JP2020076326A - Catalyst structure and purification system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、触媒構造体及び浄化システムに関する。 The present invention relates to a catalyst structure and a purification system.
トラック等の車両の排気路には、排気ガス中の窒素酸化物(NOx)を還元反応させて浄化する浄化装置が搭載されている。また、近年、浄化装置の補助装置として、NOxが吸着及び脱離可能な管状の触媒構造体を、排気路においてSCR(Selective Catalytic Reduction)の上流側に設けることが検討されている。触媒構造体は、排気ガスの温度が低い際にはNOxを吸着させ、排気ガスの温度が浄化装置において浄化が開始される温度を超えると、吸着していたNOxを脱離させる。そして、脱離したNOxが、浄化装置において浄化される。 In the exhaust passage of vehicles such as trucks, a purifying device that purifies the nitrogen oxides (NOx) in the exhaust gas by reduction reaction is mounted. Further, in recent years, it has been considered to provide a tubular catalyst structure capable of adsorbing and desorbing NOx on the upstream side of SCR (Selective Catalytic Reduction) in the exhaust passage as an auxiliary device of the purifying device. The catalyst structure adsorbs NOx when the temperature of the exhaust gas is low, and desorbs the adsorbed NOx when the temperature of the exhaust gas exceeds the temperature at which purification is started in the purifying device. Then, the desorbed NOx is purified by the purification device.
上記の触媒構造体においては、通常、排気ガスは触媒部を通過し続けることになるため、触媒部が劣化するおそれがある。また、NOxの脱離量が排気ガスの温度変化に依存することになるため、NOxの脱離量を管理することが困難である。これにより、浄化装置の浄化能力を超える量のNOxが脱離するおそれがある。 In the above catalyst structure, the exhaust gas usually continues to pass through the catalyst portion, which may deteriorate the catalyst portion. Moreover, since the desorption amount of NOx depends on the temperature change of the exhaust gas, it is difficult to manage the desorption amount of NOx. As a result, there is a risk that an amount of NOx that exceeds the purification capacity of the purification device will be desorbed.
そこで、本発明はこれらの点に鑑みてなされたものであり、窒素酸化物の吸着量と脱離量を適切に管理すると共に劣化を抑制できる触媒構造体を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention has been made in view of these points, and an object thereof is to provide a catalyst structure capable of appropriately controlling the adsorption amount and desorption amount of nitrogen oxides and suppressing deterioration.
本発明の第1の態様においては、排気ガス中の窒素酸化物が吸着及び脱離可能な管状の触媒構造体であって、中央部に軸方向に沿って設けられた空洞部と、前記空洞部を囲むように設けられた触媒部と、前記空洞部の出口側に設けられた開閉弁と、を備える、触媒構造体を提供する。 In the first aspect of the present invention, a tubular catalyst structure capable of adsorbing and desorbing nitrogen oxides in exhaust gas, wherein a hollow portion is provided in a central portion along an axial direction, and the hollow portion. There is provided a catalyst structure including a catalyst portion provided so as to surround the portion, and an opening / closing valve provided on the outlet side of the hollow portion.
また、前記触媒部は、ハニカム構造であり、前記触媒構造体は、前記空洞部と前記触媒部の間に設けられた仕切り壁を更に備えることとしてもよい。 The catalyst portion may have a honeycomb structure, and the catalyst structure may further include a partition wall provided between the hollow portion and the catalyst portion.
本発明の第2の態様においては、排気ガスが流れる排気路と、前記排気路に設けられ、前記排気ガス中の窒素酸化物が吸着及び脱離可能な管状の触媒構造体であって、中央部に軸方向に沿って設けられた空洞部と、前記空洞部を囲むように設けられた触媒部と、前記空洞部の出口側に設けられた開閉弁とを有する触媒構造体と、前記開閉弁を動作させ、前記空洞部及び前記触媒部を流れる排気ガスの流量を調整する制御部と、を備える、浄化システムを提供する。 In a second aspect of the present invention, there is provided an exhaust passage through which exhaust gas flows, and a tubular catalyst structure provided in the exhaust passage and capable of adsorbing and desorbing nitrogen oxides in the exhaust gas. A catalyst structure having a hollow portion provided along the axial direction of the hollow portion, a catalyst portion provided so as to surround the hollow portion, and an opening / closing valve provided on the outlet side of the hollow portion; A control system that operates a valve and adjusts a flow rate of exhaust gas flowing through the hollow portion and the catalyst portion.
