Pt Al203
NOx storage compounds
NO3 CO HCH2
H2O CO2
N2
Storage Reduction
第6章 後処理装置による排出ガスの低減
Fig.6-4 Fuel dosing system
Fig.6-5 Fuel dosing chart
4
10ms
5s 4
NOx sensor
NOx sensor
第6章 後処理装置による排出ガスの低減
6 . 3 後 処 理 シ ス テ ム を 採 用 し た 開 発 研 究 機 関 （ E - Ⅶ ）
前 節 で 示 し た 本 改 良 を 開 発 研 究 の 第 5 ス テ ッ プ と し ，E - Ⅶ機 関 と し て 構 築 し た ． ま た ， こ の 研 究 の 位 置 づ け お よ び 進 捗 確 認 と し て 研 究 履 歴 一 覧 を 表 6 - 2 に 示 す ．
後 処 理 装 置 の N O x 浄 化 性 能 の 確 認 と し て ，5 章 ま で に 得 ら れ た 機 関 単 体 に よ る 排 出 ガ ス N O x = 1 . 0 1 g / k W h と P M = 0 . 0 9 g / k W h の 機 関 仕 様 （E - Ⅴ） に 対 し て 後 処 理 装 置 を 適 用 し 確 認 を 行 っ た ． 図 6 - 6 に J E 0 5 モ ー ド 運 転 全 域 の 1 8 3 0 秒 間 に お け る N O x 吸 蔵 量 積 算 値 と 燃 料 添 加 に よ り 還 元 さ れ た 分 を 差 し 引 い た 積 算 値 を 示 す ． こ こ で ，J E 0 5 モ ー ド 評 価 は 事 前 運 転 と 本 運 転 の 2 本 か ら な る 試 験 法 で あ り ， グ ラ フ に 示 す 結 果 は 本 運 転 の 結 果 で あ る ． ま た ，0 秒 の 時 点 で N O x 吸 蔵 量 が 1 0 g を 超 え て い る の は 事 前 運 転 に よ り 排 出 さ れ た N O x を 吸 蔵 し た 結 果 で あ る ． な お ， 事 前 運 転 で は 燃 料 添 加 を 行 っ て い な い ．
モ ー ド 運 転 を 開 始 す る と 事 前 に 吸 蔵 さ れ て い た N O x 値 か ら 積 算 さ れ モ ー ド 終 了 時 点 で お よ そ 2 3 g 程 度 と な っ て い る ． こ れ に 対 し て 燃 料 添 加 に よ り 還 元 さ れ た 分 を 差 し 引 い て 積 分 を 行 っ た 結 果 で は 図 中 の 一 点 鎖 線 で 示 す 燃 料 添 加 開 始 し き い 値 1 2 g を 境 に 減 少 し 最 終 的 に 7 g 程 度 で 終 了 し て い る ． 破 線 で 囲 わ れ た 領 域 で 燃 料 が 添 加 さ れ て い る の が 確 認 で き る ． こ の 際 ， 完 全 に 0 に な ら な い の は 燃 料 添 加 を 行 な っ て い る 間 も 機 関 か ら 排 出 さ れ て く る N O x を 常 に 積 算 し て い る た め で あ る ． ま た ， 部 分 的 に 計 算 値 が 低 下 し な い 期 間 は C a t a l y s t i n l e t l a m b d a が 高 い 領 域 で あ っ た こ と を 示 す ． こ の よ う に ，L N T を 用 い た N O x 吸 蔵 還 元 装 置 は J E 0 5 モ ー ド に お い て そ の 機 能 を 果 た す こ と が 可 能 で あ る こ と を 確 認 し た ．
Table 6-2 Research stage on this study
Engine Type 仕様および効果
E-Ⅰ メーカーオリジナル機関 HINO P11C 長期規制仕様
E-Ⅱ 研究用ベース機関
高過給広域多量EGR仕様 D13モードにおいて目標達成 JE05モードは未達
E-Ⅱ’ VGTとEGR制御値の変更 過渡応答性対応
E-Ⅲ 開発研究①LP-EGR導入 過渡応答性向上
E-Ⅳ 開発研究②HP-EGR経路変更 気筒間EGRガス分配性向上 E-Ⅴ 開発研究③VGT改良 過渡応答性向上
E-Ⅵ 開発研究④ 燃料噴射タイミング NOx低減
E-Ⅶ 開発研究⑤ 後処理追加 トータル仕様において目標達成
第6章 後処理装置による排出ガスの低減
本 シ ス テ ム を 用 い て J E 0 5 モ ー ド 評 価 を 行 い N O x お よ び P M の 最 終 結 果 を 確 認 し た ． 運 転 条 件 は 4 章 ま で に 行 っ た 機 関 単 体 に お け る N O x 排 出 率 が N O x = 1 . 0 1 g / k W h と P M の 排 出 率 が P M = 0 . 0 9 g / k W h を 得 た 条 件 の E - Ⅴ 機 関 を 用 い た ． 図 6 - 7 に 燃 料 添 加 を 行 っ た 条 件 と 行 わ な い 条 件 の N O x 濃 度 の 推 移 を 示 す ．