JP2009079539A - 排ガス浄化システムおよび排ガス浄化方法 - Google Patents
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- Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)
- Treating Waste Gases (AREA)
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Abstract
【解決手段】エンジン10の状態に基づくデータマップから求められた排ガス中の酸素濃度が所定値未満となるようにEGR弁4およびEGR管5を制御すると共に、排ガス中の酸素濃度が所定値未満のときに当該排ガスに水素を添加するようにマイクロリアクター19を制御する電子制御装置41を具備する。
【選択図】図1
Description
本発明に係る排ガス浄化システムおよび排ガス浄化方法を自動車から排気される排ガスの浄化処理に適用した場合の第一の実施形態につき図1〜4を用いて説明する。
図1は、排ガス浄化システムの概略構成図であり、図2はその制御フローを示す図である。図3は、エンジンの回転数およびトルクと相関して示される排ガス温度分布および一酸化窒素の濃度分布の一例を示すデータマップである。図4は、燃料噴射弁による燃料の噴射時期および噴射期間の一例を示す図である。
n:内燃機関の現在の回転数
Px:エンジン特定部分の圧力(例えば筒内圧力)
Tx:エンジン特定部分の温度(例えば筒内における燃焼ガスの温度)
Δn:現在の回転数変化量
ΔX:現在のエンジン特定部分の変化量(アクセルの踏み込み量、エンジン負荷(坂道やスリップ)等も含む)
すなわち、エンジン10からの排ガス中の窒素酸化物を還元剤と接触させて当該窒素酸化物を還元除去するSCR触媒と、排ガス中のガス成分を酸化する酸化触媒11,17と、水を電気分解して水素および酸素を製造する水電解装置24と、水電解装置24で製造された水素をSCR触媒の排ガス流通方向上流側へ供給する水素送給管30と、水電解装置24で製造された酸素を前記排ガスへ供給する酸素および水の供給管28および酸素供給管29とを具備することにより、水電解装置24で製造された酸素が活性期の酸素であり、当該活性期の酸素を排ガスへ供給することができ、当該活性期の酸素により当該排ガス中のガス成分の酸化反応を促進し、当該排ガス中の炭化水素および一酸化炭素を酸化して、排ガスの浄化を向上させることができる。水電解装置24にて得られた酸素を有効に利用することができる。さらに、水電解装置24で製造された水素と排ガス中の窒素酸化物とをSCR触媒にて接触させて当該窒素酸化物を還元除去することができる。
本発明に係る排ガス浄化システムおよび排ガス浄化方法を自動車から排気される排ガスの浄化処理に適用した場合の第二の実施形態につき図5を用いて具体的に説明する。
図5は、排ガス浄化システムの概略構成図である。
本発明の第二の実施形態に係る排ガス浄化システムにおいて、上述した本発明の第一の実施形態に係る排ガス浄化システムと同一装置には同一符号を付記しその説明を省略する。
本発明に係る排ガス浄化システムおよび排ガス浄化方法を自動車から排気される排ガスの浄化処理に適用した場合の第三の実施形態につき図7を用いて説明する。
図7は、排ガス浄化システムの概略構成図である。
本発明の第三の実施形態に係る排ガス浄化システムにおいて、上述した本発明の第一の実施形態に係る排ガス浄化システムと同一装置には同一符号を付記しその説明を省略する。
本発明に係る排ガス浄化システムおよび排ガス浄化方法を自動車から排気される排ガスの浄化処理に適用した場合の第四の実施形態につき図8を用いて説明する。
図8は、排ガス浄化システムの概略構成図である。
本発明の第四の実施形態に係る排ガス浄化システムにおいて、上述した本発明の第三の実施形態に係る排ガス浄化システムと同一装置には同一符号を付記しその説明を省略する。
上述した本発明に係る排ガス浄化システムおよび排ガス浄化方法の第一〜第四の実施形態では、自動車に適用した排ガス浄化システム50,60,70,80,90を用いて説明したが、上述した排ガス浄化システム50,60,70,80,90を、定置型内燃機関を具備する設備に適用することも可能である。このような設備であっても、上述した排ガス浄化システム50,60,70,80,90と同様な作用効果を奏する。
2 吸気通路
3 排気マニホールド(集合排気管)
4 EGR弁
5 排ガス循環通路(EGR管)
10 エンジン
11 第一の酸化触媒
12 第一の連絡配管
13 ディーゼルパティキュレートフィルタ(DPF)
14 第二の連絡配管
15 NOx浄化装置
16 第三の連絡配管
17 第二の酸化触媒
18 マフラー
19 マイクロリアクター
20 燃料
21 吸着剤
22 還元剤供給管
23 水回収装置
24 水電解装置
25 第一の水供給管
26 連絡管
27 酸素吸着剤
