JP2001115825A - Nox removing method for spark ignition type engine - Google Patents
Nox removing method for spark ignition type engineInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本願発明は、火花点火式エン
ジンにおいて、排気ガス中における窒素酸化物（ＮＯ
ｘ）を除去する脱硝方法に関し、特にガスエンジンに適
した脱硝方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a spark ignition type engine, in which nitrogen oxides (NO
The present invention relates to a denitration method for removing x), and particularly to a denitration method suitable for a gas engine.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来のエンジンでは、排気ガス中のハイ
ドロカーボン等のみを還元剤として利用し、ＨＣ−ＳＣ
Ｒ（選択接触還元式）触媒装置と排気ガスとを接触させ
ることにより、ＮＯｘを除去している。2. Description of the Related Art In a conventional engine, only HC or the like in exhaust gas is used as a reducing agent, and HC-SC
NOx is removed by bringing an R (selective catalytic reduction) catalyst device into contact with exhaust gas.
【０００３】[0003]
【発明が解決しようとする課題】還元剤として、排気ガ
ス中に含まれるハイドロカーボンＨＣを利用するのみで
は、運転条件に応じて発生するＮＯｘ量に対応するだけ
の還元剤を供給することは困難であり、脱硝率が低くな
ると共に運転条件に応じて脱硝率が変化する。It is difficult to supply only a reducing agent corresponding to the amount of NOx generated according to the operating conditions only by using the hydrocarbon HC contained in the exhaust gas as the reducing agent. Thus, the denitration rate decreases and the denitration rate changes according to the operating conditions.
【０００４】脱硝率を向上させる方法として、従来、ア
ンモニアあるいは尿素を供給する方法はあるが、脱硝率
はあまり向上せず、また、アンモニヤや尿素は、運搬及
び貯蔵する際に取扱いに手間がかかる。As a method of improving the denitration rate, there is a method of supplying ammonia or urea, but the denitration rate is not so much improved, and the handling of ammonia and urea is troublesome when transporting and storing. .
【０００５】[0005]
【発明の目的】本願発明は、火花点火式エンジンにおい
て、還元剤として、排ガスとは別に、触媒入口に反応性
の高いプロパンを供給することにより、取扱いの簡易性
を維持しつつ、脱硝率を向上させることを目的としてい
る。An object of the present invention is to provide a spark ignition type engine in which, as a reducing agent, a highly reactive propane is supplied to a catalyst inlet in addition to exhaust gas, thereby improving the denitration rate while maintaining easy handling. It is intended to improve.
【０００６】[0006]
【課題を解決するための手段】本願請求項１記載の発明
は、排気経路にＨＣ−ＳＣＲ触媒装置を設け、該ＨＣ−
ＳＣＲ触媒装置の排気上流側入口部にプロパンを供給
し、運転条件によって上記プロパンの供給量を制御する
ことを特徴とする火花点火式エンジンの脱硝方法であ
る。According to the first aspect of the present invention, an HC-SCR catalyst device is provided in an exhaust passage, and the HC-SCR catalyst device is provided.
A denitration method for a spark ignition engine, characterized in that propane is supplied to an exhaust upstream inlet portion of an SCR catalyst device, and a supply amount of the propane is controlled according to operating conditions.
【０００７】請求項２記載の発明は、エンジン負荷と、
エンジン回転数と、空気過剰率を検出し、これら検出要
素から排気ガス中のＮＯｘ量を推定し、該推定ＮＯｘ量
に応じてプロパンの供給量を制御することを特徴とする
火花点火式エンジンの脱硝方法である。According to a second aspect of the present invention, there is provided an engine load;
A spark-ignition engine for detecting an engine speed and an excess air ratio, estimating a NOx amount in exhaust gas from these detection elements, and controlling a propane supply amount according to the estimated NOx amount. It is a denitration method.
