JP3531489B2 - 燃焼排ガス用ＮＯ▲ｘ▼還元システム - Google Patents
燃焼排ガス用ＮＯ▲ｘ▼還元システムInfo
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- Exhaust Gas After Treatment (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、種々の工業用燃焼
炉、ディーゼルエンジン等の燃焼排ガス（以下場合によ
り、単に排ガスと略称する）中に含まれるＮＯｘを効果
的に浄化することができる燃焼排ガス用ＮＯｘ還元シス
テムに関するものである。 【０００２】 【従来の技術】従来、ディーゼルエンジンのＮＯｘ及び
酸素過剰の酸素を含む排ガス中のＮＯｘを浄化する手段
として、例えば、実開平４−５４９２６号公報に記載さ
れているように、排ガス中に還元剤を添加して分子篩構
造を有するメタロシリケート系等のＮＯｘ触媒に接触さ
せることが有効であるとされている。 【０００３】上記ＮＯｘ触媒のＮＯｘ浄化性能を向上す
る還元剤として、ディーゼルエンジンの燃料軽油を使用
することが最も簡便であるが、図３の概略構成図に示さ
れているように、ディーゼルエンジンの排ガス通路０１
に介装され、その内部にＮＯｘ触媒０２が収蔵されたＮ
Ｏｘコンバータ０３の上流側排ガス通路に、燃料噴射装
置０４を設けて、排ガス中に直接燃料軽油を噴射して添
加する通常の方法では、図４のＮＯｘ浄化率線図に示さ
れているように、十分なＮＯｘ浄化性能を得ることがで
きない。 【０００４】上記ＮＯｘ浄化率線図は、縦軸にＮＯｘ浄
化効率（％）をとり、かつ横軸に、実際のディーゼルエ
ンジンの排ガス成分と略同様の組成を有する試験ガスの
温度をとって、ＮＯｘ浄化性能を調べたものである。上
記試験ガスの流量はＳＶ＝４０００ｈ−１であり、この
試験ガス中にエンジン用燃料の軽油が３０００ｐｐｍの
濃度で添加されている。通常のトラック用ディーゼルエ
ンジンの排ガス温度は、アイドル運転時において１００
〜２００℃、全力運転時に５００℃程度であり、エンジ
ンの運転状態と排ガス中のＮＯｘ濃度との関係から、図
４中に台形の折れ線Ａで示したようなＮＯｘ浄化性能を
得ることが理想的であるが、上記排気ガス中に直接軽油
を噴射する通常の方法では、同図４中に曲線Ｂで示され
ているように、目標性能線Ａに対して、遥かに低い浄化
率しか得られず、排ガス濃度が４００℃付近の狭い領域
でＮＯｘ浄化率が３０％を僅かに越える程度であって、
実用上不十分である。なお、図中試験ガス温度５００℃
以上の領域は、エンジンの運転中稀にしか発生しない過
負荷運転領域である。 【０００５】そこで、上記実開平４−５４９２６号公報
に記載された装置（以下、場合により既提案の装置とい
う）では、ディーゼルエンジンの燃料軽油を熱分解して
排ガスに添加しＮＯｘ触媒コンバータに供給することに
よって、ＮＯｘ浄化率を向上することが意図されてい
る。 【０００６】上記既提案の装置の概略構成を示す図５に
おいて、０５は車両用の４サイクルディーゼルエンジ
ン、０６は同ディーゼルエンジン０５の各気筒に設けら
れた燃料噴射ノズル０７に燃料噴射管０８を介して燃料
を供給する列型燃料噴射ポンプ、０９は燃料タンク内の
燃料を燃料供給管０１０を介して上記燃料噴射ポンプ０
６に供給するフィードポンプ、０１１は上記ディーゼル
エンジン０５の排気マニホールド０１２を含む排ガス通
路、０１３は同排ガス通路０１１に介装されたＮＯｘ触
媒コンバータであって、同触媒コンバータ０１３の内部
には、メタロシリケート系ＮＯｘ触媒０１４が収蔵され
ている。 【０００７】上記ＮＯｘ触媒コンバータ０１３の上流側
における排ガス通路０１１に熱分解装置０１５が接続さ
れ、同熱分解装置０１５は、外周を電熱ピータ０１６に
よって囲まれた分解室０１７と、同分解室０１７内に燃
料軽油を噴射する燃料噴射弁０１８と、上記排ガス通路
０１１内の排ガスを流量制御弁０１９を介して上記分解
室０１７に供給する排ガス供給通路０２０とを備え、上
記燃料噴射弁０１８には、上記燃料供給管０１０から分
岐燃料供給管０２１を経て燃料軽油が供給される。 【０００８】上記既提案の装置では、排ガス供給通路０
２０から分解室０１７に供給された排ガスが、電熱ヒー
タ０１６により１０００℃近くの高温度に加熱され、こ
の高温雰囲気内に燃料噴射弁０１８から噴射された燃料
軽油が熱分解されて、ＮＯｘ還元用の不飽和低級炭化水
素が生成され、この還元用ＨＣの存在により、ＮＯｘ触
媒０１４のＮＯｘ浄化性能の向上が図られている。 【０００９】しかしながら、通常のディーゼルエンジン
０５の排ガス中の酸素量は、アイドル運転状態で１８〜
２０％程度、全力運転状態で３〜５％程度に過ぎず、特
に排ガス中のＮＯｘ量が多い部分負荷ないし全力運転時
の酸素量が少ないため、分解室０１７の雰囲気温度を１
０００℃近くの高温としてもＮＯｘ還元に有効なＨＣの
生成量が少なく、ＮＯｘ触媒０１４のＮＯｘ浄化性能が
なお不十分な不具合があり、また、熱分解雰囲気温度を
１０００℃近くの高温にする必要があるため、電熱ヒー
タ０１６の消費電力が大きい不都合がある。 【００１０】 【発明が解決しようとする課題】本発明は、ディーゼル
