JP2793415B2 - エンジン排ガス中のNOx低減装置 - Google Patents

エンジン排ガス中のNOx低減装置

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、エンジンの排ガスに含
まれる窒素酸化物(以下、NOxという)を低減する装
置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】この種のNOx低減装置として、ガソリ
ンエンジンではロジウム、白金、パラジウムの三元触媒
を用いて排ガスに含まれるNOxの80%程度を除去し
ている。しかしこの三元触媒は希薄燃焼方式の場合、即
ち空燃比を高めて酸素を共存させた場合にはNOxを殆
ど除去できない。またディーゼルエンジンでは主として
燃料噴射方式を改良するか、或いは燃費を落とす等の方
策によりNOxの排出を抑制している。最近、上記NO
xの低減法の欠点を改善した銅イオン交換ゼオライト触
媒によるNOxの低減技術が提案されている(岩本正
和;自動車技術, Vol.45, No.11,1991)。このNOxの
低減技術によれば、銅イオン交換ゼオライト触媒上で酸
素と炭化水素が共存すると、主として300〜500℃
の温度範囲でNOの選択還元が高効率で触媒的に進行
し、ディーゼルエンジン、希薄燃焼方式ガソリンエンジ
ン等の排ガス浄化が可能になる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかし、従来のNOx
を低減する触媒は勿論のこと、上記銅イオン交換ゼオラ
イト触媒によるNOxの低減技術によっても、エンジン
の始動時又は軽負荷時等の排気温度が300℃未満と低
いときには、NOxのN2への転化が不十分で、排ガス
中のNOxを効率良く低減できない不具合があった。本
発明の目的は、エンジンの排気温度が低い場合において
も、高い効率で排ガスに含まれるNOxを低減し得るエ
ンジン排ガス中のNOx低減装置を提供することにあ
る。
【0004】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明の構成を実施例に対応する図1に基づいて説明
する。本発明のNOx低減装置は、エンジン10の排気
管12に設けられたNOx触媒14と、このNOx触媒
14の排ガス上流側に設けられNOx触媒14に向けて
炭化水素系液体27を噴射可能な第1噴射ノズル21
と、この第1噴射ノズル21に前記液体27を供給する
炭化水素系液体供給手段26とを備える。そしてその特
徴ある構成は、第1噴射ノズル21の排ガス上流側に設
けられた酸化触媒13と、この酸化触媒13の排ガス上
流側に設けられ酸化触媒13に向けて液体供給手段26
により前記液体27を噴射可能な第2噴射ノズル22
と、第1噴射ノズル21及び第2噴射ノズル22への前
記液体27の供給割合を調整可能な切換弁24と、エン
ジン10の運転状態に応じて前記切換弁24を切換える
コントローラ40とを備えたことにある。なお、酸化触
媒13よりエンジン側の排気管12内にヒータ31を備
え、コントローラ40がエンジン10の運転状態に応じ
てヒータ31を発熱制御することが好ましい。
【0005】
【作用】排気温度の低いエンジンの運転状態になると、
コントローラ40は切換弁24を切換えて第2噴射ノズ
ル22から酸化触媒13に炭化水素系液体27を噴射す
る。排ガスに含まれるHC濃度がこの液体27の噴霧に
より高まって酸化触媒上での酸化反応が高まり、その反
応熱により酸化触媒13を通過した排ガスの温度が上昇
する。昇温した排ガス中のNOxがNOx触媒14に接
触し、そこで第1噴射ノズル21から噴射された液体2
7が還元剤となって作用すると、排気温度が高まってい
るため、排ガス中のNOxはN2に高い効率で転化す
る。
【0006】
【実施例】次に本発明の一実施例を図面に基づいて詳し
く説明する。図1に示すように、ディーゼルエンジン1
0の排気マニホルド11には排気管12が接続される。
この排気管12の途中にはエンジン側から酸化触媒13
とNOx触媒14がこの順に収容された触媒コンバータ
16が設けられる。17はマフラーである。この例で
は、酸化触媒13はアルミナに白金を担持させて構成さ
れ、NOx触媒14は銅イオン交換ゼオライト(Cu−
ZSM−5)により構成される。この銅イオン交換ゼオ
ライトはゼオライトが含んでいるナトリウムイオンを銅
イオンに置き換えた物質であって、酸素を吸込みにくい
うえ、吸着してもすぐに放出してしまう性質を有する。
このNOx触媒14の排ガス上流側には第1噴射ノズル
21がNOx触媒14に向けて設けられ、酸化触媒13
の排ガス上流側には第2噴射ノズル22が酸化触媒13
に向けて設けられる。
【0007】第1噴射ノズル21には供給管23が接続
され、この供給管23は切換弁24及びポンプ26を介
して炭化水素系液体27が入ったタンク28に配管され
る。この例では炭化水素系液体27は軽油である。第2
噴射ノズル22には供給管29が接続され、この供給管
29は切換弁24に接続される。切換弁24はポンプ2
6から圧送された液体27の第1噴射ノズル21及び第
2噴射ノズル22への供給割合を調整可能な電磁弁であ
る。また酸化触媒13の排ガス上流側の排気管12内に
は電熱ヒータ31が設けられる。切換弁24、ポンプ2
6及びヒータ31にはコントローラ40の制御出力が接
続され、このコントローラ40の制御入力にはエンジン
10の回転速度を検出する回転センサ32と、エンジン
の負荷を検出する噴射ポンプ33のロードレバー位置セ
ンサ34と、触媒コンバータ16のNOx触媒14に流
入する排気温度を検出する温度センサ36とが接続され
る。コントローラ40は図示しないメモリを備える。こ
のメモリにはエンジンの回転速度、負荷及び排気温度に
応じて噴射ノズル21及び22からNOx触媒14及び
酸化触媒13に供給すべき炭化水素系液体27の量が予
め記憶されている。
【0008】このような構成のNOx低減装置の動作を
説明する。先ず、エンジン10が軽負荷で、かつ低速域
の運転状態のときには、排気マニホルド11から排出さ
れる排気温度は300℃未満であるため、コントローラ
40は切換弁24を切換えてポンプ26により圧送され
た液体27を第1噴射ノズル21と第2噴射ノズル22
の双方より所定量ずつ噴射する。第2噴射ノズル22か
らの噴射量は酸化触媒13においてHC濃度を増加させ
るためであるので、第1噴射ノズル21からの噴射量と
比べて微量である。なお、寒冷地のエンジン始動時のよ
うに、排気マニホルド11から排出される排気温度が極
めて低いときには、コントローラ40は電熱ヒータ31
に通電し、触媒コンバータ16に流入する前の排ガスを
予熱する。液体27が噴射された酸化触媒13では、排
ガスに含まれるHC濃度がこの液体27の噴霧により高
まるため、このHCをはじめとしてCOの酸化反応が促
進され、H2OやCO2に転化される。酸化触媒13の反
応熱により酸化触媒13を通過した排ガスの温度が上昇
する。これによりNOx触媒14の流入前の排気温度は
300〜500℃の範囲に入り、NOx触媒14におい
て排ガスに含まれているNOxをN2に目標値通りに転
化することができる。温度センサ36が排気温度の高ま
りを検出すると、コントローラ40は第2噴射ノズル2
2からの液体の噴射を止める。
【0009】また、エンジン10が中負荷又は高負荷
で、かつ中高速域の運転状態のときには、コントローラ
40は切換弁24を切換えてポンプ26により圧送され
た液体27を第1噴射ノズル21のみから所定量噴射す
る。この運転状態ではエンジンの排気温度は酸化触媒1
3の反応熱も加わって、300〜500℃の範囲に入っ
ているので、NOx触媒14におけるNOからのN2
の転化率は高い。
【0010】なお、上記例では炭化水素系液体として軽
油を用いたが、本発明はこれに限るものではない。ま
た、寒冷地でのエンジンの運転がない場合には、ヒータ
を特別に設けなくてもよい。
【0011】
【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、N
Ox触媒の排ガス上流側に酸化触媒とこの酸化触媒の酸
化反応を促進させる手段を設け、排気温度が低いときに
は酸化反応を促進させて、この酸化反応熱によりNOx
触媒流入前の排気温度を高めることにより、エンジンの
排気温度が低い場合においても、高い効率で排ガスに含
まれるNOxを低減することができる。特に、本発明で
は、NOxのみならず、酸化触媒においてHC及びCO
をも低減でき、排ガス中の有害ガス三成分を清浄化する
ことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例のNOx低減装置の構成図。
【符号の説明】
10 エンジン 12 排気管 13 酸化触媒 14 NOx触媒 21 第1噴射ノズル 22 第2噴射ノズル 24 切換弁 26 ポンプ(炭化水素系液体供給手段) 27 炭化水素系液体 31 ヒータ 40 コントローラ
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) F01N 3/08 - 3/36

