２７に圧縮エア（冷却用エア）を吹き付ける
ことにより、排気通路２７内の排気ガスを冷却するよう
に構成したものである。このような構造によれば、冷却
器１４を簡単に構成することができるという利点があ
る。

【００３７】また、図６に示すものは、ノズル１７Ａに
より駆動されるタービン２２を設け、このタービン２２
のプロペラ２３により冷却用エアを排気通路２７に送給
するようにしたものである。このような構造によれば、
ノズル１７Ａから送給されるエアが少ない場合でも、よ
り多くのエアを排気通路２７に送給することができ、冷
却器１４の冷却効率を向上させることができるという利
点がある。（ｂ）第２実施形態の説明次に、本発明の第２実施形態について説明すると、本実
施形態では、図１０に示すように、エンジンＥには過給
機９が付設されており、吸気通路２５には、コンプレッ
サ９Ｃで加圧された吸気を冷却するためのインタークー
ラ２４が介装されている。

【００３８】そして、吸気通路２５は、インタークーラ
２４の下流側で冷却用エア通路１７と、吸気通路２５Ａ
とに分岐しており、冷却用エア通路１７は冷却器１４に
接続されている。そして、インタークーラ２４により冷
却された圧縮エアの一部は、冷却用エア通路１７を通っ
て冷却器１４に導かれ、排気タービン９Ｔの下流側の排
気通路２７内の排気ガスを冷却するように構成されてい
る。

【００３９】また、本装置には、触媒１の入口温度を所
定範囲内に制御するための制御手段Ｓが設けられてい
る。この制御手段Ｓは、主にコントローラ７及びコント
ローラ７に連結されたバルブ（弁装置）２６により構成
されており、バルブ２６の開度を所望状態に制御するこ
とにより、冷却器１４に供給する冷却用エア量が調整さ
れるようになっている。

【００４０】また、コントローラ７には、図示しない種
々のセンサ類からエンジン回転数情報，エンジン負荷情
報，過給機９のブースト圧情報，触媒１の入口での排気
温度情報等が入力されるようになっており、バルブ２６
の開度は、これらの各情報に基づいた制御量に応じて調
整されるようになっている。そして、これにより触媒入
口の排気温度が所定温度範囲となるように制御されるよ
うになっているのである。

【００４１】なお、冷却器１４は、第１実施形態と同様
に構成されており、例えば、図３に示すような二重管構
造により構成されている。本発明の第２実施形態として
のディーゼルエンジンの排気浄化装置は、上述のように
構成されているので、排気通路２７内の排気ガスは、イ
ンタークーラ２４により冷却された冷却用エアにより冷
却器１４で冷却される。このとき、コントローラ７の制
御信号に基づいてバルブ２６の開度状態を制御すること
で排気通路２７の冷却が行なわれる。

【００４２】これにより、触媒１への流入排ガス温度が
所望の状態に制御され、高い浄化効率を得ることができ
るのである。そして、本装置により、例えば図１１，図
１２に示すような特性を得ることができる。このうち、
図１１に示すグラフは、触媒の入口における排気温度と
エンジンＥの負荷率との関係を示すものである。なお、
エンジンＥの負荷率は、エンジンＥの排気温度に対応し
たものである。この図１１に示すように、低負荷域にお
いては、従来の装置では排気温度を十分に高めることが
できなかった。これに対して、本装置では、排気温度が
低い場合には、バルブ２６を閉じることにより、排気ガ
スを冷却器１４の二重管により保温することで、触媒入
口での排気温度を所定範囲（例えば酸化触媒では２５０
〜４５０°Ｃ）内となるように制御することができるの
である。

【００４３】また、高負荷域においては、従来は、排気
温度が高くなり過ぎたが、本装置によれば、高負荷域に
おいては、バルブ２６を開状態に制御して、冷却器１４
により排気温度の上昇を抑制することができ、触媒入口
温度を所望状態に保つことができるのである。また、図
１２に示すグラフは、触媒効率の特性を示すものであっ
て、横軸はエンジンＥの排気温度に対応したものであ
る。図１２中、点線は従来の排気浄化装置における触媒
効率を示すものであり、実線は本装置における触媒効率
を示すものである。

