JP4308066B2 - Engine exhaust purification system - Google Patents
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Description
本発明は、移動車両搭載のディーゼルエンジン、ガソリンエンジン等から排出される窒素酸化物(NOx)を、還元剤貯蔵タンクから還元剤供給配管を介して供給される還元剤を還元触媒の排気上流側に噴射ノズルで噴射して還元除去するエンジンの排気浄化装置に関し、詳しくは、還元剤供給配管の少なくとも還元剤貯蔵タンク内に配設された部分に沿わせて外部から加熱流体を通す温水供給配管を設けることによって、還元剤貯蔵タンク内で凍結した還元剤を急速解凍しようとするエンジンの排気浄化装置に係るものである。 The present invention relates to a nitrogen oxide (NOx) discharged from a diesel engine, a gasoline engine or the like mounted on a moving vehicle, a reducing agent supplied from a reducing agent storage tank via a reducing agent supply pipe, and an exhaust upstream side of the reduction catalyst. More specifically, the present invention relates to an engine exhaust purification device that performs reduction removal by injection with an injection nozzle, and more specifically, hot water supply piping through which a heating fluid is passed from the outside along at least a portion of the reducing agent supply piping disposed in the reducing agent storage tank. The exhaust gas purifying apparatus for an engine is intended to rapidly thaw the reducing agent frozen in the reducing agent storage tank.
従来のエンジンの排気浄化装置は、エンジンの排気系に配設された還元触媒と、還元触媒の排気上流側に還元剤を噴射するように設けた噴射ノズルと、該噴射ノズルに還元剤供給配管を接続して内部に貯蔵した還元剤を噴射ノズルに供給可能にした還元剤貯蔵タンクとを備えており、還元剤貯蔵タンクから還元剤供給配管を介して噴射ノズルに還元剤を供給し、噴射ノズルから還元触媒の排気上流側の排気管内に還元剤を噴射し、該噴射された還元剤と排気中のNOxとを還元触媒で還元反応させてNOxを浄化するようになっている(例えば、特許文献1参照)。
しかし、このような従来のエンジンの排気浄化装置においては、例えば北海道のような寒冷地で冬季に気温が-20℃以下になった場合に、還元剤としての例えば尿素水溶液(尿素水)が還元剤貯蔵タンク内で凍結して供給できなくなる問題があった。 However, in such a conventional engine exhaust purification system, for example, an aqueous urea solution (urea water) as a reducing agent is reduced when the temperature falls below -20 ° C in winter in a cold region such as Hokkaido. There was a problem that it could not be supplied by freezing in the agent storage tank.
このような問題に対して、エンジンの冷却水を還元剤貯蔵タンクに導いて、エンジンの運転で温められた冷却水により尿素水を解凍するシステムが考えられる。しかし、このような解凍システムにおいては、尿素水が解凍して走行可能状態になるまでには、エンジンの始動後20〜30分の時間を必要とする。 In order to solve such a problem, a system in which the cooling water of the engine is guided to the reducing agent storage tank and the urea water is thawed by the cooling water warmed by the operation of the engine can be considered. However, in such a thawing system, it takes 20 to 30 minutes after the engine is started until the urea water is thawed and is ready to run.
そこで、本発明は、このような問題点に対処し、還元剤貯蔵タンク内で凍結した還元剤を急速解凍しようとするエンジンの排気浄化装置を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, an object of the present invention is to provide an exhaust emission control device for an engine that addresses such problems and tries to rapidly thaw the reducing agent frozen in the reducing agent storage tank.
