JP2010144632A - Exhaust emission control device - Google Patents
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Description
本発明は、加水分解により尿素水溶液から生成されるアンモニアを使用して、排気中の窒素酸化物(NOx)を還元浄化する排気浄化装置に関する。 The present invention relates to an exhaust emission control device that reduces and purifies nitrogen oxides (NOx) in exhaust gas using ammonia generated from an aqueous urea solution by hydrolysis.
エンジンの排気に含まれるNOxを除去する触媒浄化システムとして、特開2000−27627号公報(特許文献1)に記載された排気浄化装置が提案されている。この排気浄化装置は、排気管に配設されたNOx還元触媒の排気上流にエンジン運転状態に応じた尿素水溶液を噴射供給する。そして、加水分解により生成されるアンモニアを使用して、NOx還元触媒で排気中のNOxを選択的に還元反応させることで、NOxを無害成分に浄化処理する。
しかしながら、尿素水溶液の加水分解が十分進行しないと、エンジン運転状態に応じたアンモニアが生成されず、また、排気中のアンモニア濃度に濃淡が生じることから、NOx還元触媒におけるNOx浄化効率が低下するばかりでなく、NOx還元触媒を通過した未反応アンモニアが大気中に放出されてしまうおそれがあった。さらに、エンジン運転状態の過渡期にあっては、排気温度や排気流量に対して尿素水溶液の噴射供給流量が多く、その加水分解が十分進行せずに溶媒(水分)のみが蒸発し、排気管内に尿素の結晶が析出したり、噴射ノズルの噴孔に目詰まりが発生するおそれもあった。排気管内に尿素の結晶が過度に析出すると、排気流れが阻害されることから、排気圧力の上昇,燃費低下などを来たしてしまう。 However, if the hydrolysis of the urea aqueous solution does not proceed sufficiently, ammonia corresponding to the engine operating condition is not generated, and the concentration of ammonia in the exhaust gas becomes dark, so that the NOx purification efficiency in the NOx reduction catalyst is only reduced. In addition, unreacted ammonia that has passed through the NOx reduction catalyst may be released into the atmosphere. Furthermore, during the transitional period of engine operation, the urea aqueous solution injection flow rate is large relative to the exhaust temperature and exhaust flow rate, and the hydrolysis does not proceed sufficiently, and only the solvent (water) evaporates. Further, urea crystals may be deposited on the nozzles, and clogging may occur in the nozzle holes of the injection nozzle. If urea crystals are excessively precipitated in the exhaust pipe, the exhaust flow is hindered, leading to an increase in exhaust pressure and a decrease in fuel consumption.
そこで、本発明は以上のような従来の問題点に鑑み、NOx還元触媒の排気上流に噴射供給される尿素水溶液に水蒸気を衝突させることで、尿素水溶液の加水分解を促進させた排気浄化装置を提供することを目的とする。 Therefore, in view of the conventional problems as described above, the present invention provides an exhaust purification device that promotes hydrolysis of urea aqueous solution by colliding water vapor with urea aqueous solution injected and supplied upstream of the NOx reduction catalyst. The purpose is to provide.
このため、本発明では、排気浄化装置を、エンジン排気管に配設され、加水分解により尿素水溶液から生成されるアンモニアを使用して排気中のNOxを還元浄化する還元触媒と、その排気上流に尿素水溶液を噴射供給する尿素水溶液噴射ノズルと、エンジン運転状態に応じた尿素水溶液を噴霧化して尿素水溶液噴射ノズルに供給する尿素水溶液供給装置と、尿素水溶液噴射ノズルから噴射供給される尿素水溶液噴霧に水蒸気を衝突させる水蒸気衝突装置と、を含んで構成する。 For this reason, in the present invention, the exhaust purification device is disposed in the engine exhaust pipe and uses ammonia produced from the urea aqueous solution by hydrolysis to reduce and purify NOx in the exhaust, upstream of the exhaust. A urea aqueous solution injection nozzle that injects and supplies urea aqueous solution, a urea aqueous solution supply device that atomizes urea aqueous solution according to engine operating conditions and supplies the urea aqueous solution injection nozzle to the urea aqueous solution injection nozzle, and a urea aqueous solution spray that is injected and supplied from the urea aqueous solution injection nozzle A water vapor collision device that collides with water vapor.
本発明によれば、尿素水溶液噴射ノズルから噴射供給される尿素水溶液噴霧に水蒸気が衝突するので、尿素水溶液噴霧と水蒸気とが混合し、水分がリッチな雰囲気中で尿素水溶液の加水分解が行われる。また、尿素水溶液噴霧に水蒸気が衝突することから、尿素水溶液の分裂及び拡散が促進される。そして、これらの相乗効果により、尿素水溶液の加水分解が促進され、還元触媒におけるNOx浄化効率の低下、未反応アンモニアの放出、並びに、尿素結晶析出による排気圧力の上昇及び燃費低下などを抑制することができる。 According to the present invention, since the water vapor collides with the urea aqueous solution spray supplied from the urea aqueous solution injection nozzle, the urea aqueous solution spray and the water vapor are mixed, and the urea aqueous solution is hydrolyzed in an atmosphere rich in moisture. . Moreover, since water vapor collides with the urea aqueous solution spray, the division and diffusion of the urea aqueous solution are promoted. These synergistic effects promote the hydrolysis of the urea aqueous solution, and suppress the reduction of NOx purification efficiency in the reduction catalyst, the release of unreacted ammonia, and the increase in exhaust pressure and fuel consumption due to urea crystal precipitation. Can do.
