JP2006161728A - 内燃機関の排気ガス浄化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 自動車用ディーゼルエンジン等の内燃機関の排気ガスに含まれる窒素酸化物、一酸化炭素、炭化水素、微小粉塵粒子等の有害物質を効率よく低減できる排気ガス浄化装置を提供する。
【解決手段】 ディーゼルエンジン１の排気ガス通路２に排ガス反応室３を介装し、この排ガス反応室３に流入する排気ガス中にアンモニア及び水蒸気を注入するアンモニア注入装置５を設ける。
【選択図】 図２

Description

本発明は、自動車用ディーゼルエンジン等の内燃機関の排気ガス中に含まれる窒素酸化物（ＮＯ_X ）、炭化水素（ＨＣ）、一酸化炭素（ＣＯ）、微小粉塵粒子（ＰＭ）等の有害物質を効果的に低減する排気ガス浄化装置に関する。

大気及び環境汚染の大きな要因である自動車の排気ガス対策として、普通乗用車や軽乗用車では触媒機構や燃焼機構によって有害物質を低減する浄化方式が進展している。しかるに、トラックやバス等のディーゼル機関を利用する大型自動車の排気ガスについては、窒素酸化物、炭化水素、一酸化炭素等の有害化学物質に加え、排気を黒煙状にする大量の微小粉塵粒子を含むにも関わらず、充分に有効な浄化方式が見出されておらず、その対策が急務になっている。

そこで、本発明らは先に、内燃機関等の有害排ガス低減装置として、燃料油供給経路に介在させた筒状ケーシング内に、多数の強磁石を軸方向所定間隔置きに配設した構造（特許文献１，２）、遠赤外線セラミック片を充填した構造（特許文献３）、中央部に強磁石を配設して両端部に遠赤外線セラミックを充填した構造（特許文献４，５）とし、燃料油がこれら強磁石や遠赤外線セラミックあるいは両者に接触して通過するようにしたものをそれぞれ提案している。更に、本発明者らは、内燃機関等の排気ガス浄化装置として、排気ガス通路に介在させた筒状ケーシング内に、パンチングプレートからなる筒の外周に金属製ネットを巻回した構造の筒状金属ネットフィルターを設け、この筒状金属ネットフィルターの内側に遠赤外線セラミック球体を充填した構造（特許文献６）、同様の筒状金属ネットフィルターからなる内外筒間に遠赤外線セラミック球体を充填すると共に、この充填層中にヒーターを挿入した構造（特許文献７）とし、排気ガスが筒状金属ネットフィルター及び遠赤外線セラミック球体充填層を通過するようにしたものもそれぞれ提案している。
登録実用新案第３０２３６９９号公報 特開平９−２０９８５０号公開 登録実用新案第３０２７７０５号公報 登録実用新案第３０１２８５７号公報 登録実用新案第３０２５４８６号公報 特開２００３−２０９２７公報 特開２００３−２０９３４公報

しかして、前記提案の有害排ガス低減装置では、燃料油が強磁石や遠赤外線セラミックと接触することにより、磁気や遠赤外線の作用で燃料油分子が活性化し、内燃機関における燃焼効率が向上し、もって排気ガス中の有害物質が大幅に低減することが確認されている。一方、前記提案の排気ガス浄化装置では、筒状金属ネットフィルターによって排気ガス中の微小粉塵粒子が効率よく除去されると共に、遠赤外線セラミックから放射される遠赤外線によって有害化学物質の分解が進むことが判明している。

本発明の目的は、前記提案の種々の浄化方式から更に発展して、内燃機関の排気ガス中の有害物質をより大幅に低減でき、近年及び将来的な自動車排ガスの厳しい排出規制にも性能と経済性の両面で充分に対応し得る排気ガス浄化装置を提供することにある。

上記目的を達成するための手段を図面の参照符号を付して示せば、請求項１の発明は、内燃機関（ディーゼルエンジン１）の排気ガス通路２に排ガス反応室３を介装し、この排ガス反応室３に流入する排気ガス中にアンモニア及び水蒸気を注入する注入手段（アンモニア注入装置５）を設けてなる内燃機関の排気ガス浄化装置にある。

また、請求項２の発明は、前記請求項１の排気ガス浄化装置において、前記注入手段が、排ガス反応室３の上流側で排気ガス中にアンモニア水を霧状にして注入するアンモニヤ注入装置５からなるものとしている。

請求項３の発明は、前記請求項２の排気ガス浄化装置において、前記アンモニア水の濃度が８％以上で１０％未満である構成としている。

請求項４の発明は、前記請求項１〜３のいずれかの排気ガス浄化装置において、前記排ガス反応室３がベローズ構造の周壁３ａを有する横型筒状に構成されてなるものとしている。

