JP2005291165A - エンジンの排気浄化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 凍結した還元剤を急速解凍しようとするエンジンの排気浄化装置を提供する。
【解決手段】 エンジン１の排気系に配設され、排気中の窒素酸化物を還元剤により還元浄化する還元触媒４と、前記排気系の排気管３内にて前記還元触媒４の排気上流側に前記還元剤を噴射する噴射ノズル５と、前記還元剤を内部に貯蔵し、該還元剤を前記噴射ノズル５に供給する供給配管８を配設した貯蔵タンク６と、を備えたエンジンの排気浄化装置であって、前記貯蔵タンク６は、外部から加熱流体を通す温水供給配管１１を、前記供給配管８の少なくともタンク本体６ａ内に配設された部分に沿わせて設けたものである。
【選択図】 図１

Description

本発明は、移動車両搭載のディーゼルエンジン、ガソリンエンジン等から排出される窒素酸化物（ＮＯｘ）を、還元剤貯蔵タンクから還元剤供給配管を介して供給される還元剤を還元触媒の排気上流側に噴射ノズルで噴射して還元除去するエンジンの排気浄化装置に関し、詳しくは、還元剤供給配管の少なくとも還元剤貯蔵タンク内に配設された部分に沿わせて外部から加熱流体を通す温水供給配管を設けることによって、還元剤貯蔵タンク内で凍結した還元剤を急速解凍しようとするエンジンの排気浄化装置に係るものである。

従来のエンジンの排気浄化装置は、エンジンの排気系に配設された還元触媒と、還元触媒の排気上流側に還元剤を噴射するように設けた噴射ノズルと、該噴射ノズルに還元剤供給配管を接続して内部に貯蔵した還元剤を噴射ノズルに供給可能にした還元剤貯蔵タンクとを備えており、還元剤貯蔵タンクから還元剤供給配管を介して噴射ノズルに還元剤を供給し、噴射ノズルから還元触媒の排気上流側の排気管内に還元剤を噴射し、該噴射された還元剤と排気中のＮＯｘとを還元触媒で還元反応させてＮＯｘを浄化するようになっている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００２−１６６１３０号公報

しかし、このような従来のエンジンの排気浄化装置においては、例えば北海道のような寒冷地で冬季に気温が-20℃以下になった場合に、還元剤としての例えば尿素水溶液（尿素水）が還元剤貯蔵タンク内で凍結して供給できなくなる問題があった。

このような問題に対して、エンジンの冷却水を還元剤貯蔵タンクに導いて、エンジンの運転で温められた冷却水により尿素水を解凍するシステムが考えられる。しかし、このような解凍システムにおいては、尿素水が解凍して走行可能状態になるまでには、エンジンの始動後20〜30分の時間を必要とする。

そこで、本発明は、このような問題点に対処し、還元剤貯蔵タンク内で凍結した還元剤を急速解凍しようとするエンジンの排気浄化装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明によるエンジンの排気浄化装置は、エンジンの排気系に配設され、排気中の窒素酸化物を還元剤により還元浄化する還元触媒と、前記排気系の排気通路内にて前記還元触媒の排気上流側に前記還元剤を噴射する噴射ノズルと、前記還元剤を内部に貯蔵し、該還元剤を前記噴射ノズルに供給する還元剤供給配管を配設した還元剤貯蔵タンクと、を備えたエンジンの排気浄化装置であって、前記還元剤貯蔵タンクは、外部から加熱流体を通す温水供給配管を、前記還元剤供給配管の少なくともタンク本体内に配設された部分に沿わせて設けたものである。

このような構成により、還元剤を還元触媒の排気上流側に噴射する噴射ノズルに還元剤を還元剤貯蔵タンクから供給する還元剤供給配管にて、該還元剤供給配管の少なくともタンク本体内に配設された部分に沿わせて設けた温水供給配管に加熱流体を通す。これにより、温水供給配管の加熱流体で少なくとも上記タンク本体内の還元剤供給配管内及びその近傍部の凍結した還元剤を解凍する。

また、前記温水供給配管は、前記タンク本体内に設置されて還元剤の濃度を検出する濃度検出装置の濃度検出部の近傍を通過するように配設したものである。これにより、温水供給配管の温水で還元剤の濃度を検出する濃度検出装置の濃度検出部近傍部の凍結した還元剤を解凍する。

