JP2956258B2 - ディーゼル機関の触媒式排気浄化装置 - Google Patents

ディーゼル機関の触媒式排気浄化装置

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JP2956258B2 JP3098995A JP9899591A JP2956258B2 JP 2956258 B2 JP2956258 B2 JP 2956258B2 JP 3098995 A JP3098995 A JP 3098995A JP 9899591 A JP9899591 A JP 9899591A JP 2956258 B2 JP2956258 B2 JP 2956258B2
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    • 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)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、ディーゼル機関の排気
ガス中に含まれるNOX を還元分解するディーゼル機関
の触媒式排気浄化装置に関する。
【0002】
【従来の技術】内燃機関の排気ガス中に含まれるNOX
を浄化する触媒として銅ゼオライト系のNOX 触媒が知
られている。この触媒は、排気ガスとの接触により、排
気ガス中のNOX を2NO→N2 +O2 に転化するもの
である。上記銅ゼオライト系NOX 触媒は低温活性型の
触媒であり、排気ガス温度が低温度域(約250 〜400
℃)のときにしか機能しない。
【0003】他方、高温活性型のNOX 触媒としてペロ
ブスカイト型構造とるCaO−ZrO2 系のNOX 触媒
が知られている。このペロブスカイト型のNOX 触媒
は、排気ガス温度が高温度域(約500 〜800 ℃)のとき
にしか機能しない。
【0004】よって、たとえば特開昭48-95365号「並列
触媒式排気ガス浄化装置」に開示されているように、上
記低温活性型触媒と高温活性型触媒とを排気ガス温度に
応じて切り換えるようにしても、排気ガス温度が400 〜
500 ℃の範囲(以下中温度域と呼ぶ)では両触媒とも活
性化せず、NOX を浄化できなかった。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】ところで、近年研究の
結果、上記低温活性型の銅ゼオライト系NOX 触媒は、
適量の炭化水素(HX X )と共存すると、その活性温
度領域が150 ℃程度高温側へシフトし、中温度域で活性
化することが明らかになった。つまり、適量の炭化水素
を排気ガス中に添加すれば、上記銅ゼオライト系NOX
触媒の活性温度域が250 〜400 ℃から400 〜550 ℃へと
シフトし、これにより従来不可能であった中温度域での
NOX 浄化が達成されることになる。
【0006】また、上述の如く排気ガス中に適量の炭化
水素を添加すれば、ディーゼル機関のように排気ガス中
にO2 やSO2 等の銅ゼオライト系NOX 触媒の機能を
低下させる被毒ガスが含まれていても、添加された炭化
水素が還元剤として機能し、排気ガス中のNOが選択還
元されることが判明した。
【0007】以上の事情を考慮して創案された本発明の
目的は、低い排気ガス温度から高い排気ガス温度まで、
広い温度範囲(低・中・高温度域)に亘ってNOX を浄
化できるディーゼル機関の触媒式排気ガス浄化装置を提
供することにある。
【0008】
【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、ディーゼル機関の排気経路に、銅ゼオライ
ト系の低温触媒槽とペロブスカイト型の高温触媒槽とを
並列に設け、これら触媒槽の上流側の排気経路に、排気
ガス温度を高・中・低温度域に分けて検出する温度セン
サを設けると共に、検出された排気ガス温度が高温度域
のとき上記高温触媒槽側に排気ガスを流し、中・低温度
域のとき低温触媒槽側に排気ガスを流す切換弁を設け、
且つ排気ガス温度が中温度域のとき排気ガス中に燃料を
噴霧する燃料噴霧手段を設けたことから構成されてい
る。
【0009】
【作用】上記構成によれば、温度センサで検出された排
気ガス温度が高温度域のとき、切換弁によって高温触媒
槽側に排気ガスを流し、排気ガス温度が低温度域のと
き、切換弁を逆に作動させて低温触媒槽側に排気ガスを
流す。これにより、高温排気ガスは高温触媒槽で、低温
排気ガスは低温触媒槽で効率よく浄化される。
【0010】また、温度センサで検出された排気ガス温
度が中温度域のとき、切換弁により低温触媒槽側に排気
ガスを流すと共に、燃料噴霧手段によって排気ガス中に
