JP2005264894A

JP2005264894A - 排気浄化装置

Info

Publication number: JP2005264894A
Application number: JP2004082086A
Authority: JP
Inventors: Mitsuru Hosoya; 満細谷; Masatoshi Shimoda; 正敏下田
Original assignee: Hino Motors Ltd
Current assignee: Hino Motors Ltd
Priority date: 2004-03-22
Filing date: 2004-03-22
Publication date: 2005-09-29

Abstract

【課題】排気温度の低い運転状態が長く続くような運行形態の車両であっても、従来より低い排気温度から良好なＮＯx低減効果を得られるようにする。
【解決手段】排気浄化装置を構成するに際し、エンジン１の排気管９途中に装備されて酸素共存下でも選択的にＮＯxをアンモニアと反応させ得る選択還元型触媒１０と、該選択還元型触媒１０より上流側の排気管９内に尿素水１７を還元剤として直噴する尿素水添加手段１８（還元剤添加手段）と、該尿素水添加手段１８による尿素水１７の添加位置より上流側の排気管９に装備されたプレ酸化触媒１９と、該プレ酸化触媒１９より上流側の排気管９内に軽油２５（燃料）を直噴する軽油添加手段２６（燃料添加手段）とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、ディーゼルエンジン等のエンジンに適用される排気浄化装置に関するものである。

従来より、ディーゼルエンジンにおいては、排出ガスが流通する排気管の途中に、酸素共存下でも選択的にＮＯxを還元剤と反応させる性質を備えた選択還元型触媒を装備し、該選択還元型触媒の上流側に必要量の還元剤を添加して該還元剤を選択還元型触媒上で排出ガス中のＮＯx（窒素酸化物）と還元反応させ、これによりＮＯxの排出濃度を低減し得るようにしたものがある。

他方、プラント等における工業的な排煙脱硝処理の分野では、還元剤にアンモニア（ＮＨ₃）を用いてＮＯxを還元浄化する手法の有効性が既に広く知られているところであるが、自動車の場合には、アンモニアのような有毒な物質を搭載して走行することに関し安全確保が困難であるため、近年においては、毒性のない尿素水を還元剤として使用することが研究されている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００２−１６１７３２号公報

即ち、尿素水を選択還元型触媒の上流側で排出ガス中に添加すれば、該排出ガス中で尿素水がアンモニアと炭酸ガスに熱分解され、選択還元型触媒上で排出ガス中のＮＯxがアンモニアにより良好に還元浄化されることになる。

しかしながら、このような尿素水を還元剤として使用する場合、その還元反応時における十分な触媒活性を得るのに約２００℃以上の排気温度が必要となるので、排気温度が２００℃を下まわるような低い運転状態（一般的に低負荷運転領域に排気温度が低い領域が拡がっている）が続くと、ＮＯx低減率がなかなか高まらないという問題があり、例えば、都市部の路線バス等のように渋滞路ばかりを走行するような運行形態の車両では、必要な所定温度以上での運転が長く継続しないため、ＮＯx低減率が低いまま推移してしまって良好なＮＯx低減効果を得ることができなかった。

本発明は上述の実情に鑑みてなしたもので、排気温度の低い運転状態が長く続くような運行形態の車両であっても、従来より低い排気温度から良好なＮＯx低減効果を得られるようにすることを目的としている。

本発明は、エンジンの排気管途中に装備されて酸素共存下でも選択的にＮＯxを還元剤と反応させ得る選択還元型触媒と、該選択還元型触媒より上流側の排気管内に還元剤を直噴する還元剤添加手段と、該還元剤添加手段による還元剤の添加位置より上流側の排気管に装備されたプレ酸化触媒と、該プレ酸化触媒より上流側の排気管内に燃料を直噴する燃料添加手段とを備えたことを特徴とする排気浄化装置、に係るものである。

而して、排出ガスの温度が選択還元型触媒の作動温度に達していない時に、プレ酸化触媒の上流側に燃料添加手段により燃料を直噴して添加すると、該燃料が排出ガスに随伴してプレ酸化触媒に導入され、該プレ酸化触媒の表面上で排出ガス中の酸素との酸化反応が促進される結果、その反応熱により排出ガスの温度が必要温度まで上昇されることになる。

