JP2019190425A

JP2019190425A - 排気浄化装置および車両

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Publication number: JP2019190425A
Application number: JP2018086008A
Authority: JP
Inventors: 遊大景山; Yudai Kageyama; 和貴大石; Kazuki Oishi
Original assignee: Isuzu Motors Ltd
Current assignee: Isuzu Motors Ltd
Priority date: 2018-04-27
Filing date: 2018-04-27
Publication date: 2019-10-31

Abstract

【課題】ＮＯｘの浄化率を向上させる排気浄化装置および車両を提供すること。【解決手段】排気浄化装置１００は、内燃機関から排出された排ガスが流れる排気管１に並列に設けられ、活性温度域が異なるＳＣＲ４、９と、排ガスの温度に基づいてＳＣＲ４、９に供給される排ガスの流量を制御する制御装置２００と、を備える。制御装置２００は、排ガスの温度がＳＣＲ９の活性温度域の下限値未満である場合、ＳＣＲ９よりもＳＣＲ４に排ガスが多く供給されるようにバルブ２０を制御する。一方、制御装置２００は、排ガスの温度がＳＣＲ９の活性温度域の下限値以上である場合、ＳＣＲ４よりもＳＣＲ９に排ガスが多く供給されるようにバルブ２０を制御する。【選択図】図１

Description

本開示は、排ガスを浄化する排気浄化装置および車両に関する。

従来、内燃機関から排出される排ガス中の窒素酸化物（以下、ＮＯｘという）を低減するＮＯｘ触媒を備えた排気浄化装置が知られている。

例えば特許文献１には、活性温度域が同じである複数のＮＯｘ触媒を備えた排気浄化装置が開示されている。

特開２００７−５６７５７号公報

しかしながら、特許文献１の排気浄化装置は、幅広い排ガスの温度に対応できないため、ＮＯｘの浄化率に改善の余地がある。

本開示の目的は、ＮＯｘの浄化率を向上させる排気浄化装置および車両を提供することである。

本開示の一態様に係る排気浄化装置は、内燃機関から排出された排ガスが流れる排気管に設けられ、第１の活性温度域を有する第１の選択還元型触媒と、前記排気管において前記第１の選択還元型触媒と並列に設けられ、前記第１の活性温度域よりも高い第２の活性温度域を有する第２の選択還元型触媒と、前記排ガスの温度に基づいて、前記第１の選択還元型触媒および前記第２の選択還元型触媒に供給される前記排ガスの流量を制御する制御装置と、を備える。

本開示の一態様に係る車両は、本開示の一態様に係る排気浄化装置を備える。

本開示によれば、ＮＯｘの浄化率を向上させることができる。

本開示の実施の形態に係る排気浄化装置の構成例を示す模式図本開示の実施の形態に係る制御装置の構成例を示すブロック図本開示の実施の形態に係る排気浄化装置の動作例を示すフローチャート本開示の変形例６に係る排気浄化装置の構成例を示す模式図本開示の変形例７に係る排気浄化装置の構成例を示す模式図

以下、本開示の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。

本開示の実施の形態に係る排気浄化装置１００の構成について、図１を用いて説明する。図１は、本実施の形態の排気浄化装置１００の構成の一例を示す模式図である。

排気浄化装置１００は、車両（図示略）に搭載され、内燃機関（図示略）から排出される排ガスを浄化する装置である。本実施の形態では、内燃機関がディーゼルエンジンである場合を例に挙げて説明するが、これに限定されず、内燃機関は例えばガソリンエンジンであってもよい。また、排気浄化装置１００は、車両の内燃機関に限らず、船舶や定置式の内燃機関に適用することも可能である。

図１に示すように、排気浄化装置１００は、排気管１に設けられた、第１触媒コンバータ１１、第２触媒コンバータ１２、バルブ２０、および温度センサ３０を有する。また、図１では図示を省略しているが、排気浄化装置１００は、図２に示す制御装置２００を有する。

排気管１の上流側（図中の左側）の端部は、例えば、ディーゼルエンジンの排気マニホールドの下流端に接続されている。排気マニホールドから排出された排ガスは、排気管１を、図中の左側から右側へ流れる。図１において、排気管１中に示す矢印は、排ガスの流れを示している。

排気管１は、並列に設けられた第１分岐管１ａおよび第２分岐管１ｂを有する。第１分岐管１ａには、第１触媒コンバータ１１が設けられており、第２分岐管１ｂには、第２触媒コンバータ１２が設けられている。よって、第１触媒コンバータ１１および第２触媒コンバータ１２は、排気管１において並列に設けられている。

