JP2016098698A - Exhaust emission control system - Google Patents

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卓哉 布施
Takuya Fuse
卓哉 布施
卓 金子
Taku Kaneko
金子  卓
稲垣 孝治
Koji Inagaki
孝治 稲垣
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株式会社デンソー
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an exhaust emission control system capable of improving antifreezing performance of a solution for reduction including a reducer for reducing nitrogen oxide included in an exhaust gas.SOLUTION: An exhaust emission control system for purifying an exhaust gas discharged from an internal combustion engine 100, includes a tank 4 for storing an urea aqueous solution reducing nitrogen oxide included in the exhaust gas, a SCR catalyst 22 disposed in an exhaust flow channel 11 and enhancing reductive reaction of nitrogen oxide, and an addition valve 3 for supplying the urea aqueous solution supplied from the tank 4 to the SCR catalyst 22. The urea aqueous solution has urea as a reducer for reducing nitrogen oxide included in the exhaust gas, a solute 70 different from urea, and water as a solvent, and the solute 70 is composed of a molecule having a head 71 selectively approaching a solid-liquid interface 80 of water when a temperature of the urea aqueous solution becomes a predetermined reference temperature or less, and a tail 72 connected to the head 71 and having a hydrophobic property.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、排気を浄化する排気浄化システムに関するものである。 The present invention relates to an exhaust purification system for purifying exhaust.

従来、車両の内燃機関から排出される窒素酸化物(NOx)を低減する技術として、尿素を用いた選択的還元触媒(SCR触媒)を有する排気浄化システム(尿素SCRシステム)が知られている(例えば、特許文献1参照)。 Conventionally, as a technique for reducing nitrogen oxides discharged from an internal combustion engine of the vehicle (NOx), exhaust gas purification system having a selective reduction catalyst (SCR catalyst) with urea (urea SCR systems) are known ( For example, see Patent Document 1).

この特許文献1に記載のような排気浄化システムは、内燃機関の排気流路に、還元剤の作用でNOxを選択的に還元するSCR触媒が配置されており、SCR触媒の排気流れ上流側に、還元剤となる尿素水溶液が噴射されるように構成されている。 Exhaust gas purification system as described in Patent Document 1, the exhaust passage of the internal combustion engine, the SCR catalyst for selectively reducing NOx by the action of a reducing agent is disposed in the exhaust stream upstream of the SCR catalyst , urea aqueous solution serving as a reducing agent is configured to be injected. この排気浄化システムに用いられる尿素水溶液としては、凍結温度が最も低い(−11℃)、尿素32.5%水溶液が用いられている。 The aqueous urea solution used in the exhaust gas purification system, the lowest (-11 ° C.) freezing temperature, 32.5% aqueous solution of urea is used.

ところが、寒冷地や厳冬期のように使用環境が極低温となる場合には、尿素水溶液を貯留する尿素水タンクの周囲の温度が、尿素水溶液の凝固点(−11℃)まで低下するおそれがある。 However, when the use environment is cryogenically as a cold district or midwinter, the ambient temperature of the urea water tank for storing the urea aqueous solution, it may be decreased to the freezing point of the urea solution (-11 ° C.) . このため、尿素水タンク内において尿素水溶液が局所的に凍結または全凍結するおそれがあり、低温下での凍結対策が必要となっている。 Therefore, aqueous urea solution in the urea solution tank there is a risk of freezing or the total frozen locally have been required freezing protection at low temperatures.

これに対し、従来の排気浄化システムでは、尿素水タンク内や、尿素水タンクに接続する尿素水配管等にヒータを配設している。 In contrast, in the conventional exhaust gas purification system, and the urea water tank is disposed a heater urea water pipe for connecting to the aqueous urea tank. これにより、尿素水溶液の凍結を抑制している。 This suppresses the freezing of the urea aqueous solution.

特開2009−35644号公報 JP 2009-35644 JP

しかしながら、上記従来の技術では、凍結温度が最も低くなる濃度の尿素水溶液を用いているため、尿素水溶液中の尿素濃度をこれ以上増大させることが困難という問題がある。 However, in the conventional art, due to the use of urea solution concentration freezing temperature becomes the lowest, there is a problem that it is difficult to increase the concentration of urea in the urea aqueous solution further. すなわち、尿素水溶液中の尿素濃度を増大させると、凝固点が上昇してしまうという問題がある。 In other words, increasing the concentration of urea in the urea aqueous solution, there is a problem that the freezing point is increased.

したがって、上記従来の技術では、尿素水溶液中の水の量が多くなるため、尿素水タンクの容量を大きくする、または、尿素水タンクに尿素水溶液を注入するリフィル回数を増加させる必要がある。 Therefore, in the conventional art, since the many amounts of water in the aqueous urea solution, to increase the capacity of the urea water tank, or, it is necessary to increase the refill times of injecting urea solution into the aqueous urea tank. また、尿素水溶液中の水の量が多いため、SCR触媒の上流側に噴射した際に、尿素水溶液を蒸発させるのに必要な熱量が増大してしまう。 Further, since the large amount of water in the aqueous urea solution, when injected into the upstream side of the SCR catalyst, the amount of heat needed to evaporate the aqueous urea solution is increased.

