JP2016160881A - Exhaust emission control device for internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、内燃機関の排気に含まれる窒素酸化物を浄化するための内燃機関の排気浄化装置に関する。 The present invention relates to an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine for purifying nitrogen oxides contained in the exhaust gas of the internal combustion engine.
従来から、エンジンなどの内燃機関の排気に含まれる窒素酸化物(NOx)を浄化するための技術が提案されている。 Conventionally, techniques for purifying nitrogen oxides (NO x ) contained in exhaust gas from internal combustion engines such as engines have been proposed.
例えば、特許文献1には、硝酸に改質された窒素酸化物を吸収液に接触させて吸収させる吸収装置が開示されている。当該吸収装置により、排気に含まれる窒素酸化物が分離除去されている。 For example, Patent Document 1 discloses an absorption device that absorbs nitrogen oxides modified to nitric acid by bringing them into contact with an absorption liquid. Nitrogen oxides contained in the exhaust gas are separated and removed by the absorption device.
窒素酸化物を吸収する吸収液として利用できるものとして、水、アルカリ水溶液、イオン液体などが知られている。これらの吸収液は、その温度によって窒素酸化物の吸収率(窒素酸化物の入力量に対する吸収量)が変動するという特徴を有している。つまり、これらの吸収液は窒素酸化物の吸収率の温度特性を有している。したがって、吸収液は、ある温度領域においては窒素酸化物を効率よく吸収するが、別の温度領域においては窒素酸化物をほとんど吸収できなくなる場合がある。これにより、いずれの吸収液を用いたとしても、吸収液の温度によっては、窒素酸化物を好適に吸収できなくなるおそれがある。 Water, alkaline aqueous solution, ionic liquid, etc. are known as what can be utilized as absorption liquid which absorbs nitrogen oxides. These absorption liquids have a feature that the absorption rate of nitrogen oxides (absorption amount with respect to the input amount of nitrogen oxides) varies depending on the temperature. That is, these absorption liquids have temperature characteristics of the absorption rate of nitrogen oxides. Therefore, the absorbing liquid efficiently absorbs nitrogen oxides in a certain temperature range, but may hardly absorb nitrogen oxides in another temperature range. Thereby, no matter which absorption liquid is used, there is a possibility that nitrogen oxides cannot be absorbed properly depending on the temperature of the absorption liquid.
本発明の目的は、従来よりも広い温度範囲において好適に窒素酸化物を吸収液に吸収させることにある。 An object of the present invention is to suitably absorb nitrogen oxides in an absorption liquid in a wider temperature range than before.
本発明は、内燃機関からの排気に含まれる窒素酸化物を浄化するための内燃機関の排気浄化装置であって、第1吸収液を有し、流通されてくる前記窒素酸化物を前記第1吸収液に吸収させる第1吸収装置と、窒素酸化物の吸収率の温度特性が前記第1吸収液とは異なる第2吸収液を有し、流通されてくる前記窒素酸化物を前記第2吸収液に吸収させる第2吸収装置と、を備え、前記窒素酸化物は、前記第1吸収装置及び第2吸収装置の少なくとも一方に流通させられる、ことを特徴とする。 The present invention is an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine for purifying nitrogen oxides contained in exhaust gas from an internal combustion engine, comprising a first absorbing liquid, and the nitrogen oxides that are circulated as the first exhaust gas. The first absorption device to be absorbed by the absorption liquid, and the second absorption liquid having a temperature characteristic of the absorption rate of nitrogen oxides different from that of the first absorption liquid, and the nitrogen oxide flowing through the second absorption liquid A second absorption device that is absorbed by the liquid, wherein the nitrogen oxide is circulated through at least one of the first absorption device and the second absorption device.
望ましくは、第1温度範囲において、前記第1吸収液の窒素酸化物の吸収率が前記第2吸収液の窒素酸化物の吸収率よりも大きく、前記第1温度範囲とは異なる第2温度範囲において、前記第2吸収液の窒素酸化物の吸収率が前記第1吸収液の窒素酸化物の吸収率よりも大きい、ことを特徴とする。 Desirably, in the first temperature range, the absorption rate of nitrogen oxides in the first absorption liquid is larger than the absorption rate of nitrogen oxides in the second absorption liquid, and is different from the first temperature range. In the above, the absorption rate of nitrogen oxides in the second absorption liquid is larger than the absorption rate of nitrogen oxides in the first absorption liquid.
望ましくは、前記内燃機関と前記第1吸収装置及び前記第2吸収装置との間において前記窒素酸化物の流路を切り替える流路切り替え装置と、前記第1吸収液及び前記第2吸収液の少なくとも一方の温度を検出する温度検出手段と、をさらに備え、前記流路切り替え装置は、前記温度検出手段が検出した温度に基づいて前記窒素酸化物を流通させる吸収装置を選択し、選択された吸収装置に前記窒素酸化物が流通されるよう前記流路を切り替える、ことを特徴とする。 Desirably, a flow path switching device that switches a flow path of the nitrogen oxide between the internal combustion engine and the first absorption device and the second absorption device; and at least one of the first absorption liquid and the second absorption liquid Temperature detection means for detecting one temperature, and the flow path switching device selects an absorption device for circulating the nitrogen oxides based on the temperature detected by the temperature detection means, and the selected absorption The flow path is switched so that the nitrogen oxide flows through the apparatus.
望ましくは、前記第2吸収装置は複数設けられ、前記内燃機関の排気浄化装置は、前記複数の第2吸収装置が有する複数の第2吸収液の少なくとも1つの窒素酸化物濃度を検出する濃度検出手段、をさらに備え、前記流路切り替え装置は、前記第2吸収液の窒素酸化物濃度に基づいて、複数の第2吸収装置の中から前記窒素酸化物を流通させる第2吸収装置を選択し、選択された第2吸収装置に前記窒素酸化物が流通されるよう前記流路を切り替える、ことを特徴とする。 Desirably, a plurality of the second absorption devices are provided, and the exhaust gas purification device of the internal combustion engine detects a concentration of at least one nitrogen oxide in a plurality of second absorption liquids included in the plurality of second absorption devices. And the flow path switching device selects a second absorption device for circulating the nitrogen oxide from a plurality of second absorption devices based on the nitrogen oxide concentration of the second absorption liquid. The flow path is switched so that the nitrogen oxide flows through the selected second absorption device.
