JPH0626328A - ディーゼルエンジンにおける排気ガス処理装置 - Google Patents

ディーゼルエンジンにおける排気ガス処理装置

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JPH0626328A
JPH0626328A JP2400961A JP40096190A JPH0626328A JP H0626328 A JPH0626328 A JP H0626328A JP 2400961 A JP2400961 A JP 2400961A JP 40096190 A JP40096190 A JP 40096190A JP H0626328 A JPH0626328 A JP H0626328A
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洋一郎 河野
Yasuaki Kumagai
保昭 熊谷
Shinji Nakayama
真治 中山
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F01NGAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2610/00Adding substances to exhaust gases
    • F01N2610/03Adding substances to exhaust gases the substance being hydrocarbons, e.g. engine fuel
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B3/00Engines characterised by air compression and subsequent fuel addition
    • F02B3/06Engines characterised by air compression and subsequent fuel addition with compression ignition

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  • Exhaust Gas After Treatment (AREA)
  • Treating Waste Gases (AREA)
  • Exhaust Gas Treatment By Means Of Catalyst (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】本発明は、ディーゼルエンジンにおいて、NO
X を効率よく分解して低減を図るとともに、ダイリュー
ションの発生を抑制しエンジン本体の潤滑性向上を得ら
れることを主要な特徴とした排気ガス処理装置である。 【構成】ディーゼルエンジンの燃焼室2から外部に排気
ガスを排出案内する排気ガス通路8の中途部に、HC
(炭化水素)を供給する手段9を設け、このHC供給手
段の排気ガス通路下流側に、炭化水素成分を還元剤とし
て活性化されNOX(窒素酸化物)を分解する触媒コン
バータ10を備えた。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、たとえば車両のディー
ゼルエンジンから排出される排気ガスから、特にNOX
をより効率よく分解低減して外部に排気するための排気
ガス処理装置に関する。
【0002】
【従来の技術】車両のエンジンを駆動することにより排
出される排気ガスの成分は、理論上完全燃焼すれば、単
にCO2 (二酸化炭素)と、H2 O(水)およびN(窒
素)である。ただし、燃料が完全燃焼することは不可能
であって、実際には、さらにCO(一酸化炭素)、HC
(炭化水素)、およびNOX (窒素酸化物)が生成され
てしまう。
【0003】すなわち、燃料ガスをエンジン内で燃焼さ
せるためには、空気中の酸素が必要である。この酸素は
空気中に約4分の1程度含まれていて、残りの約4分の
3の大部分は窒素であり、その他、極く微量の成分があ
る。本来、空気中の窒素と酸素は別々にあって結び付か
ないが、高温の燃焼過程(酸化反応)では窒素が酸化さ
れ、燃焼過程の副産物として上記NOX が生成される。
【0004】車両のうちでも、特に乗用車に多用される
ガソリンエンジンの場合には、ほとんどその排気系統に