エンジンの燃焼排ガス等、ＮＯｘ及び過剰酸素を含む燃
焼排ガス通路に介装されたＮＯｘ触媒コンバータの上流
側における排ガス通路内に直接燃料軽油を噴射するよう
にした従来装置、及び雰囲気ガスとして排ガスを使用し
１０００℃近くの高温雰囲気中に燃料軽油を噴射して熱
分解し、生成した不飽和低級炭化水素をＮＯｘ還元用Ｈ
ＣとしてＮＯｘ触媒コンバータの上流側における排ガス
通路内に添加する既提案の装置における上記不具合を改
良し、従来より優れたＮＯｘ浄化性能を有する構造簡単
かつ安価な燃焼排ガス用還元システムを提供することを
目的とするものである。 【００１１】 【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明は、ＮＯｘ及び過剰酸素を含む燃焼排ガス通
路に介装され燃焼排ガス中のＮＯｘを還元することがで
きる触媒を収蔵したＮＯｘ触媒コンバータと、一端を上
記ＮＯｘ触媒コンバータ上流側の燃焼排ガス通路に連通
されると共に他端を空気供給源に接続された空気供給通
路と、上記空気供給通路の途中に設けられ上記空気供給
源から供給された空気中の酸素の一部をオゾンに変化さ
せるオゾン発生装置と、上記空気供給通路の途中に設け
られ上記空気供給源から供給された空気に軽油を添加す
る軽油添加装置と、上記空気に添加された軽油をオゾン
の存在下に加熱して部分酸化させる加熱装置とを備えた
ことを特徴とする燃焼排ガス用ＮＯｘ還元システムを提
供するものである。 【００１２】 【発明の実施の形態】以下本発明の好ましい実施形態を
図１および図２について具体的に説明する。先ず、図１
の概略構成図において、符号１０はトラック等車両用の
４サイクル多気筒ディーゼルエンジン（図では、一例と
して４気筒エンジンが示されている）であって、同エン
ジン１０の各気筒に設けられた燃料噴射ノズル１２に
は、燃料噴射ポンプ１４の対応するポンプユニットから
燃焼噴射管１６を介して燃料軽油が供給される。また、
上記燃料噴射ポンプ１４には、燃料タンク１８内に貯溜
された軽油が、フィードポンプ２０により燃料供給管２
２を介して供給される。 【００１３】上記ディーゼルエンジン１０の運転中、そ
の排ガスは排気マニホールド２４を含む排ガス通路２６
に排出され、同排ガス通路２６の適所にＮＯｘ触媒コン
バータ２８が介装されている。上記ＮＯｘ触媒コンバー
タ２８内には、適宜のＮＯｘ触媒、好ましくはコージェ
ライト製のハニカム構造の担体に、銀アルミネート（Ａ
ｇＡｌＯ２）のような銀複合酸化物を主成分とする触媒
を担持させたＮＯｘ触媒３０が収蔵されている。 【００１４】上記ＮＯｘ触媒コンバータ２８の上流側の
排ガス通路２６に空気供給通路３２の一端が接続され、
同空気供給通路３２の他端は流量制御弁３４を介して空
気供給源又はエアタンク３６に接続されている。空気供
給源３６には、エアコンプレッサ又はエアポンプ３８に
より加圧された空気が供給される。また、上記流量制御
弁３４より下流側の空気供給通路３２に、コロナ放電
式、紫外線照射方式、アーク放電方式、電子線或いはＸ
線照射方式等適宜方式のオゾン発生装置４０が配設さ
れ、上記空気供給通路３２に供給された空気中の酸素の
一部がオゾンに変化するように設けられている。 【００１５】さらに、上記オゾン発生装置４０より下流
側の空気供給通路３２に軽油添加装置を形成する燃料噴
射弁４２が配設され、同燃料噴射弁４２は分岐燃料供給
管４４を介して上記燃料供給管２２に連結されている。
なおまた、上記空気供給通路３２のオゾン発生装置４０
より下流側の部分に、好ましくは電熱ヒータ或いは赤外
線炉からなる加熱装置４６が設けられ、同加熱装置４６
により空気供給通路３２内を流れるオゾンを含んだ空気
及び燃料噴射弁４２から噴射された軽油噴霧が加熱され
る。 【００１６】上記流量制御弁３４の開度、従って空気供
給源３６から空気供給通路３２に供給される空気流量、
上記オゾン発生装置４０の作動、燃料噴射弁４２の開
閉、即ち空気供給通路３２に供給される燃料軽油の流
量、加熱装置４６に対する電力供給、従って空気供給通
路３２内を流れる燃料噴霧及びオゾンを含む空気の温度
は、夫々コントロールユニット４８によって制御され
る。 【００１７】上記コントロールユニット４８は、ディー
ゼルエンジン１０の運転状態を表わすエンジン回転数を
検出する回転数センサー５０の出力信号Ｎｅ、エンジン
負荷を検出する負荷センサー５２の出力信号Ｌｅ、その
他エンジン冷却水の温度等の補助的信号を受容して、排
ガス通路２６内に排出される排ガスの流量、温度等を検
知して、上記流量制御弁３４、オゾン発生装置４０、燃
料噴射弁４２、及び加熱装置４６に夫々エンジンの運転
状態に応じた駆動出力を供給する。なお、上記負荷セン
サー５２は、図示の実施形態では燃料噴射ポンプ１４の
燃料供給量制御用ラックの位置検出センサーとして示さ
れているが、勿論、車両のアクセルペダル踏込量を検知
するセンサーで代替することができる。 【００１８】なお、必要に応じ、上記空気供給通路３２
の一端が排ガス通路２６に連通する部分の下流側及び上
流側に、第１及び第２の温度センサー５４及び５６が設
けられ、ＮＯｘ触媒３０の直上流における排ガスと供給
空気との混合気体の温度及び排気ガス自体の温度が、上
記コントロールユニット４８内に供給され、上記流量制
