JPH02163406A - 内燃機関における排ガス処理材供給装置 - Google Patents

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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、ピストン式内燃機関の排ガス処理に係り、特
に、排ガス流量の小刻みな周期的変動に応じて排ガス処
理材の供給量を周期的に変動させるのに好適な内燃機関
における排ガス処理材供給装置に関する。

〔従来の技術〕

現在、産業、生活におけるエネルギー源として石炭、石
油などの化石燃料が広く用いられているが、その燃焼に
伴って１人体に有害な煤塵、−酸化炭素、窒素酸化物等
を発生する。このため、法規等によって、燃焼方法の改
善、排ガス処理装置の付設などによって徘ガス中の有害
成分を減少させた後大気中に放出することの規制が行な
われている。この規制は、排ガスを多量に発生する産業
用ボイラ、発電用ボイラ等に始まり、順次、自家用発電
装置、自動車等にまで及んでいる。

特に、最近、都市部における大気汚染が注目され、ディ
ーゼルエンジンを用いる自家発電装置、自動車について
の排ガス規制が行われ始めているが、ディーゼルエンジ
ンの排ガス中で問題となる物質は煤塵と窒素酸化物であ
り、燃焼装置の改善によってそれらの発生量を抑制する
ことには限界があるため、排ガスを処理する方法につい
ての開発が活発に行われている。

ディーゼルエンジン排ガス中の窒素酸化物を処理する方
法としては、排ガス中に酸素が存在するために、ガソリ
ンエンジンで採用されているモノリス触媒上で窒素酸化
物を排ガス中に含まれている未燃炭化水素、−酸化炭素
によって還元・浄化する方法は使用できず、従来のボイ
ラ排ガスの場合と同様に、排ガスにアンモニア（ＮＨｊ
）等の窒素酸化物選択還元剤を添加し、排ガス下流に設
けた酸化チタンを主成分とする触媒と接触させて還元・
浄化する必要がある。

現在、数百〜数千ＫＷの発電容量を有するディーゼルエ
ンジンの排ガスの処理に、従来のボイラ排ガスの処理と
類似の、ＮＨ３を還元剤とする排ガス処理装置が設置さ
れつつある。これらの発電装置では多気筒の燃焼室を有
するディーゼルエンジンを複数基運転しており、合流し
て脱硝装置に至ったときの排ガス量は多量となり、しか
も、ガス量の大きな変動がなくなるため、従来のボイラ
排ガス処理の場合と同様の脱硝装置を用いて処理するこ
とで特に問題はない。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、規模の小さい自家発電の場合あるいは自
動車の場合にはディーゼルエンジンが１基となり、また
、気筒数も少なく、さらに、運転の負荷変動によっては
低回転で稼動する場合が増すため、エンジンの排ガス量
が数サイクル７秒という遅い周期で増減することが多い
、このような排ガス量の変動に対して、従来の脱硝装置
の場合と同様に、一定流速で還元剤を供給するのでは、
排ガス量が多い時点では還元剤量が不足し、逆に排ガス
量が少ない時点では還元剤量が過剰となって、脱硝性能
が低下し、あるいは、未反応の還元剤量が増加するとい
う問題がある。

従来の脱硝装置においては、上記のように１秒間当り数
〜数十のサイクルで増減する排ガス流量に応じて還元剤
供給量を変化させることは考慮されていなかった。また
、構成機器の応答速度、追従性能の点から、小刻みな排
ガス流量変動に対応させようとすることに無理があった
。

本発明の目的は、上記のような従来技術の有していた課
題を解決して、ディーゼルエンジン等のピストン式内燃
機関に認められることのある排気ガス流量の周期的変動
に応じた脱硝用還元剤の供給を行うことのできる排ガス
処理材供給装置を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的は、内燃機関において、排ガスを排出するピス
トンの往復サイクルに応じて排ガス処理材の供給量を増
減する装置とすることによって達成することができる。