燃料を噴霧する。このように排気ガス中に燃料を噴霧す
ることにより、噴霧された燃料が炭化水素系の還元剤と
して機能し、銅ゼオライト系低温触媒槽の活性温度域が
低温度域から中温度域へとシフトする。よって、中温排
気ガスも効率よく浄化される。
【0011】
【実施例】以下に本発明の一実施例を添付図面に基づい
て説明する。
【0012】図1にディーゼルエンジン1の排気系2を
示す。図示するように、排気管路3の一部が拡径されて
触媒室4が形成されており、そこに銅ゼオライト系の低
温触媒槽5とペロブスカイト型の高温触媒槽6とが仕切
壁7により排気ガス流路が仕切られて並列に設けられて
いる。上記低温触媒槽5は、ハニカム状(蜂巣状)に成
形されたコージライト等の構造体の表面に、銅イオン交
換ZSM−5ゼオライト(Cu-ZSM-5)がコーティングさ
れて構成されている。この銅ゼオライト系の低温触媒槽
5は、その活性温度が約250 〜400 ℃(低温度域)とな
っている。他方、上記高温触媒槽6は、ハニカム状に成
形されたコージライト等の構造体の表面に、ペロブスカ
イト型構造をとるCaZrO3 がコーティングされて構
成されている。このペロブスカイト型の高温触媒槽6
は、その活性温度が約500 〜800 ℃(高温度域)となっ
ている。
【0013】これら低温および高温触媒槽5,6の上流
側の排気管路3には、その分岐部に位置させて、管内の
排気ガスを低温触媒槽5側と高温触媒槽6側とに切り換
えて流す切換弁8が設けられている。この切換弁8は、
通常時、図2に実線で示す位置にスプリング(図示せ
ず)によって付勢され、エアシリンダ9に空気圧が加わ
ると上記スプリングの付勢力に打ち勝って図2に二点鎖
線で示す位置に動くようになっている。つまり、この切
換弁8は、通常は実線で示すように排気ガスを低温触媒
槽5側に流し、エアシリンダ9に空気圧が加わると二点
鎖線で示すように排気ガスを高温触媒槽6側に流すよう
に作動する。上記エアシリンダ9は、エアパイプ10を
介して高圧空気が貯蔵されているエアタンク11に接続
されている。このエアタンク11は排気ブレーキ等を作
動させるべくトラックやバスに通常搭載されている。上
記エアパイプ10には、エアシリンダ9への空気圧を調
節する電磁弁12が設けられている。この電磁弁12
は、コントロールユニット13(CPU)によってその
開度が制御されるようになっている。
【0014】上記切換弁8の上流側の排気管路3には、
排気ガス中に燃料を噴霧する燃料噴霧手段14が設けら
れている。この燃料噴霧手段14を図3に示す。図示す
るようにこの燃料噴霧手段14は、超音波振動により燃
料を霧状(10μ以下の燃料粒)にして噴霧する超音波振
動噴射弁15と、この超音波振動噴射弁15に燃料を供
給するインジェクタ16とから主に構成されている。イ
ンジェクタ16には、燃料タンク17内の燃料がポンプ
18,流量計19,燃料分配管20を経由して圧送され
るようになっている。図中21は、インジェクタ16へ
の燃圧を所定値に保つ調圧弁であり、余った燃料は返却
管22を介して燃料タンク17へ戻されるようになって
いる。また、このインジェクタ16は、インジェクタド
ライブユニット23によりその噴射タイミングが制御さ
れるようになっている。他方、上記超音波振動噴射弁1
5は、スリーブ24とそのスリーブ24内を超音波振動
する振動子25とから主に構成されている。振動子25
の上端は超音波トランスデューザ26に接続されてい
る。超音波トランスデューザ26は超音波ジェネレータ
27に接続されている。この超音波ジェネレータ27お
よび上記インジェクタドライブユニット23は、図1に
示すようにコントロールユニット13に接続されてお
り、コントロールユニット13からの指令によってそれ
ぞれ作動するようになっている。
【0015】上記燃料噴霧手段14の上流側の排気管路
3には、排気ガス温度を低温度域(250 〜400 ℃),中
温度域(400 〜500 ℃),高温度域(500 〜800 ℃)に
分けて検出するための排気温度センサ28が設けられて
いる。この排気温度センサ28には熱伝対などが用いら
れる。また、この排気温度センサ28はコントロールユ
ニット13に接続されており、その検出値をコントロー
ルユニット13へ送信するようになっている。
【0016】このコントロールユニット13内のCPU
には、上記温度センサ28により検出された排気ガス温
度が高温度域(500 〜800 ℃)のとき高温触媒槽6側に
排気ガスを流すように切換弁8を作動させ、中・低温度
域(250 〜500 ℃)のとき低温触媒槽5側に排気ガスを
流すように切換弁8を作動させるプログラムが書き込ま
れている。つまり、上記コントロールユニット13は、
