JP3504914B2 - ディーゼルエンジンの窒素酸化物削減装置および窒素ガス発生装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、エンジンの吸入空
気中の窒素濃度を調整することにより排気中の窒素酸化
物の削減を図るようにしたディーゼルエンジンの窒素酸
化物削減装置および窒素ガス発生装置に関す。より詳し
くは、窒素ガス発生装置を混合器の上部に取り付け混合
器の中の空気と窒素ガス発生装置から出る窒素を混ぜて
窒素濃度を上げてやることにより酸化を防ぐ装置に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】現在、環境保護政策の一環として、ディ
ーゼルエンジンから放出される排気ガスに起因する大気
汚染を抑制するための規制は年々厳しくなる傾向にあ
る。特に、特殊自動車における建設機械や産業機械等に
用いられている大型のディーゼルエンジンにおいても、
厳しい規制がかけられようとしている。

【０００３】従来、この大気汚染の原因の一つである、
ディーゼルエンジンの排気ガス中に含まれる窒素酸化物
の削減を図るために、今まで種々の提案がなされてい
る。

【０００４】その一つとして、排気の一部を吸気中に還
流させることにより、燃焼温度を下げ、窒素酸化物の生
成を抑制する、いわゆる排気還流装置が広く知られてい
る。

【０００５】また、特開平２-１９１８５９号公報に開
示されているように、酸素分離作用をもつ酸素選択透過
壁を有するセパレータと、該セパレータの酸素選択透過
壁を介して酸素濃度の高い空気を吸引する装置と、部分
負荷時に酸素選択透過壁上流の酸素濃度の低い空気を機
関に吸入する手段とを備え、運転条件に応じて吸入空気
中の酸素濃度を調整することにより、機関の部分負荷時
において燃焼を抑制させ、生成される窒素酸化物を低減
するようにしたディーゼル機関の吸気装置が提案されて
いる。

【０００６】さらに、触媒を使って窒素酸化物を取除こ
うとする装置も提案されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来技術の中、排気還流装置にあっては、排気そのものを
吸気中に導入するものであり、排気中に含まれる微粒子
や酸化硫黄等が機関に吸入され、これらの物質は潤滑油
を劣化させ且つ機関の摺動部の磨耗を助長する原因とな
ることから、機関の耐久性や燃焼性を考慮すると、燃焼
時における窒素酸化物の生成を十分に抑制するに足る量
の排気還流を行うことには問題があった。その結果とし
て、かかる排気還流装置を備えたディーゼル機関におい
て、現在、規制に充分に適合したものは未だに存在しな
い。

【０００８】また、特開平２-１９１８５９号公報に開
示されたディーゼル機関の吸気装置にあっては、セパレ
ータの酸素選択透過壁を介して酸素濃度の高い空気を吸
引ポンプにより吸引し、酸素選択透過壁上流の、酸素が
分離された酸素濃度の低い空気を機関に吸入するように
していることから、排気そのものを吸気中に導入するも
のではなく、排気還流装置のような問題はない。

【０００９】しかしながら、高分子材料を利用した酸素
富化膜などから形成されるとされる酸素選択透過壁の酸
素分子透過孔はミクロン単位のオーダであり、真空を利
用した吸引ポンプにより酸素を吸引するといっても、酸
素分子の透過抵抗が大きいこと、および、真空すなわち
負圧を利用した吸引ポンプによっては十分な圧力差が得
られないことから、窒素酸化物の生成を抑制するに足る
十分な量の酸素濃度の低い吸入空気を、吸入通路の一部
の短いセパレータの距離で瞬時に得ることは実質的にで
きず、この結果、エンジンの出力の低下を伴わずに窒素
酸化物の生成を抑制するに足る十分な量の酸素濃度の低
い吸入空気を燃焼室に導入することは実質的に不可能で
あり、実用性に乏しいという問題を有している。従っ
て、この方式によっても規制値を満たすことは出来ない
こと明らかである。

【００１０】さらに、触媒を用いたものもその効果が充
分ではなく、現在規制値をクリアしたものは実用化され
ていない。

【００１１】本発明の目的は、かかる従来の問題を解消
し、ディーゼルエンジンの排気ガス中に含まれる窒素酸
化物の削減を図り、規制に適合することのできるディー
ゼルエンジンの窒素酸化物削減装置を提供することにあ
る。

【００１２】また、本発明の他の目的は、かかるディー
ゼルエンジンの窒素酸化物削減装置に用いるに好適な窒
素ガス発生装置を提供することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】空気中の窒素がエンジン
の燃焼室に入って窒素酸化物となれば取り除くことは不
可能に近いため、窒素が燃焼室に入る前に考え出された
装置である。

【００１４】混合器の先端にはエンジンが必要としてい
る空気穴が開けてありこの空気中の窒素の濃度を上げる
ために窒素ガス発生装置を取り付け窒素を混合器に入れ
て空気穴の反対側をエンジンの吸気口に取り付け燃焼室
に多くの窒素を送り込み酸化を防ぎ窒素その物を排出さ
せる働きをする。