望ましくは、前記第1吸収液及び前記第2吸収液のいずれか一方は水又はアルカリ水溶液であり、他方はイオン液体である、ことを特徴とする。 Desirably, one of the first absorbent and the second absorbent is water or an alkaline aqueous solution, and the other is an ionic liquid.
本発明によれば、従来よりも広い温度範囲において好適に窒素酸化物を吸収液に吸収させることができる。 According to the present invention, nitrogen oxides can be suitably absorbed by the absorbing liquid in a wider temperature range than before.
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。なお、本発明は、以下に説明する実施形態に限定されるものではない。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to the embodiments described below.
<第1実施形態>
図1は、第1実施形態に係る排気浄化装置10の構成概略図である。
<First Embodiment>
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an exhaust emission control device 10 according to the first embodiment.
内燃機関(エンジン)12は、シリンダ内で燃料を燃焼させることで動力を発生する。ここでの内燃機関12は、例えばガソリンエンジンなどの火花点火機関であってもよいし、例えばディーゼルエンジンなどの圧縮着火機関であってもよい。内燃機関12での燃焼後の排気は、排気管14内へ排出される。内燃機関12から排気管14内へ排出される排気には、窒素酸化物(NOx)などの有害成分が含まれている。窒素酸化物とは、例えばNO(一酸化窒素)、NO2(二酸化窒素)、N2O(亜鉛化窒素)、N2O5(五酸化二窒素)、N2O3(三酸化二窒素)、N2O4(四酸化二窒素)、HNO3(硝酸)、NO3(硝酸イオン)、HNO2(亜硝酸)などである。窒素酸化物は、後述する第1吸収装置22及び第2吸収装置24の少なくとも一方において、排気中から分離除去される。
An internal combustion engine (engine) 12 generates power by burning fuel in a cylinder. Here, the
好適には、排気浄化装置10には改質装置16が設けられる。改質装置16は、第1吸収装置22あるいは第2吸収装置24における窒素酸化物の分離除去処理をより効率的に行うために、内燃機関12からの排気に含まれる窒素酸化物を硝酸に改質するものである。改質装置16は、窒素酸化物を硝酸(HNO3)に変換する反応を促進するための硝酸生成触媒を有し、内燃機関12からの排気に含まれる窒素酸化物を硝酸生成触媒上で硝酸に改質する。硝酸生成触媒は、酸点を有する触媒、または酸点を有する担体に銀(Ag)や鉄(Fe)や銅(Cu)などの金属が担持された触媒により構成することができる。改質装置16での酸化反応をより促進させるために、内燃機関12からの排気に酸化剤としてのオゾン(O3)を添加するのも好適である。第1吸収装置22及び第2吸収装置24は硝酸以外の窒素酸化物も処理し得るであるが、以後、第1吸収装置22及び第2吸収装置24が窒素酸化物としての硝酸を処理する例について本実施形態を説明する。
Preferably, the exhaust purification device 10 is provided with a reforming
改質装置16からの排気は、第1吸収装置22及び第2吸収装置24へ接続される排気管18へ排出される。以下、改質装置16からの排気を便宜上「内燃機関12からの排気」と記載する。
Exhaust gas from the
排気管18の途中には、バルブ20が設けられている。バルブ20は、内燃機関12からの排気の流路を切り替えるものである。具体的には、バルブ20は、第1吸収装置22へ接続される排気管18aへの排気の流通を阻止可能に設けられる開閉可能な弁20a、及び第2吸収装置24へ接続される排気管18bへの排気の流通を阻止可能に設けられる開閉可能な弁20bを有している。当該2つの弁を開閉することで、内燃機関12からの排気の流路を切り替える。
A
本実施形態では、排気中の硝酸を分離除去する吸収装置として第1吸収装置22及び第2吸収装置24の2つが設けられている。2つの吸収装置は、それぞれが有する吸収液に硝酸を接触させて吸収させるものである。
In the present embodiment, two absorbers, a first absorber 22 and a
2つの吸収装置は、異なる吸収液を有している。第1吸収装置22は、第1吸収液26を有しており、第2吸収装置24は、硝酸の吸収率の温度特性(以下単に「温度特性」と記載する)が第1吸収液26とは異なる第2吸収液28を有している。ここで、硝酸の吸収率とは、吸収装置に入力される硝酸の量に対する硝酸吸収量であり、具体的には以下の式で定義される。
{(Nin−Nout)/Nin}×100 ・・・(式1)
式1において、Ninは吸収装置に入力される硝酸の量であり、Noutは吸収装置から排出される硝酸の量である。
The two absorption devices have different absorption liquids. The
{(N in −N out ) / N in } × 100 (Formula 1)
In Equation 1, N in is the amount of nitric acid input to the absorber, and N out is the amount of nitric acid discharged from the absorber.