以下、添付された図面を参照して本発明を詳述する。
図1は、排気浄化装置の第1実施形態を示す。
エンジン10の排気マニフォールド12に接続される排気管14には、排気流通方向に沿って、一酸化窒素(NO)を二酸化窒素(NO2)へと酸化させる窒素酸化触媒16と、加水分解により尿素水溶液から生成されたアンモニアを使用してNOxを選択的に還元浄化するNOx還元触媒18と、NOx還元触媒18を通過したアンモニアを酸化させるアンモニア酸化触媒20と、がこの順番で配設される。窒素酸化触媒16とNOx還元触媒18との間に位置する排気管14には、尿素水溶液を噴射供給する尿素水溶液噴射ノズル22と、尿素水溶液の加水分解を促進させる水蒸気を噴射供給する水蒸気噴射ノズル24と、が夫々取り付けられる。なお、水蒸気噴射ノズル24の取付位置は、NOx還元触媒18の排気上流であれば、尿素水溶液噴射ノズル22の排気上流又は排気下流のいずれであってもよい。
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 shows a first embodiment of an exhaust emission control device.
An
尿素水溶液噴射ノズル22は、尿素水溶液を吸い込んで圧送する電動ポンプ及びその噴射供給流量を制御する流量制御弁が内蔵された尿素水溶液供給装置26を介して、尿素水溶液を貯蔵する尿素水溶液タンク28に連通接続される。また、水蒸気噴射ノズル24は、電気ヒータで水を加熱して水蒸気を発生させる水蒸気発生装置30、及び、ここで発生された水蒸気の供給流量を制御する流量制御弁32を介して、水蒸気の元となる水を貯蔵する水タンク34に連通接続される。なお、尿素水溶液供給装置26は、尿素水溶液タンク28から吸い込んだ尿素水溶液を噴霧化しつつ尿素水溶液噴射ノズル22に圧送する。
The urea aqueous
窒素酸化触媒16と尿素水溶液噴射ノズル22との間に位置する排気管14には、排気温度を測定する温度センサ36が取り付けられる。温度センサ36の出力信号は、コンピュータを内蔵した還元剤添加コントロールユニット(以下「還元剤添加ECU」という)38に入力される。還元剤添加ECU38は、エンジン回転速度及び燃料噴射流量を適宜読み込むべく、例えば、CAN(Controller Area Network)などを介して、エンジン10を電子制御するエンジンコントロールユニット(以下「エンジンECU」という)40に接続される。そして、還元剤添加ECU38は、そのROM(Read Only Memory)などに記憶された制御プログラムに従って、エンジン運転状態(エンジン回転速度,燃料噴射流量及び排気温度)に応じて尿素水溶液供給装置26及び流量制御弁32を夫々電子制御する。
A
なお、水蒸気噴射ノズル24及び水蒸気発生装置30により、水蒸気衝突装置が構成される。また、流量制御弁32及び還元剤添加ECU38により、流量制御装置が構成される。
Note that the water
このような排気浄化装置において、尿素水溶液噴射ノズル22から排気管14内へと噴射供給された尿素水溶液噴霧は、排気熱及び排気中の水蒸気により加水分解され、アンモニアが生成される。このアンモニアは、NOx還元触媒18において排気中のNOxと選択的に還元反応し、無害な水(H2O)及び窒素(N2)へと浄化される。このとき、NOx還元触媒20によるNOx浄化効率を向上させるべく、窒素酸化触媒16によりNOがNO2へと酸化され、排気中のNOとNO2との比率が還元反応に適したものに改善される。また、NOx還元触媒18を通過したアンモニアは、その排気下流に配設されたアンモニア酸化触媒20により酸化されるので、アンモニアがそのまま大気中に放出されることが抑制される。
In such an exhaust purification device, the urea aqueous solution spray injected and supplied from the urea aqueous
ここで、尿素水溶液噴射ノズル22から噴射供給された尿素水溶液噴霧に対して、水蒸気噴射ノズル24から噴射供給された水蒸気が衝突するので、尿素水溶液噴霧と水蒸気とが混合して、水分がリッチな雰囲気中で尿素水溶液の加水分解が行われる。また、尿素水溶液噴霧に対して水蒸気が衝突することから、尿素水溶液の分裂及び拡散が促進されると共に、尿素水溶液と排気との混合が促進される。そして、これらの相乗効果により、尿素水溶液の加水分解が促進され、NOx還元触媒18におけるNOx浄化効率の低下、アンモニア酸化触媒20で処理できなかった未反応アンモニアの放出、並びに、尿素結晶析出による排気圧力の上昇及び燃費低下などを抑制することができる。
Here, since the water vapor injected from the water
図2は、排気浄化装置の第2実施形態を示す。なお、先の第1実施形態と同一構成については、同一符号を付すことで、その説明を省略又は簡略化する。
本実施形態では、水蒸気発生装置30により発生させた水蒸気を、NOx還元触媒18の排気上流に噴射供給する代わりに、図3に示すように、尿素水溶液供給装置26の内部で尿素水溶液噴霧に対して噴射供給する。このようにすれば、排気管14より横断面積が小さい尿素水溶液供給装置26の内部空間で、尿素水溶液噴霧に水蒸気が衝突するので、その分裂及び拡散を一層促進させることができる。なお、他の作用及び効果については、尿素水溶液と排気との混合促進を除き、先の第1実施形態と同様であるので、その説明を参照されたし。
FIG. 2 shows a second embodiment of the exhaust purification device. In addition, about the same structure as previous 1st Embodiment, the description is abbreviate | omitted or simplified by attaching | subjecting the same code | symbol.