請求項５の発明は、前記請求項４の排気ガス浄化装置において、前記ベローズ構造の周壁３ａを有する筒状の排ガス反応室３の両側端板３ｂ，３ｂ間に、複数本の曲がり防止用長ボルト４が当該排ガス反応室３を外側から挟むように配設されてなる請求項３記載の内燃機関の排気ガス浄化装置。

請求項６の発明は、前記請求項１〜５のいずれかの排気ガス浄化装置において、前記排ガス反応室３の排ガス導入口３１及び排ガス導出口３２が、当該排ガス反応室３内に中心線方向に沿って突入する短筒状に形成され、その周壁３１ａ，３２ａが多孔状をなすと共に、内端３１ｂ，３２ｂが閉塞してなる構成としている。
ガス浄化装置。

請求項７の発明は、前記請求項１〜６のいずれかの排気ガス浄化装置において、内燃機関がディーゼルエンジン１であり、前記アンモニア及び水蒸気の注入部よりも上流側の排気ガス通路２にディーゼル微粒子フィルター６が介装されてなる構成としている。

請求項８の発明は、前記請求項７の排気ガス浄化装置において、前記ディーゼル微粒子フィルター６が酸化触媒を担持したハニカムセラミック層からなるものとしている。

請求項９の発明は、前記請求項１〜８のいずれかの排気ガス浄化装置において、燃料タンク１２と内燃機関１とを繋ぐ燃料油供給経路１３に、筒状ケーシング１４ａ内に複数の強磁石１４ｂ…が配置し、燃料油をこれら強磁石１４ｂ…に接触して通過させる燃料油活性化装置１４を介装してなる構成としている。

請求項１の発明に係る内燃機関の排気ガス浄化装置によれば、排ガス反応室に流入する排気ガス中にアンモニア及び水蒸気が注入されていることから、該排ガス反応室内において、アンモニアの触媒作用によって排気ガス中に含まれる窒素酸化物（ＮＯ_X ）の窒素ガス（Ｎ₂ ）と水（Ｈ₂ Ｏ）への分解が効率よく進み、最終的に放出される排気ガス中の窒素酸化物が著しく低減される。

請求項２の発明によれば、排ガス反応室の上流側で注入された霧状のアンモニア水が高温の排気ガスと均一に混じり合って気化し、アンモニアガスと水蒸気になり、排ガス反応室内で前記の窒素酸化物の分解がより効率よく進行する。

請求項３の発明によれば、前記アンモニア水の濃度が国連、危険物取扱い規則、消防法、劇毒法等の適用対象外となる低濃度であるため、取扱い上の危険性がなく、万一漏れた場合でも健康及び環境面で深刻な事態に至る懸念はない。

請求項４の発明によれば、排ガス反応室内が周壁のベローズ構造による大きな流れ抵抗によって激しい擾乱状態となり、もって窒素酸化物の分解反応がより効率よく進行する上、温度低下時には周壁下部側で該ベローズ構造の溝部が液溜めとなり、凝縮水分及び余剰のアンモニア水の外部への流出が防止される。また、内燃機関の稼働状況による排気ガスの圧力変動に対応してベローズ構造の周壁が拡縮変形すると共に、熱変動に伴う膨張・収縮の寸法変化もベローズ構造の周壁で吸収されるため、排ガス反応室の器壁や取付部の損傷が回避され、更に該周壁による振動の吸収効果も得られ、もって排気ガス浄化装置の耐久性が向上する。

請求項５の発明によれば、前記ベローズ構造の周壁を有する排ガス反応室は、内圧変動や熱変動による拡縮変形を生じても、外周囲に配置した長ボルトによって全体の曲がり変形が阻止されるため、該曲がり変形による破裂や亀裂等の損傷を生じず優れた耐久性が得られる。

請求項６の発明によれば、排ガス反応室の入口側では排気ガスが中心部の筒状の排ガス導入口から該反応室の周辺に向けて放射状に放出される一方、排ガス反応室の出口側では周辺から中心部の筒状の排ガス導出口へ向かう流れとなるため、排ガス反応室内での排気ガスの擾乱度合が激しくなり、それだけ窒素酸化物の分解反応が効率よく進行する。

請求項７の発明によれば、ディーゼルエンジンの排気ガスを対象として、前記アンモニア及び水蒸気の注入部よりも上流側に介装されたディーゼル微粒子フィルターにより、排気ガス中の微小粉塵粒子（ＰＭ）が除去される。