吸収液として使用可能な液体としては、水、アルカリ水溶液、種々のイオン液体などが挙げられる。もちろん、吸収液としては、硝酸が吸収可能である限りにおいてその他の液体も用いることができる。第1吸収液26と第2吸収液28は、これらの液体の中から両者の温度特性が異なる限りにおいて適宜選択されてよい。本実施形態では、第1吸収液26として水、第2吸収液としてイオン液体である1−ブチル−3メチルイミダゾリウムトリフラート([BMIM][OTf]、以下単に「イオン液体」と記載する)を用いる。両者の温度特性については図3を用いて詳述する。
Examples of the liquid that can be used as the absorbing liquid include water, an alkaline aqueous solution, various ionic liquids, and the like. Of course, other liquids can be used as the absorbing liquid as long as nitric acid can be absorbed. The first absorbing
第1吸収装置22及び第2吸収装置24からの排気は、排気管30を通って排気出口へと排出される。
Exhaust gas from the
温度センサ32は、第1吸収液26である水の温度を検出する。温度センサ32としては、熱電対、サーミスタ、あるいは赤外線温度センサなどが用いられる。温度センサ32が検知した第1吸収液26の温度を示すデータは、制御部34に送られるか、あるいは制御部34により読み取られる。
The
制御部34は、例えばマイクロコンピュータから構成され、バルブ20の制御を行うものである。具体的には、制御部34は、温度センサ32が検出した第1吸収液26の温度を示すデータ、及び予め定められ記憶部(図1において不図示)に記憶された閾値に基づいて、バルブ20に対して指示信号を送信する。バルブ20は当該指示信号に基づいて弁20a及び20bを開閉することで、内燃機関12からの排気の流路を切り替える。制御部34による流路の切り替えの手順の詳細は、図4のフローチャートを用いて後述する。
The
図2は、第1吸収装置22の構造例を示す概略図である。
FIG. 2 is a schematic view showing a structural example of the
第1吸収装置22は、第1吸収液26を貯留する貯留部40、気液接触部42、及び貯留部40に貯留された第1吸収液26を気液接触部42へ汲み上げるポンプ44を含んで構成されている。
The
気液接触部42は、内燃機関12からの排気を第1吸収液26に接触させて、排気中の硝酸を第1吸収液26に吸収させるものである。排気と第1吸収液26の接触方法としては、公知の技術、例えばバブリング、スクラバ、気液接触膜などの方法を用いることができる。本実施形態においては、気液接触部42内において排気流路と吸収液とが多孔質膜により隔てられおり、排気に含まれる硝酸を排気流路から多孔質膜を通して第1吸収液26に接触させる。多孔質膜としては、多孔質PTFE(ポリテトラフルオロエチレン)膜などを用いることができる。
The gas-liquid contact part 42 is configured to cause the exhaust gas from the
気液接触部42内において硝酸を吸収した第1吸収液26は、貯留部40に戻される。そして、再度ポンプ44により貯留部40から気液接触部42に汲み上げられる。このように、第1吸収液26は、貯留部40と気液接触部42との間を循環する。当該循環により、第1吸収液26の硝酸濃度が高まっていくため、第1吸収液26の硝酸濃度がある程度高くなった場合は廃棄され、新たな第1吸収液26が補充される。
The
なお、気液接触部42における排気に対する第1吸収液26の接触量は適宜設定されてよい。また、第1吸収装置22において、気液接触部42の構造あるいはポンプ44の汲み上げ力などを調整可能とし、排気に接触する第1吸収液26の量を調整可能とするようにしてもよい。
Note that the contact amount of the first absorbing
気液接触部42内における第1吸収液26は、内燃機関12からの排気に接触させられることで、排気の熱により温度が上昇する。第1吸収液26の温度上昇は、内燃機関12からの排気の温度あるいは排気量などによって異なってくる。つまり、気液接触部42内の第1吸収液26は、内燃機関12の排気条件によってその温度が変動させられる。第1吸収液26の温度はその他にも外気温などの影響も受けるが、その温度の変動要因は主に排気条件である。温度センサ32は、気液接触部42内あるいはその近傍に設けられ、気液接触部42内、つまり第1吸収液26と内燃機関12からの排気との接触位置における第1吸収液26の温度を検出する。
The first absorbing
第2吸収装置24は、上述の第1吸収装置22と同様の構造であるため、その説明は省略する。
Since the
図3は、水とイオン液体の温度特性を示すグラフである。図3において、横軸は吸収液の温度を示し、縦軸は吸収液の硝酸吸収率又は吸収液の重量を表す。図3に示されたグラフにおいて、白四角が水の硝酸吸収率を示し、黒四角がイオン液体の硝酸吸収率を示す。図3から明らかなように、水とイオン液体は温度によって硝酸吸収率が異なっており、つまり温度特性を持っている。かつ、水とイオン液体の硝酸吸収率の温度変動に対する変化具合が互いに異なっており、つまり水とイオン液体の温度特性は互いに異なっている。 FIG. 3 is a graph showing temperature characteristics of water and ionic liquid. In FIG. 3, the horizontal axis represents the temperature of the absorbing solution, and the vertical axis represents the nitric acid absorption rate of the absorbing solution or the weight of the absorbing solution. In the graph shown in FIG. 3, the white square indicates the nitric acid absorption rate of water, and the black square indicates the nitric acid absorption rate of the ionic liquid. As is clear from FIG. 3, water and ionic liquid have different nitric acid absorption rates depending on the temperature, that is, have temperature characteristics. Moreover, the changes in the nitric acid absorption rates of water and ionic liquid with respect to temperature fluctuation are different from each other, that is, the temperature characteristics of water and ionic liquid are different from each other.
具体的には、水は約70℃未満の温度においては比較的高い吸収率を示すが、約70℃以上となると急激に吸収率が低下する。一方、イオン液体は、約70℃未満の温度においては水の吸収率よりも低い値を示すが、約70℃以上となっても吸収率はあまり下がらない。その結果、約70℃未満の温度領域においては水の方がイオン液体よりも硝酸吸収率が高くなっており、約70℃以上の温度領域においては、イオン液体の方が水よりも硝酸吸収率が高くなっている。 Specifically, water exhibits a relatively high absorption rate at a temperature of less than about 70 ° C., but the absorption rate rapidly decreases when the temperature reaches about 70 ° C. or higher. On the other hand, the ionic liquid shows a value lower than the water absorptivity at a temperature below about 70 ° C., but the absorptance does not decrease much even at a temperature of about 70 ° C. or higher. As a result, in a temperature range of less than about 70 ° C., water absorbs nitric acid more than ionic liquid, and in a temperature range of about 70 ° C. and higher, ionic liquid absorbs nitric acid more than water. Is high.
