JP2013209885A - 排ガス浄化装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】エンジン11の排気管18に設けられた選択還元型触媒12が排ガス中のNOxをN2に還元し、尿素水改質器16の改質ケース内で尿素水13をヒータ32で加熱することにより尿素水を熱分解し更に加水分解してアンモニアガス14に改質する。尿素水供給手段17が尿素水改質器に尿素水を供給し、選択還元型触媒より排ガス上流側の排気管に臨むアンモニアガス噴射ノズル19がアンモニアガスを噴射する。尿素水改質器内の温度を検出する改質器温度センサ51,52と、尿素水改質器内の圧力を検出する改質器圧力検出手段42と、選択還元型触媒に関係する排ガス温度を検出する触媒温度センサ43との各検出出力に基づいてコントローラ47がヒータ及び尿素水供給手段を制御する。
【選択図】図1
Description
図1に示すように、排ガス浄化装置は、ディーゼルエンジン11から排出された排ガス中のNOxをN2に還元可能な選択還元型触媒12と、尿素水13をアンモニアガス14に改質する尿素水改質器16と、尿素水改質器16に尿素水13を供給する尿素水供給手段17と、選択還元型触媒12より排ガス上流側の排気管18に臨みアンモニアガス14を噴射可能なアンモニアガス噴射ノズル19とを備える。ディーゼルエンジン11の吸気ポートには吸気マニホルド21を介して吸気管22が接続され、排気ポートには排気マニホルド23を介して排気管18が接続される。吸気管22には、ターボ過給機26のコンプレッサハウジング26aと、ターボ過給機26により圧縮された吸気を冷却するインタクーラ27とがそれぞれ設けられ、排気管18にはターボ過給機26のタービンハウジング26bが設けられる。コンプレッサハウジング26aにはコンプレッサ回転翼(図示せず)が回転可能に収容され、タービンハウジング26bにはタービン回転翼(図示せず)が回転可能に収容される。コンプレッサ回転翼とタービン回転翼とはシャフト(図示せず)により連結され、エンジン11から排出される排ガスのエネルギによりタービン回転翼及びシャフトを介してコンプレッサ回転翼が回転し、このコンプレッサ回転翼の回転により吸気管22内の吸入空気が圧縮されるように構成される。
HNCO + H2O → NH3 + CO2 ……(2)
上記式(1)は尿素水13の熱分解式であり、この反応に水は寄与しない。また式(2)はイソシアン酸(HNCO)からアンモニアガス(NH3)14への加水分解式である。
上記式(3)は、排ガス中のNO及びNO2が選択還元型触媒12上でアンモニアガス14と反応して、NO及びNO2がN2に還元される化学反応式を示す。この結果、排ガス温度が比較的低いときであっても排ガス中のNOxを効率良く低減できる。
図6は本発明の第2の実施の形態を示す。図6において図1と同一符号は同一部品を示す。この実施の形態では、尿素水供給手段77により供給された尿素水13を尿素水改質器16を介さずに排気管18に直接噴射する尿素水噴射ノズル71が選択還元型触媒12より排ガス上流側の排気管18に設けられる。尿素水供給手段77は、尿素水13を尿素水改質器16又は尿素水噴射ノズル71に圧送するポンプ37と、ポンプ37から圧送される尿素水13の圧力を調整する圧力調整弁40に加えて、ポンプ37と尿素水改質器16とを接続する第1供給管41を通る尿素水13の流量を調整する第1流量調整弁81と、ポンプ37と尿素水噴射ノズル71とを接続する第2供給管72と、この第2供給管72を通る尿素水13の流量を調整する第2流量調整弁82とを有する。そして、コントローラ47は、第1改質器温度センサ51、第2改質器温度センサ52、改質器圧力検出手段42、触媒温度センサ43、回転センサ44及び負荷センサ46の各検出出力に基づいてヒータ32、ポンプ駆動モータ、圧力調整弁40、第1流量調整弁81及び第2流量調整弁82をそれぞれ制御するように構成される。上記以外は第1の実施の形態と同一に構成される。
図1に示すように、排気量が8000ccである直列6気筒のターボ過給機付ディーゼルエンジン11の排気管18に選択還元型触媒12を設けた。この選択還元型触媒12は、鉄をイオン交換したゼオライト粉末を含むスラリーをハニカム担体にコーティングして作製した触媒であった。また尿素水13をアンモニアガス14に改質する尿素水改質器16を用意した。この尿素水改質器16は、図2〜図4に示すように、密閉した筒状の改質ケース31と、改質ケース31内に収容された円柱状のヒータ32とを有した。そして改質ケース31の内周面に長手方向及び円周方向にそれぞれ延びる第1溝31d及び第2溝31eにて格子状溝31fを形成することにより、改質ケース31の内周面に長手方向及び円周方向にそれぞれ整列した複数の突起31gを設けた。またヒータ32は、円柱状のコイル保持部32aと、このコイル保持部32aの外周面に沿いかつコイル保持部32aの外周面に露出しないように螺旋状に埋設された電熱コイル32bとにより構成した。更に改質ケース31の両端面を第1及び第2蓋体31h,31iによりそれぞれ閉止した。