請求項８の発明によれば、前記のディーゼル微粒子フィルターが酸化触媒を担持したハニカムセラミック層からなるため、フィルター作用に加えて、触媒活性によってカーボンや炭化水素の酸化分解ならびに一酸化炭素（ＣＯ）の酸化が行われ、もって排気ガス中の微小粉塵粒子（ＰＭ）が更に低減されると共に、炭化水素や一酸化炭素も著しく低減される。

請求項９の発明によれば、内燃機関へ送る燃料油が磁気によって活性化され、該内燃機関での燃焼効率が向上することから、内燃機関から出た段階での排気ガス中の有害物質が減り、それだけ最終的に排出される排気ガスの有害物質量が少なくなる。

以下、本発明の排気ガス浄化装置をトラック用ディーゼルエンジンの排気ガス浄化に適用した実施形態について、図面を参照して具体的に説明する。

図１及び図２において、ＥはトラックＴのディーゼルエンジン、１は該エンジンＥからの排気ガス通路、２は排気ガス通路１の上流側に介装されたディーゼル微粒子フィルター（以下、ＤＰＦという）、３は排気ガス通路１の下流側に介装された排ガス反応室、４はＤＰＦ２と排ガス反応室３との間に介装された蛇腹管、５はＤＰＦ２と蛇腹管４との間において排気ガス通路１内にアンモニア水を霧状にして注入するアンモニヤ注入装置、６は燃料タンク、７は燃料タンク６とディーゼルエンジンＥとを繋ぐ燃料油供給経路、８は燃料油供給経路７に介装された燃料油活性化装置である。また、図２中、Ａはアクセルペダル、Ｃはアンモニヤ注入用コントローラー、Ｐはアンモニヤ注入用ポンプである。

ＤＰＦ２は、マフラー（消音器）形態の筒状ケーシング２０内に、白金（Ｐｔ）の如き酸化触媒を担持したハニカムセラミック層２１が装填されたものからなる。そのハニカムセラミック層２１はハニカムの気孔が交互に逆側を片側遮断された形で配列している。

排ガス反応室３は、ステンレス鋼製であり、図３（Ａ）（Ｂ）で詳細に示すように、ベローズ構造の周壁３ａを備えた横型円筒状になっている。また、この排ガス反応室３の排気ガス通路１に連通する排ガス導入口３１及び排ガス導出口３２は、当該排ガス反応室３内に中心線方向に沿って突入する短筒状に構成され、周壁３１ａ，３２ａがパンチングメタルにて多孔状をなすと共に、先端３１ｂ，３２ｂが閉塞している。そして、この排ガス反応室３の両側端板３ｂ，３ｃには、周方向３箇所に等配して突片３０が形成されており、両側端板３ｂ，３ｃの各々対向する突片３０，３０間に、排ガス反応室３の外周を三方から挟むように、長ボルト３３がナット３４…を介して止着されている。

アンモニヤ注入装置５は、タンク５１に収容したアンモニア水をポンプＰを介してノズル５２へ送り、ＤＰＦ２と蛇腹管４との間の排気ガス管路１１内へ該ノズル５２より霧状にして注入するようになっている。しかして、アンモニヤ注入用コントローラーＣは、ディーゼルエンジンＥの回転数に対応してポンプＰの吐出量を増減すると共に、アクセルペダルＡの踏み込み量がゼロ又は所定値以下になった際にポンプＰの吐出を停止又は絞るようになっている。また、タンク５１内のアンモニア水量が規定値まで減ったとき、これが液面レベルセンサ５３にて検知され、その検知信号によって運転席に設けた報知器５４が作動し、ブザーや音声又は発光によって運転者に知らせるようになっている。

上記構成の排気ガス浄化装置によれば、ディーゼルエンジンＥから排気ガス通路１に排出される排気ガスは、まずＤＰＦ２を通る過程で一次浄化されたのち、アンモニヤ注入装置５から供給されるアンモニア水の気化ガス（アンモニアと水蒸気）を混入し、蛇腹管４を経て排ガス反応室３内に流入し、ここでの反応によって二次浄化された上で、排気口（図示省略）へ続く排気ガス管路１２へ流入し、排気口より外部へ放出される。そして、この排気口より放出される段階では、窒素酸化物（ＮＯｘ）、炭化水素（ＨＣ）、一酸化炭素（ＣＯ）等の有害ガス成分が非常に少なく、且つ微小粉塵粒子（ＰＭ）が大幅に低減されて排気煙濃度も薄い状態になっている。

