JP2013542375A - 燃料改質装置 - Google Patents
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Abstract
出口弁の下流に配置され、かつ、高温排気の残部がターボチャージャーおよび／または排気ガス後処理（６）に移行しながら高温排気の一部が触媒を通過するように配置される触媒（７）を備える改質装置触媒ユニット（４）を備える、気筒毎に少なくとも１つの入口弁および出口弁（２）が設けられる入口側および出口側を有するディーゼルエンジン（１）であって、触媒ユニットには、改質装置触媒に熱を供給して有効な改質温度にこれを上昇させるためにディーゼル燃料が噴射され得るように、好ましくはディーゼル燃料噴射装置の形のディーゼル燃料供給手段（１１）が設けられる、ディーゼルエンジン。改質装置ユニットからのアウトプットは、エンジンの入口側に供給されることができ、かつ／または触媒後処理より前に排気ガスの残部と混合され得る。排出制御の改善が可能である。
Description
本発明は、改良された改質装置ユニット、より詳細には、これが車両に組み込まれ得るようにある比率に応じて構成され得る実用的な改質装置の設計に関する。
炭化水素の改質は、工業規模で実施される周知のプロセスである。ディーゼル燃料は水素を形成するように改質され得ること、およびディーゼルエンジンからのＮＯｘおよび煙（粒子）排出物を直接低減させるように水素を、ディーゼル燃料またはバイオディーゼルに加えることができることが提案されている。その代わりとして、または加えて、改質油中に存在する水素は、特にＮＯｘのＮ２への還元時に、ディーゼルエンジンからのリーンな（すなわち、酸素リッチ）排気ガスの触媒後処理を助けることができる。Ｅｎｅｒｇｙ＆Ｆｕｅｌｓ２００３、１７、第１４６４〜１４７３頁、およびＪｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｃａｔａｌｙｓｉｓ２０８、第４３５〜４４７頁（２００２）を参照されたい。
この技術の可能性の他の理論的考察には、ＳＡＥ ２００５−０１−２０８７ Ａ．Ｔｓｏｌａｋｉｓら、およびＣｈｅｍｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｊｏｕｒｎａｌ１１７（２００６）第１３１〜１３６頁がある。また、我々の英国特許第２４６２７９８号明細書は、軽負荷ディーゼルエンジンの排気ガス改質装置の使用を考えている。
この技術の可能性の他の理論的考察には、ＳＡＥ ２００５−０１−２０８７ Ａ．Ｔｓｏｌａｋｉｓら、およびＣｈｅｍｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｊｏｕｒｎａｌ１１７（２００６）第１３１〜１３６頁がある。また、我々の英国特許第２４６２７９８号明細書は、軽負荷ディーゼルエンジンの排気ガス改質装置の使用を考えている。
しかし、目下、出願人は、ディーゼルエンジンでの使用に適した任意の実用的な改質装置が構成されており、または設計すらされていることに気づいていない。特に、ディーゼル車両用の改質装置の設計のためのパラメータは、非常に難しい。
第１に、軽負荷ディーゼルエンジンの場合にも高負荷ディーゼルエンジンの場合にも排気ガスの温度が比較的低いため、入手できる熱では、吸熱水蒸気改質反応を使用することができない。生成物ガスでは水素の割合がより高いため、酸化改質よりもこれの方が採用されることになる。実質的に、構成されているすべての新しいディーゼルエンジンは、ターボチャージャー付きであり、また、それにより、改質装置の任意の使用可能な設計を組み入れることが複雑になることがある。
Ｅｎｅｒｇｙ＆Ｆｕｅｌｓ２００３、１７、第１４６４〜１４７３頁
Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｃａｔａｌｙｓｉｓ２０８、第４３５〜４４７頁（２００２）
ＳＡＥ ２００５−０１−２０８７ Ａ．Ｔｓｏｌａｋｉｓら
Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｊｏｕｒｎａｌ１１７（２００６）第１３１〜１３６頁
したがって、本発明は、出口弁の下流に配置され、かつ、高温排気の残部がターボチャージャーおよび／または排気ガス後処理に移行しながら高温排気の一部が触媒を通過するように配置される触媒を備える改質装置触媒ユニットを備える、気筒毎に少なくとも１つの入口弁および出口弁が設けられる入口側および出口側を有するディーゼルエンジンを提供し、そのうえ、触媒ユニットには、改質装置触媒に熱を供給して有効な改質温度にこれを上昇させるためにディーゼル燃料が噴射され得るように、好ましくはディーゼル燃料噴射装置の形のディーゼル燃料供給手段が設けられる。
改質装置触媒は、それ自体本発明に重要ではない。改質装置は、主に、エンジンからの排気ガス内に担持される水蒸気を利用して、水蒸気改質装置として働くことが好ましい。触媒は、たとえばセリア上のＰｔおよび／またはＰｄであり得る。触媒の形態は、従来のハニカム基体、望ましくは金属ハニカム上の析出物の形をとっていることが好ましい。ディーゼルエンジンが、たとえば発電機に動力を供給するように、静止動力源として使用されることになる場合、触媒がペレットの形をとっている他のシェルおよびチューブ設計を考えることができる。一般に、車両で使用するための触媒は、極めて堅牢であることが要求され、したがって、振動によって生じる摩耗の傾向があり得るペレットなどは好まれない。