【００１５】本発明は以上のような構成よりなる窒素酸
化物削減装置である。

【００１６】より詳しくは、上記目的を達成する本発明
の一形態になるディーゼルエンジンの窒素酸化物削減装
置は、ディーゼルエンジンの吸気通路に混合器を設け、
該混合器に窒素ガス発生装置から吸入空気量に対し所定
濃度以上の加圧窒素ガスを所定量供給するように構成し
たことを特徴とする。

【００１７】上記構成によれば、吸気通路に設けられた
混合器に、窒素ガス発生装置から吸入空気量に対し所定
濃度以上の加圧窒素ガスを所定量供給するようにしたの
で、従来の排気還流や負圧を利用して酸素濃度の低い空
気を機関に吸入する方式とは異なり、清浄な窒素ガスを
充分な量供給することを可能とし、窒素酸化物の排出を
規制値以下に低減することができたのである。

【００１８】ここで、前記窒素ガス発生装置は、所定の
圧力で窒素ガスが充填された窒素ガスボンベまたはｐｓ
ａ式窒素ガス発生器であってもよい。

【００１９】この場合には、車両に搭載されるディーゼ
ルエンジンとは異なり、発電用等に利用される据え置き
型のエンジンに対して効果的である。

【００２０】なお、前記窒素ガス発生装置は、空気を圧
縮するコンプレッサと、圧縮空気を所定圧で蓄圧する第
一の蓄圧タンクと、該第一の蓄圧タンクから供給された
圧縮空気から酸素を選択的に透過させて分離し所定濃度
以上の窒素ガスを排出する複数の中空糸膜を有する膜ユ
ニットを備える窒素ガス発生器とを含むことが好まし
い。

【００２１】かかる構成によれば、エンジンにより駆動
されるコンプレッサを利用して、所定濃度以上の窒素ガ
スを得ることができるので、車両に搭載されたディーゼ
ルエンジンに対して効果的である。

【００２２】また、前記窒素ガス発生装置は、前記第一
の蓄圧タンクの上流に逆止弁を、前記第一の蓄圧タンク
と前記窒素ガス発生器との間に開閉弁を備えることが好
ましい。

【００２３】このようにすると、エンジンないしはコン
プレッサの停止時にあっても、所定圧の圧縮空気を第一
の蓄圧タンクに蓄えることができるので、再始動時にお
いて、速やかに圧縮空気ひいては窒素ガスを得ることが
できる。

【００２４】さらに、前記窒素ガス発生器は、前記膜ユ
ニットの下流の出口側に、排出する窒素ガスの圧力と流
量とを調整する圧力流量調整手段を備えるものであって
もよい。

【００２５】かかる構成によれば、エンジン、コンプレ
ッサまたは膜ユニットの固体差による、排出する窒素ガ
スの圧力と流量との変動を所望の値に調整することが可
能となり、実用上有利である。

【００２６】なお、前記窒素ガス発生装置は、さらに、
前記窒素ガス発生器の下流に減圧弁を備えるものであっ
てもよい。

【００２７】かかる構成によれば、窒素ガス発生器の下
流に減圧弁を備えることから、窒素ガス発生器内の圧力
を所定圧に維持しつつ所定の窒素ガス流量を得ることが
できる。

【００２８】また、前記窒素ガス発生装置は、さらに、
前記窒素ガス発生器から供給される窒素ガスを所定圧で
蓄圧する第二の蓄圧タンクと、その下流の減圧弁とを含
むことが好ましい。

【００２９】かかる構成によれば、第二の蓄圧タンク内
に窒素ガスを所定圧で蓄圧することができるので、エン
ジンの負荷の変動等があっても所定量の窒素ガスを安定
して供給することができる。

【００３０】さらに、前記窒素ガス発生装置は、前記窒
素ガス発生器と前記第二の蓄圧タンクとの間に逆止弁
を、前記減圧弁と前記混合器との間に開閉弁を備えるこ
とが好ましい。

【００３１】このようにすると、エンジンないしはコン
プレッサの停止時にあっても、所定圧の窒素ガスを第二
の蓄圧タンクに蓄えることができるので、再始動時にお
いて、速やかに窒素ガスをエンジンに供給することがで
きる。

【００３２】さらに、前記窒素ガス発生装置と前記混合
器との間に流量制御弁を備えてもよい。

【００３３】このようにすると、エンジンの吸入空気量
の変動に合わせて、窒素ガス流量を制御できるので、運
転状態に応じて適切に供給できると共に、一定量供給す
るのに比べ窒素ガスを無駄に使用することが防止され得
る。

【００３４】さらに、排気通路に黒煙除去装置を備え、
該黒煙除去装置には、前記窒素ガス発生装置の窒素ガス
発生器から、分離された酸素が供給されるように構成し
てもよい。