上記のＤＰＦ２での一次浄化では、フィルター作用によるＰＭや煤等の固形粒子の濾過除去と、触媒活性によるＰＭ構成成分のカーボン（Ｃ）や炭化水素（ＨＣ）の酸化分解ならびに一酸化炭素の酸化が行われる。その酸化反応を次に示す。なお、本来の微小粉塵粒子は３μｍ以下であるため、一般的に８μｍ程度までの固形粒子を除去対象とする通常のエアクリーナーでは除去できない。
（１）カーボン … Ｃ ＋ Ｏ₂ → ＣＯ₂ （炭酸ガス）
（２）炭化水素 … ＨＣ ＋ Ｏ₂ → Ｈ₂ Ｏ（水蒸気），ＣＯ₂
（３）一酸化炭素 … ２ＣＯ ＋ Ｏ₂ → ２ＣＯ₂

排ガス反応室３での二次浄化は、排気ガス中に含まれていた窒素酸化物（ＮＯｘ）のアンモニアとの反応による窒素ガスと水への分解である。すなわち、アンモニアには還元作用があり、次のような反応によって排気ガス中の一酸化窒素（ＮＯ）及び二酸化窒素（ＮＯ₂ ）から酸素を奪って窒素ガス（Ｎ₂ ）と水蒸気（Ｈ₂ Ｏ）を生成する。
（４） ２ＮＯ ＋ ２ＮＨ₄ ＯＨ → ２Ｎ₂ ＋ ４Ｈ₂ Ｏ ＋ Ｈ₂
（５） ４ＮＯ₂ ＋ ４ＮＨ₄ ＯＨ → ４Ｎ₂ ＋ 10Ｈ₂ Ｏ ＋ Ｏ₂
（６） ２Ｈ₂ ＋ Ｏ₂ → ２Ｈ₂ Ｏ

使用するアンモニア水としては、濃度が８％以上で１０％未満のものが好適である。これは、１０％未満という低濃度の場合、国連、危険物取扱い規則、消防法、劇毒法等の適用対象外であるように、取扱い上の危険性がなく、万一漏れた場合でも健康及び環境面で深刻な事態に至る懸念がないことによる。ただし、アンモニア水の濃度が８％未満になると後述するＮＯ_X 分解作用を充分に発揮できなくなるため、該濃度を８％以上とするが、±０．５％程度の誤差を見越して設定濃度を９％にすることが推奨される。

しかして、排ガス反応室３にあっては、ベローズ構造の周壁３ａによって大きな流れ抵抗を生じることに加え、短筒状をなして突入した排ガス導入口３１及び排ガス導出口３２の内端が閉塞し、多孔状の周壁３１ａ，３２ａよりガスが出入するから、入口側では中心から周辺に向けて放射状に排気ガスが放出され、出口側では周辺から中心部に向かう流れになり、導入口３１から導出口３２への直線的な流れを生じず、もって内部は激しい擾乱状態となって前記の窒素酸化物の分解反応が促進される。従って、排ガス反応室３の全長が短くとも高いＮＯｘ削減効果が得られる。

また、この排ガス反応室３はベローズ構造の周壁３ａを備えた横円筒状であるため、温度低下時には内面下部のベローズ溝部が液溜めとなり、凝縮水分及び余剰のアンモニア水は外部へ流出することなく貯留される。そして、この貯留分は次の温度上昇に伴って気化し、アンモニアは反応消費されると共に、凝縮水分は水蒸気として排気ガスに付随して排出される。

排気ガスの排出量はエンジン回転数に略比例して増減するが、このエンジン回転数を回転数センサー（図示省略）で検出し、その検出信号に基づいてアンモニヤ注入用コントローラーＣがアンモニア水の注入量をエンジン回転数に応じて段階的又は連続的に増減するから、該排出量の変動によるアンモニア水の注入量の過不足を生じず、高いＮＯｘ効率が安定的に維持される。因みに、トラック用ディーゼルエンジンＥのエンジン回転数と９％アンモニア水の好適注入量との関係を例示すれば、エンジン排気量毎の目安は次の表１のようになる。

しかして、例えば坂道での下り走行状態とか、信号待ちや渋滞中のアイドリング状態のようにエンジンＥにかかる負荷が小さい状況下では、排気ガス中に含まれるＮＯｘ量も少なくなるが、かかる状況においては運転者がアクセルペダルＡから足を離すか踏み込みを弛めることを利用し、該アクセルペダルＡの踏み込み量がゼロ又は所定値以下になった際にアクセルスイッチ（図示省略）で検知し、その検知信号に基づいてコントローラーＣがアンモニア水の注入を停止又は減少させる。従って、エンジンＥにかかる負荷の小さい状況下で、アンモニア水が注入過多になって未反応状態で排気ガスに混じって放出される懸念はない。

