JPH04370311A - ディーゼルエンジンの排気ガス浄化方法 - Google Patents
ディーゼルエンジンの排気ガス浄化方法Info
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- JPH04370311A JPH04370311A JP16901091A JP16901091A JPH04370311A JP H04370311 A JPH04370311 A JP H04370311A JP 16901091 A JP16901091 A JP 16901091A JP 16901091 A JP16901091 A JP 16901091A JP H04370311 A JPH04370311 A JP H04370311A
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Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
- F02B3/00—Engines characterised by air compression and subsequent fuel addition
- F02B3/06—Engines characterised by air compression and subsequent fuel addition with compression ignition
Landscapes
- Exhaust Gas After Treatment (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ディーゼルエンジンの
排気ガス中のＮＯｘを触媒を用いて浄化するディーゼル
エンジンの排気ガス浄化方法に関するものである。
排気ガス中のＮＯｘを触媒を用いて浄化するディーゼル
エンジンの排気ガス浄化方法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排気ガス中
のＮＯｘ（窒素酸化物）を触媒を用いて浄化する方法に
は、アンモニヤあるいは尿素を還元剤として用い、触媒
としてＶ２ Ｏ５ −ＷＯ３ −ＴｉＯ２やゼオライト
を用いる選択還元法が唯一実用化されていた。しかしな
がらこのアンモニアや尿素を用いた選択還元法ではコス
ト、信頼性、安全性からみて問題が多く、実際には幅広
く使用されているとはいいがたい。これに対して近年、
炭化水素類を還元剤として用いる方法が開発された。
のＮＯｘ（窒素酸化物）を触媒を用いて浄化する方法に
は、アンモニヤあるいは尿素を還元剤として用い、触媒
としてＶ２ Ｏ５ −ＷＯ３ −ＴｉＯ２やゼオライト
を用いる選択還元法が唯一実用化されていた。しかしな
がらこのアンモニアや尿素を用いた選択還元法ではコス
ト、信頼性、安全性からみて問題が多く、実際には幅広
く使用されているとはいいがたい。これに対して近年、
炭化水素類を還元剤として用いる方法が開発された。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上記アンモニアあるい
は尿素での選択還元法では、特別な薬品（特にアンモニ
アは劇物指定）を使用する必要があるため、トラックな
ど移動する機械にそれらの薬品を別途特別に搭載して利
用することは難しい。それに対して、炭化水素による選
択還元法は、炭化水素としてディーゼル燃料をそのまま
使用できるため、車載用システムにすることに適してい
る。そしてこの方法でディーゼルエンジンの排気ガスを
効率的に処理するには、燃料炭化水素を排気ガスと均一
に混合することが重要な要素となる。
は尿素での選択還元法では、特別な薬品（特にアンモニ
アは劇物指定）を使用する必要があるため、トラックな
ど移動する機械にそれらの薬品を別途特別に搭載して利
用することは難しい。それに対して、炭化水素による選
択還元法は、炭化水素としてディーゼル燃料をそのまま
使用できるため、車載用システムにすることに適してい
る。そしてこの方法でディーゼルエンジンの排気ガスを
効率的に処理するには、燃料炭化水素を排気ガスと均一
に混合することが重要な要素となる。
【０００４】しかしながら、排気温度が低い場合、気化
不十分に起因する添加ノズルや触媒表面への液体炭化水
素の炭化固着などといった問題が生じる。特に触媒表面
に固着、蓄積したカーボンが再燃焼（排気温度が低温か
ら高温に移る場合など）する際には、触媒表面は局所的
に高温状態に置かれることになり、触媒活性層の早期劣
化につながる。また酸素濃度が１０％以上あり、なおか
つ温度が２００℃以上であるディーゼルエンジンの排気