ここで、供給量を増減する装置としては、内燃機関の回
転と同期して作動するピストン式ポンプを用いた供給装
置とすることも可能であり、また、従来の供給装置にお
ける排ガス処理材供給配管の容積を内燃機関の回転と同
期して変化させる装置とすることも可能である。

なお、内燃機関の回転数が上昇して排ガス排出量の変動
がある程度以上に小刻みになった場合には、排出量の変
動が煙道で緩和されて定流量とみなせるようになるので
、所定回転数以上になった場合に、処理材供給量の周期
的変動発生を解除しても実質的に不都合は生じない。制
御がより簡単になる場合には、所定回転数以上で処理材
供給の脈流発生を解除して、従来と同様の制御系に切り
換えることが望ましい。

〔作用〕

排ガス処理材供給装置を前記構成の装置とすることによ
って、処理材の供給量が排ガス流量の周期的変動に応じ
て同期して変動するので、常に適切な量の排ガス処理材
が排ガス流中に供給されることになる。従って、従来技
術の装置を用いた場合に生ずるような処理材供給の周期
的過不足を発生することがない。

〔実施例〕

以下、本発明の排ガス処理材供給装置について実施例に
よって具体的に説明する。

実施例１ 第１図は１本発明の排ガス処理材供給装置の一実施例の
構成を示すもので、ディーゼルエンジン１で発生した排
ガス中にアンモニア水を噴射ノズル７から噴射供給し、
脱硝反応器２において排ガス中の窒素酸化物をアンモニ
アにより還元して無害化した後、消音器３を経て大気中
に放出する装置において、アンモニア水を貯蔵する還元
剤タンク４と噴射ノズル７との間に本発明になるディー
ゼルエンジン回転に連動して作動するピストン式ポンプ
５を設けた構成となっていることを示したものである。

さらに詳細に説明すれば、還元剤タンク４内のアンモニ
ア水は還元剤供給配管１７を経てピストン式ポンプ５に
至り、ピストン８が後退する時にシリンダ９内に吸引さ
れ、前進時に還元剤噴射用配管Ｉ８へ排出され、噴射ノ
ズル７からディーゼルエンジン出口煙道１４へ噴射され
て排ガスに混合される。ここで、ピストン式ポンプ５は
動力伝達鎖１１によってディーゼルエンジン１の回転と
連動しており、エンジン側回転体１０の回転が動力伝達
鎖１１を経てポンプ側回転体１２に伝達され、クランク
１３を動かしてピストン８を前進、後退させる。また、
このディーゼルエンジン１の回転とピストン式ポンプ５
の作動との連動は、ディーゼルエンジン１内のいずれか
の気筒から排出された排ガスがディーゼルエンジン出口
煙道１４を通過して噴射ノズル７部に到達する時と同期
してピストン式ポンプ９のピストン８が前進してアンモ
ニア水を噴射ノズル７に送出するように、エンジン側回
転体１０とポンプ側回転体１２との大きさと動力伝達鎖
１１との連結位置を組み合わせておく。

以上説明したように、ディーゼルエンジン１での排ガス
発生量に応じてピストン式ポンプ５によってアンモニア
水供給量が増減するので大まかな還元剤流量制御はピス
トン式ポンプによって行うことができるが、燃料種類を
灯油から重油に変更する場合のように、排ガス単位流量
当りの要処理ガス量が変化し、従って、供給還元剤を変
化させなければならない場合には、ピストン式ポンプ５
による供給還元剤量をさらに調整する必要があり、この
ような場合には、図に示したように、還元剤戻り配管１
９を経てピストン式ポンプ５の入口に戻るアンモニア水
の流量を流量調節バルブ６で調節する方法で対応するこ
とができる。また、流量調節バルブ６は、従来の大型ボ
イラ排ガスの脱硝装置のように還元剤流量を精密に制御
する場合にも、従来と同様の制御系統とつないだ自動バ
ルブとすることで対応することができる。

