JPH10212931A - 内燃機関排気ガス浄化装置 - Google Patents

内燃機関排気ガス浄化装置

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JPH10212931A
JPH10212931A JP9015410A JP1541097A JPH10212931A JP H10212931 A JPH10212931 A JP H10212931A JP 9015410 A JP9015410 A JP 9015410A JP 1541097 A JP1541097 A JP 1541097A JP H10212931 A JPH10212931 A JP H10212931A
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JP
Japan
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exhaust gas
reducing agent
internal combustion
solenoid valve
combustion engine
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Pending
Application number
JP9015410A
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English (en)
Inventor
Mitsuru Hosoya
満 細谷
Masatoshi Shimoda
正敏 下田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hino Motors Ltd
Original Assignee
Hino Motors Ltd
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Publication date
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01NGAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2610/00Adding substances to exhaust gases
    • F01N2610/03Adding substances to exhaust gases the substance being hydrocarbons, e.g. engine fuel
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/40Engine management systems

Abstract

(57)【要約】 【課題】 内燃機関排気ガス中のNOx低減のための排
気ガス浄化装置を提供する。 【解決手段】 内燃機関排気ガスの温度、内燃機関への
燃料負荷、及び内燃機関の回転数をそれぞれ検出し、排
気ガス温度が所定の温度のときに炭化水素系還元剤をN
Ox触媒の入口側にパルス状に制御噴射してNOx触媒
のNOx低減効果を向上させなおかつNOx低減有効温
度範囲を拡張する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は内燃機関排気ガスの
浄化装置に関し、さらに詳しくは内燃機関排気ガス処理
用のNOx触媒の上流側に外部源から炭化水素系還元剤
を添加導入する方式の排気ガス浄化装置に関する。
【0002】
【従来の技術】内燃機関、例えばディーゼルエンジンか
らの排気ガスは一般にNOx触媒によって浄化処理され
排出されるが、さらに浄化度を向上させる手段としてN
Ox触媒の上流側に外部から炭化水素系還元剤、例えば
軽油を添加導入することが提案されてきている。その例
としていわゆるU−2システムあるいは排気管供給シス
テムが知られているが、未だ研究段階にあり、大型内燃
機関については実用化されるに至っていない。
【0003】公知技術の一例は、特開平4−28411
7号公報に記載される排気浄化装置であり、この装置に
おいては、NOx触媒床の温度が低温状態にあるときに
炭化水素をパルス状に供給する。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】従来の技術は、触媒の
作動温度領域においてNOx触媒の作用により炭化水素
が活性化されNOxと反応し、NOxを低減するという
考え方に基礎を置いている。
【0005】本発明者等は内燃機関(殊にディーゼルエ
ンジン)の排気ガス浄化処理に用いられるNOx触媒の
NOx浄化活性化温度及び炭化水素系還元剤の添加導入
のタイミングとの関係について鋭意研究し、検討した。
その結果として一般に内燃機関排気ガス処理に用いられ
ているセラミック製ハニカム担体に担持されたPt−A
23系、Pd−Al23系、Rh−Al23系、Ir
−Al23系等のNOx触媒についての活性は約200
℃ないし約450℃の範囲で示されることが判明した。
さらには炭化水素系還元剤の添加導入のタイミングは触
媒の上流側における排気ガス流の温度が触媒の作動温度
であるときであり、これによりNOx低減効果が大幅に
向上することが判明した。そして重要なことはそのよう
な適時の炭化水素系還元剤の添加導入を例えば2〜10
秒間の添加導入及び例えば2〜10秒間の中断を繰り返
すパルス方式で、高いNOx低減率が維持できることが
判明した。このパルスのタイミングは、内燃機関の回転
数、内燃機関への燃料の負荷及びNOx触媒の上流側に
おける排気ガス温度を連続的にモニタリングすることに
より得られる。典型的にはそれぞれのデータを変換して
信号化し、コンピュータに入力し、演算することができ
る。そのようなタイミング信号は、パルス発生装置に入
力され、外部源からポンプを介して炭化水素系還元剤を
パルス状に噴射制御して添加導入するための電磁弁を作
動させ、排気管内に設置されたノズルを介してNOx触
媒の上流側に最適量の炭化水素系還元剤を一時的に高濃
度でパルス状に噴射する。
【0006】上記の如き高効率をもたらすパルス状の一
時的高濃度の還元剤の導入方式によって還元剤のトータ