また、前記浄化システムは、前記排気ガスの温度を検出する温度検出部と、前記排気路において前記触媒構造体よりも下流側に設けられ、前記排気ガスの温度が第1温度以上になると前記窒素酸化物を浄化する浄化部と、を更に備え、前記制御部は、前記排気ガスの温度が前記第1温度よりも低いと検出された場合には、前記開閉弁を閉じて前記触媒部を通過する排気ガス中の前記窒素酸化物を前記触媒部に吸着させ、前記排気ガスの温度が前記第1温度以上であると検出された場合には、前記開閉弁を開けて前記排気ガスを前記空洞部を通過させることとしてもよい。 Further, the purification system is provided on a temperature detection unit that detects the temperature of the exhaust gas and on a downstream side of the catalyst structure in the exhaust passage, and the nitrogen gas is provided when the temperature of the exhaust gas becomes equal to or higher than a first temperature. A purification unit for purifying oxides is further provided, and the control unit closes the on-off valve and passes through the catalyst unit when it is detected that the temperature of the exhaust gas is lower than the first temperature. When the temperature of the exhaust gas is detected to be equal to or higher than the first temperature, the nitrogen oxide in the exhaust gas is adsorbed to the catalyst portion, and the opening / closing valve is opened to allow the exhaust gas to pass through the cavity. It may be allowed to pass through the section.
また、前記触媒部は、前記排気ガスの温度が前記第1温度よりも高い第2温度以上になると、吸着していた前記窒素酸化物を脱離させ、前記制御部は、前記排気ガスの温度が前記第2温度以上であると検出された場合には、前記開閉弁を閉じて前記排気ガスを前記触媒部を通過させることとしてもよい。 The catalyst unit desorbs the adsorbed nitrogen oxides when the temperature of the exhaust gas is equal to or higher than a second temperature higher than the first temperature, and the control unit controls the temperature of the exhaust gas. Is detected to be equal to or higher than the second temperature, the on-off valve may be closed to allow the exhaust gas to pass through the catalyst portion.
また、前記浄化システムは、前記排気路において前記触媒構造体と前記浄化部との間に設けられ、前記窒素酸化物の量を検出する窒素検出部を更に備え、前記制御部は、前記窒素検出部の検出量が所定の閾値を超えた場合には、前記検出量に応じて前記開閉弁の開度を調整することとしてもよい。 Further, the purification system further includes a nitrogen detection unit that is provided between the catalyst structure and the purification unit in the exhaust passage, and detects a nitrogen oxide amount, and the control unit includes the nitrogen detection unit. When the detected amount of the part exceeds a predetermined threshold value, the opening degree of the opening / closing valve may be adjusted according to the detected amount.
本発明によれば、触媒構造体における窒素酸化物の吸着量と脱離量を適切に管理すると共に劣化を抑制できるという効果を奏する。 According to the present invention, it is possible to appropriately control the adsorption amount and desorption amount of nitrogen oxides in the catalyst structure and suppress deterioration.