【０００８】[0008]
【発明の実施の形態】図１は、本願発明に係る方法を実
施するための発電機用定置式ガスエンジンの正面図であ
り、エンジンブロック１とシリンダヘッド１０とでエン
ジン本体を構成しており、給気経路として、シリンダヘ
ッド１０の給気ポート１３に給気管１４を介してインタ
ークーラー１５が接続し、該インタークーラー１５には
図示しないがたとえばミキサーが接続している。給気管
１４にはスロットル４が配置されている。上記ミキサー
内で空気と燃料ガスを所定の割合で混合し、給気管１
４、スロットル４及び給気ポート１３を介して燃焼室に
混合気を供給するようになっている。排気経路として
は、シリンダヘッド１０の排気ポート１７に排気管１８
が接続し、該排気管１８の下流側に、ハイドロカーボン
ＨＣを還元剤とするＡｇ系のＨＣ−ＳＣＲ（選択接触還
元式）触媒装置９を接続している。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS FIG. 1 is a front view of a stationary gas engine for a generator for carrying out a method according to the present invention. The engine block 1 and a cylinder head 10 constitute an engine body. As an air supply path, an intercooler 15 is connected to an air supply port 13 of the cylinder head 10 through an air supply pipe 14, and a mixer (not shown) is connected to the intercooler 15, for example. The throttle 4 is arranged in the air supply pipe 14. Air and fuel gas are mixed at a predetermined ratio in the mixer,
4. The mixture is supplied to the combustion chamber through the throttle 4 and the air supply port 13. As an exhaust path, an exhaust pipe 18 is connected to an exhaust port 17 of the cylinder head 10.
And an Ag-based HC-SCR (selective catalytic reduction) catalyst device 9 using hydrocarbon HC as a reducing agent is connected downstream of the exhaust pipe 18.
【０００９】ＨＣ−ＳＣＲ触媒装置９の排気上流側入口
９ａには、触媒装置９内に向いたプロパン供給ノズル２
０が配置されており、該プロパン供給ノズル２０はコン
トローラ７内の流量及び圧力調整用の制御弁２３を介し
てプロパンタンク８に接続している。プロパンタンク８
には、液化石油ガス（ＬＰＧ）としてプロパンが収納さ
れている。An exhaust upstream inlet 9a of the HC-SCR catalyst device 9 has a propane supply nozzle 2 facing the inside of the catalyst device 9.
The propane supply nozzle 20 is connected to the propane tank 8 via a control valve 23 for adjusting the flow rate and pressure in the controller 7. Propane tank 8
Contains propane as liquefied petroleum gas (LPG).
【００１０】排気ガス中のＮＯｘ量を推定するために、
給気圧力センサー５と、エンジン回転数センサー３と、
リーンバーンセンサー（残存酸素量検出センサー）６を
備えている。エンジン回転数センサー３はエンジンのフ
ライホイール２に対向配置され、エンジン回転数を検知
するようになっている。リーンバーンセンサー６は排気
ポート１７の出口近傍の排気連絡管１８内に配置されて
おり、排気ガス中の残存酸素量を検出するようになって
いる。各センサー５，３，６はそれぞれコントローラ７
に接続し、検出した給気圧力、エンジン回転数及び残存
酸素量をコントローラ７に入力するようになっている。In order to estimate the amount of NOx in the exhaust gas,
An air supply pressure sensor 5, an engine speed sensor 3,
A lean burn sensor (remaining oxygen amount detection sensor) 6 is provided. The engine speed sensor 3 is arranged to face the flywheel 2 of the engine and detects the engine speed. The lean burn sensor 6 is disposed in the exhaust communication pipe 18 near the outlet of the exhaust port 17 and detects the amount of residual oxygen in the exhaust gas. Each of the sensors 5, 3, and 6 is a controller 7
, And the detected supply pressure, engine speed, and remaining oxygen amount are input to the controller 7.
