JP3391587B2 - ディーゼルエンジンの排気脱硝装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ディーゼルエンジンか
ら排出される排気ガス中の窒素酸化物（ＮＯX ）を除去
する装置に係り、特に排気ガスにエンジンの燃料を還元
剤として添加し、ＮＯX をＮ2 やＨ2 Ｏ，ＣＯ2 に還元
して除去するディーゼルエンジンの排気脱硝装置に関す
る。
ら排出される排気ガス中の窒素酸化物（ＮＯX ）を除去
する装置に係り、特に排気ガスにエンジンの燃料を還元
剤として添加し、ＮＯX をＮ2 やＨ2 Ｏ，ＣＯ2 に還元
して除去するディーゼルエンジンの排気脱硝装置に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】従来、ディーゼルエンジンの排気ガス中
からＮＯX を除去する場合、排気ガス温度を３００〜４
００°Ｃにして排気ガス中にＮＯX とほぼ等モルのアン
モニアや尿素を添加した後、バナジウム／チタニア触媒
やゼオライト触媒と接触させ、ＮＯX をＮ2 とＨ2 Ｏ、
に還元分解する方法が採られていた。しかし、この方法
はアンモニアまたは尿素を別途用意する必要があり、ま
た、添加量が多すぎると環境の二次汚染を引き起こすお
それがある。そこでこのような問題を解決するため、排
気ガス中の炭化水素を強制的に富化したのち、銅／ゼオ
ライト触媒を初めとする遷移金属担持メタロシリケート
触媒や、銅／アルミナ触媒を初めとする遷移金属担持ア
ルミナ系複合酸化物触媒と接触させ、排気ガス中のＮＯ
X を還元して除去する方法が開発された。
からＮＯX を除去する場合、排気ガス温度を３００〜４
００°Ｃにして排気ガス中にＮＯX とほぼ等モルのアン
モニアや尿素を添加した後、バナジウム／チタニア触媒
やゼオライト触媒と接触させ、ＮＯX をＮ2 とＨ2 Ｏ、
に還元分解する方法が採られていた。しかし、この方法
はアンモニアまたは尿素を別途用意する必要があり、ま
た、添加量が多すぎると環境の二次汚染を引き起こすお
それがある。そこでこのような問題を解決するため、排
気ガス中の炭化水素を強制的に富化したのち、銅／ゼオ
ライト触媒を初めとする遷移金属担持メタロシリケート
触媒や、銅／アルミナ触媒を初めとする遷移金属担持ア
ルミナ系複合酸化物触媒と接触させ、排気ガス中のＮＯ
X を還元して除去する方法が開発された。
【０００３】排気ガス中の炭化水素を富化させる方法と
して、エンジンの吸気管中に燃料を添加する方法（特開
平４−３５８７１５号公報）、主燃料噴射時期に対して
タイミングをずらして少量の燃料をエンジン気筒内に別
途噴射する方法（特開平３−２５３７１３号公報）、あ
るいは燃料や特別な炭化水素を排気管中に直接添加する
方法などがある。そして、排気管中に還元剤炭化水素を
添加してＮＯX を除去する場合、特開平４−３５８７１
６号公報に開示されているように、炭化水素を添加した
排気ガスをそのまま触媒層に導いて還元する方法と、特
開平５−４４４４５号公報に示されているように、還元
剤炭化水素を添加した排気ガスを冷却して触媒層に導入
する方法などがある。
して、エンジンの吸気管中に燃料を添加する方法（特開
平４−３５８７１５号公報）、主燃料噴射時期に対して
タイミングをずらして少量の燃料をエンジン気筒内に別
途噴射する方法（特開平３−２５３７１３号公報）、あ
るいは燃料や特別な炭化水素を排気管中に直接添加する
方法などがある。そして、排気管中に還元剤炭化水素を
添加してＮＯX を除去する場合、特開平４−３５８７１
６号公報に開示されているように、炭化水素を添加した
排気ガスをそのまま触媒層に導いて還元する方法と、特
開平５−４４４４５号公報に示されているように、還元
剤炭化水素を添加した排気ガスを冷却して触媒層に導入
する方法などがある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】炭化水素を還元剤とし
てＮＯX を浄化する触媒反応において、触媒が働く温度
は触媒の種類や還元剤によって差はあるが、おおよそ３
００°Ｃ〜５００°Ｃに限られている。特に、使用する
触媒と還元剤炭化水素とをそれぞれ一種類に限定する
と、前記温度範囲は更に狭くなる。そこで、触媒の作動
温度範囲を広げるため、これまでに様々な方法が考案さ
れてきた。その一つは特開平６−１４６８７０号公報に
示されているように、作動温度域の異なる複数の触媒を
直列に配設し、各触媒に冷却ガスを噴射して排気ガス温
度を還元効率の高い範囲に調節するものである。しかし
この排気ガス浄化装置は、触媒の容積が大きくなること
と圧力損失が大きくなるといった問題があり、実用的で
はない。また、還元剤として燃料炭化水素を使い、これ
をあらかじめクラッキング触媒などによって分解改質し
て排気ガス中に添加する方法（特開平６−１０８８２５
号公報）は、クラッキング触媒のコーキングやエンジン
負荷変動に対する追従性が悪いといった問題がある。ま
た、さきに挙げた特開平５−４４４４５号公報で開示さ
れているように、熱交換器を用いて排気ガス温度を冷却
制御する方法は、冷却水管にススが付着して排気管が閉
塞するという問題があり、頻繁な清掃を必要とするた
め、実用的ではない。以上のように、触媒作動温度範囲
の拡大、すなわち広範囲のエンジン運転条件下でＮＯX