排ガス処理材供給装置を本実施例構成の装置とすること
によって、排ガスがディーゼルエンジンから排出される
時期にのみ必要量のアンモニア水を供給することができ
るので、従来の定速の供給装置を用いた場合のように排
ガス処理材供給の過剰と不足とが周期的にくりかえされ
る現象は発生しなくなる。

実施例２ 本発明の排ガス処理材供給装置の他の実施例の構成を第
２図に示す、この場合は、ディーゼルエンジン１の回転
に応じた還元剤供給の脈流発生を、還元剤供給配管１７
と還元剤噴射用配管１８との間に設けた空間の拡大、縮
小によって行う構成としたものである。すなわち、従来
の脱硝装置と同じく、還元剤タンク（この場合アンモニ
アガスボンベ）４からアンモニアガスを流量調節バルブ
６を経て排ガス流量および排ガス中窒素酸化物濃度に応
じた流量で噴射ノズル７へ供給する装置において。

還元剤供給配管１７と還元剤噴射用配管１８との間に脈
流発生器２０を設け、ディーゼルエンジン１の回転に応
じてアンモニアガスの脈流を発生させる構成としたもの
である。ここで、脈流発生器２０の可動片２２が動力伝
達類１１を介してエンジン側回転体１０と連動するカム
２４の回転によって押され、また、引戻しバネ２３によ
って引戻される運動をするため。

脈流発生器の外壁２１によって囲まれる空間が縮小、拡
大する結果、還元剤供給配管１７を通り、希釈ガス配管
２５から供給される希釈ガスとともに定流量で供給され
たアンモニアガスがここで脈流に変化して還元剤噴射用
配管１８側に排出され、噴射ノズ・ルアから、排ガスの
脈流に同期して、噴射されることになる。

実施例３ 本発明の排ガス処理材供給装置のさらに別の実施例の構
成を第３図に示す。本実施例の特徴とするところは、実
施例２における可動片２２の機能を電磁可動片によって
行わせることと、還元剤供給の脈流発生制御を作動信号
発生器による電気信号で行わせることにある。

すなわち、まず、ディーゼルエンジン１における排ガス
の発生時期を、エンジン側回転体１０の外周に設けた接
触片３３と固定の位置に設けた接触検出器３２との接触
によって、検出する構造としてあり、接触片３３と接触
検出器３２との接触時期をディーゼルエンジン１内での
排ガスの排出時期と同期するように調整しておく、接触
検出器３２から発せられた信号は接触信号線３１を経て
脈流発生器２０の作動信号発生器３０に至り、該作動信
号発生器３０内では第４図に示したフローチャートに従
った処理がなされ、ディーゼルエンジン１の回転数が所
定の回転数以下で排ガスの脈流が著しい場合のみに、排
ガス脈流に対応する還元剤供給の脈流を発生させるよう
に、電磁石作動信号線２９を経て、脈流発生器２０へ作
動信号が送られる。脈流発生器２０は本実施例の場合往
復運動可能な電磁可動片２６、電磁可動片２６を動かす
電磁石２７、および、電磁石２７に磁力を与える電磁石
コイル２８とからなっており、電磁作動信号線２９から
作動信号が入力されると電磁石コイル２８に電流が流れ
て電磁石２７に磁力が生じ、磁力の反発によって電磁可
動片２６が押し込まれ、作動信号がない場合には磁力に
よって電磁可動片２６が引き戻される結果、実施例２の
脈流発生器２０の場合と同様にして、噴射ノズル７部に
おける排ガスの脈流に応じた還元剤供給の脈流が発生す
ることとなる。

なお、上記説明においては還元剤供給の脈流発生を電磁
石による可動体の運動を利用して行った場合について述
べたが、排ガス量変動の周期が長い場合には、応答速度
が若干遅くはなるが、ステップモータの制御によって発
生させることも当然可能である。