前記温水供給配管は、前記タンク本体内に蛇行して配設したものである。これにより、タンク本体内に蛇行して配設した温水供給配管でタンク本体内の凍結した還元剤を解凍する。

前記温水供給配管は、管体の表面にフィンを設けたものである。これにより、管体の表面に設けたフィンで熱の伝達効率を向上する。

前記加熱流体は、不凍液である。これにより、加熱流体が冷えた場合にもその凍結を防止する。

請求項１に係る発明によれば、還元剤供給配管の少なくとも還元剤貯蔵タンク内に配設された部分に沿わせて外部から加熱流体を通す温水供給配管を配設したことにより、温水供給配管の加熱流体で上記還元剤供給配管の部分及びその近傍部の凍結した還元剤を急速解凍することができる。したがって、エンジン始動後の短時間で還元剤を噴射可能状態にすることができる。

また、請求項２に係る発明によれば、温水供給配管を還元剤の濃度を検出する濃度検出装置の濃度検出部の近傍を通過するように配設したことにより、加熱流体で上記濃度検出装置の濃度検出部の近傍の凍結した還元剤を解凍することができる。したがって、凍結した還元剤を急速解凍してエンジン始動後短時間で還元剤濃度を検出可能状態にすることができる。

さらに、請求項３に係る発明によれば、温水供給配管をタンク本体内に蛇行して配設したことにより、タンク本体内の凍結した還元剤を効率的に解凍することができる。

さらにまた、請求項４に係る発明によれば、温水供給配管の管体の表面にフィンを設けたことにより、フィンで熱の伝達効率を向上することができる。したがって、還元剤の解凍速度を早くすることができる。

そして、請求項５に係る発明によれば、加熱流体を不凍液としたことにより、凍結した還元剤を解凍中に加熱流体が冷えた場合にもその凍結するのを防止することができる。

以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。
図１は本発明によるエンジンの排気浄化装置の実施形態を示す概念図である。このエンジンの排気浄化装置は、移動車両搭載のディーゼルエンジン、ガソリンエンジン等から排出されるＮＯｘを、還元剤を用いて還元除去するものである。ガソリンあるいは軽油を燃料とするエンジン１の排気は、排気マニフォールド２から排気通路としての排気管３を経由して大気中に排出される。上記排気浄化装置は上記排気管３の途中に設けられており、還元触媒４と、噴射ノズル５と、還元剤貯蔵タンク（以下、単に貯蔵タンク６と記載する）とを備えている。

上記還元触媒４は、排気管３内に設置されている。この還元触媒４は、排気管３内を通る排気中のＮＯｘを還元剤により還元浄化するもので、例えばセラミックのコーディライトやＦｅ−Ｃｒ−Ａｌ系の耐熱鋼から成るハニカム形状の横断面を有するモノリスタイプの触媒担体に、ゼオライト系の活性成分が担持されている。そして、上記触媒担体に担持された活性成分は、還元剤の供給を受けて活性化し、排気中のＮＯｘを効果的に無害物質に浄化させる。

また、上記排気管３の内部にて還元触媒４の排気上流側には、噴射ノズル５が配設されている。この噴射ノズル５は、還元剤を噴射するものであり、図示省略のエンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）によって制御される還元剤供給装置７から供給される圧力エアと共に還元剤を排気管３内に噴射供給するようになっている。ここで、噴射ノズル５は、その先端部が排気の流れ方向Ａと略平行に下流側に向けて延びるものとしたが、排気管３内にて排気の流れ方向Ａと略直角に突き出ているものとしてもよい。また、還元剤供給装置７には、後述の貯蔵タンク６内に貯蔵された尿素水が還元剤供給配管８を通じて供給される。そして、上記噴射ノズル５と還元剤供給装置７とで、還元剤を還元触媒４の排気上流側に供給する還元剤供給手段を構成している。