なお、硝酸吸収率は、硝酸に対する吸収液の接触量によっても変動する。例えば、イオン液体の硝酸に対する接触量を増加させれば、図3に示す黒四角のグラフは全体的に上側にシフトする。本実施形態においては、イオン液体の硝酸接触量は水の接触量の約7割としており、図3にはその場合における温度特性が示されている。 The nitric acid absorption rate also varies depending on the contact amount of the absorbing solution with nitric acid. For example, if the contact amount of the ionic liquid with nitric acid is increased, the black square graph shown in FIG. In this embodiment, the nitric acid contact amount of the ionic liquid is about 70% of the contact amount of water, and FIG. 3 shows the temperature characteristics in that case.
また、図3には、水及びイオン液体の残重量率が示されている。残重量率とは、ある温度に維持された場合における所定時間経過前の重量に対する所定時間経過後における吸収液の重量の割合であり、具体的には以下の式で定義される。
(Qafter/Qbefore)×100 ・・・(式2)
式2において、Qafterは所定時間経過後の吸収液の重量であり、Qbeforeは所定時間経過前の吸収液の重量である。吸収液の重量は、吸収液の蒸発により変動(減少)する。つまり、残重量率が小さい程、吸収液がより蒸発し易いということを意味する。
FIG. 3 shows the remaining weight ratio of water and ionic liquid. The remaining weight ratio is a ratio of the weight of the absorbing liquid after a lapse of a predetermined time to the weight before the lapse of a predetermined time when maintained at a certain temperature, and is specifically defined by the following equation.
(Q after / Q before ) × 100 (Expression 2)
In
図3に示されたグラフにおいて、白三角が水の残重量率を示し、黒三角がイオン液体の残重量率を示す。水の残重量率は、温度が上昇するにつれ低下している。つまり、水は温度が高くなるほど蒸発しやすいということである。特に、70℃を超える温度領域においては非常に蒸発しやすく、それに起因して硝酸の吸収がほとんどできなくなる。一方、イオン液体の残重量率は、図3のグラフに示されている範囲においてはほぼ100%を保っている。つまり、イオン液体は、少なくとも120℃付近までにおいては、ほとんど蒸発しないということである。 In the graph shown in FIG. 3, the white triangle indicates the remaining weight ratio of water, and the black triangle indicates the remaining weight ratio of the ionic liquid. The remaining weight percentage of water decreases as the temperature increases. That is, water is more likely to evaporate as the temperature increases. In particular, in a temperature range exceeding 70 ° C., it is very easy to evaporate, and as a result, nitric acid can hardly be absorbed. On the other hand, the remaining weight ratio of the ionic liquid is maintained almost 100% in the range shown in the graph of FIG. That is, the ionic liquid hardly evaporates at least up to around 120 ° C.
図4は、第1実施形態における排気浄化装置10の処理の流れを示すフローチャートである。具体的には、制御部34によるバルブ20の制御の手順が示されている。以下、図1を参照しつつ、図4のフローチャートの各ステップについて説明する。
FIG. 4 is a flowchart showing the flow of processing of the exhaust emission control device 10 in the first embodiment. Specifically, the control procedure of the
排気浄化装置10は、内燃機関12が始動すると、排気ガス流路の制御を開始する。ステップS10において、制御部34は、温度センサ32が検出した第1吸収液26の温度を示すデータと、予め設定され記憶部(図1において不図示)に記憶された閾値とを比較する。
When the
当該閾値は、内燃機関12からの排気を第1吸収装置22に流通させるか、第2吸収装置24に流通させるかの判断基準となる値である。当該閾値は、吸収液の温度特性、あるいは吸収装置における吸収液の排気との接触量などに基づいて設定される。具体的には、第1吸収液26及び第2吸収液28の硝酸に対する接触量を考慮した温度特性に基づいて、両者の硝酸吸収率の優劣が切り替わる温度を閾値としてよい。図3に示すように、水とイオン液体の硝酸吸収率の優劣は約70℃で切り替わるため、本実施形態では閾値として70℃が設定されている。
The threshold value is a value that serves as a criterion for determining whether the exhaust gas from the
ステップS10で第1吸収液26の温度が閾値以上であると判断された場合、ステップS12において、制御部34は、バルブ20に対して、弁20aを閉じ、弁20bを開ける指示を送信し、バルブ20は当該指示に従って弁を開閉させる。これにより、内燃機関12からの排気は第1吸収装置22には流通されず、排気管18bを介して第2吸収装置24に流通させられる。
When it is determined in step S10 that the temperature of the first
ステップS10で第1吸収液26の温度が閾値未満であると判断された場合、ステップS14において、制御部34は、バルブ20に対して、弁20aを開け、弁20bを閉じる指示を送信し、バルブ20は当該指示に従って弁を開閉させる。これにより、内燃機関12からの排気は第2吸収装置24には流通されず、排気管18aを介して第1吸収装置22に流通させられる。
When it is determined in step S10 that the temperature of the first