ところで、上記従来の技術では、尿素水溶液の温度が凝固点まで低下した場合にヒータを作動させることで、尿素水溶液の凍結を抑制している。 Incidentally, in the above prior art, by operating the heater when the temperature of the urea aqueous solution is lowered to the freezing point, thereby suppressing the freezing of the urea aqueous solution. このため、尿素水溶液の凝固点が高いと、ヒータを作動させる頻度が高くなり、ヒータによる電力消費が増大してしまう。 Therefore, when a high freezing point of the urea aqueous solution, the frequency for actuating the heater is high, power consumption by the heater increases. その結果、車両の燃費が悪化するという問題がある。 As a result, there is a problem that the fuel economy of the vehicle is deteriorated.

本発明は上記点に鑑みて、排気に含まれる窒素酸化物を還元する還元剤を含む還元用溶液の不凍性能を向上させることができる排気浄化システムを提供すること目的とする。 The present invention is made in view of the above disadvantages, and an object to provide an exhaust gas purification system capable of improving the antifreeze properties of the reducing solution containing a reducing agent for reducing nitrogen oxides contained in the exhaust.

上記目的を達成するため、請求項1に記載の発明では、窒素および酸素の存在下における燃料酸化に基づいてエネルギ変換する際に窒素酸化物を含む排気を生成するエネルギ変換部(100)から排出される排気を浄化する排気浄化システムにおいて、排気に含まれる窒素酸化物を還元する還元用溶液を貯留する貯留部(4)と、排気が流通する排気流路(11)に設けられるとともに、窒素酸化物の還元反応を促進する触媒(22)と、貯留部(4)から供給された還元用溶液を触媒(22)に供給する供給部(3)とを備え、還元用溶液は、排気に含まれる窒素酸化物を還元する還元剤と、還元剤とは異なる溶質(70)と、還元剤および溶質(70)を溶解可能な溶媒とを有しており、溶質(70)は、還元用溶液の温度が予め定めた To achieve the above object, the invention described in claim 1, exhaust from the energy conversion unit for generating an exhaust gas containing nitrogen oxides (100) when the energy conversion based on the fuel oxidation in the presence of nitrogen and oxygen in the exhaust purification system that purifies exhaust gas that is, a reservoir for storing the reducing solution for reducing nitrogen oxides contained in the exhaust (4), together with the exhaust is provided in the exhaust passage that flows (11), nitrogen a catalyst (22) to promote the reduction reaction of the oxide, the supply unit for supplying a reducing solution supplied from the reservoir (4) to the catalyst (22) and a (3), reducing solution is an exhaust a reducing agent for reducing nitrogen oxides contained, different solute (70) with a reducing agent, has a dissolvable solvent reducing agent and solute (70), the solute (70), for reducing temperature of the solution was determined in advance 準温度以下になった場合に、溶媒の固液界面(80)に選択的に近接する第1部位(71)と、第1部位(71)に接続されるとともに、溶媒に対して疎となる関係を有する第2部位(72)とを有する分子により構成されていることを特徴とする。 If it becomes less than reference temperature, the first portion (71) to selectively close the solvent the solid-liquid interface (80) is connected to the first portion (71), the sparse relative to the solvent characterized in that it is constituted by molecules having a second portion having a relationship (72).

これによれば、還元用溶液の温度が低下して基準温度以下になった場合に、溶質(70)の第1部位(71)が溶媒の固液界面(80)に選択的に近接して吸着する。 According to this, when the temperature of the reducing solution became reference temperature below drops, the first site of the solute (70) (71) is selectively close the solid-liquid interface (80) of the solvent adsorption to. これにより、溶媒の固液界面(80)に吸着した第1部位(71)により、溶媒の凝固核の成長が阻害されるため、凍結の進行を抑制できる。 Thus, the first portion (71) adsorbed to the solid-liquid interface of the solvent (80), the growth of solidification nuclei of the solvent is inhibited, it is possible to suppress the progression of freezing. さらに、溶媒に対して疎となる関係を有する第2部位(72)により、溶媒が固液界面(80)に近づくことが抑制されるので、凍結の進行をより抑制できる。 Further, the second portion (72) having a relation of sparse with respect to the solvent, because it is suppressed to approach the solvent the solid-liquid interface (80), can be further suppressed progression of freezing. したがって、還元用溶液の不凍性能を向上させることが可能となる。 Therefore, it is possible to improve the antifreeze properties of the reducing solution.

なお、この欄および特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。 The reference numerals in parentheses of each means described in the scope of this column and the claims are to show the correspondence with specific means described in embodiments described later.

本発明の実施形態に係る尿素SCRシステムの全体構成を示す概略図である。 It is a schematic diagram showing the overall configuration of a urea SCR system according to an embodiment of the present invention. 本発明の実施形態における尿素水溶液の構成を説明するための説明図である。 It is an explanatory diagram for explaining a configuration of a urea solution in an embodiment of the present invention. 尿素水溶液の温度と凍結個数頻度との関係を示す特性図である。 It is a characteristic diagram showing the relationship between the temperature and freezing number frequency of the urea aqueous solution.

以下、本発明の一実施形態について図に基づいて説明する。 Hereinafter will be described with reference to FIGS an embodiment of the present invention. 本実施形態では、本発明の排気浄化システムを、車両の内燃機関の尿素SCRシステムに適用した例について説明する。 In the present embodiment, the exhaust purification system of the present invention, an example of applying the urea SCR system for an internal combustion engine of a vehicle will be described.

