JP5878337B2 - 排ガス浄化装置 - Google Patents
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Description
図1に示すように、ディーゼルエンジン11の吸気ポートには吸気マニホルド13を介して吸気管14が接続され、排気ポートには排気マニホルド17を介して排気管18が接続される。吸気マニホルド13と吸気管14により吸気通路12が構成され、排気マニホルド17と排気管18により排気通路16が構成される。また吸気通路12には、ターボ過給機19のコンプレッサハウジング19aと、ターボ過給機19により圧縮された吸気を冷却するインタクーラ21とがそれぞれ設けられ、排気通路16にはターボ過給機19のタービンハウジング19bが設けられる。具体的には、コンプレッサハウジング19aは吸気管14の途中に設けられ、インタクーラ21はコンプレッサハウジング19aより吸気下流側の吸気管14の途中に設けられる。タービンハウジング19bは排気マニホルド17と排気管18との間に介装される。またコンプレッサハウジング19aにはコンプレッサ回転翼(図示せず)が回転可能に収容され、タービンハウジング19bにはタービン回転翼(図示せず)が回転可能に収容される。コンプレッサ回転翼とタービン回転翼とはシャフト(図示せず)により連結され、エンジン11から排出される排ガスのエネルギによりタービン回転翼及びシャフトを介してコンプレッサ回転翼が回転し、このコンプレッサ回転翼の回転により吸気管14内の吸入空気が圧縮されるように構成される。
図2及び図3は本発明の第2の実施の形態を示す。図2において図1と同一符号は同一部品を示す。この実施の形態では、エンジン11の燃料(軽油)を水素に改質する改質触媒84が排気マニホルド87の集合管部87bの途中に設けられる。具体的には、排気マニホルド87の集合管部87b内が、排ガスの流通方向に延びて設けられた仕切板81により第1通路87cと第2通路87dとに区画される(図3)。第1通路87cと第2通路87dはそれらの横断面形状が略半月状に形成される。そして改質触媒87は第1通路87cに収容される。これによりエンジン11から排出された排ガスの一部が第1通路87c及び改質触媒84を通ってタービンハウジング19bに流入し、排ガスの残部が改質触媒84をバイパスし第2通路87dを通ってタービンハウジング19bに流入するように構成される(図2及び図3)。また燃料添加手段27の燃料添加ノズル28は改質触媒84より排ガス上流側の第1通路87cに設けられる。この燃料添加ノズル28は、改質触媒84より排ガス上流側の第1通路87cに燃料を添加することにより、改質触媒84に燃料25を供給するように構成される。上記以外は第1の実施の形態と同一に構成される。
図4は本発明の第3の実施の形態を示す。この実施の形態では、エンジンの燃料(軽油)を水素に改質する改質触媒104が、第2の実施の形態と同様に、排気マニホルド107の集合管部107bの途中に設けられる。具体的には、排気マニホルド107の集合管部107b内が、排ガスの流通方向に延びて設けられ改質触媒104より長く形成され集合管部107bより小径の内管部101により内側の第1通路107cと外側の第2通路107dとに区画される。この内管部101の両端は開放される。改質触媒104はこの改質触媒104の後端が小径管101の後端に略一致するように第1通路107cに収容される。また内管部101の入口端及び出口端には、内管部101を集合管部107bの内部中央に位置決めする第1及び第2リング板107e,107fがそれぞれ嵌着され、内管部101の長手方向の中央には、改質触媒104の入口端に位置するように第3リング板107gが嵌着される。これらのリング板107e〜107gには円周方向に一列に並んだ複数の通孔107hが形成され、これらの通孔107hにより排ガス上流側の枝管部が第2通路107dを介して排ガス下流側の排気管に連通接続されるように構成される。これによりエンジンから排出された排ガスの一部が内側の第1通路107cと改質触媒104を通ってタービンハウジングに流入し、排ガスの残部が改質触媒104をバイパスし外側の第2通路107dを通ってタービンハウジングに流入するように構成される。更に第1リング板107eと第2リング板107fとの間には、集合管部107bの外方と内管部101の内方を連通接続する小径管102が集合管部107bと内管部101に掛け渡され、この小径管102に燃料添加ノズル28が挿着される。燃料添加ノズル28は、改質触媒104より排ガス上流側の第1通路107cに燃料を添加することにより、改質触媒104に燃料を供給するように構成される。上記以外は第2の実施の形態と同一に構成される。
