JPH07102949A - 脱硝触媒を用いた内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 脱硝触媒を用いた浄化装置において、排気ガ
ス中のＮＯx 濃度の変化に応じて、還元剤の供給量を制
御する。 【構成】 排気タービン過給機（４）のブロア（７）下
流の空気を還元剤供給ノズル（13）（23）の制御用流体
として使用し、或いは、燃料噴射ポンプ（28）若しくは
燃料噴射ポンプと同期して駆動されるポンプ（32）で還
元剤を供給する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、還元型の脱硝触媒を
用いた内燃機関の排気ガス浄化装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】排気ガス中のＮＯx を低減する目的で、
従来のアンモニアを用いた触媒に変えて炭化水素類を用
いた還元型の脱硝触媒を用いることが考えられている。
すなわち、排気管等の排気経路の途中に脱硝触媒を配置
して、その触媒を通過する排気中のＮＯx を除去するも
のである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記のような脱硝触媒
においては、その触媒に還元反応を起こさせるための還
元剤を供給する必要がある。他方、図８で示すように、
排気ガス中のＮＯx の濃度は、機関の出力の増加に比例
して増加する傾向にあり、そのような出力の変化に対応
して常に一定の脱硝率を得るためには、前記脱硝触媒の
能力を制御する必要があり、この為の手段として出力の
変化に応じて還元剤の供給量を変更することが考えられ
る。図９は、このことを示したグラフで、脱硝率を一定
に保つためには、そのＮＯx 濃度の増加に応じて還元剤
の供給量を増加させる必要がある。

【０００４】この発明は、このような脱硝触媒を用いた
浄化装置において、排気ガス中のＮＯx 濃度の変化に応
じて、還元剤の供給量を制御することを目的とするもの
であって、特に、この発明では、マイクロコンピュータ
のような高価な制御装置を用いることなく、機械的な機
構を用いて簡単に実現出来る点に主眼がある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記の課題を解決する
ため、この出願の第１の発明は、機関の排気経路中に脱
硝触媒を配置した排気タービン過給機付の内燃機関にお
いて、前記過給機のブロア下流の空気の一部を、前記触
媒へ還元剤を供給する供給ノズルの噴射量制御空気とし
て使用することを特徴とする。

【０００６】同じくこの出願の第２の発明は、同様に過
給機のブロア下流の空気の一部を、前記触媒へ還元剤を
供給するサージタンクのサージ圧供給流体として使用す
ることを特徴とする。

【０００７】更に、この出願の請求項３の発明は、機関
の排気経路中に脱硝触媒を配置した内燃機関において、
機関の燃料噴射ポンプと同期して駆動される供給ポンプ
で前記触媒へ還元剤を供給することを特徴とするもので
ある。

【０００８】

【作用】上記第１及び第２の発明では、過給機のブロア
の吐出圧が機関の出力に比例することを用いたもので、
この吐出空気を噴射ノズル若しくは還元剤供給ノズルの
制御流体として利用することで、機関の出力即ち排気ガ
ス中のＮＯx 濃度に応じて還元剤濃度を変化させ、一定
の脱硝率を得ることが出来る。

【０００９】他方、請求項３の発明では、ガバナに連動
して機関の出力が増加させられると燃料噴射ポンプの吐
出量も増大するから、例えばその機関燃料をそのまま還
元剤として使用するときは、小型の燃料噴射ポンプを追
加してその吐出燃料を還元剤の上流へ噴射させることに
より、或は、別の還元剤を用いるときはその為のポンプ
を燃料噴射ポンプと並べて設置することで、いずれの場
合も出力に応じて還元剤の供給量を制御することが出来
る。

【００１０】

【実施例】図１は、この出願の請求項１の発明にしたが
って実施される実施例を示している。図において（１）
は排気管であり、この排気管（１）の途中に、ケーシン
グ（２）に内装された脱硝触媒（３）が配置されてい
る。（４）は機関の排気タービン過給機であって、その
タービン（５）が、前記脱硝触媒（３）よりも上流側の
排気通路（６）中に配置されるとともに、ブロア（７）
が、機関の給気通路（８）の途中に配置されている。こ
のブロア（７）出口側の吸気管（９）の途中より分岐し
て、その給気管（９）中の空気の一部を取出す空気取出
し通路（10）が接続されている。（11）は、還元剤を貯
留する還元剤サービスタンクであり、そのサービスタン
ク（11）の出口側の還元剤供給通路（12）が、前記空気
取出し通路（10）とともに、前記排気管（１）内の還元
剤（３）の上流側において、その還元剤（３）側に向け
て噴出口を配置した還元剤噴射ノズル（13）へ接続され
ている。この還元剤噴射ノズル（13）は、いわゆる２流
体形のノズルであって、前記空気取出し通路（10）から
の空気とサービスタンク（11）からの還元剤とを混合さ
せて、噴射させるようにしたものであって、この場合、
空気の圧力が増大すると、それに伴って、還元剤の噴射
量も増大する形式のものが用いられる。