【００１１】コントローラ７内では、まず、入力された
給気圧力からエンジン負荷を計算すると共に、残存酸素
量から空気過剰率を計算する。そして、上記エンジン負
荷とエンジン回転数から排気ガス量を計算し、エンジン
負荷と空気過剰率とから排ガス中のＮＯｘ濃度を計算
し、上記排気ガス量と上記ＮＯｘ濃度とから排気ガス中
のＮＯｘ量を計算し、推定する。In the controller 7, first, the engine load is calculated from the input supply pressure and the excess air ratio is calculated from the remaining oxygen amount. The exhaust gas amount is calculated from the engine load and the engine speed, the NOx concentration in the exhaust gas is calculated from the engine load and the excess air ratio, and the NOx amount in the exhaust gas is calculated from the exhaust gas amount and the NOx concentration. Is calculated and estimated.
【００１２】次に推定ＮＯｘ量に最適なプロパン供給量
を決定し、制御弁２３を制御することにより、上記決定
したプロパン供給量をＨＣ−ＳＣＲ触媒装置９の上流側
入口９ａに供給する。Next, the optimum propane supply amount for the estimated NOx amount is determined, and the control valve 23 is controlled to supply the determined propane supply amount to the upstream inlet 9a of the HC-SCR catalyst device 9.
【００１３】図３は負荷とＮＯｘ量との関係を示してお
り、負荷が増大するとＮＯｘは増大する。図４は空気過
剰率とＮＯｘとの関係を示しており、空気過剰率が大き
くなるとＮＯｘ量が減少する。また、図５は空気過剰率
とリーンバーンセンサー出力６との関係を示しおり、空
気過剰率とセンサー出力は比例するようになっている。
上記のようなＮＯｘ量に対する負荷及び空気過剰率の関
係及び空気過剰率とセンサー出力との関係から、推定Ｎ
Ｏｘ量に最適なプロパン供給量を計算する。FIG. 3 shows the relationship between the load and the amount of NOx. As the load increases, NOx increases. FIG. 4 shows the relationship between the excess air ratio and NOx. As the excess air ratio increases, the NOx amount decreases. FIG. 5 shows the relationship between the excess air ratio and the lean burn sensor output 6, where the excess air ratio and the sensor output are proportional.
From the relationship between the load and the excess air ratio with respect to the NOx amount and the relationship between the excess air ratio and the sensor output as described above, the estimated N
Calculate the optimal propane feed rate for the Ox amount.
【００１４】図７は、プロパン量とＮＯｘ量との関係を
示しており、ＮＯｘ量とこれを脱硝するために必要なプ
ロパン量とは比例しており、斜線で示す範囲は、ＮＯｘ
量に対して高い脱硝率でＮＯｘを還元し、かつ、プロパ
ンが排気ガス中に残存する量を規制範囲内で抑えること
ができる範囲を示している。FIG. 7 shows the relationship between the amount of propane and the amount of NOx. The amount of NOx is proportional to the amount of propane required for denitrification of the NOx.
The graph shows a range in which NOx can be reduced at a high denitration ratio with respect to the amount, and the amount of propane remaining in the exhaust gas can be suppressed within a regulated range.
【００１５】たとえばＮＯｘ量がＰ１と推定されると、
最適なプロパン量はＱ１である。したがって、プロパン
量がＱ１となるように、コントローラ７によって制御弁
２３制御し、プロパン供給量を調整する。For example, if the NOx amount is estimated to be P1,
The optimal amount of propane is Q1. Therefore, the control valve 23 is controlled by the controller 7 so that the propane amount becomes Q1, and the propane supply amount is adjusted.
