JP2592119B2 - 内燃機関の排気脱硝装置 - Google Patents
内燃機関の排気脱硝装置Info
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- Exhaust Gas After Treatment (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、内燃機関内で発生した高温の燃焼排ガスを
酸素の存在下で還元する脱硝機構に特徴を有する内燃機
関の排気脱硝装置に関するものである。
酸素の存在下で還元する脱硝機構に特徴を有する内燃機
関の排気脱硝装置に関するものである。
（従来の技術） 内燃機関における排気脱硝装置の従来例を第４図によ
って説明すると、内燃機関（101）の排気管（102）およ
び給気管（109）に排気過給機（103）が介装され、排気
管（104）の後方に触媒付き反応器（108）を設けるとと
もに、触媒付き反応器（108）前の排気管（104）にアン
モニア噴射弁（105）を設け、アンモニア噴射弁（105）
にアンモニアポンプ（106）、アンモニアボンベ（107）
を連設して、排気過給機（103）の排気ターボを駆動し
た後の比較的に低温（250〜450℃程度）の排ガス中にア
ンモニア（NH3）を添加し触媒付き反応器（108）の触媒
上で作用させて、排気中の酸化窒素を分解して脱硝する
構造になっている。
って説明すると、内燃機関（101）の排気管（102）およ
び給気管（109）に排気過給機（103）が介装され、排気
管（104）の後方に触媒付き反応器（108）を設けるとと
もに、触媒付き反応器（108）前の排気管（104）にアン
モニア噴射弁（105）を設け、アンモニア噴射弁（105）
にアンモニアポンプ（106）、アンモニアボンベ（107）
を連設して、排気過給機（103）の排気ターボを駆動し
た後の比較的に低温（250〜450℃程度）の排ガス中にア
ンモニア（NH3）を添加し触媒付き反応器（108）の触媒
上で作用させて、排気中の酸化窒素を分解して脱硝する
構造になっている。
（発明が解決しようとする課題） 従来の前記排気脱硝装置は、排気過給機を駆動した後
の比較的に低温の排気中にアンモニアを添加して、該ア
ンモニアを触媒付き反応器の触媒上で作用させる構造に
なっているため、触媒の使用により装置が大型化してア
ンモニアの添加効率、NOx低減効率が低く、コスト高に
なっているなどの問題点がある。
の比較的に低温の排気中にアンモニアを添加して、該ア
ンモニアを触媒付き反応器の触媒上で作用させる構造に
なっているため、触媒の使用により装置が大型化してア
ンモニアの添加効率、NOx低減効率が低く、コスト高に
なっているなどの問題点がある。
アンモニアやアンモニア前駆物質（尿素等）を高温の
燃焼排ガス中に添加し、燃焼排ガス中の窒素酸化物およ
び酸素と作用させて還元作用を生じせしめ、触媒なしで
酸化窒素を分解させると効率的、廉価であるが、例え
ば、還元剤としてアンモニアガスのみを投入すると、投
入量が少いためモーメンタムが小さく排ガス中に十分に
混合されない。また、一般的に考えられる空気をキヤリ
ヤガスとすると、排ガスとの混合に到るまでにアンモニ
アガスの相当量が分解されてNOx低減効率が低くなる。
燃焼排ガス中に添加し、燃焼排ガス中の窒素酸化物およ
び酸素と作用させて還元作用を生じせしめ、触媒なしで
酸化窒素を分解させると効率的、廉価であるが、例え
ば、還元剤としてアンモニアガスのみを投入すると、投
入量が少いためモーメンタムが小さく排ガス中に十分に
混合されない。また、一般的に考えられる空気をキヤリ
ヤガスとすると、排ガスとの混合に到るまでにアンモニ
アガスの相当量が分解されてNOx低減効率が低くなる。
特に内燃機関への投入を考えると、アンモニア添加時
の排ガスは、高温、高圧であってアンモニアの酸化物と
なる酸素との反応速度も大きいため、排ガスとの混合に
到るまでにアンモニアが分解される確率が高いなどの課
題がある。
の排ガスは、高温、高圧であってアンモニアの酸化物と
なる酸素との反応速度も大きいため、排ガスとの混合に
到るまでにアンモニアが分解される確率が高いなどの課
題がある。
本発明は、前記のような課題に対処するために開発さ
