JP2008180109A

JP2008180109A - 排気浄化装置

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Publication number: JP2008180109A
Application number: JP2007012820A
Authority: JP
Inventors: Miyao Arakawa; 宮男荒川
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2007-01-23
Filing date: 2007-01-23
Publication date: 2008-08-07
Anticipated expiration: 2027-01-23
Also published as: DE102007047808A1; DE102007047808B4; JP4640344B2

Abstract

【課題】排ガス成分を還元剤により浄化する排気浄化装置１において、排ガスの温度によらず未反応の還元剤の処理を可能とすることにある。
【解決手段】排気浄化装置１は、ＮＯｘの還元反応を促進する第１触媒装置３と、第１触媒装置３よりも下流側に配される放電装置４とを備える。これにより、放電装置４が放電するとＯ_３等の酸化活性物質が発生し、この酸化活性物質により未反応のＮＨ_３が酸化される。このため、排ガスの温度によらず未反応の還元剤を処理することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、エンジンからの排ガスを浄化する排気浄化装置に関する。

従来から、エンジンの排ガス成分である窒素酸化物（ＮＯｘ）を還元剤により還元して浄化する排気浄化装置が公知である。この還元剤は、例えば、尿素や、尿素の分解により発生するアンモニア（ＮＨ_３）等であり、ＮＨ_３が触媒によりＮＯｘと還元反応して無害な窒素（Ｎ_２）や水（Ｈ_２Ｏ）を生成することで、ＮＯｘが浄化される。このため、ＮＯｘの浄化を優先して還元剤の添加量を増やすと、未反応の還元剤が排気される虞がある。

ところで、未反応の還元剤の処理について、還元剤を酸化して処理するため別途に触媒を具備する排気浄化装置が考えられている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載の排気浄化装置は、ＮＯｘを還元するための触媒の下流側に還元剤を酸化するための触媒（第２触媒とする）を備え、第２触媒が活性化温度以上のときに未反応の還元剤を第２触媒に導く。

このため、特許文献１に記載の排気浄化装置によれば、エンジンの始動直後のように、排ガスの温度が低く第２触媒が活性化していないときにＮＯｘの浄化を優先すると、未反応の還元剤が排気される虞が極めて高くなる。
特開２００５−１０５９１４号公報

本発明は、上記の問題点を解決するためになされたものであり、その目的は、排ガス成分を還元剤により浄化する排気浄化装置において、排ガスの温度によらず未反応の還元剤の処理を可能とすることにある。

〔請求項１の手段〕
請求項１に記載の排気浄化装置は、エンジンからの排ガスを浄化するものであり、還元剤による排ガス成分の還元反応を促進する第１触媒装置と、第１触媒装置よりも下流側に配される放電装置とを備える。
これにより、放電装置が放電するとオゾン等の酸化活性物質が発生し、この酸化活性物質により未反応の還元剤が酸化される。このため、排ガスの温度によらず未反応の還元剤を処理することができる。

〔請求項２の手段〕
請求項２に記載の排気浄化装置は、第１触媒装置から流出した還元剤の濃度を検出する還元剤濃度検出手段と、還元剤濃度検出手段から得られる検出値に応じて放電装置による放電を制御する第１放電制御手段とを備える。
これにより、第１触媒装置を未反応で通過した還元剤の量に応じて、放電装置による放電を行うことができる。このため、例えば、還元剤の未反応通過量に対する閾値を設定し、未反応通過量が閾値以上のときにのみ放電装置に放電させることにより、放電電力に要するコストを低減することができる。

〔請求項３の手段〕
請求項３に記載の排気浄化装置は、第１触媒装置よりも下流側に配され、還元剤の酸化反応を促進する第２触媒装置を備える。
これにより、放電装置と第２触媒装置とを併用して未反応の還元剤を処理することができる。このため、放電電力に要するコストと、第２触媒装置の触媒素材（白金等の貴金属）のコストとの兼ね合いにより、請求項１の効果を有する排気浄化装置の仕様を決定できる。