ステップS16において、制御部34は内燃機関12が停止したか否かを判定する。内燃機関12が停止した場合は排気流路の制御を終了する。内燃機関12が動作している場合は再度ステップ10に戻る。つまり、内燃機関12が動作している間、制御部34は排気流路の制御を継続して実行する。
In step S16, the
以上の処理により、第1吸収液26である水の温度が70℃未満であれば、その温度領域においてイオン液体より硝酸吸収率の高い水に排気中の硝酸を吸収させ、水の温度が70℃以上であれば、その温度領域において水より硝酸吸収率の高いイオン液体に排気中の硝酸を吸収させることができる。つまり、本実施形態によれば、複数設けられた吸収液のうち、硝酸吸収処理時点において最も硝酸吸収率の高い吸収液に排気中の硝酸を接触させて吸収させることができる。これにより、1種類のみの吸収液を有する1つの吸収装置のみを備えた排気浄化装置に比べ、より広い温度範囲において好適に内燃機関12からの排気中の硝酸を吸収することができる。
With the above treatment, if the temperature of the water as the
吸収装置を複数設けているのであるから、より広い温度範囲において好適に排気中の硝酸を吸収させるために、複数の吸収装置を直列接続し、温度特性の異なる吸収液を有する複数の吸収装置に常に排気中の硝酸を流通させるという考え方もあり、実際にそのような形態も採用し得る。しかし、硝酸を吸収した吸収液は廃棄が必要となるところ、本実施形態のように吸収液として水とイオン液体を用いた場合、イオン液体に比して水の方が安価であることから、吸収液として水の方を優先して使用したいという要請がある。つまり、イオン液体は水の硝酸吸収率が低下したときのみ使用するのが好適である。したがって、本実施形態においては、水の温度が70℃以下の場合には排気をイオン液体に接触させていない。 Since a plurality of absorption devices are provided, in order to absorb nitric acid in the exhaust gas in a wider temperature range, a plurality of absorption devices are connected in series to a plurality of absorption devices having absorption liquids having different temperature characteristics. There is also an idea that the nitric acid in the exhaust gas is always circulated, and such a form can also be adopted in practice. However, the absorption liquid that has absorbed nitric acid needs to be discarded, and when water and ionic liquid are used as the absorption liquid as in this embodiment, water is less expensive than ionic liquid, There is a request to prioritize the use of water as an absorbent. That is, it is preferable to use the ionic liquid only when the nitric acid absorption rate of water is lowered. Therefore, in this embodiment, when the temperature of water is 70 degrees C or less, exhaust is not made to contact an ionic liquid.
また、本実施形態では、第1吸収液26である水が70℃以上となる場合には、内燃機関12からの排気が水に接触させられないため、水の温度がそれ以上上昇するのを防ぐことができる。図3に示すように、水は温度が高い程蒸発しやすいところ、水が70℃以上となることを防ぐことにより、水の蒸発量を低減させることができる。水の蒸発量を低減させることにより、第1吸収液26としての水の重量の減少を抑えることができ、ひいては第1吸収液26の補充頻度を低減させることができる。一方、水が70℃以上となっているとき、内燃機関12からの排気の温度が高いか、量が多くなっていることが考えられ、その状態において排気を第2吸収液28であるイオン液体に接触させるとイオン液体の温度が70℃以上になると考えられる。しかし、図3に示す通り、イオン液体は高温でも蒸発しにくいという特徴を持っているため、イオン液体が70℃以上となっても蒸発によってその重量が減少する心配はない。
Further, in the present embodiment, when the water as the first absorbing
本実施形態では、制御部34は、予め定められた閾値と温度センサ32の検出温度に基づいて内燃機関12からの排気の流路を切り替えていたが、図3に示すグラフのような、少なくとも第1吸収液26である水の硝酸に対する接触量を考慮した温度特性(つまり水の硝酸吸収量と温度との対応関係)を記憶部に記憶しておき、制御部34は、当該対応関係と温度センサ32からの温度データに基づいて、排気の流路を切り替えるための指示信号をバルブ20へ送信するようにしてもよい。この場合は、第1吸収液の温度と第1吸収液の温度特性に基づいて、例えば第1吸収液26の硝酸吸収率が60%以下となったらバルブ20へ指示信号を送るという制御を行う。
In the present embodiment, the
また、本実施形態では、吸収装置が2つ設けられていたが、それ以上の数の吸収装置を設けるようにしてもよい。この場合も、複数の吸収装置が有する複数の吸収液は、互いに温度特性が異なるのが好ましい。例えば3つの吸収装置が設けられた場合、温度特性として図5に示すグラフ46aを有する第1の吸収液、温度特性としてグラフ46bを有する第2の吸収液、温度特性としてグラフ46cを有する第3の吸収液をそれぞれの吸収装置に設けるのが好適である。そして、各吸収液の温度を検出する温度センサを設け、第1の吸収液の温度が図5に示すT1の範囲であれば排気を第1の吸収液に接触させ、第2の吸収液の温度がT2の範囲であれば第2の吸収液に接触させ、第3の吸収液の温度がT3の範囲であれば第3の吸収液に接触させる。
In the present embodiment, two absorption devices are provided. However, a larger number of absorption devices may be provided. Also in this case, it is preferable that the plurality of absorbing liquids included in the plurality of absorbing devices have different temperature characteristics. For example, when three absorption devices are provided, the first absorption liquid having the
<第2実施形態>
図6は、第2実施形態に係る排気浄化装置50の構成概略図である。図6においては、内燃機関及び改質装置の図示は省略されている。排気浄化装置50は、第1実施形態に係る排気浄化装置10と同様の構成要素を有しているため、個々の説明は省略する。また、第2実施形態においても、第1吸収液26は水であり、第2吸収液28はイオン液体である。
