CN101663470B - 排气净化装置 - Google Patents

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Abstract

本发明的排气净化装置，在排气管的途中具备捕集排出气体(3)中的颗粒的颗粒过滤器(5)，并且，具备选择还原型催化剂(6)，该选择还原型催化剂在颗粒过滤器(5)的下游侧即使在氧共存下也能够使NOx选择性地与氨反应，在选择还原型催化剂(6)和颗粒过滤器(5)之间配置能够添加作为还原剂的尿素水的尿素水添加机构(12)，其中，在从尿素水添加机构(12)向选择还原型催化剂(6)导入排出气体(3)的流路之间，形成至少1个以上的曲部(13，14)。

Description

排气净化装置
技术领域
本发明涉及排气净化装置。
背景技术
一直以来，在柴油发动机中，在排出气体流通的排气管的途中，装备选择还原型催化剂，该选择还原型催化剂具备在氧共存下也选择性地使NOx与还原剂反应的性质，在该选择还原型催化剂的上游侧添加必要量的还原剂，使该还原剂在选择还原型催化剂上与排出气体中的NOx(氮氧化物)发生还原反应，由此，能够降低NOx的排出浓度。
另一方面，在工厂等中的工业的排烟脱硝处理的领域中，将氨(NH3)用于还原剂而还原净化NOx的方法的有效性已被广泛所知，但在汽车的情况下，关于搭载氨本身而行驶，难以确保安全，因此，近年来正在研究使用无毒性的尿素水作为还原剂。
即，如果在选择还原型催化剂的上游侧将尿素水添加到排出气体中，那么，在该排出气体中，尿素水按照下式被水解为氨和二氧化碳，排出气体中的NOx在选择还原型催化剂上被氨良好地还原净化。
(NH2)2CO+H2O→2NH3+CO2
另一方面，在谋求柴油发动机的排气净化的情况下，仅除去排出气体中的NOx是并不充分的，还必须通过颗粒过滤器来捕集排出气体中所含有的颗粒(Particulate Matter：粒子状物质)，但在采用这种颗粒过滤器的情况下，必须趁着排气阻力尚未因堵塞而增加的时候，适当地燃烧除去颗粒，以谋求颗粒过滤器的再生。
因此，考虑在颗粒过滤器的前段附带装备流动(flowthrough)型氧化催化剂，在颗粒的堆积量逐渐增加的阶段，由上述氧化催化剂将燃料添加到上游的排出气体中，对颗粒过滤器进行强制再生。
即，如果由氧化催化剂将燃料添加到上游的排出气体中，那么，该添加燃料(HC)在通过前段的氧化催化剂期间进行氧化反应，因此，通过因该反应热而升温的排出气体的流入，使得紧后方的颗粒过滤器的催化剂床的温度上升，颗粒完全燃烧，能够谋求颗粒过滤器的再生。
一般而言，作为用于实行如上所述的燃料添加的具体方法，考虑继在压缩上死点附近进行的燃料的主喷射之后，在比压缩上死点迟的非着火的时机，实行后喷射以将燃料添加到排出气体中，但为了将该添加燃料高效地活用于强制再生且趁着排出气体温度未极力下降的时候对添加燃料进行氧化处理，考虑优选将颗粒过滤器配置在选择还原型催化剂的上游侧。
此外，与这种排气净化装置相关的在先技术文献信息，例如已经存在下述的专利文献1等。
专利文献1：日本特愿2007-043492号公报
专利文献2：日本特愿2007-045583号公报
发明内容
发明所要解决的问题
但是，在如此地将颗粒过滤器配置在选择还原型催化剂的上游侧的情况下，在颗粒过滤器和选择还原型催化剂之间向该选择还原型催化剂添加尿素水，因此，存在着至尿素水被水解为氨和二氧化碳为止，无法对排出气体恰当地进行反应的问题。
本发明是鉴于上述实际情况而提出的，目的在于，提供一种排气净化装置，其在到达选择还原催化剂为止恰当地进行排出气体中所添加的尿素水水解为氨的水解反应。
用于解决问题的手段