れたものであって、その目的とする処は、アンモニアあ
るいはアンモニア前駆物質をシリンダあるいは排気ポー
トの排気弁近くの燃焼排ガス中にタイミングよく噴射、
添加するとともに、排ガスをキヤリアガスとして適用す
ることにより、機構の小型化、コスト節減とともに脱硝
性能、信頼性を向上した内燃機関の排気脱硝装置を提供
するにある。
れたものであって、その目的とする処は、アンモニアあ
るいはアンモニア前駆物質をシリンダあるいは排気ポー
トの排気弁近くの燃焼排ガス中にタイミングよく噴射、
添加するとともに、排ガスをキヤリアガスとして適用す
ることにより、機構の小型化、コスト節減とともに脱硝
性能、信頼性を向上した内燃機関の排気脱硝装置を提供
するにある。
（課題を解決するための手段） 本発明は、内燃機関におけるシリンダあるいは排気ポ
ートの排気弁の近接部に、排ガスをキヤリヤガスとして
アンモニアあるいはまたアンモニア前駆物質を燃焼排ガ
ス中に添加する噴射弁を設けて、クランク角度センサー
と開弁コントローラを備え排気弁の開弁直前から掃気孔
の開孔前まで前記噴射の開制御する添加制御装置を前記
噴射弁に連設した構成に特徴を有し、シリンダあるいは
排気ポートの排気弁近くの燃焼排ガス中に噴射弁でアン
モニアあるいはまたアンモニア前駆物質を噴出、添加
し、添加制御装置による噴射弁の前記開制御により、添
加タイミングおよび混合を良好にするとともに、排ガス
をキヤリアガスとして適用したことにより、混合性能を
さらに高めるとともに酸化窒素の分解効率を高めてい
る。
ートの排気弁の近接部に、排ガスをキヤリヤガスとして
アンモニアあるいはまたアンモニア前駆物質を燃焼排ガ
ス中に添加する噴射弁を設けて、クランク角度センサー
と開弁コントローラを備え排気弁の開弁直前から掃気孔
の開孔前まで前記噴射の開制御する添加制御装置を前記
噴射弁に連設した構成に特徴を有し、シリンダあるいは
排気ポートの排気弁近くの燃焼排ガス中に噴射弁でアン
モニアあるいはまたアンモニア前駆物質を噴出、添加
し、添加制御装置による噴射弁の前記開制御により、添
加タイミングおよび混合を良好にするとともに、排ガス
をキヤリアガスとして適用したことにより、混合性能を
さらに高めるとともに酸化窒素の分解効率を高めてい
る。
（作 用） 添加制御装置によって噴射弁が排気弁の開弁直前から
掃気孔の開孔前まで開制御され、噴射弁の前記開制御に
よりアンモニアあるいはアンモニア前駆物質が、シリン
ダあるいは排気ポートの排気弁近くの燃焼排ガス中に直
接的に噴射、添加されて、燃焼排ガス中にアンモニアあ
るいはまたアンモニア前駆物質がタイミングよく添加さ
れ、混合が極めて良好になるとともに、排ガスをキヤリ
アガスとして適用したことにより、アンモニアあるいは
アンモニア前駆物質の燃焼排ガス中への混合がさらに良
好となって、燃焼排ガスの高温、酸素の存在下で、燃焼
排ガス中の酸化窒素の分解が効率よく遂行される。
掃気孔の開孔前まで開制御され、噴射弁の前記開制御に
よりアンモニアあるいはアンモニア前駆物質が、シリン
ダあるいは排気ポートの排気弁近くの燃焼排ガス中に直
接的に噴射、添加されて、燃焼排ガス中にアンモニアあ
るいはまたアンモニア前駆物質がタイミングよく添加さ
れ、混合が極めて良好になるとともに、排ガスをキヤリ
アガスとして適用したことにより、アンモニアあるいは
アンモニア前駆物質の燃焼排ガス中への混合がさらに良
好となって、燃焼排ガスの高温、酸素の存在下で、燃焼
排ガス中の酸化窒素の分解が効率よく遂行される。
（実施例） 第１図および第２図に本発明の第１実施例を示し、第
１図に示す内燃機関は、ピストン（１）、シリンダライ
ナ（２）、シリンダヘツド（３）、排気ポート（４）、
排気弁（５）、排気集合管（６）、燃料噴射弁（７）、
掃気孔（13）等からなり、内燃機関におけるシリンダ
（2,3）の排気弁（５）の近接部に、排ガスをキヤリア
ガスとしてアンモニアあるいはアンモニア前駆物質（尿
素等）を燃焼排ガス中に添加する噴射弁（８）を設け
て、クランク角度センサー（12）と開弁コントローラ
（11）を備え排気弁（５）の開弁直前から掃気孔（13）
の開孔前まで噴射弁（８）を開制御する添加制御装置
（11,12）を噴射弁（８）に連設した内燃機関の排気脱
硝装置になっている。
１図に示す内燃機関は、ピストン（１）、シリンダライ
