JP4233418B2 - 排気浄化装置 - Google Patents

Description

本発明は、ディーゼルエンジンなどのエンジンに適用される排気浄化装置に関するものである。

従来より、ディーゼルエンジンにおいては、排気ガスが流通する排気管の途中に、酸素共存下でも選択的にＮＯxを還元剤と反応させる性質を備えた選択還元型触媒（選択還元型触媒）を装備し、該選択還元型触媒の上流側に必要量の還元剤（炭化水素、又は尿素水）を添加して該還元剤を選択還元型触媒上で排気ガス中のＮＯx（窒素酸化物）と還元反応させ、これによりＮＯxの排出濃度を低減し得るようにしたものがある。

例えば、炭化水素を還元剤とした選択還元型触媒としては、白金，パラジウムなどの貴金属触媒や、バナジウム，銅，鉄の酸化物などの卑金属触媒が前述した如き性質を有するものとして既に知られているが、これらの選択還元型触媒の活性温度域（温度ウィンドウ）は一般的に狭く、ディーゼルエンジンの排気温度範囲の一部でしかＮＯxを浄化できていないのが現状であり、選択還元型触媒の活性温度域の拡大、特に低温活性の向上が今後の大きな課題となっている。また、尿素水を還元剤に用いた選択還元触媒としては、ゼオライト、バナジウムなどの触媒が知られているが、やはり低温活性の向上が今後の課題となっている。

尚、プラントなどにおける工業的な排煙脱硝処理の分野では、還元剤にアンモニア（ＮＨ₃）を用いてＮＯxを還元浄化する手法の有効性が既に広く知られているところであるが、自動車の場合には、アンモニアのような有毒な物質を搭載して走行することに関し安全確保が困難であるため、近年においては、毒性のない尿素水を還元剤として使用することが研究されている（例えば、特許文献１参照）。
特開平９−１５００３７号公報

しかしながら、このように尿素水を還元剤として使用する場合、尿素水を車両搭載の尿素水タンクに貯蔵しておくことになるが、気温によりタンク内で尿素水が徐々に分解して有毒なアンモニアとＣＯの気化ガスが発生し、この気化ガスが運転期間が長くなるにつれてタンク内で高濃度化してしまうことが問題視されている。

本発明は上述の実情に鑑みてなしたもので、尿素水タンク内で有毒な気化ガスが高濃度化してしまう虞れを未然に回避し得るようにした排気浄化装置を提供することを目的としている。

本発明は、排気管の途中に酸素共存下でも選択的にＮＯxをアンモニアと反応させ得る選択還元型触媒を装備し、該選択還元型触媒の上流側に尿素水タンクからの尿素水を還元剤として添加し得るように構成した排気浄化装置において、前記尿素水タンク内の気相部分から気化ガスを抜き出して前記選択還元型触媒の上流側に導くガス抜きラインと、排気ガスの温度を検出する温度センサと、前記気化ガスを抜き出すタイムスケジュールを組み込んだ制御装置とを備え、
前記制御装置は、タイムスケジュールに従ってガス抜きラインに定期的に駆動指令を出力し、
前記温度センサの検出値に基づき選択還元型触媒の触媒床温度が活性下限温度を超えていると判断された場合にのみ尿素水タンクからの気化ガスの抜き出しを行い得るように構成したことを特徴とするものである。

而して、このようにすれば、尿素水タンクの気相部分に溜まった気化ガスを高濃度化する前にガス抜きラインを通して抜き出し、その抜き出した気化ガスを選択還元型触媒に導いて気化ガス中のアンモニア成分を還元剤として処理することが可能となる。

また、制御装置は、タイムスケジュールに従ってガス抜きラインに定期的に駆動指令を出力し、前記温度センサの検出値に基づき選択還元型触媒が活性温度域にある条件下でのみ尿素水タンクから気化ガスが抜き出される結果、確実に気化ガスのアンモニア成分が選択還元型触媒上で処理されることになる。

更に、選択還元型触媒の下流側に酸化触媒を配置することも可能であり、このようにすれば、選択還元型触媒を未反応のまま通過してしまった微量のリークアンモニアがアンモニアに比較して毒性の低いＮＯや無害なＮ₂に、また、気化ガス中のＣＯ成分が無害なＣＯ₂に夫々酸化処理されて排出されることになる。

上記した本発明の排気浄化装置によれば、下記の如き種々の優れた効果を奏し得る。

（Ｉ）本発明の請求項１に記載の発明によれば、尿素水タンクの気相部分に溜まった気化ガスをガス抜きラインを介し抜き出し、気化ガス中のアンモニア成分を選択還元型触媒上で排気ガス中のＮＯxと還元反応させて処理することができるので、尿素水タンク内で有毒な気化ガスが高濃度化してしまう虞れを未然に回避することができる。