図1に示すように、車両の内燃機関100には、エンジンから排出される排気が流通する排気流路11が接続されている。 As shown in FIG. 1, the internal combustion engine 100 of a vehicle, the exhaust passage 11 to the exhaust gas discharged from the engine flows is connected. 内燃機関100は、空気中、すなわち窒素および酸素の存在下における燃料酸化に基づいて、燃料のエネルギを他の形態のエネルギである動力に変換するエネルギ変換部である。 Internal combustion engine 100 is in the air, namely on the basis of the fuel oxidation in the presence of nitrogen and oxygen, an energy converter for converting the energy of the fuel to power is the energy of another form. 内燃機関100は、エネルギ変換を行う際に、窒素酸化物を含む排気を生成する。 Internal combustion engine 100, when performing the energy conversion, to produce a exhaust gas containing nitrogen oxides. 本実施系形態では、内燃機関100として、ディーゼルエンジンが採用されている。 In this exemplary system embodiment, the internal combustion engine 100, the diesel engine is employed.

内燃機関100から排出される排気は、排気流路11に設置した排気後処理装置1を通過した後、車外に放出される。 Exhaust gas discharged from the internal combustion engine 100, after passing through the exhaust post-treatment device 1 installed in the exhaust passage 11 is discharged to the outside of the vehicle. 排気後処理装置1は、排気中のNOx(窒素酸化物)を浄化するための触媒として、排気流れ上流側から順に第1酸化触媒21、選択的還元触媒(SCR触媒)22、第2酸化触媒23を有している。 Exhaust post-treatment device 1, as a catalyst for purifying NOx in the exhaust gas (nitrogen oxide), the first oxidation catalyst 21 from the exhaust stream upstream to downstream in the mentioned order, the selective reduction catalyst (SCR catalyst) 22, a second oxidation catalyst It has a 23.

第1酸化触媒21は、排気中の一酸化窒素(NO)を二酸化窒素(NO 2 )に転換してNOx中のNO 2比率を高め、後述するNOx還元反応を容易にする。 The first oxidation catalyst 21, nitrogen monoxide in the exhaust gas (NO) and converted into nitrogen dioxide (NO 2) increasing the NO 2 ratio in NOx, to facilitate NOx reduction reaction described below. 同時に、第1酸化触媒21は、排気中の炭化水素(HC)および一酸化炭素(CO)を酸化する機能も果たしている。 At the same time, the first oxidation catalyst 21 has a function to oxidize hydrocarbons (HC) and carbon monoxide in the exhaust (CO).

SCR触媒22は、還元剤の作用でNOxを選択的に還元浄化する。 SCR catalyst 22 selectively reduces and purifies NOx by the action of a reducing agent. すなわち、SCR触媒22は、NOxの還元反応を促進する触媒である。 That, SCR catalyst 22 is a catalyst which promotes the reduction reaction of NOx. 第1酸化触媒21とSCR触媒22との間には、SCR触媒22に還元剤を供給する供給部としての添加弁3が設けられている。 Between the first oxidation catalyst 21 and the SCR catalyst 22, the addition valve 3 as a supply unit for supplying a reducing agent is provided in the SCR catalyst 22. 本実施形態では、還元剤としてアンモニアの前駆体である尿素を使用し、取り扱いの容易な尿素水溶液の状態で、添加弁3から排気流路11内に噴射供給する。 In the present embodiment, urea is used as a precursor of ammonia as a reducing agent, in a state of easy urea solution handling, injecting and supplying the exhaust passage 11 from the addition valve 3.

本実施形態の尿素水溶液は、還元剤である尿素と、尿素を溶解可能な溶媒である水とを有する混合溶液であり、本発明の還元用溶液に相当している。 Urea solution of the embodiment, and urea as a reducing agent, a mixed solution having water as a solvent capable of dissolving urea corresponds to the reducing solution of the present invention. なお、尿素水溶液の組成の詳細については後述する。 It will be described later in detail the composition of the urea aqueous solution.

第2酸化触媒23は、尿素から生成されるアンモニアがNOxと反応せずに放出されるのを抑制するためのもので、SCR触媒22を通過したアンモニアを酸化、分解して無害化する。 The second oxidation catalyst 23, the ammonia generated from the urea used to suppress from being released without reacting with NOx, oxidizing ammonia passed through the SCR catalyst 22, to harmless decomposed. 本実施形態では、SCR触媒22と第2酸化触媒23とを一体的に設けている。 In the present embodiment, it is provided integrally with the SCR catalyst 22 and the second oxidation catalyst 23.

添加弁3に供給される尿素水溶液は、貯留部としてのタンク4に貯蔵されている。 Urea aqueous solution supplied to the addition valve 3 is stored in a tank 4 as reservoir. タンク4は、所定容量の密封容器である。 Tank 4 is a sealed container of a predetermined volume.

タンク4の内部には、タンク4に貯留された尿素水溶液を吸い出すポンプ41が設けられている。 Inside the tank 4, the pump 41 sucking the urea aqueous solution stored in the tank 4 is provided. タンク4には、ポンプ41と添加弁3とを接続する尿素水溶液供給路31が接続されている。 The tank 4, the urea aqueous solution supply path 31 which connects the addition valves 3 and pump 41 is connected. 尿素水溶液供給路31には、尿素水溶液に混ざった異物を取り除くためのフィルタ42が設けられている。 The urea solution supply path 31, a filter 42 for removing mixed foreign matter in the aqueous urea solution is provided.

