JPH0587219U - 内燃機関の排ガス浄化装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 この考案は、低コスト化を図れる内燃機関の
排ガス浄化装置を提供することにある。 【構成】 排ガス中に浄化を必要とする炭化水素ＨＣを
含む内燃機関１の排気路１７に装着される排ガス浄化装
置において、上記排気路１７に少なくとも窒素酸化物Ｎ
Ｏ_Xを浄化する窒素酸化物還元触媒１０を配設したこと
を特徴とする。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は排ガス中に炭化水素を含む内燃機関の排ガス浄化装置、特に、炭化水 素の浄化処理を必要とする内燃機関の排ガス浄化装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】

内燃機関は空気と燃料との混合気を圧縮着火や火花点火により燃焼させ、この 際に生じた燃焼エネルギを機関の回転エネルギに変換して出力する。このような 内燃機関は運転状況が大きく変化する車両に搭載された場合、内燃機関の燃焼室 での混合気の燃焼状態も大きく変化し、常時最適な燃焼状態を確保することは難 しく、特に、各内燃機関の特性に応じて排ガス中に浄化を必要とする各種成分が 混入することとなる。

【０００３】 例えば、軽油と空気の混合気を圧縮着火して出力を発する軽油仕様のディーゼ ルエンジンはその排ガス中に浄化を必要とする成分の内、炭化水素（以後単にＨ Ｃと記す）の量は比較的少ないが、窒素酸化物（以後単にＮＯ_Xと記す）の量が 比較的多く成る傾向に有り、しかも、高負荷運転時には燃焼室での燃料粒と空気 との混合特性が低下し易く、排ガス中のスモークが悪化する傾向にもあった。な お、この軽油仕様のディーゼルエンジンのＮＯ_X還元率を大きく向上させるべく 、吸気あるいは排気中にＨＣを添加することが行われており、この結果、燃費の 増加という問題があった。

【０００４】 他方、メタノールと空気との混合気を圧縮着火して出力を発するメタノールデ ィーゼルエンジンはその排ガス中に浄化を必要とする成分の内、ＨＣを比較的多 く含み、そのＨＣの除去のためにＨＣ除去効率の高い、酸化触媒を用いており、 これによってＨＣの量は軽油仕様のディーゼルエンジン並みに押さえられている 。この様に酸化触媒のみを用いた場合、メタノールディーゼルエンジンのＮＯ_X の排出量は比較的少なく、排ガス中のＮＯ_Xの量に変化は無かった。

【０００５】 更に、軽油仕様のディーゼルエンジンであって、高負荷運転時にのみ吸気系に 液化ガス（以後単にＬＰＧと記す）を供給し、このＬＰＧ添加処理によって排ガ ス中のスモークを抑制することも行われている。

【０００６】 このように、内燃機関の排気系は排ガス中に浄化を必要とする各成分を含み、 これら各成分毎にその浄化特性の優れた触媒が選択され、使用されている。

【０００７】 即ち、軽油仕様のディーゼルエンジンであれば、排ガス中に比較的多く含むＮ Ｏ_Xの除去のため、排気路にＮＯ_X還元触媒を装着しており、この場合、比較的問 題とならないＨＣ除去用の酸化触媒を装着することはなかった。他方、メタノー ルディーゼルエンジンは比較的多いＨＣの除去のために排気路に酸化触媒を装着 しており、今まで問題とならなかったＮＯ_X除去用のＮＯ_X還元触媒を全く装着す ることはなかった。

【０００８】

【考案が解決しようとする課題】

処が、このような内燃機関の排ガス中の浄化を必要とする成分であるＨＣ、一 酸化炭素（以後単にＣＯと記す）、ＮＯ_Xの含有量の規制は年々厳しくなってい る。このため、各内燃機関の特性上、従来は大きく問題とされていなかった浄化 を必要とする成分の規制の強化に対し、従来装置より浄化特性が優れ、しかも新 たに排ガス浄化装置を追加する必要も生じている。

【０００９】 しかし、排ガス中の浄化を必要とする各成分毎に、それぞれの浄化特性の優れ た触媒を、単に、順次追加した場合、浄化特性を改善できるが、コスト高を招く という問題が生じ、コスト高を押さえられの無い排ガス浄化装置の必要性が高ま る傾向に有る。 本考案の目的は、低コスト化を図れる内燃機関の排ガス浄化装置を提供するこ とにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】

上述の目的を達成するために、本考案は、排ガス中に浄化を必要とする炭化水 素を含む内燃機関の排気路に装着される排ガス浄化装置において、上記排気路に 少なくとも窒素酸化物を浄化する窒素酸化物還元触媒を配設したことを特徴とす る。

【００１１】

【作用】

排ガス中の炭化水素を、直接に窒素酸化物還元触媒に供給し、これによって触 媒の活性強化を図ることが出来、窒素酸化物還元触媒の還元効率を向上させるこ とが出来ると共に炭化水素をも排除できる。