を浄化するには、未解決の問題が多い。
てＮＯX を浄化する触媒反応において、触媒が働く温度
は触媒の種類や還元剤によって差はあるが、おおよそ３
００°Ｃ〜５００°Ｃに限られている。特に、使用する
触媒と還元剤炭化水素とをそれぞれ一種類に限定する
と、前記温度範囲は更に狭くなる。そこで、触媒の作動
温度範囲を広げるため、これまでに様々な方法が考案さ
れてきた。その一つは特開平６−１４６８７０号公報に
示されているように、作動温度域の異なる複数の触媒を
直列に配設し、各触媒に冷却ガスを噴射して排気ガス温
度を還元効率の高い範囲に調節するものである。しかし
この排気ガス浄化装置は、触媒の容積が大きくなること
と圧力損失が大きくなるといった問題があり、実用的で
はない。また、還元剤として燃料炭化水素を使い、これ
をあらかじめクラッキング触媒などによって分解改質し
て排気ガス中に添加する方法（特開平６−１０８８２５
号公報）は、クラッキング触媒のコーキングやエンジン
負荷変動に対する追従性が悪いといった問題がある。ま
た、さきに挙げた特開平５−４４４４５号公報で開示さ
れているように、熱交換器を用いて排気ガス温度を冷却
制御する方法は、冷却水管にススが付着して排気管が閉
塞するという問題があり、頻繁な清掃を必要とするた
め、実用的ではない。以上のように、触媒作動温度範囲
の拡大、すなわち広範囲のエンジン運転条件下でＮＯX
を浄化するには、未解決の問題が多い。
【０００５】本発明は上記従来の問題点に着目してなさ
れたもので、触媒層で作用する還元剤燃料炭化水素の成
分をエンジンの運転条件に合わせて変えられるように
し、これによって触媒を作用させ得るエンジン運転範囲
をより広くすることが可能な、簡単な構造のディーゼル
エンジンの排気脱硝装置を提供することを目的としてい
る。
れたもので、触媒層で作用する還元剤燃料炭化水素の成
分をエンジンの運転条件に合わせて変えられるように
し、これによって触媒を作用させ得るエンジン運転範囲
をより広くすることが可能な、簡単な構造のディーゼル
エンジンの排気脱硝装置を提供することを目的としてい
る。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明に係る第1の発明は、炭化水素を還元剤とし
てＮＯX を還元浄化する触媒を用いてディーゼルエンジ
ンの排気ＮＯX を還元浄化する触媒装置において、還元
剤炭化水素源としてディーゼルエンジンの燃料を使用
し、その供給手段を、エンジン気筒内から触媒層までの
間であって、エンジン近傍と、触媒層の直前との２箇所
以上設ける構成としている。第２の発明は、対象とする
エンジンがターボ過給機付きディーゼルエンジンの場合
は、還元剤供給手段として用いる複数の還元剤燃料添加
ノズルのうち少なくとも一つがエンジン排気バルブとタ
ーボ過給機のタービン入口との間に設置され、かつ、少
なくとも一つがターボ過給機のタービン出口と触媒層と
の間に設置されていることを特徴としている。第３の発
明は、第２の発明において、還元剤供給手段として用い
る複数の還元剤燃料添加ノズルは、ターボ過給機のター
ビン入口付近とタービン出口付近に設けたことを特徴と
している。第４の発明は、第２又は第３の発明におい
て、還元剤供給手段として用いる複数の還元剤燃料添加
ノズルは、ターボ過給機のタービン入口付近とタービン
出口付近および触媒層の直前に設けたことを特徴として
いる。
め、本発明に係る第1の発明は、炭化水素を還元剤とし
てＮＯX を還元浄化する触媒を用いてディーゼルエンジ
ンの排気ＮＯX を還元浄化する触媒装置において、還元
剤炭化水素源としてディーゼルエンジンの燃料を使用
し、その供給手段を、エンジン気筒内から触媒層までの
間であって、エンジン近傍と、触媒層の直前との２箇所
以上設ける構成としている。第２の発明は、対象とする
エンジンがターボ過給機付きディーゼルエンジンの場合
は、還元剤供給手段として用いる複数の還元剤燃料添加
ノズルのうち少なくとも一つがエンジン排気バルブとタ
ーボ過給機のタービン入口との間に設置され、かつ、少
なくとも一つがターボ過給機のタービン出口と触媒層と
の間に設置されていることを特徴としている。第３の発
明は、第２の発明において、還元剤供給手段として用い
る複数の還元剤燃料添加ノズルは、ターボ過給機のター
ビン入口付近とタービン出口付近に設けたことを特徴と
している。第４の発明は、第２又は第３の発明におい
て、還元剤供給手段として用いる複数の還元剤燃料添加
ノズルは、ターボ過給機のタービン入口付近とタービン
出口付近および触媒層の直前に設けたことを特徴として
いる。
【０００７】第５の発明は、第１〜４のいずれかの発明
において、触媒層の温度を検出する温度センサと、この
温度センサからの出力信号に基づいて前記複数の還元剤
供給手段のいずれを働かせるか判断し、還元剤供給手段
を制御するコントローラを有することを特徴としてい
る。 第６の発明は、第１〜４のいずれかの発明におい
て、還元剤の添加位置は、エンジンの負荷の大小に基づ
いて選択する制御手段を設けたことを特徴としている。
において、触媒層の温度を検出する温度センサと、この
温度センサからの出力信号に基づいて前記複数の還元剤
供給手段のいずれを働かせるか判断し、還元剤供給手段
を制御するコントローラを有することを特徴としてい