ガス中に液体の炭化水素をそのまま添加しようとすると
、液滴から気化する過程において、炭化水素が燃焼し、
炭化水素が触媒層に到達できないという問題が生じる。 すなわち、添加する燃料炭化水素が効率的にＮＯｘ浄化
に寄与しないことになる。これらの問題点は、建設機械
などの大型ディーゼルエンジンにおいては大量の炭化水
素を添加する必要があり（これは排気ガス量が多いため
）特に大きな問題点となる。
不十分に起因する添加ノズルや触媒表面への液体炭化水
素の炭化固着などといった問題が生じる。特に触媒表面
に固着、蓄積したカーボンが再燃焼（排気温度が低温か
ら高温に移る場合など）する際には、触媒表面は局所的
に高温状態に置かれることになり、触媒活性層の早期劣
化につながる。また酸素濃度が１０％以上あり、なおか
つ温度が２００℃以上であるディーゼルエンジンの排気
ガス中に液体の炭化水素をそのまま添加しようとすると
、液滴から気化する過程において、炭化水素が燃焼し、
炭化水素が触媒層に到達できないという問題が生じる。 すなわち、添加する燃料炭化水素が効率的にＮＯｘ浄化
に寄与しないことになる。これらの問題点は、建設機械
などの大型ディーゼルエンジンにおいては大量の炭化水
素を添加する必要があり（これは排気ガス量が多いため
）特に大きな問題点となる。
【０００５】本発明は上記のことにかんがみなされたも
ので、ＮＯｘ浄化性能と触媒の経時的性能の変化を著し
く向上することができ、またディーゼルエンジンの排気
ガス中のＮＯｘを、簡便な装置で浄化することができ、
特に建設機械など排気温度が比較的高く、なおかつ、変
動幅が大きくなるように、ディーゼルエンジンを運転し
て自走する機械の排気ガス中のＮＯｘを浄化する場合に
は一段と触媒の耐久性向上、燃費向上などの効果を得る
こととができるようにしたディーゼルエンジンの排気ガ
ス浄化方法を提供することを目的とするものである。
ので、ＮＯｘ浄化性能と触媒の経時的性能の変化を著し
く向上することができ、またディーゼルエンジンの排気
ガス中のＮＯｘを、簡便な装置で浄化することができ、
特に建設機械など排気温度が比較的高く、なおかつ、変
動幅が大きくなるように、ディーゼルエンジンを運転し
て自走する機械の排気ガス中のＮＯｘを浄化する場合に
は一段と触媒の耐久性向上、燃費向上などの効果を得る
こととができるようにしたディーゼルエンジンの排気ガ
ス浄化方法を提供することを目的とするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、燃料炭化
水素を５０ミクロン以下の微細な液滴にして排気ガス中
に添加することによって、上記問題点を解決できること
を見いだした。この際、各種の有機化合物をはじめとし
た燃料炭化水素を微細化する方法はどのような方法を用
いてもよく、特定の方法に限定されるものではない。ま
たこの効果はあらかじめ触媒によって燃料を改質、加熱
等を付与することにより改善されることもわかった。こ
の燃料炭化水素の微細化に関する手法は、石油バーナや
ディーゼルエンジン等において、液体燃料等を微細化す
るということで公知であるが、本発明では排気ガス中に
微細化した燃料炭化水素を、添加するようにしたもので
、その基本的な考えを異にするものである。燃料炭化水
素を微細化する手段は、圧電素子を用いた微細化装置が
小型で制御しやすいが、高電圧であり、信頼性に難があ
り、超磁歪は高温まで使え、かつ電圧が低く安全性が高
い。また高速ガスを利用して微細化する場合は、ターボ
等を利用して加速することも可能であるが、低速では流
速が稼げない等の問題がある。またこのほかには、排ガ
スルート中に小型のフラッパをつけて、そこに燃料を落
とし込むこともかんがえられ、この場合は微粒化度が小
さいが安価で有用である。
水素を５０ミクロン以下の微細な液滴にして排気ガス中
に添加することによって、上記問題点を解決できること
を見いだした。この際、各種の有機化合物をはじめとし
た燃料炭化水素を微細化する方法はどのような方法を用
いてもよく、特定の方法に限定されるものではない。ま
たこの効果はあらかじめ触媒によって燃料を改質、加熱
等を付与することにより改善されることもわかった。こ
の燃料炭化水素の微細化に関する手法は、石油バーナや
ディーゼルエンジン等において、液体燃料等を微細化す
るということで公知であるが、本発明では排気ガス中に
微細化した燃料炭化水素を、添加するようにしたもので
、その基本的な考えを異にするものである。燃料炭化水
素を微細化する手段は、圧電素子を用いた微細化装置が
小型で制御しやすいが、高電圧であり、信頼性に難があ