ナ（２）、シリンダヘツド（３）、排気ポート（４）、
排気弁（５）、排気集合管（６）、燃料噴射弁（７）、
掃気孔（13）等からなり、内燃機関におけるシリンダ
（2,3）の排気弁（５）の近接部に、排ガスをキヤリア
ガスとしてアンモニアあるいはアンモニア前駆物質（尿
素等）を燃焼排ガス中に添加する噴射弁（８）を設け
て、クランク角度センサー（12）と開弁コントローラ
（11）を備え排気弁（５）の開弁直前から掃気孔（13）
の開孔前まで噴射弁（８）を開制御する添加制御装置
（11,12）を噴射弁（８）に連設した内燃機関の排気脱
硝装置になっている。
前記噴射弁（８）は、シリンダヘツド（３）に配設さ
れて排気弁（５）に近接し、燃焼室の上部内の燃焼排ガ
ス中にアンモニアあるいはまたアンモニア前駆物質（尿
素等）を直接に噴射して添加する構造になっており、供
給管（8a）、アンモニアポンプ（９）を介してアンモニ
アボンベ（10）に連設され、さらに、排気集合管（６）
と供給管（8a）間にポンプ（14）付きキヤリアガス供給
管（15）を連設して、排気集合管（６）内の排ガスをア
ンモニアあるいはまたアンモニア前駆物質のキヤリアガ
スとして供給し、アンモニア、アンモニア前駆物質の効
率を高め節減している。
れて排気弁（５）に近接し、燃焼室の上部内の燃焼排ガ
ス中にアンモニアあるいはまたアンモニア前駆物質（尿
素等）を直接に噴射して添加する構造になっており、供
給管（8a）、アンモニアポンプ（９）を介してアンモニ
アボンベ（10）に連設され、さらに、排気集合管（６）
と供給管（8a）間にポンプ（14）付きキヤリアガス供給
管（15）を連設して、排気集合管（６）内の排ガスをア
ンモニアあるいはまたアンモニア前駆物質のキヤリアガ
スとして供給し、アンモニア、アンモニア前駆物質の効
率を高め節減している。
前記添加制御装置（11,12）は、内燃機関のクランク
角度を検出するクランク角度センサー（12）と、クラン
ク角度センサー（12）と噴射弁（８）間に連設された開
弁コントローラ（11）からなり、開弁コントローラ（1
1）は、クランク角度センサー（12）のクランク角度の
検出信号によって噴射弁（８）の開制御信号を出力し噴
射弁（８）を開制御する。
角度を検出するクランク角度センサー（12）と、クラン
ク角度センサー（12）と噴射弁（８）間に連設された開
弁コントローラ（11）からなり、開弁コントローラ（1
1）は、クランク角度センサー（12）のクランク角度の
検出信号によって噴射弁（８）の開制御信号を出力し噴
射弁（８）を開制御する。
開弁コントローラ（11）による噴射弁（８）の制御
は、第２図に示すように排気弁（５）の開弁前のクラン
ク角度５〜10゜前に噴射弁（８）が開弁され、該噴射弁
（８）は排気弁（５）の開弁後のクランク角度35〜40゜
までの期間にわたり開制御されたのち、掃気孔（13）の
開孔前に閉制御されて、前記開制御によりシリンダの上
部内に発生いている燃焼排ガス中にアンモニアあるいは
またアンモニア前駆物質がタイミングよく噴射、添加さ
れる。
は、第２図に示すように排気弁（５）の開弁前のクラン
ク角度５〜10゜前に噴射弁（８）が開弁され、該噴射弁
（８）は排気弁（５）の開弁後のクランク角度35〜40゜
までの期間にわたり開制御されたのち、掃気孔（13）の
開孔前に閉制御されて、前記開制御によりシリンダの上
部内に発生いている燃焼排ガス中にアンモニアあるいは
またアンモニア前駆物質がタイミングよく噴射、添加さ
れる。
本発明の第１実施例は、前記のような構成になってお
り作用について詳述すると、添加制御装置（11,12）に
よる噴射弁（８）の開制御により、内燃機関のシリンダ
上部内の排気弁（５）近くの燃焼排ガス中に、アンモニ
アあるいはまたアンモニア前駆物質が排気弁（５）の開
弁直前から掃気孔（13）の開孔前まで噴射、添加され
て、該燃焼排ガスは高温（1000〜800℃）であって適度
の酸素の存在下であり、かつ掃気孔に近接した位置でア
ンモニアあるいはアンモニア前駆物質がタイミングよく
添加され、混合性能が高められて、燃料排ガス中の酸化
窒素が効率よく反応されて分解される。排ガスをキヤリ
アガスとしたことによりアンモニアあるいはまたアンモ
ニア前駆物質は前記酸化窒素の分解に効果的に混合され