【００４４】そして、本装置によれば、図１１に示すよ
うな温度制御を行なうことで、この図１２に示すよう
に、略全ての負荷域において従来の装置よりも触媒効率
を高めることができるのである。このように、本実施形
態においても、第１実施形態とほぼ同様の効果を得るこ
とができるのである。さらに、第１実施形態での効果に
加えて、過給エンジンで空気が過剰となる中高速高負荷
域において、吸気をバイパスさせることで、燃費の悪化
を抑制することができるという利点もある。

【００４５】なお、冷却器１４の構造としては、図３に
示すような二重管構造のもののほかに、図４〜図６に示
すような構造のものであってもよい。（ｃ）第３実施形
態の説明次に、本発明の第３実施形態について説明する
と、図１３に示すように、エンジンＥの排気通路２の下
流側には過給機９の排気タービン９Ｔが設けられ、この
排気タービン９Ｔの下流側には、排気通路１６を介して
触媒１が接続されている。

【００４６】また、排気通路２と排気通路１６との間に
は、排気を排気タービン９Ｔからバイパスさせるための
バイパス路１３が設けられており、このバイパス路１３
中には流路切り換え弁（バイパス弁）１０が介装されて
いる。この流路切り換え弁１０は、コントローラ７から
の制御信号に基づいて制御されるようになっており、こ
れによりバイパス路１３を流れる排気の量を調整するこ
とができるようになっている。

【００４７】また、排気タービン９Ｔには、コンプレッ
サ９Ｃが接続されており、排気タービン９Ｔの回転にと
もなってコンプレッサ９Ｃが回転駆動されるようになっ
ている。そして、コントローラ９Ｃが駆動されると、エ
アクリーナ１５を介して取り込まれたエアが加圧され
て、このエアが冷却用エア通路１７を介して冷却器１４
に供給されるようになっている。

【００４８】ところで、冷却器１４に供給されるエアの
流量は、触媒１に流入する排気ガス温度が触媒１の最適
活性範囲温度になるように、制御手段Ｓにより制御され
るようになっている。ここで、制御手段Ｓは、流路切り
換え弁１０とコントローラ７とから構成されており、流
路切り換え弁１０の開度を調整することで排気タービン
９Ｔの駆動状態を制御するともに、コンプレッサ９Ｃの
作動を制御して冷却器１４に供給されるエアの流量を調
整するようになっているのである。

【００４９】そして、制御手段Ｓにより、第１実施形態
や第２実施形態と同様の制御を行なうようになってい
る。すなわち、コントローラ７には排気温度やエンジン
回転数等の各種の情報が入力されるようになっており、
コントローラ７は、各センサからの入力信号に基づいた
制御信号を出力して、触媒１の入口の排気ガス温度や機
関運転状態に応じて流路切り換え弁１０の開閉制御を行
なうようになっているのである。

【００５０】一方、図１４に示すように、本実施形態で
は、触媒１は冷却器１４としての機能を有するように構
成されている。すなわち、図１４に示すように、触媒１
は、排気を浄化する触媒層１Ａ〜１Ｃと、圧縮エアを流
通させるための冷却通路層（エア流路部分）１７Ａ〜１
７Ｃとが交互に重合するように構成されている。また、
触媒１を通過する排気ガスの流れと冷却通路層１７Ａ〜
１７Ｃ内を通る冷却エアとが略直交するように、各触媒
層１Ａ〜１Ｃ及び冷却通路層１７Ａ〜１７Ｃとが配設さ
れている。

【００５１】そして、このような構成により、触媒１を
介して、排気を冷却することができるのである。本発明
の第３実施形態としてのディーゼルエンジンの排気浄化
装置は、上述のように構成されているので、次のような
動作が行なわれる。まず、エンジンＥから排出された排
気ガスは、排気通路２を通って排気タービン９Ｔを駆動
させた後、排気通路１６を通って触媒１に流入する。