り、超磁歪は高温まで使え、かつ電圧が低く安全性が高
い。また高速ガスを利用して微細化する場合は、ターボ
等を利用して加速することも可能であるが、低速では流
速が稼げない等の問題がある。またこのほかには、排ガ
スルート中に小型のフラッパをつけて、そこに燃料を落
とし込むこともかんがえられ、この場合は微粒化度が小
さいが安価で有用である。
【０００７】上記のことから本発明に係るディーゼルエ
ンジンの排気ガス浄化方法は以下のような構成とした。 すなわち触媒層より上流部にて、排気ガス中に微細な液
滴状態に霧化して燃料炭化水素を添加する。このとき、
液滴の直径は５０ミクロン以下、できれば１０ミクロン
以下であることが望ましい。液滴の直径が５０ミクロン
以上では、注入時に注入口や触媒層にコーキングが発生
する恐れがあり好ましくない。
ンジンの排気ガス浄化方法は以下のような構成とした。 すなわち触媒層より上流部にて、排気ガス中に微細な液
滴状態に霧化して燃料炭化水素を添加する。このとき、
液滴の直径は５０ミクロン以下、できれば１０ミクロン
以下であることが望ましい。液滴の直径が５０ミクロン
以上では、注入時に注入口や触媒層にコーキングが発生
する恐れがあり好ましくない。
【０００８】
【作 用】上記微細化によって燃料炭化水素は気
化促進され特に排気温度が低い場合の排気ガス中に添加
される燃料炭化水素が触媒表面や添加ノズルへ炭化固着
することを防ぐ。また、微細化によって、燃料炭化水素
の急速が均一な排気ガス中への気化拡散が促進され、こ
の気化拡散過程で可燃性予混合領域を生成することなし
にディーゼル排気ガス中に燃料炭化水素が添加される。 すなわち、ＮＯｘ還元用の燃料炭化水素が触媒層にたど
り着く前にディーゼル排気ガス中の過剰な酸素によって
燃焼消失するおそれも防止され、効率的なＮＯｘ浄化処
理が達成される作用もあわせ持つことになる。
化促進され特に排気温度が低い場合の排気ガス中に添加
される燃料炭化水素が触媒表面や添加ノズルへ炭化固着
することを防ぐ。また、微細化によって、燃料炭化水素
の急速が均一な排気ガス中への気化拡散が促進され、こ
の気化拡散過程で可燃性予混合領域を生成することなし
にディーゼル排気ガス中に燃料炭化水素が添加される。 すなわち、ＮＯｘ還元用の燃料炭化水素が触媒層にたど
り着く前にディーゼル排気ガス中の過剰な酸素によって
燃焼消失するおそれも防止され、効率的なＮＯｘ浄化処
理が達成される作用もあわせ持つことになる。
【０００９】
【実 施 例】以下に本発明の実施例を図面に基づ
いて説明する。図中１は過給アフタクーラ装置付きのデ
ィーゼルエンジンであり、２はその排気マニホールド、
３は排気マニホールド２の下流側に設置したＮＯｘ還元
触媒ハニカムである。このＮＯｘ還元触媒ハニカム３の
設置位置は過給装置の下流側でかつ無負荷・定格回転時
で排気温度が１５０℃以下とならない場所である。そし
て使用した触媒はＣｕ／ＺＳＭ−５であり、ハニカムの
大きさは空間速度で最大１０．０００リットル／時とな
るようにした。触媒ハニカム３の入口にＮＯｘ還元剤と
してディーゼル燃料を微粒霧化して排気ガス中に注入す
るためのノズル４が設けてある。このノズル４にはバル
ブ５を介して圧縮空気源（図示せず）に接続した供給管
６が接続してあり、この供給管６の途中に液体霧化装置
７が接続してある。この霧化装置７は圧電素子を用いた
ものであり、これにポンプ８を介して燃料タンク９が接
続されている。１０は上記バルブ５、霧化装置７及びポ
ンプ８を制御するコントローラ、１１はディーゼルエン
ジン１の燃料供給管、１２はその燃料ポンプである。
いて説明する。図中１は過給アフタクーラ装置付きのデ
ィーゼルエンジンであり、２はその排気マニホールド、
３は排気マニホールド２の下流側に設置したＮＯｘ還元
触媒ハニカムである。このＮＯｘ還元触媒ハニカム３の
設置位置は過給装置の下流側でかつ無負荷・定格回転時
で排気温度が１５０℃以下とならない場所である。そし
て使用した触媒はＣｕ／ＺＳＭ−５であり、ハニカムの
大きさは空間速度で最大１０．０００リットル／時とな
るようにした。触媒ハニカム３の入口にＮＯｘ還元剤と
してディーゼル燃料を微粒霧化して排気ガス中に注入す
るためのノズル４が設けてある。このノズル４にはバル
ブ５を介して圧縮空気源（図示せず）に接続した供給管
６が接続してあり、この供給管６の途中に液体霧化装置
７が接続してある。この霧化装置７は圧電素子を用いた
ものであり、これにポンプ８を介して燃料タンク９が接
続されている。１０は上記バルブ５、霧化装置７及びポ
ンプ８を制御するコントローラ、１１はディーゼルエン
ジン１の燃料供給管、１２はその燃料ポンプである。