一方、ディーゼルエンジンＥの稼働状況によって排気ガスの排出量が変化するため、排ガス反応室３内の圧力が大きく変動するが、本実施形態では該圧力変動に対応してベローズ構造の周壁３ａが拡縮変形する。また、エンジン停止時と運転時とで排ガス反応室３内に大きな温度差を生じるが、この温度変動に伴う膨張・収縮の寸法変化もベローズ構造の周壁３ａによって吸収される。しかも、このように前記圧力や温度の変動に伴って周壁３ａが拡縮変形しても、外周囲に配置した長ボルト３３によって排ガス反応室３全体の曲がり変形が阻止される。従って、本実施形態では、前記圧力や温度の変動による排ガス反応室３の器壁の破裂や亀裂ならびに取付部の損傷が回避され、優れた耐久性が得られる。

なお、排ガス反応室３の上流側に介在させた蛇腹管４は、排ガス反応室３と同様のベローズ構造の周壁の伸縮性を利用し、エンジン稼働や走行に伴う振動の吸収と、圧力及び温度の変動による排気ガス通路１全体の伸縮の吸収を担い、もって管路全体の耐久性を高めるように機能している。無論、排ガス反応室３においても、ベローズ構造の周壁３ａによる振動吸収作用はある。

ところで、上記の一次浄化と二次浄化の作用自体は処理順序が前後逆であっても支障なく発揮されるが、アンモニア水の注入によって排気ガス温度はある程度低下する一方、ＤＰＦ２での触媒活性による酸化反応には高温が望ましいことから、本実施形態のようにアンモニア水の注入をＤＰＦ２の下流側で行う構成が推奨される。また、エンジンＥからＤＰＦ２の出口までの排気ガス通路１は、ガラスウール等の断熱材で包み込み、その外周をアルミ箔等で被覆して保温することが好ましい。しかして、排気ガス温度は、例えばディーゼルエンジンＥを出た段階で４８０℃程度である場合、上記保温により、ＤＰＦ２の出口で３５０〜４００℃程度、排ガス反応室３の出口で２３０℃程度となる。

燃料油供給経路７に介装された燃料油活性化装置８は、図４に示すように、円筒状ケース８１に中心線に沿う固定軸８２が貫設され、この固定軸８２に異方性フェライト等よりなる多数枚の強磁石板８３…が一定間隔置きに止着された構造を有している。そして、これら強磁石板８３…は、各々が略正方形の角部を円弧状に切除した形状を備えており、その周方向の向きが順次少しずつ変わるようにして固定軸８２に止着され、もって正方形の四辺とケース８１の内周面との間に構成される流通間隙の位置がケース軸方向で順次変化するように設定している。８４はケース２４内の要所で固定軸２５を保持する保持板で、円形の一部が流通間隙として切除された形状を備え、ケース８１に一体化されている。

しかして、この燃料油活性化装置８では、燃料タンク６より供給される軽油が、円筒状ケース８１の一端に設けた入口８ａより流入し、各強磁石板８３とケース８１の内周面との間を順次通過して出口８ｂに至る過程で、強磁石板８３…による強い磁力作用を受けて活性化する。従って、ディーゼルエンジンＥでの燃焼効率が向上し、燃費が低減すると共に、該エンジンＥから出た段階での排気ガス中の有害物質が減り、それだけ最終的に排出される排気ガスの有害物質量が少なくなる。

本発明の排気ガス浄化装置は、実施形態で用いたような燃料油活性化装置及びＤＰＦの一方又は両方を省略した構成を包含するが、特に微小粉塵粒子（ＰＭ）を効果的に低減する上でＤＰＦの使用が推奨される。しかして、ＤＰＦとしては、種々の構造の市販品を使用でき、その中でも前記実施形態で用いたような触媒活性を有するものが望ましいが、フィルター機能のみでもＰＭ削減能力が高いものであれば好適に使用できる。なお、前記実施形態で用いたＤＰＦ２のように酸化触媒をセラミックに担持させた構成では、セラミックより放射される遠赤外線効果によって触媒活性が高められるため、例えば道路の渋滞によってエンジン回転数が落ちている場合等、排気ガス温度が低下している状態でも高いＰＭ削減率を達成できる。