【００５２】また、排気ガスにより排気タービン９Ｔが
駆動されると、この回転駆動力によりコンプレッサ９Ｃ
が駆動される。そして、エアクリーナ１５を介して取り
込まれたエアが加圧され、冷却用エア通路１７を介して
冷却器１４に送給される。ここで、冷却器１４は、冷却
機能を有する触媒１として構成されているので、圧縮エ
アが触媒１の冷却通路層（エア流路部分）１７Ａ〜１７
Ｃを通ることで、触媒１内の排気ガスの温度が低減され
る。

【００５３】また、コントローラ７により、触媒１の排
気ガス温度や機関運転状態に応じて流路切り換え弁１０
の開閉状態が制御されることで、バイパス路１３を流れ
る排気の量が調整される。これにより、排気タービン９
Ｔを駆動するための排気ガス流量が調整されて、冷却通
路層１７Ａ〜１７Ｃ内を流通する圧縮エアの流量が調整
されて、触媒１内での排気ガスの温度が適正範囲となる
ように制御されるのである。

【００５４】したがって、本実施形態においても、上述
の第１，第２実施形態と略同様の効果を得ることができ
るのである。なお、本実施形態の冷却器１４は、上述の
ようなものに限定されるものではなく、例えば第１，第
２実施形態で説明したような冷却器１４を適用してもよ
い。また、第１，第２実施形態の冷却器１４において第
３実施形態で説明したような冷却器１４を用いて構成し
てもよい。

【００５５】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明のディーゼ
ルエンジンの排気浄化装置によれば、排気ガス温度を、
触媒の最高効率温度に制御できるため、排ガス低減効
果、熱劣化特性、サルフェート生成量、添加ＨＣ量等を
いずれも大幅に改善することができる。

【００５６】また、従来の過給技術のように、コンプレ
ッサで作られた圧縮空気を、エンジン吸気に戻さないた
め、排気中の残存酸素が増大せず、例えばＮＯｘ触媒の
場合では触媒効率が低下しないという利点もある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態としてのディーゼルエン
ジンの排気浄化装置の要部構成を示す模式図である。