る。 第６の発明は、第１〜４のいずれかの発明におい
て、還元剤の添加位置は、エンジンの負荷の大小に基づ
いて選択する制御手段を設けたことを特徴としている。
【０００８】
【作用】還元剤に炭化水素を用いて排気ＮＯX を還元浄
化する場合、還元剤炭化水素１分子当たりの炭素数に対
するＮＯX 浄化温度特性（最高浄化率温度）は、図９に
示すような関係にある。すなわち、還元剤炭化水素の炭
素数が少なくなるに従って触媒が効力を発揮する温度域
は高温側に移動する。また、一般に燃料などの高分子炭
化水素は酸素共存下高温雰囲気では容易に低級な炭化水
素に分解されてしまい、この分解の程度、すなわち炭化
水素１分子当たりの炭素数は図１０に示すように排気ガ
ス温度によって大きく変化する。
化する場合、還元剤炭化水素１分子当たりの炭素数に対
するＮＯX 浄化温度特性（最高浄化率温度）は、図９に
示すような関係にある。すなわち、還元剤炭化水素の炭
素数が少なくなるに従って触媒が効力を発揮する温度域
は高温側に移動する。また、一般に燃料などの高分子炭
化水素は酸素共存下高温雰囲気では容易に低級な炭化水
素に分解されてしまい、この分解の程度、すなわち炭化
水素１分子当たりの炭素数は図１０に示すように排気ガ
ス温度によって大きく変化する。
【０００９】ところで、エンジンから排出される排気ガ
スの温度条件は、ターボ過給機付きディーゼルエンジン
を例にとると、図１１に示すようにターボ過給器のター
ビン入口と出口ないし触媒層直前との間で大きく異な
る。従って、還元剤燃料をタービン入口と出口のどちら
で排気ガスに添加するかによって、還元剤燃料の熱分解
の度合いが異なることになる。すなわち、タービン入口
で還元剤燃料を添加したときの方が出口で添加したとき
よりも熱分解を被る度合いが強く、還元剤燃料は低分子
まで分解される。
スの温度条件は、ターボ過給機付きディーゼルエンジン
を例にとると、図１１に示すようにターボ過給器のター
ビン入口と出口ないし触媒層直前との間で大きく異な
る。従って、還元剤燃料をタービン入口と出口のどちら
で排気ガスに添加するかによって、還元剤燃料の熱分解
の度合いが異なることになる。すなわち、タービン入口
で還元剤燃料を添加したときの方が出口で添加したとき
よりも熱分解を被る度合いが強く、還元剤燃料は低分子
まで分解される。
【００１０】図９および図１０から明らかなように、排
気ガス温度すなわち触媒層の温度が高い場合には使用す
る還元剤炭化水素の炭素数は小さい方がよく、触媒層温
度が低い場合にはなるべく炭化水素１分子当たり、多く
の炭素数をもつ炭化水素を還元剤として用いることが望
ましい。従って、エンジン負荷率の高い運転条件すなわ
ち触媒層温度が高い場合には、還元剤燃料をターボ過給
器のタービン入口付近で排気ガスに添加し、エンジン負
荷率の低い運転条件すなわち触媒層温度が低い場合に
は、還元剤燃料を触媒層の直前で排気ガスに添加するこ
とによって、広い温度範囲すなわち広範囲のエンジン運
転条件下で触媒を作用させることが可能となる。
気ガス温度すなわち触媒層の温度が高い場合には使用す
る還元剤炭化水素の炭素数は小さい方がよく、触媒層温
度が低い場合にはなるべく炭化水素１分子当たり、多く
の炭素数をもつ炭化水素を還元剤として用いることが望
ましい。従って、エンジン負荷率の高い運転条件すなわ
ち触媒層温度が高い場合には、還元剤燃料をターボ過給
器のタービン入口付近で排気ガスに添加し、エンジン負
荷率の低い運転条件すなわち触媒層温度が低い場合に
は、還元剤燃料を触媒層の直前で排気ガスに添加するこ
とによって、広い温度範囲すなわち広範囲のエンジン運
転条件下で触媒を作用させることが可能となる。
【００１１】上記構成による本発明では、還元剤として
用いる炭化水素の供給手段をエンジン気筒内から触媒層
までの間に２箇所以上、特にターボ過給機付きディーゼ
ルエンジンの場合は少なくとも一つをターボ過給機のタ
ービン入口の上流側、少なくとも一つをタービン出口の
下流側に設けたので、これらの供給手段を運転条件すな
わち触媒層温度の検出値に基づいて制御することによ
り、触媒が有効に作用する温度範囲を広げることができ
る。従って、広範囲のエンジン運転条件下で排気ＮＯX
の還元浄化が可能となる。
用いる炭化水素の供給手段をエンジン気筒内から触媒層
までの間に２箇所以上、特にターボ過給機付きディーゼ
ルエンジンの場合は少なくとも一つをターボ過給機のタ
ービン入口の上流側、少なくとも一つをタービン出口の
下流側に設けたので、これらの供給手段を運転条件すな
わち触媒層温度の検出値に基づいて制御することによ
り、触媒が有効に作用する温度範囲を広げることができ
る。従って、広範囲のエンジン運転条件下で排気ＮＯX
の還元浄化が可能となる。
【００１２】
【実施例】以下に、本発明に係るディーゼルエンジンの
排気脱硝装置の実施例について、図面を参照して説明す
る。図１は、本発明の第１実施例に係るターボ過給機付
きディーゼルエンジンの排気脱硝装置の構成説明図であ
る。同図において、１はディーゼルエンジン本体、２は
排気管である。排気管２の途中には、ターボ過給機のタ
ービン３とＮＯX を浄化する触媒層４とが配設され、図
1に示すようにエンジン本体１の近傍である前記タービ
ン３の入口付近と触媒層４の直前とにそれぞれ還元剤燃
料添加ノズル５および６が設置されている。還元剤燃料