N O x 濃 度 を 測 定 す る 排 ガ ス 分 析 計 は 後 処 理 装 置 の 出 口 側 を 測 定 し て い る た め 後 処 理 入 り 口 の N O x 値 は N O x セ ン サ の 値 を 用 い た ． ま た ， 出 口 側 の N O x セ ン サ の 値 も 排 出 ガ ス 分 析 計 の 比 較 と し て 表 示 す る ． 燃 料 添 加 な し 条 件 の 場 合 ，L N T は 吸 蔵 が 可 能 で あ る た め L N T 出 口 側 で 計 測 し た N O x セ ン サ お よ び 排 出 ガ ス 分 析 計 の 値 は 低 く ， 試 験 結 果 と し て は 排 出 量 が 0 . 0 8 g / k W h と な っ た ． 添 加 あ り の 場 合 は ， モ ー ド 中 の 5 5 0 秒 か ら 8 0 0 秒 間 に お い て 燃 料 添 加 が 行 わ れ て お り そ の 後 の 1 4 0 0 秒 以 降 の 領 域 で L N T 後 の N O x 値 が 低 下 し て い る の が 確 認 で き る ． こ れ は ， 燃 料 添 加 に よ っ て L N T に 吸 蔵 で き る ス ペ ー ス が 広 が っ た た め 添 加 な し の 場 合 で は 排 出 さ れ て い た と こ ろ で 吸 蔵 が 行 え た 結 果 で あ る と 考 え る ． 燃 料 添 加 を 行 な っ た 場 合 の N O x 排 出 量 は 0 . 0 3 g / k W h で あ り 8 0 %以 上 の 低 減 率 を 得 る こ と が で き た ．
こ の よ う に ，L N T は N O x を 吸 蔵 す る こ と が 可 能 で あ る た め ， 浄 化 率 の 高 い 条 件 に な っ て か ら 浄 化 さ せ る よ う な 自 由 度 が あ り ， 本 研 究 の よ う に 機 関 単 体 に よ
Fig.6-6 NOx storage calculation on JE05 mode JE05モード試験（後処理燃料添加無し）
NOx吸蔵量計算値
0 10 20 30
0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000
時間 s
吸蔵量 g
NOx吸蔵量計算値 燃料添加開始しきい値
JE05モード試験（後処理燃料添加有り）
NOx吸蔵量計算値
0 10 20 30
0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000
時間 s
吸蔵量 g
0 1 NOx吸蔵量
燃料添加開始しきい値 噴射ON/OFFフラグ
第6章 後処理装置による排出ガスの低減
る N O x 排 出 量 を 極 限 ま で 低 下 さ せ る こ と で L N T の 有 効 性 が 高 ま る と 考 え る ． ま た ， グ ラ フ で は 示 し て い な い が ， 燃 料 添 加 に よ る 燃 料 消 費 率 の 悪 化 分 は お よ そ 3 %で あ り ， 目 標 と し た 5 %以 内 に 納 め る こ と が で き た ． こ れ も 機 関 単 体 に お い て N O x を 極 限 ま で 低 下 さ せ た 効 果 に よ り ， 還 元 に 必 要 な 燃 料 添 加 量 を 抑 制 す る こ と が 可 能 で あ っ た ．
Fig.6-7 NOx concentration on JE05 mode with/without fuel dosing JE05モード試験（後処理燃料添加無し）
NOx濃度
0 100 200 300 400 500 600 700
0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 時間 s
NOx濃度 ppm
触媒入口NOx（センサ）
触媒出口NOx（センサ）
触媒後NOx(MEXA)
JE05モード試験 NOx濃度
0 100 200 300 400 500 600 700
0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 時間 s
NOx濃度 ppm
0 1 触媒入口NOx（センサ）
触媒出口NOx（センサ）
触媒後NOx(MEXA) 噴射ON/OFFフラグ
第6章 後処理装置による排出ガスの低減
6 . 4 開 発 し た 広 域 多 量 E G R 機 関 の 総 合 性 能
5 章 ま で に 得 ら れ た 効 果 を 持 つ 機 器 を す べ て 搭 載 し た E - Ⅴ機 関 単 体 に よ る 排 出 ガ ス 結 果 の N O x = 1 . 0 1 g / k W h お よ び P M = 0 . 0 9 g / k W h の 機 関 仕 様 を 用 い て ， 後 処 理 装 置 を 適 用 し た E - Ⅶ機 関 に お け る 広 域 多 量 E G R の 最 終 効 果 確 認 を 行 っ た ．N O x と P M の ト レ ー ド オ フ 結 果 を 図 6 - 8 と 一 部 拡 大 を し て 図 6 - 9 に 示 す ． 効 果 の 切 り 分 け と し て ， 最 初 の ポ イ ン ト で は L N T に 燃 料 添 加 を 行 わ ず D P F の 効 果 を 確 認 し ， 次 に 燃 料 添 加 を 行 っ て L N T と D P F 両 方 の 効 果 に つ い て 確 認 を し た ．
