JPS63198712A - デイ−ゼルエンジンの窒素酸化物除去方法 - Google Patents

デイ−ゼルエンジンの窒素酸化物除去方法

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JPS63198712A
JPS63198712A JP62031149A JP3114987A JPS63198712A JP S63198712 A JPS63198712 A JP S63198712A JP 62031149 A JP62031149 A JP 62031149A JP 3114987 A JP3114987 A JP 3114987A JP S63198712 A JPS63198712 A JP S63198712A
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JP
Japan
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catalyst
amount
nox
engine
exhaust gas
Prior art date
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Pending
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JP62031149A
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English (en)
Inventor
Masatoshi Shimoda
正敏 下田
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Hino Motors Ltd
Original Assignee
Hino Motors Ltd
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Publication date
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Publication of JPS63198712A publication Critical patent/JPS63198712A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B3/00Engines characterised by air compression and subsequent fuel addition
    • F02B3/06Engines characterised by air compression and subsequent fuel addition with compression ignition

Landscapes

  • Exhaust Gas Treatment By Means Of Catalyst (AREA)
  • Exhaust Gas After Treatment (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は、ディーゼルエンジンの窒素酸化物除去方法、
さらに詳細には、ディーゼルエンジンの排気ガス中より
窒素酸化物(No、()を触媒によって有効に除去しえ
るディーゼルエンジンの窒素酸化物除去方法に関するも
のである。
〔発明の技術的背景〕
ディーゼルエンジンの排気ガス中の窒老酸化物(以下N
Oxという)量を低減する方法としては、。
従来ディーゼルエンジ:/の燃料噴射タイミングを若干
遅らせて、燃料を燃焼させること(いわゆるタイミング
リタード)によりNOxの発生を防ぐ方法が知られてい
る。すなわち、前記NOxは燃料が高温で燃焼すると多
く発生する六二めに、前述のようにタイミングリタード
を行うこと乙こより1、より低温で燃料を燃焼させ、N
Oxの発生を1■制しようとしているのである。
しかしながら、このタイミングリタート法によれば、N
Oxの発生が抑制される反面、燃焼効率が悪化するばか
りでなく、黒煙の全一1−も多くなるという欠点があっ
た。
一■−述のようなNOxの除去には、ガソリンエンジン
のように触媒によって一度発生(−7だNOxを還元除
去する方法も考えられる。
しかしながら、ディーゼルエンジンはガソリンエンジン
に比較して、排気ガス中の残存酸素が多いという特徴が
あり、ガソリンエンジンに使用する還元剤、たとえば炭
化水素、−酸化炭素を利用して還元することはできない
という欠点があった。
すなわぢ、ガソリンエンジンにおいては、空気−燃料を
理論混合比とし7て燃焼可能であり、排気ガス中の酸素
はηhど零になるが、ディーゼルエンジンの場合は、エ
ンジン全負荷においても空気−燃料の当p比を約1.3
:1と空気を過剰とする必要があり、このため排気ガス
中にかなりの残存酸素が混在している。このため、通常
の還元剤9、たとえば水素、−酸化炭素などの還元剤を
触媒存在下に排気ガス中に添加しても、先に酸素と反応
してしまい、NOXを還元することができない。このた
め、ディーゼルエンジンの排気ガスを触媒反応によって
除去する方法は実用化されていないのが現状である。
最近にな、yで、火力発電の燃焼ガス中のNOYを除去
する方法として、還元剤としてNHaを使用して触媒存
在下に酸素リッチな燃焼ガス中のNOxを還元する方法
が開発されている。
しかしながら、ディーゼルエンジンの排気ガス中のNO
xの還元に、この技術をそのまま使用することはできな
い。すなわち、■前記火力発電においては、定常状態で