本发明的排气净化装置，在排气管的途中具备捕集排出气体中的颗粒的颗粒过滤器，并且，具备选择还原型催化剂，该选择还原型催化剂在该颗粒过滤器的下游侧即使在氧共存下也能够使NOx选择性地与氨反应，在该选择还原型催化剂和上述颗粒过滤器之间配置能够添加作为还原剂的尿素水的尿素水添加机构，其特征在于，在从上述尿素水添加机构向选择还原型催化剂导入排出气体的流路之间，形成至少1个以上的曲部。
于是，如果这样，那么，通过在从尿素水添加机构向选择还原型催化剂导入排出气体的流路之间形成至少1个以上的曲部，从而使尿素水在曲部进行碰撞，尿素水液体的粒径微细化，排出气体和尿素水高效地混合，结果，能够在排出气体中恰当地进行尿素水水解为氨的水解反应。
此外，在本发明中，如果上述尿素水添加机构被配置在从颗粒过滤器向选择还原型催化剂导入排出气体的流路之间的最长的直线部的上游端，上述直线部具备获得用于进行尿素水向氨的转化的反应时间的长度，则尿素水在直线部中与排出气体混合，开始氨转化，进而，未进行完氨转化的尿素水通过曲部而微细化，促进反应，能够更恰当地对排出气体进行尿素水的反应。
而且，在更具体地实施本发明时，优选：并列配置上述颗粒过滤器和选择还原型催化剂，并且，排出气体的流路构成为具备：第一连接部，使从颗粒过滤器的后方被排出的排出气体折返；直线部，从该第一连接部向选择还原型催化剂的前方延伸；以及第二连接部，以从该直线部向选择还原型催化剂的前方导入的方式形成曲部。
此外，在本发明中，优选：在颗粒过滤器的紧前方，装备有对排出气体中的未燃烧的燃料部分进行氧化处理的氧化催化剂，在该氧化催化剂的上游侧具备将燃料添加到排出气体中的燃料添加机构，如果这样，那么，在氧化催化剂上氧化处理由燃料添加机构添加的燃料，结果，通过因该反应热而升温的排出气体的流入，使得紧后方的颗粒过滤器的催化剂床的温度升高，颗粒完全燃烧，可谋求颗粒过滤器的再生化。
这种情况下，可以构成为，采用将燃料喷射至发动机的各气筒的燃料喷射装置，以作为燃料添加机构，通过控制向气筒内的燃料喷射并使排出气体中残留大量的未燃烧的燃料部分，从而实行燃料添加。
而且，在本发明中，优选在选择还原型催化剂的紧后方装备有对剩余的氨进行氧化处理的氨降低催化剂，如果这样，那么，在选择还原型催化剂的还原反应中使用后剩余的氨，在紧后方的氨降低催化剂被进行氧化处理。
发明的效果
依照上述本发明的排气净化装置，能够起到如下的各种优异效果。
(I)依照本发明，尿素水在曲部进行碰撞，尿素水的液体的粒径微细化，能够恰当地对排出气体进行尿素水的反应。
(II)依照本发明，在氧化催化剂上氧化处理由燃料添加机构添加的燃料，通过因该反应热而升温的排出气体的流入，能够提高紧后方的颗粒过滤器的催化剂床的温度，完全燃烧颗粒，能够谋求颗粒过滤器的积极的再生化。
(III)依照本发明，能够对未反应就通过选择还原型催化剂的剩余的氨进行氧化处理，使其无害化，能够将最终向大气中排出的排出气体中残存有氨的可能性防患于未然。
附图说明
图1是显示本发明的一个实施例的示意图。
图2是放大显示图1的主要部分的立体图。
符号说明
1  柴油发动机(发动机)
3  排出气体
4  排气管
5   颗粒过滤器
6   选择还原型催化剂
9   第一连接部
10  直线部
10a 上游端
10b 下游端
11  第二连接部
12  尿素水添加用注入器(尿素水添加机构)
13  第一曲部
14  第二曲部
15  氧化催化剂
16  氨降低催化剂
21  燃料喷射装置(燃料添加机构)
具体实施方式
以下，参照附图，说明本发明的实施例。
图1显示本发明的一个实施例，在该实施例的排气净化装置中，在从柴油发动机1经由排气岐管2而排出的排出气体3所流通的排气管4的途中，以由壳体7、8分别抱持的方式并列配置有捕集排出气体3中的颗粒的颗粒过滤器5以及选择还原型催化剂6，该选择还原型催化剂6具备在该颗粒过滤器5的下游侧即使在氧共存下也能够使NOx选择性地与氨反应的性质。