改質装置触媒ユニットは、たとえば排気マニホールド内に、現存のエンジンのシリンダヘッドに取り付けられるように設計され得る。あるいは、シリンダヘッド自体が、その燃料供給手段（噴射装置）に触媒ユニットを組み込むように再設計され得る。
ディーゼル燃料供給手段は、従来、エンジンの中に燃料を噴射するのに使用されるものと本質的に同一である。供給手段は、たとえば電子式エンジン管理システムに接続される制御手段と関連し、入力は、触媒温度、および／または改質装置ユニットに入り、かつそれを離れるガスの温度を含むことが望ましい。
詳細に述べているように、排気ガスの一部だけが、改質装置を通過する。これは、改質装置ユニットに供給されるディーゼル燃料の使用量を最小にしながら、下流の触媒排気ガス後処理を容易にするのに十分な水素（およびＣＯ）を提供する。ほとんどの場合、一定比率が適切であるが、他の状況の場合は、弁で調整可能な可変比率が含まれ得ると考えられている。初期設計は、触媒を通過するのに１０体積パーセントより下の低い比率を用いる。全排気ガスの約１％〜２％が、改質装置触媒を通過させられることが最も望ましい。
熟練した設計者は、本発明の概念から逸脱することなく本発明で使用するための様々な改質装置ユニットを設計することができるであろう。もちろん、その設計者は、排気ガスから入手できる熱の最大量を使用するようにユニットを設計するであろう。
改質装置からの改質油生成物が、ターボチャージャーの下流の選択的触媒還元（「ＳＣＲ」）触媒の剥離および作用に役立つように供給される場合には、本発明は、ＳＣＲ触媒の選択を増加させる可能性を提供する。
次に、本発明は、添付の図面を参照して説明される
ディーゼルエンジンシリンダヘッド１は、排気ポート３に接続される排気弁２を有する。シリンダヘッドに、修正された排気マニホールド４が取り付けられる。マニホールド４は、排気管５によって標準的なターボチャージャー６に接続される。
修正された排気マニホールドは、ハウジング８内に取り付けられる、被覆された金属フロースルーハニカム７の形の改質装置触媒を含む。ハウジングは、図面に示されるように、排気ポートからの排気ガスの一部がハウジングに入り、触媒を通して流れるように、排気入口点９ａ、９ｂ等を有する。触媒７は、排気ポートに対して中央に取り付けられ、したがって、触媒７は、これの周りを流れ初期加熱を行う最も高温の排気ガスに曝される。ハウジング８は、出口管１０を有し、これは、排気管から取り出され、高い発熱量燃料として、および／またはＳＣＲ触媒に供給されるターボチャージャー後のガスの追加としてエンジンにフィードバックされ得る。ターボチャージャー後のエネルギーは、排気から取り出されており、ガスは、著しく冷却されている。
ディーゼル燃料噴射装置１１が、修正されたマニホールドに取り付けられ、触媒に接続している。これは、排気ガスに存在する残留酸素によって触媒上で燃焼する燃料を供給する。触媒内に配置される熱電対（図示せず）のための熱電対入口点１２が示されており、また、例示された実施形態は、始動ヒータ１３、好都合なことに従来のグロープラグを組み込んでいる。
図示された実施形態は、組み立てられ、静的試験ディーゼルエンジンで運転されており、その結果は良好なものであった。
Claims (8)
- 一又は複数の出口弁の下流に配置され、かつ、高温排気の残部がターボチャージャーおよび／または排気ガス後処理（６）に移行しながら前記高温排気の一部が触媒を通過するように配置される触媒（７）を備える改質装置触媒ユニット（４）を備える、気筒毎に少なくとも１つの入口弁および出口弁（２）が設けられる入口側および出口側を有するディーゼルエンジン（１）であって、前記触媒ユニットには、改質装置触媒に熱を供給して有効な改質温度にこれを上昇させるためにディーゼル燃料が噴射され得るように、好ましくはディーゼル燃料噴射装置の形のディーゼル燃料供給手段（１１）が設けられる、ディーゼルエンジン。
- 前記触媒は、環状形状から成り、高温排気ガスが環状のハウジングの内部および外部表面にわたって流れることができるようになっている前記ハウジング内に配置される、請求項１に記載のエンジン。
- 前記触媒が、金属フロースルーハニカム担体上の触媒材料の析出物である、請求項１または２に記載のエンジン。
- 前記触媒が、排気マニホールド内に配置される、請求項１乃至３のいずれか一項に記載のエンジン。
- 前記触媒が、シリンダヘッド内に配置される、請求項１乃至３のいずれか一項に記載のエンジン。
- エンジンからの前記排気ガスの１０体積パーセント未満が、前記触媒を通過するように配置される、請求項１乃至５のいずれか一項に記載のエンジン。
- 前記触媒を通過する前記排気ガスの量が、約１％〜２％である、請求項６に記載のエンジン。
- 前記改質装置触媒からエンジンの前記入口側まで、および／または触媒後処理手段の上流の排気ラインのある点まで接続が形成される、請求項１乃至７のいずれか一項に記載のエンジン。
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