御弁３４等に供給される駆動出力の補正が行なわれる。 【００１９】上記装置において、ディーゼルエンジン１
０は、燃料噴射ポンプ１４から燃料噴射管１６及び燃料
噴射ノズル１２を介して各気筒に燃料軽油が供給され、
排ガスは、排気マニホールド２４を含む排ガス通路２６
内を流れ、同排ガス通路２６内に配設されたＮＯｘ触媒
コンバータ２８を通りＮＯｘ触媒３０により含有するＮ
Ｏｘの相当部分を還元し除去されたのち、外気に排出さ
れる。 【００２０】良く知られているように、トラック等車両
用のディーゼルエンジンは、アイドル運転から全力運転
まで、広範かつ頻繁に変化する運転状態で作動し、運転
状態によって排ガスの温度、流量、過剰酸素及びＮＯｘ
の含有量が大幅に変化し、一例として、アイドル運転
時、排ガス温度は１００〜２００℃、過剰酸素量は１８
〜２０％（重量比）、また全力運転時、排ガス温度は略
５００℃前後、過剰酸素量は僅かに３〜５％（重量比）
程度である。また、排ガス中のＮＯｘ量は、アイドル運
転時は少なく、部分負荷運転時及び全力運転時は大幅に
増加する一般的傾向があり、従って、排ガス中のＮＯｘ
を浄化するという観点からは、部分負荷ないし全力運転
時が重要であり、このとき排ガス中の過剰酸素量は空気
と較べて著しく少ない。 【００２１】上記ディーゼルエンジン１０の運転状態
は、回転数センサー５０の出力信号Ｎｅ及び負荷センサ
ー５２の出力信号Ｌｅ、その他必要に応じエンジン冷却
水温等の補助信号が、コントロールユニット４８に供給
されることによって検知され、同コントロールユニット
４８に内蔵されたマップにより排気ガス温度、排ガス流
量等が検知され、流量制御弁３４、オゾン発生装置４
０、燃料噴射弁４２及び加熱装置４６に駆動出力が供給
される。 【００２２】エンジン１０の運転状態に応じて、ＮＯｘ
触媒３０の上流側の排ガス通路２６に連通する空気供給
通路３２に流量制御弁３４により調量された空気が供給
される。空気供給通路３２内に流入した空気は、オゾン
発生装置４０を通り、含有する酸素の一部がオゾンに変
化して下流に流れる。ディーゼルエンジンの排ガスに較
べて多量の酸素を含み、かつオゾンを含んだ空気内にそ
の流量に応じた量の燃料軽油が、燃料噴射弁４２から噴
射され、同燃料噴射弁４２には、燃料タンク１８内の燃
料軽油が分岐燃料供給管４４を介して供給される。 【００２３】上記多量の酸素及びオゾンを含んだ空気と
燃料軽油噴霧との混合体は、加熱装置４６により適宜の
温度、好ましくは３００℃ないし４８０℃程度に加熱さ
れ、多量の酸素を含みかつオゾンを含む供給空気中の軽
油は効果的に部分酸化されてＮＯｘ還元性が強いアセト
アルデヒド、フォルムアルデヒド等のアルデヒド類、プ
ロピレン、エチレン等多量に含む分解ガスとなって、排
ガスに添加される。 【００２４】一例として、流量制御弁３４によって制御
される空気供給通路３２内の空気流量は、排ガス流量の
２０％（容積比）に調整され、燃料噴射弁４２から空気
供給通路３２内に噴射される燃料軽油は、エンジン１０
に供給される燃料軽油に対して３〜６％程度（重量比）
であり、また加熱装置４６により供給された空気及び燃
料軽油噴霧の混合体は３５０℃に加熱される。軽油噴霧
は上記のように部分酸化された分解ガスとなって供給空
気と共に排ガスに添加され、上記ＮＯｘ触媒３０と接触
して、排ガス中のＮＯｘが効率的に還元され浄化され
る。 【００２５】図２は、実際のディーゼルエンジンの排ガ
スを模した試験ガスの温度（℃）を横軸にとり、かつＮ
Ｏｘ浄化率（％）を縦軸にとって、上記軽油を部分酸化
した分解ガスと空気との混合体（３５０℃）をＮＯｘ触
媒３０の上流側において排ガスに添加してＮＯｘ浄化率
を調べた結果を示したものである。なお、前記図４のＮ
Ｏｘ浄化率線図と同様に、試験ガスの流量はＳＶ＝４０
００ｈ−１、添加軽油の濃度は３０００ｐｐｍであり、
比較のために、軽油を直接排ガス中に同じ濃度添加した
場合の浄化率曲線Ｂが図中に記載されている。 【００２６】図２の右上方に記載されているように、上
記オゾン発生装置４０の出力を種々変化させて、オゾン
濃度０ｐｐｍ（白抜き三角Δを連ねた折れ線）、５０ｐ
ｐｍ（黒丸●を連ねた折れ線）、４００ｐｐｍ（白抜き
正方形□を連ねた折れ線）、７５０ｐｐｍ（×印を連ね
た折れ線）、及び１０００ｐｐｍ（点線の折れ線）とＮ
Ｏｘ浄化率との関係を調べた結果、オゾン濃度０ｐｐ
ｍ、即ちオゾン発生装置４０が作動していない場合で
も、従来の排気ガス中に直接軽油を噴射した場合のＮＯ
ｘ浄化率曲線Ｂに較べて遥かに浄化率が良く、エンジン
の部分負荷運転状態から全力運転の全領域において目標
性能線Ａに近い優れた浄化率を得ることができ、特に試
験ガス温度が３８０〜４５０℃の領域で、略６０％に近
い高い浄化率を達成し得ることが確認され、さらに、オ
ゾン濃度が５０ｐｐｍから１０００ｐｐｍに増加するに
つれ、ＮＯｘ浄化率が向上し、特に４００〜１０００ｐ
ｐｍでは、３５０〜４８０℃の試験ガス温度領域におい
て前記目標性能線Ａを超え、最高６０％近い優れた浄化
率が得られることが確認され、かつ試験ガス温度が３０
０℃程度の低温領域でも目標性能に近い浄化率が得られ
ることが認められた。 【００２７】なお、上記試験結果から明らかなように、
試験ガス温度が３００〜４８０℃の領域で高いＮＯｘ除