は、燃料タンク７から還元剤燃料輸送管８を通り、還元
剤燃料供給装置９の作動により還元剤燃料添加ノズルコ
ントロールバルブ１０を介して前記還元剤燃料添加ノズ
ル５または６に送られる。前記ノズルコントロールバル
ブ１０は、還元剤燃料供給装置９が吐出する還元剤燃料
を還元剤燃料添加ノズル５または６に送るための切り換
えバルブである。還元剤燃料供給装置９および還元剤燃
料添加ノズルコントロールバルブ１０は、触媒層４に設
置された温度センサ１１の検出温度に基づいてコントロ
ーラ１２が出力する指令信号によって制御される。
排気脱硝装置の実施例について、図面を参照して説明す
る。図１は、本発明の第１実施例に係るターボ過給機付
きディーゼルエンジンの排気脱硝装置の構成説明図であ
る。同図において、１はディーゼルエンジン本体、２は
排気管である。排気管２の途中には、ターボ過給機のタ
ービン３とＮＯX を浄化する触媒層４とが配設され、図
1に示すようにエンジン本体１の近傍である前記タービ
ン３の入口付近と触媒層４の直前とにそれぞれ還元剤燃
料添加ノズル５および６が設置されている。還元剤燃料
は、燃料タンク７から還元剤燃料輸送管８を通り、還元
剤燃料供給装置９の作動により還元剤燃料添加ノズルコ
ントロールバルブ１０を介して前記還元剤燃料添加ノズ
ル５または６に送られる。前記ノズルコントロールバル
ブ１０は、還元剤燃料供給装置９が吐出する還元剤燃料
を還元剤燃料添加ノズル５または６に送るための切り換
えバルブである。還元剤燃料供給装置９および還元剤燃
料添加ノズルコントロールバルブ１０は、触媒層４に設
置された温度センサ１１の検出温度に基づいてコントロ
ーラ１２が出力する指令信号によって制御される。
【００１３】次に、この排気脱硝装置の制御方法を図２
に基づいて説明する。同図において各ステップの左側に
記載した数字はステップ番号である。ステップ１でエン
ジンスタートに伴い制御ルーチンがスタートする。ステ
ップ２でエンジンが運転中であることを確認した後、ス
テップ３で触媒層の検出温度Ｔcat を読み込む。次にス
テップ４に進み、前記Ｔcat が触媒作動最低温度Ｔo よ
り大きいか否かを判断する。Ｔcat ＞Ｔo ならばステッ
プ５に進み、Ｔcat ≦Ｔo の場合はステップ１０に進
む。
に基づいて説明する。同図において各ステップの左側に
記載した数字はステップ番号である。ステップ１でエン
ジンスタートに伴い制御ルーチンがスタートする。ステ
ップ２でエンジンが運転中であることを確認した後、ス
テップ３で触媒層の検出温度Ｔcat を読み込む。次にス
テップ４に進み、前記Ｔcat が触媒作動最低温度Ｔo よ
り大きいか否かを判断する。Ｔcat ＞Ｔo ならばステッ
プ５に進み、Ｔcat ≦Ｔo の場合はステップ１０に進
む。
【００１４】ステップ５およびステップ６で還元剤燃料
供給装置が作動中であることを確認した後、ステップ７
に進み、触媒層の検出温度Ｔcat と還元剤燃料添加ノズ
ル選択温度Ｔ1 とを比較する。Ｔcat ＜Ｔ1 の場合はス
テップ８に進み、還元剤燃料添加ノズルコントロールバ
ルブを制御して還元剤燃料添加ノズル６側に切り換え、
還元剤燃料添加ノズル６から還元剤燃料を噴射させる。
またＴcat ≧Ｔ1 の場合はステップ９に進み、還元剤燃
料添加ノズルコントロールバルブを制御して還元剤燃料
添加ノズル５側に切り換え、還元剤燃料添加ノズル５か
ら還元剤燃料を噴射させる。以上の制御を実施した後、
ステップ２に戻る。前記ステップ１０では還元剤燃料供
給装置が作動中であるか否かを判断し、作動中であれば
ステップ１１で還元剤燃料供給装置に対して作動停止指
令信号を出力した後、ステップ２に戻る。還元剤燃料供
給装置が停止している場合はそのままステップ２に戻
る。また、ステップ２でエンジンが停止している場合は
ステップ１２に進み、前記制御動作を終了する。
供給装置が作動中であることを確認した後、ステップ７
に進み、触媒層の検出温度Ｔcat と還元剤燃料添加ノズ
ル選択温度Ｔ1 とを比較する。Ｔcat ＜Ｔ1 の場合はス
テップ８に進み、還元剤燃料添加ノズルコントロールバ
ルブを制御して還元剤燃料添加ノズル６側に切り換え、
還元剤燃料添加ノズル６から還元剤燃料を噴射させる。
またＴcat ≧Ｔ1 の場合はステップ９に進み、還元剤燃
料添加ノズルコントロールバルブを制御して還元剤燃料
添加ノズル５側に切り換え、還元剤燃料添加ノズル５か
ら還元剤燃料を噴射させる。以上の制御を実施した後、
ステップ２に戻る。前記ステップ１０では還元剤燃料供
給装置が作動中であるか否かを判断し、作動中であれば
ステップ１１で還元剤燃料供給装置に対して作動停止指
令信号を出力した後、ステップ２に戻る。還元剤燃料供
給装置が停止している場合はそのままステップ２に戻
る。また、ステップ２でエンジンが停止している場合は
ステップ１２に進み、前記制御動作を終了する。
【００１５】図３にモデルガスによる触媒の評価装置の
概略を示す。この評価装置における還元剤添加位置
は、本発明第１実施例における還元剤添加位置５に相当
し、また、還元剤添加位置は、本発明第１実施例にお
ける還元剤添加位置６に相当する。図３における評価装
置は、ＮＯ，Ｏ2 ，ＣＯ2 ，ＳＯ2 ，Ｎ2 の各ガスボン
ベ、および水添加ポンプにより、エンジン排気ガスを模
擬したモデルガスを作成し、予熱器によりエンジン排気
