JP2011185195A - Exhaust emission control device - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、内燃機関の排ガス浄化装置に関する。 The present invention relates to an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine.
ディーゼルエンジンの排ガスに含まれる窒素酸化物(NOx)を低減するために、尿素SCR(Selective Catalytic Reduction)システムが開発されている。尿素SCRシステムは、一酸化窒素(NO)を酸化して二酸化窒素(NO2)にするための酸化触媒と、酸化触媒の下流側に設けられ、尿素水から生成したアンモニアとNOxとの化学反応により、NOxを窒素及び水にするためのSCR触媒と、SCR触媒に尿素水を添加するための尿素添加システムと、SCR触媒の下流側に設けられ、SCR触媒における化学反応で消費されずに残ったアンモニアを酸化するための酸化触媒とから構成される。排ガスの温度が低い(200℃以下)場合には、SCR触媒の活性が低く、さらにこのような低温時には、NO/NO2比が約1のときしか優れた浄化性能が発揮されないといった問題点があった。また、低温時には酸化触媒の活性も低く、酸化触媒の活性を上げるために、高価な貴金属である白金やパラジウム等の担持量を多くする必要があるといった問題点もあった。 A urea SCR (Selective Catalytic Reduction) system has been developed to reduce nitrogen oxides (NOx) contained in exhaust gas from diesel engines. The urea SCR system is an oxidation catalyst for oxidizing nitric oxide (NO) to nitrogen dioxide (NO 2 ), and a chemical reaction between ammonia and NOx generated from urea water provided downstream of the oxidation catalyst. The SCR catalyst for converting NOx into nitrogen and water, the urea addition system for adding urea water to the SCR catalyst, and the downstream side of the SCR catalyst are left without being consumed by the chemical reaction in the SCR catalyst. And an oxidation catalyst for oxidizing ammonia. When the temperature of the exhaust gas is low (200 ° C. or lower), the activity of the SCR catalyst is low, and at such a low temperature, an excellent purification performance is exhibited only when the NO / NO 2 ratio is about 1. there were. Further, the activity of the oxidation catalyst is low at low temperatures, and there is a problem that it is necessary to increase the amount of platinum, palladium, etc., which are expensive noble metals, in order to increase the activity of the oxidation catalyst.
これらの問題点を解決するために、酸化剤としてオゾンを使用してNOをNO2等の高次のNOxに酸化し、これをNOx吸蔵還元触媒に吸着させて還元・分解することにより、排ガスからNOxを除去する排ガス浄化装置が、例えば特許文献1に開示されている。この排ガス浄化装置は、排気管に設けられたNOx吸蔵触媒と、一対の電極を有するオゾン生成装置とを備えている。オゾン生成装置は、一端がNOx吸蔵触媒よりも上流側で排気管に接続された配管に設けられ、配管には、オゾン生成装置と排気管との間に、吸引ポンプが設けられている。吸引ポンプが駆動すると、オゾン生成装置内から空気が排出され、これに伴って、オゾン生成装置に設けられた空気口から空気が吸引される。電極間に電圧を印加すると、電極間に放電が生じ、吸引された空気中の酸素からオゾンが生成される。
In order to solve these problems, NO is oxidized into higher-order NOx such as NO 2 using ozone as an oxidant, and this is adsorbed by a NOx storage reduction catalyst to be reduced and decomposed, thereby generating exhaust gas. For example,
しかしながら、オゾン生成装置内に空気が導入されると、オゾン生成装置内の圧力が上昇し、電極間で放電が生じにくくなるため、電極間に印加する電圧を上昇する必要があり、電源装置に負荷がかかるといった問題点があった。 However, when air is introduced into the ozone generation device, the pressure in the ozone generation device increases, and it becomes difficult for discharge to occur between the electrodes. Therefore, it is necessary to increase the voltage applied between the electrodes. There was a problem that a load was applied.
この発明はこのような問題点を解決するためになされたもので、オゾン生成装置の電源装置に負荷をかけない排ガス浄化装置を提供することを目的とする。 This invention was made in order to solve such a problem, and it aims at providing the exhaust gas purification apparatus which does not apply a load to the power supply device of an ozone production | generation apparatus.