ポンプ41を駆動することで、タンク4内に貯留されている尿素水溶液が吸い出され、フィルタ42を経由して、添加弁3へ圧送される。 By driving the pump 41, is sucked urea aqueous solution stored in the tank 4, via the filter 42, it is pumped into the addition valve 3. このポンプ41は、後述する制御装置5から出力される制御信号によって回転数(尿素水溶液供給量)が制御される電動式のポンプである。 The pump 41 is electrically driven pump rotational speed (aqueous urea solution supply amount) is controlled by a control signal output from the control unit 5 to be described later.

添加弁3は、例えば、公知のエアアシスト式の噴射弁構造とすることができる。 Addition valve 3, for example, be a injector structure of known air assisted. エアアシスト式では、添加弁3に尿素水溶液供給路31を接続するとともに、エアコンプレッサを設けたエア供給路(図示せず)を接続し、アクチュエータにてノズル部3aを開閉して排気流路11内にアシスト用のエアとともに尿素水溶液を噴射する。 The air-assist type, with connecting aqueous urea solution supply path 31 to the addition valve 3 to connect the air supply passage provided with an air compressor (not shown), an exhaust passage 11 by opening and closing the nozzle portion 3a by an actuator injecting a urea solution with air for assisting within.

添加弁3は、図示するように、排気流路11の壁部に対して傾斜して取り付けられている。 Addition valve 3, as shown, is mounted inclined relative to the wall portion of the exhaust passage 11. このとき、排気流路11内に突出するノズル部3aの噴射方向が、排気流れと平行な方向となり、尿素水溶液が、SCR触媒22の入口側端面の全面に均等に供給される。 At this time, the injection direction of the nozzle portion 3a projecting into the exhaust passage 11, becomes exhaust flow and parallel to the direction, the urea aqueous solution is uniformly supplied to the entire surface of the inlet-side end surface of the SCR catalyst 22.

尿素水溶液供給路31には、供給圧力を調整するため開閉弁を備えるプレッシャレギュレータ6が設けられている。 The urea solution supply path 31, the pressure regulator 6 is provided with an opening and closing valve for regulating the supply pressure. プレッシャレギュレータ6は、設定圧を超えると開閉弁が開放されて、タンク4上部に接続されたリターン路61から余剰の尿素水溶液がタンク4に戻るように構成されている。 Pressure regulator 6 is opened and the on-off valve exceeds a set pressure, the excess of the urea aqueous solution is configured to return to the tank 4 from the return passage 61 connected to the tank 4 top.

タンク4の内部には、タンク4内の尿素水溶液を加熱するタンク内ヒータ43が設けられている。 Inside the tank 4, the tank heater 43 for heating the urea solution tank 4 is provided. また、尿素水溶液供給路31には、尿素水溶液供給路31を流通する尿素水溶液を加熱する供給路ヒータ33が設けられている。 Further, the urea aqueous solution supply passage 31, supply channel heater 33 for heating the aqueous urea solution flowing in the urea aqueous solution supply path 31 is provided. 以下、「タンク内ヒータ43および供給路ヒータ33」をまとめて「ヒータ33、43」ともいう。 Hereinafter collectively "tank heater 43 and supply channel heater 33" also referred to as "heater 33, 43 '.

本実施形態では、ヒータ33、43として、電気が供給されることにより尿素水溶液を加熱する電気ヒータが採用されている。 In the present embodiment, as the heater 33 and 43, an electric heater for heating the aqueous urea solution by electricity supplied it is adopted. ヒータ33、43は、後述する制御装置5から出力される制御信号によって、その作動(発熱量)が制御される。 Heaters 33 and 43, a control signal output from the controller 5 to be described later, the operation (heat generation amount) is controlled.

制御装置5は、CPU、ROMおよびRAM等を含む周知のマイクロコンピュータとその周辺回路から構成される。 The control unit 5, CPU, composed of the peripheral circuits of a known microcomputer including a ROM, a RAM, and the like. そして、このROM内に記憶された制御プログラムに基づいて各種演算、処理を行って、出力側に接続された各種機器の作動を制御する。 Then, the ROM in various based on a control program stored in the calculation, performs processing, and controls the operation of the connected various devices on the output side.

制御装置5の出力側には、上述した添加弁3、ポンプ41およびヒータ33、43等が接続されている。 The output side of the control device 5, the addition valve 3 mentioned above, the pump 41 and the heater 33, 43, etc. are connected.

制御装置5の入力側には、尿素水溶液供給路31を流通する尿素水溶液の圧力を検出する圧力センサ51、尿素水溶液供給路31を流通する尿素水溶液の温度を検出する温度センサ52、内燃機関100から流出した冷却水の冷却水温度を検出する水温センサ53、外気温を検出する外気温センサ54等のセンサ群が接続されている。 The input side of the control device 5, a pressure sensor 51 for detecting the pressure of the urea aqueous solution flowing in the urea aqueous solution supply path 31, a temperature sensor 52 for detecting the temperature of the aqueous urea solution flowing in the urea aqueous solution supply path 31, the internal combustion engine 100 a water temperature sensor 53 for detecting, the sensor group, such as an outside air temperature sensor 54 for detecting the outside air temperature are connected to the cooling water temperature of the cooling water flowing out.

図1において、添加弁3から排気流路11内に本実施形態の尿素水溶液が噴射されると、以下の化1に示すように、噴射された尿素水溶液中の尿素は、排気熱により熱分解されてアンモニア(NH 3 )が発生する。 In Figure 1, the urea solution of the embodiment into the exhaust passage 11 from the addition valve 3 is injected, as shown in the following formula 1, urea in the injected urea aqueous solution is thermally decomposed by exhaust heat are ammonia (NH 3) is generated.