排気管１の分岐点には、第１分岐管１ａ、第２分岐管１ｂに供給される排ガスの流量を調整するバルブ２０が設けられている。バルブ２０は、後述する制御装置２００により制御される。

排気管１の分岐点よりも上流側には、温度センサ３０が設けられている。温度センサ３０は、分岐点よりも上流側の排ガスの温度を検知するセンサである。温度センサ３０は、検知した排ガスの温度を示す信号を、後述する制御装置２００へ出力する。

分岐管１ａ、１ｂは、第１触媒コンバータ１１および第２触媒コンバータ１２の下流側において合流している。

第１触媒コンバータ１１は、第１分岐管１ａに対して着脱可能な筐体（ケース）である。

第１触媒コンバータ１１には、ＤＯＣ（Diesel Oxidation Catalyst）２、尿素水噴射装置３、ＳＣＲ（Selective Catalytic Reduction）４、およびＡＳＣ（Ammonia Slip Catalyst）５が収容されている。

ＤＯＣ２は、排ガス中の一酸化窒素（ＮＯ）や炭化水素（ＨＣ）を酸化させる触媒である。

尿素水噴射装置３は、第１触媒コンバータ１１内に尿素水を噴射する装置（インジェクタともいう）である。噴射された尿素水は加水分解され、アンモニアが発生する。このアンモニアは、ＳＣＲ４へ供給される。尿素水の噴射量や噴射タイミングは、図示しない噴射制御装置によって制御される。

ＳＣＲ４は、尿素水から発生したアンモニアにより、排ガス中のＮＯｘを窒素に還元する触媒である。ＳＣＲ４の活性温度域は、後述するＳＣＲ９の活性温度域よりも低い。

ＡＳＣ５は、ＳＣＲ４で消費しきれなかったアンモニアを酸化、分解する触媒である。これにより、アンモニアが大気中に排出されることを防止できる。

第２触媒コンバータ１２は、第２分岐管１ｂに対して着脱可能な筐体（ケース）である。

第２触媒コンバータ１２には、ＤＯＣ６、尿素水噴射装置８、ＳＣＲ９、およびＡＳＣ１０が収容されている。

ＤＯＣ６、尿素水噴射装置３、およびＡＳＣ１０は、それぞれ、上述したＤＯＣ２、尿素水噴射装置３、およびＡＳＣ５と同じであるので、ここでの説明は省略する。

ＳＣＲ９は、尿素水から発生したアンモニアにより、排ガス中のＮＯｘを窒素に還元する触媒である。ＳＣＲ９の活性温度域は、ＳＣＲ４の活性温度域よりも高い。

なお、ＤＯＣ２、６は、「酸化触媒」の一例に相当する。尿素水噴射装置３、８は、「還元剤供給装置」の一例に相当する。尿素水は、「還元剤」の一例に相当する。ＳＣＲ４は、「第１の選択還元型触媒」の一例に相当する。ＳＣＲ９は、「第２の選択還元型触媒」の一例に相当する。ＡＳＣ５、１０は、「分解触媒」の一例に相当する。

以上、排気浄化装置１００の構成について説明した。

次に、制御装置２００の構成について、図２を用いて説明する。図２は、制御装置２００の構成の一例を示すブロック図である。

制御装置２００は、温度判定部２０１および流量調整部２０２を有する。

図示は省略するが、制御装置２００は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、制御プログラムを格納したＲＯＭ（Read Only Memory）等の記憶媒体、ＲＡＭ（Random Access Memory）等の作業用メモリ、および通信回路を有する。後述する温度判定部２０１および流量調整部２０２の機能は、ＣＰＵがコンピュータプログラムを実行することにより実現される。

温度判定部２０１は、温度センサ３０で検知された排ガスの温度が予め定められた第１閾値以上であるか否かを判定する。第１閾値は、例えば、ＳＣＲ９の活性温度域の下限値である。第１閾値は、予め実施された実験またはシミュレーションの結果に基づいて設定される。

流量調整部２０２は、温度判定部２０１によって排ガスの温度が第１閾値未満であると判定された場合、第２分岐管１ｂよりも第１分岐管１ａに排ガスが多く流れるように、バルブ２０を制御する。このとき、流量調整部２０２は、第２分岐管１ｂにおける排ガスの流量がゼロになるようにバルブ２０を制御してもよい。