【００１６】なお、ガスエンジンのガス燃料として、プ
ロパンを使用している場合には、排気中のプロパンの量
も考慮して、プロパン供給ノズル２０からのプロパン供
給量が制御される。したがって、図７のプロパン量と
は、燃焼後に残存している燃料ガス中のプロパン量と、
プロパン供給ノズル２０から供給されるプロパン供給量
との合計となる。また、プロパンを含まないガス燃料を
使用する場合には、図７のプロパン量は、プロパン供給
ノズル２０から供給されるプロパン供給量に相当するこ
とになる。When propane is used as the gas fuel for the gas engine, the amount of propane supplied from the propane supply nozzle 20 is controlled in consideration of the amount of propane in the exhaust gas. Therefore, the propane amount in FIG. 7 is the propane amount in the fuel gas remaining after combustion,
This is the sum of the propane supply amount supplied from the propane supply nozzle 20. When using a gaseous fuel that does not contain propane, the propane amount in FIG. 7 corresponds to the propane supply amount supplied from the propane supply nozzle 20.
【００１７】図２はプロパン供給量の制御方法を示すフ
ロー図であり、まず、ステップＳ１においてエンジン回
転数を読み込み、ステップＳ２において、検出回転数が
任意の設定回転数より大きいか否かを判断する。上記任
意の設定回転数とは、要するにエンジンが運転状態にあ
るか否かを判断するための回転数であり、エンジンのア
イドル回転数よりも低い値に設定し、エンジンが正常に
回転している状態では常に設定回転数よりも大きい値と
なるように設定されている。したがって、ステップＳ２
において、ＮＯの場合、すなわち検出回転数が任意の回
転数以下でエンジン停止時にはエンドに至り、ＹＥＳの
場合は、ステップＳ３に移り、給気管内の給気圧力を読
み込み、エンジン負荷を算出し、次に、ステップＳ４に
おいて、リーンバーンセンサー６による残存酸素量を読
み込み、空気過剰率を計算する。FIG. 2 is a flow chart showing a method for controlling the propane supply amount. First, at step S1, the engine speed is read, and at step S2, it is determined whether or not the detected speed is greater than an arbitrary set speed. I do. The arbitrary set rotation speed is, in short, a rotation speed for determining whether or not the engine is in an operating state, and is set to a value lower than the idle rotation speed of the engine, and the engine is rotating normally. In the state, it is set to be always a value larger than the set rotation speed. Therefore, step S2
In the case of NO, that is, when the detected rotation speed is equal to or lower than an arbitrary rotation speed and the engine is stopped, the process reaches an end. When the determination is YES, the process proceeds to step S3, where the supply pressure in the supply pipe is read, and the engine load is calculated. Next, in step S4, the remaining oxygen amount by the lean burn sensor 6 is read, and the excess air ratio is calculated.
【００１８】ステップＳ５において、上記のように計算
したエンジン負荷とエンジン回転数から排気ガス量を計
算し、エンジン負荷と空気過剰率とからＮＯｘ濃度を計
算し、排気ガス量とＮＯｘ濃度とから排気ガス中のＮＯ
ｘ量を推定する。In step S5, the exhaust gas amount is calculated from the engine load and the engine speed calculated as described above, the NOx concentration is calculated from the engine load and the excess air ratio, and the exhaust gas amount is calculated from the exhaust gas amount and the NOx concentration. NO in gas
Estimate x amount.
【００１９】ステップＳ６において、上記推定ＮＯｘ量
から、図７の関係に基づいて必要プロパン供給量を計算
し、ステップＳ７において、上記決定したプロパン供給
量に基づいて、プロパン供給量を制御する。In step S6, the required propane supply amount is calculated from the estimated NOx amount based on the relationship in FIG. 7, and in step S7, the propane supply amount is controlled based on the determined propane supply amount.
【００２０】プロパン供給量制御後は、再びステップＳ
１に戻り、運転中におけるエンジン回転数、エンジン負
荷及び空気過剰率の変化に対して、再び同様な制御を行
なう。After the control of the propane supply amount, step S is repeated.
Returning to 1, the same control is performed again for changes in the engine speed, the engine load, and the excess air ratio during operation.