上記目的を達成するために、本発明によるエンジンの排気浄化装置は、エンジンの排気系に配設され、排気中の窒素酸化物を還元剤により還元浄化する還元触媒と、前記排気系の排気通路内にて前記還元触媒の排気上流側に前記還元剤を噴射する噴射ノズルと、前記還元剤を内部に貯蔵し、該還元剤を前記噴射ノズルに供給する還元剤供給配管を配設した還元剤貯蔵タンクと、を備えたエンジンの排気浄化装置であって、前記還元剤貯蔵タンクは、外部から加熱流体を通す温水供給配管を前記還元剤供給配管の少なくともタンク本体内に差し入れられた部分に沿わせ、且つ当該部分に接合させた状態で備えたものである。 In order to achieve the above object, an exhaust emission control device for an engine according to the present invention is provided in an exhaust system of the engine and reduces and purifies nitrogen oxides in exhaust gas with a reducing agent, and an exhaust passage of the exhaust system. A reducing agent having an injection nozzle for injecting the reducing agent on the exhaust upstream side of the reduction catalyst and a reducing agent supply pipe for storing the reducing agent therein and supplying the reducing agent to the injection nozzle. a exhaust gas purification device for an engine, comprising: a storage tank, wherein the reducing agent storage tank, at least a tank portion which pledged in the body before Symbol reducing agent supply pipe hot water supply pipe passing heated fluid from the outside It is provided in a state where it is aligned and joined to the part .
このような構成により、還元剤を還元触媒の排気上流側に噴射する噴射ノズルに還元剤を還元剤貯蔵タンクから供給する還元剤供給配管にて、該還元剤供給配管の少なくともタンク本体内に差し入れられた部分に沿わせ、且つ当該部分に接合させた状態で備えられた温水供給配管に外部から加熱流体を通す。これにより、温水供給配管の加熱流体で少なくとも上記タンク本体内の還元剤供給配管内及びその周辺の凍結した還元剤を解凍する。 With such a configuration, the reducing agent supply pipe that supplies the reducing agent from the reducing agent storage tank to the injection nozzle that injects the reducing agent to the exhaust upstream side of the reduction catalyst is inserted into at least the tank body of the reducing agent supply pipe. The heated fluid is passed from the outside through the hot water supply pipe provided along the portion and joined to the portion . As a result, at least the reductant that has been frozen in and around the reducing agent supply pipe in the tank body is thawed by the heating fluid in the hot water supply pipe.
また、前記温水供給配管は、前記タンク本体内に設置されて還元剤の濃度を検出する濃度検出装置の濃度検出部を通過するように配設したものである。これにより、温水供給配管の温水で還元剤の濃度を検出する濃度検出装置の濃度検出部周辺の凍結した還元剤を解凍する。 The hot water supply pipe is disposed in the tank body so as to pass through a concentration detection unit of a concentration detection device that detects the concentration of the reducing agent. As a result, the frozen reducing agent around the concentration detecting unit of the concentration detecting device that detects the concentration of the reducing agent with the hot water in the hot water supply pipe is thawed.
前記温水供給配管は、前記タンク本体内に蛇行して配設したものである。これにより、タンク本体内に蛇行して配設した温水供給配管でタンク本体内の凍結した還元剤を解凍する。 The hot water supply pipe is arranged meandering in the tank body. Thereby, the frozen reducing agent in the tank body is thawed by the hot water supply pipe meanderingly arranged in the tank body.
前記温水供給配管は、管体の表面にフィンを設けたものである。これにより、管体の表面に設けたフィンで熱の伝達効率を向上する。 The hot water supply pipe is provided with fins on the surface of a pipe body. Thereby, the heat transfer efficiency is improved by the fins provided on the surface of the tubular body.
前記加熱流体は、不凍液である。これにより、加熱流体が冷えた場合にもその凍結を防止する。 The heating fluid is an antifreeze. This prevents freezing even when the heated fluid is cooled.
請求項1に係る発明によれば、還元剤供給配管の少なくとも還元剤貯蔵タンク内に差し入れられた部分に沿わせ、且つ当該部分に接合させて外部から加熱流体を通す温水供給配管を備えることができ、温水供給配管の加熱流体で還元剤供給配管の上記部分の内部及びその周辺の凍結した還元剤を急速解凍することができる。したがって、エンジン始動後の短時間に還元剤を噴射可能状態にすることができる。 According to the invention which concerns on Claim 1, it is equipped with the hot water supply piping which lets along the part inserted in the reducing agent storage tank of the reducing agent supply piping at least and joins the said portion, and lets a heating fluid pass from the outside. it can, can rapidly thawed frozen reducing agent inside and around the said portion of Motozai supply piping replaced with a heating fluid hot water supply pipe. Therefore, it is possible to injection state of a reducing agent in a short time after engine start.