28 酸素および水の供給管
29 酸素供給管
30 水素送給管
31,32,33,34 センサ
41 電子制御装置(ECU)
50,60,70,80,90 排ガス浄化システム
61 酸素供給管
62 第一の連絡配管
63 第二の連絡配管
64 第三の連絡配管
71 第四の連絡配管
81 水素連絡管
82 水素貯蔵装置
83,91 水素送給管
98 マフラー
Claims (25)
- 内燃機関からの排ガスに還元剤である水素を添加する水素添加手段と、
前記水素添加手段の排ガス流通方向下流側に配置され、前記水素添加手段からの前記水素と前記排ガス中の窒素酸化物を反応させて当該窒素酸化物を還元除去する第一の還元触媒と、
前記排ガス中の酸素濃度を調整する酸素濃度調整手段と、
前記内燃機関の状態を計測する内燃機関状態計測手段と、
前記内燃機関状態計測手段により計測された前記内燃機関の状態、前記内燃機関の状態に基づくデータマップ、ならびに前記内燃機関の状態および変化量に基づく予測式のうちの少なくとも一つから求められた前記排ガス中の酸素濃度が所定値未満となるように前記酸素濃度調整手段を制御する酸素濃度制御手段と、
前記排ガス中の酸素濃度が所定値未満のときに当該排ガスに前記水素を添加するように前記水素添加手段を制御する水素添加制御手段とを具備する
ことを特徴とする排ガス処理システム。 - 請求項1に記載された排ガス処理システムであって、
前記排ガスに還元剤であるアンモニアを添加するアンモニア添加手段と、
前記アンモニア添加手段の排ガス流通方向下流側に配置され、前記アンモニア添加手段からの前記アンモニアと前記排ガス中の窒素酸化物を反応させて当該窒素酸化物を還元除去する第二の還元触媒と、
前記内燃機関の状態、前記データマップ、ならびに前記内燃機関の状態および前記予測式のうちの少なくとも一つから求められた前記排ガスの温度が所定値以上のときに、前記排ガスに前記アンモニアを添加するように前記アンモニア添加手段を制御するアンモニア添加制御手段とを具備する
ことを特徴とする排ガス処理システム。 - 請求項1または請求項2に記載された排ガス処理システムであって、
前記酸素濃度調整手段は、前記内燃機関の燃料の噴射時期および噴射期間を制御可能な燃料噴射手段、および前記排ガスの一部を前記内燃機関の排気側から当該内燃機関の吸気側へ吸気させるように循環させる排ガス循環手段のうちの少なくとも一方である
ことを特徴とする排ガス処理システム。 - 内燃機関からの排ガスに還元剤である水素を添加する水素添加手段と、
前記排ガスに還元剤であるアンモニアを添加するアンモニア添加手段と、
前記水素添加手段の排ガス流通方向下流側に配置され、前記水素添加手段からの前記水素と前記排ガス中の窒素酸化物を反応させて当該窒素酸化物を還元除去する第一の還元触媒と、
前記アンモニア添加手段の排ガス流通方向下流側に配置され、前記アンモニア添加手段からの前記アンモニアと前記排ガス中の窒素酸化物を反応させて当該窒素酸化物を還元除去する第二の還元触媒と、
前記内燃機関の状態を計測する内燃機関状態計測手段と、
前記内燃機関状態計測手段により計測された前記内燃機関の状態、前記内燃機関の状態に基づくデータマップ、ならびに前記内燃機関の状態および変化量に基づく予測式のうちの少なくとも一つから前記排ガスの温度および前記排ガス中の酸素濃度を求めて、前記排ガスの温度および当該排ガス中の酸素濃度のうちの少なくとも一方が所定値未満の場合には、当該排ガスに水素を添加するように前記水素添加手段を制御し、前記排ガスの温度および前記排ガス中の酸素濃度の両方が所定値以上の場合には、当該排ガスにアンモニアを添加するように前記アンモニア添加手段を制御する還元剤添加制御手段とを具備する
ことを特徴とする排ガス浄化システム。 - 請求項2乃至請求項4の何れか一項に記載された排ガス処理システムであって、
前記アンモニア添加手段は、前記内燃機関の燃料から前記アンモニアを製造するものである
ことを特徴とする排ガス処理システム。 - 請求項5に記載された排ガス処理システムであって、
前記アンモニア添加手段は、前記内燃機関の燃料からアンモニアを生成させる触媒を有する第一のマイクロリアクターを具備するものである
ことを特徴とする排ガス処理システム。 - 請求項6に記載された排ガス浄化システムであって、
前記第一のマイクロリアクターに隣接して配置され、当該第一のマイクロリアクターにて製造されたアンモニアを吸蔵するアンモニア吸蔵手段を具備する
ことを特徴とする排ガス浄化システム。 - 請求項6または請求項7に記載された排ガス浄化システムであって、
前記第一のマイクロリアクターは、前記内燃機関と熱的に接続するように前記排ガスを排気する排気通路に配置される
ことを特徴とする排ガス浄化システム。 - 請求項1乃至請求項8の何れか一項に記載された排ガス処理システムであって、
前記水素添加手段は、前記内燃機関の燃料から前記水素を製造する第一の水素製造手段を有するものである