ガス温度まで加熱して高温のモデルガスとし、その後、
ガス冷却器で通常の触媒層直前のエンジン排気温度まで
冷却した後、触媒反応管を経由した後にそのモデルガス
中のＮＯX を測定する。また、前記予熱器の出口となる
添加位置と、触媒を内蔵した触媒層直前の添加位置
とのいずれか一方からは還元剤燃料供給ポンプから供給
される還元剤燃料が、切換弁により切り換えられて添加
される。なお、触媒反応管の周囲には触媒を所定温度に
保持する公知の反応管炉が設置されている。図４は図３
の評価装置における、エンジン排気ガスを模擬したモデ
ルガスによる触媒の評価結果を示したものであり、還元
剤燃料の添加位置を変えた場合における触媒層温度とＮ
ＯX 浄化率との相関を示している。すなわち、添加位置
では触媒層温度が高い方がＮＯX 浄化率がよく、添加
位置では触媒層温度が低い方がＮＯX 浄化率がよいこ
とを示している。
概略を示す。この評価装置における還元剤添加位置
は、本発明第１実施例における還元剤添加位置５に相当
し、また、還元剤添加位置は、本発明第１実施例にお
ける還元剤添加位置６に相当する。図３における評価装
置は、ＮＯ，Ｏ2 ，ＣＯ2 ，ＳＯ2 ，Ｎ2 の各ガスボン
ベ、および水添加ポンプにより、エンジン排気ガスを模
擬したモデルガスを作成し、予熱器によりエンジン排気
ガス温度まで加熱して高温のモデルガスとし、その後、
ガス冷却器で通常の触媒層直前のエンジン排気温度まで
冷却した後、触媒反応管を経由した後にそのモデルガス
中のＮＯX を測定する。また、前記予熱器の出口となる
添加位置と、触媒を内蔵した触媒層直前の添加位置
とのいずれか一方からは還元剤燃料供給ポンプから供給
される還元剤燃料が、切換弁により切り換えられて添加
される。なお、触媒反応管の周囲には触媒を所定温度に
保持する公知の反応管炉が設置されている。図４は図３
の評価装置における、エンジン排気ガスを模擬したモデ
ルガスによる触媒の評価結果を示したものであり、還元
剤燃料の添加位置を変えた場合における触媒層温度とＮ
ＯX 浄化率との相関を示している。すなわち、添加位置
では触媒層温度が高い方がＮＯX 浄化率がよく、添加
位置では触媒層温度が低い方がＮＯX 浄化率がよいこ
とを示している。
【００１６】また、図５には図３のモデルガス触媒評価
装置の各還元剤燃料添加位置にて還元剤燃料を添加した
場合における、触媒直前で測定した、燃料炭化水素の炭
化水素一分子当たりの炭素数の分布を示す。すなわち、
還元剤燃料を添加位置で添加した場合には、燃料炭化
水素はより低級な炭化水素にまで熱分解を受けるが、添
加位置で還元剤燃料を添加した場合は、あまり熱分解
を受けず炭化水素は高級なまま触媒層に到達することが
分かる。触媒層温度が高い場合には、還元剤燃料を添加
位置にて添加することによって、還元剤燃料を高温時
に高いＮＯX 浄化率を得やすい低級炭化水素に分解し、
高効率のＮＯX 浄化性能を発揮することが分かる。ま
た、逆に触媒層温度が低い場合には、還元剤燃料を添加
位置にて添加することによって、還元剤燃料を低温時
に高いＮＯX 浄化率を得やすい高級炭化水素に保持し、
高効率のＮＯX 浄化性能を発揮することも分かる。
装置の各還元剤燃料添加位置にて還元剤燃料を添加した
場合における、触媒直前で測定した、燃料炭化水素の炭
化水素一分子当たりの炭素数の分布を示す。すなわち、
還元剤燃料を添加位置で添加した場合には、燃料炭化
水素はより低級な炭化水素にまで熱分解を受けるが、添
加位置で還元剤燃料を添加した場合は、あまり熱分解
を受けず炭化水素は高級なまま触媒層に到達することが
分かる。触媒層温度が高い場合には、還元剤燃料を添加
位置にて添加することによって、還元剤燃料を高温時
に高いＮＯX 浄化率を得やすい低級炭化水素に分解し、
高効率のＮＯX 浄化性能を発揮することが分かる。ま
た、逆に触媒層温度が低い場合には、還元剤燃料を添加
位置にて添加することによって、還元剤燃料を低温時
に高いＮＯX 浄化率を得やすい高級炭化水素に保持し、
高効率のＮＯX 浄化性能を発揮することも分かる。
【００１７】図６〜図８にエンジンの定格回転各負荷率
の場合における、本発明の第１実施例について還元剤燃
料添加量とＮＯX 浄化率の相関を示す。これらの図にお
いて、還元剤添加量の単位は、（還元剤燃料添加重量／
排気ガス中のＮＯX 重量）で表される。図６に示すよう
に、エンジン負荷率が定格回転全負荷の場合には、還元
剤燃料添加位置をタービン入口付近としたとき最良のＮ
ＯX 浄化率となる。図７に示すように、定格回転３／４
負荷時には排気温度が中程度となり、還元剤燃料添加位
置がタービン入口付近でも、触媒層直前でもあまり大き
な効果を得ることができない。また、図８に示すよう
に、定格回転１／２負荷の場合は、還元剤燃料添加位置
を触媒層直前としたとき最良のＮＯX 浄化率となる。以
上のように、エンジン負荷率が定格回転３／４負荷時の
ように排気温度が中程度となるときには、還元剤燃料添
加位置がタービン入口付近でも、触媒層直前でも高いＮ
ＯX 浄化率が得られないという問題がある。
の場合における、本発明の第１実施例について還元剤燃
料添加量とＮＯX 浄化率の相関を示す。これらの図にお
いて、還元剤添加量の単位は、（還元剤燃料添加重量／
排気ガス中のＮＯX 重量）で表される。図６に示すよう
に、エンジン負荷率が定格回転全負荷の場合には、還元