Second Embodiment
FIG. 6 is a schematic configuration diagram of an exhaust emission control device 50 according to the second embodiment. In FIG. 6, illustration of the internal combustion engine and the reformer is omitted. Since the exhaust purification device 50 has the same components as those of the exhaust purification device 10 according to the first embodiment, individual descriptions are omitted. Also in the second embodiment, the first absorbing
排気浄化装置50は、バルブ20、第1吸収装置22、及び第2吸収装置24の配置関係が排気浄化装置10と異なる。具体的には、改質装置16の直後に第2吸収装置24が配置されており、内燃機関12からの排気は常に第2吸収装置24へ流通される。そして、第2吸収装置24からの排気は排気管52へ排出される。バルブ20は排気管52の途中に設けられ、第2吸収装置24からの排気の流路を、第1吸収装置22へ接続される排気管52aへの流路と、排気出口への排気管30に直接接続される排気管52bへの流路との間で切り替える。
The exhaust purification device 50 is different from the exhaust purification device 10 in the arrangement relationship of the
制御部34は、第1実施形態同様、第1吸収液26である水の温度を検出する温度センサ32からの温度データに基づいて、水の温度が70℃未満の場合は、バルブ20に対して、弁20aを開け、弁20bを閉じる指示を送信し、水の温度が70℃以上の場合は、バルブ20に対して、弁20aを閉じ、弁20bを開ける指示を送信する。バルブ20は当該指示に応じて弁20a及び20bを開閉する。
As in the first embodiment, the
本実施形態によれば、内燃機関からの排気中の硝酸を常に第2吸収液28であるイオン液体に接触させつつ、第1吸収液26である水の温度に応じて、排気中の硝酸を水に接触させるか否かを選択することができる。第1吸収液26である水の温度が70℃未満の場合は、排気中の硝酸は、第2吸収液28であるイオン液体と水との両方に接触させられる。これにより、1つの吸収装置を用いた場合よりもより硝酸を排気から分離除去させることができる。なお、水の温度が70℃未満であるということは、内燃機関12からの排気の温度が低くなっており、その状態において排気がイオン液体に接触することでイオン画液体も70℃以下となると考えられる。しかし、図3から明らかなように、イオン液体の硝酸吸収率は、70℃以下の温度領域においても、水には及ばないものの比較的高い値を保っており、一定の硝酸の吸収量が期待できる。
According to the present embodiment, nitric acid in the exhaust from the internal combustion engine is always brought into contact with the ionic liquid that is the second absorbing
第1吸収液26である水の温度が70℃以上の場合は、第2吸収装置24からの排気は第1吸収装置22を迂回してそのまま排気出口へ排出される。その結果、内燃機関12からの排気は第2吸収装置24のみを流通させられることになる。水の温度が70℃以上である場合は、水の硝酸吸収率が低いため硝酸を水に接触させる意義があまりない上、水を高温に保っていると蒸発を促進させることになってしまう。したがって、排気浄化装置50は、水が70℃以上のときに排気を第1吸収装置22を流通させないことで、排気浄化装置50全体としての硝酸吸収率を大幅に低減させずに、第1吸収液26である水の蒸発を防いでいる。
When the temperature of the water which is the
<第3実施形態>
図7は、第3実施形態に係る排気浄化装置70の構成概略図である。図7においても、内燃機関及び改質装置の図示は省略されている。排気浄化装置70における第1実施形態に係る排気浄化装置10と同様の構成要素については説明を省略する。また、第3実施形態においても、第1吸収液26は水であり、第2吸収液28a及び28bはイオン液体である。
<Third Embodiment>
FIG. 7 is a schematic configuration diagram of an exhaust
排気浄化装置70は、第1実施形態に比して、吸収装置がさらに1つ追加されている。具体的には、排気浄化装置70は、第1吸収装置22、第2吸収装置24、及び第3吸収装置72を有している。
As compared with the first embodiment, the exhaust
第3吸収装置72は、第2吸収装置24と同一の装置であり、第3吸収装置72が有する第2吸収液28bは、第2吸収装置24が有する第2吸収液28aと同種のものである。つまり、第3吸収装置が有する第2吸収液28bもイオン液体である。
The
排気浄化装置70においては、内燃機関12からの排気は、排気管74へ排出される。排気管74の途中には、バルブ20−1及バルブ20−2が設けられており、これら2つの弁により、排気流路の切り替えを行う。具体的には、バルブ20−1及バルブ20−2は、第1吸収装置22へ接続される排気管74a、第2吸収装置24へ接続される排気管74b、及び第3吸収装置72へ接続される排気管74cのいずれかに内燃機関からの排気が流通するように排気流路の切り替えを行う。
In the
排気浄化装置70には、さらに濃度センサ76a及び76bが設けられる。濃度センサ76aは、第2吸収装置24が有する第2吸収液28a中の硝酸濃度を計測するセンサである。また、濃度センサ76bは、第3吸収装置72が有する第2吸収液28b中の硝酸濃度を計測するセンサである。
The
本実施形態では、濃度センサとして吸収液の水素イオン指数(pH(ペーハ))を計測するpH計が用いられる。吸収液に硝酸がより多く吸収される程、当該吸収液の酸性の度合いがより高くなる。したがって、酸性の度合いを計測するpH計により吸収液中の硝酸濃度を把握することができる。 In the present embodiment, a pH meter that measures the hydrogen ion index (pH (pH)) of the absorbing solution is used as the concentration sensor. The more nitric acid is absorbed by the absorbent, the higher the acidity of the absorbent. Therefore, the concentration of nitric acid in the absorbing solution can be grasped by a pH meter that measures the degree of acidity.