【００１０】上記構成において、ディーゼルエンジン１
は、燃料供給管１１を介して燃料ポンプ１２にて燃料タ
ンク９よりディーゼル燃料（軽油）を供給することによ
り運転され、その排気ガスが排気マニホールド２より排
出され、この間にＮＯｘ還元触媒ハニカム３を通過して
ＮＯｘ成分が除去されて浄化される。このとき、バルブ
５を開として供給管６にキャリヤガスとして空気を供給
し、また霧化装置７を作動してポンプ８を介して燃料タ
ンク９より供給されたディーゼル燃料を粒径が５０ミク
ロン以下の粒子となって上記供給管６へ供給する。かく
することにより、霧化された燃料が供給管６を流れるキ
ャリヤガスに運ばれてノズル４より排気マニホールド２
内に注入される。これにより、排気マニホールド２内を
流れる排気ガスは、上記ノズル４より供給されたディー
ゼル燃料が霧状に混入された状態となってＮＯｘ還元触
媒ハニカム３を通過し、排気ガスは効率的にＮＯｘ浄化
処理される。このとき、キャリヤガスとしての空気量は
排気ガス中の酸素濃度を大きくさせないため、あるいは
／及び排気温度を下げないために、必要最低限に抑える
必要があり、また霧化装置７の圧電発振周波数、ポンプ
８による燃料の供給量をディーゼルエンジン１の運転条
件に応じて調整する必要があり、これらの調整はコント
ローラ１０にて行なう。上記ポンプ８、霧化装置７、バ
ルブ５の調整のフローを示すと図２のようになる。図中
入力パラメータにおけるエンジン回転数、エンジン軸出
力、排気ガス温度はそれぞれ図示してないそれぞれの検
出器にて検出する。
は、燃料供給管１１を介して燃料ポンプ１２にて燃料タ
ンク９よりディーゼル燃料（軽油）を供給することによ
り運転され、その排気ガスが排気マニホールド２より排
出され、この間にＮＯｘ還元触媒ハニカム３を通過して
ＮＯｘ成分が除去されて浄化される。このとき、バルブ
５を開として供給管６にキャリヤガスとして空気を供給
し、また霧化装置７を作動してポンプ８を介して燃料タ
ンク９より供給されたディーゼル燃料を粒径が５０ミク
ロン以下の粒子となって上記供給管６へ供給する。かく
することにより、霧化された燃料が供給管６を流れるキ
ャリヤガスに運ばれてノズル４より排気マニホールド２
内に注入される。これにより、排気マニホールド２内を
流れる排気ガスは、上記ノズル４より供給されたディー
ゼル燃料が霧状に混入された状態となってＮＯｘ還元触
媒ハニカム３を通過し、排気ガスは効率的にＮＯｘ浄化
処理される。このとき、キャリヤガスとしての空気量は
排気ガス中の酸素濃度を大きくさせないため、あるいは
／及び排気温度を下げないために、必要最低限に抑える
必要があり、また霧化装置７の圧電発振周波数、ポンプ
８による燃料の供給量をディーゼルエンジン１の運転条
件に応じて調整する必要があり、これらの調整はコント
ローラ１０にて行なう。上記ポンプ８、霧化装置７、バ
ルブ５の調整のフローを示すと図２のようになる。図中
入力パラメータにおけるエンジン回転数、エンジン軸出
力、排気ガス温度はそれぞれ図示してないそれぞれの検
出器にて検出する。
【００１１】図３は上記実施例における試験結果を示す
。このときの評価方法は以下のような条件で行なった。 エンジンの運転条件を、アイドリング（５分間）→定格
・無負荷（５分間）→トルク点（５分間）を１サイクル
として、定格・無負荷及びトルク点のみで排気ガス浄化
装置を作動させて軽油を還元剤として注入し、この１０
分間での平均ＮＯｘ浄化率を評価項目とした。なおこの
ときの添加する軽油の粒径は約２０ミクロンであった。 その結果は図中実線で示すようになり、ＮＯｘ浄化率は
約７０％得られ、触媒の経時的性能劣化も約５％程度の
ダウンにとどまった。図中点線は比較例を示し、これは
軽油（還元剤）をマイクロポンプを用いて直接スプレイ
ノズルにて排気ガス中に注入したもので、このとき注入
される軽油の粒径はメジアン径で約１００ミクロンであ
った。その結果は浄化率は約４５％であり、しかも触媒
の経時的性能劣化が大きかった。
。このときの評価方法は以下のような条件で行なった。 エンジンの運転条件を、アイドリング（５分間）→定格
・無負荷（５分間）→トルク点（５分間）を１サイクル
として、定格・無負荷及びトルク点のみで排気ガス浄化
装置を作動させて軽油を還元剤として注入し、この１０
分間での平均ＮＯｘ浄化率を評価項目とした。なおこの
ときの添加する軽油の粒径は約２０ミクロンであった。 その結果は図中実線で示すようになり、ＮＯｘ浄化率は
約７０％得られ、触媒の経時的性能劣化も約５％程度の
ダウンにとどまった。図中点線は比較例を示し、これは
軽油（還元剤）をマイクロポンプを用いて直接スプレイ