上記貯蔵タンク６は、還元剤を還元剤供給装置７に供給する還元剤供給配管８と、還元剤の濃度を検出する濃度検出装置９とをそれぞれ還元剤吸込口８ａ及び濃度検出部９ａがタンク底部６ｂの近傍まで達するようにタンク本体６ａの上壁部６ｃからタンク本体６ａ内に差し入れて備え、また上記還元剤供給装置７へ供給した還元剤の一部をタンク本体６ａ内に戻す戻り配管１０をタンク本体６ａの上壁部６ｃからタンク本体６ａ内に差し入れて備えている。そして、外部から加熱流体（以下、温水と記載）を供給する温水供給配管１１が、上記タンク本体６ａ内に配設された還元剤供給配管８の部分に沿わせて設けられ、例えば溶接等により還元剤供給配管８に接合されている。

上記温水供給配管１１は、上記還元剤供給配管８の還元剤吸込口８ａから更に延びて上記濃度検出装置９の濃度検出部９ａの近傍を通過すると共にタンク本体６ａ内を蛇行して配設される。また、上記温水供給配管１１は、上端部をタンク本体６ａの上壁部６ｃ外に引き出してじょうろ形状の給水口１１ａを形成し、下端部をタンク本体６ａの側面下部から外部に引き出して排水口１１ｂを形成している。なお、上記タンク本体６ａの外部にて排水口１１ｂの手前側にはコック１２が設けられており、上記温水供給配管１１の流路を開閉できるようになっている。これにより、温水を温水供給配管１１内に一時的に貯留できる。

さらに、上記温水供給配管１１の給水口１１ａには、例えばゴムのキャップ１３が設けられており、通常時は給水口１１ａを該キャップ１３で閉じて、埃やゴミが温水供給配管１１に進入しないようにして配管の詰りを防止している。

この実施形態では、上記噴射ノズル５で噴射供給する還元剤として例えば尿素水溶液（尿素水）を用いる。そして、噴射ノズル５で噴射供給された尿素水は、排気管３内の排気熱と排気中の水蒸気により加水分解してアンモニアを容易に発生する。得られたアンモニアは、還元触媒４において排気中のＮＯｘと反応し、水及び無害なガスに浄化される。尿素水は、固体若しくは粉体の尿素の水溶液で、貯蔵タンク６内部に貯蔵されており、還元剤供給配管８を通じて還元剤供給装置７に供給されるようになっている。

次に、このように構成されたエンジンの排気浄化装置の動作について説明する。
先ず、貯蔵タンク６内部の尿素水が寒冷により凍結している場合に、コック１２を開けた状態にして温水供給配管１１の給水口１１ａのキャップ１３を外し、給水口１１ａから例えばヤカン１４等に入れた温水を矢印Ｂのように注ぎ込む。そして、温水が排水口１１ｂから矢印Ｃのように出てくると上記コック１２を閉じる。そして、暫くの間、温水が温水供給配管１１内に貯留された状態にしておく。これにより、図２に示すように温水供給配管１１内の温水から矢印Ｄ及びＥ方向の熱移動が起こり、還元剤供給配管８内及びその周囲や還元剤供給配管８の還元剤吸込口８ａ近傍及び濃度検出装置９の濃度検出部９ａ近傍の凍結した尿素水が急速に解凍する。

次に、温水供給配管１１から熱移動が十分に起こり、温水が冷えたのを見計らって、図１に示すコック１２を開き、冷却した温水を矢印Ｃ方向に排出する。なお、上述の温水の供給動作を複数回繰返し行えば、タンク本体６ａ内の尿素水の解凍を十分に行うことができる。これにより、エンジン１の始動後、短時間に尿素水を還元剤供給装置７に供給することができるようになる。また、温水として不凍液を使用すれば、熱移動により温水が冷えても温水供給配管１１内で凍結することがない。

一方、エンジン１の運転による排気は、排気マニフォールド２から排気管３を経由して、該排気管３内の途中に配設された還元触媒４を通り、排気管３の端部排出口から大気中に排出される。このとき、上述した尿素水の解凍作業により尿素水の供給が可能になると、上記排気管３の内部にて還元触媒４の排気上流側に配設された噴射ノズル５から尿素水が噴射される。この噴射ノズル５には、尿素水を貯蔵する貯蔵タンク６から還元剤供給配管８に導かれて尿素水が還元剤供給装置７の動作により圧力エアと共に供給される。そして、噴射ノズル５により排気中に噴射供給される。なお、還元剤供給装置７に供給された尿素水の全てが排気中に噴射供給されるわけではなく、その一部は使用されないまま戻り配管１０によりタンク本体６ａ内に戻される。

