JP2011127471A - 往復動内燃機関の排ガス浄化方法及び排ガス浄化システム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】過給機30が排気管38,44,48に設けられた往復動式舶用ディーゼル機関10において、タービン34の上流側排気管38に尿素水溶液供給部42を設け、尿素水溶液タンク40から尿素水溶液bを供給する。排ガスの保有熱で尿素水溶液bを蒸発させかつアンモニアガスに加水分解する。アンモニアガスはタービン34の強い乱流場で排ガスと均一に攪拌混合される。その後排ガスは過給機30の下流側排気管44に設けられたSCR触媒コンバータ46でアンモニアガスが排ガス中のNOXを還元し、窒素と水蒸気に変える。タービン34の上流側排気管38に尿素水溶液bを供給するので、助燃バーナ等の追加加熱設備なしでアンモニアガスを発生できる。
【選択図】図1
Description
図6及び図7において、2サイクルの往復動式舶用ディーゼル機関100は、複数のシリンダ102と、掃気室114と、排気集合管116とから構成されている。シリンダ102の下部にはクランク室104が設けられ、クランク室104内にクランク軸108が設けられている。シリンダ102の内部に設けられたピストン106がピストンロッド110を介してクランク軸108に接続されている。
この温度条件を満たすため、助燃バーナ等の追加加熱設備を設けて排ガスを加熱する手段があるが、この手段は、往復動式内燃機関のトータルの燃費悪化に繋がる。
このように、尿素水の供給とSCR触媒とからなる組み合わせが過給機の上流側又は下流側のいずれかにあっても夫々前述のような問題がある。
過給機が設けられた往復動内燃機関の排気経路に還元剤を供給し、還元触媒で該還元剤と排気中のNOXを反応させてNOXを除去するようにした往復動内燃機関の排ガス浄化方法において、
往復動内燃機関と過給機との間の排気経路に尿素水溶液を供給し、排ガスの保有熱で尿素水溶液をアンモニアガスに加水分解させる尿素分解ステップと、
前記アンモニアガスを該過給機のタービン内に形成される排ガスの乱流場に導入して排ガスと均一に混合させる混合ステップと、
該タービンの下流側排気経路で、還元触媒の存在下でアンモニアガスで排ガス中のNOXを還元して除去する還元ステップと、からなるものである。
その結果、内燃機関の燃費悪化につながる助燃バーナ等加熱設備の追設無しで、十分な排ガス浄化性能を確保することが可能となる。
また、熱容量の大きなSCR触媒を過給機の下流側に配置しているため、往復動内燃機関の過度特性悪化を抑制できる。その結果、内燃機関の燃費悪化につながる助燃バーナ等加熱設備の追設無しで、十分な排ガス浄化性能を確保することが可能となる。
これによって、排ガスが排気経路に排出されたタイミングに合わせて還元剤水溶液を排気経路に供給できるので、尿素水溶液を無駄にすることなく、アンモニアガスとNOXとの還元反応を有効に生起させ、排ガス中のNOX濃度を低減できる。
本発明方法及び本発明システムを2サイクルの往復動式舶用ディーゼル機関に適用した第1実施形態を図1及び図2により説明する。図1及び図2において、2サイクルの往復動式舶用ディーゼル機関10は、複数のシリンダ12と、掃気室24と、排気集合管26とから構成されている。シリンダ12の下部にはクランク室14が設けられ、クランク室14内にクランク軸18が設けられている。シリンダ12の内部に設けられたピストン16がピストンロッド20を介してクランク軸18に接続されている。
次に、本発明方法及び本発明システムの第2実施形態を図3により説明する。図3において、複数の排気枝管28の各々に複数の尿素水溶液供給部54が設けられている。尿素水溶液供給装置52から各尿素水溶液供給部54に配管56を介して尿素水溶液bが供給される。
クランク室14の外部に突出したクランク軸18にはバランサ58が装着されている。クランク軸18の近傍には、クランク位相センサ62が設けられ、クランク位相センサ62でバランサ58に取り付けられた検知マーク(図示省略)を検知することにより、クランク軸18の位相を検知している。
なお、本実施形態において、前記以外の構成は前記第1実施形態と同一であり、同一の部位又は機器には同一の符号を付している。
また、尿素水溶液bを供給する排気枝管28からタービン34に至るまでの距離を長く取れるので、排ガスと尿素水溶液bとの混合を促進でき、アンモニアガスを効果的に発生させることができる。そのため、SCR触媒コンバータ46でのNOXの還元反応を促進でき、排ガス中のNOX低減効果を高めることができる。