ノズルにて排気ガス中に注入したもので、このとき注入
される軽油の粒径はメジアン径で約１００ミクロンであ
った。その結果は浄化率は約４５％であり、しかも触媒
の経時的性能劣化が大きかった。
【００１２】
【発明の効果】本発明によれば、ＮＯｘ浄化性能と触媒
の経時変化を著しく向上することができる。またディー
ゼルエンジンの排気ガス中のＮＯｘを、簡便な装置で浄
化することができ、特に建設機械など排気温度が比較的
高く、なおかつ変動幅が大きくなるように、ディーゼル
エンジンを運転して自走する機械の排気ガス中のＮＯｘ
を浄化する場合には一段と触媒の耐久性向上、燃費向上
などの効果を得ることができる。
の経時変化を著しく向上することができる。またディー
ゼルエンジンの排気ガス中のＮＯｘを、簡便な装置で浄
化することができ、特に建設機械など排気温度が比較的
高く、なおかつ変動幅が大きくなるように、ディーゼル
エンジンを運転して自走する機械の排気ガス中のＮＯｘ
を浄化する場合には一段と触媒の耐久性向上、燃費向上
などの効果を得ることができる。
【図１】本発明の実施態様の概略的な構成説明図である
。
。
【図２】本発明のフローチャートである。
【図３】浄化性能と経時変化を示す線図である。
１ ディーゼルエンジン、２ 排気マニホールド、
３ ＮＯｘ還元触媒ハニカム、４ ノズル、５
バルブ、６ 供給管、７ 霧化装置、８ ポンプ
、９ 燃料タンク、１０ コントローラ。
３ ＮＯｘ還元触媒ハニカム、４ ノズル、５
バルブ、６ 供給管、７ 霧化装置、８ ポンプ
、９ 燃料タンク、１０ コントローラ。
Claims (2)
- 【請求項１】 ディーゼルエンジンの排気ガス中に炭
化水素等の有機化合物を注入することにより直接添加さ
せて選択接触還元を行なうディーゼルエンジンの排気ガ
ス浄化方法において、液体の燃料炭化水素を粒径が５０
ミクロン以下の微粒子にして排気ガス中に添加すること
を特徴とするディーゼルエンジンの排気ガス浄化方法。 - 【請求項２】 燃料炭化水素を微粒化する手段として
、圧電素子、磁歪素子、フラッパ、インジェクタ等の各
種振動及び微細化デバイスを用いた霧化装置を用いたこ
とを特徴とする請求項（１）記載のディーゼルエンジン
の排気ガス浄化方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16901091A JPH04370311A (ja) | 1991-06-14 | 1991-06-14 | ディーゼルエンジンの排気ガス浄化方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16901091A JPH04370311A (ja) | 1991-06-14 | 1991-06-14 | ディーゼルエンジンの排気ガス浄化方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04370311A true JPH04370311A (ja) | 1992-12-22 |
Family
ID=15878664
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP16901091A Pending JPH04370311A (ja) | 1991-06-14 | 1991-06-14 | ディーゼルエンジンの排気ガス浄化方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04370311A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003083053A (ja) * | 2001-09-11 | 2003-03-19 | Toyota Motor Corp | 内燃機関の排気浄化装置 |
-
1991
- 1991-06-14 JP JP16901091A patent/JPH04370311A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003083053A (ja) * | 2001-09-11 | 2003-03-19 | Toyota Motor Corp | 内燃機関の排気浄化装置 |
| JP4720054B2 (ja) * | 2001-09-11 | 2011-07-13 | 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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