【００２１】図６は、触媒入口温度と脱硝率との関係
を、本願発明に従ってプロパンを添加した場合（グラフ
Ｘ１）と、添加しない場合（グラフＸ２）とを比較して
おり、プロパンを添加することにより、触媒入口温度３
５０°〜５００°の広い温度範囲において、８０％〜９
０％の高脱硝率を得ることができる。FIG. 6 shows the relationship between the catalyst inlet temperature and the denitration rate when propane is added according to the present invention (graph X1) and when no propane is added (graph X2), and propane is added. As a result, the catalyst inlet temperature 3
80% to 9 in a wide temperature range of 50 ° to 500 °
A high denitration rate of 0% can be obtained.
【００２２】[0022]
【その他の発明の実施の形態】（１）エンジン負荷の検
出手段として、図１では給気圧力を利用しているが、た
とえばエンジン付き発電機の場合には、図１に仮想線で
示すように、発電機の電力を検出する負荷検出センサー
１２を配置して、発電機の電力からエンジン負荷を計算
することも可能である。また、その他に潤滑油の温度あ
るいはスロットル開度を利用してエンジン負荷を検出す
ることも可能である。[Other Embodiments] (1) Although the supply pressure is used in FIG. 1 as a means for detecting an engine load, for example, in the case of a generator with an engine, as shown by a virtual line in FIG. In addition, it is also possible to arrange a load detection sensor 12 for detecting the electric power of the generator and calculate the engine load from the electric power of the generator. In addition, the engine load can be detected using the temperature of the lubricating oil or the throttle opening.
【００２３】（２）火花点火式のガソリンエンジンにも
適用することは可能である。(2) The present invention can be applied to a spark ignition type gasoline engine.
【００２４】[0024]
【発明の効果】以上説明したように本願請求項１記載の
発明は、排気経路にＨＣ−ＳＣＲ触媒装置を設け、該Ｈ
Ｃ−ＳＣＲ触媒装置の排気上流側入口部に反応性の高い
プロパンを直接供給し、運転条件によって上記プロパン
の供給量を制御しているので、脱硝率が大幅に向上す
る。As described above, according to the first aspect of the present invention, the HC-SCR catalyst device is provided in the exhaust passage,
Since highly reactive propane is directly supplied to the exhaust upstream inlet portion of the C-SCR catalyst device and the supply amount of the propane is controlled according to the operating conditions, the denitration rate is greatly improved.
【００２５】請求項２記載の発明は、請求項１記載の脱
硝方法において、エンジン負荷と、エンジン回転数と、
空気過剰率を検出し、これら検出要素から排気ガス中の
ＮＯｘ量を推定し、該推定ＮＯｘ量に応じてプロパンの
噴射量を制御するので、脱硝率を高めた状態で、かつ、
排気ガスに混入するプロパンを減少させることができ
る。According to a second aspect of the present invention, there is provided the denitration method according to the first aspect, wherein an engine load, an engine speed,
Since the excess air ratio is detected, the NOx amount in the exhaust gas is estimated from these detection elements, and the propane injection amount is controlled in accordance with the estimated NOx amount.
Propane mixed into the exhaust gas can be reduced.
【図１】 本願発明による脱硝方法を実施するためのガ
スエンジンの正面図である。FIG. 1 is a front view of a gas engine for performing a denitration method according to the present invention.
【図２】 本願発明による脱硝方法のフロー図である。FIG. 2 is a flowchart of a denitration method according to the present invention.
【図３】 負荷とＮＯｘとの関係をグラフで示す図であ
る。FIG. 3 is a graph showing a relationship between a load and NOx.
【図４】 空気過剰率とＮＯｘとの関係をグラフで示す
図である。FIG. 4 is a graph showing a relationship between an excess air ratio and NOx.
【図５】 空気過剰率とリーンバーンセンサー出力との
関係をグラフで示す図である。FIG. 5 is a graph showing the relationship between the excess air ratio and the output of the lean burn sensor.