如图1、图2所示，连接壳体7、8的排出气体3的流路构成为具备：第一连接部9，使刚从颗粒过滤器5的后方出来的排出气体3折返；直线部10，以向选择还原型催化剂6运送在第一连接部9被折返的排出气体3的方式从第一连接部9的前端向选择还原型催化剂6的前方延伸；以及第二连接部11，以从直线部10将排出气体3导入到选择还原型催化剂6的前方的方式从直线部10向选择还原型催化剂6进行连接。
其中，直线部10的上游端10a以在选择还原型催化剂6和颗粒过滤器5之间能够添加作为还原剂的尿素水的方式配置尿素水添加用注入器12(尿素水添加机构)。此外，直线部10是从颗粒过滤器5向选择还原型催化剂6导入排出气体3的流路之间的最长的直线状的流路，具备获得用于进行尿素水的氨转化的与排出气体的混合以及反应时间的长度(从直线部10的上游端10a至选择还原型催化剂6的入口的距离为700mm以上)。在此，直线部10可以是普通的管，也可以是混合管。此外，尿素水添加用注入器12(尿素水添加机构)可以是由加压空气来辅助尿素水的添加的空气辅助型，也可以是不具备利用空气的辅助机构的无空气型，但在空气辅助型的情况下，供给空气的构成是必要的，因此存在着车辆的重量增加且成本上升的问题。
另一方面，第二连接部11以在从尿素水添加用注入器12向选择还原型催化剂6导入排出气体3的流路之间具备至少1个以上的曲部的方式，具备从直线部10的前端弯曲的第一曲部13以及从第一曲部13再次弯曲并连接至选择还原型催化剂6的前方(壳体8)的第二曲部14。在此，与构成为弯曲状相比，优选各个曲部13、14以形成平滑曲面的大曲率半径构成。
此外，尤其是在本实施例中，在抱持着颗粒过滤器5的壳体7内的前段，装备有对排出气体3中的未燃烧的燃料部分进行氧化处理的氧化催化剂15，并在抱持着选择还原型催化剂6的壳体8内的后段，装备有对剩余的氨进行氧化处理的氨降低催化剂16，在上述壳体8的后部形成有将尾管朝向后方而装备的排气室17。
此外，如图1所示，在驾驶座的油门上具备油门传感器18(负荷传感器)，该油门传感器18检测油门开度并将其作为柴油发动机1的负荷，并且，在柴油发动机1的适当位置上装备有检测其转速的旋转传感器19，来自这些油门传感器18以及旋转传感器19的油门开度信号18a以及转速信号19a被输入到成为发动机控制电脑(ECU：Electronic Control Unit，电控单元)的控制装置20。
另一方面，在上述控制装置20中，根据从油门开度信号18a以及转速信号19a判断出的目前的运转状态，向将燃料喷射至各气筒内的燃料喷射装置21输出指示燃料的喷射时机以及喷射量的燃料喷射信号21a。
在此，上述燃料喷射装置21由装备在各个气筒的图中未显示的多个注入器构成，这些各个注入器的电磁阀被来自上述控制装置20的燃料喷射信号21a适当地进行开阀控制，燃料的喷射时机以及喷射量(开阀时间)被恰当地控制。
但是，在本实施例中，通过控制装置20基于油门开度信号18a以及转速信号19a来决定通常模式的燃料喷射信号21a，但另一方面，当产生进行颗粒过滤器5的强制再生的必要时，从通常模式切换至再生模式，决定燃料喷射信号21a，该燃料喷射信号21a继在压缩上死点(曲柄角0°)附近进行的燃料的主喷射之后，在比压缩上死点迟的非着火的时机(起始时期为曲柄角90°～130°的范围)进行后喷射。
即，在此所示的示例中，采用燃料喷射装置21作为燃料添加机构，如果如上述般继主喷射之后，在比压缩上死点迟的非着火的时机进行后喷射，则通过该后喷射，将未燃的燃料(主要为HC：烃)添加到排出气体3中，该未燃的燃料在通过颗粒过滤器5的前段的氧化催化剂15的期间发生氧化反应，通过因该反应热而升温的排出气体3的流入，使得紧后方的颗粒过滤器5的催化剂床的温度上升，将颗粒燃烧除去。