図8は、第3実施形態における排気浄化装置70の処理の流れを示すフローチャートである。具体的には、制御部34によるバルブ20−1及び20−2の制御の手順が示されている。以下、図7を参照しつつ、図8のフローチャートの各ステップについて説明する。
FIG. 8 is a flowchart showing a processing flow of the
排気浄化装置70は、内燃機関12が始動すると、排気ガス流路の制御を開始する。ステップS20において、制御部34は、温度センサ32が検出した第1吸収液26の温度データと、予め設定され記憶部(図7において不図示)に記憶された閾値とを比較する。本実施形態においても、閾値として70℃が設定される。
The exhaust
ステップS20で第1吸収液26の温度が閾値未満であると判断された場合、ステップS22において、制御部34は、バルブ20−1に対して、弁20−1aを開け、弁20−1bを閉じる指示を送信し、バルブ20は当該指示に従って弁を開閉させる。これにより、内燃機関12からの排気は排気管74aを介し第1吸収装置22のみに流通される。
When it is determined in step S20 that the temperature of the first
ステップS20で第1吸収液26の温度が閾値以上であると判断された場合、ステップS24において、制御部34は、濃度センサ76a及び濃度センサ76bが検出した2つの濃度データを参照し、第2吸収液28aと第2吸収液28bの硝酸濃度を比較する。
When it is determined in step S20 that the temperature of the first absorbing
第2吸収液28aの硝酸濃度が第2吸収液28bの硝酸濃度以上である場合、ステップS26において、制御部34は、バルブ20−1に対して、弁20−1aを閉じ、弁20−1bを開ける指示を送信し、さらに、バルブ20−2に対して、弁20−2aを閉じ、弁20−2bを開ける指示を送信する。バルブ20−1及びバルブ20−2bは当該指示に従って弁を開閉させる。これにより、内燃機関12からの排気は排気管74cを介し第3吸収装置72のみに流通される。
When the nitric acid concentration of the second absorption liquid 28a is equal to or higher than the nitric acid concentration of the
第2吸収液28aの硝酸濃度が第2吸収液28bの硝酸濃度未満である場合、ステップS28において、制御部34は、バルブ20−1に対して、弁20−1aを閉じ、弁20−1bを開ける指示を送信し、さらに、バルブ20−2に対して、弁20−2aを開け、弁20−2bを閉じる指示を送信する。バルブ20−1及びバルブ20−2bは当該指示に従って弁を開閉させる。これにより、内燃機関12からの排気は排気管74bを介し第2吸収装置24のみに流通される。
When the nitric acid concentration of the second absorbing liquid 28a is less than the nitric acid concentration of the second absorbing
ステップS30において、制御部34は内燃機関12が停止したか否かを判定する。内燃機関12が停止した場合は排気流路の制御を終了する。内燃機関12が動作している場合は再度ステップ10に戻る。つまり、内燃機関12が動作している間、制御部34は常に排気流路の制御を継続して実行する。
In step S30, the
本実施形態は、第1吸収液26である水の温度が70℃未満である場合は、排気中の硝酸が水に接触させられ、水の温度が70℃以上である場合は、排気中の硝酸がイオン液体に接触させられる点で第1実施形態と同様である。第3実施形態に係る排気浄化装置70は、吸収液としてイオン液体を有する吸収装置が2つ設けられているため、水の温度が70℃以上となった場合に、第2吸収装置24と第3吸収装置72のいずれに排気中の硝酸を流通させるのかが問題となる。
In the present embodiment, when the temperature of the water that is the first absorbing
吸収液中の硝酸濃度が高くなる程、硝酸吸収率が低下するという観点から、排気浄化装置70においては、複数の吸収装置が有する同じ種類の複数の吸収液の硝酸濃度を比較し、硝酸濃度がより低い吸収液に排気中の硝酸を流通させる。これにより、同種の吸収液を有する複数の吸収装置の中から、より硝酸吸収率の高い吸収装置を選択して排気中の硝酸を流通させることができる。なお、硝酸吸収率の変動は、吸収液の温度の影響によるものが支配的であり、硝酸濃度の影響は温度の影響よりも小さい。
From the viewpoint that the nitric acid absorption rate decreases as the concentration of nitric acid in the absorption liquid increases, the exhaust
本実施形態では、イオン液体を吸収液として有する吸収装置が2つ設けられていたが、イオン液体を吸収液として有する吸収装置を3以上設けるようにしてもよい。この場合も、各吸収装置が有するイオン液体の硝酸濃度を検出し、それらの硝酸濃度に基づいて排気中の硝酸を流通させる吸収装置を決定すればよい。具体的には、最も硝酸濃度が低い吸収液を有する吸収装置に排気中の硝酸を流通させる。 In this embodiment, two absorption devices having an ionic liquid as an absorption liquid are provided, but three or more absorption devices having an ionic liquid as an absorption liquid may be provided. In this case as well, it is only necessary to detect the nitric acid concentration of the ionic liquid included in each absorption device and determine the absorption device that distributes the nitric acid in the exhaust gas based on the nitric acid concentration. Specifically, the nitric acid in the exhaust gas is circulated through the absorption device having the absorption liquid having the lowest nitric acid concentration.
本実施形態では、第2吸収液28a及び第2吸収液28bの両方の硝酸濃度を検出し、それらの大小比較により内燃機関12からの排気を流通させる吸収装置を選択していたが、いずれか一方の硝酸濃度のみに基づいて排気中の硝酸を第2吸収装置24と第3吸収装置72のいずれかに流通させるかを決定する形態も採用することができる。この場合は、例えば第1吸収液26である水の温度が70℃以上となった場合には第2吸収装置24に優先的に排気を流通させると予め定めておき、第2吸収液28aの硝酸濃度のみを検出するようにする。そして、第2吸収液28aの硝酸濃度が吸収飽和近傍の所定値以上となった場合に排気中の硝酸を第3吸収装置72に流通させるようにする。
In the present embodiment, the concentration of nitric acid in both the second absorption liquid 28a and the
また、本実施形態では、イオン液体を吸収液として有する吸収装置が2つ設けられていたが、水を吸収液として有する吸収装置を複数設けるようにしてもよい。この場合にも、各吸収装置が有する水の硝酸濃度を検出する複数の濃度センサを設け、各吸収装置が有する水の硝酸濃度の比較により排気中の硝酸を流通させる吸収装置を決定してよい。さらに、この場合は、濃度センサに代えて、各吸収装置が有する水の温度を検出する複数の温度センサを設け、各吸収装置が有する水の温度に基づいて排気中の硝酸を流通させる吸収装置を決定してもよい。具体的には、吸収液である水の温度が所定値(例えば70℃)以下となっている吸収装置に排気を流通させるようにする。これは、吸収液である水は排気の熱により熱せられるところ、これまで排気が流通していない、つまり熱せられておらず温度が低い吸収液に排気中の硝酸を流通させることを意味する。 In the present embodiment, two absorption devices having ionic liquid as an absorption liquid are provided. However, a plurality of absorption devices having water as an absorption liquid may be provided. Also in this case, a plurality of concentration sensors that detect the concentration of nitric acid in water that each absorption device has may be provided, and the absorption device that distributes the nitric acid in the exhaust gas may be determined by comparing the concentration of nitric acid in the water that each absorption device has. . Further, in this case, in place of the concentration sensor, a plurality of temperature sensors that detect the temperature of the water that each absorption device has are provided, and the absorption device that distributes nitric acid in the exhaust gas based on the temperature of the water that each absorption device has May be determined. Specifically, the exhaust gas is circulated through an absorption device in which the temperature of water as an absorption liquid is a predetermined value (for example, 70 ° C.) or less. This means that the water that is the absorbing liquid is heated by the heat of the exhaust gas, but the exhaust gas has not been circulated so far, that is, the nitric acid in the exhaust gas is circulated through the absorbing liquid that has not been heated and has a low temperature.