この発明に係る排ガス浄化装置は、内燃機関から排出された排ガスが流通する排気管に設けられた排ガス浄化手段と、空気を導入するための空気口を有すると共に互いに対向する一対の電極を有するオゾン生成装置と、電極間に電圧を印加する電源装置と、オゾン生成装置内の空気を吸引することによってオゾン生成装置内に空気口を介して空気を導入する空気導入手段とを備え、オゾン生成装置は、配管を介して排ガス浄化手段に連通し、空気導入手段は、オゾン生成装置と排ガス浄化手段との間において配管に設けられ、オゾン生成装置との接続部分における空気口の開口面積は、オゾン生成装置との接続部分における配管の開口面積よりも小さい。オゾン生成装置内から配管へ空気が排出される場合よりも、オゾン生成装置内へ空気が導入される場合のほうが、空気に対する抵抗が大きくなるので、オゾン生成装置内の圧力は、オゾン生成装置から空気が排出されることによって低下することのほうが、空気口を介してオゾン生成装置内に空気が導入されることによって上昇することよりも早くなり、その結果、オゾン生成装置内の圧力が大気圧よりも小さくなる。
配管及び空気口はそれぞれ、電極がそれらの間に位置するように、オゾン生成装置に接続されてもよい。
空気口には、フィルターが設けられてもよい。
An exhaust gas purifying apparatus according to the present invention includes an exhaust gas purifying means provided in an exhaust pipe through which exhaust gas discharged from an internal combustion engine circulates, an ozone having an air inlet for introducing air and a pair of electrodes facing each other. An ozone generation device comprising: a generation device; a power supply device that applies a voltage between the electrodes; and an air introduction unit that introduces air into the ozone generation device through an air port by sucking air in the ozone generation device. Is communicated with the exhaust gas purification means via a pipe, the air introduction means is provided in the pipe between the ozone generation device and the exhaust gas purification means, and the opening area of the air port at the connection portion with the ozone generation device is the ozone It is smaller than the opening area of the pipe at the connecting portion with the generator. Since the resistance to air is greater when air is introduced into the ozone generator than when the air is discharged from the ozone generator to the piping, the pressure in the ozone generator is increased from the ozone generator. The decrease due to the exhaust of air is faster than the increase due to the introduction of air into the ozone generator via the air port, so that the pressure in the ozone generator is at atmospheric pressure. Smaller than.
Each of the piping and the air port may be connected to an ozone generator such that the electrodes are located between them.
A filter may be provided at the air port.
この発明によれば、オゾン生成装置との接続部分における空気口の開口面積は、オゾン生成装置との接続部分における配管の開口面積よりも小さいことにより、オゾン生成装置内から配管へ空気が排出される場合よりも、空気口を介してオゾン生成装置内へ空気が導入される場合のほうが、空気に対する抵抗が大きくなるので、オゾン生成装置内の圧力は、オゾン生成装置から空気が排出されることによって低下することのほうが、空気口を介してオゾン生成装置内に空気が導入されることによって上昇することよりも早くなり、その結果、オゾン生成装置内の圧力が大気圧よりも小さくなる。すると、オゾン生成装置内の電極間に放電が生じやすくなるので、オゾン生成装置の電源装置にかかる負荷を低減することができる。 According to this invention, since the opening area of the air port at the connection portion with the ozone generation device is smaller than the opening area of the piping at the connection portion with the ozone generation device, air is discharged from the ozone generation device to the piping. When the air is introduced into the ozone generating device through the air port, the resistance to the air is larger than the case where the air is discharged from the ozone generating device. Is faster than rising due to the introduction of air into the ozone generator through the air port, and as a result, the pressure in the ozone generator is lower than atmospheric pressure. Then, since it becomes easy to produce discharge between the electrodes in an ozone generator, the load concerning the power supply device of an ozone generator can be reduced.
以下、この発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
実施の形態1.
