JPH1089057A - エンジンの排気ガス浄化装置 - Google Patents

エンジンの排気ガス浄化装置

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JPH1089057A
JPH1089057A JP8282843A JP28284396A JPH1089057A JP H1089057 A JPH1089057 A JP H1089057A JP 8282843 A JP8282843 A JP 8282843A JP 28284396 A JP28284396 A JP 28284396A JP H1089057 A JPH1089057 A JP H1089057A
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fuel
engine
compressed air
reforming reactor
fuel reforming
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Ritsuko Shinozaki
律子 篠崎
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Mitsubishi Motors Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 エンジン、特にディーゼルエンジンの排気ガ
スを分子篩構造触媒（例えばゼオライト触媒）を用いて
浄化するに当り、燃料を改質して生成した炭化水素を触
媒上流の排気通路に流入させるものにおいて、燃料改質
反応炉を構造簡単かつ安価にし、かつ改質燃料の消費量
を低減する。 【解決手段】 エンジンの排気通路に介装される触媒コ
ンバータの上流側に、燃料噴射弁と、圧縮空気供給ノズ
ルと、炉内圧力及び温度を検知する圧力センサ及び温度
センサと、電気的加熱装置とを具えた燃料改質反応炉を
接続し、生成した改質炭化水素を触媒コンバータに供給
する。エンジンの始動直後に、上記反応炉内に圧縮空気
を供給して炉内を高圧に保ち、燃料を噴射する。燃料噴
射量は、エンジンの運転状態に応じて制御する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、エンジンの排気ガ
ス浄化装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】本質的に酸素過剰の状態で運転されるデ
ィーゼルエンジンの排気ガス、及びオットーサイクルエ
ンジンのリーン燃焼運転領域で同エンジンから排出さ
れ、１％以上例えば数％の酸素を含む排気ガス中の有害
成分、特に窒素酸化物（ＮＯｘ）の除去に関して、各種
の天然ゼオライト又は合成ゼオライト等の分子篩構造を
有する物質に遷移金属を担持させた触媒（以下場合によ
り分子篩構造触媒という）が有効であることは従来から
知られており、また、上記酸素過剰の排気ガスに、ディ
ーゼルエンジンの燃料と実質的に同一の軽油を熱分解し
て生成した還元用の炭化水素（ＨＣ）を添加して上記分
子篩構造触媒に供給することによって、排気ガス中の有
害成分、特にＮＯｘの浄化効率を向上し得ることが、例
えば特開平６−２１２９５２号公報に指摘されている。
【０００３】上記公開特許公報には、空気圧縮機により
加圧された空気又はエンジンの排気ガスと燃料とを燃料
改質装置内に導入し、燃料改質用触媒に作用させること
によって含酸素炭化水素を生成させ、生成した含酸素炭
化水素をＮＯｘ浄化用触媒（例えばゼオライト触媒）に
供給することにより排気ガス中のＮＯｘ浄化効率の向上
を達成するようにした技術が開示されている。しかしな
がら、この既提案の技術では、燃料改質用触媒を必要と
するので燃料改質装置が高価になり、かつエンジンの運
転中燃料改質装置に常時燃料が供給されるので、燃費が
悪化する等の問題がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記事情に
鑑み創案されたもので、燃料改質を高温かつ高圧雰囲気
の反応炉によって行なうことによって、高価な改質用触
媒を使用する必要がないので構造簡単かつ安価であり、
またエンジンの運転状態に応じ適切な量の燃料を燃料改