また、請求項2に係る発明によれば、温水供給配管を還元剤の濃度を検出する濃度検出装置の濃度検出部を通過するように配設したことにより、加熱流体で上記濃度検出装置の濃度検出部周辺の凍結した還元剤を解凍することができる。したがって、凍結した還元剤を急速解凍してエンジン始動後短時間で還元剤濃度を検出可能状態にすることができる。 According to the second aspect of the present invention, the hot water supply pipe is disposed so as to pass through the concentration detection unit of the concentration detection device that detects the concentration of the reducing agent, so that the concentration of the concentration detection device can be increased by the heated fluid. The frozen reducing agent around the detection unit can be thawed. Therefore, the frozen reducing agent can be rapidly thawed so that the reducing agent concentration can be detected in a short time after the engine is started.
さらに、請求項3に係る発明によれば、温水供給配管をタンク本体内に蛇行して配設したことにより、タンク本体内の凍結した還元剤を効率的に解凍することができる。 Furthermore, according to the invention which concerns on Claim 3, the hot water supply piping meandered and arrange | positioned in the tank main body, Therefore The frozen reducing agent in a tank main body can be thawed efficiently.
さらにまた、請求項4に係る発明によれば、温水供給配管の管体の表面にフィンを設けたことにより、フィンで熱の伝達効率を向上することができる。したがって、還元剤の解凍速度を早くすることができる。 Furthermore, according to the invention which concerns on Claim 4, the heat transfer efficiency can be improved with a fin by providing the fin on the surface of the tubular body of the hot water supply pipe. Therefore, the thawing speed of the reducing agent can be increased.
そして、請求項5に係る発明によれば、加熱流体を不凍液としたことにより、凍結した還元剤を解凍中に加熱流体が冷えた場合にもその凍結するのを防止することができる。 According to the fifth aspect of the present invention, since the heating fluid is an antifreeze liquid, it is possible to prevent the frozen reducing agent from freezing even when the heating fluid cools during thawing.
以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。
図1は本発明によるエンジンの排気浄化装置の実施形態を示す概念図である。このエンジンの排気浄化装置は、移動車両搭載のディーゼルエンジン、ガソリンエンジン等から排出されるNOxを、還元剤を用いて還元除去するものである。ガソリンあるいは軽油を燃料とするエンジン1の排気は、排気マニフォールド2から排気通路としての排気管3を経由して大気中に排出される。上記排気浄化装置は上記排気管3の途中に設けられており、還元触媒4と、噴射ノズル5と、還元剤貯蔵タンク(以下、単に貯蔵タンク6と記載する)とを備えている。
Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is a conceptual diagram showing an embodiment of an engine exhaust gas purification apparatus according to the present invention. This engine exhaust purification device reduces and removes NOx discharged from a diesel engine, a gasoline engine or the like mounted on a moving vehicle using a reducing agent. The exhaust of the engine 1 using gasoline or light oil as fuel is discharged from the exhaust manifold 2 into the atmosphere via an exhaust pipe 3 serving as an exhaust passage. The exhaust purification device is provided in the middle of the exhaust pipe 3, and includes a reduction catalyst 4, an injection nozzle 5, and a reducing agent storage tank (hereinafter simply referred to as a storage tank 6).
上記還元触媒4は、排気管3内に設置されている。この還元触媒4は、排気管3内を通る排気中のNOxを還元剤により還元浄化するもので、例えばセラミックのコーディライトやFe−Cr−Al系の耐熱鋼から成るハニカム形状の横断面を有するモノリスタイプの触媒担体に、ゼオライト系の活性成分が担持されている。そして、上記触媒担体に担持された活性成分は、還元剤の供給を受けて活性化し、排気中のNOxを効果的に無害物質に浄化させる。 The reduction catalyst 4 is installed in the exhaust pipe 3. The reduction catalyst 4 reduces and purifies NOx in the exhaust gas passing through the exhaust pipe 3 with a reducing agent, and has a honeycomb-shaped cross section made of, for example, ceramic cordierite or Fe—Cr—Al heat resistant steel. A zeolite-type active component is supported on a monolith type catalyst carrier. Then, the active component supported on the catalyst carrier is activated by the supply of the reducing agent, and effectively purifies NOx in the exhaust gas into a harmless substance.