なお、排ガス反応室については、前記実施形態のような周壁及び排ガス導出入口の構造が推奨されるが、内部で排気ガスの擾乱状態を現出可能であれば、他の構造であっても差し支えない。ただし、ベローズ構造の周壁の採用は、既述のように圧力及び温度の変動に対応できる点で有利である。また、前記実施形態では排ガス反応室３の上流側に伸縮及び振動吸収用の蛇腹管４を配しているが、ＤＰＦ２や排ガス反応室３の据え付け状態によっては、このような蛇腹管４は省略可能である。その他、本発明の排気ガス浄化装置の細部構成については実施形態以外に種々設計変更可能である。また、前記実施形態では内燃機関として燃料に軽油を用いるディーゼルエンジンを例示したが、本発明の排気ガス浄化装置はディーゼルエンジン以外の種々の内燃機関にも同様に適用可能である。

次に、本発明の排気ガス浄化装置による自動車ディーゼルエンジンの排気ガス浄化の実施例について、該排気ガス浄化装置を用いない比較例と対比して説明する。

比較例１・実施例１
下記の自動車Ａを用い、比較例１では排気ガス浄化装置を搭載せずに表２に示す１３運転モードで、実施例１では図２に示す装置構成の排気ガス浄化装置を搭載して表４に示す１３運転モードで、それぞれ試験を行って希釈排出ガス成分濃度（ＣＯ，ＨＣ，ＮＯ_X ，ＣＯ₂ ）、希釈率、希釈排出ガス量、時間当たりのガス排出量、ＰＭ総排出量を測定した。その結果を比較例１は表３に、実施例１は表５に示す。なお、試験内容と浄化装置構成の詳細は次のとおりである。

〔自動車Ａ〕
車名・型式 ： 日野ディーゼルトラック Ｕ−ＦＤ３ＨＬＡＫ
走行距離数 ： ４９０３７９ｋｍ（比較例１）、４９０３１１ｋｍ（実施例１） 車両総重量 ： ５５３０ｋｇ
エンジン型式 ： Ｈ０７Ｄ（４サイクル−６気筒）
総排気量 ： ７．４１２Ｌ

〔試験内容〕
試験機関 ： 財団法人 日本車両検査協会 自動車試験所
試験期日 ； 平成１５年１２月２日
試験項目 ：
（１）シャシダイナモメータによるディーゼル自動車１３モード排出ガス試験
（２）ディーゼル排気煙濃度試験（フリーアクセルモード）
使用燃料 ： 低硫黄軽油

〔浄化装置構成〕
ＤＰＦ ： Ｄｉｎａｘ Ａ／Ｓ社製ＳＯＯＴＥＸ−ＲＮ４１（白金担持ハニカムセ ラミック型ＤＰＦ）
アンモニア注入装置 ： タンク…ＳＵＳ３０４製−容量５０Ｌ、ポンプ…最大吐出 量４５０ｍｌ／ｍｉｎ、使用アンモニア水濃度９％、注入量…表１を基準
排ガス反応室 ： 牧田運送社製ＭＢ０００１（図３の構造で全てＳＵＳ３０４製） 反応室…全長５００ｍｍ，外径２００ｍｍ
導出入口…内径７７ｍｍ、反応室内突入長さ２００ｍｍ、周壁に径５ｍｍの 孔が１５０個（周方向１５列、径方向１０列）
燃料油活性化装置 ： 牧田運送社製Ｆｕｔｕｒｅｓ

比較例２・実施例２
下記の自動車Ｂを用い、比較例２では排気ガス浄化装置を搭載せずに表６に示す１３運転モードで、実施例２では図２に示す装置構成の排気ガス浄化装置を搭載して表８に示す１３運転モードで、それぞれ試験を行って希釈排出ガス成分濃度、希釈率、希釈排出ガス量、時間当たりのガス排出量、ＰＭ総排出量を測定した。その結果を比較例２は表７に、実施例２は表９に示す。なお、浄化装置構成の詳細は実施例１と同じである。

〔自動車Ｂ〕
車名・型式 ： ニッサンディーゼルトラック ＫＣ−ＭＫ２１１ＨＨ
走行距離数 ： １６６２７５ｋｍ（比較例２）、１６６１３２ｋｍ（実施例２） 車両総重量 ： ７９９０ｋｇ
エンジン型式 ： ＦＥ６（４サイクル−６気筒）
総排気量 ： ６．９２５Ｌ

〔試験内容〕
試験機関 ： 財団法人 日本車両検査協会 自動車試験所
試験期日 ； 平成１５年１０月１６日
試験項目 ：
（１）シャシダイナモメータによるディーゼル自動車１３モード排出ガス試験
（２）ディーゼル排気煙濃度試験（フリーアクセルモード）
使用燃料 ： 低硫黄軽油