【００３５】このようにすると、黒煙除去装置のための
特別な加熱装置を必要とすることなく、効果的に黒煙を
除去できる。

【００３６】本発明の他の形態になる窒素ガス発生装置
は、空気を圧縮するコンプレッサと、圧縮空気を所定圧
で蓄圧する第一の蓄圧タンクと、該第一の蓄圧タンクか
ら供給された圧縮空気から酸素を選択的に透過させて分
離し所定濃度以上の窒素ガスを排出する複数の中空糸膜
を有する膜ユニットを備える窒素ガス発生器とを含むこ
とを特徴とする。

【００３７】かかる構成によれば、コンプレッサを駆動
することにより随時に所定濃度以上の窒素ガスを得るこ
とができるので、車載用として効果的である。

【００３８】ここで、前記第一の蓄圧タンクの上流に逆
止弁を、前記第一の蓄圧タンクと前記窒素ガス発生器と
の間に開閉弁を備えることが好ましい。

【００３９】このようにすると、コンプレッサの停止時
にあっても、所定圧の圧縮空気を第一の蓄圧タンクに蓄
えることができるので、再始動時において、速やかに圧
縮空気ひいては窒素ガスを得ることができる。

【００４０】なお、前記窒素ガス発生器は、前記膜ユニ
ットの下流の出口側に、排出する窒素ガスの圧力と流量
とを調整する圧力流量調整手段を備えてもよい。

【００４１】かかる構成によれば、コンプレッサまたは
膜ユニットの固体差による、排出する窒素ガスの圧力と
流量との変動を所望の値に調整することが可能となり、
実用上有利である。

【００４２】さらに、前記窒素ガス発生器の下流に減圧
弁を備えてもよい。

【００４３】かかる構成によれば、窒素ガス発生器内の
圧力を所定圧に維持しつつ所定の窒素ガス流量を得るこ
とができる。

【００４４】さらに、前記窒素ガス発生器から供給され
る窒素ガスを所定圧で蓄圧する第二の蓄圧タンクと、そ
の下流の減圧弁とを含むことが好ましい。

【００４５】かかる構成によれば、第二の蓄圧タンク内
に窒素ガスを所定圧で蓄圧することができるので、必要
に応じて、所定量の窒素ガスを安定して供給することが
できる。

【００４６】前記窒素ガス発生器と前記第二の蓄圧タン
クとの間に逆止弁を、前記減圧弁と前記混合器との間に
開閉弁を備えることがさらに好ましい。

【００４７】このようにすると、コンプレッサの停止時
にあっても、所定圧の窒素ガスを第二の蓄圧タンクに蓄
えることができるので、再始動時において、速やかに窒
素ガスを供給することができる。

【００４８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につき
添付図面を参照して説明する。

【００４９】図１は、本発明の基本構成を示すブロック
図であり、１はエンジン本体、２はエンジンの吸気口、
３はエンジンの吸気口２に連通された混合器、４は混合
器の空気口、５は混合器３に連通された窒素ガス発生装
置、６はエンジンの排出口である。

【００５０】さらに、図２は本発明の窒素酸化物削減装
置を組込んだディーゼルエンジンシステム１００を、よ
り具体的に示すブロック図であり、１１０はエンジン本
体、１２０はエンジンの吸気通路１１２に設けられた混
合器、１３０は混合器１２０に後述の通路１５１を介し
て接続された窒素ガス発生装置である。

【００５１】エンジンの吸気通路１１２には、その入口
近傍にエアクリーナ１１４が設けられ、吸気マニフォル
ド１１６を介してエンジン本体１１０に連通されてい
る。なお、混合器１２０は、図に示すように、ターボチ
ャージャを備えるエンジンにおいてはそのコンプレッサ
１１８上流に設けるのが、既存のエンジンに本発明を適
用する場合に便宜である。

【００５２】本実施の形態における窒素ガス発生装置１
３０は、主に、圧縮空気発生装置として圧縮空気を発生
させるコンプレッサ１３２、コンプレッサ１３２により
圧縮された圧縮空気を蓄える第一の蓄圧タンク１３５、
第一の蓄圧タンク１３５から所定圧の圧縮空気が供給さ
れて窒素ガスを発生する窒素ガス発生器１４０、および
発生した窒素ガスを蓄える第二の蓄圧タンク１５０を備
えている。

【００５３】より詳しく説明すると、コンプレッサ１３
２の入口にはエアクリーナ１３１が設けられ、コンプレ
ッサ１３２と第一の蓄圧タンク１３５との間の通路１３
３には第一の蓄圧タンク１３５からの逆流を防止する逆
止弁１３４が設けられている。なお、１３６は第一の蓄
圧タンク１３５に設けられた安全弁であり、第一の蓄圧
タンク１３５内の圧力が所定圧を越えたときに開放す
る。さらに、第一の蓄圧タンク１３５と窒素ガス発生器
１４０との間の通路１３７には開閉弁１３８および水抜
きフィルタ１３９が設けられている。開閉弁１３８は、
第一の蓄圧タンク１３５内の圧力が所定圧を越えたとき
に開く圧力応答弁として構成するか、または、エンジン
の始動等に対応して開く電磁弁として構成してもよい。
水抜きフィルタ１３９は、通路１３７を通る圧縮空気中
の水分を除去するためのものであり、所定の運転時間毎
に交換可能に構成されている。