（ＩＩ）また、本発明の請求項１に記載の発明によれば、制御装置は、タイムスケジュールに従ってガス抜きラインに定期的に駆動指令を出力し、温度センサの検出値に基づき選択還元型触媒が活性温度域にあることを確認した上で尿素水タンクから気化ガスを導いて確実にアンモニア成分を処理することができるので、排気温度の低い軽負荷運転時などにおいて気化ガスが処理されずに大気中に排出されてしまう虞れを未然に回避することができる。

（ＩＩＩ）本発明の請求項２に記載の発明によれば、選択還元型触媒を未反応のまま通過してしまった微量のリークアンモニアやＣＯを後段の酸化触媒により酸化処理して排出することができるので、最終的に大気中へ排出される排気ガス中にアンモニアやＣＯが残存してしまう虞れを未然に回避することができる。

以下本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。

図１〜図３は本発明を実施する形態の一例を示すもので、図１中における符号１はディーゼル機関であるエンジンを示し、ここに図示しているエンジン１では、ターボチャージャ２が備えられており、エアクリーナ３から導いた空気４が吸気管５を介し前記ターボチャージャ２のコンプレッサ２ａへと送られ、該コンプレッサ２ａで加圧された空気４が更にインタークーラ６へと送られて冷却され、該インタークーラ６から図示しないインテークマニホールドへと空気４が導かれてエンジン１の各シリンダに導入されるようにしてある。

また、このエンジン１の各シリンダから排出された排気ガス７がエキゾーストマニホールド８を介し前記ターボチャージャ２のタービン２ｂへと送られ、該タービン２ｂを駆動した排気ガス７が排気管９を介し車外へ排出されるようにしてある。

そして、排気ガス７が流通する排気管９の途中には、選択還元型触媒１０がケーシング１１により抱持されて装備されており、この選択還元型触媒１０は、図２に示す如きフロースルー方式のハニカム構造物として形成され、酸素共存下でも選択的にＮＯxをアンモニアと反応させ得るような性質を有している。

ここで、前記選択還元型触媒１０には、白金，パラジウムなどの貴金属触媒や、バナジウム，銅，鉄の酸化物などの卑金属触媒といった従来周知の触媒を採用することが可能であるが、一般的に酸化力の強い貴金属触媒を採用するよりも、比較的被毒され難い卑金属触媒を採用する方がより好ましい。

また、ケーシング１１内における選択還元型触媒１０の後段には、該選択還元型触媒１０と同様にフロースルー方式のハニカム構造物として形成された酸化触媒１２が装備されており、この酸化触媒１２は、白金に酸化アルミニウム（アルミナ）を混合してステンレス製のメタル担体などに担持させた構造としてある。

そして、ケーシング１１の上流側に噴射ノズル１３が設置され、該噴射ノズル１３と所要場所に設けた尿素水タンク１４との間が尿素水供給ライン１５により接続されており、該尿素水供給ライン１５の途中に装備した供給ポンプ１６の駆動により尿素水タンク１４内の尿素水１７（還元剤）を噴射ノズル１３を介し選択還元型触媒１０の上流側に添加し得るようにしてある。

また、前記尿素水タンク１４には、タンク内の気相部分から気化ガス１７’を定期的に抜き出して前記選択還元型触媒１０の上流側に導くガス抜きライン１８が装備されており、該ガス抜きライン１８の途中に装備した排気ポンプ１９の駆動により尿素水タンク１４内の気化ガス１７’を逆止弁２０を介し選択還元型触媒１０の上流側に導き得るようにしてある。

また、ケーシング１１の入口付近に、排気管９内を流れる排気ガス７の温度を検出する温度センサ２１が装備されており、該温度センサ２１からの検出信号２１ａが、エンジン制御コンピュータ（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）を成す制御装置２２に対し入力されるようになっている。

他方、前記制御装置２２においては、エンジン１の回転数や負荷などから判断される現在の運転状態に基づきＮＯxの発生量が推定されると共に、その推定されたＮＯxの発生量に見合う尿素水１７の添加量が算出され、温度センサ２１からの検出信号２１ａに基づき選択還元型触媒１０の触媒床温度が活性下限温度を超えていると判断された場合（選択還元型触媒１０の出口側にも別の温度センサを配置して入口側と出口側の両方の排気温度を考慮することで触媒床温度を判断しても良い）に、必要量の尿素水１７の添加が成されるように尿素水供給ライン１５の供給ポンプ１６に向け駆動指令信号１６ａが出力されるようになっている。

更に、この制御装置２２には、尿素水タンク１４内の気相部分から気化ガス１７’を抜き出すタイムスケジュールが組み込まれており、例えば、月に数回程度（１週間に１回程度）の間隔で定期的にガス抜きライン１８の排気ポンプ１９に向け駆動指令信号１９ａが出力されるようにしてある。

ただし、この排気ポンプ１９への駆動指令信号１９ａについても、温度センサ２１からの検出信号２１ａに基づき選択還元型触媒１０の触媒床温度が活性下限温度を超えていると判断された場合にのみ出力するようにしておく。尚、このタイムスケジュールは、季節による気温変化を考慮して月毎に異なる回数を設定しても良い。