【００１２】

【実施例】

図１の内燃機関の排ガス浄化装置は４気筒、４サイクルのメタノールディ−ゼ ルエンジン１に装着される。 ここで、メタノールディ−ゼルエンジン１は、エアクリーナ２と、吸気絞り弁 １７を備えた吸気管３と、吸気分岐管４と、シリンダヘッド１０１内の各燃焼室 ６に続く吸気ポート５とから成る吸気路１２を備え、各燃焼室６に続く排気ポー ト７と、排気分岐管８と、排気管９と、ＮＯ_X還元触媒１０と、マフラー１１と から成る排気路１７を備える。

【００１３】 更に、メタノールディ−ゼルエンジン１にはメタノール燃料を各気筒に供給す る燃料供給系１３が装備される。この燃料供給系１３は各気筒毎に配設されるイ ンジェクタ１４と、各インジェクタ１４に高圧燃料を供給する燃料噴射ポンプ１ ５と、この燃料噴射ポンプ１５に図示しない燃料供給ポンプを介して燃料供給を 行う燃料タンク１６とで構成される。ここでのメタノール燃料はＮ１００（メタ ノール１００％含有）が使用され、場合によってはＮ８５（メタノール８５％に ガソリン１５％含有）が使用される。なお、燃料供給ポンプは図示しないコント ローラによって駆動される。

【００１４】 燃料噴射ポンプ１５はエンジン回転力を受けてポンプ作動し、燃料供給ポンプ より供給された低圧燃料を図示しないラックにより調量し、そのラック位置に応 じて調量された燃料を加圧し、高圧化した燃料を各気筒のインジェクタ１４に供 給し、各インジェクタが各気筒の圧縮上死点前の所定クランク角位置で高圧燃料 を噴射処理している。

【００１５】 排気路１７の途中のＮＯ_X還元触媒１０は排ガス中のＮＯ_Xを還元浄化するもの で、銅ゼオライト系のＮＯ_X還元触媒が用いられる。なお、この触媒はそのＮＯ_X 還元効率を向上させるために、ＨＣ添加を行うことが有効なものである。

【００１６】 このようなメタノールディ−ゼルエンジン１の駆動時には吸気路よりの空気と インジェクタ１４から噴射されたメタノール燃料粒とが燃焼室６で混合され、そ の混合気が圧縮着火されて出力を発する。このようなメタノールディ−ゼルエン ジン１は運転状況、特に、運転者の加速要求を示すラックの位置の増減変化によ って燃料噴射量も変化し、排ガスの成分も変化する。

【００１７】 この場合、図３（ａ），（ｂ）に示すように、メタノールディ−ゼルエンジン １の排気ポート７よりの排ガス中には比較的多量のＨＣがｑ１だけ含まれ、比較 的少量のＮＯ_Xがｑ２だけ、ＣＯがｑ４だけ含まれる。この場合、排ガス中の比 較的多量ｑ１のＨＣがＮＯ_X還元触媒１０に供給されると、ＮＯ_X還元触媒１０は その還元効率を向上させることが出来、排ガス中のＮＯ_Xを十分に還元し、確実 にＮＯ_Xを消滅させる。他方、ＨＣはＮＯ_X還元触媒１０に消費されてｑ３に低減 し、ＣＯはその量ｑ４を変化させない。

【００１８】 このように、図１の装置ではＮＯ_XおよびＨＣを十分に低減でき、比較的少な いＣＯはそのまま排出される。

【００１９】 なお、図１や図３（ａ）に示すように、排気管９上でＮＯ_X還元触媒１０の下 流に２点鎖線で示すような酸化触媒２４を装着しても良い。ここでの酸化触媒２ ４はＨＣ及びＣＯを共に酸化浄化出来るものであり、これによって、ＮＯ_X還元 触媒１０通過後のＨＣ（残留量ｑ３）及びＣＯ（残留量ｑ４）を完全に酸化処理 し、浄化し消滅させることが出来る。特に、ここでの酸化触媒２４に達するＨＣ はＮＯ_X還元触媒１０により低減され、従来の酸化触媒より十分に小型化される 利点が有る。

【００２０】 図３の内燃機関の排ガス浄化装置も４気筒、４サイクルの軽油仕様のディ−ゼ ルエンジン１ａであり、特に、高負荷運転時のＬＰＧ添加装置１８を備える。 ここで、ディ−ゼルエンジン１ａは、図１のメタノールディ−ゼルエンジン１ と比べて、類似構成を多く含むので、同一部材には同一符号を付し、その重複説 明を略す。