去効率が得られるので、第１及び第２温度センサー５４
及び５６により排ガス温度を調べ、ＮＯｘ触媒３０の直
上流の排ガス温度が４８０℃より高い場合、流量制御弁
３４の開度を増大して空気供給量を増大させ、ＮＯｘ触
媒３０の直上流における排ガスの温度を上記３００〜４
８０℃の温度領域に低下させることが有利である。 【００２８】なお、前記既提案の装置ではディーゼルエ
ンジンの排ガス通路から一部の排気を分岐して取出し、
当該分岐排ガス内に燃料軽油を噴射し加熱することによ
り、軽油を改質してＮＯｘ触媒の上流側排ガス通路内に
流入させるように構成されているが、ＮＯｘの発生量が
多い部分負荷ないし全力運転時の排ガス中の酸素量は空
気と較べて著しく少ないので、改質された軽油に含まれ
るアルデヒド類等還元性が強い成分が少なく、十分なＮ
Ｏｘ浄化効率を得ることができない不具合があり、また
添加する軽油の改質のために、軽油噴霧を含む排ガスを
１０００℃近くの高温に加熱する必要があるので、電力
消費が大きく、車両用ディーゼルエンジンの場合、発電
負荷が増大して燃費が悪化する欠点がある。 【００２９】なおまた、本発明は上記実施形態に限定さ
れるものではなく、本発明の特許請求の範囲内で種々の
変更、修正を加え実施することができる。一例として、
オゾン発生装置４０の配置位置を、図１に示されている
燃料噴射弁４２の上流側位置から同燃料噴射弁４２の下
流側における空気供給通路３２に配置することができ
る。さらに、本発明はディーゼルエンジンの排ガス用Ｎ
Ｏｘ還元システムのみならず、種々の工業用燃焼炉等か
ら発生する燃焼排ガスのＮＯｘ還元に広く適用すること
ができる。 【００３０】 【発明の効果】叙上のように、本発明に係る燃焼排ガス
用ＮＯｘ還元システムは、ＮＯｘ及び過剰酸素を含む燃
焼排ガス通路に介装され燃焼排ガス中のＮＯｘを還元す
ることができる触媒を収蔵したＮＯｘ触媒コンバータ
と、一端を上記ＮＯｘ触媒コンバータ上流側の燃焼排ガ
ス通路に連通されると共に他端を空気供給源に接続され
た空気供給通路と、上記空気供給通路の途中に設けられ
上記空気供給源から供給された空気中の酸素の一部をオ
ゾンに変化させるオゾン発生装置と、上記空気供給通路
の途中に設けられ上記空気供給源から供給された空気に
軽油を添加する軽油添加装置と、上記空気に添加された
軽油をオゾンの存在下に加熱して部分酸化させる加熱装
置とを備えたことを特徴とし、ディーゼルエンジンや種
々の工業用燃焼炉等から発生する燃焼排ガス、特に車両
用ディーゼルエンジンのＮＯｘ発生量が多い運転領域に
おいて、従来のＮＯｘ還元システムより著しく優れたＮ
Ｏｘ浄化効率を達成し得る構造簡単かつ安価なＮＯｘ還
元システムを提供することができるので、産業上有益で
ある。
炉、ディーゼルエンジン等の燃焼排ガス（以下場合によ
り、単に排ガスと略称する）中に含まれるＮＯｘを効果
的に浄化することができる燃焼排ガス用ＮＯｘ還元シス
テムに関するものである。 【０００２】 【従来の技術】従来、ディーゼルエンジンのＮＯｘ及び
酸素過剰の酸素を含む排ガス中のＮＯｘを浄化する手段
として、例えば、実開平４−５４９２６号公報に記載さ
れているように、排ガス中に還元剤を添加して分子篩構
造を有するメタロシリケート系等のＮＯｘ触媒に接触さ
せることが有効であるとされている。 【０００３】上記ＮＯｘ触媒のＮＯｘ浄化性能を向上す
る還元剤として、ディーゼルエンジンの燃料軽油を使用
することが最も簡便であるが、図３の概略構成図に示さ
れているように、ディーゼルエンジンの排ガス通路０１
に介装され、その内部にＮＯｘ触媒０２が収蔵されたＮ
Ｏｘコンバータ０３の上流側排ガス通路に、燃料噴射装
置０４を設けて、排ガス中に直接燃料軽油を噴射して添
加する通常の方法では、図４のＮＯｘ浄化率線図に示さ
れているように、十分なＮＯｘ浄化性能を得ることがで
きない。 【０００４】上記ＮＯｘ浄化率線図は、縦軸にＮＯｘ浄
化効率（％）をとり、かつ横軸に、実際のディーゼルエ
ンジンの排ガス成分と略同様の組成を有する試験ガスの
温度をとって、ＮＯｘ浄化性能を調べたものである。上
記試験ガスの流量はＳＶ＝４０００ｈ−１であり、この
試験ガス中にエンジン用燃料の軽油が３０００ｐｐｍの
濃度で添加されている。通常のトラック用ディーゼルエ
ンジンの排ガス温度は、アイドル運転時において１００
〜２００℃、全力運転時に５００℃程度であり、エンジ
ンの運転状態と排ガス中のＮＯｘ濃度との関係から、図
４中に台形の折れ線Ａで示したようなＮＯｘ浄化性能を
得ることが理想的であるが、上記排気ガス中に直接軽油
を噴射する通常の方法では、同図４中に曲線Ｂで示され
ているように、目標性能線Ａに対して、遥かに低い浄化
率しか得られず、排ガス濃度が４００℃付近の狭い領域
でＮＯｘ浄化率が３０％を僅かに越える程度であって、
実用上不十分である。なお、図中試験ガス温度５００℃
以上の領域は、エンジンの運転中稀にしか発生しない過
負荷運転領域である。 【０００５】そこで、上記実開平４−５４９２６号公報
に記載された装置（以下、場合により既提案の装置とい
う）では、ディーゼルエンジンの燃料軽油を熱分解して
排ガスに添加しＮＯｘ触媒コンバータに供給することに
よって、ＮＯｘ浄化率を向上することが意図されてい
る。 【０００６】上記既提案の装置の概略構成を示す図５に