〔請求項４の手段〕
請求項４に記載の排気浄化装置は、請求項３に記載の排気浄化装置であって、排ガスの温度に応じて放電装置による放電を制御する第２放電制御手段を備える。
これにより、第２触媒装置を備える排気浄化装置において、第２触媒装置の触媒（第２触媒）の活性化状態に応じて、放電装置による放電を行うことができる。このため、例えば、第２触媒が活性化温度未満のときにのみ放電装置に放電させることにより、放電電力に要するコストを低減することができる。

〔請求項５の手段〕
請求項５に記載の排気浄化装置は、第２触媒装置に流入する排ガスの温度を検出する排ガス温度検出手段を備え、第２放電制御手段は、排ガス温度検出手段から得られる検出値に応じて放電装置による放電を制御する。
これにより、第２触媒装置に流入する排ガスの温度を直接的に検出することができるので、第２触媒の活性化状態を高精度に把握することができる。

〔請求項６の手段〕
請求項６に記載の排気浄化装置によれば、放電装置は、コロナ放電または沿面放電により放電する。
この手段は、放電の形態を示すものである。

最良の形態１の排気浄化装置は、エンジンからの排ガスを浄化するものであり、還元剤による排ガス成分の還元反応を促進する第１触媒装置と、第１触媒装置よりも下流側に配される放電装置と、第１触媒装置から流出した還元剤の濃度を検出する還元剤濃度検出手段と、還元剤濃度検出手段から得られる検出値に応じて放電装置による放電を制御する第１放電制御手段とを備える。
また、放電装置は、コロナ放電または沿面放電により放電する。

最良の形態２の排気浄化装置は、第１触媒装置よりも下流側に配され、還元剤の酸化反応を促進する第２触媒装置と、排ガスの温度に応じて放電装置による放電を制御する第２放電制御手段と、第２触媒装置に流入する排ガスの温度を検出する排ガス温度検出手段を備え、第２放電制御手段は、排ガス温度検出手段から得られる検出値に応じて放電装置による放電を制御する。

〔実施例１の構成〕
実施例１の排気浄化装置１の構成を、図１を用いて説明する。
排気浄化装置１は、エンジン２からの排ガスを浄化するものであり、排ガス成分である窒素酸化物（ＮＯｘ）を還元して浄化する。還元剤は、例えば、尿素や、尿素の分解により発生するアンモニア（ＮＨ_３）等であり、ＮＨ_３がＮＯｘと還元反応して無害な窒素（Ｎ_２）や水（Ｈ_２Ｏ）を生成することで、ＮＯｘが浄化される。

排気浄化装置１は、ＮＨ_３によるＮＯｘの還元反応を促進する第１触媒装置３と、第１触媒装置３よりも下流側に配される放電装置４と、第１触媒装置３から流出したＮＨ_３の濃度を検出する還元剤濃度検出手段としてのＮＨ_３濃度センサ５と、放電装置４による放電を制御する電子制御装置（ＥＣＵと呼ぶ）６とを備える。

なお、還元剤は、添加弁９により排ガスが通る排気管１０の内部に、尿素水として、直接、噴射供給される。また、添加弁９は、第１触媒装置３よりも上流側、かつ、プレ触媒装置１１よりも下流側の排気管１０の内部に突出するように装着される。ここで、プレ触媒装置１１とは、主に、排ガス成分の一酸化窒素（ＮＯ）を酸化させて二酸化窒素（ＮＯ_２）にする酸化反応を促進するものであり、白金等の貴金属を触媒素材として設けられている。

第１触媒装置３は、酸化バナジウム（Ｖ_２Ｏ_５）等の金属酸化物を触媒素材として設けられ、ＮＨ_３によるＮＯｘの還元反応を促進する。つまり、第１触媒装置３は、ＮＯｘを浄化する機能の中核を担うものである。