て作用し大幅な節減が可能となり、触媒は不必要となっ
て脱硝性能、信頼性が著しく向上されている。この場合
のアンモニアガスあるいはまたアンモニア前駆物質（尿
素等）の添加量は僅少となり、何らかのキヤリアガスに
より添加しないと燃焼排ガスとの混合が十分に達成され
ず期待する脱硝効果が得られないが、キヤリアガスとし
て排ガスを用いると含有酸素の濃度が低いため、燃焼排
ガスとの混合までに次の反応式で消失されるアンモニア
量を少くできる。
り作用について詳述すると、添加制御装置（11,12）に
よる噴射弁（８）の開制御により、内燃機関のシリンダ
上部内の排気弁（５）近くの燃焼排ガス中に、アンモニ
アあるいはまたアンモニア前駆物質が排気弁（５）の開
弁直前から掃気孔（13）の開孔前まで噴射、添加され
て、該燃焼排ガスは高温（1000〜800℃）であって適度
の酸素の存在下であり、かつ掃気孔に近接した位置でア
ンモニアあるいはアンモニア前駆物質がタイミングよく
添加され、混合性能が高められて、燃料排ガス中の酸化
窒素が効率よく反応されて分解される。排ガスをキヤリ
アガスとしたことによりアンモニアあるいはまたアンモ
ニア前駆物質は前記酸化窒素の分解に効果的に混合され
て作用し大幅な節減が可能となり、触媒は不必要となっ
て脱硝性能、信頼性が著しく向上されている。この場合
のアンモニアガスあるいはまたアンモニア前駆物質（尿
素等）の添加量は僅少となり、何らかのキヤリアガスに
より添加しないと燃焼排ガスとの混合が十分に達成され
ず期待する脱硝効果が得られないが、キヤリアガスとし
て排ガスを用いると含有酸素の濃度が低いため、燃焼排
ガスとの混合までに次の反応式で消失されるアンモニア
量を少くできる。
NH3＋O2→N2,NO アンモニアの消失量の低減は、内燃機関（デイーゼル
エンジン）の排ガスの脱硝には極めて重要となる。即
ち、脱硝反応に最適な温度域（800〜1000℃）の燃焼排
ガスにアンモニアを投入しようとすると、その時点は５
〜10Kg/cm2と高く反応性が高いため、例えば、空気をキ
ヤリアガスとするとアンモニアの消失量が極めて多くな
り、窒素ガス、アルゴルガス、蒸気等をキヤリアガスと
して適用するとアンモニアの消失は抑制されるが、経済
的に大きな負担となり、排ガスをキヤリアガスとして適
用すると極めて有利になる。
エンジン）の排ガスの脱硝には極めて重要となる。即
ち、脱硝反応に最適な温度域（800〜1000℃）の燃焼排
ガスにアンモニアを投入しようとすると、その時点は５
〜10Kg/cm2と高く反応性が高いため、例えば、空気をキ
ヤリアガスとするとアンモニアの消失量が極めて多くな
り、窒素ガス、アルゴルガス、蒸気等をキヤリアガスと
して適用するとアンモニアの消失は抑制されるが、経済
的に大きな負担となり、排ガスをキヤリアガスとして適
用すると極めて有利になる。
第３図に本発明の第２実施例を示しており、第１実施
例に比べると、噴射弁（８）を排出ポート（４）に配設
して噴射位置を掃気弁（５）に近接した配置とし、アン
モニアあるいはまたアンモニア前駆物質を排気ポート
（４）内に噴射して添加する構成に特徴を有し、その他
の構成は第１実施例と同様になっており、噴射弁（８）
の開制御は第２図に示した第１実施例と同様になって、
第１実施例と同様な作用効果が得られる。
例に比べると、噴射弁（８）を排出ポート（４）に配設
して噴射位置を掃気弁（５）に近接した配置とし、アン
モニアあるいはまたアンモニア前駆物質を排気ポート
（４）内に噴射して添加する構成に特徴を有し、その他
の構成は第１実施例と同様になっており、噴射弁（８）
の開制御は第２図に示した第１実施例と同様になって、
第１実施例と同様な作用効果が得られる。
（発明の効果） 本発明は、前述のような構成からなり、添加制御装置
による噴射弁の開制御によって、内燃機関のシリンダあ
るいは排気ポートの掃気弁近くの燃焼排ガス中に、アン
モニアあるいはまたアンモニア前駆物質が排気弁の開弁
前から掃気孔の開孔前まで噴射、添加されて、燃焼排ガ
スの高温、酸素の存在下で、かつ掃気弁の近くでアンモ
ニアあるいはアンモニア前駆物質がタイミングよく添加
されて混合性が高められ、燃焼排ガス中の酸化窒素が効
率よく反応されて分解されるとともに、排ガスをキヤリ
アガスとしたことにより混合性能、分解効率が高められ