(化1) (Formula 1)
(NH 22 CO→NH 3 +CHNO (NH 2) 2 CO → NH 3 + CHNO
このとき、同時に生成するシアン酸(CHNO)は、以下の化2に示すように、さらに加水分解され、アンモニアと二酸化炭素が発生する。 In this case, the cyanate (CHNO) simultaneously produced, as shown in the following formula 2, is further hydrolyzed, ammonia and carbon dioxide are generated.

(化2) (Formula 2)
CHNO+H 2 O→NH 3 +CO 2 CHNO + H 2 O → NH 3 + CO 2
発生したアンモニアは、以下の化3に示すように、SCR触媒22上でNOxの還元剤として作用し、NOxの還元反応を促進する。 Generated ammonia, as shown in the following formula 3, it acts as a NOx reducing agent on the SCR catalyst 22, to promote the reduction reaction of NOx.

(化3) (Of 3)
NO+NO 2 +2NH 3 →2N 2 +3H 2 NO + NO 2 + 2NH 3 → 2N 2 + 3H 2 O
一方、NOxの還元に寄与せずにSCR触媒22を通過したアンモニアは、以下の化4に示すように、第2酸化触媒23により浄化される。 Meanwhile, the ammonia which has passed through the SCR catalyst 22 without contributing to the reduction of NOx, as shown in the following formula 4 is purified by the second oxidation catalyst 23.

(化4) (Of 4)
4NH 3 +3O 2 →2N 2 +6H 2 4NH 3 + 3O 2 → 2N 2 + 6H 2 O
次に、本実施形態に係る尿素SCRシステムで用いられる尿素水溶液について説明する。 It will now be described urea solution used in the urea SCR system according to the present embodiment. 本実施形態の尿素水溶液は、排気に含まれる窒素酸化物を還元する還元剤である尿素と、尿素(還元剤)とは異なる溶質70と、尿素(還元剤)を溶解可能な溶媒である水とを有する溶液により構成されている。 Urea solution of the embodiment, and urea as a reducing agent for reducing nitrogen oxides contained in the exhaust, different solute 70 from the urea (reducing agent), a solvent capable of dissolving urea (reducing agent) water It is constituted by a solution having and.

図2に示すように、尿素水溶液に含まれる溶質70は、第1部位であるヘッド71と、第2部位であるテール72とを備える分子により構成されている。 As shown in FIG. 2, the solute 70 contained in the aqueous urea solution has a head 71 which is the first part, is constituted by molecules with a tail 72 which is a second portion. ヘッド71は、尿素水溶液の温度が予め定めた基準温度以下になった場合に、溶媒である水の固液界面80に選択的に近接する部位である。 Head 71, when the temperature of the aqueous urea solution becomes less than a predetermined reference temperature, a portion for selectively proximity to the solid-liquid interface 80 of water as a solvent. テール72は、ヘッド71に接続されるとともに、溶媒である水に対して疎となる関係を有する部位である。 Tail 72 is connected to the head 71 is a portion having a relation of sparse to water as a solvent.

また、溶質70の分子を構成するヘッド71およびテール72のうち、一方が親水性を有しており、他方が親油性(疎水性)を有している。 Also, of the head 71 and tail 72 constituting the molecules of the solute 70, one has a hydrophilic, the other has a lipophilic (hydrophobic). 本実施形態では、溶質70の分子のうち、ヘッド71が親水性を有しており、テール72が親油性を有している。 In the present embodiment, among the molecules of the solute 70, the head 71 has a hydrophilic tail 72 has a lipophilic.

本実施形態では、溶質70のヘッド71として、第4級アンモニウム基、スルホ基、エステル基、カルボキシル基およびヒドロキル基のうちのいずれかが採用されている。 In the present embodiment, as the head 71 of the solute 70, quaternary ammonium group, a sulfo group, an ester group, any of carboxyl group and Hidorokiru group is employed. また、溶質70のテール72として、複数の炭素を主鎖とするとともに、各炭素と結合される親水基が4個以下であるものが採用されている。 Further, as the tail 72 of solute 70, with a plurality of carbon as a main chain, and a hydrophilic group attached to each carbon is four or less is employed.

具体的には、本実施形態の溶質70として、ヘッド71がトリメチルアンモニウム基であるとともに、テール72が炭素数16以下の直鎖状炭化水素基である化合物を採用している。 Specifically, as a solute 70 of the present embodiment, the head 71 is trimethylammonium group, the tail 72 is employed a compound which is a linear hydrocarbon group having 16 or less carbon atoms. より具体的には、溶質70として、臭化ヘキサデシルトリメチルアンモニウム(以下、C 16 TABという)を採用している。 More specifically, as a solute 70, hexadecyltrimethylammonium bromide (hereinafter, C 16 of TAB) employs a.