【００５４】さらに、窒素ガス発生器１４０とその下流
の第二の蓄圧タンク１５０との間の通路１４８には、第
二の蓄圧タンク１５０からの逆流を防止する逆止弁１４
９が設けられている。第二の蓄圧タンク１５０は通路１
５１を介して前述の混合器１２０に連通可能とされ、通
路１５１には減圧弁１５２および開閉弁１５３が設けら
れている。減圧弁１５２は第二の蓄圧タンク１５０に蓄
えられている加圧窒素ガスを所定の圧力にまで減圧し、
開閉弁１５３はエンジンの作動中にのみ開き、所定圧力
の加圧窒素ガスを混合器１２０に供給するためのもので
ある。このために、開閉弁１５３は圧力作動弁として構
成され、窒素ガス発生器１４０より上流の圧力をパイロ
ット圧として受けるべく、通路１５４を介して通路１３
７の圧力が導入されている。

【００５５】さらに、通路１５１には、開閉弁１５３の
下流で混合器１２０の上流に、流量制御弁１５５が設け
られている。この流量制御弁１５５は、エンジン本体１
１０の気筒毎に配置されている燃料噴射装置１１１と共
に、エンジン出力制御装置、例えば、アクセルペダル１
０５の踏み込み量に応じてその開度が制御される。但
し、発電用の据え置き型エンジンや建設機械用エンジン
の一部等で、エンジンの吸入空気量が余り変動しないエ
ンジンにおいては、所定濃度以上の窒素ガスを所定量供
給すればよいので、この流量制御弁は省略することもで
きる。

【００５６】また、１６０は排気通路であり、排気マニ
フォルド１６２を介してエンジン本体１１０に連通さ
れ、途中に、ターボチャージャのタービン１６４、黒煙
除去装置１６６およびマフラー１６８が設けられてい
る。黒煙除去装置１６６には、後で詳述するが、窒素ガ
ス発生器１４０から通路１６９を介して分離された酸素
が供給される。

【００５７】１７０は、エンジン本体１１０に連結され
たギアボックスであり、本実施の形態においては、動力
取出し機構（ＰＴＯ）を備えており、コンプレッサ１３
２を駆動可能とされている。なお、コンプレッサ１３２
は他の駆動源、例えば電動モータ等により駆動されても
よい。また、コンプレッサ１３２の形式は特定の形式の
ものに限定されないが、スクリュウコンプレッサを用い
ると、その始動後瞬時に第一の蓄圧タンク１３５内に所
定圧の圧縮空気を得ることが可能で、安定した圧力で圧
縮空気を送ることができるので好ましい。トラック等は
ギアボックス１７０の周辺にスペースの余裕があるの
で、コンプレッサ１３２は、第一の蓄圧タンク１３５と
共にギアボックス１７０の上等に固定して設置され得
る。

【００５８】次に、本実施の形態における窒素ガス発生
器１４０の構成を詳細に説明する。窒素ガス発生器１４
０は、一辺の長さが、例えば、約１３５ｍｍの断面略四
角状で、全体の長さが、例えば、約１０００ｍｍの本体
ケース１４１、本体ケース１４１の内部に設けられ、本
体部の直径が、例えば、約１００ｍｍの断面略円筒状
で、全体の長さが、例えば、約９００ｍｍの膜ユニット
ケース１４２を備えている。

【００５９】膜ユニットケース１４２には、その本体筒
部１４２ａに複数本の高分子の中空糸膜の束からなる膜
ユニット１４３が、膜ユニット１４３の入口端には入口
空間１４２ｂを、出口端には出口空間１４２ｃを形成す
るように収容されている。さらに、膜ユニットケース１
４２は、入口空間１４２ｂに連通し本体筒部１４２ａよ
り小径に形成された入口筒部１４２ｄを備え、入口筒部
１４２ｄは本体ケース１４１の端壁の入口開口１４１ａ
を通り、適宜な接続部材を介して通路１３７に接続され
ている。膜ユニットケース１４２の本体筒部１４２ａの
周壁に開口する連通口に連結された連通筒１４２ｅは、
本体ケース１４１を貫通して、前述の通路１６９に接続
されている。

【００６０】さらに、膜ユニットケース１４２の出口空
間１４２ｃの出口端には、本体ケース１４１の端壁に固
設された筒状隔壁１４４が連結され、窒素ガスの本体ケ
ース１４１内への漏洩を防止すると共に、膜ユニットケ
ース１４２を本体ケース１４１に固定している。そし
て、筒状隔壁１４４内には、膜ユニットケース１４２の
出口空間１４２ｃの出口１４２ｆの開口面積を調節する
板状の調整部材１４５が設けられている。