て、アンモニア、アンモニア前駆物質が大幅に節減され
触媒が不必要となって、脱硝性能、信頼性が著しく向上
されている。
による噴射弁の開制御によって、内燃機関のシリンダあ
るいは排気ポートの掃気弁近くの燃焼排ガス中に、アン
モニアあるいはまたアンモニア前駆物質が排気弁の開弁
前から掃気孔の開孔前まで噴射、添加されて、燃焼排ガ
スの高温、酸素の存在下で、かつ掃気弁の近くでアンモ
ニアあるいはアンモニア前駆物質がタイミングよく添加
されて混合性が高められ、燃焼排ガス中の酸化窒素が効
率よく反応されて分解されるとともに、排ガスをキヤリ
アガスとしたことにより混合性能、分解効率が高められ
て、アンモニア、アンモニア前駆物質が大幅に節減され
触媒が不必要となって、脱硝性能、信頼性が著しく向上
されている。
機構が大幅に簡素化され小型化されているとともに、
アンモニア、アンモニア前駆物質が節減されて低コスト
となるなどの利点を有している。
アンモニア、アンモニア前駆物質が節減されて低コスト
となるなどの利点を有している。
以上本発明を実施例について説明したが、勿論本発明
はこのような実施例にだけ局限されるものではなく、本
発明の精神を逸脱しない範囲内で種々の設計の改変を施
しうるものである。
はこのような実施例にだけ局限されるものではなく、本
発明の精神を逸脱しない範囲内で種々の設計の改変を施
しうるものである。
第１図は本発明の第１実施例を示す縦断機構図、第２図
は噴射弁と排気弁および掃気孔の開弁、開孔の制御対比
図、第３図は第２実施例を示す縦断機構図、第４図は従
来例の縦断機構図である。 2,3:シリンダ、4:排気ポート 5:排気弁、8:噴射弁 11:開弁コントローラ、12:クランク角度センサー
は噴射弁と排気弁および掃気孔の開弁、開孔の制御対比
図、第３図は第２実施例を示す縦断機構図、第４図は従
来例の縦断機構図である。 2,3:シリンダ、4:排気ポート 5:排気弁、8:噴射弁 11:開弁コントローラ、12:クランク角度センサー
Claims (1)
- 【請求項１】内燃機関におけるシリンダあるいは排気ポ
ートの排気弁の近接部に、排ガスをキヤリヤガスとして
アンモニアあるいはまたアンモニア前駆物質を燃焼排ガ
ス中に添加する噴射弁を設けて、クランク角度センサー
と開弁コントローラを備え排気弁の開弁直前から掃気孔
の開孔前まで前記噴射弁を開制御する添加制御装置を前
記噴射弁に連設したことを特徴とする内燃機関の排気脱
硝装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63307705A JP2592119B2 (ja) | 1988-12-07 | 1988-12-07 | 内燃機関の排気脱硝装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63307705A JP2592119B2 (ja) | 1988-12-07 | 1988-12-07 | 内燃機関の排気脱硝装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02157415A JPH02157415A (ja) | 1990-06-18 |
| JP2592119B2 true JP2592119B2 (ja) | 1997-03-19 |
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ID=17972246
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63307705A Expired - Fee Related JP2592119B2 (ja) | 1988-12-07 | 1988-12-07 | 内燃機関の排気脱硝装置 |
Country Status (1)
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|---|---|
| JP (1) | JP2592119B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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