なお、本実施形態の溶質70としては、C 16 TABの他に、ポリオキシエチレン(10)オクチルフェニルエーテル(Triton(登録商標)X−100)、ポリオキシエチレン(25)オクチルドデシルエーテル(エマルゲン(登録商標)2025G)、オレイン酸ポリオキシエチレンソルビタン(Tween(登録商標)80)、ステアリン酸PEG−150、ミリスチルスルホベタイン、コール酸ナトリウムを採用することができる。 As the solute 70 of the present embodiment, in addition to the C 16 TAB, polyoxyethylene (10) octylphenyl ether (Triton (TM) X-100), polyoxyethylene (25) octyl dodecyl ether (Emulgen ( R) 2025G), oleic acid polyoxyethylene sorbitan (Tween (R) 80), stearic acid PEG-0.99, myristyl sulfobetaine can employ sodium cholate.

ここで、現行の32.5%尿素水溶液(AdBlue(登録商標))に対して、C 16 TABを0.10%添加した溶液を、本実施形態に係る尿素水溶液という。 Here, for the current 32.5% aqueous urea solution (AdBlue (TM)), a solution prepared by adding C 16 TAB 0.10%, that the urea aqueous solution according to the present embodiment. 本発明者は、本実施形態に係る尿素水溶液を用いて、凍結実験を行った。 The present inventors, by using the urea aqueous solution according to the present embodiment, followed by freeze experiment. 具体的には、36個のディンプルを有する金属性の板状部材を用意し、各ディンプルに本実施形態に係る尿素水溶液を注入した後、板状部材の温度を低下させていき、板状部材の温度(すなわち尿素水溶液の温度)と尿素水溶液が凍結しているディンプルの個数との関係を検証した。 Specifically, to prepare a metallic plate-like member having a 36 dimples, after injection of aqueous urea solution according to the present embodiment each dimple, gradually lowering the temperature of the plate-like member, a plate-like member temperature (i.e. urea temperature of the aqueous solution) and the aqueous urea solution has verified the relationship between the number of dimples are frozen. この結果を、図3の白丸プロットに示す。 The results, shown in white circles plot of FIG.

また、本発明者は、比較例に係る尿素水溶液として、現行の32.5%尿素水溶液(AdBlue(登録商標))を用いて、上述した本実施形態に係る尿素水溶液と同様の凍結実験を行った。 The present inventors, as a urea aqueous solution according to the comparative example, by using the current 32.5% aqueous urea solution (AdBlue (R)), subjected to the same freeze experiment urea aqueous solution according to the present embodiment described above It was. この結果を、図3の白四角プロットに示す。 The results are shown in white squares plot of FIG.

なお、図3の横軸に示す温度とは、板状部材の温度、すなわち尿素水溶液の温度である。 Note that the temperature indicated on the horizontal axis of FIG. 3, the temperature of the plate-like member, that is, the temperature of the urea aqueous solution. また、図3の縦軸に示す凍結個数頻度とは、全部で36個のディンプルのうち、何個のディンプルにおいて、尿素水溶液が凍結しているかを表す指標であり、36個全てのディンプルにおいて尿素水溶液が凍結している場合を100%としている。 In addition, the frozen number frequency along the vertical axis of FIG. 3, a total of of 36 dimples, in many dimples, is an indicator of whether the urea aqueous solution is frozen, urea at 36 all dimples a case where the aqueous solution is frozen is 100%.

図3から明らかなように、本実施形態に係る尿素水溶液は、比較例に係る尿素水溶液に対して、凍結温度を7℃低下させることができる。 As apparent from FIG. 3, the urea aqueous solution according to the present embodiment can be against the urea aqueous solution according to the comparative example, lowering 7 ° C. The freezing temperature.

したがって、本実施形態に係る尿素水溶液の尿素濃度(重量パーセント濃度)を、比較例に係る尿素水溶液の尿素濃度と同じ32.5%とした場合、凝固点(凍結温度)を低下させることができる。 Therefore, the urea concentration of the urea aqueous solution according to the present embodiment (weight percent concentration), when the same 32.5% urea concentration of the urea aqueous solution according to the comparative example, the freezing point (the freezing temperature) can be lowered. このため、ヒータ33、43の作動頻度が低下するので、ヒータ33、43の消費電力を30%低減することができる。 Therefore, since the operation frequency of the heater 33, 43 is reduced, the power consumption of the heater 33, 43 can be reduced by 30%.

また、本実施形態に係る尿素水溶液の凝固点を、比較例に係る尿素水溶液の凝固点と同じ−11℃とした場合、尿素濃度を10%増大させることができる。 Further, the freezing point of the urea aqueous solution according to the present embodiment, when the same -11 ° C. and the freezing point of the urea aqueous solution according to the comparative example, it is possible to increase the urea concentration of 10%. このため、タンク4の容量、タンク4に尿素水溶液を注入するリフィル回数、および、添加弁3から尿素水溶液を噴射した際に尿素水溶液を蒸発させるのに必要な蒸発熱を、それぞれ、10%低減することができる。 Therefore, the capacity of the tank 4, the refill number of injecting urea aqueous solution tank 4, and the heat of evaporation required from the addition valve 3 to evaporate the aqueous urea solution when the injected urea aqueous solution, respectively, 10% reduction can do.

ところで、尿素水溶液に含まれる溶質70の濃度は、水に対する溶質70の飽和溶解濃度よりも小さくなっている。 Incidentally, the concentration of solute 70 contained in the urea aqueous solution is smaller than the saturation concentration of dissolved solute 70 to water. これによれば、溶質70が再結晶し、その結晶を核として氷が成長することを抑制できる。 According to this, the solute 70 is recrystallized, it can be suppressed ice grows the crystal as a nucleus. さらに、尿素水溶液に含まれる溶質70の濃度を、水に対する溶質70の臨界ミセル濃度以下にすることで、溶質70がミセル化し、そのミセルを核として氷が成長することを抑制できる。 Furthermore, the concentration of solute 70 contained in the aqueous urea solution by below the critical micelle concentration of solute 70 to water can be suppressed solute 70 micellar ice grows the micelles as a nucleus.