放電装置４は、コロナ放電または沿面放電により放電し、酸素（Ｏ_２）からオゾン（Ｏ_３）を生成する。そして、放電により生成されたＯ_３が、第１触媒装置３を未反応で通過したＮＨ_３と酸化反応し、無害なＨ_２Ｏ、Ｎ_２およびＯ_２を生成する。なお、Ｏ_３の生成量は、図２に示すように、特定の臨界電圧を超えると直線的に増加する。このため、放電電圧を可変することで、Ｏ_３の生成量を増減してＮＨ_３の酸化反応率を操作することができる。

ＥＣＵ６は、制御機能および演算機能を発揮するＣＰＵ、ＲＯＭおよびＲＡＭ等の記憶装置、入力装置ならびに出力装置等により構成される周知のマイクロコンピュータであり、エンジン２の運転状態に応じて、各種の機器のアクチュエータに指令して機器の駆動制御を行うものである。

そして、ＥＣＵ６は、ＮＨ_３濃度センサ５から得られる検出値に応じて放電装置４による放電を制御する第１放電制御手段として機能する。すなわち、ＥＣＵ６は、ＮＨ_３の濃度に応じて、放電装置４の作動または作動停止や、放電電圧の可変を行う。なお、ＮＨ_３濃度センサ５は、第１触媒装置３よりも下流側、かつ、放電装置４よりも上流側の排気管１０に装着されている。このため、ＮＨ_３濃度センサ５は、第１触媒装置３を未反応で通過し放電装置４で酸化される前のＮＨ_３の濃度を検出する。したがって、ＥＣＵ６は、第１触媒装置３を未反応で通過したＮＨ_３の濃度に応じて放電装置４を制御する。

また、排気浄化装置１は、プレ触媒装置１１よりも下流側、かつ添加弁９よりも上流側の排気管１０にＮＯｘの濃度を検出するＮＯｘ濃度センサ１３を備え、ＥＣＵ６は、ＮＯｘ濃度センサ１３から得られる検出値に応じて還元剤の噴射量を求める。そして、ＥＣＵ６は、求めた噴射量の値に基づき添加弁９の作動を制御する。

〔実施例１の制御方法〕
実施例１の排気浄化装置１による制御方法を、図３に示すフローチャートを用いて説明する。
まず、ステップＳ１で、ＮＯｘ濃度センサ１３により排ガスのＮＯｘ濃度を検出し、ステップＳ２で、ＮＯｘ濃度の検出値が所定の閾値以上か否かを判断する。そして、ＮＯｘ濃度の検出値が閾値以上であれば（ＹＥＳ）、ステップＳ３に進み、ＮＯｘ濃度の検出値が閾値未満であれば（ＮＯ）、ステップＳ４に進む。

ステップＳ３では、添加弁９を作動させ、ＮＯｘ濃度の検出値に応じた量の還元剤を噴射し、ステップＳ５に進む。一方、ステップＳ４では、添加弁９の作動を停止（ＯＦＦ）するとともに、放電装置４の作動を停止（ＯＦＦ）し、ステップＳ１に戻る。

次に、ステップＳ５で、ＮＨ_３濃度センサ５により第１触媒装置３を未反応で通過したＮＨ_３濃度を検出し、ステップＳ６で、ＮＨ_３濃度の検出値が所定の閾値以上か否かを判断する。そして、ＮＨ_３濃度の検出値が閾値以上であれば（ＹＥＳ）、ステップＳ７に進み、ＮＨ_３濃度の検出値が閾値未満であれば（ＮＯ）、ステップＳ５に戻る。

ステップＳ７では、放電装置４を作動させ、ＮＨ_３濃度の検出値に応じた放電電圧で放電する。次に、ステップＳ８で、再度、ＮＨ_３濃度センサ５により第１触媒装置３を未反応で通過したＮＨ_３濃度を検出し、ステップＳ９で、ＮＨ_３濃度の検出値が所定の閾値未満か否かを判断する。そして、ＮＨ_３濃度の検出値が閾値未満であれば（ＹＥＳ）、制御フローを終了し、ＮＨ_３濃度の検出値が閾値以上であれば（ＮＯ）、ステップＳ１０に進む。
ステップＳ１０では、ＮＨ_３濃度の検出値と閾値との差分に応じて放電電圧を上昇しステップＳ８に戻る。