ル消費量を節減できる。かくして本発明の課題は高効率
かつ経済的な排気ガス浄化装置を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記の新たな諸知見に基
き、本発明は、内燃機関の排気マニホールドと消音マフ
ラーとの間の排気管内のNOx触媒、及び排気ガス温度
が180℃〜450℃のときにNOx触媒の上流側の排
気ガス流に外部源から炭化水素系還元剤を添加導入する
ためのポンプ、電磁弁及び噴射ノズルを含む還元剤導入
系から構成される排気ガス浄化装置であって:内燃機関
の回転数を検出、内燃機関への燃料の負荷を検出及びN
Ox触媒の上流側における排気ガス温度を検出し、これ
らの信号から、電磁弁の作動時間を算出し、上記検出排
気ガス温度が所定温度の時に上記ポンプと電磁弁を介
し、パルス状に噴射制御された還元剤を排気管に導入
し、排出NOx量を低減させる内燃機関排気ガス浄化装
置を提供する。
【0008】本発明にとって適当なNOx触媒として
は、セラミックス、殊に耐火性セラミックス(例えばコ
ージェライト、アルミナ)あるいは他の金属酸化物類の
担体、あるいはメタル担体の表面上に、Pt−Al23
系、Pd−Al23系等の公知の触媒物質の層を担持し
てなるものを挙げることができる。担体としては耐火性
セラミックあるいは耐火性メタルをハニカム構造に成形
したものが、排気ガス流の円滑な流動の面から好まし
い。
【0009】本発明において使用される炭化水素系還元
剤は、内燃機関に供給される燃料と同一であってよく、
例えばディーゼルエンジンの場合には軽油(燃料)を本
発明の浄化装置において用いる還元剤として流用するこ
とが可能であり、また便宜でもある。同様にガソリン燃
料エンジンの場合には、ガソリンを還元剤として流用で
きる。
【0010】本発明の装置では、炭化水素系還元剤を排
気管中のNOx触媒床の上流部にパルス状で一時的に高
い濃度で噴射制御供給することにより、触媒中の貴金属
表面に存在する酸素が減少ないし駆逐されてNOx低減
触媒活性が復活され、維持され、これによってNOx低
減効果が相対的に高い水準に保持されるものと考えられ
る。本発明装置によればNOxのみならずCO、HC排
出量も有効に低減される。
【0011】本発明の装置は、主として内燃機関の回転
数、内燃機関への燃料の負荷及び排気ガスの温度の3つ
のパラメーターを用いてコンピュータ制御される。
【0012】
【実施例】本発明の排気ガス浄化装置をディーゼルエン
ジンに適用した一具体例を図1を参照しつつ説明する。
【0013】ディーゼルエンジン1から排出された排気
ガスは、排気管2を通り途中に設置されたNOx触媒5
で浄化され、次いでマフラー6を経て大気中へ放出され
る。本発明によれば、排気管内の触媒入口付近に設置さ
れた温度センサ8により、触媒5に入る排気ガス温度を
検出し;エンジンに取り付けられた回転センサ9により
エンジン回転数を検出し;アクセル系に取り付けられた
負荷センサ10によりエンジンへの燃料負荷を検出す
る。これらの検出データはそれぞれ信号化されコンピュ
ータ7に入力され、最適量の還元剤(例:軽油)及び最
適噴射時間が算出され、この算出値がコンピュータ7か
ら出力され、パルス発生装置13に入力される。次いで
パルス発生装置から電磁弁12に作動信号が送出され
る。この電磁弁12は、還元剤(軽油)の外部源、すな
わち還元剤タンク11から還元剤を圧送供給するポンプ
4の吐出側管中に設けられている。従って電磁弁12が
パルス信号により作動すると還元剤圧送管の先端部(排
気管内に挿入)のノズルを介して、還元剤がパルス状に
噴射制御されて導入される。なお還元剤供給ポンプの吐
出圧力を常時モニタリングし、その信号をコンピュータ
に供給し、もしもその吐出圧力が低いとき等の場合に、
必要に応じて電磁弁に指令を出して還元剤の逆流を防止
する措置手段を採用している。
【0014】図1に示される方式の排気ガス浄化装置を
自動車用ディーゼルエンジンに取り付けて、還元剤とし
て軽油を用い、噴射量10cc/分で噴射時間2〜10
秒、噴射停止時間2〜10秒の種々なパルス時間を設定
して実験したところ、排気ガス温度が175℃ないし2
00℃近くを越えると還元剤不導入の場合、及び還元剤
連続導入の場合の両方と対比してNOx低減効果が顕著
に向上し、約225℃で最大値を示し、NOx低減効果
が示された。なお上記各実験に用いた触媒はハニカム担
持白金−アルミナ触媒であった。また連続導入方式と比
較して、本発明のパルス導入方式では、還元剤の消費量
が15〜40%節減できる。
【0015】本発明の排気ガス浄化装置では検出された
排気ガス温度が所定温度の時に電磁弁を作動させて還元
剤をパルス状に噴射するが、排気ガス温度が上記所定温
度よりも低い時には還元剤噴射を停止するという断続
(場合によっては逆に連続的になることもありうる)の
可変モード制御がなされる。
【0016】
【発明の効果】本発明による還元剤パルス導入のNOx
低減効果は、前記実施例における実験で得られた触媒入
口温度(℃)とNOx低減率(%)との関係のデータ
を、還元剤連続導入(パルス無し)及び還元剤無供給の
場合の同様なデータと対比することにより、さらに明ら
かとなる。
【0017】 NOx低減率(%:排ガス分析計で測定) 還元剤導入方式 パルス(本発明) 連続(パルス無) 無供給 触媒入口温度150℃ 5 3 0.5 175℃ 8 4 2 200℃ 20.5 10 3 225℃ 32.5 20 6 250℃ 17.5 10 4 275℃ 13 4.5 1 300℃ 5.5 3 1 325℃ 4 2 0.5
【0018】本発明による還元剤パルス導入方式の装置
ではNOx低減触媒のNOx低減有効温度範囲を大幅に
拡大でき、また還元剤の消費量を削減できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る排気ガス浄化装置を取り付けたデ
ィーゼルエンジンの構成の概略図。
【符号の説明】 1 ディーゼルエンジン 2 排気管 3 還元剤噴射ノズル 4 還元剤圧送ポンプ 5 NOx触媒(ハニカム担持) 6 消音マフラー 7 コンピュータ 8 温度センサ 9 回転センサ 10 負荷センサ 11 還元剤源(タンク) 12 電磁弁 13 パルス発生装置