以上説明したように、本実施形態では、尿素水溶液に、尿素と異なる溶質70を混合している。 As described above, in the present embodiment, the urea aqueous solution, and mixing different solutes 70 and urea. この溶質70は、尿素水溶液の温度が基準温度以下になった場合に、水の固液界面80に選択的に近接するヘッド71と、ヘッド71に接続されるとともに疎水性を有するテール72とを備える分子により構成されている。 The solute 70, when the temperature of the aqueous urea solution is equal to or less than the reference temperature, a head 71 that selectively close the solid-liquid interface 80 of water, and a tail 72 having hydrophobic is connected to the head 71 It is composed of molecules with.

これによれば、尿素水溶液の温度が低下して基準温度以下になった場合に、溶質70のヘッド71が水の固液界面80に選択的に近接して吸着する。 According to this, when the temperature of the aqueous urea solution becomes a reference temperature or less reduced, the head 71 of the solute 70 is adsorbed selectively close the solid-liquid interface 80 of the water. そして、水の固液界面80に吸着したヘッド71により、水の氷核(凝固核)の成長が阻害されるため、凍結の進行を抑制できる。 Then, by the head 71 adsorbed to the solid-liquid interface 80 of the water, the growth of water ice nucleation (solidification nuclei) is inhibited, it is possible to suppress the progression of freezing. さらに、疎水性を有するテール72により、水が固液界面80に近づくことが抑制されるので、凍結の進行をより抑制できる。 Further, the tail 72 having a hydrophobic, since it is prevented that water approaches the solid-liquid interface 80 can be further suppressed progression of freezing. したがって、尿素水溶液の不凍性能を向上させることが可能となる。 Therefore, it is possible to improve the antifreeze properties of the aqueous urea solution.

このため、尿素水溶液の凝固点を従来と同じ温度に保ちつつ、すなわち従来と同等の不凍性能を確保しつつ、尿素水溶液の尿素濃度を増大させることができる。 Therefore, while maintaining the freezing point of the urea aqueous solution to the same temperature as conventional, i.e. while ensuring conventional equivalent antifreeze performance, it is possible to increase the urea concentration of the urea aqueous solution. これにより、タンク4の容量、タンク4に尿素水溶液を注入するリフィル回数、および、添加弁3から尿素水溶液を噴射した際に尿素水溶液を蒸発させるのに必要な蒸発熱を低減することが可能となる。 Thus, the capacity of the tank 4, the refill number of injecting urea aqueous solution tank 4, and, can be reduced evaporation heat needed from the addition valve 3 to evaporate the aqueous urea solution when the injected urea aqueous solution Become.

一方、尿素水溶液の尿素濃度を従来と同等にした場合、尿素水溶液の凝固点を低下させることができる。 On the other hand, when the equivalent to the conventional urea concentration of the urea aqueous solution, it is possible to lower the freezing point of the urea aqueous solution. これにより、ヒータ33、43の消費電力を低減することができる。 Thus, it is possible to reduce the power consumption of the heater 33, 43.

したがって、本実施形態の構成によれば、尿素水溶液の尿素濃度の増大、および、ヒータ33、43の消費電力の低減の、少なくとも一方を図ることができる。 Therefore, according to the configuration of the present embodiment, the increase in urea concentration of the urea aqueous solution, and, for reduction of power consumption of the heater 33 and 43, it is possible to achieve at least one.

ところで、上述した従来の技術では、尿素水溶液に対してアルコール系の有機溶媒を10%程度混合することにより、不凍性能を確保していた。 Incidentally, in the conventional technology described above, by mixing about 10% of organic solvent of alcohol with respect to the urea aqueous solution has secured antifreeze properties. しかしながら、この従来の技術では、尿素水溶液に含まれるアルコール系の有機溶媒の濃度が高いため、アルコールの影響で排気の組成が変化したり、SCR触媒22にアルコールが付着したりするおそれがあった。 However, this prior art, due to the high concentration of organic solvent of alcohol contained in the aqueous urea solution, or changes in composition of the exhaust under the influence of alcohol, the alcohol there is a risk that may adhere to the SCR catalyst 22 .

これに対し、本実施形態では、尿素水溶液に対して混合するC 16 TABの濃度は0.1%であるため、尿素水溶液に対して混合する溶質70の量を従来の100分の1程度としつつ、不凍性能を確保することができる。 In contrast, in this embodiment, since C 16 TAB concentrations of mixed against the urea aqueous solution is 0.1%, the amount of solute 70 to be mixed with respect to the urea aqueous solution with about one conventional 100 minutes while, it is possible to ensure the antifreeze properties. このため、溶質70の影響で排気の組成が変化することを抑制できるとともに、SCR触媒22に溶質70が付着することを抑制できる。 Therefore, it is possible to suppress that the composition of the exhaust at the impact of solute 70 changes, it is possible to suppress the solute 70 is attached to the SCR catalyst 22.

(他の実施形態) (Other embodiments)
本発明は上述の実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で、例えば以下のように種々変形可能である。 The present invention is not limited to the above embodiments, without departing from the scope and spirit of the present invention, for example and can be variously modified as follows.

