JP2007182805A - Exhaust emission control device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、排気浄化装置に関するものである。 The present invention relates to an exhaust emission control device.
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。 Conventionally, a diesel engine is equipped with a selective reduction catalyst having a property of selectively reacting NOx with a reducing agent even in the presence of oxygen in the middle of an exhaust pipe through which exhaust gas flows, and the selective reduction catalyst A required amount of a reducing agent is added to the upstream side of the catalyst so that the reducing agent undergoes a reduction reaction with NOx (nitrogen oxide) in the exhaust gas on the selective catalytic reduction catalyst, thereby reducing the NOx emission concentration. There is an exhaust purification device.
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)。 On the other hand, in the field of industrial flue gas denitration treatment in plants and the like, the effectiveness of a method for reducing and purifying NOx using ammonia (NH 3 ) as a reducing agent is already widely known. In the case of a purification apparatus, since it is difficult to ensure safety with respect to traveling with ammonia itself, in recent years, the use of non-toxic urea water as a reducing agent has been studied (for example, patents). Reference 1).
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。
Is decomposed into ammonia and carbon dioxide by the chemical reaction formula shown below, and NOx in the exhaust gas is favorably reduced and purified by ammonia on the selective catalytic reduction catalyst.
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。 However, in the case of an exhaust gas purification apparatus using such urea water as a reducing agent, an exhaust temperature of about 200 [° C.] or higher is required to obtain sufficient catalytic activity during the reduction reaction. NOx reduction rate because the decomposition from urea water to ammonia does not proceed when the low operating condition (generally, the low exhaust temperature range extends to the low load operating range) that is below 200 [° C] There is a problem that it does not increase easily. For example, in the case of a vehicle that travels on a congested road such as an urban route bus, driving at a predetermined temperature or higher does not continue for a long time. The rate remained low and a good NOx reduction effect could not be obtained.
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、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。 In view of such circumstances, the present invention is capable of actively decomposing urea water into ammonia even when the vehicle is in an operation mode in which an operation state with a low exhaust temperature continues for a long time. It is an object of the present invention to provide an exhaust purification device that can provide a good NOx reduction effect.
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加熱してアンモニアに分解する加熱装置と、
選択還元型触媒へ導かれる排気ガスの温度を検出する排気温度検出器と、
前記加熱装置の温度を検出する加熱装置温度検出器と、
前記排気温度検出器で検出された排気温度と前記加熱装置温度検出器で検出された加熱装置温度とに基づき、添加される尿素水がアンモニアに分解されるよう加熱装置へ制御信号を出力する制御装置と
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。
The present invention is an exhaust emission control device equipped with a selective reduction catalyst in the middle of an exhaust pipe and reducing and purifying NOx by adding urea water as a reducing agent upstream of the selective reduction catalyst,
A heating device for heating the added urea water to decompose it into ammonia;
An exhaust gas temperature detector for detecting the temperature of the exhaust gas guided to the selective catalytic reduction catalyst;
A heating device temperature detector for detecting the temperature of the heating device;
Control that outputs a control signal to the heating device based on the exhaust gas temperature detected by the exhaust gas temperature detector and the heating device temperature detected by the heating device temperature detector so that the added urea water is decomposed into ammonia. The present invention relates to an exhaust emission control device comprising the device.
上記手段によれば、以下のような作用が得られる。 According to the above means, the following operation can be obtained.
運転時には、排気温度検出器によって排気ガスの温度が検出されており、該排気温度が尿素水を効率良くアンモニアと炭酸ガスに熱分解するのに充分な温度に達していない場合、制御装置からの制御信号により加熱装置を作動させ、加熱装置温度検出器で検出される加熱装置温度が適正な温度となるようにした状態で、尿素水を添加すると、該尿素水が加熱されてアンモニアと炭酸ガスに効率良く熱分解され、これにより生じた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。 During operation, the temperature of the exhaust gas is detected by an exhaust temperature detector, and if the exhaust temperature does not reach a temperature sufficient to efficiently thermally decompose urea water into ammonia and carbon dioxide, When urea water is added in a state where the heating device is operated by the control signal and the heating device temperature detected by the heating device temperature detector becomes an appropriate temperature, the urea water is heated and ammonia and carbon dioxide gas are added. The resulting ammonia efficiently reacts with the NOx in the exhaust gas on the selective catalytic reduction catalyst, and the NOx in the exhaust gas is reduced and purified well from the lower exhaust temperature than before. .