而して、このようにすれば、制御装置２２に組み込まれているタイムスケジュールに従い、月に数回程度の間隔で定期的にガス抜きライン１８の排気ポンプ１９に向け駆動指令信号１９ａが出力され、該排気ポンプ１９の駆動により尿素水タンク１４の気相部分に溜まった気化ガス１７’が高濃度化する前にガス抜きライン１８を通して抜き出され、その抜き出された気化ガス１７’が選択還元型触媒１０に導かれて気化ガス１７’中のアンモニア成分が還元剤として処理されることになる。

即ち、図３にグラフで示す如く、尿素水タンク１４内の気相部分におけるアンモニア濃度は、図３中に実線の曲線Ａで示すように、月に数回程度の気化ガス１７’の抜き出しにより長期間に亘る運転でも常に所定の水準以下に抑制されることになる。尚、気化ガス１７’の抜き出しを行わない場合には、図３中に実線の曲線Ｂで示す通り、数ヶ月の運転期間のうちに気化ガス１７’が高濃度化してしまう結果となる。

また、温度センサ２１からの検出信号２１ａに基づき制御装置２２にて選択還元型触媒１０の触媒床温度が活性下限温度を超えていると判断された場合にのみ排気ポンプ１９への駆動指令信号１９ａが出力されるようにしているので、選択還元型触媒１０が活性温度域にある条件下でのみ尿素水タンク１４から気化ガス１７’が抜き出され、確実に気化ガス１７’のアンモニア成分が選択還元型触媒１０上で処理されることになる。

更に、選択還元型触媒１０の下流側に酸化触媒１２を配置しているので、前記選択還元型触媒１０を未反応のまま通過してしまった微量のリークアンモニアがアンモニアに比較して毒性の低いＮＯや無害なＮ₂に、また、気化ガス１７’中のＣＯ成分が無害なＣＯ₂に夫々酸化処理されて排出されることになる。

従って、上記形態例によれば、尿素水タンク１４の気相部分に溜まった気化ガス１７’をガス抜きライン１８を介し抜き出し、気化ガス１７’中のアンモニア成分を選択還元型触媒１０上で排気ガス７中のＮＯxと還元反応させて処理することができるので、尿素水タンク１４内で有毒な気化ガス１７’が高濃度化してしまう虞れを未然に回避することができる。

また、温度センサ２１の検出値に基づき選択還元型触媒１０が活性温度域にあることを確認した上で尿素水タンク１４から気化ガス１７’を導いて確実にアンモニア成分を処理することができるので、排気温度の低い軽負荷運転時などにおいて気化ガス１７’が処理されずに大気中に排出されてしまう虞れを未然に回避することができ、しかも、選択還元型触媒１０を未反応のまま通過してしまった微量のリークアンモニアやＣＯを後段の酸化触媒１２により酸化処理して排出することができるので、最終的に大気中へ排出される排気ガス７中にアンモニアやＣＯが残存してしまう虞れを未然に回避することもできる。

尚、本発明の排気浄化装置は、上述の形態例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。

本発明を実施する形態の一例を示す概略図である。 図１の選択還元型触媒の一部を切り欠いた斜視図である。 尿素水タンク内のアンモニア濃度に関するグラフである。

符号の説明

７ 排気ガス
９ 排気管
１０ 選択還元型触媒
１２ 酸化触媒
１３ 噴射ノズル
１４ 尿素水タンク
１５ 尿素水供給ライン
１６ 供給ポンプ
１６ａ 駆動指令信号
１７ 尿素水
１７’ 気化ガス
１８ ガス抜きライン
１９ 排気ポンプ
１９ａ 駆動指令信号
２１ 温度センサ
２１ａ 検出信号
２２ 制御装置

Claims (2)

1. 排気管の途中に酸素共存下でも選択的にＮＯxをアンモニアと反応させ得る選択還元型触媒を装備し、該選択還元型触媒の上流側に尿素水タンクからの尿素水を還元剤として添加し得るように構成した排気浄化装置において、前記尿素水タンク内の気相部分から気化ガスを抜き出して前記選択還元型触媒の上流側に導くガス抜きラインと、排気ガスの温度を検出する温度センサと、前記気化ガスを抜き出すタイムスケジュールを組み込んだ制御装置とを備え、
   前記制御装置は、タイムスケジュールに従ってガス抜きラインに定期的に駆動指令を出力し、
   前記温度センサの検出値に基づき選択還元型触媒の触媒床温度が活性下限温度を超えていると判断された場合にのみ尿素水タンクからの気化ガスの抜き出しを行い得るように構成したことを特徴とする排気浄化装置。
2. 選択還元型触媒の下流側に酸化触媒を配置したことを特徴とする請求項１に記載の排気浄化装置。

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