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 内燃機関の排気マニホールドと消音マフ
    ラーとの間の排気管内のNOx触媒、及び排気ガス温度
    が180℃〜450℃のときにNOx触媒の上流側の排
    気ガス流に外部源から炭化水素系還元剤を添加導入する
    ためのパルス発生装置、ポンプ、電磁弁及び噴射ノズル
    を含む還元剤導入系から構成される排気ガス浄化装置で
    あって:内燃機関の回転数を検出、内燃機関への燃料の
    負荷を検出及びNOx触媒の上流側における排気ガス温
    度を検出し、これらの信号から、電磁弁の作動時間を算
    出し、上記検出排気ガス温度が所定温度の時に上記ポン
    プと電磁弁を介し、パルス状に噴射制御された還元剤を
    排気管に導入し、排出NOx量を低減させる内燃機関排
    気ガス浄化装置。
  2. 【請求項2】 内燃機関がディーゼルエンジンであり、
    炭化水素系還元剤が軽油である請求項1の排気ガス浄化
    装置。
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1455929A1 (en) * 2001-11-09 2004-09-15 Clean Diesel Technologies, Inc. Continuously-variable control of pollution reducing chemicals for combustion sources
JP2010196616A (ja) * 2009-02-26 2010-09-09 Nissan Motor Co Ltd エンジンの排気浄化装置
KR100999615B1 (ko) * 2007-12-14 2010-12-08 현대자동차주식회사 차량 배기계 선택적 촉매장치의 우레아 분사 제어장치 및방법
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DE10241697B4 (de) * 2001-09-12 2016-05-12 Denso Corporation Emissionsreinigungsvorrichtung

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Effective date: 20051031