【００１１】この種の、２流体形の噴射ノズル（13）と
しては、例えば、図２に示すようなものがあり、前記空
気取出し通路（10）からの空気をノズル本体（15）内に
噴出させると、前記サービスタンク（11）からの出口通
路（12）より供給される還元剤が、その空気の噴口（1
6）周辺部に形成された出口（17）より吸い出されて、
ともに混合して先端部から噴射されるものである。

【００１２】このとき、図３で示すように、前記給気管
（９）側に吐出される空気圧力は、機関の出力が増大す
ると増加することから、空気取出し通路（15）からノズ
ル（13）へ供給される空気圧力も増大する。したがっ
て、機関の出力に伴う空気圧の増大によって、還元剤の
供給量を増加させることができるのである。図４が、こ
のような空気の供給量と還元剤噴射量との関係を示して
いる。

【００１３】なお、図１において（14）は、前記空気取
出し通路（10）と還元剤供給通路（12）の途中に設けた
逆止弁であって、これは、基本的に、ノズル（13）側へ
のみ空気及び還元剤を供給できるようにしたものである
が、更に加えて、供給空気量が一定量以下の場合には、
そのノズル（13）方向への通路をも開かないように設定
される。すなわち、図３で示すように、供給空気量がＡ
₀ 以下の場合には、その空気供給量の変化に応じた還元
剤の噴射量が著しく変化するため、これにより、噴射状
況が不安定となるのを防止したものである。この供給空
気量Ａ₀ 以下の範囲は、図２の機関出力Ｎ₀ 以下の範囲
に該当している。

【００１４】図５は、この出願の請求項２の発明にした
がって実施される実施例である。この実施例において
は、還元剤サービスタンク（11）からの出口通路（12）
の途中にサージタンク（21）を設けており、一旦このサ
ージタンク（21）内に溜められた還元剤を、還元剤供給
通路（22）からノズル（23）へ供給するようにしてい
る。このサージタンク（21）の圧力室（24）内には、前
記図１と同じく給気ブロア（７）出口側の給気管（９）
より分岐した空気取出し通路（10）が連通されている。
これにより、給気通路（９）の圧力が増大してその取出
し通路（10）からの空気圧力が増大すると、その圧力の
増大に伴いサージタンク（21）内の圧力室（24）の圧力
が増大するから、還元剤供給通路（22）側に押し出され
る還元剤の量が増加し、ノズル（23）から噴射される還
元剤の噴射量が増大するものである。この場合のノズル
（23）は、前記図１のものとは異なって、還元剤のみを
噴射させる１流体形のものが使用される。また、この還
元剤供給通路（22）の途中にも、前記図１と同様の機能
を有する逆止弁（14）が設けられている。

【００１５】図６は、この出願の請求項３の発明にした
がって実施される第１の実施例を示している。図におい
て（25）は、機関（30）の燃料噴射ポンプ仕組であっ
て、この燃料噴射ポンプ仕組（25）の各ポンプ（26）
（26）…の吐出燃料が、各気筒毎の燃料噴射弁（27）
（27）…へ供給されて、燃料を噴射させるようにしてい
る。更に、この噴射ポンプ仕組（25）には、気筒への燃
料供給とは別に、排気管（９）途中の脱硝触媒（３）の
上流側へ向けて燃料を噴射する噴射弁（29）へも燃料を
供給するようなポンプ（28）を装備している。これによ
り、燃料の一部が、還元剤として燃料噴射弁（29）より
噴射させられるものである。この場合の燃料噴射ポンプ
（28）は、気筒用のものよりも小型のものが用いられ、
その噴射量は、気筒数ｎに応じて機関用噴射ポンプ（2
6）に対し２×ｎ〜20×ｎ％程度である。この場合の燃
料噴射ポンプ本体（26）（28）の燃料噴射量は、機関
（30）のガバナに連動するものであり、機関の出力が増
大するとそれぞれポンプ（26）（28）の吐出燃料も増大
するから、これにより、出力に応じて噴射弁（29）から
還元剤を変更して噴射させることができるのである。す
なわち、機関（30）のガバナを一種の還元剤の噴射量の
制御装置として使用した構成となっている。

