(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ディーゼルエンジンの排気脱硝装置において、
炭化水素を還元剤として排気ガス中のＮＯｘを還元浄化する触媒と、
エンジン気筒内と触媒間の排気ガス中に還元剤を添加するノズルと、
前記ノズルに還元剤を供給する還元剤供給管と、
ディーゼルエンジン燃料である燃料炭化水素を低分子量の炭化水素に分解改質して前記還元剤供給管に供給する燃料炭化水素改質装置と、
前記燃料炭化水素改質装置を迂回させるバイパス回路と、
ＮＯｘ触媒層の温度を検知する温度検出器と、
前記温度検出器からの信号を受けてＮＯｘ触媒層の温度が設定温度を越えた場合は、燃料炭化水素改質装置に燃料炭化水素を通し、設定温度以下の場合は、燃料炭化水素改質装置を迂回するようにバイパス回路に燃料炭化水素を通す判断を行う制御信号を出力するコントローラと、
前記制御信号を受けて還元剤の流路を燃料炭化水素改質装置側とバイパス回路側とに切り換える流量制御弁とを備える
ことを特徴とするディーゼルエンジンの排気脱硝装置。
【請求項２】
前記触媒温度に応じて添加する還元剤炭化水素の量を排出ガス中のＮＯｘ量と添加される炭化水素の分子量とに応じて制御する
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排気脱硝装置。
【請求項３】
エンジン回転数を検出するエンジン回転数検出器と、
燃料噴射量を検出する燃料噴射量検出器と、
前記エンジン回転数検出器及び燃料噴射量検出器からの信号を受けてエンジン回転数および燃料噴射量との関係からＮＯｘ量を推定し、その推定量に応じて還元剤炭化水素の添加ノズル開度デューティ比を出力するコントローラとを備え、
還元剤炭化水素を添加するノズルの開度は、前記デューティ比の出力信号を受けて調整される
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のディーゼルエンジンの排気脱硝装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、ディーゼルエンジンにおける排気脱硝装置に関するもので、特に、広い排気温度のエンジンのの運転条件で触媒を有効に働かすことのできる排気脱硝装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、炭化水素を還元剤として窒素酸化物（ＮＯｘ）を浄化する触媒反応では、触媒の種類や、還元剤によって異なるが、触媒が働く温度はおおよそ３００℃〜５００℃に限られている。特に、使用する触媒と還元剤炭化水素を一種類に限るならばこの温度範囲はより狭くなる。この温度範囲を広げるにはこれまでも様々な方法や装置が考えられている。
【０００３】
たとえば、特開平６−１４６８７０のように作動温度域の異なる複数の触媒をもうけたり、特開平５−４４４４５のように排気ガスの温度を別途冷却制御する方法や、特開平６−１７３６５５のように還元剤として燃料炭化水素を使いこれを予め触媒などにて改質して排気ガス中に添加する方法等がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特開平６−１４６８７０は、容積が大きくなることや圧力損失が大きくなるということが問題があり有用的でない。また、特開平５−４４４４５は、冷媒管がススにて閉塞する問題が有り、定期的な清掃を頻繁に行わねばならいので煩雑である。また、特開平６−１７３６５５は、この方法では、燃料炭化水素をオレフィン系炭化水素に改質することによって、低温側にて触媒を作用しやすいように燃料炭化水素を改質することを目的にするものであり、定格点や最高トルク点近辺のような排気温度が５００℃以上になることのある高負荷条件下では触媒を有効に作用することができないという問題がある。
【０００５】
以上のように、広いエンジン運転条件下、特に高負荷条件にて窒素酸化物を浄化することは困難であった。
本発明は、触媒層にて作用する還元剤炭化水素の成分をエンジンの運転条件にあわせて変えることによって、上記の従来装置の問題点を解決し、触媒を作用されるエンジン運転範囲をより広くすることできる方法と装置を提供するものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明のディーゼルエンジンの排気脱硝装置においては、ディーゼルエンジンの排気脱硝装置において、炭化水素を還元剤として排気ガス中のＮＯｘを還元浄化する触媒と、エンジン気筒内と触媒間の排気ガス中に還元剤を添加するノズルと、前記ノズルに還元剤を供給する還元剤供給管と、ディーゼルエンジン燃料である燃料炭化水素を低分子量の炭化水素に分解改質して前記還元剤供給管に供給する燃料炭化水素改質装置と、前記燃料炭化水素改質装置を迂回させるバイパス回路と、ＮＯｘ触媒層の温度を検知する温度検出器と、前記温度検出器からの信号を受けてＮＯｘ触媒層の温度が設定温度を越えた場合は、燃料炭化水素改質装置に燃料炭化水素を通し、設定温度以下の場合は、燃料炭化水素改質装置を迂回するようにバイパス回路に燃料炭化水素を通す判断を行う制御信号を出力するコントローラと、前記制御信号を受けて還元剤の流路を燃料炭化水素改質装置側とバイパス側とに切り換える流量制御弁とを備えることを特徴とする。