図1に示すように、排気量が8000ccである直列6気筒のターボ過給機19付ディーゼルエンジン11の排気マニホルド17の複数の枝管部17aの1つに改質触媒24を設けた。またこの枝管部17aにはEGR管22の一端を接続し、EGR管22の他端を吸気管14に接続した。更に改質触媒24より排ガス上流側であってEGR管22の分岐部より排ガス下流側の枝管部17aに、燃料(軽油)25を供給する燃料添加ノズル28を設け、この燃料添加ノズル28に燃料供給手段29が燃料25を供給するように構成した。ここで、改質触媒24は、ロジウムをイオン交換したゼオライト粉末を含むスラリーをハニカム担体にコーティングして作製した触媒であった。一方、ターボ過給機19のコンプレッサハウジング19aを吸気管14の途中に設け、インタクーラ21をコンプレッサハウジング19aより吸気下流側の吸気管14の途中に設けた。またタービンハウジング19bを排気マニホルド17と排気管18との間に介装した。更に排気管18に選択還元型触媒39を設けた。ここで、選択還元型触媒39は、銀及び白金をイオン交換したゼオライト粉末を含むスラリーをハニカム担体にコーティングして作製した触媒であった。この排ガス浄化装置を実施例1とした。
改質触媒を、ターボ過給機のタービンハウジングより排ガス下流側であって選択還元型触媒より排ガス上流側の排気管に設け、燃料添加ノズルを、ターボ過給機のタービンハウジングより排ガス下流側であって改質触媒より排ガス上流側の排気管に設けたこと以外は、実施例1と同一に構成した。この排ガス浄化装置を比較例1とした。
実施例1及び比較例1の排ガス浄化装置の燃料添加ノズルから燃料を添加して改質触媒に燃料を供給した。そして改質触媒で燃料が水素に改質された。このとき改質された水素が所定量になるように燃料添加ノズルからの燃料の添加量を制御した。具体的には、図5(a)及び(b)に示すように、改質触媒を昇温するための燃料の流量及び供給時間をそれぞれQ1及びT1とし、改質触媒で水素を生成(改質)するための燃料の流量及び供給時間をそれぞれQ2及びT2とした。そして、実施例1及び比較例1において、Q1、Q2及びT2をそれぞれ同一に保った状態で、T1を変えて、改質触媒で改質された水素が所定量になるように燃料添加ノズルからの燃料の添加量を制御した。その結果、排気マニホルドの集合管部における排ガス温度が550℃であり、白金系触媒より排ガス上流側の排ガス温度が200℃であったとき、比較例1の改質触媒を昇温するための燃料の供給時間T1を100%とすると、実施例1の改質触媒を昇温するための燃料の供給時間T1は15%短くなった。この結果、比較例1の排ガス浄化装置より実施例1の排ガス浄化装置の方が、少ない燃料の添加で改質触媒において水素に改質できることが分かった。
選択還元型触媒が、銀を含まず白金のみをイオン交換したゼオライト粉末を含むスラリーをハニカム担体にコーティングして作製した触媒であったこと以外は、排ガス浄化装置を実施例1と同一に構成した。この排ガス浄化装置を比較例2とした。
実施例1及び比較例2の排ガス浄化装置において、エンジンの回転速度及び負荷を変化させて、排ガス温度300℃において、実施例1及び実施例2の排ガス浄化装置によるNOx低減率を測定した。その結果を図6に示す。図6から明らかなように、選択還元型触媒が銀を含まない比較例2の排ガス浄化装置ではNOx低減率が0%とNOxが全く還元されなかったのに対し、選択還元型触媒が銀を含む実施例1の排ガス浄化装置ではNOx低減率が約25%とNOxの還元性能が向上したことが分かった。
12 吸気通路
17,87,107 排気マニホルド
17a 枝管部
18 排気管
19 ターボ過給機
19b タービンハウジング
22 EGR管
23 EGRバルブ
24,84,104 改質触媒
25 燃料
27 燃料添加手段
28 燃料添加ノズル
29 燃料供給手段
39 選択還元型触媒
51 バイパス管
52 ウェイストゲートバルブ
53 温度センサ
61 コントローラ
87b,107b 集合管部
87c,107c 第1通路
87d,107d 第2通路
Claims (8)
- ターボ過給機(19)付エンジン(11)の排気ポートに接続された排気マニホルド(17)に設けられ前記エンジン(11)の燃料(25)を水素に改質する改質触媒(24)と、
前記排気マニホルド(17)に前記燃料(25)を添加することにより前記改質触媒(24)に前記燃料(25)を供給する燃料添加手段(27)と、