一方、流量調整部２０２は、温度判定部２０１によって排ガスの温度が第１閾値以上であると判定された場合、第１分岐管１ａよりも第２分岐管１ｂに排ガスが多く流れるように、バルブ２０を制御する。このとき、流量調整部２０２は、第１分岐管１ａにおける排ガスの流量がゼロになるようにバルブ２０を制御してもよい。

以上、制御装置２００の構成について説明した。

次に、排気浄化装置１００の動作について、図３を用いて説明する。図３は、排気浄化装置１００の動作の一例を示すフローチャートである。図３に示す動作は、例えば、内燃機関の駆動中に行われる。

判定部２０１は、温度センサ３０により検知された排ガスの温度が第１閾値以上であるか否かを判定する（ステップＳ１）。

排ガスの温度が第１閾値未満である場合（ステップＳ１：ＮＯ）、流量調整部２０２は、排ガスが第２分岐管１ｂよりも第１分岐管１ａに多く流れるように、バルブ２０を制御する（ステップＳ２）。

これにより、排ガスは、第２触媒コンバータ１２よりも第１触媒コンバータ１１を多く流れるようになる。すなわち、排ガスは、ＳＣＲ９よりもＳＣＲ４に多く供給される。

一方、排ガスの温度が第１閾値以上である場合（ステップＳ１：ＹＥＳ）、流量調整部２０２は、排ガスが第１分岐管１ａよりも第２分岐管１ｂに多く流れるように、バルブ２０を制御する（ステップＳ３）。

これにより、排ガスは、第１触媒コンバータ１２よりも第２触媒コンバータ１１を多く流れるようになる。すなわち、排ガスは、ＳＣＲ４よりもＳＣＲ９に多く供給される。

以上、排気浄化装置１００の動作について説明した。

次に、排気浄化装置１００の作用効果について以下に説明する。

排気浄化装置１００は、排ガスの温度に応じて、活性温度域が異なるＳＣＲ４、９に供給される排ガスの流量を調整する。これにより、幅広い排ガスの温度に対応でき、ＮＯｘの浄化率を向上させることができる。

また、排気浄化装置１００では、ＳＣＲ４、９のそれぞれに対応して尿素水噴射装置３、８が設けられている。よって、第１触媒コンバータ１１、第２触媒コンバータ１２のそれぞれにおいて加水分解を促進でき、ＳＣＲ４、９において効率良くＮＯｘを浄化することができる。

また、排気浄化装置１００では、第１触媒コンバータ１１および第２触媒コンバータ１２は、それぞれ、独立して排気管１に着脱可能である。よって、メンテナンス等が容易となる。

以上、排気浄化装置１００の作用効果について説明した。

なお、本開示は、上述の実施の形態に限定されるものではなく、本開示の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜変形して実施することが可能である。以下、各変形例について説明する。

［変形例１］
第１触媒コンバータ１１は、ＤＯＣ３およびＡＳＣ５のうち少なくとも一方を備えなくてもよい。また、第２触媒コンバータ１２は、ＤＯＣ６およびＡＳＣ１０のうち少なくとも一方を備えなくてもよい。

［変形例２］
第１触媒コンバータ１１および第２触媒コンバータ１２は、ＳＣＲ４、９の代わりに、他の選択還元型触媒を備えてもよい。その場合、尿素水以外の還元剤（例えば、炭化水素等）が用いられてもよい。

［変形例３］
第１触媒コンバータ１１および第２触媒コンバータ１２は、微粒子捕集フィルタを備えてもよい。微粒子捕集フィルタとしては、例えば、ＤＰＦ（Diesel Particulate Filter）、ＣＳＦ（Catalytic Soot Filter）などが挙げられる。

［変形例４］
実施の形態では、第１触媒コンバータ１１に尿素水噴射装置３を設け、第２触媒コンバータ１２に尿素水噴射装置８を設ける場合を例に挙げて説明したが、これに限定されない。例えば、排気管１の分岐点よりも上流側に、１つの尿素水噴射装置を設けてもよい。

［変形例５］
制御装置２００は、内燃機関の始動時から所定時間の間、排ガスが第２分岐管１ｂよりも第１分岐管１ａに多く供給されるようにバルブ２０を制御してもよい。所定時間は、予め実施された実験またはシミュレーションの結果に基づいて設定される。

これにより、排ガスの温度が充分に上昇するまでの間は、活性温度域が低いＳＣＲ４を優先的に用いることができる。よって、効率の良くＮＯｘを浄化することができる。

［変形例６］
排気管１において、第１触媒コンバータ１１および第２触媒コンバータ１２よりも下流側に、さらに触媒コンバータを設けてもよい。これについて、図４を用いて以下に説明する。