剤燃料添加位置をタービン入口付近としたとき最良のＮ
ＯX 浄化率となる。図７に示すように、定格回転３／４
負荷時には排気温度が中程度となり、還元剤燃料添加位
置がタービン入口付近でも、触媒層直前でもあまり大き
な効果を得ることができない。また、図８に示すよう
に、定格回転１／２負荷の場合は、還元剤燃料添加位置
を触媒層直前としたとき最良のＮＯX 浄化率となる。以
上のように、エンジン負荷率が定格回転３／４負荷時の
ように排気温度が中程度となるときには、還元剤燃料添
加位置がタービン入口付近でも、触媒層直前でも高いＮ
ＯX 浄化率が得られないという問題がある。
【００１８】この問題を解決するために、第１実施例に
対して還元剤の添加位置をタービン出口に新たにもう一
つ追加した構成の、第２実施例を図９について説明す
る。また、第２実施例におけるエンジン負荷率が定格回
転３／４負荷時での効果を図１０に示す。図９において
は、タービン出口付近に還元剤燃料添加ノズル１３が追
加される以外は第１実施例の構成と同様のため、第１実
施例と同じ構成と作用の説明については省略する。この
ように、タービン出口付近に設置された還元剤燃料添加
ノズル１３から添加された還元剤燃料を中温時に高いＮ
ＯX 浄化率を得やすい中級炭化水素に分解し、高効率の
ＮＯX 浄化性能を発揮することが分かる。図１０におい
て、図７と同様に還元剤燃料添加位置がタービン入口付
近または触媒層直前ではＮＯX 浄化率は低いが、還元剤
燃料添加位置をタービン出口付近とすると、ＮＯX 浄化
率は著しく上昇することが分かる。
対して還元剤の添加位置をタービン出口に新たにもう一
つ追加した構成の、第２実施例を図９について説明す
る。また、第２実施例におけるエンジン負荷率が定格回
転３／４負荷時での効果を図１０に示す。図９において
は、タービン出口付近に還元剤燃料添加ノズル１３が追
加される以外は第１実施例の構成と同様のため、第１実
施例と同じ構成と作用の説明については省略する。この
ように、タービン出口付近に設置された還元剤燃料添加
ノズル１３から添加された還元剤燃料を中温時に高いＮ
ＯX 浄化率を得やすい中級炭化水素に分解し、高効率の
ＮＯX 浄化性能を発揮することが分かる。図１０におい
て、図７と同様に還元剤燃料添加位置がタービン入口付
近または触媒層直前ではＮＯX 浄化率は低いが、還元剤
燃料添加位置をタービン出口付近とすると、ＮＯX 浄化
率は著しく上昇することが分かる。
【００１９】上記第１、第２実施例では担持金属系触媒
を用いたが、本発明はこれに限るものではなく、ゼオラ
イト系触媒を用いてもよい。ただし、ゼオライト系触媒
を用いる場合は、触媒層温度と還元剤炭化水素１分子当
たりの炭素数との関係が担持金属系触媒を用いる場合と
逆になるので、還元剤燃料添加位置の選択も逆にする必
要がある。また、本発明では触媒層温度を検知して、シ
ステムの制御を実施しているが、これを触媒層入口での
排気ガスの温度としてもよい。
を用いたが、本発明はこれに限るものではなく、ゼオラ
イト系触媒を用いてもよい。ただし、ゼオライト系触媒
を用いる場合は、触媒層温度と還元剤炭化水素１分子当
たりの炭素数との関係が担持金属系触媒を用いる場合と
逆になるので、還元剤燃料添加位置の選択も逆にする必
要がある。また、本発明では触媒層温度を検知して、シ
ステムの制御を実施しているが、これを触媒層入口での
排気ガスの温度としてもよい。
【００２０】
【発明の効果】以上説明したように本発明によるディー
ゼルエンジンの排気脱硝装置は、還元剤炭化水素として
エンジン燃料を用い、前記還元剤をエンジン気筒内から
触媒層に至る少なくとも２箇所以上の位置のいずれかか
ら排気ガスに添加することによってエンジンの排気ＮＯ
X を還元浄化することとし、還元剤の添加位置は触媒層
温度すなわちエンジン負荷の大小に基づいて選択する制
御手段を設けたので、エンジンの負荷条件の変動に追随
して本装置を制御することにより、簡単な構造でありな
がら従来よりも広範囲のエンジン運転条件下においてＮ
ＯX を効率よく浄化することができる。
ゼルエンジンの排気脱硝装置は、還元剤炭化水素として
エンジン燃料を用い、前記還元剤をエンジン気筒内から
触媒層に至る少なくとも２箇所以上の位置のいずれかか
ら排気ガスに添加することによってエンジンの排気ＮＯ
X を還元浄化することとし、還元剤の添加位置は触媒層
温度すなわちエンジン負荷の大小に基づいて選択する制
御手段を設けたので、エンジンの負荷条件の変動に追随
して本装置を制御することにより、簡単な構造でありな
がら従来よりも広範囲のエンジン運転条件下においてＮ
ＯX を効率よく浄化することができる。
【図１】本発明の第１実施例に係る排気脱硝装置の構成
説明図である。
説明図である。
【図２】本発明の第１実施例に係る排気脱硝装置の制御
を実行するフローチャートである。
を実行するフローチャートである。
【図３】モデルガスによる触媒の評価装置の概略を示す
図である。
図である。
【図４】図３の評価装置における評価結果で、触媒層温
度とＮＯX 浄化率との相関を示す図である。
度とＮＯX 浄化率との相関を示す図である。
【図５】図４に示すモデルガスによる触媒性能の評価装
置において、還元剤燃料の添加位置と熱分解の度合との
関係を示す図である。
置において、還元剤燃料の添加位置と熱分解の度合との