この発明の実施の形態1に係る排ガス浄化装置を備えた内燃機関の構成模式図を図1に示す。内燃機関であるディーゼルエンジン1には、排ガスが流通する排気管2が接続されており、排気管2には、排ガス浄化手段であるNOx吸蔵触媒3が設けられている。NOx吸蔵触媒3よりも上流側で、排気管2には配管4が接続されており、配管4には、オゾン生成装置5が設けられている。オゾン生成装置5は、配管4を介してNOx吸蔵触媒3に連通している。また、配管4には、オゾン生成装置5とNOx吸蔵触媒3との間に、空気導入手段である吸引ポンプ6が設けられている。オゾン生成装置5には、大気中から空気を導入するための空気口7が設けられている。オゾン生成装置5は、間隔をあけて対向するように設けられた一対の電極8,8を有し、電極8,8はそれぞれ、電線11によって電源装置9に接続されている。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 shows a schematic configuration diagram of an internal combustion engine equipped with an exhaust gas purifying apparatus according to
図2に示されるように、配管4及び空気口7はそれぞれ、電極8,8に対して反対側に、すなわち、電極8,8が配管4及び空気口7の間に位置するように、オゾン生成装置5に接続されている。オゾン生成装置5との接続部分における空気口7の内径d1は、オゾン生成装置5との接続部分における配管4の内径d2よりも小さくなっている。これにより、オゾン生成装置5との接続部分における空気口7の開口面積は、オゾン生成装置5との接続部分における配管4の開口面積よりも小さくなっている。空気口7には、導入される空気から塵等を除去するためのフィルター12が設けられている。
As shown in FIG. 2, the
次に、この実施の形態1に係る排ガス浄化装置の動作を、図1及び2に基づいて説明する。
ディーゼルエンジン1の起動時は、排気管2を流通する排ガスの温度が低く、NOx吸蔵触媒3の触媒活性が低いため、NOx処理能力を上昇するためにオゾン生成装置5からオゾンを供給する。吸引ポンプ6が起動すると、オゾン生成装置5内の空気を吸引して配管4へ排出させる。これに伴い、空気口7を介して大気中からオゾン生成装置5内へ空気が導入される。
Next, the operation of the exhaust gas purifying apparatus according to
When the
ここで、オゾン生成装置5との接続部分における空気口7の開口面積が、オゾン生成装置5との接続部分における配管4の開口面積よりも小さくなっているので、オゾン生成装置5内から配管4へ空気が排出される場合よりも、オゾン生成装置5内へ空気が導入される場合のほうが、空気に対する抵抗が大きくなる。その結果、オゾン生成装置5内の圧力は、オゾン生成装置5から空気が排出されることによって低下することのほうが、空気口7を介してオゾン生成装置5内に空気が導入されることによって上昇することよりも早くなるので、オゾン生成装置5内の圧力は大気圧よりも低くなる。オゾン生成装置5内の圧力が低いほど、電極8,8間に放電が生じやすくなるので、電極8,8間に印加する電圧を低減することができ、電源装置9の負荷が軽くなる。
Here, since the opening area of the
電極8,8間に放電が発生すると、オゾン生成装置5内に導入された空気中の酸素の一部がオゾンとなる。ここで、配管4及び空気口7はそれぞれ、電極8,8がそれらの間に位置するように、オゾン生成装置5に接続されていることにより、空気口7を介してオゾン生成装置5内に導入された空気は、配管4に至るまでの間に、電極8,8間において電極8,8間の一方の端から他方の端まで放電にさらされることになる。その結果、できるだけ長い時間、空気が放電にさらされることになるので、オゾン生成装置5のオゾン生成効率が良好となる。
When a discharge occurs between the
オゾン生成装置5で生成されたオゾンは、吸引ポンプ6に吸引されて配管4を流通し、排気管2内で排ガスと混合されて、NOx吸蔵触媒3内に流入する。NOx吸蔵触媒3において、オゾンが酸化剤となって、排ガス中のNOをNO2等に酸化し、NO2等が、NOx吸蔵触媒3に吸着されて還元・分解される。
The ozone generated by the ozone generator 5 is sucked by the suction pump 6 and flows through the
このように、オゾン生成装置5との接続部分における空気口7の開口面積は、オゾン生成装置5との接続部分における配管4の開口面積よりも小さいことにより、オゾン生成装置5内から配管4へ空気が排出される場合よりも、空気口7を介してオゾン生成装置5内へ空気が導入される場合のほうが空気に対する抵抗が大きくなるので、オゾン生成装置5内の圧力は、オゾン生成装置5から空気が排出されることによって低下することのほうが、空気口7を介してオゾン生成装置5内に空気が導入されることによって上昇することよりも早くなり、その結果、オゾン生成装置5内の圧力が大気圧よりも小さくなる。すると、オゾン生成装置5内の電極8,8間に放電が生じやすくなるので、オゾン生成装置5の電源装置9にかかる負荷を低減することができる。また、空気口7には、フィルター12が設けられているので、導入される空気から塵等を除去することができる。
As described above, the opening area of the
実施の形態2.