質反応炉に供給するので、エンジンの燃費の悪化を効果
的に防止することができる排気ガス浄化装置を提供する
ことを目的とするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明は、ディーゼルエンジン等の排気通路に配置
され分子篩構造の物質に遷移金属を担持させた触媒を収
蔵した触媒コンバータと、高温かつ高圧状態で燃料を分
解し改質炭化水素を生成して同改質炭化水素を上記触媒
コンバータ上流側の排気通路に供給する燃料改質反応炉
と、同燃料改質反応炉に圧縮空気を供給する圧縮空気供
給装置と、上記燃料改質反応炉内を高温に加熱する電気
的加熱装置と、上記燃料改質反応炉内の圧力及び温度に
応じて上記圧縮空気供給装置及び電気的加熱装置の作動
を制御する制御装置とを備えたことを特徴とするエンジ
ンの排気ガス浄化装置を提案するものである。
【０００６】本発明において、上記制御装置は、エンジ
ンの始動時に上記電気的加熱装置を付勢すると共に上記
圧縮空気供給装置を作動させて燃料改質反応炉内に圧縮
空気を供給し、かつ同燃料改質反応炉内の圧力及び温度
が設定値を超えたとき圧縮空気の供給を停止させること
が好ましく、また上記制御装置は、エンジンの運転状態
に応じて上記燃料改質反応炉への燃料供給量を制御する
ことが好ましい。
【０００７】
【発明の実施の形態】以下本発明の好ましい実施形態
を、図１の概略構成図及び図２のフローチャートを参照
して説明する。先ず、図１において符号１０は概念的に
示したディーゼルエンジン、例えば自動車等車両用の４
サイクルディーゼルエンジンであって、図示しないエア
クリーナを介して外気を取り入れる吸気マニホールド１
２、及び同エンジン内で発生した燃焼ガスを外気に排出
する排気マニホールド１４を具え、同排気マニホールド
１４はその排出端に連結された排気管と共に、エンジン
１０の排気通路１６を形成する。
【０００８】上記排気通路１６の下流側に総括的に符号
１８で示した触媒コンバータが介装され、同触媒コンバ
ータ１８の内部には分子篩構造触媒２０が収容されてい
る。同分子篩構造触媒２０は、一般的にゼオライトと称
されるもので、主成分がシリカ、アルミナでＳｉ／Ａｌ
比が５〜１００程度であり、結晶構造がＸ型、Ｙ型及び
ＺＳＭ型等のもの、主成分がシリカ、アルミナ及び鉄な
どの金属で、Ｓｉ／金属比が５〜１００程度、結晶構造
がＸ型、Ｙ型、ＺＳＭ型等のメタロシリケート等及びこ
れらのゼオライト、メタロシリケートを遷移金属でイオ
ン交換したものを意味する。
【０００９】上記触媒コンバータ１８の上流側における
排気通路１６に連通路２２を介して総括的に符号２４で
示した燃料改質反応炉が接続され、同反応炉２４には、
電熱線又は誘導加熱コイルを具えた電気的加熱装置２６
が設けられている。また、上記燃料改質反応炉２４に
は、燃料噴射弁２８及び圧縮空気供給ノズル３０が設け
られ、さらに炉内圧力Ｐｒを検知する圧力センサ３２及
び炉内温度Ｔｒを検知する温度センサ３４が設けられて
いる。
【００１０】上記燃料噴射弁２８には、電磁アクチュエ
ータ２８′が付勢されることによって燃料噴射を行なう
と共に、同電磁アクチュエータ２８′が消勢されること
によって燃料噴射が停止されるようにした自体公知のデ
ィーゼルエンジン用電磁制御式燃料噴射弁を有利に採用
することができ、上記電磁アクチュエータ２８′はコン
トロールユニット又は制御装置３６によって制御され
る。
【００１１】また、上記圧縮空気供給ノズル３０は、上
記コントロールユニット又は制御装置３６によって開閉
される電磁弁３８を介して圧縮空気源、例えばエアタン
ク４０に接続され、さらに、上記連通路２２には、上記
コントロールユニット又は制御装置３６によって開閉さ
れる出口電磁弁４２が設けられ、同出口電磁弁４２の消
勢時は上記燃料改質反応炉２４と排気通路１６との連通
が遮断され、同出口電磁弁４２の付勢時は上記反応炉２
４と排気通路１６とが連通されるように構成されてい
る。上記圧力センサ３２及び温度センサ３４の出力信号
Ｐｒ及びＴｒは、夫々上記反応炉２４の作動状態を示す
情報として、上記コントロールユニット又は制御装置３
６に供給される。
【００１２】上記燃料噴射弁２８には、燃料噴射ポンプ
４４によって加圧された高圧燃料が供給される。図示の
実施形態では、上記燃料噴射ポンプ４４が、エンジン１