前記排気浄化装置においては、排気管の内部にその下流側へ向けて尿素水の噴射口を配置すると共に、
該尿素水の噴射口の下流側に、通電により発熱するヒータを配設して、加熱装置を構成することができる。
In the exhaust emission control device, the urea water injection port is arranged in the exhaust pipe toward the downstream side thereof, and
A heating device can be configured by disposing a heater that generates heat by energization downstream of the urea water injection port.
この場合、前記ヒータにおける尿素水の流通路部分に、該尿素水のヒータに対する接触面積を増加させるための金属繊維部材を充填することが、尿素水をより効率良く加熱する上で好ましい。 In this case, it is preferable to fill the urea water flow passage portion in the heater with a metal fiber member for increasing the contact area of the urea water with the heater in order to heat the urea water more efficiently.
又、前記排気浄化装置においては、尿素水の噴射口を排気管に接続すると共に、
該尿素水の噴射口の外周部に、通電により発熱するヒータを配設して、加熱装置を構成することもできる。
In the exhaust purification device, the urea water injection port is connected to the exhaust pipe,
A heater can also be configured by arranging a heater that generates heat by energization on the outer periphery of the urea water injection port.
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、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。 According to the exhaust emission control device of the present invention, urea water can be actively decomposed into ammonia even when the vehicle is in an operation mode in which an operation state with a low exhaust temperature continues for a long time. An excellent effect of obtaining a good NOx reduction effect can be obtained.
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。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
図1は本発明を実施する形態の第一例であって、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。
FIG. 1 is a first example of an embodiment of the present invention. In the illustrated
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。
In addition, a
そして、前記ケーシング11より上流側の排気管9に、チャンバ12を設け、該チャンバ12の内部に、その下流側へ向けて尿素水13(還元剤)の噴射口14を配置すると共に、該尿素水13の噴射口14より下流側に、通電により発熱するヒータ15を配設して、加熱装置16を構成してある。
A
前記尿素水13の噴射口14は、尿素水タンク17から延びる尿素水供給ライン18の先端に設けてあり、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を前記噴射口14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。
The
一方、前記チャンバ12の入側には、排気ガス7の温度を検出する排気温度検出器22を設けると共に、前記加熱装置16としてのヒータ15には、該ヒータ15の温度を検出する加熱装置温度検出器23を設け、前記排気温度検出器22からの検出信号22aと、前記加熱装置温度検出器23からの検出信号23aとを制御装置24へ入力するようにしてある。
On the other hand, an
又、前記制御装置24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。
Further, the
ここで、前記制御装置24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。
Here, in the
そして、前記制御装置24においては、前記排気温度検出器22からの検出信号22aに基づく実測の排気温度が約200[℃]以下となっている条件下で、前記加熱装置温度検出器23からの検出信号23aに基づく実測の加熱装置温度が適正な温度となるよう、前記加熱装置16としてのヒータ15に通電を行って発熱させる制御信号16aを出力し、これにより、添加される尿素水13が加熱されてアンモニアと炭酸ガスに効率良く熱分解されるようにしてある。
And in the said
次に、上記図示例の作用を説明する。 Next, the operation of the illustrated example will be described.