三元触媒が備えられている。この三元触媒は、COとH
Cを酸化させるとともに、NOX を還元する触媒作用を
なす。比較的簡単で、かつ正確な空燃比制御ができる電
子制御式燃料噴射を用いるか、あるいは気化器方式のも
のでもO2 センサを用いて、空燃比フィードバック制御
により理論空燃比に制御して行う。いずれにしても、ガ
ソリンエンジンにおいては、燃焼した排気ガスは上記触
媒により、COとHCおよびNOX の成分が同時に浄化
され、高い浄化率が得られる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】ところが、特にバスや
トラックに多用されるディーゼルエンジンの場合には、
上記三元触媒をそのまま用いても効果がない。すなわ
ち、ディーゼルエンジンの特徴として、吸気系から燃焼
用空気を燃焼室に供給して高圧に圧縮する構造であるか
ら、供給酸素量がガソリンエンジンよりも多いことと、
ディーゼルエンジンの燃料として用いられる軽油に含ま
れるS(硫黄)分が、ガソリンエンジンのガソリン燃料
よりも多いことが影響する。
【0006】なお説明すれば、ディーゼルエンジンから
排出される排気ガスの一般的な傾向として、CO濃度
は、0.3%以下で500〜2000ppmを越えるこ
とのない極めて低い濃度である。HC濃度も、C1 〜C
3 などの成分とC8 以上の燃料成分が僅かにあり、濃度
としては比較的低い。ただし、NOX は濃度として20
0ppmを越えることが多く、その量もガソリンエンジ
ンと近くなることがある。特に、直接噴射方式のディー
ゼルエンジンでは、酸素過剰が著しいところから、NO
X 濃度が高い値になる傾向にある。
【0007】このようにして、ディーゼルエンジン自体
の構造と、燃料である軽油の特性から、上記ガソリンエ
ンジンに用いられる三元触媒をそのまま転用しても、N
X低減の効果がほとんどない。
【0008】そこで、NOX 低減のために排気通路にN
X を分解する触媒を設け、さらに同触媒を活性化させ
るためにHC(炭化水素)を吸気通路に供給するものが
知られている。
【0009】しかし、このような吸気通路にHCを供給
するシステムにおいては、HCが燃焼室内に流入すると
き燃焼室周壁に沿って降下し、また、同周壁は燃焼室内
中央部に比べて比較的低温状態にあるため、流入HCが
完全燃焼し難く、HCは燃焼室周壁に沿って下降すると
ともにピストンリングによって掻き落される。さらに、
燃焼室内に流入したHCは、ピストンの圧縮行程時に燃
焼室からクランクケース内へと抜けて、クランクケース
内のブローバイガス量の増大を招く。これらは、いずれ
もクランクケース底部に溜められている潤滑油に混合
し、潤滑油を希釈する、いわゆるダイリューションを生
じる。
【0010】その結果、薄められた潤滑油がエンジン本
体の各摺動部に給油され、この潤滑性を損なう不具合が
生じる。
【0011】本発明は、上述したような事情に鑑みなさ
れたものであり、その目的とするところは、HCの存在
により活性化される触媒を用いることにより、NOX
効率よく分解して低減を図り、併せて、ダイリューショ
ンの発生を抑制してエンジン本体の潤滑性向上を得られ
るディーゼルエンジンにおける排気ガス処理装置を提供
することにある。
【0012】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、ディーゼルエンジンの燃焼室から外部に排
気ガスを排出案内する排気ガス通路の中途部にHC(炭
化水素)を供給する手段を設け、このHC供給手段の排
気ガス通路下流側に炭化水素成分を還元剤として活性化
されNOX (窒素酸化物)を分解する触媒コンバータを
備えたことを特徴とするディーゼルエンジンにおける排
気ガス処理装置である。
【0013】
【作用】排気ガス通路に供給されたHCは触媒コンバー
タに導かれ、上記触媒コンバータは、上記炭化水素を還
元剤として活性化するところとなり、NOX をN2 とO
2 とに分解し、NOX に対する低減触媒作用をなす。ま
た、HC供給手段を排気ガス通路に設けたので、上記H
C供給手段から供給されるHCは上記燃焼室に直接導か
れず、HCが比較的低温の燃焼室の周壁に沿って下降
し、クランクケース底部に溜められている潤滑油に混入
して潤滑油を希釈する、いわゆるダイリューションの発
生を抑制する。
【0014】
【実施例】以下、本発明の一実施例を図面にもとづいて