【００６１】調整部材１４５は、本体ケース１４１の端
壁に螺合されたボルト（本例では３本）１４６に支持さ
れ、ボルトのねじ込み量を変えることにより、その位
置、すなわち、出口空間１４２ｃの出口１４２ｆの開口
面積が調整される。なお、本体ケース１４１の端壁の開
口１４１ｂには前述の通路１４８が接続されている。

【００６２】本実施の形態における窒素ガス発生器１４
０は、いわゆる膜式と称されるものであり、高分子の薄
膜における、分子間の透過性の違いを利用する方式であ
る。可動部分がほとんどなく、コンパクト性およびメイ
ンテナンス性に優れるので、車両へ搭載するのに適して
いる。高分子の薄膜は、高分子の中空糸膜として形成さ
れ、その内外面の圧力差を利用して酸素を外部に透過さ
せ、内部に窒素のみを選択分別する。本実施の形態にお
いては、高分子の薄膜が複数本の高分子の中空糸膜の束
からなる膜ユニット１４３として構成され、酸素はこの
膜ユニット１４３の外部に透過され、本体筒部１４２ａ
の周壁に開口する連通口に連結された連通筒１４２ｅお
よび通路１６９を介して黒煙除去装置１６６に供給され
る。そして、選択分別された窒素ガスのみが膜ユニット
ケース１４２の出口空間１４２ｃの出口１４２ｆを通っ
て、第二の蓄圧タンク１５０に送られる。

【００６３】なお、窒素ガス発生装置１３０としては、
上述の膜式の窒素ガス発生器１４０を用いる代わりに、
液体窒素タンクを含む窒素ガスボンベやｐｓａ（ｐｒｅ
ｓｓｕｒｅ ｓｗｉｎｇ ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ）を用
いることも可能である。

【００６４】ｐｓａとは、吸着剤を用いて、分子の吸着
性の違い、あるいは分子サイズの違いを利用して必要な
成分のみを取出す方式であり、二つの吸着剤容器を用
い、これに加圧空気が供給され、一方の吸着剤容器の吸
着量が飽和状態になったとき他方の吸着剤容器に切換え
られるようになっている。そして、この飽和状態になっ
た吸着剤容器が減圧されると吸着剤（通常、ｍｏｌｅｃ
ｕｌａｒ ｓｅｉｖｉｎｇ ｃａｒｂｏｎが用いられ
る）に吸着されていた窒素ガスが再生され利用可能とな
る。

【００６５】ところで、上述の窒素ガスボンベやｐｓａ
は、それ特有の問題があり、用途が制限される。すなわ
ち、窒素ガスボンベの場合は、発生量や使用時間の制限
があることから、車両用には不向きであるが、定置式の
エンジンの場合には利用可能である。また、ｐｓａは最
高９９．９９％までの高純度の窒素ガスの発生が可能で
あるが、所定流量の窒素ガスを確保するには大きなサイ
ズの容器を必要とし、また、振動に対する耐久性が充分
でないことから、これも車両用には不向きであるが、定
置式のエンジンの場合には利用可能である。

【００６６】黒煙除去装置１６６は、細い針金状のチタ
ン合金（例えば、チタンとアルミニウムの合金）を微細
な通路網を含むように球状に丸めて形成したチタン合金
玉を複数個内蔵する耐熱性容器から構成され、この容器
内に通路１６９を介して酸素が供給される。チタン合金
は蓄熱特性を有するので、この容器を排気ガスが通過す
るのみでも、排気ガス温度は上昇する。例えば、アイド
リング状態でのエンジンからの排気ガス温度は約２００
°Ｃ程度であるが、排気ガスがこの容器を通過するとき
に約３５０°Ｃとなる。ここで、本実施の形態における
黒煙除去装置１６６には、酸素が供給されているので、
排気ガス温度は約５００°Ｃ程度にまで上昇され、黒煙
中の微粒子が燃焼し、黒煙の排出が大幅に低減される。

【００６７】ここで、上記構成になる本実施の形態の作
用を説明する。

【００６８】不図示の始動スイッチ等のオン動作に伴
い、周知の方式でエンジン本体１１０に空気および燃料
が供給され、エンジンの回転が開始すると、同時に、コ
ンプレッサ１３２も駆動され所定圧（例えば、７８４ｋ
Ｐａ）の圧縮空気が第一の蓄圧タンク１３５に蓄えられ
る。なお、再始動の場合には既に圧縮空気が第一の蓄圧
タンク１３５に蓄えられている。