<浄化システムの構成>
本発明の一の実施形態に係る浄化システムの構成について、図1を参照しながら説明する。
<Structure of purification system>
The configuration of the purification system according to one embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
図1は、一の実施形態に係る浄化システム1の構成を説明するための模式図である。浄化システム1は、エンジンの排気ガスを浄化するためのシステムであり、ここではトラック等の車両に搭載されている。浄化システム1は、図1に示すように、排気路10と、DOC(Diesel Oxidation Catalyst)30と、DPF(Diesel Particulate Filter)32と、噴射部40と、SCR42と、触媒構造体50と、NOxセンサ60と、温度検出部80と、制御装置90とを有する。
FIG. 1 is a schematic diagram for explaining the configuration of a purification system 1 according to one embodiment. The purification system 1 is a system for purifying engine exhaust gas, and is installed in a vehicle such as a truck here. As shown in FIG. 1, the purification system 1 includes an
排気路10は、車両のエンジン(不図示)と連結されており、エンジンの排気ガスが流れる排気管である。なお、エンジンは、ここではディーゼルエンジンである。
The
DOC30は、ディーゼル用酸化触媒であり、排気ガスの炭化水素を効率的に酸化して排気ガスの温度を上昇させる。
DPF32は、排気ガス中の粒子状物質(PM)を捕集するフィルターである。
The
The
噴射部40は、アンモニアとなる尿素水を排気路10に噴射する。
SCR42は、排気ガス中の窒素酸化物(NOx)とアンモニアとを反応させて、無害な窒素と水に還元させる。なお、本実施形態では、SCR42がNOxを浄化させる浄化部に該当する。SCR42は、通過する排気ガスの温度が浄化温度T1(浄化温度T1が第1温度に該当する)以上になると、NOxを還元反応させて浄化する。なお、浄化温度T1は、例えば160〜200℃である。
The
The
触媒構造体50は、SCR42の補助装置であり、排気路10においてSCR42よりも上流側に設けられている。本実施形態では、触媒構造体50は、DOC30の上流側に設けられている。ただし、これに限定されず、触媒構造体50は、DPF32とSCR42の間に設けられていてもよい。触媒構造体50は、排気ガス中のNOxが吸着及び脱離可能な触媒を有する。
The
図2は、触媒構造体50の構成を説明するための模式図である。図3は、図2のA−A断面模式図である。触媒構造体50は、空洞部52と、触媒部53と、仕切り壁54と、開閉弁55とを有する。なお、空洞部52、触媒部53、仕切り壁54及び開閉弁55は、触媒構造体50のハウジング51(図3)内に設けられている。
FIG. 2 is a schematic diagram for explaining the structure of the
空洞部52は、中央部に軸方向に沿って設けられている(図2参照)。空洞部52は、ここでは図3に示すように円形の空洞となっている。空洞部52は、排気ガスが通過する通路としても機能する。具体的には、開閉弁55が開いている際に、排気ガスが空洞部52を通過する。
The
触媒部53は、図3に示すように、空洞部52を囲むように設けられている。触媒部53は、ハニカム構造であり、内部を排気ガスが通過可能である。具体的には、開閉弁55が閉じている際に、排気ガスが触媒部53を通過する。上記触媒部53の構造の関係上、排気ガスが触媒部53を通過する場合に比べて、排気ガスが空洞部52を通過する際の圧損が小さい。
As shown in FIG. 3, the
触媒部53は、例えば、Fe−ゼオライト系触媒やCu−ゼオライト系触媒で構成され、低温領域から高温領域に亘って高活性を維持できうる。触媒部53は、通過する排気ガスの温度に応じて、排気ガス中のNOxの吸着と脱離を切り替える。例えば、排気ガスの温度が浄化温度T1よりも低い場合には、排気ガス中のNOxが触媒部53に吸着される。一方で、触媒部53は、排気ガスの温度が浄化温度T1よりも高い脱離温度T2(脱離温度T2が第2温度に該当する)以上になると、吸着していたNOxを脱離させる。なお、脱離温度T2は、例えば300〜500℃である。
The
仕切り壁54は、空洞部52と触媒部53の間に設けられている。例えば、仕切り壁54は、金属製であり、環状に設けられている。このような仕切り壁54を設けることによって、触媒構造体50の強度を高めることが可能となる。