〔実施例１の効果〕
実施例１の排気浄化装置１は、ＮＯｘの還元反応を促進する第１触媒装置３と、第１触媒装置３よりも下流側に配される放電装置４とを備える。
これにより、放電装置４が放電するとＯ_３等の酸化活性物質が発生し、この酸化活性物質により未反応のＮＨ_３が酸化される。このため、排ガスの温度によらず未反応の還元剤を処理することができる。

また、排気浄化装置１は、第１触媒装置３から流出したＮＨ_３の濃度を検出するＮＨ_３濃度センサ５を備え、ＥＣＵ６は、ＮＨ_３濃度センサ５から得られる検出値に応じて放電装置４による放電を制御する第１放電制御手段としての機能を具備する。
これにより、第１触媒装置３を未反応で通過したＮＨ_３の量に応じて、放電装置４による放電を行うことができる。このため、ＮＨ_３の未反応通過量に応じて放電装置４の作動または作動停止や、放電電圧の可変を行うことにより、放電電力に要するコストを低減することができる。

〔実施例２の構成〕
実施例２の排気浄化装置１は、第１触媒装置３よりも下流側に配され、ＮＨ_３の酸化反応を促進する第２触媒装置１５と、第２触媒装置１５に流入する排ガスの温度を検出する排ガス温度検出手段としての排気温度センサ１６を備え、放電装置４は、第２触媒装置１５よりも下流側に配される。ここで、第２触媒装置１５は、プレ触媒装置１１と同様に白金等の貴金属を触媒素材として設けられ、ＮＨ_３を酸化させて無害なＮ_２とＨ_２Ｏとにする酸化反応を促進するものである。

また、ＥＣＵ６は、排気温度センサ１６から得られる検出値に応じて放電装置４による放電を制御する第２放電制御手段として機能する。すなわち、ＥＣＵ６は、排ガスの温度に応じて、放電装置４の作動または作動停止や、放電電圧の可変を行う。なお、排気温度センサ１６は、プレ触媒装置１１よりも下流側、かつ、第１触媒装置３よりも上流側の排気管１０に装着され、第１、第２触媒装置３、１５に流入する直前の排ガスの温度を検出する。したがって、ＥＣＵ６は、第１、第２触媒装置３、１５に流入する直前の排ガスの温度に応じて放電装置４を制御する。

ここで、ＮＨ_３の第２触媒装置１５による酸化反応率は、図５に示すように、排ガスの温度が活性化温度を超えると急激に上昇する。一方、放電装置４による酸化反応率は、排ガスの温度によらずほぼ同水準である。よって、第２触媒装置１５および放電装置４によるＮＨ_３の全酸化反応率を下げることなく、排ガスの温度に応じて放電装置４の作動または作動停止や、放電電圧の可変を行うことができる。

〔実施例２の効果〕
実施例２の排気浄化装置１は、第１触媒装置３よりも下流側に配され、ＮＨ_３の酸化反応を促進する第２触媒装置１５を備え、放電装置４は、第２触媒装置１５よりも下流側に配される。
これにより、放電装置４と第２触媒装置１５とを併用して未反応のＮＨ_３を処理することができる。このため、放電電力に要するコストと、第２触媒装置１５の触媒素材のコストとの兼ね合いにより排気浄化装置１の仕様を決定できる。

また、ＥＣＵ６は、排ガスの温度に応じて放電装置４による放電を制御する第２放電制御手段として機能する。
これにより、第２触媒装置１５の触媒（第２触媒）の活性化状態に応じて効率的に放電装置４を作動させ放電電圧を可変することができるので、放電電力に要するコストを低減することができる。

また、排気浄化装置１は、第１、第２触媒装置３、１５よりも上流側に排気温度センサ１６を装備し、ＥＣＵ６は、排気温度センサ１６から得られる検出値に応じて放電装置４による放電を制御する。
これにより、第２触媒装置１５に流入する排ガスの温度を直接的に検出することができるので、第２触媒の活性化状態を高精度に把握することができる。