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 エンジン(10)の排気管(12)に設けられた
    NOx触媒(14)と、 前記NOx触媒(14)の排ガス上流側に設けられ前記NO
    x触媒(14)に向けて炭化水素系液体(27)を噴射可能な第
    1噴射ノズル(21)と、 前記第1噴射ノズル(21)に前記液体(27)を供給する炭化
    水素系液体供給手段(26)とを備えたエンジン排ガス中の
    NOx低減装置において、 前記第1噴射ノズル(21)の排ガス上流側に設けられた酸
    化触媒(13)と、 前記酸化触媒(13)の排ガス上流側に設けられ前記酸化触
    媒(13)に向けて前記液体供給手段(26)により前記液体(2
    7)を噴射可能な第2噴射ノズル(22)と、 前記第1噴射ノズル(21)及び前記第2噴射ノズル(22)へ
    の前記液体(27)の供給割合を調整可能な切換弁(24)と、 前記エンジン(10)の運転状態に応じて前記切換弁(24)を
    切換えるコントローラ(40)とを備えたことを特徴とする
    エンジン排ガス中のNOx低減装置。
  2. 【請求項2】 酸化触媒(13)よりエンジン側の排気管(1
    2)内にヒータ(31)を備え、コントローラ(40)がエンジン
    (10)の運転状態に応じて前記ヒータ(31)を発熱制御する
    請求項1記載のエンジン排ガス中のNOx低減装置。
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