JP2798219B2 - 内燃機関の脱硝装置 - Google Patents

内燃機関の脱硝装置

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JP2798219B2 JP2047348A JP4734890A JP2798219B2 JP 2798219 B2 JP2798219 B2 JP 2798219B2 JP 2047348 A JP2047348 A JP 2047348A JP 4734890 A JP4734890 A JP 4734890A JP 2798219 B2 JP2798219 B2 JP 2798219B2
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順 泉
昭典 安武
暁 芹澤
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【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は内燃機関(火花点火ガソリンエンジン、ガス
エンジン、ディーゼルエンジン)に適用される内燃機関
の脱硝装置に関する。
〔従来の技術〕
従来ディーゼルエンジンでは、ボイラと同様に排ガス
中のNOxとほぼ等モルのアンモニアを加えた後、NOx還元
触媒と接触させてN2とH2Oに転換する方法が採用されて
いる。また火花点火ガソリンエンジン及びガスエンジン
については、従来排ガス流路に白金−ロジウム−パラジ
ウム系の三元系触媒層をおき、排ガス中の酸素濃度をほ
ぼ0%となるように理論混合比にて燃焼させ運転するこ
とによってNOxの接触分解を高脱硝率に維持する方法が
採られている。
〔発明が解決しようとする課題〕
ところが従来例で述べたアンモニア還元触媒脱硝法で
は、NOxと等モルのアンモニアが必要という変動費上の
負担があり、さらにNOxに対する過剰なアンモニアの投
入はアンモニア排出による環境二次汚染を引き起す懸念
がある。
又過剰空気量の多いディーゼルエンジンにおいては、
三元触媒を使用する方法では火花点火エンジンに於ける
効率のよいリーンバーンシステムでの脱硝が不可能であ
る。
そこで銅〔Cu(II)〕イオン交換型高シリカゼオライ
トあるいはメタロシリカ系触媒を用いると、灯油や軽油
等の低級不飽和炭化水素により、ディーゼルエンジンや
火花点火リーンバーンエンジンの排ガス中のNOxをO2
在下でも効率よく脱硝させることが出来るが、これを実
現させる為には雰囲気が高温であることが望ましい。従
って、シリンダからの排気の直前又は直後の温度の高い
時期に少量の燃料をシリンダ内あるいは排気管内に投入
し、排気中のNOxの分解効率を高めることを考えた。
なお、シリンダ又は排気管内に投入する少量の前記燃
料が過剰のときは未反応の炭化水素(HC)や一酸化炭素
(CO)を排出することになる。また炭化水素量が不十分
であると十分に酸化窒素は還元できない。そこでさらに
供給するNOx還元用燃料(炭化水素)の量を適正化する
ことを考えた。
〔課題を解決するための手段〕
本発明に係る内燃機関の脱硝装置は、銅〔Cu(II)〕
イオン交換型シリカゼオライトあるいはメタロシリカ系
触媒を充填した触媒層を内燃機関の排気管内へ装着し、
第1発明では触媒層の上流の排気管からシリンダ内迄の
間の高温の排ガス中に少量燃料供給弁により燃料の一部
を少量供給し、適当な分子量の不飽和炭化水素に分解さ
せ、該低級不飽和炭化水素とNOxを含んだ排ガスとを混
合した上銅〔Cu(II)〕イオン交換型高シリカゼオライ
トあるいはメタロシリカ系の触媒層を通過させるように
した。
又第2発明では前記触媒層の下流に酸化窒素センサ17
を配設して、該センサよりの信号を前記クランク角度セ
ンサ(9)よりの信号と合せてNOx還元用の少量燃料供