０の各気筒に設けられた燃料噴射ノズル４８に夫々燃料
噴射管５０を介して高圧燃料を供給する自体周知の列型
燃料噴射ポンプ５２と一体的に構成され、さらに詳言す
れば、通常の列型燃料噴射ポンプにポンプユニットを１
個増設して共通のポンプカム軸により駆動されるように
構成されている。しかしながら、上記燃料噴射ポンプ４
４は、エンジン１０の燃料噴射ポンプ５２とは独立の燃
料加圧ポンプとすることができる。上記燃料噴射ポンプ
４４及び５２には、燃料タンク５４内に貯溜された燃料
が、フィードポンプ５６を介して供給される。
【００１３】上記コントロールユニット又は制御装置３
６には、エンジン１０の運転状態を検知するため、同エ
ンジン１０のクランク軸５８の回転数Ｎｅを検知する回
転数センサ６０の出力信号、及びエンジン負荷Ｌｅを代
表するアクセルペダル６２の踏み込み量を検知する負荷
センサ６４の出力信号が供給される。（なお、エンジン
１０の運転状態を検知する補助的な信号又は情報とし
て、エンジンの冷却水温、車両の走行速度、吸気温度等
をコントロールユニット又は制御装置３６に補正制御要
素として供給することができる。）上記エンジン負荷Ｌ
ｅを検知する負荷センサ６４は、アクセルペダル６２の
踏み込み量に代え、上記燃料噴射ポンプ５２の燃料供給
量制御部材、例えばコントロールラックの変位量を採用
することができる。なお、図１において符号６６は反応
炉２４の炉内圧力が設定値を超えたとき炉内圧力を排気
通路１６に逃がす安全弁又はリリーフ弁である。
【００１４】上記構成において、車両用ディーゼルエン
ジン１０の運転中、同エンジンの各気筒の燃料噴射ノズ
ル４６に燃料噴射ポンプ５２から、アクセルペダル６２
の踏み込み量に応じて制御された量の燃料が供給され
る。エンジン１０の各気筒で発生した燃焼ガスは、仕事
をしたのち排気マニホールド１４を含む排気通路１６内
を流れ、触媒コンバータ１８内の分子篩構造触媒２０に
接触して有害成分としての一酸化炭素（ＣＯ）、炭化水
素（ＨＣ）及び酸化窒素（ＮＯｘ）が低減される。
【００１５】上記分子篩構造触媒２０による上記有害成
分、特にＮＯｘの除去にはＨＣの存在が有効であり、排
気ガス中に本来含まれているＨＣに加え、燃料改質反応
炉２４において生成した改質炭化水素、即ち燃料噴射弁
２８から反応炉２４内に噴射され、高温高圧下で燃料が
熱分解されて生成した低炭素数のＨＣが連通路２２を経
て触媒コンバータ１８の上流側における排気通路１６に
添加される。
【００１６】上記燃料改質反応炉２４及びその作動を制
御するコントロールユニット又は制御装置３６の作動態
様を、図２のフローチャートを参照して説明する。ディ
ーゼルエンジン１０が始動すると、プログラムがスター
トし、ステップＳ１で、予め設定された設定圧力Ｐｓ、
第１及び第２の設定温度Ｔｓ１及びＴｓ２が読み込まれ
る。設定圧力Ｐｓ及び第２設定温度Ｔｓ２は、反応炉２
４内で燃料即ち軽油の熱分解が行なわれるのに最も適し
た圧力及び温度であり、例えばＰｓ＝３ｋｇｆ／ｃ
ｍ２，Ｔｓ２＝５００℃である。また、第１設定温度Ｔ
ｓ１は反応炉２４に燃料噴射弁２８から噴射された燃料
軽油が空気の存在下で燃焼しない範囲の高温度、例えば
２００℃程度に設定される。
【００１７】続いて、ステップＳ２において、温度セン
サ３４及び圧力センサ３２によって検知された反応炉２
４内部の温度Ｔｒ及び圧力Ｐｒが夫々リアルタイムで読
み込まれる。次に、ステップＳ３において反応炉２４の
電気的加熱装置２６（図２のフローチャートでは、電熱
ヒータと略配する）に通電されて反応炉２４の加熱が開
始される。さらに、ステップＳ４において電磁弁３８が
付勢されて圧縮空気源４０内の圧縮空気が圧縮空気供給
ノズル３０から反応炉２４内に供給される。このとき、
コントロールユニット又は制御装置３６により出口電磁
弁４２は消勢され閉じているので、反応炉２４内に供給
された圧縮空気が連通路２２を通り排気通路１６に吹き
抜けることはない。
【００１８】プログラムはステップＳ５に進み、コント
ロールユニット又は制御装置３６により燃料噴射弁２８
の電磁アクチュエータ２８が付勢され、エンジン１０の
回転数Ｎｅ及び負荷Ｌｅ等エンジンの運転状態に応じた
量の燃料が反応炉２４内に噴射される。次にステップＳ
６において、反応炉２４内の圧力Ｐｒが、燃料の改質に