このように、本実施形態によれば、温水を通す温水供給配管１１を、貯蔵タンク６内に配設された還元剤供給配管８の部分に沿わせて設けると共に、還元剤の濃度を検出する濃度検出装置９の濃度検出部９ａの近傍を通過するように配設したことにより、温水供給配管１１の温水で貯蔵タンク９内の少なくとも上記還元剤供給配管８内及びその周辺や還元剤供給配管８の還元剤吸込口８ａ並びに濃度検出部９ａの近傍の凍結した尿素水を解凍することができる。したがって、凍結した尿素水を急速解凍してエンジン１の始動後の短時間で尿素水を噴射可能状態にすることができ、また尿素水の濃度を検出可能状態にすることができる。

なお、温水供給配管１１は、貯蔵タンク６内に配設された還元剤供給配管８の部分のみならず戻り配管１０部分も沿わせてもよい。この場合、図３に示すように、温水供給配管１１は、貯蔵タンク６内に配設された戻り配管１０の部分から還元剤供給配管８の部分を通り、濃度検出装置９の濃度検出部９ａの近傍を通過するように配設するとよい。

図４は、温水供給配管１１の他の実施例を示す要部拡大側面図である。この温水供給配管１１は、管体の表面に多数のフィン１５を設けたものであり、このフィン１５により熱の伝達効率を向上している。

なお、本実施形態は、エンジン１の冷却水を貯蔵タンク６の周囲に巻き付けられたパイプに導いて、エンジン１の運転で温められた冷却水により内部の尿素水を解凍するようにしたシステムに併用してもよい。これにより、エンジン１の始動開始時には、外部から温水を供給して凍結した尿素水を急速解凍し、その後は、エンジン１の運転で温められた冷却水により尿素水の凍結を防止することができる。

また、本実施形態においては、排気管３の排気下流側にのみ還元触媒４を備えた排気浄化装置を例に説明してきたが、これに限られず、排気上流側に排気中のＮＯを酸化反応により酸化してＮＯ₂を生成する酸化触媒を備えた排気浄化装置にも適用することができる。そして、還元剤として、尿素水を用いた例を説明したが、これに限られず、排気を浄化するために好適な他の還元剤、例えばアンモニア水溶液を使用してもよい。

本発明によるエンジンの排気浄化装置の実施形態を示す概念図である。 温水供給配管の熱移動を説明する断面図である。 温水供給配管の他の配設例を示す断面図である。 温水供給配管の他の実施例を示す要部拡大側面図である。

符号の説明

１…エンジン
３…排気管（排気通路）
４…還元触媒
５…噴射ノズル
６…貯蔵タンク（還元剤貯蔵タンク）
６ａ…タンク本体
８…還元剤供給配管
９…濃度検出装置
９ａ…濃度検出部
１１…温水供給配管
１５…フィン

Claims (5)

1. エンジンの排気系に配設され、排気中の窒素酸化物を還元剤により還元浄化する還元触媒と、
   前記排気系の排気通路内にて前記還元触媒の排気上流側に前記還元剤を噴射する噴射ノズルと、
   前記還元剤を内部に貯蔵し、該還元剤を前記噴射ノズルに供給する還元剤供給配管を配設した還元剤貯蔵タンクと、
   を備えたエンジンの排気浄化装置であって、
   前記還元剤貯蔵タンクは、外部から加熱流体を通す温水供給配管を、前記還元剤供給配管の少なくともタンク本体内に配設された部分に沿わせて設けたことを特徴とするエンジンの排気浄化装置。
2. 前記温水供給配管は、前記タンク本体内に設置されて還元剤の濃度を検出する濃度検出装置の濃度検出部の近傍を通過するように配設したことを特徴とする請求項１記載のエンジンの排気浄化装置。
3. 前記温水供給配管は、前記タンク本体内に蛇行して配設したことを特徴とする請求項１又は２記載のエンジンの排気浄化装置。
4. 前記温水供給配管は、管体の表面にフィンを設けたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のエンジンの排気浄化装置。
5. 前記加熱流体は、不凍液であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のエンジンの排気浄化装置。

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