前記ターボ過給機(19)の前記タービンハウジング(19b)より排ガス下流側の排気管(18)に設けられ前記水素を還元剤として排ガス中のNOxを還元する銀−白金系触媒からなる選択還元型触媒(39)と、
前記タービンハウジング(19b)をバイパスするバイパス管(51)に設けられ前記バイパス管(51)の開度を調整して前記タービンハウジング(19b)に流す排ガスの流量を調整するウェイストゲートバルブ(52)と、
前記タービンハウジング(19b)の入口温度を検出する温度センサ(53)と、
前記エンジン(11)の運転条件に基づいて前記燃料添加手段(27)を制御するとともに前記温度センサ(53)の検出出力に基づいて前記ウェイストゲートバルブ(52)を制御するコントローラ(61)と
を備えた排ガス浄化装置であって、
前記エンジン(11)に吸入される空気量を検出するマスフローセンサ(54)が前記エンジン(11)に設けられ、
排ガス中の酸素濃度を検出するO 2 センサ(56)が前記排気マニホルド(17)に設けられ、
排ガス中のNOxの濃度を検出するNOxセンサ(57)が前記選択還元型触媒(39)より排ガス下流側の排気管(18)に設けられ、
排ガス中のNOx濃度が所定値以上になったことを前記NOxセンサ(57)が検出したときに、前記コントローラ(61)が、前記NOxセンサ(57)、前記マスフローセンサ(54)及び前記O 2 センサ(56)の各検出出力に基づいて前記燃料添加手段(27)を制御するように構成されたことを特徴とする排ガス浄化装置。 - 前記改質触媒(24)が、前記排気マニホルド(17)の複数の枝管部(17a)の1つ以上かつ前記枝管部(17a)の総数未満に設けられた請求項1記載の排ガス浄化装置。
- 一端が前記排気マニホルド(17)に接続され他端が前記エンジン(11)の吸気通路(12)に接続され前記排ガスの一部を前記吸気通路(12)に戻すEGR管(22)と、このEGR管(22)に設けられ前記吸気通路(12)に戻す排ガスの流量を調整するEGRバルブ(23)とを更に備え、前記EGR管(22)の一端が前記排気マニホルド(17)の複数の枝管部(17a)のいずれかに接続され、前記改質触媒(24)が前記EGR管(22)の一端の接続された枝管部(17a)であって前記EGR管(22)の一端の接続部より排ガス下流側に設けられた請求項2記載の排ガス浄化装置。
- 前記燃料添加手段(27)が、前記改質触媒(24)より排ガス上流側の枝管部(17a)に設けられ前記改質触媒(24)より排ガス上流側の枝管部(17a)に前記燃料(25)を添加する燃料添加ノズル(28)と、この燃料添加ノズル(28)に前記燃料(25)を供給する燃料供給手段(29)とを有する請求項2又は3記載の排ガス浄化装置。
- 前記燃料添加手段が、前記エンジンの複数の気筒のうち前記改質触媒に排ガスが流入する気筒に燃料を噴射する所定の燃料噴射ノズルと、この所定の燃料噴射ノズルに前記燃料を供給する燃料供給手段とを有し、前記所定の燃料噴射ノズルから前記エンジンで燃焼される燃料を越える量の燃料を噴射するように構成された請求項2又は3記載の排ガス浄化装置。
- 前記排気マニホルド(87,107)の集合管部(87b,107b)内が第1通路(87c,107c)と第2通路(87d,107d)とに区画され、前記改質触媒(84,104)が前記第1通路(87c,107c)に収容され、前記エンジン(11)から排出された排ガスの一部が前記第1通路(87c,107c)及び前記改質触媒(84,104)を通って前記タービンハウジング(19b)に流入し、前記排ガスの残部が前記改質触媒(84,104)をバイパスし前記第2通路(87d,107d)を通って前記タービンハウジング(19b)に流入するように構成された請求項1記載の排ガス浄化装置。
- 前記燃料添加手段(27)が、前記改質触媒(84,104)より排ガス上流側の前記第1通路(87c,107c)に設けられ前記改質触媒(84,104)より排ガス上流側の前記第1通路(87c,107c)に前記燃料(25)を添加する燃料添加ノズル(28)と、この燃料添加ノズル(28)に前記燃料(25)を供給する燃料供給手段(29)とを有する請求項6記載の排ガス浄化装置。
- 前記改質触媒(24,84,104)が、ロジウム、パラジウム及び白金からなる群より選ばれた1種又は2種以上の貴金属を添加したゼオライト又はアルミナをハニカム担体にコーティングして構成された請求項1ないし7いずれか1項に記載の排ガス浄化装置。
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