そして、このようなプレ酸化触媒への燃料添加により排出ガスの温度を上昇させた上で、還元剤添加手段により選択還元型触媒の上流側に還元剤を直噴して添加すると、作動温度以上の温度条件下で活性状態となっている選択還元型触媒上で排出ガス中のＮＯxが効果的に還元剤と反応して良好に還元浄化されることになる。

また、本発明をより具体的に実施するに際しては、還元剤を尿素水として、選択還元型触媒を酸素共存下でも選択的にＮＯxをアンモニアと反応させ得る性質を有するものとしたり、添加燃料を軽油としたりすることが可能である。

上記した本発明の排気浄化装置によれば、排出ガスの温度が低くて選択還元型触媒が作動温度に達していない運転状態であっても、燃料添加手段により添加した燃料をプレ酸化触媒上で酸化反応させ、その反応熱により排出ガスの温度を必要温度まで上昇させることができるので、排気温度の低い運転状態が長く続くような運行形態の車両であっても、従来より低い排気温度から良好なＮＯx低減効果が得られるようにすることができるという優れた効果を奏し得る。

以下本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。

図１〜図３は本発明を実施する形態の一例を示すもので、図１中における符号１はディーゼル機関であるエンジンを示し、ここに図示しているエンジン１では、ターボチャージャ２が備えられており、エアクリーナ３から導いた空気４が吸気管５を介し前記ターボチャージャ２のコンプレッサ２ａへと送られ、該コンプレッサ２ａで加圧された空気４が更にインタークーラ６へと送られて冷却され、該インタークーラ６から図示しないインテークマニホールドへと空気４が導かれてエンジン１の各シリンダに導入されるようにしてある。

また、このエンジン１の各シリンダから排出された排出ガス７がエキゾーストマニホールド８を介し前記ターボチャージャ２のタービン２ｂへと送られ、該タービン２ｂを駆動した排出ガス７が排気管９を介し車外へ排出されるようにしてある。

そして、排出ガス７が流通する排気管９の途中には、選択還元型触媒１０がケーシング１１により抱持されて装備されており、この選択還元型触媒１０は、図２に示す如きフロースルー方式のハニカム構造物として形成され、酸素共存下でも選択的にＮＯxをアンモニアと反応させ得るような性質を有している。

更に、ケーシング１１の上流側に噴射ノズル１３’付き尿素水噴射弁１３が設置され、該尿素水噴射弁１３と所要場所に設けた尿素水タンク１４との間が尿素水供給ライン１５により接続されており、該尿素水供給ライン１５の途中に装備した供給ポンプ１６の駆動により尿素水タンク１４内の尿素水１７（還元剤）を尿素水噴射弁１３を介し選択還元型触媒１０の上流側に添加し得るようになっていて、これら尿素水噴射弁１３と尿素水タンク１４と尿素水供給ライン１５と供給ポンプ１６とにより尿素水添加手段１８（還元剤添加手段）が構成されている。

一方、この尿素水添加手段１８による尿素水１７の添加位置より上流側の排気管９には、プレ酸化触媒１９がケーシング２０により抱持されて装備されており、このプレ酸化触媒１９は、前記選択還元型触媒１０と同様にフロースルー方式のハニカム構造物として形成されている。

また、ケーシング２０の上流側に噴射ノズル２１’付き軽油噴射弁２１が設置され、該軽油噴射弁２１と所要場所に設けた軽油タンク２２との間が軽油供給ライン２３により接続されており、該軽油供給ライン２３の途中に装備した供給ポンプ２４の駆動により軽油タンク２２内の軽油２５（燃料）を軽油噴射弁２１を介しプレ酸化触媒１９の上流側に添加し得るようになっていて、これら軽油噴射弁２１と軽油タンク２２と軽油供給ライン２３と供給ポンプ２４とにより軽油添加手段２６（燃料添加手段）が構成されている。

更に、ケーシング２０の入口には、プレ酸化触媒１９の入側排気温度を検出する温度センサ２７が装備されており、この温度センサ２７からの検出信号２７ａが、エンジン制御コンピュータ（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）を成す制御装置１２に対し入力されるようになっている。