The
開閉弁55は、図2に示すように、空洞部52の出口側に開閉可能に設けられた弁である。例えば、開閉弁55が閉じている際には排気ガスは触媒部53を流れ、開閉弁55が開いている際には排気ガスは空洞部52を流れる。開閉弁55は、制御装置90の指令に基づいて開閉を行う。開閉弁55は、例えばバタフライバルブであり、開度を調整可能であってもよい。このように開度を調整することで、空洞部52を流れる排気ガスの流量と触媒部53を流れる流量を、それぞれ調整できる。なお、開閉弁55はバタフライバルブ以外のバルブであってもよい。
As shown in FIG. 2, the open /
NOxセンサ60は、図1に示すように排気路10において触媒構造体50とSCR42との間に設けられ、NOxの量を検出する窒素検出部である。例えば、NOxセンサ60は、触媒部53から脱離したNOxの量を検出する。NOxセンサ60の検出結果は、制御装置90に出力される。
As shown in FIG. 1, the
温度検出部80は、排気ガスの温度を検出する。温度検出部80は、例えば、排気路10に設けられ排気ガスの温度を測定する温度センサを含む。温度検出部80の検出結果は、制御装置90に出力される。
The
制御装置90は、例えばCPU(Central Processing Unit)、ROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)等を有するマイクロコンピュータを備えた電子制御装置(Electric Control Unit)である。制御装置90は、前述した各装置の動作を制御する。
The
制御装置90は、開閉弁55を動作させ、空洞部52及び触媒部53を流れる排気ガスの流量を調整する。すなわち、制御装置90は、開閉弁55の開閉を制御して排気ガスの流路を空洞部52又は触媒部53へ切り替えることで、空洞部52及び触媒部53を流れる排気ガスの流量を調整する。
The
制御装置90は、排気ガスの温度(排気温度)が浄化温度T1よりも低いと検出された場合には、開閉弁55を閉じて触媒部53を通過させる。排気ガスが触媒部53を通過する際に、排気ガス中のNOxが触媒部53に吸着される。これにより、排気温度が浄化温度T1よりも低い場合には、NOxが触媒部53に吸着されることで、NOxがSCR42へ向かうことを抑制できる。
When it is detected that the temperature of the exhaust gas (exhaust temperature) is lower than the purification temperature T1, the
一方で、制御装置90は、排気ガスの温度が浄化温度T1以上であると検出された場合には、開閉弁55を開けて排気ガスを空洞部52を通過させる。これにより、空洞部52を通過したNOxが、SCR42にて浄化される。なお、制御装置90は、開閉弁55を少しずつ開いて空洞部52を通過するNOxの量を調整することで、SCR42にNOxが一気に流入することを抑制してもよい。この結果、SCR42の浄化率を高められる。
On the other hand, when it is detected that the temperature of the exhaust gas is equal to or higher than the purification temperature T1, the
制御装置90は、排気ガスの温度が脱離温度T2以上であると検出された場合には、開閉弁55を閉じて排気ガスを触媒部53を通過させる。これにより、触媒部53を通過する排気ガスによって、それまで触媒部53に吸着されていたNOxの脱離が促進される。脱離したNOxは、排気ガスと共にSCR42へ向かって流れる。
When it is detected that the temperature of the exhaust gas is equal to or higher than the desorption temperature T2, the
制御装置90は、NOxセンサ60の検出結果に基づいて、開閉弁55を動作させてもよい。例えば、制御装置90は、NOxセンサ60の検出量が所定の閾値を超えた場合には、検出量に応じて開閉弁55の開度を調整する。これにより、触媒部53からのNOxの脱離量を適切に管理でき、SCR42による浄化を適切に行える。
The
<浄化システムの動作例>
上述した浄化システム1の動作例について、図4を参照しながら説明する。
<Operation example of purification system>
An operation example of the above-described purification system 1 will be described with reference to FIG.