また、上記排気管3の内部にて還元触媒4の排気上流側には、噴射ノズル5が配設されている。この噴射ノズル5は、還元剤を噴射するものであり、図示省略のエンジンコントロールユニット(ECU)によって制御される還元剤供給装置7から供給される圧力エアと共に還元剤を排気管3内に噴射供給するようになっている。ここで、噴射ノズル5は、その先端部が排気の流れ方向Aと略平行に下流側に向けて延びるものとしたが、排気管3内にて排気の流れ方向Aと略直角に突き出ているものとしてもよい。また、還元剤供給装置7には、後述の貯蔵タンク6内に貯蔵された尿素水が還元剤供給配管8を通じて供給される。そして、上記噴射ノズル5と還元剤供給装置7とで、還元剤を還元触媒4の排気上流側に供給する還元剤供給手段を構成している。
An injection nozzle 5 is disposed on the exhaust upstream side of the reduction catalyst 4 inside the exhaust pipe 3. The injection nozzle 5 is for injecting a reducing agent, and injects and supplies the reducing agent into the exhaust pipe 3 together with pressure air supplied from a reducing agent supply device 7 controlled by an engine control unit (ECU) (not shown). It is supposed to be. Here, the tip of the injection nozzle 5 is assumed to extend toward the downstream side substantially in parallel with the flow direction A of the exhaust gas, but protrudes at a substantially right angle with the flow direction A of the exhaust gas in the exhaust pipe 3. It may be a thing. The reducing agent supply device 7 is supplied with urea water stored in a
上記貯蔵タンク6は、還元剤を還元剤供給装置7に供給する還元剤供給配管8と、還元剤の濃度を検出する濃度検出装置9とをそれぞれ還元剤吸込口8a及び濃度検出部9aがタンク底部6bまで達するようにタンク本体6aの上壁部6cからタンク本体6a内に差し入れて備え、また上記還元剤供給装置7へ供給した還元剤の一部をタンク本体6a内に戻す戻り配管10をタンク本体6aの上壁部6cからタンク本体6a内に差し入れて備えている。そして、外部から加熱流体(以下、温水と記載)を供給する温水供給配管11が、還元剤供給配管8の上記タンク本体6a内に差し入れられた部分に沿わせて設けられ、且つ例えば溶接等により還元剤供給配管8の上記部分に接合されている。
The
上記温水供給配管11は、上記還元剤供給配管8の還元剤吸込口8aから更に延びて上記濃度検出装置9の濃度検出部9aを通過すると共にタンク本体6a内を蛇行して配設される。また、上記温水供給配管11は、上端部をタンク本体6aの上壁部6c外に引き出してじょうろ形状の給水口11aを形成し、下端部をタンク本体6aの側面下部から外部に引き出して排水口11bを形成している。なお、上記タンク本体6aの外部にて排水口11bの手前側にはコック12が設けられており、上記温水供給配管11の流路を開閉できるようになっている。これにより、温水を温水供給配管11内に一時的に貯留できる。
The hot
さらに、上記温水供給配管11の給水口11aには、例えばゴムのキャップ13が設けられており、通常時は給水口11aを該キャップ13で閉じて、埃やゴミが温水供給配管11に進入しないようにして配管の詰りを防止している。
Further, for example, a
この実施形態では、上記噴射ノズル5で噴射供給する還元剤として例えば尿素水溶液(尿素水)を用いる。そして、噴射ノズル5で噴射供給された尿素水は、排気管3内の排気熱と排気中の水蒸気により加水分解してアンモニアを容易に発生する。得られたアンモニアは、還元触媒4において排気中のNOxと反応し、水及び無害なガスに浄化される。尿素水は、固体若しくは粉体の尿素の水溶液で、貯蔵タンク6内部に貯蔵されており、還元剤供給配管8を通じて還元剤供給装置7に供給されるようになっている。
In this embodiment, for example, a urea aqueous solution (urea water) is used as the reducing agent to be supplied by the injection nozzle 5. The urea water injected and supplied from the injection nozzle 5 is easily hydrolyzed by the exhaust heat in the exhaust pipe 3 and the water vapor in the exhaust to generate ammonia easily. The obtained ammonia reacts with NOx in the exhaust gas in the reduction catalyst 4 and is purified into water and harmless gas. The urea water is a solid or powdery urea aqueous solution, stored in the