此外，在该控制装置20中，抽出柴油发动机1的转速和从燃料喷射信号21a的输出值判断出的燃料的喷射量，从根据上述转速和喷射量的颗粒的产生量图(map)，推测出基于柴油发动机1的目前的运转状态的颗粒的基本产生量，对该基本产生量乘以考虑了与颗粒的产生相关的各种条件的修正系数，并减去目前的运转状态下的颗粒的处理量，求出最终的产生量，对该最终的产生量时时刻刻进行累计，推测颗粒的堆积量，当推测该堆积量达到规定的目标值时，燃料喷射控制从通常模式向再生模式切换，燃料被添加到颗粒过滤器5的上游侧的排出气体3中。
此外，在这种推测颗粒的堆积量的方法中，存在着各种想法，当然能够使用在此列举的推测方法以外的方法来推测出颗粒的堆积量，也能够基于颗粒过滤器5的前后的压力差来推测出颗粒的堆积量，或者以运转时间或行使距离为目标来推测颗粒的堆积量。
此外，在上述控制装置20中，也能够基于柴油发动机1的转速和燃料的喷射量等来推测出NOx的产生量，向上述尿素水添加用注入器12指示与该NOx的产生量相称的必要量的尿素水的添加，以作为开阀指令信号12a。
于是，如果如此地构成排气净化装置，那么，由颗粒过滤器5捕集排出气体3中的颗粒，并且，在其下游侧的直线部10的上游端10a，尿素水从尿素水添加用注入器12被添加到排出气体3中，水解为氨和二氧化碳，排出气体3中的NOx在选择还原型催化剂6上被氨良好地还原净化，结果可谋求排出气体3中的颗粒和NOx的同时降低。
此时，在从尿素水添加机构向选择还原型催化剂6导入排出气体3的流路之间，尿素水在第一曲部13以及第二曲部14的壁面进行碰撞，尿素水的液体的粒径微细化，排出气体3和尿素水高效地混合，促进了水解反应。
此外，尿素水添加用注入器12(尿素水添加机构)配置在从颗粒过滤器5向选择还原型催化剂6导入排出气体3的流路之间的最长的直线部10的上游端，直线部10具备获得用于进行尿素水的氨转化的与排出气体3的混合以及反应时间的长度，由此，尿素水在直线部10中与排出气体3反应。
此外，当产生进行颗粒过滤器5的强制再生的必要时，控制装置20中的燃料喷射控制从通常模式切换至再生模式，通过后喷射而在柴油发动机1侧被添加的燃料在前段的氧化催化剂15进行氧化反应，通过因该反应热而升温的排出气体3的流入，使得紧后方的颗粒过滤器5的催化剂床的温度上升，颗粒完全燃烧，谋求颗粒过滤器5的积极的再生化，这是毋庸置疑的。
因此，依照上述实施例，在从尿素水添加用注入器12(尿素水添加机构)向选择还原型催化剂6导入排出气体3的流路之间，通过形成至少1个以上的曲部(在上述实施例中，为第一曲部13、第二曲部14的2个曲部)，使得尿素水在曲部进行碰撞，尿素水的液体的粒径微细化，排出气体3和尿素水高效地混合，结果能够在排出气体3中恰当地进行尿素水水解为氨的水解反应。
此外，在上述实施例中，如果尿素水添加用注入器12(尿素水添加机构)配置在从颗粒过滤器5向选择还原型催化剂6导入排出气体3的流路之间的最长的直线部10的上游端，直线部10具备获得用于进行尿素水向氨的转化的与排出气体3的混合以及反应时间的长度，则尿素水在直线部10中与排出气体3混合，开始氨转化，进而，未进行完氨转化的尿素水通过曲部而微细化，促进反应，能够更恰当地对排出气体3进行尿素水的反应。
而且，在上述实施例中，如果并列配置颗粒过滤器5和选择还原型催化剂6，并且排出气体3的流路构成为具备：第一连接部9，使从颗粒过滤器5的后方被排出的排出气体3折返；直线部10，从第一连接部9向选择还原型催化剂6的前方延伸；以及第二连接部11，以从直线部10向选择还原型催化剂6的前方导入的方式形成第一曲部13和第二曲部14，则能够适当地构成第一曲部13、第二曲部14以及直线部10，因此，能够最恰当地对排出气体3进行尿素水的反应。此外，并列配置颗粒过滤器5和选择还原型催化剂6，以沿着这些颗粒过滤器5和选择还原型催化剂6之间的方式配置直线部10，因此能够使其整体构成紧凑。