給弁(3)の開弁コントローラに入力し、シリンダ又は
排気管に注入する還元用の少量燃料量の適正化をはかっ
たものである。
〔作 用〕
内燃機関において第1発明では少量の燃料を排気弁の
開弁直前又は排気中にシリンダ又は触媒層の上流排気管
内に噴射すると、排気ガスは前記タイミングでは比較的
高温なガスであるため、完全に蒸発して適度に分解し、
排気のNOxガスと接触し易くなり触媒上での脱硝反応に
好都合な低級不飽和炭化水素を形成する。また排気中の
酸素濃度は新気に比較して十分に低く、又排気中に注入
されたNOxの還元用少量燃料は、それが発火燃焼に至る
まで排気ガス温度は高くない。従ってCu(II)イオン交
換型高シリカゼオライトあるいはメタロシリカ系触媒の
触媒層により、供給された少量の燃料から生成される低
級不飽和炭化水素ガスと排気中のNOxとが適当な温度で
接触するため、高効率でNOxを還元しN2とH2Oとに分解
し、排ガスを無公害とすることができる。
さらに第2発明では触媒層16の下流にNOxセンサ17を
設け、その出力をクランク角度センサ9の出力と共に開
弁コントローラ8に入力しているため、還元用の注入少
量燃料量が適正化され、一層の高効率のNOxの分解作用
効果が期待できる。
〔実施例〕
以下第1〜2図を参照し本発明の実施例について説明
する。
第1〜2図は第1発明に係わるもので、第1図は第1
実施例の説明図、第2図は第2実施例の説明図である。
1はシリンダ、2は燃料噴射弁、3は本発明に係る少
量の燃料を排気弁の開弁直前に噴射供給する少量燃料供
給弁でエンジンのシリンダ内に装着される。4は高圧の
燃料噴射ポンプ、5は高圧燃料噴射管、6は少量燃料供
給ポンプへ燃料を供給する燃料供給管、7は燃料供給管
から分岐された燃料管に設けられた少量燃料噴射ポン
プ、8は少量燃料供給弁の開弁コントローラ、9は開弁
時期を検知するクランク角度センサでその出力を開弁コ
ントローラに入力している、10は少量燃料供給管、11は
燃料タンク、12はディーゼルエンジンの給気管、13は給
気集合管、14はディーゼルエンジンの排気管、15は排気
集合管、16は排気集合管に連結されたCu(II)イオン交
換型高シリカゼオライトあるいはメタロシリカ系触媒を
用いた触媒層である。
次に前記第1発明に係る第1実施例の作用について説
明する。
この第1実施例では機関に装着されたクランク角度セ
ンサ9によりクランク角度を検知し、これをNOx還元用
の少量燃料供給弁3の開弁コントローラ8に入力して、
排気弁の開弁する前あるいは排気期間中に前記少量燃料
供給弁を開弁させる。
この時シリンダ内はかなりの高温(500〜600℃程度以
上)であるので、供給された少量の供給燃料(炭化水
素)は適度に分解され、低級不飽和炭化水素を形成す
る。該低級不飽和炭化水素と高温のシリンダ内のガス中
のNOxとは十分に混合されながら排出され、排気集合管
の下流に設置された前記触媒層16に導びかれる。このよ
うにして排気中のNOxと、供給生成された前記低級不飽
和炭化水素とは、銅イオン交換型高シリカゼオライトあ
るいはメタロシリカ系触媒上で反応し、排気中に酸素が
存在していてもN2とH2Oに分解され無害化される。
第2図はディーゼルエンジンに適用される第1発明の
第2実施例である。この第2実施例は、前述の第1実施
例において少量燃料供給弁3がシリンダに配設されてい
たのに対し、この少量燃料供給弁30は排気集合部に装着
されている点が相違するのみで、それらの作用効果は殆
ど相違はない。
なおこれらの実施例は、単にディーゼルエンジンに適
用されるに止まらず、火花点火リーンバーンエンジン
(ガソリンエンジン、ガスエンジン)等、排気中の酸素
濃度が高い場合の脱硝でも十分に有効である。
第3〜4図は第2発明に係るもので、触媒層17の下流
の排気管内に酸化窒素センサ17を設け、該センサからの
信号を第1発明で述べたクランク角度センサ9よりの信