図4は、浄化システム1の動作例を説明するためのフローチャートである。図4に示す処理は、制御装置90のCPUがプログラムを実行することで実現される。
FIG. 4 is a flowchart for explaining an operation example of the purification system 1. The processing illustrated in FIG. 4 is realized by the CPU of the
図4の処理は、エンジンが回転を開始して、エンジンの排気ガスが排気路10を流れるところから開始される。エンジンの回転開始直後の排気ガスの温度は低いが、エンジンが回転を続けることで排気ガスの温度が上昇する。
The process of FIG. 4 starts when the engine starts rotating and exhaust gas of the engine flows through the
まず、制御装置90は、排気路10を流れる排気ガスの温度を検出する(ステップS102)。すなわち、制御装置90は、温度検出部80によって排気ガスの温度を検出する。なお、温度検出部80による排気ガスの温度検出は、その後も所定間隔で継続される。
First, the
次に、制御装置90は、検出した排気ガスの温度(以下、単に排気温度と呼ぶ)が、浄化温度T1より低いか否かを判定する(ステップS104)。ここでは、エンジンの回転直後であるので、排気温度は浄化温度T1より低い。
Next, the
そして、ステップS104で排気温度が浄化温度T1より低いと判定した場合には(Yes)、制御装置90は、触媒構造体50の開閉弁55を閉じる(ステップS106)。なお、既に開閉弁55が閉じていた場合には、制御装置90は、開閉弁55が閉じた状態を維持させる。これにより、排気ガスは、触媒構造体50の触媒部53を通過する。この際、排気ガス中のNOxは、触媒部53に吸着される。この結果、浄化を開始する前のSCR42へNOxが流入することを抑制できる。
When it is determined in step S104 that the exhaust temperature is lower than the purification temperature T1 (Yes), the
その後、排気ガスの温度は上昇するが、制御装置90は、排気温度が浄化温度T1以上であるか否かを判定する(ステップS108)。そして、ステップS108で排気温度が浄化温度T1以上である場合には(Yes)、制御装置90は、開閉弁55を開ける(ステップS110)。これにより、排気ガスは、触媒部53に比べて圧損が小さい空洞部52を通過してSCR42に至る。排気温度が浄化温度T1であるため、排気ガス中のNOxが、SCR42によって浄化される。
After that, although the temperature of the exhaust gas rises, the
その後、制御装置90は、排気温度が脱離温度T2以上であるか否かを判定する(ステップS112)。そして、ステップS112で排気温度が脱離温度T2以上であると判定した場合には(Yes)、制御装置90は、開閉弁55を閉じる(ステップS114)。これにより、排気ガスは、触媒部53を通過することになる。また、脱離温度T2であることで、触媒部53に吸着していたNOxが脱離され、排気ガスと共にSCR42へ流れる。この結果、脱離されたNOxがSCR42において浄化されるので、浄化率を高められる。
Then, the
<本実施形態における効果>
上述したように排気路10においてSCR42の上流側に設けられNOxが吸着・脱離可能な触媒構造体50は、中央部に軸方向に沿って設けられた空洞部52と、空洞部52を囲むように設けられた触媒部53と、空洞部52の出口側に設けられた開閉弁55とを備える。
開閉弁55を設けることによって、排気ガスの流路として触媒部53と空洞部52を切り替えられるので、触媒部53と空洞部52を流れる排気ガスの流量を調整できる。これにより、例えば排気ガスが継続して触媒部53を流れ続けることに起因して触媒部53が劣化することを抑制できる。また、排気ガスの温度に応じて空洞部52及び触媒部53の流量を調整することで、触媒部53に対するNOxの吸着量と脱離量を適切に管理でき、この結果、SCR42によるNOxの浄化を効果的に行える。
<Effects of this embodiment>
As described above, the
By providing the opening / closing
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。例えば、装置の分散・統合の具体的な実施の形態は、以上の実施の形態に限られず、その全部又は一部について、任意の単位で機能的又は物理的に分散・統合して構成することができる。また、複数の実施の形態の任意の組み合わせによって生じる新たな実施の形態も、本発明の実施の形態に含まれる。組み合わせによって生じる新たな実施の形態の効果は、もとの実施の形態の効果を合わせ持つ。 Although the present invention has been described above using the embodiments, the technical scope of the present invention is not limited to the scope described in the above embodiments, and various modifications and changes are possible within the scope of the gist thereof. is there. For example, the specific embodiment of the distribution / integration of the device is not limited to the above-described embodiment, and all or a part thereof may be functionally or physically distributed / integrated in arbitrary units to be configured. You can Further, a new embodiment that occurs due to an arbitrary combination of a plurality of embodiments is also included in the embodiment of the present invention. The effect of the new embodiment produced by the combination has the effect of the original embodiment.