次に、この発明の実施の形態2に係る排ガス浄化装置について説明する。尚、以下の実施の形態において、図1及び2の参照符号と同一の符号は、同一又は同様な構成要素であるので、その詳細な説明は省略する。
この発明の実施の形態2に係る排ガス浄化装置は、実施の形態1に対して、排ガス浄化手段として尿素SCR触媒に変更したものである。
Next, an exhaust gas purification apparatus according to
The exhaust gas purification apparatus according to
この発明の実施の形態2に係る排ガス浄化装置の構成模式図を図3に示す。ディーゼルエンジン1から排出された排ガスが流通する排気管2に、酸化触媒23と、排ガス浄化手段であるSCR触媒25と、酸化触媒26とが設けられている。排気管2には、酸化触媒23とSCR触媒25との間に、尿素水を噴射する噴射ノズル27が設けられている。噴射ノズル27は、配管28を介して、尿素水を貯留する尿素水タンク29に連通している。配管28には、尿素水タンク29内の尿素水を噴射ノズル27に供給するための尿素水添加システム30が設けられている。また、酸化触媒23とSCR触媒25との間で、配管4を介してオゾン生成装置5がSCR触媒25に連通している。配管4には、オゾン生成装置5とSCR触媒25との間に、空気導入手段である吸引ポンプ6が設けられている。その他の構成については、実施の形態1と同じである。
FIG. 3 shows a schematic configuration diagram of an exhaust gas purification apparatus according to
次に、この実施の形態2に係る排ガス浄化装置の動作について説明する。
ディーゼルエンジン1の起動時には、ディーゼルエンジン1から排出される排ガスの温度が低いため、酸化触媒23と、SCR触媒25と、酸化触媒26とのそれぞれに排ガスが流通しても、十分な触媒性能を発揮するのに必要な温度まで温度が昇温しない。そこで、実施の形態1と同様の動作によって、オゾン生成装置5から配管4を介してSCR触媒25にオゾンを供給する。すると、オゾンを酸化剤として、NOx中のNOがNO2等に酸化され、NO/NO2比が1に近づくので、低温であってもSCR触媒25の触媒性能が十分に発揮される条件となる。
Next, the operation of the exhaust gas purifying apparatus according to
When the
適切なタイミングで、尿素水添加システム30は、尿素水タンク29内の尿素水を、配管28を介して噴射ノズル27に供給し、噴射ノズル27から尿素水をSCR触媒25に添加する。SCR触媒25に添加された尿素水は加水分解されてアンモニアと二酸化炭素となり、生成したアンモニアと排ガス中のNOxとが反応して、窒素及び水となる。SCR触媒25において消費されずに残ったアンモニアは、酸化触媒26において酸化される。その後、ディーゼルエンジン1が暖機されて、排ガス温度が十分に上昇したら、酸化触媒23の触媒性能が十分に発揮されるようになるので、オゾン生成装置5を停止してもよい。
このように、尿素SCRシステムに、この発明に係る排ガス浄化装置を適用した場合でも、実施の形態1と同様の効果を得ることができる。
At an appropriate timing, the urea
Thus, even when the exhaust gas purifying apparatus according to the present invention is applied to the urea SCR system, the same effect as in the first embodiment can be obtained.
実施の形態3.