適した設定圧力Ｐｓ以上となったかどうかが調べられ、
もしＮＯならプログラムはステップＳ４にリターンし、
ＹＥＳならステップＳ７に進む。
【００１９】ステップＳ７では、反応炉２４内の温度Ｔ
ｒが第１の設定温度Ｔｓ１、即ち空気存在下に燃料が着
火しない範囲の適切な高温度以上になったかどうかが調
べられる。もし、炉内温度Ｔｒが第１設定温度Ｔｓ１未
満のＮＯの場合は、プログラムはステップＳ６にリター
ンし、炉内温度Ｔｒが第１設定温度Ｔｓ１以上となった
ＹＥＳの場合はステップＳ８に進み、コントロールユニ
ット又は制御装置３６によって電磁弁３８が消勢され、
圧縮空気供給ノズル３０からの圧縮空気の供給が停止さ
れる。
【００２０】続いて、プログラムはステップＳ９に進
み、ここでは反応炉２４内の圧力Ｐｒが設定圧力Ｐｓ以
上であるかどうか再度確認され、もし何等かの理由（例
えば漏洩）で圧力Ｐｒが低下しているＮＯの場合、プロ
グラムはステップＳ５にリターンし、燃料噴射が継続し
て行なわれるので炉内圧力Ｐｒが上昇する。ステップＳ
９でＹＥＳが確認されると、プログラムはステップＳ
１０に進み、コントロールユニット又は制御装置３６に
よって、燃料噴射弁２８の燃料噴射が停止される。な
お、上記ステップＳ３からステップＳ１０までの燃料噴
射は、燃料噴射ポンプ４４から燃料噴射弁２８にいたる
噴射系内に蓄圧器（図示せず）を設けることによって微
少流量の連続噴射を行なうこともできるし、短時間の間
欠噴射を或る時間継続して繰り返し行ない、噴射回数を
制御することによって、燃料噴射の総量を制御するよう
にすることもできる。
【００２１】次のステップＳ１１で反応炉２４内の現在
の温度Ｔｒが第２設定温度Ｔｓ２、即ち高圧力下におけ
る燃料改質に最適な温度以上になったかどうかを調べ、
もし炉内温度Ｔｒが第２設定温度Ｔｓ２に達していない
ＮＯの場合は、引続き電気的加熱装置２６の通電を続け
（ステップＳ３で通電し前ステップＳ１０まで解除され
ていない）、継続加熱の結果、第２設定温度Ｔｓ２以上
になると、プログラムはステップ１２に進んで電気的加
熱装置２６の通電が停止されると共に、出口電磁弁４２
が付勢されて、反応炉２４が連通路２２を介して排気通
路１６に連通される。
【００２２】図２に示されているように、上記ステップ
Ｓ１２からステップＳ９にリターンし、反応炉２４内で
生成した改質炭化水素が排気通路１６に流出した結果、
炉内圧力Ｐｒが設定圧力Ｐｓより低下すると（ＮＯの場
合）、さらにステップＳ５にリターンして反応炉２４内
に燃料噴射が行なわれ、以下エンジン１０の運転中、上
記サイクルが繰り返し行なわれる。反応炉２４で生成し
た改質炭化水素が排気ガスと共に下流の分子篩構造触媒
２０に供給されることによって、排気ガス中の有害成
分、特にＮＯｘの浄化が効果的に行なわれる。
【００２３】上述した構成によれば、エンジン１０の始
動直後に、燃料改質反応炉２４の加熱が開始されると共
に、炉内に圧縮空気が供給されて炉内圧力Ｐｒが高くな
り、高圧の反応炉２４内に燃料が噴射されるので、エン
ジン１０が始動したのち実質的に最短の時間で燃料の熱
分解に最適の高温高圧雰囲気が形成されることとなり、
エンジン１０の全運転領域において、分子篩構造触媒２
０のＮＯｘ浄化効率を向上し得る利点がある。また燃料
改質用の触媒を必要としないので、燃料改質反応炉２４
が構造簡単かつ安価になる利点がある。
【００２４】また、エンジン１０の運転状態に応じて制
御された量の燃料が反応炉２４に供給されて改質炭化水
素に熱分解されるので、エンジン１０で発生する排気ガ
ス量及び排気ガスに含まれる有害成分、特にＮＯｘ量に
応じた適切な量の改質用燃料が消費されることとなり、
エンジン１０の運転状態とは無関係に、改質用燃料が反
応炉に供給される従前の技術に較べ燃費を改善し得る利
点がある。
【００２５】なお、本発明は、上述した実施形態に限定
されるものではなく、本発明の特許請求の範囲内で適宜
変更又は修正を加え実施することができる。例えば、図
２のフローチャートにおいて、ステップＳ３，Ｓ４及び
Ｓ５の順序は適宜変更することができ、又これらのステ
ップを同時に実行することもできる。更にステップＳ９
の再度の炉内圧力チェックは省略することができる。ま
た、本発明はディーゼルエンジンの排気ガス浄化に特に