【００６９】第一の蓄圧タンク１３５に蓄えられている
圧縮空気は、開状態にある開閉弁１３８を通り窒素ガス
発生器１４０に導入され、その膜ユニット１４３におい
て窒素と酸素とが分離される。酸素が分離された所定濃
度の窒素ガスは逆止弁１４９を介して第二の蓄圧タンク
１５０に所定圧（例えば、６８６ｋＰａ）で蓄えられ、
減圧弁１５２でもって所定圧（例えば、４９０ｋＰａ）
に減圧され、開状態にある開閉弁１５３と流量制御弁１
５５とを通り混合器１２０に送られる。

【００７０】そして、この混合器１２０において、エア
フィルタ１１４を介して導入されている吸入空気と混合
され、ターボチャージャのコンプレッサ１１８で加圧さ
れて、エンジン本体１１０に供給される。なお、窒素ガ
ス発生器１４０において分離された酸素は、前述の通
り、通路１６９を介して黒煙除去装置１６６に供給され
る。

【００７１】エンジンが停止されると、コンプレッサ１
３２も停止されることになるが、この場合には開閉弁１
３８が閉じられるので、逆止弁１３４の作用とあいまっ
て、所定圧の圧縮空気が第一の蓄圧タンク１３５に蓄え
られた状態となる。また、第二の蓄圧タンク１５０にお
いては、開閉弁１３８が閉じられることに伴い、それよ
り下流の通路１３７の圧力をパイロット圧としている開
閉弁１５３も閉じられるので、逆止弁１４９の作用とあ
いまって、同様に、所定圧の加圧窒素ガスが第二の蓄圧
タンク１５０に蓄えられた状態となる。従って、この後
の再始動の際には、直ちに、所定量の窒素ガスが第二の
蓄圧タンク１５０から供給され、吸入空気に混合され
る。

【００７２】ここで、窒素酸化物削減規制に適合するた
めに必要な窒素ガス量は、実験によると、酸素と窒素と
の割合が２１：７９である通常の吸入空気（大気）に対
し、所定量の窒素ガスを供給することによりエンジン燃
焼室内における酸素と窒素との割合が概ね１７：８３程
度になるようにすることが好ましいことが判明してい
る。このために必要な窒素ガス量、すなわち、所定の窒
素ガス量は、エンジンの排気容積、回転数、負荷および
過給機の有無等に応じて変動するものであるが、窒素ガ
スの濃度を約９０％以上とした場合、排気容積５０００
ｃｃ程度で過給機付きのエンジンにおいては、吸入空気
量が最少のアイドル時から吸入空気量が最大となる高回
転、高負荷時において、毎分当り１００〜５００リット
ル程度である。なお、排気容積が小さいエンジンにおい
ては、当然に、この必要な窒素ガス量は少なくなるが、
建設機械等のエンジンは大きなトルクを必要とするの
で、概して、大型である。

【００７３】要するに、所定の窒素ガス量とは、自然吸
気エンジンの場合には、エンジンの排気容積と回転数と
により決まる吸入空気量を１とするとき、これに対して
約０．０５の割合となる窒素ガス量である。また、過給
機付きエンジンの場合には、無負荷時においては、自然
吸気エンジンの場合とほぼ同じ割合で窒素ガス量を供給
すればよく、負荷の増大時においては、過給による吸入
空気量の増大を考慮して、割合は小さくなるが、絶対量
を増やすようにすればよい。因みに、排気容積５０００
ｃｃ程度の過給機付きエンジンにおいては、上述の吸入
空気量が最大となる高回転、高負荷（２２００ｒｐｍ、
１００％負荷）時における窒素ガス量が、毎分当り５０
０リットル程度である。

【００７４】そこで、窒素酸化物削減規制に適合するの
にエンジンで必要とされるこの窒素ガス量を確保するた
めには、窒素ガス発生装置１３０において所定の濃度の
窒素ガスが得られること、および、この得られた所定の
濃度の窒素ガスをエンジンの運転状態に見合って、上述
の如き所定量を供給できることが重要である。

【００７５】従って、この所定の濃度の窒素ガスを得る
ために、本発明の実施の一形態では、窒素ガス発生器１
４０に供給する圧縮空気の圧力を約７８４ｋＰａ（８気
圧）と高めにし、そして、調整部材１４５を設けること
により膜ユニットケース１４２の出口空間１４２ｃの出
口１４２ｆの開口面積を調節し、膜ユニットケース１４
２の出口圧が約４９０ｋＰａ程度に維持されるようにし
ている。但し、調整部材１４５は固定式レギュレータで
あるため、エンジンによる固体差、エンジンの種類によ
る必要窒素ガス量の違いに応じて調節される必要があ
る。

【００７６】そこで、他の実施の一形態では、膜ユニッ
トケース１４２の出口直後に、調整部材１４５の代わり
に減圧弁１５２を設け、膜ユニットケース１４２の出口
圧が約４９０ｋＰａ程度に維持されるようにしている。
しかし、この調整部材１４５の代わりに減圧弁１５２を
設ける実施の形態は、調整部材１４５を設ける実施の形
態と同様に、膜ユニットケース１４２の出口付近におけ
る損失による圧力低下のために、出口付近において膜ユ
ニット１４３の酸素分離性能が低下することから、高い
濃度の窒素ガスを得るのに好ましいとはいえない。濃度
が低い分、余分な流量が必要となるからである。