10,50,70 排気浄化装置、12 内燃機関、16 改質装置、20,20−1,20−2 弁、22 第1吸収装置、24 第2吸収装置、32 温度センサ、34 制御部、72 第3吸収装置、76a,76b 濃度センサ。 10, 50, 70 Exhaust purification device, 12 Internal combustion engine, 16 Reformer, 20, 20-1, 20-2 Valve, 22 First absorber, 24 Second absorber, 32 Temperature sensor, 34 Control unit, 72 3rd absorber, 76a, 76b Concentration sensor.
Claims (5)
第1吸収液を有し、流通されてくる前記窒素酸化物を前記第1吸収液に吸収させる第1吸収装置と、
窒素酸化物の吸収率の温度特性が前記第1吸収液とは異なる第2吸収液を有し、流通されてくる前記窒素酸化物を前記第2吸収液に吸収させる第2吸収装置と、
を備え、
前記窒素酸化物は、前記第1吸収装置及び第2吸収装置の少なくとも一方に流通させられる、
ことを特徴とする、内燃機関の排気浄化装置。 An exhaust purification device for an internal combustion engine for purifying nitrogen oxides contained in exhaust from the internal combustion engine,
A first absorption device that has a first absorption liquid and causes the first absorption liquid to absorb the nitrogen oxide that is distributed;
A second absorption device having a second absorption liquid having a temperature characteristic of an absorption rate of nitrogen oxides different from that of the first absorption liquid, and absorbing the nitrogen oxide flowing through the second absorption liquid;
With
The nitrogen oxide is circulated through at least one of the first absorption device and the second absorption device.
An exhaust emission control device for an internal combustion engine, characterized in that:
前記第1温度範囲とは異なる第2温度範囲において、前記第2吸収液の窒素酸化物の吸収率が前記第1吸収液の窒素酸化物の吸収率よりも大きい、
ことを特徴とする、請求項1に記載の内燃機関の排気浄化装置。 In the first temperature range, the absorption rate of nitrogen oxides in the first absorption liquid is larger than the absorption rate of nitrogen oxides in the second absorption liquid,
In a second temperature range different from the first temperature range, the absorption rate of nitrogen oxides in the second absorption liquid is larger than the absorption rate of nitrogen oxides in the first absorption liquid.
The exhaust emission control device for an internal combustion engine according to claim 1, wherein:
前記第1吸収液及び前記第2吸収液の少なくとも一方の温度を検出する温度検出手段と、
をさらに備え、
前記流路切り替え装置は、前記温度検出手段が検出した温度に基づいて前記窒素酸化物を流通させる吸収装置を選択し、選択された吸収装置に前記窒素酸化物が流通されるよう前記流路を切り替える、
ことを特徴とする、請求項1又は2に記載の内燃機関の排気浄化装置。 A flow path switching device for switching the flow path of the nitrogen oxides between the internal combustion engine and the first absorption device and the second absorption device;
Temperature detecting means for detecting the temperature of at least one of the first absorbent and the second absorbent;
Further comprising
The flow path switching device selects an absorption device that circulates the nitrogen oxides based on the temperature detected by the temperature detection means, and the flow channel switching device is configured so that the nitrogen oxides are circulated through the selected absorption device. Switch,
The exhaust emission control device for an internal combustion engine according to claim 1 or 2, characterized by the above.
前記内燃機関の排気浄化装置は、
前記複数の第2吸収装置が有する複数の第2吸収液の少なくとも1つの窒素酸化物濃度を検出する濃度検出手段、
をさらに備え、
前記流路切り替え装置は、前記第2吸収液の窒素酸化物濃度に基づいて、複数の第2吸収装置の中から前記窒素酸化物を流通させる第2吸収装置を選択し、選択された第2吸収装置に前記窒素酸化物が流通されるよう前記流路を切り替える、
ことを特徴とする、請求項3に記載の内燃機関の排気浄化装置。 A plurality of the second absorption devices are provided,
The exhaust gas purification device for the internal combustion engine includes:
Concentration detecting means for detecting the concentration of at least one nitrogen oxide in the plurality of second absorbing liquids of the plurality of second absorbing devices;
Further comprising
The flow path switching device selects a second absorption device for circulating the nitrogen oxide from a plurality of second absorption devices based on the nitrogen oxide concentration of the second absorption liquid, and selects the second selected Switching the flow path so that the nitrogen oxide is circulated through the absorber;
The exhaust emission control device for an internal combustion engine according to claim 3, wherein:
ことを特徴とする、請求項1から4のいずれか1項に記載の内燃機関の排気浄化装置。 Either one of the first absorption liquid and the second absorption liquid is water or an alkaline aqueous solution, and the other is an ionic liquid.
The exhaust emission control device for an internal combustion engine according to any one of claims 1 to 4, wherein the exhaust gas purification device is an internal combustion engine.
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