図４は、本変形例に係る排気浄化装置１０１の構成の一例を示す模式図である。図４では、図１と同じ構成要素には同一符号を付しており、以下では、それら構成要素の説明を省略する。また、図示は省略しているが、排気浄化装置１０１は、図２に示した制御装置２００を備える。

図４に示すように、排気浄化装置１０１は、第１触媒コンバータ１１および第２触媒コンバータ１２よりも下流側に、第３触媒コンバータ１３を備える。第３触媒コンバータ１３は、第１触媒コンバータ１１および第２触媒コンバータ１２に対して直列に設けられている。

第３触媒コンバータ１３は、ＤＯＣ１４、尿素水噴射装置１５、ＳＣＲ１６、およびＡＳＣ１７を有する。ＳＣＲ１６の活性温度域は、ＳＣＲ９の活性温度域よりも高い。

排気浄化装置１０１の動作は、実施の形態と同様である。すなわち、制御装置２００は、温度センサ３０により検知された排ガスの温度が第１閾値未満である場合、排ガスが第２分岐管１ｂよりも第１分岐管１ａに多く流れるように、バルブ２０を制御する。一方、温度センサ３０により検知された排ガスの温度が第１閾値以上である場合（排ガスの温度がＳＣＲ１６の活性温度域の下限値以上である場合を含む）、排ガスが第１分岐管１ａよりも第２分岐管１ｂに多く流れるように、バルブ２０を制御する。

このように、本変形例の排気浄化装置１０１は、さらに幅広い排ガスの温度に対応でき、ＮＯｘの浄化率をより向上させることができる。

また、本変形例の排気浄化装置１０１は、ＳＣＲ４、９よりも下流側かつＤＯＣ１４よりも上流側にＡＳＣ５、１０を備えている。よって、尿素水噴射装置３、８により噴射された尿素水から発生したアンモニアが、ＳＣＲ４、９をすり抜けた場合でも、そのアンモニアをＡＳＣ５、１０で分解できる。したがって、アンモニアがＤＯＣ１４に供給されることを抑制でき、ＤＯＣ１４におけるＮＯｘの発生を抑制できる。

なお、第３触媒コンバータ１３は、ＤＯＣ１４およびＡＳＣ１７のうち少なくとも一方を備えなくてもよい。

また、第３触媒コンバータ１３は、ＳＣＲ１６の代わりに、他の選択還元型触媒を備えてもよい。その場合、尿素水以外の還元剤（例えば、炭化水素等）が用いられてもよい。

また、第３触媒コンバータ１３は、微粒子捕集フィルタ（例えば、ＤＰＦ、ＣＳＦ等）を備えてもよい。

なお、ＤＯＣ１４は、「酸化触媒」の一例に相当する。尿素水噴射装置１５は、「還元剤供給装置」の一例に相当する。ＳＣＲ１６は、「第３の選択還元型触媒」の一例に相当する。ＡＳＣ１７は、「分解触媒」の一例に相当する。

［変形例７］
変形例６では、第３触媒コンバータ１３が第１触媒コンバータ１１および第２触媒コンバータ１２に対して直列に設けられる場合を例に挙げて説明したが、これに限定されない。

例えば、第３触媒コンバータ１３は、第１触媒コンバータ１１および第２触媒コンバータ１２と並列に設けられてもよい。これについて、図５を用いて以下に説明する。

図５は、本変形例に係る排気浄化装置１０２の構成の一例を示す模式図である。図５では、図１、図４と同じ構成要素には同一符号を付しており、以下では、それら構成要素の説明を省略する。また、図示は省略しているが、排気浄化装置１０２は、図２に示した制御装置２００を備える。

図５に示すように、排気管１は、第１分岐管１ａおよび第２分岐管１ｂと並列である第３分岐管１ｃをさらに備える。第３分岐管１ｃには、第３触媒コンバータ１３が設けられている。よって、第１触媒コンバータ１１、第２触媒コンバータ１２、および第３触媒コンバータ１３は、排気管１において並列に設けられている。

排気浄化装置１０２の動作は、以下の通りである。

制御装置２００は、温度センサ３０により検知された排ガスの温度が第１閾値未満である場合、排ガスが第１分岐管１ａに最も多く流れるように、バルブ２０を制御する。

また、制御装置２００は、温度センサ３０により検知された排ガスの温度が第１閾値以上かつ第２閾値未満である場合、排ガスが第２分岐管１ｂに最も多く流れるように、バルブ２０を制御する。