おいて、０５は車両用の４サイクルディーゼルエンジ
ン、０６は同ディーゼルエンジン０５の各気筒に設けら
れた燃料噴射ノズル０７に燃料噴射管０８を介して燃料
を供給する列型燃料噴射ポンプ、０９は燃料タンク内の
燃料を燃料供給管０１０を介して上記燃料噴射ポンプ０
６に供給するフィードポンプ、０１１は上記ディーゼル
エンジン０５の排気マニホールド０１２を含む排ガス通
路、０１３は同排ガス通路０１１に介装されたＮＯｘ触
媒コンバータであって、同触媒コンバータ０１３の内部
には、メタロシリケート系ＮＯｘ触媒０１４が収蔵され
ている。 【０００７】上記ＮＯｘ触媒コンバータ０１３の上流側
における排ガス通路０１１に熱分解装置０１５が接続さ
れ、同熱分解装置０１５は、外周を電熱ピータ０１６に
よって囲まれた分解室０１７と、同分解室０１７内に燃
料軽油を噴射する燃料噴射弁０１８と、上記排ガス通路
０１１内の排ガスを流量制御弁０１９を介して上記分解
室０１７に供給する排ガス供給通路０２０とを備え、上
記燃料噴射弁０１８には、上記燃料供給管０１０から分
岐燃料供給管０２１を経て燃料軽油が供給される。 【０００８】上記既提案の装置では、排ガス供給通路０
２０から分解室０１７に供給された排ガスが、電熱ヒー
タ０１６により１０００℃近くの高温度に加熱され、こ
の高温雰囲気内に燃料噴射弁０１８から噴射された燃料
軽油が熱分解されて、ＮＯｘ還元用の不飽和低級炭化水
素が生成され、この還元用ＨＣの存在により、ＮＯｘ触
媒０１４のＮＯｘ浄化性能の向上が図られている。 【０００９】しかしながら、通常のディーゼルエンジン
０５の排ガス中の酸素量は、アイドル運転状態で１８〜
２０％程度、全力運転状態で３〜５％程度に過ぎず、特
に排ガス中のＮＯｘ量が多い部分負荷ないし全力運転時
の酸素量が少ないため、分解室０１７の雰囲気温度を１
０００℃近くの高温としてもＮＯｘ還元に有効なＨＣの
生成量が少なく、ＮＯｘ触媒０１４のＮＯｘ浄化性能が
なお不十分な不具合があり、また、熱分解雰囲気温度を
１０００℃近くの高温にする必要があるため、電熱ヒー
タ０１６の消費電力が大きい不都合がある。 【００１０】 【発明が解決しようとする課題】本発明は、ディーゼル
エンジンの燃焼排ガス等、ＮＯｘ及び過剰酸素を含む燃
焼排ガス通路に介装されたＮＯｘ触媒コンバータの上流
側における排ガス通路内に直接燃料軽油を噴射するよう
にした従来装置、及び雰囲気ガスとして排ガスを使用し
１０００℃近くの高温雰囲気中に燃料軽油を噴射して熱
分解し、生成した不飽和低級炭化水素をＮＯｘ還元用Ｈ
ＣとしてＮＯｘ触媒コンバータの上流側における排ガス
通路内に添加する既提案の装置における上記不具合を改
良し、従来より優れたＮＯｘ浄化性能を有する構造簡単
かつ安価な燃焼排ガス用還元システムを提供することを
目的とするものである。 【００１１】 【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明は、ＮＯｘ及び過剰酸素を含む燃焼排ガス通
路に介装され燃焼排ガス中のＮＯｘを還元することがで
きる触媒を収蔵したＮＯｘ触媒コンバータと、一端を上
記ＮＯｘ触媒コンバータ上流側の燃焼排ガス通路に連通
されると共に他端を空気供給源に接続された空気供給通
路と、上記空気供給通路の途中に設けられ上記空気供給
源から供給された空気中の酸素の一部をオゾンに変化さ
せるオゾン発生装置と、上記空気供給通路の途中に設け
られ上記空気供給源から供給された空気に軽油を添加す
る軽油添加装置と、上記空気に添加された軽油をオゾン
の存在下に加熱して部分酸化させる加熱装置とを備えた
ことを特徴とする燃焼排ガス用ＮＯｘ還元システムを提
供するものである。 【００１２】 【発明の実施の形態】以下本発明の好ましい実施形態を
図１および図２について具体的に説明する。先ず、図１
の概略構成図において、符号１０はトラック等車両用の
４サイクル多気筒ディーゼルエンジン（図では、一例と
して４気筒エンジンが示されている）であって、同エン
ジン１０の各気筒に設けられた燃料噴射ノズル１２に
は、燃料噴射ポンプ１４の対応するポンプユニットから
燃焼噴射管１６を介して燃料軽油が供給される。また、
上記燃料噴射ポンプ１４には、燃料タンク１８内に貯溜
された軽油が、フィードポンプ２０により燃料供給管２
２を介して供給される。 【００１３】上記ディーゼルエンジン１０の運転中、そ
の排ガスは排気マニホールド２４を含む排ガス通路２６
に排出され、同排ガス通路２６の適所にＮＯｘ触媒コン
バータ２８が介装されている。上記ＮＯｘ触媒コンバー
タ２８内には、適宜のＮＯｘ触媒、好ましくはコージェ
ライト製のハニカム構造の担体に、銀アルミネート（Ａ
ｇＡｌＯ２）のような銀複合酸化物を主成分とする触媒
を担持させたＮＯｘ触媒３０が収蔵されている。 【００１４】上記ＮＯｘ触媒コンバータ２８の上流側の
排ガス通路２６に空気供給通路３２の一端が接続され、
同空気供給通路３２の他端は流量制御弁３４を介して空
気供給源又はエアタンク３６に接続されている。空気供
給源３６には、エアコンプレッサ又はエアポンプ３８に
より加圧された空気が供給される。また、上記流量制御
弁３４より下流側の空気供給通路３２に、コロナ放電
式、紫外線照射方式、アーク放電方式、電子線或いはＸ