【００７７】従って、さらに他の実施の形態では、膜ユ
ニットケース１４２の出口と減圧弁１５２との間に、第
二の蓄圧タンク１５０を設け、この第二の蓄圧タンク１
５０が約６８６ｋＰａ程度に維持されるようにすること
により、膜ユニット１４３内の圧力を酸素分離による
０．４９０ｋＰａ程度の圧力低下に留め、酸素分離性能
を向上させて、より高い濃度の窒素ガスを得るようにし
ている。

【００７８】また、この得られた所定の濃度の窒素ガス
をエンジンの運転状態に見合って、所定量供給するため
に、本発明では、加圧された窒素ガスが用いられてお
り、実施の形態では、減圧弁１５２により、４９０ｋＰ
ａ程度に減圧された窒素ガスが前述のように、混合器１
２０に供給される。

【００７９】（実験結果）本発明装置を用いた場合と用
いない場合との比較実験結果を以下に示す。

【００８０】実験例１）三菱重工製エンジン（型式：６
Ｄ３４-ＴＥＩ，排気量：５８６１ｃｃ、ターボチャー
ジャ付き）を用い、濃度約８９％の窒素ガスを毎分当り
１００リットル供給した。窒素酸化物の削減率は表１の
通りである。

【００８１】

【表１】

【００８２】実験例２）三菱重工製エンジン（型式：６
Ｄ３４-ＴＥＩ，排気量：５８６１ｃｃ、ターボチャー
ジャ付き）を用い、濃度約９８．５％の窒素ガスを毎分
当り１００リットル供給した。窒素酸化物の削減率は表
２の通りである。

【００８３】

【表２】

【００８４】実験例３）いすゞ製エンジン（型式：４Ｂ
Ｄ１，排気量：４１００ｃｃ、ターボチャージャ付き）
を用い、濃度約９３％の窒素ガスを毎分当り２２０リッ
トル供給した。窒素酸化物の削減率は表２の通りであ
る。

【００８５】

【表３】

【００８６】なお、上記実験１ないし３は、四国計測工
業株式会社で行った。

【００８７】実験例４）ないし実験例６） 小松製エンジン（型式：ＳＡＡ６Ｄ９５Ｌ，排気量：４
８９０ｃｃ、直噴・直列６気筒、ターボチャージャおよ
びインタークーラ付き）を用い、実験例４）について
は、濃度約９０％の窒素ガスを毎分当り１１０リット
ル、実験例５）については、濃度約９１．５％の窒素ガ
スを毎分当り１２０リットル、および、実験例６）につ
いては、濃度約９５％の窒素ガスを毎分当り３５０リッ
トル供給し、８モードの測定を財団法人日本自動車研究
所において行った。実験例４）ないし実験例６）におい
て、本発明装置を用いた場合と用いない場合とにおける
窒素酸化物の排出量の変化を、図４ないし図６のグラフ
にそれぞれ示す。これらのグラフにおいて、折れ線Ａが
装置を用いない場合を、折れ線Ｂが装置を用いた場合を
それぞれ示し、括弧内に各モード番号における削減率を
記す。

【００８８】また、これらの実験例４）ないし実験例
６）における８モードでの平均削減率を表４に示す。

【００８９】

【表４】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の基本構成を示すブロック図である。

【図２】本発明の窒素酸化物削減装置を組込んだディー
ゼルエンジンシステムを、より具体的に示すブロック図
である。

【図３】本発明の窒素酸化物削減装置に用いて好適な窒
素ガス発生器の実施の一形態を示す断面図である。

【図４】本発明の窒素酸化物削減装置を用い実験例４と
して、８モードの測定結果を示すグラフである。

【図５】本発明の窒素酸化物削減装置を用い実験例５と
して、８モードの測定結果を示すグラフである。

【図６】本発明の窒素酸化物削減装置を用い実験例６と
して、８モードの測定結果を示すグラフである。

【符号の説明】 １００ ディーゼルエンジンシステム １１０ エンジン本体 １１２ 吸気通路 １２０ 混合器 １３０ 窒素ガス発生装置 １３２ コンプレッサ １３４ 逆止弁 １３５ 第一の蓄圧タンク １３８ 開閉弁 １４０ 窒素ガス発生器 １４３ 膜ユニット １４５ 調整部材 １４９ 逆止弁 １５０ 第二の蓄圧タンク １５２ 減圧弁 １５３ 開閉弁 １５５ 流量制御弁 １６６ 黒煙除去装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ Ｆ０２Ｍ 25/14 Ｆ０２Ｍ 25/14 Ｆ (56)参考文献 特開 昭49−77029（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−125555（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−47629（ＪＰ，Ａ) 実開 平２−18608（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭61−204955（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F02B 47/00 B01D 53/22 B01D 63/02 F01N 3/02 321 F02M 25/00 F02M 25/14