次に、このように構成されたエンジンの排気浄化装置の動作について説明する。
先ず、貯蔵タンク6内部の尿素水が寒冷により凍結している場合に、コック12を開けた状態にして温水供給配管11の給水口11aのキャップ13を外し、給水口11aから例えばヤカン14等に入れた温水を矢印Bのように注ぎ込む。そして、温水が排水口11bから矢印Cのように出てくると上記コック12を閉じる。そして、暫くの間、温水が温水供給配管11内に貯留された状態にしておく。これにより、図2に示すように温水供給配管11内の温水から矢印D及びE方向の熱移動が起こり、還元剤供給配管8内及びその周囲や還元剤供給配管8の還元剤吸込口8a周辺及び濃度検出装置9の濃度検出部9a周辺の凍結した尿素水が急速に解凍する。
Next, the operation of the engine exhaust gas purification apparatus configured as described above will be described.
First, when the urea water in the
次に、温水供給配管11から熱移動が十分に起こり、温水が冷えたのを見計らって、図1に示すコック12を開き、冷却した温水を矢印C方向に排出する。なお、上述の温水の供給動作を複数回繰返し行えば、タンク本体6a内の尿素水の解凍を十分に行うことができる。これにより、エンジン1の始動後、短時間に尿素水を還元剤供給装置7に供給することができるようになる。また、温水として不凍液を使用すれば、熱移動により温水が冷えても温水供給配管11内で凍結することがない。
Next, when the heat transfer from the hot
一方、エンジン1の運転による排気は、排気マニフォールド2から排気管3を経由して、該排気管3内の途中に配設された還元触媒4を通り、排気管3の端部排出口から大気中に排出される。このとき、上述した尿素水の解凍作業により尿素水の供給が可能になると、上記排気管3の内部にて還元触媒4の排気上流側に配設された噴射ノズル5から尿素水が噴射される。この噴射ノズル5には、尿素水を貯蔵する貯蔵タンク6から還元剤供給配管8に導かれて尿素水が還元剤供給装置7の動作により圧力エアと共に供給される。そして、噴射ノズル5により排気中に噴射供給される。なお、還元剤供給装置7に供給された尿素水の全てが排気中に噴射供給されるわけではなく、その一部は使用されないまま戻り配管10によりタンク本体6a内に戻される。
On the other hand, exhaust from the operation of the engine 1 passes from the exhaust manifold 2 via the exhaust pipe 3, passes through the reduction catalyst 4 disposed in the middle of the exhaust pipe 3, and is discharged from the end exhaust port of the exhaust pipe 3 to the atmosphere. Discharged inside. At this time, when urea water can be supplied by the above-described thawing operation of urea water, urea water is injected from the injection nozzle 5 disposed on the exhaust upstream side of the reduction catalyst 4 inside the exhaust pipe 3. . The injection nozzle 5 is led from a
このように、本実施形態によれば、温水を通す温水供給配管11を、貯蔵タンク6内に配設された還元剤供給配管8の部分に沿わせて設けると共に、還元剤の濃度を検出する濃度検出装置9の濃度検出部9aを通過するように配設したことにより、温水供給配管11の温水で貯蔵タンク9内の少なくとも上記還元剤供給配管8内及びその周辺や還元剤供給配管8の還元剤吸込口8a並びに濃度検出部9a周辺の凍結した尿素水を解凍することができる。したがって、凍結した尿素水を急速解凍してエンジン1の始動後の短時間で尿素水を噴射可能状態にすることができ、また尿素水の濃度を検出可能状態にすることができる。
As described above, according to the present embodiment, the hot
なお、温水供給配管11は、貯蔵タンク6内に配設された還元剤供給配管8の部分のみならず戻り配管10部分も沿わせてもよい。この場合、図3に示すように、温水供給配管11は、貯蔵タンク6内に配設された戻り配管10の部分から還元剤供給配管8の部分を通り、濃度検出装置9の濃度検出部9aを通過するように配設するとよい。
The hot
図4は、温水供給配管11の他の実施例を示す要部拡大側面図である。この温水供給配管11は、管体の表面に多数のフィン15を設けたものであり、このフィン15により熱の伝達効率を向上している。
FIG. 4 is an enlarged side view of an essential part showing another embodiment of the hot