【図２】本発明の第１実施形態としてのディーゼルエン
ジンの排気浄化装置の流路切り換え弁を示す模式図であ
る。

【図３】本発明の第１実施形態としてのディーゼルエン
ジンの排気浄化装置の空冷熱交換器の要部構成を示す模
式的断面図である。

【図４】本発明の第１実施形態としてのディーゼルエン
ジンの排気浄化装置の空冷熱交換器の他の例の要部構成
を示す模式的断面図である。

【図５】本発明の第１実施形態としてのディーゼルエン
ジンの排気浄化装置の空冷熱交換器の他の例の要部構成
を示す模式的断面図である。

【図６】本発明の第１実施形態としてのディーゼルエン
ジンの排気浄化装置の空冷熱交換器の他の例の要部構成
を示す模式的断面図である。

【図７】本発明の第１実施形態としてのディーゼルエン
ジンの排気浄化装置の動作特性を説明する図である。

【図８】本発明の第１実施形態としてのディーゼルエン
ジンの排気浄化装置の動作特性を説明する図である。

【図９】本発明の第１実施形態としてのディーゼルエン
ジンの排気浄化装置の動作特性を説明する図である。

【図１０】本発明の第２実施形態としてのディーゼルエ
ンジンの排気浄化装置の要部構成を示す模式図である。

【図１１】本発明の第２実施形態としてのディーゼルエ
ンジンの排気浄化装置の動作特性を説明する図である。

【図１２】本発明の第２実施形態としてのディーゼルエ
ンジンの排気浄化装置の動作特性を説明する図である。

【図１３】本発明の第３実施形態としてのディーゼルエ
ンジンの排気浄化装置の要部構成を示す模式図である。

【図１４】本発明の第３実施形態としてのディーゼルエ
ンジンの排気浄化装置の触媒の構成を示す模式的斜視図
である。

【図１５】従来のディーゼルエンジンの排気浄化装置の
要部構成を示す模式図である。

【図１６】従来のディーゼルエンジンの排気浄化装置の
動作特性を示す模式図である。

【符号の説明】

１触媒１Ａ〜１Ｃ触媒層２，１１，１６，２７排気通路４バイパス流路５流路切り換え弁７コントローラ８第１過給機８Ｃコンプレッサ８Ｔ排気タービン９第２過給機９Ｃコンプレッサ９Ｔ排気タービン１０流路切り換え弁（バイパス弁）１２エア供給通路１３バイパス通路１４冷却手段としての冷却器（熱交換器）１５エアクリーナ１７冷却用エア通路（冷却通路）１７Ａ〜１７Ｃ冷却通路層（エア流路部分）２０内管２１外管２２タービン２３プロペラ２４インタークーラ２５，２５Ａ吸気通路２６バルブ１００排気系Ｓ制御手段

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｆ０１Ｎ 3/24 Ｆ０１Ｎ 3/24 ＴＺＡＢＺＡＢＬ 5/04 5/04 Ａ 7/08 7/08 ＡＦ０２Ｂ 37/00 ＺＡＢＦ０２Ｂ 37/00 ＺＡＢ３０２３０２Ｄ３０３Ｈ (72)発明者室田敏晴東京都港区芝五丁目33番８号三菱自動車工業株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ディーゼルエンジンの排気通路に配設さ
れ排気中の有害成分を浄化する触媒と、該触媒よりも上流側の該排気通路に設けられ排気圧によ
り駆動される排気タービンと、該排気タービンに連結され該排気タービンにより回転駆
動されるコンプレッサとをそなえ、該コンプレッサから得られる圧縮エアにより該触媒より
も上流の排気通路又は該触媒を冷却する冷却手段と、該触媒に流入する排気温度が該触媒の最適活性範囲温度
になるように該圧縮エアの流量を制御する制御手段とが
設けられたことを特徴とする、ディーゼルエンジンの排
気浄化装置。
【請求項２】該排気通路に、排気を該排気タービンに
対してバイパスさせるバイパス通路が設けられるととも
に、該バイパス通路を流通する排気の流量を制御するバ
イパス弁が設けられ、該制御手段が、該触媒よりも上流側の排気温度及び機関
運転状態に応じて該バイパス弁の開閉状態を制御するよ
うに構成されていることを特徴とする、請求項１記載の
ディーゼルエンジンの排気浄化装置。
【請求項３】該コンプレッサよりも下流側がエンジン
吸気通路と該冷却手段への冷却通路とに分岐して形成さ
れ、該冷却通路に該冷却通路を流通する空気流量を制御する
弁装置が設けられるとともに、該制御手段が、該触媒よりも上流側の排気温度又は機関
運転状態に応じて該弁装置の開閉状態を制御するように
構成されていることを特徴とする、請求項１記載のディ
ーゼルエンジンの排気浄化装置。
【請求項４】該コンプレッサの下流側であって、該エ
ンジン吸気通路と該冷却通路との分岐部分よりも上流側
に、該コンプレッサにより圧縮されたエアを冷却するた
めのインタークーラが設けられていることを特徴とす
る、請求項３記載のディーゼルエンジンの排気浄化装
置。
【請求項５】該冷却手段が、該触媒よりも上流側の排
気通路において形成された内管及び外管からなる二重管
構造を有する熱交換器として構成され、該二重管構造の該外管に該コンプレッサからの圧縮エア
が供給され、該二重管構造の該内管に該排気を流通させ
るように構成されていることを特徴とする、請求項１〜
４のいずれかに記載のディーゼルエンジンの排気浄化装
置。
【請求項６】該触媒が複数の触媒層を有し、該触媒
が、該触媒層と該コンプレッサからの圧縮エアを流通さ
せるエア流路部分とを交互に重合して形成されているこ
とを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載のディ
ーゼルエンジンの排気浄化装置。
【請求項７】該触媒が酸化触媒として構成され、該酸化触媒による浄化作用において該制御手段により、該触媒に流入する排気温度が該酸化
触媒でサルフェートを発生しない温度範囲となるよう
に、該圧縮エアの流量が制御されるように構成されてい
ることを特徴とする、請求項１〜６のいずれかに記載の
ディーゼルエンジンの排気浄化装置。