尿素水改質器を用いずに、尿素水供給手段をアンモニアガス噴射ノズルに直接接続して、尿素水をアンモニアガス噴射ノズルから噴射するように構成したこと以外は実施例1と同一に構成した。この排ガス浄化装置を比較例1とした。
エンジンの回転速度及び負荷を変化させて、実施例1及び比較例1のエンジンの排気管から排出される排ガスの温度を100℃から550℃まで徐々に上昇させたときのNOx低減率をそれぞれ測定した。その結果を図7に示す。なお、実施例1の排ガス浄化装置では、排ガス温度が100〜550℃の全範囲で、尿素水供給手段を駆動してアンモニアガス噴射ノズルからアンモニアガスを排気管に噴射した。また、比較例1の排ガス浄化装置では、排ガス温度が100〜550℃の全範囲で、尿素水供給手段を駆動してアンモニアガス噴射ノズルから尿素水を排気管に噴射した。
12 選択還元型触媒
13 尿素水
14 アンモニアガス
16 尿素水改質器
17,77 尿素水供給手段
18 排気管
19 アンモニアガス噴射ノズル
31 改質ケース
31d 第1溝
31e 第2溝
31f 格子状溝
31g 突起
32 ヒータ
33 ベース部材
33a 挿通孔
37 ポンプ
40 圧力調整弁
41 第1供給管
42 改質器圧力検出手段
43 触媒温度センサ
47 コントローラ
51 第1改質器温度センサ
52 第2改質器温度センサ
71 尿素水噴射ノズル
72 第2供給管
81 第1流量調整弁
82 第2流量調整弁
Claims (4)
- エンジン(11)の排ガスを浄化する排ガス浄化装置において、
前記エンジン(11)の排気管(18)に設けられ排ガス中のNOxをN2に還元可能な選択還元型触媒(12)と、
密閉された改質ケース(31)内で尿素水(13)をヒータ(32)にて加熱することにより前記尿素水(13)を熱分解し更に加水分解してアンモニアガス(14)に改質する尿素水改質器(16)と、
前記尿素水改質器(16)に前記尿素水(13)を供給する尿素水供給手段(17,77)と、
前記選択還元型触媒(12)より排ガス上流側の排気管(18)に臨み前記尿素水改質器(16)で改質されたアンモニアガス(14)を噴射可能なアンモニアガス噴射ノズル(19)と、
前記尿素水改質器(16)内の温度を検出する改質器温度センサ(51,52)と、
前記尿素水改質器(16)内の圧力を検出する改質器圧力検出手段(42)と、
前記選択還元型触媒(12)に関係する前記排ガス温度を検出する触媒温度センサ(43)と、
前記改質器温度センサ(51,52)、前記改質器圧力検出手段(42)及び前記触媒温度センサ(43)の各検出出力に基づいて前記ヒータ(32)及び前記尿素水供給手段(17,77)を制御するコントローラ(47)と
を備えたことを特徴とする排ガス浄化装置。 - 前記尿素水改質器(16)が、内周面に長手方向及び円周方向にそれぞれ延びる第1溝(31d)及び第2溝(31e)にて格子状溝(31f)を形成することにより内周面に長手方向及び円周方向にそれぞれ整列した複数の突起(31g)が設けられかつ両端が閉止された筒状の前記改質ケース(31)と、この改質ケース(31)の中央に長手方向に延びて収容された前記ヒータ(32)とを有し、前記尿素水(13)が前記格子状溝(31f)への流通時に前記ヒータ(32)による加熱で熱分解し更に加水分解してアンモニアガス(14)に改質されるように構成された請求項1記載の排ガス浄化装置。
- 前記尿素水改質器(16)が前記排気管(18)の外周面にベース部材(33)を介して取付けられ、前記尿素水改質器(16)により改質されたアンモニアガス(14)が前記ベース部材(33)に形成された挿通孔(33a)を通って前記アンモニアガス噴射ノズル(19)から前記排気管(18)に噴射されるように構成された請求項1又は2記載の排ガス浄化装置。
- 前記選択還元型触媒(12)より排ガス上流側の排気管(18)に設けられ前記尿素水供給手段(77)により供給された尿素水(13)を前記尿素水改質器(16)を介さずに前記排気管(18)に直接噴射する尿素水噴射ノズル(71)を更に備え、
前記尿素水供給手段(77)が、前記尿素水(13)を前記尿素水改質器(16)又は前記尿素水噴射ノズル(71)に圧送するポンプ(37)と、前記ポンプ(37)から圧送される尿素水(13)の圧力を調整する圧力調整弁(40)と、前記ポンプ(37)と前記尿素水改質器(16)とを接続する第1供給管(41)を通る尿素水(13)の流量を調整する第1流量調整弁(81)と、前記ポンプ(37)と前記尿素水噴射ノズル(71)とを接続する第2供給管(72)を通る尿素水(13)の流量を調整する第2流量調整弁(82)とを有し、
前記コントローラ(47)が前記改質器温度センサ(51,52)、前記改質器圧力検出手段(42)及び前記触媒温度センサ(43)の各検出出力に基づいて前記圧力調整弁(40)、前記第1開閉弁(81)、前記第2開閉弁(82)及び前記ヒータ(32)をそれぞれ制御するように構成された請求項1ないし3いずれか1項に記載の排ガス浄化装置。
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