JP2007182804A - 排気浄化装置 - Google Patents

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吉弘 川田
Shinya Sato
信也 佐藤
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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、エンジンの排熱を効率良く利用して尿素水を積極的にアンモニアに分解することができ、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排気浄化装置を提供する。
【解決手段】選択還元型触媒１０より上流側の排気管９の外周に、尿素水１３の流入口１４ａと流出口１４ｂとを有する円筒空間状の尿素水加温用流通路１４を形成して、尿素水１３を排気ガス７により加温するプレヒータ１５を構成し、該プレヒータ１５の流入口１４ａに尿素水供給ライン１８を接続すると共に、前記プレヒータ１５の流出口１４ｂに、加温された尿素水１３を選択還元型触媒１０の上流側における排気管９内へ導く添加ノズル１６を接続する。
【選択図】図１

Description

本発明は、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、排気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気ガス中の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排気浄化装置がある。
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、自動車の排気浄化装置の場合には、アンモニアそのもの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）。
即ち、尿素水を選択還元型触媒の上流側で排気ガス中に添加すれば、該排気ガス中で尿素水が
（ＮＨ2）2・ＣＯ＋Ｈ2Ｏ→２ＮＨ3＋ＣＯ2
で示される化学反応式により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気ガス中の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。
特開２００２−１６１７３２号公報
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排気浄化装置の場合、その還元反応時における充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、尿素水からアンモニアへの分解が進まないために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。
しかも、従来の場合、尿素水を単に排気管内へ直接噴射するだけであるため、排気ガスの排熱から尿素水への熱伝達効率が低く、特に排気温度が低い場合にはアンモニア生成量が少なくなることから、ＮＯx低減に必要な量のアンモニアを選択還元型触媒へ供給できず、ＮＯx低減効果が著しく小さくなるという不具合を有していた。
本発明は、斯かる実情に鑑み、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、エンジンの排熱を効率良く利用して尿素水を積極的にアンモニアに分解することができ、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排気浄化装置を提供しようとするものである。
本発明は、排気管の途中に選択還元型触媒を装備し且つ該選択還元型触媒の上流側に還元剤として尿素水を添加してＮＯxを還元浄化するようにした排気浄化装置であって、
添加される尿素水を排気ガスにより加温するプレヒータを備えたことを特徴とする排気浄化装置にかかるものである。
上記手段によれば、以下のような作用が得られる。
運転時には、尿素水は、プレヒータにおいて排気ガスにより加温されてから選択還元型触媒の上流側に還元剤として添加されるため、従来のように尿素水を単に排気管内へ直接噴射するのとは異なり、排気ガスの排熱から尿素水への熱伝達効率を高めることが可能となり、たとえ排気温度が低い場合であっても、前記プレヒータにおいて排気ガスにより加温された尿素水は、アンモニアと炭酸ガスに効率良く熱分解され、アンモニア生成量が多くなることから、ＮＯx低減に必要な量のアンモニアを選択還元型触媒へ供給可能となり、該アンモニアが選択還元型触媒上で排気ガス中のＮＯxと効果的に反応し、該排気ガス中のＮＯxが従来より低い排気温度から良好に還元浄化される。
前記排気浄化装置においては、排気管の外周に、尿素水の流入口と流出口とを有する尿素水加温用流通路を形成して、プレヒータを構成し、該プレヒータの流入口に尿素水供給ラインを接続すると共に、前記プレヒータの流出口に、加温された尿素水を選択還元型触媒の上流側における排気管内へ導く添加ノズルを接続することができる。
本発明の排気浄化装置によれば、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、エンジンの排熱を効率良く利用して尿素水を積極的にアンモニアに分解することができ、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添付図面を参照して説明する。
図１〜図３は本発明を実施する形態の一例であって、図示しているディーゼルエンジン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が導かれてディーゼルエンジン１の各シリンダに導入されるようにしてある。