【００１６】図７は、同じくこの出願の請求項３の発明
にしたがって実施される別の実施例であり、機関の燃料
とは別の専用の還元剤を、同じく、機関のガバナによっ
て制御される噴射ポンプ（32）を介して、還元剤噴射ノ
ズル（29）へ供給するようにしたもので、この噴射ポン
プ（32）は、還元剤サービスタンクからの還元剤を還元
剤フィードポンプ（31）を介して供給するようにしてい
る。この噴射ポンプ（32）は、前記と同様に、各気筒へ
燃料を供給する燃料噴射ポンプ（26）と並列して、それ
らの燃料噴射ポンプ（26）と同じくガバナによって制御
されるように設置される。更に、この実施例では、還元
剤供給通路（22）の途中に蓄圧器（33）を設けて、間欠
的に吐出される噴射ポンプ（30）からの還元剤を連続的
に噴射ノズル（29）側に供給して、連続噴射を行なうこ
とができるようにしている。（34）は、その蓄圧器（1
4）から噴射ポンプ（30）側に逆流するのを防止するた
めの逆止弁である。なお、このような連続噴射を行なう
必要がないならば、図の２点鎖線で示すように、かかる
蓄圧器（14）等を用いないでそのまま噴射ノズル（29）
へ、噴射ポンプ（30）の吐出還元剤を供給するようにし
ても良い。

【００１７】

【発明の効果】以上のように、この発明によれば、機関
の出力の変化に応じて圧力の変わる過給機の給気圧力、
或いは、同じく出力の増大に応じて吐出圧力の異なる燃
料噴射ポンプ、若しくはその燃料噴射ポンプとともに駆
動されるポンプを用いて、脱硝触媒への還元剤の供給量
を制御しているから、機関の出力の変化に伴うＮＯx の
濃度の変化に応じて、常に一定の脱硝率を得ることがで
きるという効果がある。しかも、これらは機関の給気圧
力或いは燃料噴射量等をそのまま噴射量の制御に使用し
ているから、特別の制御装置が不要で、マイクロコンピ
ュータ等を用いて制御を行なうものに比較して遙かに安
価で、且つ容易に実現できるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施例を示す機関の給・排気通路と
還元剤供給通路の概略説明図である。

【図２】図１の実施例に用いられる還元剤噴射ノズルの
一例を示すノズルの縦断面図である。

【図３】機関出力と給気圧力との関係を示すグラフであ
る。

【図４】図１の実施例における還元剤噴射ノズルへの供
給空気量と還元剤噴射量との関係を示すグラフである。

【図５】この発明の別の実施例を示す給・排気通路と還
元剤供給通路の概略説明図である。

【図６】この発明の更に別の実施例を示す還元剤供給装
置の概略説明図である。

【図７】同じくこの発明の更に別の実施例を示す還元剤
供給装置の概略説明図である。

【図８】機関出力とＮＯx 濃度との関係を示すグラフで
ある。

【図９】脱硝率を一定とした場合のＮＯx 濃度と還元剤
噴射量との関係を示すグラフである。

【符号の説明】

（３） 脱硝触媒 （４） 排気タービン過給機 （13） 還元剤噴射ノズル （23） 還元剤噴射ノズル （28） 還元剤を噴射させるための燃料噴射ポンプ （29） 還元剤噴射ノズル （32） 還元剤用噴射ポンプ

フロントページの続き (72)発明者 由利 誠 大阪市北区茶屋町１番32号 ヤンマーディ ーゼル株式会社内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 機関の排気経路中に脱硝触媒を配置した
   排気タービン過給機付の内燃機関において、前記過給機
   のブロア下流の空気の一部を、前記触媒へ還元剤を供給
   する供給ノズルの噴射量制御空気として使用することを
   特徴とする脱硝触媒を用いた内燃機関の排気浄化装置。
2. 【請求項２】 機関の排気経路中に脱硝触媒を配置した
   排気タービン過給機付の内燃機関において、前記過給機
   のブロア下流の空気の一部を、前記触媒へ還元剤を供給
   するサージタンクのサージ圧供給流体として使用するこ
   とを特徴とする脱硝触媒を用いた内燃機関の排気浄化装
   置。
3. 【請求項３】 機関の排気経路中に脱硝触媒を配置した
   内燃機関において、機関の燃料噴射ポンプと同期して駆
   動される供給ポンプで前記触媒へ還元剤を供給すること
   を特徴とする脱硝触媒を用いた内燃機関の排気浄化装
   置。