〔実施例３の構成〕
実施例３の排気浄化装置１は、図６に示すように、第１触媒装置３の下流側にＰＭを捕集するＤＰＦ１８を備え、放電装置４は、ＤＰＦ１８の下流側に配される。
これにより、ナノサイズよりも大きいＰＭはＤＰＦ１８で捕集され、ＤＰＦ１８を通過するナノサイズのＰＭは、放電装置４により静電捕集される。このため、ＰＭの排出量を低減することができる。また、ＤＰＦ１８の再生後の所定期間は、ＤＰＦ１８を通過するＰＭの量が増加するが、放電装置４による静電捕集により、ＤＰＦ１８の再生後のＰＭの排出量の増加を抑制することができる。

〔変形例〕
実施例１〜３の排気浄化装置１によれば、実施例１の排気浄化装置１のみにＮＨ_３濃度センサ５が装備され、実施例１のＥＣＵ６のみが第１放電制御手段の機能を具備するが、実施例２、３の排気浄化装置１にＮＨ_３濃度センサ５を装備し、実施例２、３のＥＣＵ６に第１放電制御手段の機能を具備させてもよい。

また、実施例２、３の排気浄化装置１に排気温度センサ１６が装備され、実施例２のＥＣＵ６のみが第２放電制御手段の機能を具備するが、実施例１の排気浄化装置１に排気温度センサ１６を装備し、実施例１、３のＥＣＵ６に第２放電制御手段の機能を具備させてもよい。
また、排気温度センサ１６を装備せず、エンジン回転数やアクセル開度の検出値等から排ガスの温度を推測するようにしてもよい。
さらに、実施例３の排気浄化装置１のみにＤＰＦ１８が装備されているが、実施例１、２の排気浄化装置１にＤＰＦ１８を装備してもよい。

排気浄化装置の構成図である（実施例１）。放電装置における放電電圧とオゾン生成量との相関を示す相関図である（実施例１）。排気浄化装置による制御フローを示すフローチャートである（実施例１）。排気浄化装置の構成図である（実施例２）。排ガスの温度とアンモニアの酸化反応率との相関を示す相関図である（実施例２）。排気浄化装置の構成図である（実施例３）。

符号の説明

１排気浄化装置
２エンジン
３第１触媒装置
４放電装置
５ＮＨ_３濃度センサ（還元剤濃度検出手段）
６ＥＣＵ（第１、第２放電制御手段）
１５第２触媒装置
１６排気温度センサ（排ガス温度検出手段）

Claims

エンジンからの排ガスを浄化する排気浄化装置において、
還元剤による排ガス成分の還元反応を促進する第１触媒装置と、
この第１触媒装置よりも下流側に配される放電装置とを備える排気浄化装置。
請求項１に記載の排気浄化装置において、
前記第１触媒装置から流出した還元剤の濃度を検出する還元剤濃度検出手段と、
この還元剤濃度検出手段から得られる検出値に応じて前記放電装置による放電を制御する第１放電制御手段とを備える排気浄化装置。
請求項１または請求項２に記載の排気浄化装置において、
前記第１触媒装置よりも下流側に配され、還元剤の酸化反応を促進する第２触媒装置を備える排気浄化装置。
請求項３に記載の排気浄化装置において、
排ガスの温度に応じて前記放電装置による放電を制御する第２放電制御手段を備える排気浄化装置。
請求項４に記載の排気浄化装置において、
前記第２触媒装置に流入する排ガスの温度を検出する排ガス温度検出手段を備え、
前記第２放電制御手段は、前記排ガス温度検出手段から得られる検出値に応じて前記放電装置による放電を制御することを特徴とする排気浄化装置。
請求項１ないし請求項５のいずれか１つに記載の排気浄化装置において、
前記放電装置は、コロナ放電または沿面放電により放電することを特徴とする排気浄化装置。