(1)上記実施形態では、エネルギ変換部としてディーゼルエンジンを採用した例について説明したが、エネルギ変換部はこれに限定されない。 (1) In the above embodiment, an example has been described employing a diesel engine as an energy conversion unit, not energy conversion unit is not limited to this. 例えば、エネルギ変換部としてガソリンエンジンを採用してもよい。 For example, it may be adopted gasoline engine as an energy conversion unit.

(2)上記実施形態では、本発明の排気浄化システムを、尿素SCRシステムに適用した例について説明したが、これに限らず、その他の排気浄化システムに適用してもよい。 In (2) above embodiment, the exhaust purification system of the present invention have been described as being applied to a urea SCR system it is not limited thereto and may be applied to the other exhaust gas purification system.

(3)上記実施形態では、添加弁3の排気流れ下流側に位置するSCR触媒22と第2酸化触媒23とを一体的に収容した例について説明したが、これに限らず、SCR触媒22および第2酸化触媒23を別体に設けてもよい。 (3) In the above embodiment, an example was described in which integrally accommodates the SCR catalyst 22 located in the exhaust stream downstream of the addition valve 3 and the second oxidation catalyst 23 is not limited thereto, the SCR catalyst 22 and the second oxidation catalyst 23 may be provided separately.

3 添加弁(供給部) 3 addition valve (supply portion)
4 タンク(貯留部) 4 tank (reservoir portion)
11 排気流路 22 SCR触媒(触媒) 11 exhaust passage 22 SCR catalyst (catalyst)
70 溶質 71 ヘッド(第1部位) 70 solute 71 head (first part)
72 テール(第2部位) 72 Tail (second part)
80 固液界面 100 内燃機関(エネルギ変換部) 80 solid-liquid interface 100 an internal combustion engine (energy conversion unit)

Claims (5)

  1. 窒素および酸素の存在下における燃料酸化に基づいてエネルギ変換する際に窒素酸化物を含む排気を生成するエネルギ変換部(100)から排出される前記排気を浄化する排気浄化システムであって、 A exhaust gas purification system for purifying the exhaust gas discharged from the energy conversion unit that generates an exhaust (100) containing nitrogen oxides when the energy conversion based on the fuel oxidation in the presence of nitrogen and oxygen,
    前記排気に含まれる前記窒素酸化物を還元する還元用溶液を貯留する貯留部(4)と、 Reservoir for storing a reducing solution to reduce the nitrogen oxides contained in the exhaust (4),
    前記排気が流通する排気流路(11)に設けられるとともに、前記窒素酸化物の還元反応を促進する触媒(22)と、 Wherein together is provided in the exhaust passage exhaust flows (11), a catalyst (22) to promote the reduction reaction of the nitrogen oxides,
    前記貯留部(4)から供給された前記還元用溶液を前記触媒(22)に供給する供給部(3)とを備え、 The reservoir the reduction solution which is supplied from (4) and a supply unit (3) supplied to the catalyst (22),
    前記還元用溶液は、前記排気に含まれる前記窒素酸化物を還元する還元剤と、前記還元剤とは異なる溶質(70)と、前記還元剤および前記溶質(70)を溶解可能な溶媒とを有しており、 The reducing solution comprises a reducing agent for reducing the nitrogen oxides contained in the exhaust, different solute (70) and the reducing agent, and the possible dissolution of the reducing agent and the solute (70) solvent has,
    前記溶質(70)は、 The solute (70),
    前記還元用溶液の温度が予め定めた基準温度以下になった場合に、前記溶媒の固液界面(80)に選択的に近接する第1部位(71)と、 When the temperature of the reducing solution is below a predetermined reference temperature, the first portion for selectively proximity (71) to the solid-liquid interface of the solvent (80),
    前記第1部位(71)に接続されるとともに、前記溶媒に対して疎となる関係を有する第2部位(72)とを有する分子により構成されていることを特徴とする排気浄化システム。 Exhaust gas purification system is connected to said first portion (71), characterized in that it is constituted by molecules having a second portion (72) having a sparse and the relationship relative to the solvent.
  2. 前記第1部位(71)および前記第2部位(72)のうち、一方が親水性を有しており、他方が親油性を有していることを特徴とする請求項1に記載の排気浄化システム。 One of the first portion (71) and said second portion (72), one has a hydrophilic, exhaust purification according to claim 1 and the other is characterized by having a lipophilic system.
  3. 前記溶質(70)の濃度は、前記還元用溶液に対する前記溶質(70)の飽和溶解濃度よりも小さいことを特徴とする請求項1または2に記載の排気浄化システム。 The concentration of the solute (70), an exhaust purifying system according to claim 1 or 2, characterized in that the smaller than the saturation dissolution concentration of the solute (70) for reducing solutions.
  4. 前記溶質(70)の濃度は、前記還元用溶液に対する前記溶質(70)の臨界ミセル濃度以下であることを特徴とする請求項1ないし3のいずれか1つに記載の排気浄化システム The concentration of the solute (70), an exhaust purifying system according to any one of claims 1 to 3, characterized in that said at critical micelle concentration following the solute in reducing solution (70)
  5. 前記還元剤は尿素であり、 The reducing agent is urea,
    前記溶媒は水であることを特徴とする請求項1ないし4のいずれか1つに記載の排気浄化システム。 An exhaust purifying system according to the solvent any one of claims 1 to 4, characterized in that is water.
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