実施例３
比較例２及び実施例２で用いた自動車Ｂについて、実施例２と同じ排気ガス浄化装置を搭載して稼働させながら、九州地区で高速道路及び一般道路を含む３０，０００ｋｍの実走行耐久テストを行ったところ、走行期間中に該浄化装置の異常や取付部位の損傷は全く認められなかった。そして、この実走行耐久テスト後に、（財）日本車両検査協会 自動車試験所で比較例２及び実施例２と同様の試験を行った（試験期日…平成１５年１１月２８日）。その１３運転モードを表１０に、試験結果を表１１にそれぞれ示す。

表１２に、上記比較例１，２及び実施例１〜３の試験による排ガス成分とＰＭの平均排出量と本発明による削減率（％）ならびに黒煙排出量を示す。なお、平均排出量は各成分の排出量合計を仕事量の合計で割った値である。

この表１２に示すように、本発明の排気ガス浄化装置を用いた場合は、３万ｋｍの実走行耐久性テスト後（実施例３）を含めて、浄化装置のない場合（比較例１，２）に比べ、排気ガス中の窒素酸化物（ＮＯ_X ）では８０％以上、微小粉塵粒子（ＰＭ）も８５％以上といった極めて高い削減率が得られており、更に一酸化炭素（ＣＯ）や黒煙では略１００％、炭化水素（ＨＣ）についても５０％前後と大幅に低減している。従って、本発明の排気ガス浄化装置によれば、排気ガス中の有害成分を効果的に低減できることが判る。

実施例４
下記の自動車Ｃを用い、図２に示す装置構成の排気ガス浄化装置を搭載して表１３に示す１３運転モードで試験を行って希釈排出ガス成分濃度（ＣＯ，ＨＣ，ＮＯ_X ，ＣＯ₂ ）、希釈率、希釈排出ガス量、時間当たりのガス排出量を測定した。その結果を表１４示す。試験内容と浄化装置構成の詳細は次のとおりである。

〔自動車Ｃ〕
車名・型式 ： 三菱ディーゼルトラック Ｐ−ＦＵ４１５Ｎ改
走行距離数 ： ８１３２８４ｋｍ
車両総重量 ： １９７１５ｋｇ
エンジン型式 ： ８ＤＣ９（４サイクル−８Ｖ気筒）
総排気量 ： １６．０Ｌ

〔試験内容〕
試験機関 ： 財団法人 日本自動車研究所
試験期日 ； 平成１６年７月５日
試験項目 ： シャシダイナモメータによるディーゼル自動車１３モード排出ガス 試験
使用燃料 ： 低硫黄軽油

〔浄化装置構成〕
ＤＰＦ ： Ｄｉｎａｘ Ａ／Ｓ社製ＳＯＯＴＥＸ−ＲＮ４３（白金担持ハニカムセ ラミック型ＤＰＦ）
アンモニア注入装置 ： タンク…ＳＵＳ３０４製−容量９８Ｌ、ポンプ…最大吐出 量４５０ｍｌ／ｍｉｎ、使用アンモニア水濃度９％、注入量…表１を基準
排ガス反応室 ： 牧田運送社製ＭＢ０００４（図３の構造で全てＳＵＳ３０４製） 反応室…全長５００ｍｍ，外径３００ｍｍ
導出入口…内径７７ｍｍ、反応室内突入長さ２００ｍｍ、周壁に径５ｍｍの 孔が１５０個（周方向１５列、径方向１０列）
燃料油活性化装置 ： 牧田運送社製Ｆｕｔｕｒｅｓ

実施例５
下記の自動車Ｄを用い、図２に示す装置構成の排気ガス浄化装置を搭載して表１５に示す１３運転モードで試験を行って希釈排出ガス成分濃度（ＣＯ，ＨＣ，ＮＯ_X ，ＣＯ₂ ）、希釈率、希釈排出ガス量、時間当たりのガス排出量を測定した。その結果を表１６に示す。なお、期日を含む試験内容と浄化装置構成の詳細は実施例４と同じである。

〔自動車Ｄ〕
車名・型式 ： いすずディーゼルトラック Ｐ−ＣＸＭ１９Ｐ改
走行距離数 ： １５２１１５ｋｍ
車両総重量 ： １９９７５ｋｇ
エンジン型式 ： １０ＰＣ１（４サイクル−１０Ｖ気筒）
総排気量 ： １５．０Ｌ