本 開 発 研 究 で 用 い た 後 処 理 装 置 は ，D P F に よ り P M の 値 を 機 関 単 体 の 結 果 に 対 し て お よ そ 9 0 %低 減 し ，L N T に よ り N O x の 値 を 機 関 単 体 の 結 果 に 対 し て お よ そ 8 0 %以 上 低 減 さ せ る こ と が 可 能 で あ り ， 本 研 究 の 目 標 値 で あ る 後 処 理 装 置 付 き で N O x 0 . 2 g / k W h，P M 0 . 0 1 g / k W h 以 下 を 達 成 す る こ と が で き た ． 最 終 的 な 排 出 ガ ス 値 は ，N O x = 0 . 0 3 g / k W h，P M = 0 . 0 0 9 g / k W h で あ る ．
な お ， 後 処 理 装 置 を 搭 載 し た 最 終 的 な 評 価 に よ る モ ー ド 燃 費 と し て の C O2
排 出 率 は ， 目 標 と す る 7 3 0～7 8 0 g / k W h に 対 し て 7 6 8 g / k W h で あ り ， 厳 し い 排 出 ガ ス 目 標 を 達 成 し な が ら も 燃 料 消 費 率 の 目 標 も 達 成 し た ． こ の ほ か ， 騒 音 や 出 力 に つ い て も お お む ね 目 標 を 達 成 さ せ る こ と が 可 能 で あ っ た ．
0.00 0.10 0.20 0.30 0.40
0.00 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00
PM g/kWh
NOx g/kWh
E-ⅠD13 E-ⅡD13 E-ⅡJE05 EGR_Const.
E-ⅡJE05 E-Ⅱ' JE05 E-ⅢJE05
E-ⅥJE05 E-ⅤJE05 E-ⅦJE05
E-ⅦJE05
EGRﾊﾞﾙﾌﾞ15%固定
EGRﾊﾞﾙﾌﾞ10%固定
EGRﾊﾞﾙﾌﾞ5%固定
ｵﾘｼﾞﾅﾙD13
E-ⅡD13
E-Ⅱ E-Ⅱ’
E-Ⅲ E-Ⅵ E-Ⅴ E-Ⅶ
Fig.6-8 NOx and PM on JE05 mode E - Ⅲ ：H P - E G R＆L P - E G R
E - Ⅵ ：I n j e c t i o n T i m i n g w i t h E - Ⅳ（H P - E G R r o u t e） E - Ⅴ ：N e w V G T
E - Ⅶ ：A f t e r - t r e a t m e n t s y s t e m
第6章 後処理装置による排出ガスの低減
こ う し て 広 域 多 量 E G R を 機 関 の コ ン セ プ ト と し て 提 案 し ， 構 築 し た 開 発 研 究 用 デ ィ ー ゼ ル 機 関 に お い て ， 機 関 単 体 お よ び 後 処 理 装 置 を 搭 載 し た 最 終 的 な シ ス テ ム と し て そ の コ ン セ プ ト の 有 用 性 を 確 認 す る こ と が で き た ．
0.00 0.05 0.10 0.15 0.20
0.00 0.50 1.00 1.50 2.00
PM g/kWh
NOx g/kWh
E-ⅢJE05 E-ⅥJE05 E-ⅤJE05 E-ⅦJE05 E-ⅦJE05
E-Ⅲ
E-Ⅵ
E-Ⅴ
E-Ⅶ E-Ⅶ
Fig.6-9 NOx and PM on JE05 mode E - Ⅲ ：H P - E G R＆L P - E G R
E - Ⅵ ：I n j e c t i o n T i m i n g w i t h E - Ⅳ（H P - E G R r o u t e） E - Ⅴ ：N e w V G T
E - Ⅶ ：A f t e r - t r e a t m e n t s y s t e m
第6章 後処理装置による排出ガスの低減
6 . 5 ま と め
開 発 研 究 機 関 の 後 処 理 装 置 と し て ，N O x 低 減 の た め の L N T と P M 低 減 の た め の D P F を 選 定 し た ．
L N T に よ る N O x 浄 化 に 必 要 な 還 元 雰 囲 気 を 生 成 す る シ ス テ ム と し て ， 燃 料 添 加 装 置 と 燃 料 添 加 プ ロ グ ラ ム を 構 築 し た ．
機 関 単 体 の 排 出 ガ ス 目 標 を 達 成 し た E - Ⅴ機 関 に 後 処 理 装 置 を 搭 載 し ， J E 0 5 モ ー ド 試 験 に よ る 評 価 の 結 果 ，L N T と 燃 料 添 加 装 置 が N O x 浄 化 に 有 効 な 手 段 で あ る こ と を 確 認 し た ．
後 処 理 装 置 を 搭 載 し た 開 発 研 究 機 関 に お い て 最 終 的 な 排 出 ガ ス 評 価 を 実 施 し て N O x お よ び P M の 排 出 ガ ス 目 標 値 を 達 成 す る こ と を 実 験 的 に 確 認 し ， 広 域 多 量 E G R の コ ン セ プ ト が 排 出 ガ ス 抑 制 に 有 用 で あ る こ と を 明 ら か に し た ．