In the present embodiment, instead of injecting and supplying the steam generated by the
ところで、水蒸気発生装置30では、電気ヒータで水を加熱して水蒸気を発生させている。水蒸気発生に要するエネルギを低減するために、水タンク34から水蒸気発生装置30に供給される水を、エンジン10の熱で予熱する予熱装置を備えることが望ましい。この予熱装置の一例としては、例えば、水タンク34と水蒸気発生装置30とを連通接続する配管をエンジン周囲に巡らし、エンジン10と熱交換するようにすればよい。
By the way, in the
10 エンジン
14 排気管
18 NOx還元触媒
22 尿素水溶液噴射ノズル
24 水蒸気噴射ノズル
26 尿素水溶液供給装置
28 尿素水溶液タンク
30 水蒸気発生装置
32 流量制御弁
34 水タンク
38 還元剤添加ECU
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記還元触媒の排気上流に尿素水溶液を噴射供給する尿素水溶液噴射ノズルと、
エンジン運転状態に応じた尿素水溶液を噴霧化して尿素水溶液噴射ノズルに供給する尿素水溶液供給装置と、
前記尿素水溶液噴射ノズルから噴射供給される尿素水溶液噴霧に水蒸気を衝突させる水蒸気衝突装置と、
を含んで構成されたことを特徴とする排気浄化装置。 A reduction catalyst that is disposed in the engine exhaust pipe and reduces and purifies nitrogen oxides in the exhaust gas using ammonia generated from the aqueous urea solution by hydrolysis;
A urea aqueous solution injection nozzle for supplying an aqueous urea solution to the exhaust upstream of the reduction catalyst;
A urea aqueous solution supply device that atomizes a urea aqueous solution according to the engine operating state and supplies the urea aqueous solution to the urea aqueous solution injection nozzle;
A water vapor collision device for making water vapor collide with the urea aqueous solution spray supplied from the urea aqueous solution injection nozzle;
An exhaust emission control device comprising:
前記還元触媒の排気上流に水蒸気を噴射供給する水蒸気噴射ノズルと、
電気ヒータで水を加熱して水蒸気を発生させる水蒸気発生装置と、
エンジン運転状態に応じて、前記水蒸気発生装置から水蒸気噴射ノズルへと供給される水蒸気の流量を制御する流量制御装置と、
を含んで構成され、
前記尿素水溶液噴射ノズルから噴射供給された尿素水溶液噴霧に対して、前記水蒸気噴射ノズルから噴射供給された水蒸気を衝突させることを特徴とする請求項1記載の排気浄化装置。 The water vapor collision device is:
A water vapor injection nozzle that injects water vapor upstream of the reduction catalyst;
A steam generator for heating water with an electric heater to generate steam;
A flow rate control device for controlling a flow rate of water vapor supplied from the water vapor generation device to the water vapor injection nozzle according to an engine operating state;
Comprising
The exhaust gas purification apparatus according to claim 1, wherein the water vapor sprayed from the water vapor spray nozzle collides with the urea water spray sprayed from the urea aqueous solution spray nozzle.
電気ヒータで水を加熱して水蒸気を発生させる水蒸気発生装置と、
エンジン運転状態に応じて、前記水蒸気発生装置から供給される水蒸気の流量を制御する流量制御装置と、
を含んで構成され、
前記尿素水溶液供給装置の内部において、前記流量制御装置により流量が制御された水蒸気を尿素水溶液噴霧に衝突させることを特徴とする請求項1記載の排気浄化装置。 The water vapor collision device is:
A steam generator for heating water with an electric heater to generate steam;
A flow rate control device for controlling the flow rate of water vapor supplied from the water vapor generation device according to the engine operating state;
Comprising
The exhaust gas purification apparatus according to claim 1, wherein water vapor whose flow rate is controlled by the flow rate control device collides with the urea aqueous solution spray inside the urea aqueous solution supply device.
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