運転時には、排気温度検出器22によって排気ガスの温度が検出されており、該排気温度検出器22からの検出信号22aに基づき排気温度が約200[℃]以下となっていることが制御装置24で確認された場合、該制御装置24から加熱装置16としてのヒータ15へ制御信号16aが出力され、該ヒータ15への通電が実行され、加熱装置温度検出器23からの検出信号23aに基づき加熱装置温度が適正な温度となるように制御が行われる。
During operation, the temperature of the exhaust gas is detected by the
これにより排気ガス7の温度が尿素水13をアンモニアと炭酸ガスに熱分解するのに充分な温度(約200[℃])に達していない時でも、チャンバ12内のヒータ15が通電により発熱した状態となるので、該発熱したヒータ15に対し必要量の尿素水13を、制御装置24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噴射口14から噴射させると、該噴射された尿素水13が加熱装置16としてのヒータ15で加熱されてアンモニアと炭酸ガスに効率良く熱分解され、これにより生じた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、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。
As a result, even when the temperature of the
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、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。
In this way, even in a vehicle having an operation mode in which an operation state with a low exhaust temperature continues for a long time, the
図3は本発明を実施する形態の第二例であって、図中、図1と同一の符号を付した部分は同一物を表わしており、基本的な構成は図1に示すものと同様であるが、本図示例の特徴とするところは、図3に示す如く、加熱装置16としてのヒータ15における尿素水13の流通路部分に、該尿素水13のヒータ15に対する接触面積を増加させるためのステンレス製ウール等の金属繊維部材25を充填した点にある。
FIG. 3 is a second example of an embodiment of the present invention. In the drawing, the same reference numerals as those in FIG. 1 denote the same components, and the basic configuration is the same as that shown in FIG. However, as shown in FIG. 3, the feature of the illustrated example is that the contact area of the
尚、本図示例の場合、図1に示す第一例より、チャンバ12の径及びヒータ15の径を狭めるようにしてある。
In the illustrated example, the diameter of the
図3に示す第二例においては、図1に示す第一例と同様、運転時には、排気温度検出器22によって排気ガスの温度が検出されており、該排気温度検出器22からの検出信号22aに基づき排気温度が約200[℃]以下となっていることが制御装置24で確認された場合、該制御装置24から加熱装置16としてのヒータ15へ制御信号16aが出力され、該ヒータ15への通電が実行され、加熱装置温度検出器23からの検出信号23aに基づき加熱装置温度が適正な温度となるように制御が行われ、この状態で、発熱したヒータ15に対し必要量の尿素水13を、制御装置24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噴射口14から噴射させると、該噴射された尿素水13が加熱装置16としてのヒータ15で加熱されてアンモニアと炭酸ガスに効率良く熱分解され、これにより生じた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、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が、前記加熱装置16としてのヒータ15における尿素水13の流通路部分にはステンレス製ウール等の金属繊維部材25を充填してあるため、該尿素水13のヒータ15に対する接触面積が増加し、前記噴射口14から噴射された尿素水13をより効率良く加熱することが可能となる。
In the second example shown in FIG. 3, as in the first example shown in FIG. 1, the temperature of the exhaust gas is detected by the
こうして、図3に示す第二例の場合も、図1に示す第一例の場合と同様、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、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。 Thus, in the case of the second example shown in FIG. 3, as in the case of the first example shown in FIG. Therefore, it can be decomposed into ammonia, and a good NOx reduction effect can be obtained from a lower exhaust temperature than before.