線照射方式等適宜方式のオゾン発生装置４０が配設さ
れ、上記空気供給通路３２に供給された空気中の酸素の
一部がオゾンに変化するように設けられている。 【００１５】さらに、上記オゾン発生装置４０より下流
側の空気供給通路３２に軽油添加装置を形成する燃料噴
射弁４２が配設され、同燃料噴射弁４２は分岐燃料供給
管４４を介して上記燃料供給管２２に連結されている。
なおまた、上記空気供給通路３２のオゾン発生装置４０
より下流側の部分に、好ましくは電熱ヒータ或いは赤外
線炉からなる加熱装置４６が設けられ、同加熱装置４６
により空気供給通路３２内を流れるオゾンを含んだ空気
及び燃料噴射弁４２から噴射された軽油噴霧が加熱され
る。 【００１６】上記流量制御弁３４の開度、従って空気供
給源３６から空気供給通路３２に供給される空気流量、
上記オゾン発生装置４０の作動、燃料噴射弁４２の開
閉、即ち空気供給通路３２に供給される燃料軽油の流
量、加熱装置４６に対する電力供給、従って空気供給通
路３２内を流れる燃料噴霧及びオゾンを含む空気の温度
は、夫々コントロールユニット４８によって制御され
る。 【００１７】上記コントロールユニット４８は、ディー
ゼルエンジン１０の運転状態を表わすエンジン回転数を
検出する回転数センサー５０の出力信号Ｎｅ、エンジン
負荷を検出する負荷センサー５２の出力信号Ｌｅ、その
他エンジン冷却水の温度等の補助的信号を受容して、排
ガス通路２６内に排出される排ガスの流量、温度等を検
知して、上記流量制御弁３４、オゾン発生装置４０、燃
料噴射弁４２、及び加熱装置４６に夫々エンジンの運転
状態に応じた駆動出力を供給する。なお、上記負荷セン
サー５２は、図示の実施形態では燃料噴射ポンプ１４の
燃料供給量制御用ラックの位置検出センサーとして示さ
れているが、勿論、車両のアクセルペダル踏込量を検知
するセンサーで代替することができる。 【００１８】なお、必要に応じ、上記空気供給通路３２
の一端が排ガス通路２６に連通する部分の下流側及び上
流側に、第１及び第２の温度センサー５４及び５６が設
けられ、ＮＯｘ触媒３０の直上流における排ガスと供給
空気との混合気体の温度及び排気ガス自体の温度が、上
記コントロールユニット４８内に供給され、上記流量制
御弁３４等に供給される駆動出力の補正が行なわれる。 【００１９】上記装置において、ディーゼルエンジン１
０は、燃料噴射ポンプ１４から燃料噴射管１６及び燃料
噴射ノズル１２を介して各気筒に燃料軽油が供給され、
排ガスは、排気マニホールド２４を含む排ガス通路２６
内を流れ、同排ガス通路２６内に配設されたＮＯｘ触媒
コンバータ２８を通りＮＯｘ触媒３０により含有するＮ
Ｏｘの相当部分を還元し除去されたのち、外気に排出さ
れる。 【００２０】良く知られているように、トラック等車両
用のディーゼルエンジンは、アイドル運転から全力運転
まで、広範かつ頻繁に変化する運転状態で作動し、運転
状態によって排ガスの温度、流量、過剰酸素及びＮＯｘ
の含有量が大幅に変化し、一例として、アイドル運転
時、排ガス温度は１００〜２００℃、過剰酸素量は１８
〜２０％（重量比）、また全力運転時、排ガス温度は略
５００℃前後、過剰酸素量は僅かに３〜５％（重量比）
程度である。また、排ガス中のＮＯｘ量は、アイドル運
転時は少なく、部分負荷運転時及び全力運転時は大幅に
増加する一般的傾向があり、従って、排ガス中のＮＯｘ
を浄化するという観点からは、部分負荷ないし全力運転
時が重要であり、このとき排ガス中の過剰酸素量は空気
と較べて著しく少ない。 【００２１】上記ディーゼルエンジン１０の運転状態
は、回転数センサー５０の出力信号Ｎｅ及び負荷センサ
ー５２の出力信号Ｌｅ、その他必要に応じエンジン冷却
水温等の補助信号が、コントロールユニット４８に供給
されることによって検知され、同コントロールユニット
４８に内蔵されたマップにより排気ガス温度、排ガス流
量等が検知され、流量制御弁３４、オゾン発生装置４
０、燃料噴射弁４２及び加熱装置４６に駆動出力が供給
される。 【００２２】エンジン１０の運転状態に応じて、ＮＯｘ
触媒３０の上流側の排ガス通路２６に連通する空気供給
通路３２に流量制御弁３４により調量された空気が供給
される。空気供給通路３２内に流入した空気は、オゾン
発生装置４０を通り、含有する酸素の一部がオゾンに変
化して下流に流れる。ディーゼルエンジンの排ガスに較
べて多量の酸素を含み、かつオゾンを含んだ空気内にそ
の流量に応じた量の燃料軽油が、燃料噴射弁４２から噴
射され、同燃料噴射弁４２には、燃料タンク１８内の燃
料軽油が分岐燃料供給管４４を介して供給される。 【００２３】上記多量の酸素及びオゾンを含んだ空気と
燃料軽油噴霧との混合体は、加熱装置４６により適宜の
温度、好ましくは３００℃ないし４８０℃程度に加熱さ
れ、多量の酸素を含みかつオゾンを含む供給空気中の軽
油は効果的に部分酸化されてＮＯｘ還元性が強いアセト
アルデヒド、フォルムアルデヒド等のアルデヒド類、プ
ロピレン、エチレン等多量に含む分解ガスとなって、排
ガスに添加される。 【００２４】一例として、流量制御弁３４によって制御
される空気供給通路３２内の空気流量は、排ガス流量の
２０％（容積比）に調整され、燃料噴射弁４２から空気
供給通路３２内に噴射される燃料軽油は、エンジン１０