なお、本実施形態は、エンジン1の冷却水を貯蔵タンク6の周囲に巻き付けられたパイプに導いて、エンジン1の運転で温められた冷却水により内部の尿素水を解凍するようにしたシステムに併用してもよい。これにより、エンジン1の始動開始時には、外部から温水を供給して凍結した尿素水を急速解凍し、その後は、エンジン1の運転で温められた冷却水により尿素水の凍結を防止することができる。
In the present embodiment, the cooling water of the engine 1 is guided to a pipe wound around the
また、本実施形態においては、排気管3の排気下流側にのみ還元触媒4を備えた排気浄化装置を例に説明してきたが、これに限られず、排気上流側に排気中のNOを酸化反応により酸化してNO2を生成する酸化触媒を備えた排気浄化装置にも適用することができる。そして、還元剤として、尿素水を用いた例を説明したが、これに限られず、排気を浄化するために好適な他の還元剤、例えばアンモニア水溶液を使用してもよい。 Further, in the present embodiment, the exhaust purification device provided with the reduction catalyst 4 only on the exhaust downstream side of the exhaust pipe 3 has been described as an example. However, the present invention is not limited to this, and the NO in the exhaust is oxidized on the upstream side of the exhaust. The present invention can also be applied to an exhaust emission control device that includes an oxidation catalyst that oxidizes to produce NO 2 . And although the example using urea water was demonstrated as a reducing agent, it is not restricted to this, You may use other reducing agents suitable, for example, ammonia aqueous solution, in order to purify | clean exhaust gas.
1…エンジン
3…排気管(排気通路)
4…還元触媒
5…噴射ノズル
6…貯蔵タンク(還元剤貯蔵タンク)
6a…タンク本体
8…還元剤供給配管
9…濃度検出装置
9a…濃度検出部
11…温水供給配管
15…フィン
1 ... Engine 3 ... Exhaust pipe (exhaust passage)
4 ... Reduction catalyst 5 ...
6a ...
Claims (5)
前記排気系の排気通路内にて前記還元触媒の排気上流側に前記還元剤を噴射する噴射ノズルと、
前記還元剤を内部に貯蔵し、該還元剤を前記噴射ノズルに供給する還元剤供給配管を配設した還元剤貯蔵タンクと、
を備えたエンジンの排気浄化装置であって、
前記還元剤貯蔵タンクは、外部から加熱流体を通す温水供給配管を前記還元剤供給配管の少なくともタンク本体内に差し入れられた部分に沿わせ、且つ当該部分に接合させた状態で備えたことを特徴とするエンジンの排気浄化装置。 A reduction catalyst disposed in the exhaust system of the engine for reducing and purifying nitrogen oxides in the exhaust with a reducing agent;
An injection nozzle for injecting the reducing agent to the exhaust upstream side of the reduction catalyst in an exhaust passage of the exhaust system;
A reducing agent storage tank provided with a reducing agent supply pipe for storing the reducing agent therein and supplying the reducing agent to the injection nozzle;
An exhaust emission control device for an engine equipped with
The reducing agent storage tank, by including in a state in which along the hot water supply pipe passing heated fluid from the outside in at least a tank pledged portion within the body of the previous SL reducing agent supply pipe, is and bonded to the portion An exhaust gas purification device for an engine.
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