好適であるが、燃料改質条件を変更することにより、オ
ットサイクルエンジンにも適用し得ることは、明らかで
ある。
【００２６】
【発明の効果】叙上のように、本発明に係るエンジンの
排気ガス浄化装置は、ディーゼルエンジン等の排気通路
に配置され分子篩構造の物質に遷移金属を担持させた触
媒を収蔵した触媒コンバータと、高温かつ高圧状態で燃
料を分解し改質炭化水素を生成して同改質炭化水素を上
記触媒コンバータ上流側の排気通路に供給する燃料改質
反応炉と、同燃料改質反応炉に圧縮空気を供給する圧縮
空気供給装置と、上記燃料改質反応炉内を高温に加熱す
る電気的加熱装置と、上記燃料改質反応炉内の圧力及び
温度に応じて上記圧縮空気供給装置及び電気的加熱装置
の作動を制御する制御装置とを備えたことを特徴とし、
構造簡単かつ安価な燃料改質反応炉によって、エンジン
の始動後迅速に、分子篩構造触媒による排気ガス中の有
害成分、特にＮＯｘ浄化効率の向上を達成し得る効果が
ある。
【００２７】また、上記制御装置は、エンジンの始動時
に上記電気的加熱装置を付勢すると共に上記圧縮空気供
給装置を作動させて燃料改質反応炉内に圧縮空気を供給
し、かつ同燃料改質反応炉内の圧力及び温度が設定値を
超えたとき圧縮空気の供給を停止させることにより、エ
ンジンの始動後迅速に、上記改質反応炉内に燃料改質に
最適の雰囲気を形成させることができる利点があり、さ
らに、上記制御装置が、エンジンの運転状態に応じて上
記燃料改質反応炉への燃料供給量を制御することによっ
て、改質用燃料の消費量を適正化してエンジンの燃費の
悪化を効果的に抑制し得る利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の好ましい実施形態を示す概略構成図で
ある。
【図２】図１におけるコントロールユニット又は制御装
置３６の作動態様を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１０…ディーゼルエンジン、１４…排気マニホールド、
１６…排気通路、１８…触媒コンバータ、２０…分子篩
構造触媒、２２…連通路、２４…燃料改質反応炉、２６
…電気的加熱装置、２８…燃料噴射弁、３０…圧縮空気
噴射ノズル、３２…圧力センサ、３４…温度センサ、３
６…コントロールユニット又は制御装置、３８…電磁
弁、４０…圧縮空気源、４２…出口電磁弁、４４…燃料
噴射ポンプ、４６…エンジンの燃料噴射ノズル、５２…
エンジンの燃料噴射ポンプ、５４…燃料タンク、６０…
回転数センサ、６４…負荷センサ。
フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ Ｆ０２Ｍ 27/02 Ｆ０２Ｍ 27/02 Ｆ ＺＡＢ ＺＡＢＨ

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ディーゼルエンジン等の排気通路に配置
    され分子篩構造の物質に遷移金属を担持させた触媒を収
    蔵した触媒コンバータと、高温かつ高圧状態で燃料を分
    解し改質炭化水素を生成して同改質炭化水素を上記触媒
    コンバータ上流側の排気通路に供給する燃料改質反応炉
    と、同燃料改質反応炉に圧縮空気を供給する圧縮空気供
    給装置と、上記燃料改質反応炉内を高温に加熱する電気
    的加熱装置と、上記燃料改質反応炉内の圧力及び温度に
    応じて上記圧縮空気供給装置及び電気的加熱装置の作動
    を制御する制御装置とを備えたことを特徴とするエンジ
    ンの排気ガス浄化装置。
  2. 【請求項２】 上記制御装置は、エンジンの始動時に上
    記電気的加熱装置を付勢すると共に上記圧縮空気供給装
    置を作動させて燃料改質反応炉内に圧縮空気を供給し、
    かつ同燃料改質反応炉内の圧力及び温度が設定値を超え
    たとき圧縮空気の供給を停止させることを特徴とする請
    求項１記載のエンジンの排気ガス浄化装置。
  3. 【請求項３】 上記制御装置は、エンジンの運転状態に
    応じて上記燃料改質反応炉への燃料供給量を制御するこ
    とを特徴とする請求項１又は請求項２記載のエンジンの
    排気ガス浄化装置。
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