に供給される燃料軽油に対して３〜６％程度（重量比）
であり、また加熱装置４６により供給された空気及び燃
料軽油噴霧の混合体は３５０℃に加熱される。軽油噴霧
は上記のように部分酸化された分解ガスとなって供給空
気と共に排ガスに添加され、上記ＮＯｘ触媒３０と接触
して、排ガス中のＮＯｘが効率的に還元され浄化され
る。 【００２５】図２は、実際のディーゼルエンジンの排ガ
スを模した試験ガスの温度（℃）を横軸にとり、かつＮ
Ｏｘ浄化率（％）を縦軸にとって、上記軽油を部分酸化
した分解ガスと空気との混合体（３５０℃）をＮＯｘ触
媒３０の上流側において排ガスに添加してＮＯｘ浄化率
を調べた結果を示したものである。なお、前記図４のＮ
Ｏｘ浄化率線図と同様に、試験ガスの流量はＳＶ＝４０
００ｈ−１、添加軽油の濃度は３０００ｐｐｍであり、
比較のために、軽油を直接排ガス中に同じ濃度添加した
場合の浄化率曲線Ｂが図中に記載されている。 【００２６】図２の右上方に記載されているように、上
記オゾン発生装置４０の出力を種々変化させて、オゾン
濃度０ｐｐｍ（白抜き三角Δを連ねた折れ線）、５０ｐ
ｐｍ（黒丸●を連ねた折れ線）、４００ｐｐｍ（白抜き
正方形□を連ねた折れ線）、７５０ｐｐｍ（×印を連ね
た折れ線）、及び１０００ｐｐｍ（点線の折れ線）とＮ
Ｏｘ浄化率との関係を調べた結果、オゾン濃度０ｐｐ
ｍ、即ちオゾン発生装置４０が作動していない場合で
も、従来の排気ガス中に直接軽油を噴射した場合のＮＯ
ｘ浄化率曲線Ｂに較べて遥かに浄化率が良く、エンジン
の部分負荷運転状態から全力運転の全領域において目標
性能線Ａに近い優れた浄化率を得ることができ、特に試
験ガス温度が３８０〜４５０℃の領域で、略６０％に近
い高い浄化率を達成し得ることが確認され、さらに、オ
ゾン濃度が５０ｐｐｍから１０００ｐｐｍに増加するに
つれ、ＮＯｘ浄化率が向上し、特に４００〜１０００ｐ
ｐｍでは、３５０〜４８０℃の試験ガス温度領域におい
て前記目標性能線Ａを超え、最高６０％近い優れた浄化
率が得られることが確認され、かつ試験ガス温度が３０
０℃程度の低温領域でも目標性能に近い浄化率が得られ
ることが認められた。 【００２７】なお、上記試験結果から明らかなように、
試験ガス温度が３００〜４８０℃の領域で高いＮＯｘ除
去効率が得られるので、第１及び第２温度センサー５４
及び５６により排ガス温度を調べ、ＮＯｘ触媒３０の直
上流の排ガス温度が４８０℃より高い場合、流量制御弁
３４の開度を増大して空気供給量を増大させ、ＮＯｘ触
媒３０の直上流における排ガスの温度を上記３００〜４
８０℃の温度領域に低下させることが有利である。 【００２８】なお、前記既提案の装置ではディーゼルエ
ンジンの排ガス通路から一部の排気を分岐して取出し、
当該分岐排ガス内に燃料軽油を噴射し加熱することによ
り、軽油を改質してＮＯｘ触媒の上流側排ガス通路内に
流入させるように構成されているが、ＮＯｘの発生量が
多い部分負荷ないし全力運転時の排ガス中の酸素量は空
気と較べて著しく少ないので、改質された軽油に含まれ
るアルデヒド類等還元性が強い成分が少なく、十分なＮ
Ｏｘ浄化効率を得ることができない不具合があり、また
添加する軽油の改質のために、軽油噴霧を含む排ガスを
１０００℃近くの高温に加熱する必要があるので、電力
消費が大きく、車両用ディーゼルエンジンの場合、発電
負荷が増大して燃費が悪化する欠点がある。 【００２９】なおまた、本発明は上記実施形態に限定さ
れるものではなく、本発明の特許請求の範囲内で種々の
変更、修正を加え実施することができる。一例として、
オゾン発生装置４０の配置位置を、図１に示されている
燃料噴射弁４２の上流側位置から同燃料噴射弁４２の下
流側における空気供給通路３２に配置することができ
る。さらに、本発明はディーゼルエンジンの排ガス用Ｎ
Ｏｘ還元システムのみならず、種々の工業用燃焼炉等か
ら発生する燃焼排ガスのＮＯｘ還元に広く適用すること
ができる。 【００３０】 【発明の効果】叙上のように、本発明に係る燃焼排ガス
用ＮＯｘ還元システムは、ＮＯｘ及び過剰酸素を含む燃
焼排ガス通路に介装され燃焼排ガス中のＮＯｘを還元す
ることができる触媒を収蔵したＮＯｘ触媒コンバータ
と、一端を上記ＮＯｘ触媒コンバータ上流側の燃焼排ガ
ス通路に連通されると共に他端を空気供給源に接続され
た空気供給通路と、上記空気供給通路の途中に設けられ
上記空気供給源から供給された空気中の酸素の一部をオ
ゾンに変化させるオゾン発生装置と、上記空気供給通路
の途中に設けられ上記空気供給源から供給された空気に
軽油を添加する軽油添加装置と、上記空気に添加された
軽油をオゾンの存在下に加熱して部分酸化させる加熱装
置とを備えたことを特徴とし、ディーゼルエンジンや種
々の工業用燃焼炉等から発生する燃焼排ガス、特に車両
用ディーゼルエンジンのＮＯｘ発生量が多い運転領域に
おいて、従来のＮＯｘ還元システムより著しく優れたＮ
Ｏｘ浄化効率を達成し得る構造簡単かつ安価なＮＯｘ還
元システムを提供することができるので、産業上有益で
ある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の好ましい実施形態を示す概略構成図で
ある。 【図２】本発明に係る排気浄化装置のＮＯｘ浄化率を従
来の排ガス浄化装置のＮＯｘ浄化率と対比して示した線