【０００９】
上記触媒温度に応じて添加する還元剤炭化水素の量を排出ガス中のＮＯｘ量と添加される炭化水素の分子量とに応じて制御することを特徴とする。
【００１０】
ディーゼルエンジンの排気脱硝装置において、炭化水素を還元剤として排気ガス中のＮＯｘを還元浄化する触媒と、エンジン気筒内と触媒間の排気ガス中に還元剤を添加するノズルと、前記ノズルに還元剤を供給する還元剤供給管と、前記還元剤としてディーゼルエンジン燃料を使用し、前記還元剤供給管の途中に設けた前記ディーゼルエンジン燃料を低分子量の炭化水素に分解改質する燃料炭化水素改質装置と、前記燃料炭化水素改質装置を迂回させるバイパス回路と、ＮＯｘ触媒層の温度を検知する温度検出器と、エンジン回転数を検出するエンジン回転数検出器と、燃料噴射量を検出する燃料噴射量検出器と、前記エンジン回転数検出器及び燃料噴射量検出器からの信号を受けてエンジン回転数および燃料噴射量との関係からＮＯｘ量を推定し、その推定量に応じて還元剤炭化水素の添加ノズル開度デューティ比を出力するコントローラとを備え、還元剤炭化水素を添加するノズルの開度は、前記デューティ比の出力信号を受けて調整されることを特徴とする。
【００１１】
【作用】
触媒層の温度が高い場合には、燃料炭化水素を予め低分子量の炭化水素に改質して触媒に作用させて、エンジン回転数、燃料噴射量に応じてディーゼルエンジン燃料を使用した還元剤を排気ガス中に添加すべく、噴射ノズルの開度を制御する。また、触媒層の温度が低い場合には、燃料炭化水素を予め低分子量の炭化素に改質することなく触媒に作用させ、エンジン回転数、燃料噴射量に応じてディーゼルエンジン燃料を使用した還元剤を排気ガス中に添加すべく噴射ノズルの開度を制御する。
【００１２】
【実施例】
本発明の第１実施例を図１を参照にして説明する。エンジン１の排気管２中で触媒層３の手前において、還元剤炭化水素添加ノズル１５（以下では、添加ノズル１５と言う）を配置している。還元剤炭化水素を供給する回路として、燃料タンク４から還元剤燃料供給装置６、管路５、切換弁１０、炭化水素改質装置８、管路１２、チェック弁７、管路１３、リリーフ弁９、添加ノズル１５から構成されている。更に、切換弁１０と添加ノズル１５とはバイパス回路１１で直接連絡している。
【００１３】
炭化水素改質装置８は、シリカアルミナやＹ型ゼオライトなどの石油クラッキング（ＦＣＣ）触媒が装填されており、触媒層の温度を適正な温度に制御できるよう電気ヒータおよび温度調整器が装備されている。また、チェック弁７は、バイパス回路１１を通る還元剤炭化水素の炭化水素改質装置８への逆流を防止している。還元剤燃料炭化水素戻り配管１４を通じて添加ノズル１５に供給された還元剤の余剰分が燃料タンク４に戻る。
【００１４】
還元剤炭化水素が上記の２つの回路の内どちらの経路を経て添加ノズル１５に到達するかを設定し、さらに、ガス中に添加する還元剤燃料炭化水素量を決めるための添加ノズル開度のデューティ制御はコントローラ１９にて行い、そのための、入力回路として触媒層に設置した温度検出装置１８、エンジン回転数検出装置２０、燃料噴射量検出装置２１および排気筒１６に設けられた放出ガス中のＮＯｘ量を測るＮＯｘセンサ１７が電気的に接続されている。一方出力回路は切換弁１０と添加ノズル１５の電磁励磁部１５ａに電気的に接続されている。
【００１５】
本発明の第２実施例を図２を参照にして説明する。第１実施例と共通するところは同一符号を付して説明は省略する。管路５には第１実施例と同様の炭化水素改質装置３０が配設されている。炭化水素改良装置３０はオン・オフ操作により管路３１に還元剤炭化水素を流す、触媒層の温度に応じて作動する図示しないオン・オフ弁の励磁部３０ａが付設されている。励磁部３０ａはコントローラ１９の出力回路と電気回路で接続されている。また炭化水素改良装置３０は内部に可変の熱を出力する可変熱量ヒータ３０ｂが付設されている。可変熱量ヒータ３０ｂはコントローラ１９の出力回路に接続され制御される。
【００１６】
本発明の第３実施例を図３を参照にして説明する。第１実施例と共通するところは同一符号を付して説明は省略する。触媒層３の入口側で添加ノズル１５を配置している。還元剤炭化水素を供給する回路として、燃料タンク４から還元剤燃料供給装置６により流量制御弁４２、管路４３、炭化水素改質装置４４、管路４５、オン・オフ弁４６および管路４９を経て添加ノズル１５から構成されている。更に、また、流量制御弁４２と添加ノズル１５とはバイパス回路５０で直接接続されている。また、流量制御弁４２と還元剤燃料供給装置６との間にはリリーフ弁４９が配設されている。
【００１７】
流量制御弁４２は、管路５を通じて供給された還元剤燃料を炭化水素改質装置４４に一定量供給するためのものである。オン・オフ弁４６は炭化水素改質装置４４からの還元剤燃料を添加ノズル１５へ供給するときの断通する弁で、蓄圧器４８からの圧縮空気を配管４７を経て受けて作動する。