Claims (10)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ディーゼルエンジンの吸気通路に混合器
   を設け、該混合器に窒素ガス発生装置から吸入空気量に
   対し所定濃度以上の加圧窒素ガスを所定割合となる量供
   給するように構成したディーゼルエンジンの窒素酸化物
   削減装置であって、 前記窒素ガス発生装置は、空気を圧縮するコンプレッサ
   と、圧縮空気を所定圧で蓄圧する第一の蓄圧タンクと、
   該第一の蓄圧タンクから供給された圧縮空気から酸素を
   選択的に透過させて分離し所定濃度以上の窒素ガスを排
   出する複数の中空糸膜を有する膜ユニットを備える窒素
   ガス発生器と、前記窒素ガス発生器から供給される窒素
   ガスを所定圧で蓄圧する第二の蓄圧タンクと、該第二の
   蓄圧タンクの下流の減圧弁と、該減圧弁の下流で前記窒
   素ガス発生器の上流の圧力をパイロット圧として作動す
   る開閉弁とを備えることを特徴とするディーゼルエンジ
   ンの窒素酸化物削減装置。
2. 【請求項２】 前記窒素ガス発生装置は、前記第一の蓄
   圧タンクの上流および前記窒素ガス発生器と前記第二の
   蓄圧タンクとの間にそれぞれ逆止弁を備えることを特徴
   とする請求項１に記載のディーゼルエンジンの窒素酸化
   物削減装置。
3. 【請求項３】 さらに、前記窒素ガス発生装置と前記混
   合器との間に流量制御弁を備えることを特徴とする請求
   項１または２に記載のディーゼルエンジンの窒素酸化物
   削減装置。
4. 【請求項４】 さらに、排気通路に黒煙除去装置を備
   え、該黒煙除去装置には、前記窒素ガス発生装置の窒素
   ガス発生器から、分離された酸素が供給されるように構
   成されていることを特徴とする請求項１ないし３のいず
   れかに記載のディーゼルエンジンの窒素酸化物削減装
   置。
5. 【請求項５】 ディーゼルエンジンの吸気通路に混合器
   を設け、該混合器に窒素ガス発生装置から吸入空気量に
   対し所定濃度以上の加圧窒素ガスを所定割合となる量供
   給するように構成したディーゼルエンジンの窒素酸化物
   削減装置であって、 前記窒素ガス発生装置は、空気を圧縮するコンプレッサ
   と、圧縮空気を所定圧で蓄圧する第一の蓄圧タンクと、
   該第一の蓄圧タンクから供給された圧縮空気から酸素を
   選択的に透過させて分離し所定濃度以上の窒素ガスを排
   出する複数の中空糸膜を有する膜ユニットおよび該膜ユ
   ニットの下流の出口側に、出口の開口面積を調整すべく
   ボルトに支持された板状の調整部材が設けられた窒素ガ
   ス発生器と、該窒素ガス発生器の下流で該窒素ガス発生
   器の上流の圧力をパイロット圧として作動する開閉弁と
   を備えることを特徴とするディーゼルエンジンの窒素酸
   化物削減装置。
6. 【請求項６】 前記窒素ガス発生装置は、前記第一の蓄
   圧タンクの上流および前記窒素ガス発生器と前記開閉弁
   との間にそれぞれ逆止弁を備えることを特徴とする請求
   項５に記載のディーゼルエンジンの窒素酸化物削減装
   置。
7. 【請求項７】 さらに、前記窒素ガス発生装置と前記混
   合器との間に流量制御弁を備えることを特徴とする請求
   項５または６に記載のディーゼルエンジンの窒素酸化物
   削減装置。
8. 【請求項８】 さらに、排気通路に黒煙除去装置を備
   え、該黒煙除去装置には、前記窒素ガス発生装置の窒素
   ガス発生器から、分離された酸素が供給されるように構
   成されていることを特徴とする請求項５ないし７のいず
   れかに記載のディーゼルエンジンの窒素酸化物削減装
   置。
9. 【請求項９】 空気を圧縮するコンプレッサと、圧縮空
   気を所定圧で蓄圧する第一の蓄圧タンクと、該第一の蓄
   圧タンクから供給された圧縮空気から酸素を選択的に透
   過させて分離し所定濃度以上の窒素ガスを排出する複数
   の中空糸膜を有する膜ユニットを備える窒素ガス発生器
   であって、前記膜ユニットの下流の出口側に、出口の開
   口面積を調整すべくボルトに支持された板状の調整部材
   が設けられた窒素ガス発生器とを備えることを特徴とす
   る窒素ガス発生装置。
10. 【請求項１０】 前記第一の蓄圧タンクの圧力が約７８
    ４ｋＰａ、前記膜ユニットの出口圧が約４９０ｋＰａに
    維持されることを特徴とする請求項９に記載の窒素ガス
    発生装置。