温度センサ28により検出された排気ガス温度が高温度
域(500 〜800 ℃)のときには電磁弁12に開弁指令を
与える。これによりエアシリンダ9が伸長して、切換弁
8が図2に二点鎖線で示す位置に作動し、高温触媒槽6
側に排気ガスが流れるようになる。また、上記コントロ
ールユニット13は、排気ガス温度が中・低温度域(25
0 〜500℃)のときには電磁弁12に閉弁指令を与え
る。これによりエアシリンダ9がスプリング(図示せ
ず)の付勢力によって収縮して、切換弁8が図2に実線
で示す位置に作動し、低温触媒槽5側に排気ガスが流れ
るようになる。さらに、上記コントロールユニット13
内のCPUには、温度センサ28で検出された排気ガス
温度が中温度域(400 〜500 ℃)のとき、燃料噴霧手段
14によって排気ガス中に燃料を噴霧するプログラムが
書き込まれている。
【0017】すなわち、上記コントロールユニット13
は、排気ガス温度が低温度域(250〜400 ℃)のとき排
気ガスを低温触媒槽5側に流し、中温度域(400 〜500
℃)のとき排気ガスを低温触媒槽5側に流すと共に排気
ガス中に燃料を噴霧し、高温度域(500 〜800 ℃)のと
き排気ガスを高温触媒槽6側に流すように、切換弁8お
よび燃料噴霧手段14を制御する。
【0018】以上の構成からなる本実施例の作用を述べ
る。
【0019】温度センサ28で検出された排気ガス温度
が低温度域(250 〜400 ℃)のとき、コントロールユニ
ット13は、切換弁8を図2に実線で示すように作動さ
せ、低温触媒5槽側に排気ガスを流す。これにより、低
温の排気ガスが低温触媒槽5で効率よく浄化される。
【0020】温度センサ28で検出された排気ガス温度
が中温度域(400 〜500 ℃)のとき、コントロールユニ
ット13は、切換弁8を図2に二点鎖線で示すように作
動させ、低温触媒槽5側に排気ガスを流すと共に、燃料
噴霧手段14を作動させて排気ガス中に燃料を噴霧す
る。このように、排気ガス中にディーゼル燃料(軽油)
を噴霧することにより、噴霧された燃料が炭化水素系の
還元剤として機能し、銅ゼオライト系低温触媒槽5の活
性温度域が低温度域(250 〜400 ℃)から中温度域(40
0 〜550 ℃)へと150 ℃程度シフトする。よって、中温
排気ガスも効率よく浄化される。
【0021】温度センサ28で検出された排気ガス温度
が高温度域(500 〜800 ℃)のとき、コントロールユニ
ット13は、切換弁8を図2に二点鎖線で示すように作
動させ、高温触媒槽6側に排気ガスを流す。これによ
り、高温の排気ガスが高温触媒槽6で効率よく浄化され
る。
【0022】すなわち、この触媒式排気ガス浄化装置に
よれば、クルージング時のように排気ガス温度が250 〜
400 ℃の場合は低温触媒槽5を用い、部分負荷時のよう
に排気ガス温度が400 〜500 ℃の場合は低温触媒槽5プ
ラス燃料噴霧手段14を用い、高負荷時のように排気ガ
ス温度が500 〜800 ℃の場合は高温触媒槽6を用いる。
この結果、低い排気ガス温度から高い排気ガス温度ま
で、広い温度範囲(250〜800 ℃)に亘ってNOX を浄
化できる。
【0023】
【発明の効果】以上説明したように本発明に係るディー
ゼル機関の触媒式排気浄化装置よれば、低い排気ガス温
度から高い排気ガス温度まで、広い温度範囲に亘ってN
X を浄化できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例を示すディーゼル機関の触媒
式排気浄化装置の説明図である。
【図2】図1に示す切換弁の作動を示す図である。
【図3】図1に示す燃料噴霧手段の概略図である。
【符号の説明】
1 ディーゼルエンジン 3 排気管路 5 低温触媒槽 6 高温触媒槽 8 切換弁 14 燃料噴霧手段 28 温度センサ

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ディーゼル機関の排気経路に、銅ゼオラ
    イト系の低温触媒槽とペロブスカイト型の高温触媒槽と
    を並列に設け、これら触媒槽の上流側の排気経路に、排
    気ガス温度を高・中・低温度域に分けて検出する温度セ
    ンサを設けると共に、検出された排気ガス温度が高温度
    域のとき上記高温触媒槽側に排気ガスを流し、中・低温
    度域のとき低温触媒槽側に排気ガスを流す切換弁を設
    け、且つ排気ガス温度が中温度域のとき排気ガス中に燃
    料を噴霧する燃料噴霧手段を設けたことを特徴とするデ
    ィーゼル機関の触媒式排気浄化装置。
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