号に合わせて開弁コントローラ8に入力し、特に排気中
のNOxに応じた量の少量の燃料をシリンダ内あるいは排
気管内に投入し、排気中のNOxの分解効率をさらに高め
ると同時に他の排気有害物質の排出をも抑制しようとし
たものである。
第3図は第2発明の第3実施例で、第1発明の第1実
施例と同様に少量燃料供給弁3をシリンダに配設したも
のであり、第4図は第2発明の第4実施例で、少量燃料
弁30を第1発明の第2実施例と同様に前記触媒層16の上
流排出集合管15に配設したのが特徴である。
〔発明の効果〕
排気弁の開弁前のシリンダ内のガスあるいは排気弁開
弁直後の排ガスは温度が高い(低負荷でも500〜600℃程
度)。従って第1発明では、クランク角センサより入力
した開弁コントローラを介してシリンダ内あるいは触媒
層前の排気集合管内の少量燃料供給弁を開いて少量の燃
料(炭化水素)を排ガス中に供給し、高温で適度に分解
させて低級不飽和炭化水素を生成させ、該低級不飽和炭
化水素をシリンダ内ガスあるいは排ガス中のNOxと十分
に混合して銅イオン交換型高シリカゼオライトあるいは
メタロシリカ系触媒上で反応させてNOxを還元すると、
酸素の存在下でも窒素酸化物を効率よく分解させること
が出来、又未反応の炭化水素及び一酸化炭素も効率よく
酸化させることができる。なお第2発明では前記触媒層
の下流に酸化窒素センサ16を配設し、前記少量燃料供給
弁をクランク角度センサ9と前記酸化窒素センサ16より
の両信号を入力した前記開弁コントローラ8で制御する
ようにしたので、排気中のNOxにさらに適応した還元用
の少量燃料量が供給され、一層の高効率のNOxの分解効
果が期待できる。
【図面の簡単な説明】
第(1〜2)図は第1発明に係わるもので、第1図は第
1実施例の説明図、第2図は同第2実施例の説明図、第
(3〜4)図は第2発明に係わるもので、第3図は第3
実施例の説明図、第4図は第4実施例の説明図である。 1……シリンダ、3,30……少量燃料、8……開弁コント
ローラ、9……クランク角度センサ、15……排気集合
管、16……触媒層、17……酸化窒素センサ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 安武 昭典 長崎県長崎市飽の浦町1番1号 三菱重 工業株式会社長崎研究所内 (72)発明者 芹澤 暁 長崎県長崎市飽の浦町1番1号 三菱重 工業株式会社長崎造船所内 (56)参考文献 特開 平3−242415(JP,A) (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】銅[Cu(II)]イオン交換型高シリカゼオ
    ライト触媒層あるいはメタロシリカ系触媒層により排ガ
    ス中のNOxを選択的に脱硝する脱硝装置において、シリ
    ンダ内あるいは前記触媒層の上流の排気管内に配設さ
    れ、前記NOxの還元用の僅少な燃料を排ガス中に注入す
    る少量燃料供給弁(3),(30)と、内燃機関に装着さ
    れたクランク角度センサ(9)よりの検出信号が入力さ
    れ、前記少量燃料供給弁(3),(30)を排気弁の開弁
    タイミングに応じて開弁するように制御する開弁コント
    ローラ(8)とを有してなる内燃機関の脱硝装置。
  2. 【請求項2】前記触媒層の下流に、さらに酸化窒素セン
    サ(17)を設けて、排ガス中の酸化窒素量を検知し、前
    記クランク角度センサ(9)からの検出信号と共に前記
    開弁コントローラ(8)に入力し、排気弁の開弁タイミ
    ングに応じて前記少量燃料供給弁(3),(30)を開弁
    し適正量のNOx還元用燃料を排ガス中に注入するように
    した請求項1に記載の内燃機関の脱硝装置。
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