説明する。
【0015】図1において、1はディーゼルエンジンの
エンジン本体を概略的に示す。このエンジン本体1を構
成する燃焼室2には、燃焼用空気を供給する吸気配管な
どからなる吸気系3が連通する。すなわち上記吸気系3
は、燃焼室2上部に設けられ給気弁4で開閉自在な吸気
ポート5に連通する。上記燃焼室2上部には、吸気ポー
ト5とともに、排気弁6によって開閉される排気ポート
7が設けられていて、この排気ポート7に燃焼室2で燃
焼して生成される排気ガスを外部に排出案内する排気ガ
ス通路8が接続される。そしてこの排気ガス通路8の中
途部には、排気ガスの流れに沿って後述する霧化装置9
および触媒コンバータ10が順次設けられ、これらで排
気ガス処理装置Sを構成する。
【0016】上記霧化装置9には、ポンプ11を介して
HCを集溜するHC溜り部12に連通するHC供給管1
3が接続される。
【0017】上記霧化装置9は、図2に拡大して示すよ
うに、先端に尖鋭状の弁部14を設けた弁杆15を備え
ていて、ソレノイド16を励磁することによって上記弁
部14は噴射孔17を開放する。この噴射孔17には、
ここでは図示しない上記HC供給管が接続するガイド部
18が連設されていて、噴射孔17が開放すれば、HC
がそのまま吐出される。
【0018】再び図1に示すように、上記霧化装置6に
は、HC溜り部12からポンプ11を介してHCが圧送
されるところから、上記噴射孔17を開放することによ
り、ここからHCが霧状になって上記排気ガス通路8内
に噴出されることとなる。
【0019】上記触媒コンバータ10の主成分は、ゼオ
ライト系触媒である。なお説明すれば、ここでは、たと
えば水素系ゼオライト触媒(H/ZSM−5)を採用す
ると最適であり、これをペレット状もしくはモノリス状
にして容器内に収容してなる。この種の触媒の特性は、
HCの供給を受けることによって、このHC成分を還元
剤としてより活性化し、NOX (窒素酸化物)をより効
果的にN2 とO2 に分解するとともに、HCをより効果
的にH2 OとCO2 に分解できる。
【0020】なお上記ゼオライト系触媒は、図3に示す
ような触媒活性域を有する。図の横軸は、HC/NOX
の体積比であるモル比で表し、縦軸は排気ガスの温度で
ある。TL は上記触媒の活性下限温度であって、TL
下の温度では触媒はその作用をなさず、TL から所定の
高い温度の範囲で有効な触媒作用をなす。しかも、触媒
活性域はHC/NOX が1以上ある場合に限られる。A
曲線はエンジン回転数が低速度、B曲線は中速度、C曲
線は高速度で、それぞれ一定の回転速度とし、かつそれ
ぞれの回転速度における負荷を変化させたときの、排気
温度とHC/NOX に対する特性変化である。
【0021】図から明らかなように、低,中,高速度の
いずれのエンジン回転速度であっても、排気温度がTL
以上の温度範囲では、ほとんどHC/NOX が1より小
さくて、上記触媒の活性域に入らない(わずかに、高回
転速度Aの一部は含まれているが)。また、HC/NO
X が1よりも大きい範囲では、排気温度がTL 以下にな
っていて、触媒活性域に入らない。
【0022】再び図1に示すように、上記燃焼室2に設
けられ燃料を噴出する主燃料噴射ノズル20には、燃料
噴射ポンプ21が連通していて、図示しないアクセルペ
タルに連結されるロードレバーに負荷センサ22が設け
られ、ECU23と電気的に接続される。クランク軸側
には、回転数・クランク角センサ24が設けられ、上記
ECU23と電気的に接続される。さらに、触媒コンバ
ータ10の上流側近傍には排気ガスの温度を検出する温
度センサ25が設けられ、上記ECU23と電気的に接
続される。このECU23は、温度センサ25からの信
号によって排気温度がTL 以上になったときを判断し、
さらに負荷センサ22と回転数・クランク角センサ24
からの信号によって負荷とエンジン回転数とを基に予め
記録されたNOX 濃度の実験データを読みだし、同NO
X のモル数からHC/NOX が1より大きくなるように
HCのモル数を算出してHCの供給量を設定し、そして
霧化装置9に開弁信号を出す。
【0023】つぎに、このようにして構成されるディー
ゼルエンジンの排気ガス処理装置Sの作用について説明
する。
【0024】上記エンジン本体1の作用は、全く変わら
ない。すなわち、吸気弁4が吸気ポート5を開放したと
き、吸気系3から燃焼室2に燃焼用空気が供給される。