図4は本発明を実施する形態の第三例であって、図中、図1及び図3と同一の符号を付した部分は同一物を表わしており、基本的な構成は図1及び図3に示すものと同様であるが、本図示例の特徴とするところは、図4に示す如く、尿素水13の噴射口14を排気管9に接続すると共に、該尿素水13の噴射口14の外周部に、通電により発熱するヒータ15を配設して、加熱装置16を構成した点にある。
FIG. 4 shows a third example of an embodiment of the present invention. In the figure, the same reference numerals as those in FIGS. 1 and 3 denote the same components, and the basic configuration is shown in FIGS. 3 is the same as that shown in FIG. 3 except that the
図4に示す第三例においては、図1に示す第一例及び図3に示す第二例と同様、運転時には、排気温度検出器22によって排気ガスの温度が検出されており、該排気温度検出器22からの検出信号22aに基づき排気温度が約200[℃]以下となっていることが制御装置24で確認された場合、該制御装置24から加熱装置16としてのヒータ15へ制御信号16aが出力され、該ヒータ15への通電が実行され、加熱装置温度検出器23からの検出信号23aに基づき加熱装置温度が適正な温度となるように制御が行われるが、この状態で、必要量の尿素水13を、制御装置24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噴射口14から噴射させると、該噴射された尿素水13は、噴射口14の外周部に配設したヒータ15によって直接加熱されてから、排気管9内へ供給される形となる。
In the third example shown in FIG. 4, as in the first example shown in FIG. 1 and the second example shown in FIG. 3, the exhaust gas temperature is detected by the exhaust
このように、噴射された尿素水13を噴射口14の外周部に配設したヒータ15によって直接加熱してから、排気管9内へ供給すれば、仮に、排気ガス7の温度が、尿素水13をアンモニアと炭酸ガスに熱分解するのに充分な温度(約200[℃])に達していないばかりでなく、非常に低い温度であったとしても、該非常に低い温度の排気ガス7によって前記噴射口14から噴射される尿素水13が冷やされる心配がなく、該尿素水13のアンモニアと炭酸ガスへの熱分解を確実に行わせることが可能となり、これにより生じた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、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となる。
In this way, if the injected
こうして、図4に示す第三例の場合も、図1に示す第一例及び図3に示す第二例の場合と同様、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、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。
Thus, in the case of the third example shown in FIG. 4 as well, as in the case of the first example shown in FIG. 1 and the second example shown in FIG. However, the
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、例えば、第一例と第二例とを組み合わせる形で、各々に示す加熱装置16を排気管9内に直列に設けるようにしても良いこと、又、尿素水13の噴射口14の外周部に、通電により発熱するヒータ15を配設して、加熱装置16を構成するようにした第三例を、第一例や第二例に組み合わせるようにしても良いこと等、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。
The exhaust emission control device of the present invention is not limited to the above-described illustrated examples. For example, the
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
12 チャンバ
13 尿素水
14 噴射口
15 ヒータ
16 加熱装置
16a 制御信号
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
22 排気温度検出器
22a 検出信号
23 加熱装置温度検出器
23a 検出信号
24 制御装置
25 金属繊維部材
DESCRIPTION OF
Claims (4)
添加される尿素水を加熱してアンモニアに分解する加熱装置と、
選択還元型触媒へ導かれる排気ガスの温度を検出する排気温度検出器と、
前記加熱装置の温度を検出する加熱装置温度検出器と、
前記排気温度検出器で検出された排気温度と前記加熱装置温度検出器で検出された加熱装置温度とに基づき、添加される尿素水がアンモニアに分解されるよう加熱装置へ制御信号を出力する制御装置と
を備えたことを特徴とする排気浄化装置。 An exhaust emission control device equipped with a selective reduction catalyst in the middle of an exhaust pipe and reducing and purifying NOx by adding urea water as a reducing agent upstream of the selective reduction catalyst,
A heating device for heating the added urea water to decompose it into ammonia;
An exhaust gas temperature detector for detecting the temperature of the exhaust gas guided to the selective catalytic reduction catalyst;
A heating device temperature detector for detecting the temperature of the heating device;
Control that outputs a control signal to the heating device based on the exhaust gas temperature detected by the exhaust gas temperature detector and the heating device temperature detected by the heating device temperature detector so that the added urea water is decomposed into ammonia. And an exhaust emission control device.
該尿素水の噴射口の下流側に、通電により発熱するヒータを配設して、加熱装置を構成した請求項1記載の排気浄化装置。 While arranging the urea water injection port toward the downstream side inside the exhaust pipe,
The exhaust emission control device according to claim 1, wherein a heater is configured by disposing a heater that generates heat upon energization downstream of the urea water injection port.
該尿素水の噴射口の外周部に、通電により発熱するヒータを配設して、加熱装置を構成した請求項1記載の排気浄化装置。 While connecting the urea water injection port to the exhaust pipe,
The exhaust emission control device according to claim 1, wherein a heater is configured by disposing a heater that generates heat by energization on an outer peripheral portion of the urea water injection port.
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