此外，由燃料喷射装置21通过后喷射而添加的燃料在氧化催化剂15上被进行氧化处理，通过因该反应热而升温的排出气体3的流入，能够提高紧后方的颗粒过滤器5的催化剂床的温度，完全燃烧颗粒，因此能够谋求颗粒过滤器5的积极的再生化。
而且，氨降低催化剂16能够对未反应就通过选择还原型催化剂6的剩余的氨进行氧化处理，使其无害化，因此，能够将最终向大气中排出的排出气体3中残存有氨的可能性防患于未然。
另外，本发明的排气净化装置并不仅限于上述实施例，在以前的实施例中，采用燃料喷射装置作为燃料添加机构，通过继在压缩上死点附近进行的燃料的主喷射之后，在比压缩上死点迟的非着火的时机进行后喷射，从而将燃料添加到排出气体中，但也可以通过使向气筒内进行主喷射的时期比通常迟，从而将燃料添加到排出气体中，而且，不仅可以是通过如此地控制向气筒内的燃料喷射并使排出气体中残留大量的未燃烧的燃料部分，从而进行燃料添加的手段，当然也可以在排气管的适当位置(可以是排气岐管)贯通安装作为燃料添加机构的注入器，通过该注入器将燃料直接喷射并添加到排出气体中，此外，也能够在不脱离本发明要旨的范围内施加各种变形。

Claims (7)

1.一种排气净化装置，具备：颗粒过滤器，安装在排气管，捕集排出气体中的颗粒；选择还原型催化剂，在该颗粒过滤器的下游侧即使在氧的存在下也能够使NOx与氨反应；以及尿素水添加机构，能够将作为还原剂的尿素水添加在所述选择还原型催化剂和所述颗粒过滤器之间，其中，
相互并列地配置所述颗粒过滤器和所述选择还原型催化剂，
将所述颗粒过滤器和所述选择还原型催化剂连通的流路，以按照从所述颗粒过滤器的后端向着邻接的所述选择还原型催化剂的前端弯折至前方的形式导入排出气体的方式，具备使从颗粒过滤器的后方被排出的排出气体折返的第一连接部、沿着所述颗粒过滤器和所述选择还原型催化剂之间配置且从该第一连接部向选择还原型催化剂的前方延伸的直线部以及以从该直线部向选择还原型催化剂的前方导入的方式形成曲部的第二连接部，
所述尿素水添加机构设在所述直线部的上游端，
所述第二连接部具备第一曲部和第二曲部，该第一曲部以从直线部的前端弯曲的形式使排出气体的尿素水在第一壁面进行碰撞，该第二曲部以从第一曲部弯曲的形式使排出气体的尿素水进一步在第二壁面进行碰撞，
所述颗粒过滤器的轴线与所述直线部的轴线大致平行，
所述颗粒过滤器的轴线从所述直线部的轴线离开一定距离。
2.根据权利要求1所述的排气净化装置，其特征在于，所述尿素水添加机构被配置在从颗粒过滤器向选择还原型催化剂导入排出气体的流路之间的最长的直线部的上游端，所述直线部具备获得用于进行尿素水向氨的转化的反应时间的长度。
3.根据权利要求1所述的排气净化装置，其特征在于，在颗粒过滤器的紧前方，装备有对排出气体中的未燃烧的燃料部分进行氧化处理的氧化催化剂，在该氧化催化剂的上游侧，具备将燃料添加到排出气体中的燃料添加机构。
4.根据权利要求3所述的排气净化装置，其特征在于，构成为，采用将燃料喷射至发动机的各气筒的燃料喷射装置，以作为燃料添加机构，通过控制向气筒内的燃料喷射并使排出气体中残留大量的未燃烧的燃料部分，从而实行燃料添加。
5.根据权利要求1所述的排气净化装置，其特征在于，在选择还原型催化剂的紧后方装备有对剩余的氨进行氧化处理的氨降低催化剂。
6.根据权利要求3所述的排气净化装置，其特征在于，在选择还原型催化剂的紧后方装备有对剩余的氨进行氧化处理的氨降低催化剂。
7.根据权利要求4所述的排气净化装置，其特征在于，在选择还原型催化剂的紧后方装备有对剩余的氨进行氧化处理的氨降低催化剂。
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