関係を示す図である。
【図６】第１実施例において、エンジンが定格点全負荷
時の、還元剤燃料添加量とＮＯX 浄化率との相関を示す
図である。
時の、還元剤燃料添加量とＮＯX 浄化率との相関を示す
図である。
【図７】第１実施例において、エンジンが定格点３／４
負荷時の還元剤燃料添加量とＮＯX 浄化率との相関を示
す図である。
負荷時の還元剤燃料添加量とＮＯX 浄化率との相関を示
す図である。
【図８】第１実施例において、エンジンが定格点１／２
負荷時の、還元剤燃料添加量とＮＯX 浄化率との相関を
示す図である。
負荷時の、還元剤燃料添加量とＮＯX 浄化率との相関を
示す図である。
【図９】本発明の第２実施例に係る排気脱硝装置の構成
説明図である。
説明図である。
【図１０】前記第２実施例において、エンジンが定格点
３／４負荷時の還元剤燃料添加量とＮＯX 浄化率との相
関を示す図である。
３／４負荷時の還元剤燃料添加量とＮＯX 浄化率との相
関を示す図である。
【図１１】還元剤１分子当たりの炭素数と最高浄化率温
度との相関を示す図である。
度との相関を示す図である。
【図１２】排気ガス温度（触媒層温度）と還元剤の炭素
数との相関を示す図である。
数との相関を示す図である。
【図１３】排気ガス温度の部位別変化を示す図である。
１ ディーゼルエンジン本体
２ 排気管
３ タービン
４ ＮＯX 触媒層
５，６，１３ 還元剤燃料添加ノズル
８ 還元剤燃料輸送管
９ 還元剤燃料供給装置
１０ 還元剤燃料添加ノズルコントロールバルブ
１１ 温度センサ
１２ コントローラ
Claims (6)
- 【請求項１】 炭化水素を還元剤としてＮＯX を還元浄
化する触媒を用いてディーゼルエンジンの排気ＮＯX を
還元浄化する触媒装置において、還元剤炭化水素源とし
てディーゼルエンジンの燃料を使用し、その供給手段
を、エンジン気筒内から触媒層までの間であって、エン
ジン近傍と、触媒層の直前との２箇所以上設けたことを
特徴とするディーゼルエンジンの排気脱硝装置。 - 【請求項２】 対象とするエンジンがターボ過給機付き
ディーゼルエンジンであり、還元剤供給手段として用い
る複数の還元剤燃料添加ノズルのうち少なくとも一つが
エンジン排気バルブとターボ過給機のタービン入口との
間に設置され、かつ、少なくとも一つがターボ過給機の
タービン出口と触媒層との間に設置されていることを特
徴とする請求項１のディーゼルエンジンの排気脱硝装
置。 - 【請求項３】 還元剤供給手段として用いる複数の還元
剤燃料添加ノズルは、ターボ過給機のタービン入口付近
とタービン出口付近に設けたことを特徴とする請求項２
に記載のディーゼルエンジンの排気脱硝装置。 - 【請求項４】 還元剤供給手段として用いる複数の還元
剤燃料添加ノズルは、ターボ過給機のタービン入口付近
とタービン出口付近および触媒層の直前に設けたことを
特徴とする請求項２又は請求項３に記載のディーゼルエ
ンジンの排気脱硝装置。 - 【請求項５】 触媒層の温度を検出する温度センサと、
この温度センサからの出力信号に基づいて前記複数の還
元剤供給手段のいずれを働かせるか判断し、還元剤供給
手段を制御するコントローラを有す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
排気脱硝装置。 - 【請求項６】 還元剤の添加位置は、エンジンの負荷の
大小に基づいて選択する制御手段を設けたことを特徴と
する請求項１〜４のいずれかに記載のディーゼルエンジ
ンの排気脱硝装置。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30834894A JP3391587B2 (ja) | 1994-11-18 | 1994-11-18 | ディーゼルエンジンの排気脱硝装置 |
| US08/836,789 US6006515A (en) | 1994-11-18 | 1995-11-16 | Exhaust denitration device for diesel engine |
| GB9708286A GB2308820B (en) | 1994-11-18 | 1995-11-16 | Exhaust denitration for diesel engines |
| DE19581848T DE19581848T1 (de) | 1994-11-18 | 1995-11-16 | Einrichtung zur Beseitung von Stickoxiden im Abgas von Dieselmotoren |
| PCT/JP1995/002344 WO1996016255A1 (fr) | 1994-11-18 | 1995-11-16 | Dispositif de denitration d'echappement pour moteur diesel |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30834894A JP3391587B2 (ja) | 1994-11-18 | 1994-11-18 | ディーゼルエンジンの排気脱硝装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08144749A JPH08144749A (ja) | 1996-06-04 |