次に、この発明の実施の形態3に係る排ガス浄化装置について説明する。この発明の実施の形態3に係る排ガス浄化装置は、実施の形態1に対して、排ガス浄化手段としてディーゼルパティキュレートフィルタ(DPF)に変更したものである。
図4に示されるように、排気管2には、排ガス浄化手段であるDPF40が設けられている。DPF40には、DPF40の差圧を検出する差圧計41が設けられている。DPF40よりも上流側で、配管4を介してオゾン生成装置5がDPF40に連通している。配管4には、オゾン生成装置5とDPF40との間に、空気導入手段である吸引ポンプ6が設けられている。その他の構成は、実施の形態1と同じである。
Embodiment 3 FIG.
Next, an exhaust gas purification apparatus according to Embodiment 3 of the present invention will be described. The exhaust gas purifying apparatus according to Embodiment 3 of the present invention is obtained by changing the exhaust gas purifying apparatus according to Embodiment 3 to a diesel particulate filter (DPF) as exhaust gas purifying means.
As shown in FIG. 4, the
差圧計41によって、DPF40の差圧が予め設定された上限値以上となったら、実施の形態1と同様の動作によって、オゾン生成装置5から配管4を介してDPF40にオゾンを供給する。DPF40において、オゾンは、DPF40に捕捉されたパティキュレートマター(PM)を酸化除去する。捕捉されたPMの酸化除去により、DPF40の差圧が予め設定された下限値以下となったら、オゾン生成装置5を停止する。尚、DPF40の差圧が上昇した場合のみオゾンをDPF40に供給するのではなく、ディーゼルエンジン1の稼働している間は常に、実施の形態1と同様の動作によって、オゾン生成装置5からDPF40にオゾンを供給するようにしてもよい。
このように、浄化手段としてDPFを適用した場合でも、実施の形態1と同様の効果を得ることができる。
If the differential pressure of the
Thus, even when the DPF is applied as the purifying means, the same effect as in the first embodiment can be obtained.
実施の形態3では、差圧計41を使用してオゾン生成装置5を動作させているが、これに限定するものではない。ディーゼルエンジン1の運転を制御するための制御装置(ECU)において予め、ディーゼルエンジン1の運転状態とPMの堆積量との関係を表すマップを組み込んでおき、このマップに基づいてPMの堆積量を推定して、オゾン生成装置5の動作を行ってもよい。
In the third embodiment, the ozone generator 5 is operated using the
1 ディーゼルエンジン(内燃機関)、2 排気管、3 NOx吸蔵触媒(排ガス浄化手段)、4 配管、5 オゾン生成装置、6 吸引ポンプ(空気導入手段)、7 空気口、8 電極、9 電源装置、12 フィルター、25 SCR触媒(排ガス浄化手段)、40 DPF(排ガス浄化手段)。
DESCRIPTION OF
Claims (3)
空気を導入するための空気口を有すると共に互いに対向する一対の電極を有するオゾン生成装置と、
前記電極間に電圧を印加する電源装置と、
該オゾン生成装置内の空気を吸引することによって該オゾン生成装置内に前記空気口を介して空気を導入する空気導入手段と
を備え、
前記オゾン生成装置は、配管を介して前記排ガス浄化手段に連通し、
前記空気導入手段は、前記オゾン生成装置と前記排ガス浄化手段との間において前記配管に設けられ、
前記オゾン生成装置との接続部分における前記空気口の開口面積は、前記オゾン生成装置との接続部分における前記配管の開口面積よりも小さい排ガス浄化装置。 Exhaust gas purification means provided in an exhaust pipe through which exhaust gas discharged from the internal combustion engine flows;
An ozone generator having an air inlet for introducing air and having a pair of electrodes facing each other;
A power supply device for applying a voltage between the electrodes;
Air introduction means for introducing air through the air port into the ozone generator by sucking air in the ozone generator;
The ozone generator communicates with the exhaust gas purification means via a pipe,
The air introduction means is provided in the pipe between the ozone generator and the exhaust gas purification means,
The exhaust gas purifying apparatus, wherein an opening area of the air port at a connection portion with the ozone generation device is smaller than an opening area of the pipe at a connection portion with the ozone generation device.
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JP2013122220A (en) * | 2011-12-12 | 2013-06-20 | Mitsubishi Motors Corp | Exhaust emission control device of internal combustion engine |
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