【００２１】 このディ−ゼルエンジン１ａの吸気路１２にはＬＰＧ添加装置１８が装着され る。このＬＰＧ添加装置１８は吸気路１２の吸気絞り弁１７とエアクリーナ２の 間に噴射口を配したノズル１９と、このノズル１９に連結され、開閉弁２１を備 えたパイプ２０と、そのパイプ２０の他端にに連結されるＬＰＧタンク２２と、 開閉弁２１を駆動するコントローラ２３とで構成される。

【００２２】 このコントローラ２３はラック位置情報を出力する図示しないラック位置セン サを接続し、その情報に応じて高負荷運転時に常閉の開閉弁２１をオンして開き 、所定の流量でＬＰＧを吸気路１２に供給できる。

【００２３】 更に、ディ−ゼルエンジン１ａには軽油を各気筒に供給する燃料供給系１３ａ が装備される。燃料供給系１３ａはインジェクタ１４ａと、各インジェクタ１４ ａに高圧燃料を供給する燃料噴射ポンプ１５ａと、軽油用の燃料タンク１６ａと で構成される。

【００２４】 ディ−ゼルエンジン１ａの排気路１７にもＮＯ_X還元触媒１０と、マフラー１ １とが装着される。

【００２５】 このようなディ−ゼルエンジン１ａの駆動時には吸気路よりの空気とインジェ クタ１４ａからの軽油粒とが燃焼室６で燃焼して出力を発する。このようなディ −ゼルエンジン１ａは運転状況、特に、運転者の加速要求を示すラックの位置の 増減変化によって燃料噴射量も変化し、排ガスの成分も変化する。

【００２６】 この場合、図４（ａ），（ｂ）に示すように、ディ−ゼルエンジン１ａが中低 負荷運転域に有るとコントローラ２３はその出力をオフに保ち、ＬＰＧの吸気路 １２への供給は無く、排気ポート７よりの排ガス中には比較的多量のＮＯ_Xがｑ ５だけ含まれ、比較的少量のＨＣがｑ９だけ、ＣＯがｑ７だけ含まれる。この場 合、排ガス中のＨＣがＮＯ_X還元触媒１０に直接供給されることより、ＮＯ_X還元 触媒１０はその還元効率を向上させることが出来、排ガス中のＮＯ_Xを還元し、 確実にＮＯ_Xを低減し、残量ｑ８を大きく低減できる。

【００２７】 なお、ＨＣはＮＯ_X還元触媒１０に消費されてほとんど消滅し、ＣＯはその量 ｑ７を変化させない。

【００２８】 他方、ディ−ゼルエンジン１ａが高負荷運転域に有るとコントローラ２３はそ の出力をオンに保ち、ＬＰＧを吸気路１２へ供給するので、排気路１７のスモー クの発生は十分に低減される。しかもＨＣが増加ｑ６し、ＮＯ_X還元触媒１０の ＮＯ_X還元効率が向上し、ＮＯ_X還元触媒１０通過後の排ガス中のＮＯ_Xはほとん ど消滅する。

【００２９】 なお、図２や図４（ａ）に示すように、排気管９上でＮＯ_X還元触媒１０の下 流に２点鎖線で示すような酸化触媒２４を装着しても良い。ここでも、ＮＯ_X還 元触媒１０通過後のＨＣ及びＣＯ（残留量ｑ７）を完全に酸化処理でき、消滅さ せることが出来る。特に、ここでの酸化触媒２４もＨＣ及びＣＯ量が少ないため 、従来の酸化触媒より十分に小型化される利点が有る。

【００３０】

【考案の効果】

以上のように、この考案は排ガス中の炭化水素によって窒素酸化物還元触媒の 活性強化を積極的に図り、触媒の還元効率を向上させることが出来るので、窒素 酸化物還元触媒の還元効率を向上させることができ、しかも排ガス中の炭化水素 を酸化触媒を用いなくても低減、あるいは小型化でき、装置のコスト低減効果を 得ることが出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の一実施例としての内燃機関の排ガス浄
化装置の概略構成図である。

【図２】本考案の他の実施例としての内燃機関の排ガス
浄化装置の概略構成図である。

【図３】（ａ）は図１の排ガス浄化装置の排気路概略
図、（ｂ）は図１の排ガス浄化装置の排気成分の変化特
性説明図である。

【図４】（ａ）は図２の排ガス浄化装置の排気路概略
図、（ｂ）は図２の排ガス浄化装置の排気成分の変化特
性説明図である。

【符号の説明】

１ メタノールディーゼルエンジン １ａ 軽油仕様のディーゼルエンジン １０１ シリンダヘッド ３ 吸気管 ６ 燃焼室 ７ 排気ポート ９ 排気管 １０ ＮＯ_X還元触媒 １２ 吸気路 １７ 排気路

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】排ガス中に浄化を必要とする炭化水素を含
   む内燃機関の排気路に装着される排ガス浄化装置におい
   て、上記排気路に少なくとも窒素酸化物を浄化する窒素
   酸化物還元触媒を配設したことを特徴とする内燃機関の
   排ガス浄化装置。