| JP3391587B2 true JP3391587B2 (ja) | 2003-03-31 |
Family
ID=17979986
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP30834894A Expired - Fee Related JP3391587B2 (ja) | 1994-11-18 | 1994-11-18 | ディーゼルエンジンの排気脱硝装置 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6006515A (ja) |
| JP (1) | JP3391587B2 (ja) |
| DE (1) | DE19581848T1 (ja) |
| GB (1) | GB2308820B (ja) |
| WO (1) | WO1996016255A1 (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE19749400C2 (de) * | 1997-11-07 | 2001-11-29 | Siemens Ag | Verfahren zur Verringerung des NOX-Gehaltes im Abgas einer Dieselbrennkraftmaschine |
| AU1467201A (en) * | 1999-11-10 | 2001-06-06 | Engelhard Corporation | Method and apparatus to provide reductant for NOx |
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| US6662951B1 (en) | 2000-09-27 | 2003-12-16 | Basic Resources, Inc. | Process for extracting and purifying naturally occurring zeolite |
| AT6050U1 (de) * | 2002-04-04 | 2003-03-25 | Avl List Gmbh | Verfahren zum aufheizen von abgasnachbehandlungssystemen |
| US7257945B2 (en) * | 2003-02-10 | 2007-08-21 | U T Battelle, Llc | Stripping ethanol from ethanol-blended fuels for use in NOx SCR |
| JP4161903B2 (ja) * | 2003-12-25 | 2008-10-08 | トヨタ自動車株式会社 | 排ガス浄化装置 |
| JP2006029147A (ja) * | 2004-07-13 | 2006-02-02 | Isuzu Motors Ltd | 排気ガス浄化システム及び排気ガス浄化方法 |
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| US8171721B2 (en) | 2007-01-22 | 2012-05-08 | International Engine Intellectual Property Company, Llc | Closed loop control of exhaust system fluid dosing |
| JP4905415B2 (ja) | 2007-11-13 | 2012-03-28 | トヨタ自動車株式会社 | 内燃機関の排気浄化システム |
| DE102008043487A1 (de) * | 2008-11-05 | 2010-05-20 | Robert Bosch Gmbh | Brennkraftmaschine mit Turbolader und Oxidationskatalysator |
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| CN106414930B (zh) * | 2014-06-11 | 2019-06-25 | 天纳克汽车经营有限公司 | 带有管线压力控制阀的流体递送*** |
| CN105673154B (zh) | 2014-11-21 | 2019-11-08 | 天纳克（苏州）排放***有限公司 | 共轨、该共轨的应用、尿素喷射***及其控制方法 |
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| KR950012137B1 (ko) * | 1989-02-02 | 1995-10-14 | 닛뽄 쇼크바이 카가꾸 고오교오 가부시기가이샤 | 디이젤엔진 배기가스 중의 질소산화물 제거방법 |
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| JP2825137B2 (ja) * | 1990-06-25 | 1998-11-18 | トヨタ自動車株式会社 | 内燃機関の排気浄化装置 |
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