図である。 【図３】ＮＯｘ触媒の上流側排ガス通路内に直接軽油を
噴射する従来の装置を示す概略構成図である。 【図４】図３に示した従来の排ガス浄化装置のＮＯｘ浄
化率を示した線図である。 【図５】既提案のＮＯｘ浄化装置を示す概略構成図であ
る。 【符号の説明】 １０…ディーゼルエンジン、１２…燃料噴射ノズル、１
４…燃料噴射ポンプ、１８…燃料タンク、２０…フィー
ドポンプ、２４…排気マニホールド、２６…排ガス通
路、２８…ＮＯｘ触媒コンバータ、３０…ＮＯｘ触媒、
３２…空気供給通路、３４…流量制御弁、３６…空気供
給源、４０…オゾン発生装置、４２…燃料噴射弁（軽油
添加装置）、４６…加熱装置、４８…コントロールユニ
ット、５０…回転数センサー、５２…負荷センサー。
ある。 【図２】本発明に係る排気浄化装置のＮＯｘ浄化率を従
来の排ガス浄化装置のＮＯｘ浄化率と対比して示した線
図である。 【図３】ＮＯｘ触媒の上流側排ガス通路内に直接軽油を
噴射する従来の装置を示す概略構成図である。 【図４】図３に示した従来の排ガス浄化装置のＮＯｘ浄
化率を示した線図である。 【図５】既提案のＮＯｘ浄化装置を示す概略構成図であ
る。 【符号の説明】 １０…ディーゼルエンジン、１２…燃料噴射ノズル、１
４…燃料噴射ポンプ、１８…燃料タンク、２０…フィー
ドポンプ、２４…排気マニホールド、２６…排ガス通
路、２８…ＮＯｘ触媒コンバータ、３０…ＮＯｘ触媒、
３２…空気供給通路、３４…流量制御弁、３６…空気供
給源、４０…オゾン発生装置、４２…燃料噴射弁（軽油
添加装置）、４６…加熱装置、４８…コントロールユニ
ット、５０…回転数センサー、５２…負荷センサー。
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】 ＮＯｘ及び過剰酸素を含む燃焼排ガス通
路に介装され燃焼排ガス中のＮＯｘを還元することがで
きる触媒を収蔵したＮＯｘ触媒コンバータと、一端を上
記ＮＯｘ触媒コンバータ上流側の燃焼排ガス通路に連通
されると共に他端を空気供給源に接続された空気供給通
路と、上記空気供給通路の途中に設けられ上記空気供給
源から供給された空気中の酸素の一部をオゾンに変化さ
せるオゾン発生装置と、上記空気供給通路の途中に設け
られ上記空気供給源から供給された空気に軽油を添加す
る軽油添加装置と、上記空気に添加された軽油をオゾン
の存在下に加熱して部分酸化させる加熱装置とを備えた
ことを特徴とする燃焼排ガス用ＮＯｘ還元システム。
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP25448698A JP3531489B2 (ja) | 1998-08-05 | 1998-08-05 | 燃焼排ガス用ＮＯ▲ｘ▼還元システム |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25448698A JP3531489B2 (ja) | 1998-08-05 | 1998-08-05 | 燃焼排ガス用ＮＯ▲ｘ▼還元システム |
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|---|---|
| JP2000054833A JP2000054833A (ja) | 2000-02-22 |
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ID=17265731
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|---|---|---|---|
| JP25448698A Expired - Fee Related JP3531489B2 (ja) | 1998-08-05 | 1998-08-05 | 燃焼排ガス用ＮＯ▲ｘ▼還元システム |
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| DE102017130314A1 (de) * | 2016-12-19 | 2018-06-21 | Johnson Matthey Public Limited Company | Erhöhte NOx-Umwandlung durch Einführung von Ozon |
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- 1998-08-05 JP JP25448698A patent/JP3531489B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| CN105443203A (zh) * | 2014-09-18 | 2016-03-30 | 株式会社电装 | 还原剂供应装置 |
| CN105443203B (zh) * | 2014-09-18 | 2018-11-30 | 株式会社电装 | 还原剂供应装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2000054833A (ja) | 2000-02-22 |
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