燃焼ガスを還元するために、前記燃焼ガスの温度はほぼ
一定であるが、ディーゼルエンジンの場合、エンジン負
荷によって排気ガスの温度が著しく変化すること、■前
記火力発電は定常状態であるために、NOxの量はほぼ
一定であるが、ディーゼルエンジンの場合はエンジン負
荷によってNOxの量が変化すること、■前記NH3が
、有毒であり刺激臭が強いために、NOxの量に対応し
Ni+3の量を厳密に制御して、排気ガス中にNH3が
残存しないようにする必要があること、■自動車の場合
、運転範囲が広くかつ還元剤のNil3は別途搭載する
必要があることから、運転範囲全域のNOxを低減しか
つNH3の消費量をなるべく少なくして、長期間の還元
が可能にする必要がある、などの種々の条件があるため
である。
(発明の概要〕 本発明は上述の点に鑑みなされたものであり、Nil:
lを還元剤として使用し、かつ触媒を利用しディーゼル
エンジンのNO,)−を還元除去する方法において、N
OI、−の還元効・%−を低干さ・Uることなく 、N
H3のリーク量を極少L−I−た触媒容量とコ、ンジン
排気量との最適条件を見いだすこと、すなわら、触媒容
Vとエンジン排気量の関係を最適に保持することによっ
゛こ、17元効率を低下さ(ることなく、唱13リーク
は岑低減できる窒素酸化物の除去方法を提供す、て)、
”−とを目的2才るものである。
したがっ′孤本発明によるディーゼルエンジンの窒素酸
化物除去方法は、ディーゼルエンジンの1″l気ガス中
にNH3を添加し、TiOw系触媒に接触さlノーて、
前記NOtを還元除去する方法であって、前記触媒の開
目率は50〜・90%であり、かつ触媒容量とエンジン
排気量との関係を 1.0≦(触媒容量/エンジン排気量)≦3.0とした
ことを特徴とするものである。
本発明によれば、Nl13を還元剤として使用し、かつ
触媒として比較的高温で活性を存するTiO@をmいる
ことにより、ディーゼルエンジンの酸素リンチな排気ガ
ス中のNOxを還元除去可能になるため、ディーゼルエ
ンジンのNOxの除去方法として実用可能であるという
利点がある。さらに、前記TiO2系触媒の触媒容量と
エンジンの排気量の関係を最適化することによって、N
l+3のリーク量を低減でき、また触媒の過渡応答性を
上げることによって還元効率が低下するのを防止し、両
者を最適条件に整合した窒素酸化物除去方法となるとい
う利点を生じる。
〔発明の詳細な説明〕 本発明を更に詳しく説明する。
本発明によるディーゼルエンジンの窒素酸化物除去方法
は、まず排気ガス中のNOx量を検知し、所定贋のNH
3を添加することにより始まる。
前記排気ガス中のエンジン量の検知方法は、本発明にお
いて基本的に限定されるものではなく、たとえば所定エ
ンジンの回転数変化と負荷変化におけるNOxの発生量
をあらかじめ測定してマツプを形成しておき、前記エン
ジン回転数および負荷を測定することによって、NOx
の発生量を推定検知し、これに対応してNOx1モルに
対し0.3〜0゜9モルのNOxを添加してもよい(特
願昭61−201321号参照)。
また、前記マツプを使用せずに、排気ガスの温度(触媒
の温度)によるNOx発生量と触媒効率の温度変化に着
目し、下記の式にしたがって、NH3添加量を最適に保
持することもできる。
C≧Ci −Co / C4E −−−−(7,1ここ
で、CはNOxに対するNH3の当量比、Ciは排気ガ
ス中のNOえ濃度、Coは未反応のNOx濃度、Eは触
媒効率である。前記CiおよびEは反応温度Tの函数で
あることから、C4およびEは温度の函数として実験的
に求めることができる。
NH3添加量一定および回転数一定のもとで、前記Ci
およびEを求めてた結果を、(2)式に示す。
上記(2)式のC4は温度の函数と考慮しているが、前
述のエンジン負荷および回転数によるマツプを考慮に入
れて補正すると、さらにNH3濃度の添加量が厳密に制
御できることは明らかである。
すなわち、NH3の排気ガスへの添加量は種々の方法に
よって制御できる。
このように制御されたNH3を添加した排気ガスをTi
Oe系触媒中を通過させるとNI+3IIク量は極少に
低減されるのは明らかである。しかしながら、たとえば
排気ガス量に対し、常に一定のNH3量を添加するよう
な手段、すなわI:)N、II :l添加量を厳密に制
御しない場合などにおいては、他の手段によってNH3
のリーク量を抑制する必要がある。
また、前述のようなマツプにしたがって、NOズ量1モ
ルについて0.3〜0.9モルを添加するようなマツプ
を使用する場合においてもあるいは、前記式(1)ない
しく2)によって制御されたNH3量を添加する場合に
おいても、未反応NH3の多少のリークが考えられる。
このNH3リーク量は、触媒容量およびエンジンの排気
量が密接な関係を有していることが明らかになった。触
媒容量とは、開口部分を含む触媒の全体の容積を示すも
のである。
このようなTiO2系触媒における開口率は50〜90
%である。この範囲を外れると、還元効率が低下したり
、又ディーゼル黒煙による目づまりが問題となるからで
ある。
第1図はNl13リーク量と触媒容量およびエンジン排
気量との関係を示す図である。前記測定はNOx :N
Ih = 10 : 5のモル比でNH3を添加した場
合で、かつエンジン回転数1800rpmの一定回転の
条件におけるデータである。さらに触媒の開口率は64
%とした。
このような条件において明らかなように、エンジン排気
量に対し、触媒容量を大きくすることによって、NH3
リーク量が減少する傾向があることが明らかになった。
これはNH3がNOxと反応した後の未反応N1]3の
一部が大気中にそのまま排気されずに、触媒中に保持さ
れるためと考えられる。