【００１８】
次に、各実施例の作動説明を図１、図２、図３、図４、図５を参照にして説明する。まず、実施例１についての図１のシステム図、図４と図５の制御アルゴリズムに基づいて説明する。エンジン始動に伴い、制御ルーチンがスタートする（ステップ１）。ステップ２にて還元剤燃料供給装置６と炭化水素改質装置８をスタートさせ、ステップ３にてエンジン運転中であると判断した場合にはステップ４−１へ進み停止中と判断した場合にはステップ４−２へ進み、制御ルーチンを終了する。ステップ４−１では触媒層の温度Ｔｃａｔ  を計測し、次のステップ５にてＴｃａｔ  が触媒作動の最低温度Ｔｏよりも大きいことを確認し、大きい場合にはステップ６−１へ、小さい場合にはステップ６−２を通り再びステップ３に戻るがステップ６−１ではエンジンの回転数と燃料噴射量とを読み込み、ステップ７に移り炭化水素添加ノズル１５のノズル開度基本デューティ比Ｎｄｕｏ  をエンジン回転数と噴射量とのマップより決定する。次に、ステップ８に移りＴｃａｔ  と測定温度Ｔ１  の大小を比較する。Ｔｃａｔ  〉Ｔ１  の場合は、ステップ９−１にて添加ノズル１５のノズル開度デューティ比Ｎｄｕとして基本デューティ比Ｎｄｕ０  対して定数ａを乗じたものを採用し、次のステップ１０−１に移って、炭化水素経路切換弁１０の励磁部にコントローラ１９からの電気信号が入力される。切換弁１０は、還元剤燃料がバイパス回路を通らずに炭化水素改質装置８を通るように切替えられて添加ノズル１５へ流れるようになる。Ｔｃａｔ  〈  Ｔ１  の場合には、ステップ９−２にて添加ノズル１５のノズル開度デューティ比Ｎｄｕとして基本デューティ比Ｎｄｕｏ  に対して定数ｂを乗じたものを採用し、次のステップ１０−２に移って炭化水素経路を切換弁１０の励磁部にコントローラ１９からの電気信号が入力される。切換弁１０は、還元剤燃料がバイパス回路を通過し、炭化水素改質８を通過しないように切替えられて添加ノズル１５に直接流れる。次にに、ステップ１１にて添加ノズル１５に対して、ノズル開度デューティ比Ｎｄｕを出力することによって所定量の還元剤炭化水素を排気ガス中に添加し、一連の制御を終了して再びステップ３に戻る。また、還元剤炭化水素の量は、排出ガス中のＮＯｘ量を検知した結果と炭化水素改質装置８を通過した炭化水素の分子量とに応て制御される。
【００１９】
実施例２について、図２、図４および図５に基づいて説明する。第１実施例とはステップ９−１、ステップ９−２、ステップ１０−１およびステップ１０−２以外は同じである。即ち、本実施例は、常時、還元剤燃料を広い温度範囲で改質するために触媒層の温度に応じてコントローラ１９から炭化水素改質装置３０のヒータの電熱部温度を可変することにより、還元剤燃料の選択範囲が広がる。
【００２０】
実施例３について、図３、図４、図５に基づいて作動回路を説明する。還元剤燃料装置６により燃料タンク４から燃料を管路５、流量制御弁４２で一定の流量が炭化水素改質装置４４を通過する。ここで、還元剤燃料は低分子炭素となり、オン・オフ弁４６が「オン状態」の場合、ノズル１５へ還元剤燃料をノズルに連絡絡す。オン・オフ弁４６が「オフ状態」になると、バイパス回路５０を通って炭化水素改質装置４４を通らず直に添加ノズルに燃料が供給される。
【００２１】
【発明の効果】
本発明は、以上の構成から成っているため、還元剤燃料の構成炭化水素の低分子化性能が広い範囲にわたって平均して存在するので、広いエンジンの運転状況下でしかも還元剤燃料噴射量の選定幅をもたしてＮＯｘ低減がはかれる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例の構成を示す図である。
【図２】本発明の第２実施例の構成を示す図である。
【図３】本発明の第３実施例の構成を示す図である。
【図４】本発明の第１実施例および第２実施例における制御アルゴニズムを示す図である。
【図５】本発明の第１実施例および第２実施例における基本デューティ比決定用マップを示す図である。
【符号の説明】
２．排気管                            １８．温度センサ
３．触媒層                            １９．コントローラ
８，３０，４４．炭化水素改質装置      ２０．エンジン回転数検出器
１０．切換弁                            ２１．燃料噴射料検出器
１１，５５．バイパス回路                ４２．流量制御弁
１５．還元剤炭化水素添加ノズル          ４６．オン・オフ弁
１７．ＮＯｘセンサ                      ４８．蓄圧器。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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