ピストン2aが上昇して、燃焼室2に供給された空気を
高圧にし、そこに主燃料噴射ノズル20から燃料である
軽油が噴射され、燃焼室2で爆発燃焼作用が行われる。
燃焼後、排気弁6が排気ポート7を開放し、燃焼室2の
排気ガスは排気ガス通路8に排出される。
【0025】上記排気ガス処理装置Sを構成する霧化装
置9は、ECU23からの駆動信号にもとづきHCを霧
状にして噴出する。この霧状になったHCは、排気ガス
通路8に導かれる排気ガスとともに上記触媒コンバータ
10に導かれる。そしてこのHCによって触媒コンバー
タ10は活性化され、NOX をN2 とO2 とにより効率
よく分解して、NOX を低減する。
【0026】なお、上記炭化水素は、炭素と水素との化
合物であって、すべての有機化合物の母体となる化合物
である。この炭化水素は、飽和炭化水素と、不飽和炭化
水素とに分類される。上記飽和炭化水素は、炭素原子ど
うしが全て単結合でつながれている。上記不飽和炭化水
素は、炭素骨格に二重結合や三重結合を含むものであ
る。
【0027】そして、吸気通路にHCを供給する場合に
は、燃焼室内で燃焼することによって不飽和炭化水素を
生成し、排気ガス中には多くの不飽和炭化水素を含む
が、この実施例では排気ガス通路8に直接HCを供給し
ているため、このような不飽和炭化水素の生成が抑制さ
れ、排気ガス中には飽和炭化水素が多く含まれ、この排
気ガスが触媒コンバータ10に流入する。
【0028】このように、飽和炭化水素が多く含まれる
排気ガスが触媒コンバータ10を通過すると、このゼオ
ライト系触媒の、特に選択された水素系ゼオライト触媒
では、その性質上、飽和炭化水素を還元剤としてより活
性化する。したがって、このような水素系ゼオライト触
媒では、NOX をN2 とO2 とにより効率よく分解し
て、NOX を低減してから外部に排出させる。同時に、
未燃焼ガスとしてのHCをH2 OとCO2 とに効率よく
分解する。
【0029】上記排気ガス処理装置Sでは、霧化装置9
から供給されるHCは上記燃焼室2に直接導かれないか
ら、吸気通路にHCを供給した場合に生ずるような、流
入されたHCが燃焼室2の内周壁に沿って下降するとと
もにピストンリングによってクランクケース内へと掻き
落とされることもなく、さらにピストン圧縮行程時に燃
焼室からクランクケース内へと抜けてクランクケース内
のブローバイガス量の増大を生じることもなく、クラン
クケース底部に溜められている潤滑油にHCが混合して
潤滑油が希釈される、いわゆるダイリューションの発生
が抑制されることとなる。
【0030】なお上記実施例においては、上記霧化装置
9にポンプ11を介して専用のHC溜り部12を連通し
たが、これに限定されるものではなく、たとえば図示し
ない車両の燃料タンクに連通して、HCが主成分である
上記燃料油を直接供給するようにしてもよい。
【0031】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、排
気ガス通路にHCを供給する手段を設け、炭化水素成分
を還元剤として活性化しNOX を分解する触媒コンバー
タを備えたから、簡単な構成で、確実にNOX を低減
し、浄化機能の信頼性向上を得られ、併せてダイリュー
ションの発生を抑制してエンジン本体における潤滑性の
向上を図ることができるなどの効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例に係わる、ディーゼルエンジ
ンにおける排気ガス処理装置の概略構成図。
【図2】同実施例における霧化装置の縦断面図。
【図3】同実施例における触媒の特性図。
【符号の説明】
2…燃焼室、3…吸気系、8…排気ガス通路、9…霧化
装置、10…触媒コンバータ。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】ディーゼルエンジンの燃焼室から外部に排
    気ガスを排出案内する排気ガス通路の中途部に設けられ
    HC(炭化水素)を供給する手段と、このHC供給手段
    の排気ガス通路下流側に設けられ炭化水素成分を還元剤
    として活性化されNOX (窒素酸化物)を分解する触媒
    コンバータとを具備したことを特徴とするディーゼルエ
    ンジンにおける排気ガス処理装置。
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