前記ディーゼルエンジン１の各シリンダから排出された排気ガス７は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を駆動した排気ガス７が排気管９を介し車外へ排出されるようにしてある。
又、前記排気ガス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、該選択還元型触媒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。
そして、前記ケーシング１１より上流側の排気管９の外周に、尿素水１３の流入口１４ａと流出口１４ｂとを有する円筒空間状の尿素水加温用流通路１４を形成して、尿素水１３を排気ガス７により加温するプレヒータ１５を構成し、該プレヒータ１５の流入口１４ａに尿素水供給ライン１８を接続すると共に、前記プレヒータ１５の流出口１４ｂに、加温された尿素水１３を選択還元型触媒１０の上流側における排気管９内へ導く添加ノズル１６を接続するようにしてある。
前記尿素水供給ライン１８は、尿素水タンク１７から延び、該尿素水供給ライン１８の途中には、尿素水タンク１７の尿素水１３を圧送する供給ポンプ１９と、該供給ポンプ１９によって圧送される尿素水１３の圧力を調整するレギュレータ２０と、該レギュレータ２０によって圧力が調整された尿素水１３を前記プレヒータ１５の尿素水加温用流通路１４を経て添加ノズル１６から噴射させるインジェクタ２１とを設けるようにしてある。
尚、前記プレヒータ１５は、ディーゼルエンジン１の排熱をより効率良く活用すべく、排気管９のなるべく上流側に配設することが好ましい。
一方、制御装置２２からは、前記供給ポンプ１９に対し駆動指令信号１９ａが出力され、前記レギュレータ２０に対し調圧指令信号２０ａが出力され、前記インジェクタ２１に対し開弁指令信号２１ａが出力されるようになっており、該インジェクタ２１の開弁作動により尿素水１３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１９の駆動とレギュレータ２０の作動により適宜に得られるようになっている。
ここで、前記制御装置２２においては、図示していないエンジン制御コンピュータ（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）との間でディーゼルエンジン１の回転数及び負荷が遣り取りされるようになっており、これらから判断される現在の運転状態に基づきＮＯxの発生量が推定され、その推定されたＮＯxの発生量に見合う尿素水１３の添加量が算出されて必要量の尿素水１３の添加が実行されるようになっている。
次に、上記図示例の作用を説明する。
運転時に、必要量の尿素水１３を、制御装置２２からの駆動指令信号１９ａと調圧指令信号２０ａと開弁指令信号２１ａとによって供給ポンプ１９とレギュレータ２０とインジェクタ２１とを作動させることにより、尿素水供給ライン１８から流入口１４ａを経てプレヒータ１５の尿素水加温用流通路１４へ噴射させると、該尿素水１３は、プレヒータ１５の尿素水加温用流通路１４を通過する際に排気ガス７により加温されてから、流出口１４ｂを経て添加ノズル１６より選択還元型触媒１０の上流側に還元剤として添加される。
このため、従来のように尿素水１３を単に排気管９内へ直接噴射するのとは異なり、排気ガス７の排熱から尿素水１３への熱伝達効率を高めることが可能となり、たとえ排気温度が低い場合であっても、前記プレヒータ１５において排気ガス７により加温された尿素水１３は、アンモニアと炭酸ガスに効率良く熱分解され、アンモニア生成量が多くなることから、ＮＯx低減に必要な量のアンモニアを選択還元型触媒１０へ供給可能となり、該アンモニアが選択還元型触媒１０上で排気ガス７中のＮＯxと効果的に反応し、該排気ガス７中のＮＯxが従来より低い排気温度から良好に還元浄化されることになる。
こうして、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、ディーゼルエンジン１の排熱を効率良く利用して尿素水１３を積極的にアンモニアに分解することができ、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。
尚、本発明の排気浄化装置は、上述の図示例にのみ限定されるものではなく、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。 図１のプレヒータを示す斜視図である。
符号の説明
１ ディーゼルエンジン
７ 排気ガス
９ 排気管
１０ 選択還元型触媒
１１ ケーシング
１３ 尿素水
１４ 尿素水加温用流通路
１４ａ 流入口
１４ｂ 流出口
１５ プレヒータ
１６ 添加ノズル
１７ 尿素水タンク
１８ 尿素水供給ライン
１９ 供給ポンプ
２０ レギュレータ
２１ インジェクタ

Claims (2)

  1. 排気管の途中に選択還元型触媒を装備し且つ該選択還元型触媒の上流側に還元剤として尿素水を添加してＮＯxを還元浄化するようにした排気浄化装置であって、
    添加される尿素水を排気ガスにより加温するプレヒータを備えたことを特徴とする排気浄化装置。
  2. 排気管の外周に、尿素水の流入口と流出口とを有する尿素水加温用流通路を形成して、プレヒータを構成し、該プレヒータの流入口に尿素水供給ラインを接続すると共に、前記プレヒータの流出口に、加温された尿素水を選択還元型触媒の上流側における排気管内へ導く添加ノズルを接続した請求項１記載の排気浄化装置。
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