ことを特徴とする排ガス処理システム。 - 請求項9に記載された排ガス処理システムであって、
前記第一の水素製造手段は、前記内燃機関の燃料から水素を生成させる触媒を有する第二のマイクロリアクターを具備するものである
ことを特徴とする排ガス処理システム。 - 請求項10に記載された排ガス浄化システムであって、
前記第二のマイクロリアクターに隣接して配置され、当該第二のマイクロリアクターにて製造された水素を吸蔵する水素吸蔵手段を具備する
ことを特徴とする排ガス浄化システム。 - 請求項10または請求項11に記載された排ガス浄化システムであって、
前記第二のマイクロリアクターは、前記内燃機関と熱的に接続するように前記排ガスの排気通路に配置される
ことを特徴とする排ガス浄化システム。 - 請求項1乃至請求項12の何れか一項に記載された排ガス処理システムであって、
前記水素添加手段は、水から前記水素を製造する第二の水素製造手段を有するものである
ことを特徴とする排ガス処理システム。 - 請求項13に記載された排ガス浄化システムであって、
前記水は、前記排ガス中の水分を回収する水回収手段にて回収された水、および外部から供給された水のうちの少なくとも一つである
ことを特徴とする排ガス浄化システム。 - 請求項13または請求項14に記載された排ガス浄化システムであって、
前記第二の水素製造手段は、前記水を電気分解して前記水素を製造する水電解手段を具備するものである
ことを特徴とする排ガス処理システム。 - 請求項15に記載された排ガス浄化システムであって、
前記水を溜める水貯蔵手段と、
前記水貯蔵手段にて溜められた水を前記水電解手段へ供給する水供給手段とをさらに具備する
ことを特徴とする排ガス浄化システム。 - 請求項1乃至請求項16の何れか一項に記載された排ガス浄化システムであって、
前記排ガスに含まれる粒子状物質を捕集する粒子状物質捕集手段を具備する
ことを特徴とする排ガス浄化システム。 - 請求項17に記載された排ガス浄化システムであって、
前記還元触媒の排ガス流通方向下流側、前記マイクロリアクターの近傍、前記粒子状物質捕集手段の排ガス流通方向下流側、および前記排ガスの排気通路の出口近傍にそれぞれ配置され、前記排ガスの温度および成分を計測する排ガス計測手段を具備し、
前記還元剤添加手段は、前記排ガス計測手段からの情報、当該排ガス計測手段からの情報に基づく前記データマップ、ならびに前記内燃機関の状態および前記予測式のうちの少なくとも一つから前記排ガスの温度および成分を求め、前記還元剤の添加量を調整するように制御するものである
ことを特徴とする排ガス浄化システム。 - 請求項1乃至請求項18の何れか一項に記載された排ガス浄化システムであって、
前記還元触媒の排ガス流通方向上流側および下流側のうちの少なくとも下流側に配置された酸化触媒をさらに具備する
ことを特徴とする排ガス浄化システム。 - 請求項1乃至請求項19の何れか一項に記載された排ガス浄化システムであって、
前記データマップは、前記内燃機関の回転数、トルク、および吸入空気に対する燃料量の各データに相関して、予め作成された前記排ガスの温度分布および排ガス中の窒素酸化物の濃度分布のマップである
ことを特徴とする排ガス浄化システム。 - 請求項1乃至請求項20の何れか一項に記載された排ガス浄化システムであって、
前記予測式は、前記内燃機関の回転数、前記内燃機関の筒内圧力、前記内燃機関の筒内における燃焼ガスの温度、前記内燃機関の回転数変化量、および前記内燃機関の所定箇所の変化量に基づき前記排ガス中の窒素酸化物濃度を算出する数式である
ことを特徴とする排ガス浄化システム。 - 請求項1乃至請求項21の何れか一項に記載された排ガス浄化システムであって、
自動車に搭載されると共に、前記内燃機関は、当該自動車のエンジンである
ことを特徴とする排ガス浄化システム。 - 請求項13乃至請求項16の何れか一項に記載された排ガス浄化システムであって、
前記自動車は、カーエアコン、冷却水予備タンク、マフラー、雨水の備蓄タンクのうちの少なくとも一つを具備し、
前記水は、前記カーエアコンからの排水、前記冷却水予備タンク内の冷却水、前記マフラー内部で結露した水、前記雨水の備蓄タンク内の水のうちの少なくとも一つである
ことを特徴とする排ガス浄化システム。 - 内燃機関からの排ガス中の酸素濃度が所定値未満となるように当該排ガスを調整し、前記排ガスに還元剤として水素を添加して、前記排ガスを還元触媒と接触させて当該排ガス中の窒素酸化物を還元除去する
ことを特徴とする排ガス浄化方法。 - 内燃機関からの排ガスの温度および当該排ガス中の酸素濃度の少なくとも一方が所定値未満の場合には、前記排ガスに還元剤として水素を添加し、前記排ガス中の酸素濃度が所定値以上の場合には、前記排ガスに還元剤としてアンモニアを添加して、前記排ガスを還元触媒と接触させて当該排ガス中の窒素酸化物を還元除去する
ことを特徴とする排ガス浄化方法。
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