他方、前記制御装置１２からは、尿素水噴射弁１３及び軽油噴射弁２１に対し開弁指令信号１３ａ，２１ａが出力され、また、各供給ポンプ１６，２４に対しては駆動指令信号１６ａ，２４ａが出力されるようになっており、前記尿素水噴射弁１３や軽油噴射弁２１の開弁作動により尿素水１７や軽油２５の添加量が適切に制御され、その添加時に必要な噴射圧力が前記供給ポンプ１６，２４の駆動により適宜に得られるようになっている。

而して、排出ガス７の温度が選択還元型触媒１０の作動温度に達していない時に、温度センサ２７からの検出信号２７ａに基づいて制御装置１２から開弁指令信号２１ａと駆動指令信号２４ａを出力し、これにより供給ポンプ２４を駆動し且つ軽油噴射弁２１を適宜に開弁させ、該軽油噴射弁２１の噴射ノズル２１’からプレ酸化触媒１９の上流側に軽油２５を直噴して添加すると、該軽油２５が排出ガス７に随伴してプレ酸化触媒１９に導入され、該プレ酸化触媒１９の表面上で排出ガス７中の酸素との酸化反応が促進されて、その反応熱により排出ガス７の温度が必要温度まで上昇されることになる。

そして、温度センサ２７からの検出信号２７ａに基づき制御装置１２にて排出ガス７の温度が選択還元型触媒１０の作動温度以上となったことが確認されたら、制御装置１２から開弁指令信号１３ａと駆動指令信号１６ａを出力し、これにより供給ポンプ１６を駆動し且つ尿素水噴射弁１３を適宜に開弁させて、該尿素水噴射弁１３の噴射ノズル１３’から選択還元型触媒１０の上流側に尿素水１７を直噴して添加すると、該尿素水１７が排出ガス７中でアンモニアと炭酸ガスに熱分解され、作動温度以上の温度条件下で活性状態となっている選択還元型触媒１０上で排出ガス７中のＮＯxが効果的にアンモニアと反応して良好に還元浄化されることになる。

従って、上記形態例によれば、排出ガス７の温度が低くて選択還元型触媒１０が作動温度に達していない運転状態であっても、軽油添加手段２６により添加した軽油２５をプレ酸化触媒１９上で酸化反応させ、その反応熱により排出ガス７の温度を必要温度まで上昇させることができるので、排気温度の低い運転状態が長く続くような運行形態の車両であっても、従来より低い排気温度から良好なＮＯx低減効果が得られるようにすることができる。

事実、本発明者等が行った実験結果によれば、図３にグラフで示す如く、曲線Ｙで示す従来のＮＯx低減率の推移と比較して、曲線Ｘで示す通り、排気温度の低い低負荷運転領域から高いＮＯx低減率が得られることが確認された。

尚、本発明の排気浄化装置は、上述の形態例にのみ限定されるものではなく、プレ酸化触媒に添加される燃料には、一般的なディーゼルエンジン用燃料である軽油を用いる以外に各種の異種燃料を用いても良いこと、また、選択還元型触媒に添加される還元剤には、軽油等の尿素水以外のものを採用しても良いこと、その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。

本発明を実施する形態の一例を示す概略図である。図１の選択還元型触媒の一部を切り欠いて示す斜視図である。エンジン負荷とＮＯx低減率との関係を示すグラフである。

符号の説明

１エンジン
７排出ガス
９排気管
１０選択還元型触媒
１７尿素水（還元剤）
１８尿素水添加手段（還元剤添加手段）
１９プレ酸化触媒
２５軽油（燃料）
２６軽油添加手段（燃料添加手段）

Claims

エンジンの排気管途中に装備されて酸素共存下でも選択的にＮＯxを還元剤と反応させ得る選択還元型触媒と、該選択還元型触媒より上流側の排気管内に還元剤を直噴する還元剤添加手段と、該還元剤添加手段による還元剤の添加位置より上流側の排気管に装備されたプレ酸化触媒と、該プレ酸化触媒より上流側の排気管内に燃料を直噴する燃料添加手段とを備えたことを特徴とする排気浄化装置。
還元剤が尿素水であり、選択還元型触媒が酸素共存下でも選択的にＮＯxをアンモニアと反応させ得る性質を有するものであることを特徴とする請求項１に記載の排気浄化装置。
添加燃料が軽油であることを特徴とする請求項１又は２に記載の排気浄化装置。