第２閾値は、例えば、ＳＣＲ１６の活性温度域の下限値である。第２閾値は、予め実施された実験またはシミュレーションの結果に基づいて設定される。

また、制御装置２００は、温度センサ３０により検知された排ガスの温度が第２閾値以上である場合、排ガスが第３分岐管１ｃに最も多く流れるように、バルブ２０を制御する。

このように、本変形例の排気浄化装置１０２は、変形例６と同様に、さらに幅広い排ガスの温度に対応でき、ＮＯｘの浄化率をより向上させることができる。

以上、各変形例について説明した。なお、各変形例は、組み合わせて実施されてもよい。

本開示の排気浄化装置および車両は、排ガス中のＮＯｘの浄化に有用である。

１排気管
１ａ第１分岐管
１ｂ第２分岐管
１ｃ第３分岐管
２、６、１４ＤＯＣ
３、８、１５尿素水噴射装置
４、９、１６ＳＣＲ
５、１０、１７ＡＳＣ
１１第１触媒コンバータ
１２第２触媒コンバータ
１３第３触媒コンバータ
２０バルブ
３０温度センサ
１００、１０１、１０２排気浄化装置
２００制御装置
２０１温度判定部
２０２流量調整部

Claims

内燃機関から排出された排ガスが流れる排気管に設けられ、第１の活性温度域を有する第１の選択還元型触媒と、
前記排気管において前記第１の選択還元型触媒と並列に設けられ、前記第１の活性温度域よりも高い第２の活性温度域を有する第２の選択還元型触媒と、
前記排ガスの温度に基づいて、前記第１の選択還元型触媒および前記第２の選択還元型触媒に供給される前記排ガスの流量を制御する制御装置と、を備える、
排気浄化装置。
前記制御装置は、
前記排ガスの温度が前記第２の活性温度域の下限値未満である場合、前記第２の選択還元型触媒よりも前記第１の選択還元型触媒に前記排ガスが多く供給されるように前記排ガスの流量を制御し、
前記排ガスの温度が前記第２の活性温度域の下限値以上である場合、前記第１の選択還元型触媒よりも前記第２の選択還元型触媒に前記排ガスが多く供給されるように前記排ガスの流量を制御する、
請求項１に記載の排気浄化装置。
前記排気管において前記第１の選択還元型触媒および前記第２の選択還元型触媒よりも下流側に設けられ、前記第２の活性温度域よりも高い第３の活性温度域を有する第３の選択還元型触媒をさらに備える、
請求項１または２に記載の排気浄化装置。
前記排気管において前記第１の選択還元型触媒および前記第２の選択還元型触媒と並列に設けられ、前記第２の活性温度域よりも高い第３の活性温度域を有する第３の選択還元型触媒をさらに備える、
請求項１または２に記載の排気浄化装置。
前記制御装置は、
前記排ガスの温度が前記第３の活性温度域の下限値以上である場合、前記第２の選択還元型触媒よりも前記第３の選択還元型触媒に前記排ガスが多く供給されるように前記排ガスの流量を制御する、
請求項４に記載の排気浄化装置。
前記制御装置は、
前記内燃機関の始動時から所定時間の間、前記第２の選択還元型触媒よりも前記第１の選択還元型触媒に前記排ガスが多く供給されるように前記排ガスの流量を制御する、
請求項１から５のいずれか１項に記載の排気浄化装置。
前記第１の選択還元型触媒、前記第２の選択還元型触媒、および前記第３の選択還元型触媒それぞれの上流側に、還元剤を前記排気管内に供給する還元剤供給装置をさらに備える、
請求項３から６のいずれか１項に記載の排気浄化装置。
前記第１の選択還元型触媒、前記第２の選択還元型触媒、および前記第３の選択還元型触媒それぞれの下流側に、還元剤から発生した物質を分解する分解触媒をさらに備える、
請求項３から７のいずれか１項に記載の排気浄化装置。
前記第１の選択還元型触媒、前記第２の選択還元型触媒、および前記第３の選択還元型触媒それぞれの上流側に、酸化触媒をさらに備える、
請求項３から８のいずれか１項に記載の排気浄化装置。
前記還元剤は、尿素水である、
請求項７から９のいずれか１項に記載の排気浄化装置。
請求項１から１０のいずれか１項に記載の排気浄化装置を備えた車両。