次に、本発明方法及び本発明システムの第3実施形態を図4及び図5により説明する。図4において、本実施形態において、尿素水溶液供給部54を各排気枝管28に設けた点は、前記第2実施形態と同様である。第2実施形態と異なる点は、クランク位相センサ62の代わりに、クランク軸18の回転数を検知する回転数センサ72を設けた点である。そして、さらに、各排気枝管28を流れる排ガスの温度を検知する排気温度センサ74を設けていると共に、SCR触媒コンバータ46の下流側の排気経路48に、アンモニア濃度センサ76を装着している。その他の構成は、第2実施形態と同一である。
図5に示すように、SCR触媒コンバータ46の出口アンモニア計測値と必要尿素水溶液供給量との関係を示す相関マップと、往復動式舶用ディーゼル機関10のクランク軸回転数と出力との関係及びこれらの値に対する必要尿素水溶液供給量との関係を示す相関マップと、排ガス温度と必要尿素供給量との関係を示す相関マップとが予め作成され、コントローラ70に記憶されている。
また、アンモニア濃度センサ76で残留アンモニア濃度を検知し、前記相関マップに基づいて、残留アンモニア濃度が低減するように、コントローラ70によって尿素水溶液供給装置52を制御する。
また、SCR触媒コンバータ46の下流側の残留アンモニア濃度を低減するようにコントローラ70で尿素水溶液供給量を制御するようにしているので、外部に放出する残留アンモニア濃度も極く微量に低減できる。
12、102 シリンダ
12a、102a シリンダヘッド
14、104 クランク室
16、106 ピストン
18、108 クランク軸
20、110 ピストンロッド
22、112 排気弁
24、114 掃気室
26、116 排気集合管
28、118 排気枝管
28a 縮径部
30、120 過給機
32、122 コンプレッサ
34、124 タービン
36、126 掃気管
38、44、48、128、130、134 排気管
40 尿素水溶液タンク
4、56 配管
42、54、64 尿素水溶液供給部
46、132 SCR触媒コンバータ
50、136 煙突
52 尿素水溶液供給装置
58 バランサ
60、70 コントローラ
62 クランク位相センサ
72 回転数センサ
74 排気温度センサ
76 アンモニア濃度センサ
a 被圧縮空気
b 尿素水溶液
c アンモニア水溶液
Claims (6)
- 過給機が設けられた往復動内燃機関の排気経路に還元剤を供給し、還元触媒で該還元剤と排気中のNOXを反応させてNOXを除去するようにした往復動内燃機関の排ガス浄化方法において、
前記往復動内燃機関と過給機との間の排気経路に尿素水溶液を供給し、排ガスの保有熱で尿素水溶液をアンモニアガスに加水分解させる尿素分解ステップと、
前記アンモニアガスを該過給機のタービン内に形成される排ガスの乱流場に導入して排ガスと均一に混合させる混合ステップと、
該タービンの下流側排気経路で、還元触媒の存在下でアンモニアガスで排ガス中のNOXを還元して除去する還元ステップと、からなることを特徴とする往復動内燃機関の排ガス浄化方法。 - 前記還元ステップ後の排ガス中のアンモニア濃度を検知し、この検知値に基づいて尿素水溶液の供給量を調整して排ガス中の残留アンモニア濃度を低減するようにしたことを特徴とする請求項1に記載の往復動内燃機関の排ガス浄化方法。
- 往復動内燃機関の運転状態量を検知し、この検知値に対応して尿素水溶液の供給量を該運転状態量に応じて予め設定された供給量に調整し、排ガス中のNOX濃度及び残留アンモニア濃度を低減するようにしたことを特徴とする請求項1又は2に記載の往復動内燃機関の排ガス浄化方法。
- 過給機が設けられた往復動内燃機関の排気経路に、還元剤供給部と、該還元剤供給部の下流側に還元触媒により排ガスと還元剤とを反応させてNOXを低減する還元部とを設けた往復動内燃機関の排ガス浄化システムにおいて、
往復動内燃機関と過給機との間の排気経路に設けられ尿素水溶液を排ガス中に供給する尿素水溶液供給部と、
該尿素水溶液供給部と過給機との間の排気経路に設けられ、排気経路に供給された尿素水溶液が過給機に到達するまでに排ガスの保有熱で尿素水溶液をアンモニアガスに加水分解させる尿素分解領域と、
過給機の下流側排気経路に設けられ、還元触媒の存在下でアンモニアガスで排ガスのNOXを還元して除去する還元部と、を備えたことを特徴とする往復動内燃機関の排ガス浄化システム。 - 前記尿素水溶液供給部が往復動内燃機関と排気集合管とに接続された排気枝管に設けられると共に、往復動内燃機関のクランクの位相を検知する位相検知センサを設け、
往復動内燃機関の排気弁が開放されたタイミングに合わせて尿素水溶液を排気枝管に供給するように構成したことを特徴とする請求項4に記載の往復動内燃機関の排ガス浄化システム。 - 前記尿素水溶液供給部で尿素水溶液を排ガス中に噴霧するようにし、尿素水溶液供給部の位置を噴霧された尿素水溶液が過給機に到達する前に気化可能な位置に設定したことを特徴とする請求項4又は5に記載の往復動内燃機関の排ガス浄化システム。
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