すなわち、触媒容量が大きいほど、前記触媒中に吸着保
持されるs++、+量が増加し、リーク量が減少するも
のと考えられる。
しかしながら、前記Ti02系触媒は、触媒の温度、す
なわち反応系の温度が高温になるほど、触媒効率は上昇
する。すなわち反応性が良好になることは明らかである
。しかし、エンジンの負荷が急激に増加した場合、触媒
温度の):昇遅れを生1.′:ることも明らかである。
そして触媒容量が大きいと、触媒の温度が上昇しに<<
、触媒温度(反応温度)の上昇遅れを生じゃす<、NO
xの除去効率が低下する。
第2図は、NOx低減率と触媒容9/エンジン排気量左
の関係を測定したy′−夕である。このデータ測定にあ
たっては、エンジン回転数180Orpmと一定、温度
400℃の一定条件下で、開口率64%の触媒を使用し
たときのデータである。この第2図より明らかなように
、触媒容量が小さい程円l)にN01(を除去可能ごあ
ることが判る。
上述のように、リークのNIIatFを一定以下に抑制
し、かつ過渡応答性を向上せしめて、N013の低減率
を高めるためには、触媒容量とエンジンの排気9の関係
は、 1.0≦(触媒容R)/(エンジン排気量)≦3.0で
あることが望ましいことが明らかである。
前述のように、NH3添加量をマツプによっであるいは
式(1)ないしく2)によって制御する方法を使用する
場合と、この触媒容量とエンジン排気量との関係を応用
すれば、NH3のリークはほぼ完全に防1Fできる。
上述のような触媒反応を生じるための触媒として、本発
明においては、TiO2系触媒を使用して2tjす、下
記の反応によっでNO・が還元され、窒素として除去さ
れる。
4  NO4−4Nil:l  −)0 2    −
’4N2  トロ11g O−にr)G NOz  (
8NH3 −−−一−−−−7N2 +121! 20
−(b)たとえばPt、 Pdなどの触媒も、上記反応
を生しるのであるが、このような触媒は200〜300
℃という比較的低温で良好な活性を存しているという特
徴がある。しかしながら、このような低温においては排
気ガス中のNOxの量は限定されており(燃料が比較的
低温で燃焼する場合、NOいの発生量が少ない) 、N
Oxを還元除去する必要は薄い。
したがって、本発明においては安価で、かつ比較的高温
で活性を有するTi02を使用するものである。排気ガ
スが比較的高温の場合、たとえTi02触媒に炭素が吸
着されたとしても、熱によって燃焼し、触媒の活性を低
下させることはないからである。
このようなTi02触媒は、200〜500℃という比
較的高温において活性を有する。
ディーゼルエンジンの場合においては、排気ガスは70
0℃という高温になる場合があるが、ごのときには、空
気などを混入するなどの手段により温度を低下させ、前
記排気ガスをTi02触媒に接触させるのがよい。
一方、排気ガスの温度が200℃未満のときには、NO
:cの量は、比較的低1度であるため、TiO2触媒に
接触させずに大気中に放出するようにしてもよい。
(発明の効果〕 以ト説明したよ・)ルこ、本発明によるディービルニン
ジンの窒素酸化物除去方法によれば、触媒とし一ζTi
O2を用い、還元剤としてN1]3を使用する、ことに
よって、従来不可能であったディーゼルユン;゛/c7
) J汁気ガス中の窒ぶ酸化物を良好に除去できろとい
・)利点がある。さらにまた、本発明によ41ば、特に
TiO2系触媒とエンジンの排気量に着目し、前記Ti
02系触媒の触媒容量とエンジン排気量を所定の値乙こ
保持することによって、NH3のリーク9ケ抑制でき、
か一つ還元効率を低減するここがl:ji能Qこなる。
Lいう利点がある。
1=L1而θ:1筒中な説明 第1図は、〜111.リーク最と触媒容量/エンジン排
気量の関係を示す図、第2図はNO工低減率と触媒容量
/エンジン排気量の関係を示す図である。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)ディーゼルエンジンの排気ガス中にNH_3を添
    加し、TiO_2系触媒に接触させて、前記NOxを還
    元除去する方法であって、前記触媒の開口率は50〜9
    0%であり、かつ触媒容量とエンジン排気量との関係を 1.0≦(触媒容量/エンジン排気量)≦3.0とした
    ことを特徴とするディーゼルエンジンの窒素酸化物除去
    方法。
JP62031149A 1987-02-13 1987-02-13 デイ−ゼルエンジンの窒素酸化物除去方法 Pending JPS63198712A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5336476A (en) * 1990-05-28 1994-08-09 Agency Of Industrial Science And Technology Process for removing nitrogen oxides in exhaust gases to nitrogen
US6656551B1 (en) 1999-06-16 2003-12-02 E. I. Du Pont De Nemours And Company Indicia bearing elastomeric article

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS62106826A (ja) * 1985-11-06 1987-05-18 Nippon Shokubai Kagaku Kogyo Co Ltd デイ−ゼル排ガス中の窒素酸化物を除去する方法

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