〔発明の効果〕

以上述べてきたように、ピストン式内燃機関における排
ガス処理材供給装置を本発明構成の装置とすること、す
なわち排ガスを排出するピストンの往復サイクルに応じ
て排ガス処理材の供給量を増減し得る装置とすることに
よって、従来技術の有していた課題を解消して、排ガス
量の周期的変動に応じて、常に、過不足のない適正量の
排ガス処理材の供給を行うことができるようになった。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の排ガス処理材供給装置の一実施例の構
成を示す図、第２図は本発明の排ガス処理材供給装置の
他の実施例の構成を示す図、第３図は本発明の排ガス処
理材供給装置のさらに別の実施例の構成を示す図、第４
図は実施例３の作動信号器内での処理を示すフローチャ
ートである。 １・・・ディーゼルエンジン ２・・・脱硝反応器　　　３・・・消音器４・・・還元
剤タンク　　５・・・ピストン式ポンプ６・・・流量調
節バルブ　７・・・噴射ノズル８・・・ピストン　　　
　９・・・シリンダ１０・・・エンジン側回転体 １１・・・動力伝達用鎖　　１２・・・ポンプ側回転体
１３・・・クランク １４・・・ディーゼルエンジン出口Ｍ、Ｍ１５・・・脱
硝器出口煙道　１６・・・排ガス放出用煙道１７・・・
還元剤供給配管　１８・・・還元剤噴射用配管１９・・
・還元剤戻り配管　２０・・・脈流発生器２１・・・外
壁　　　　　　２２・・・可動片２３・・・引き戻しバ
ネ　　２４・・・カム２５・・・希釈ガス配管　　２６
・・・電磁可動片２７・・・電磁石　　　　　２８・・
・電磁石コイル２９・・・電磁石作動信号線 ３０・・・作動信号発生器　３１・・・接触信号線３２
・・・接触検知器　　　３３・・・回転体外周接触片第 第４

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、ピストン式内燃機関から発生し、流量が周期的に変
   動する排ガスに該排ガス中の特定成分と反応して浄化す
   る排ガス処理材を供給する装置において、排ガス流量の
   周期的変動に応じて排ガス処理材の供給量を周期的に変
   動させる手段を設けたことを特徴とする内燃機関におけ
   る排ガス処理材供給装置。 ２、上記排ガス処理材の供給量を周期的に変動させる手
   段として、内燃機関の回転と同調して作動するピストン
   式ポンプを用いることを特徴とする特許請求の範囲第１
   項記載の内燃機関における排ガス処理材供給装置。 ３、上記排ガス処理材の供給量を周期的に変動させる手
   段として、内燃機関のピストンの往復の周期に応じて排
   ガス処理材供給ラインの容積を周期的に拡大・縮小させ
   る手段を用いることを特徴とする特許請求の範囲第１項
   記載の内燃機関における排ガス処理材供給装置。 ４、上記排ガス処理材供給ラインの容量を周期的に増減
   させる手段として、該供給ラインの一部に荷重を加える
   と該供給ライン配管内に引込み、荷重を取り去れば元の
   位置に復元する可逆可動体で、該可逆可動体が内燃機関
   のピストンの往復の周期に応じて断続的に作動する可逆
   可動体を用いたことを特徴とする特許請求の範囲第３項
   記載の内燃機関における排ガス処理材供給装置。 ５、ピストン式内燃機関から発生し、流量が周期的に変
   動する排ガスに該排ガス中の特定成分と反応して浄化す
   る排ガス処理材を供給する装置で、排ガス流量の周期的
   変動に応じて排ガス処理材の供給量を周期的に変動させ
   る手段を有する排ガス処理材供給装置において、内燃機
   関の回転数が所定の設定値以上となった場合、排ガス処
   理材供給量の周期的変動を停止し、所定流量の定速供給
   に切換える手段を設けたことを特徴とする内燃機関にお
   ける排ガス処理材供給装置。