【図６】 触媒入口温度と脱硝率との関係を、本願発明
に従ってプロパンを供給する場合と、供給しない場合と
を比較して示す図である。FIG. 6 is a diagram showing a relationship between a catalyst inlet temperature and a denitration ratio in comparison with a case where propane is supplied according to the present invention and a case where propane is not supplied.
【図７】 プロパン量とＮＯｘ量との関係をグラフで示
す図である。FIG. 7 is a graph showing the relationship between the amount of propane and the amount of NOx.
１ エンジンブロック ２ フライホイール ３ エンジン回転数センサー ４ スロットル ５ 給気圧力センサー（負荷検出センサーの一例） ６ リーンバーンセンサー（空気過剰率を検出するセン
サーの一例） ７ コントローラ ８ プロパンタンク ９ ＨＣ−ＳＣＲ触媒装置 １２ 負荷検出センサーの別の例 １７ 排気ポート ２０ プロパン供給ノズルREFERENCE SIGNS LIST 1 engine block 2 flywheel 3 engine speed sensor 4 throttle 5 air supply pressure sensor (example of load detection sensor) 6 lean burn sensor (example of sensor for detecting excess air ratio) 7 controller 8 propane tank 9 HC-SCR catalyst Apparatus 12 Another example of load detection sensor 17 Exhaust port 20 Propane supply nozzle
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 3G091 AA06 AA12 AA17 AA19 AB04 AB05 BA14 CA18 DB06 DB10 EA01 EA02 EA04 EA06 EA26 EA34 HA36 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page F term (reference) 3G091 AA06 AA12 AA17 AA19 AB04 AB05 BA14 CA18 DB06 DB10 EA01 EA02 EA04 EA06 EA26 EA34 HA36
Claims (2)
け、該ＨＣ−ＳＣＲ触媒装置の排気上流側入口部にプロ
パンを供給し、運転条件によって上記プロパンの供給量
を制御することを特徴とする火花点火式エンジンの脱硝
方法。1. An HC-SCR catalyst device is provided in an exhaust passage, and propane is supplied to an inlet portion on the exhaust upstream side of the HC-SCR catalyst device, and a supply amount of the propane is controlled according to operating conditions. Denitration method for spark ignition engine.
気過剰率を検出し、これら検出要素から排気ガス中のＮ
Ｏｘ量を推定し、該推定ＮＯｘ量に応じてプロパンの供
給量を制御することを特徴とする火花点火式エンジンの
脱硝方法。2. An engine load, an engine speed, and an excess air ratio are detected.
A denitration method for a spark ignition engine, comprising: estimating an Ox amount and controlling a propane supply amount according to the estimated NOx amount.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29660899A JP2001115825A (en) | 1999-10-19 | 1999-10-19 | Nox removing method for spark ignition type engine |
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|---|---|---|---|
| JP29660899A JP2001115825A (en) | 1999-10-19 | 1999-10-19 | Nox removing method for spark ignition type engine |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001115825A true JP2001115825A (en) | 2001-04-24 |
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| JP29660899A Pending JP2001115825A (en) | 1999-10-19 | 1999-10-19 | Nox removing method for spark ignition type engine |
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| US7485271B2 (en) | 2003-08-09 | 2009-02-03 | Johnson Matthey Public Limited Company | Catalyst structure for treating NOx containing exhaust gas from a lean burn engine |
| CN108915826A (en) * | 2018-07-03 | 2018-11-30 | 集美大学 | A kind of SCR electric-control system feedforward modification method based on zirconia-type NOx sensor |
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1999
- 1999-10-19 JP JP29660899A patent/JP2001115825A/en active Pending
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| CN108915826A (en) * | 2018-07-03 | 2018-11-30 | 集美大学 | A kind of SCR electric-control system feedforward modification method based on zirconia-type NOx sensor |
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