次の表１７は上記実施例４，５の試験による排ガス成分の平均排出量を示す。この表１７より、車両総重量が２０トン近い大型ディーゼルトラックにおいても、本発明の排気ガス浄化装置を用いることにより、排気ガス中のＮＯｘやＰＭを始めとする有害成分を非常に少なくできることが判る。

実施例６
実施例２で用いた自動車Ｂ及び実施例４で用いた自動車Ｄについて、実施例２及び実施例４と同じ排気ガス浄化装置を各々搭載して稼働させながら、国道２号線の芦屋−宝塚間５７ｋｍの実走行を行い、この走行全区間中を通して荷台に載った作業者が半導体製造ガス検知器（新コスモ電機社製ＸＤ３０３アンモニア）により、排気口から放出される排気ガス中のアンモニア濃度を継続的に測定した。しかして、この区間は標高約６００ｍの有馬温泉を経る上り下りとカーブの多いコースであり、しかも途中での信号による停止が芦屋側で４６回、宝塚側で２１回もあったが、排気ガス中のアンモニア濃度はエンジンの負荷状態に関わらず、自動車Ｂでは終始０．１ｐｐｍ以下、自動車Ｄでは終始０ｐｐｍ（測定限度外）であった。この結果から、本発明の排気ガス浄化装置は、処理剤にアンモニア水を利用するが、エンジンＥにかかる負荷の変動が大きく且つ頻繁に起こる状況下でも、アンモニア水が排気ガスに混じって放出される懸念がないことが判る。

本発明の一実施形態に係る内燃機関の排気ガス浄化装置を取り付けたトラックの概略側面図である。 同排気ガス浄化装置の概略構成図である。 同排気ガス浄化装置の排ガス反応室を示し、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ線の断面矢視図である。 同排気ガス浄化装置に用いる燃料油活性化装置の縦断側面図である。

符号の説明

１ 排気ガス通路
２ ディーゼル微粒子フィルター
３ 排ガス反応室
３ａ 周壁部
３１ 排ガス導入口
３１ａ 周壁
３１ｂ 内端
３２ 排ガス導出口
３２ａ 周壁
３２ｂ 内端
３３ 長ボルト
５ アンモニア注入装置
５１ アンモニア水タンク
６ 燃料タンク
７ 燃料油供給経路
８ 燃料油活性化装置
８１ 筒状ケーシング
８３ 強磁石
Ａ アクセルペダル
Ｃ アンモニヤ注入用コントローラー
Ｅ ディーゼルエンジン
Ｐ アンモニヤ注入用ポンプ

Claims (9)

1. 内燃機関の排気ガス通路に排ガス反応室を介装し、この排ガス反応室に流入する排気ガス中にアンモニア及び水蒸気を注入する注入手段を設けてなる内燃機関の排気ガス浄化装置。
2. 前記注入手段が、排ガス反応室の上流側で排気ガス中にアンモニア水を霧状にして注入するアンモニヤ注入装置からなる請求項１記載の内燃機関の排気ガス浄化装置。
3. 前記アンモニア水の濃度が８％以上で１０％未満である請求項２に記載の内燃機関の排気ガス浄化装置。
4. 前記排ガス反応室がベローズ構造の周壁を有する横型筒状に構成されてなる請求項１〜３のいずれかに記載の内燃機関の排気ガス浄化装置。
5. 前記ベローズ構造の周壁を有する筒状の排ガス反応室の両側端板間に、複数本の曲がり防止用長ボルトが当該排ガス反応室を外側から挟むように配設されてなる請求項４記載の内燃機関の排気ガス浄化装置。
6. 前記排ガス反応室の排ガス導入口及び排ガス導出口が、当該排ガス反応室内に中心線方向に沿って突入する短筒状に形成され、その周壁が多孔状をなすと共に、内端が閉塞してなる請求項１〜５のいずれかに記載の内燃機関の排気ガス浄化装置。
7. 内燃機関がディーゼルエンジンであり、前記アンモニア及び水蒸気の注入部よりも上流側の排気ガス通路にディーゼル微粒子フィルターが介装されてなる１〜６のいずれかに記載の内燃機関の排気ガス浄化装置。
8. 前記ディーゼル微粒子フィルターが酸化触媒を担持したハニカムセラミック層からなる請求項７記載の内燃機関の排気ガス浄化装置。
9. 燃料タンクと内燃機関とを繋ぐ燃料油供給経路に、筒状ケーシング内に複数の強磁石が配置し、燃料油をこれら強磁石に接触して通過させる燃料油活性化装置を介装してなる請求項１〜８のいずれかに記載の内燃機関の排気ガス浄化装置。
   

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