1 浄化システム
10 排気路
42 SCR
50 触媒構造体
52 空洞部
53 触媒部
54 仕切り壁
55 開閉弁
60 NOxセンサ
80 温度検出部
90 制御装置
1
50
Claims (6)
中央部に軸方向に沿って設けられた空洞部と、
前記空洞部を囲むように設けられた触媒部と、
前記空洞部の出口側に設けられた開閉弁と、
を備える、触媒構造体。 A tubular catalyst structure capable of adsorbing and desorbing nitrogen oxides in exhaust gas,
A cavity provided along the axial direction in the central part,
A catalyst portion provided so as to surround the cavity,
An on-off valve provided on the outlet side of the cavity,
A catalyst structure comprising:
前記空洞部と前記触媒部の間に設けられた仕切り壁を更に備える、
請求項1に記載の触媒構造体。 The catalyst portion has a honeycomb structure,
Further comprising a partition wall provided between the hollow portion and the catalyst portion,
The catalyst structure according to claim 1.
前記排気路に設けられ、前記排気ガス中の窒素酸化物が吸着及び脱離可能な管状の触媒構造体であって、中央部に軸方向に沿って設けられた空洞部と、前記空洞部を囲むように設けられた触媒部と、前記空洞部の出口側に設けられた開閉弁とを有する触媒構造体と、
前記開閉弁を動作させ、前記空洞部及び前記触媒部を流れる排気ガスの流量を調整する制御部と、
を備える、浄化システム。 An exhaust path through which exhaust gas flows,
A tubular catalyst structure that is provided in the exhaust passage and is capable of adsorbing and desorbing nitrogen oxides in the exhaust gas, and has a hollow portion provided along the axial direction in the central portion and the hollow portion. A catalyst structure having a catalyst portion provided so as to surround the opening and closing valve provided on the outlet side of the cavity portion,
A controller that operates the on-off valve to adjust the flow rate of exhaust gas flowing through the cavity and the catalyst;
Purification system.
前記排気路において前記触媒構造体よりも下流側に設けられ、前記排気ガスの温度が第1温度以上になると前記窒素酸化物を浄化する浄化部と、を更に備え、
前記制御部は、
前記排気ガスの温度が前記第1温度よりも低いと検出された場合には、前記開閉弁を閉じて前記触媒部を通過する排気ガス中の前記窒素酸化物を前記触媒部に吸着させ、
前記排気ガスの温度が前記第1温度以上であると検出された場合には、前記開閉弁を開けて前記排気ガスを前記空洞部を通過させる、
請求項3に記載の浄化システム。 A temperature detector for detecting the temperature of the exhaust gas,
A purification unit that is provided on the downstream side of the catalyst structure in the exhaust passage, and that purifies the nitrogen oxides when the temperature of the exhaust gas becomes a first temperature or higher;
The control unit is
When it is detected that the temperature of the exhaust gas is lower than the first temperature, the on-off valve is closed to adsorb the nitrogen oxide in the exhaust gas passing through the catalyst unit to the catalyst unit,
When the temperature of the exhaust gas is detected to be equal to or higher than the first temperature, the on-off valve is opened to allow the exhaust gas to pass through the cavity.
The purification system according to claim 3.
前記制御部は、前記排気ガスの温度が前記第2温度以上であると検出された場合には、前記開閉弁を閉じて前記排気ガスを前記触媒部を通過させる、
請求項4に記載の浄化システム。 When the temperature of the exhaust gas becomes equal to or higher than a second temperature higher than the first temperature, the catalyst unit desorbs the adsorbed nitrogen oxides,
When the temperature of the exhaust gas is detected to be equal to or higher than the second temperature, the control unit closes the on-off valve to allow the exhaust gas to pass through the catalyst unit,
The purification system according to claim 4.
前記制御部は、前記窒素検出部の検出量が所定の閾値を超えた場合には、前記検出量に応じて前記開閉弁の開度を調整する、
請求項5に記載の浄化システム。
In the exhaust passage, provided between the catalyst structure and the purification unit, further comprising a nitrogen detection unit for detecting the amount of the nitrogen oxides,
The control unit adjusts the opening degree of the opening / closing valve according to the detected amount when the detected amount of the nitrogen detecting unit exceeds a predetermined threshold value,
The purification system according to claim 5.
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