JP4640344B2 - Exhaust purification device - Google Patents
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Description
本発明は、エンジンからの排ガスを浄化する排気浄化装置に関する。 The present invention relates to an exhaust purification device that purifies exhaust gas from an engine.
従来から、エンジンの排ガス成分である窒素酸化物(NOx)を還元剤により還元して浄化する排気浄化装置が公知である。この還元剤は、例えば、尿素や、尿素の分解により発生するアンモニア(NH3)等であり、NH3が触媒によりNOxと還元反応して無害な窒素(N2)や水(H2O)を生成することで、NOxが浄化される。このため、NOxの浄化を優先して還元剤の添加量を増やすと、未反応の還元剤が排気される虞がある。 2. Description of the Related Art Conventionally, exhaust emission control devices that reduce and purify nitrogen oxide (NOx), which is an exhaust gas component of an engine, with a reducing agent are known. The reducing agent is, for example, urea or ammonia (NH 3 ) generated by the decomposition of urea, and NH 3 is reduced to NOx by a catalyst to cause harmless nitrogen (N 2 ) or water (H 2 O). By generating NOx, NOx is purified. For this reason, when the amount of addition of the reducing agent is increased by giving priority to the purification of NOx, there is a possibility that unreacted reducing agent may be exhausted.
ところで、未反応の還元剤の処理について、還元剤を酸化して処理するため別途に触媒を具備する排気浄化装置が考えられている(例えば、特許文献1参照)。特許文献1に記載の排気浄化装置は、NOxを還元するための触媒の下流側に還元剤を酸化するための触媒(第2触媒とする)を備え、第2触媒が活性化温度以上のときに未反応の還元剤を第2触媒に導く。
By the way, regarding the treatment of the unreacted reducing agent, an exhaust emission control device that is separately provided with a catalyst to oxidize and treat the reducing agent has been considered (for example, see Patent Document 1). The exhaust emission control device described in
このため、特許文献1に記載の排気浄化装置によれば、エンジンの始動直後のように、排ガスの温度が低く第2触媒が活性化していないときにNOxの浄化を優先すると、未反応の還元剤が排気される虞が極めて高くなる。
本発明は、上記の問題点を解決するためになされたものであり、その目的は、排ガス成分を還元剤により浄化する排気浄化装置において、排ガスの温度によらず未反応の還元剤の処理を可能とすることにある。 The present invention has been made in order to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to treat an unreacted reducing agent regardless of the temperature of exhaust gas in an exhaust gas purification apparatus that purifies exhaust gas components with a reducing agent. It is to make it possible.
〔請求項1の手段〕
請求項1に記載の排気浄化装置は、エンジンからの排ガスを浄化するものであり、還元剤による排ガス成分の還元反応を促進する第1触媒装置と、第1触媒装置よりも下流側に配される放電装置とを備える。
これにより、放電装置が放電するとオゾン等の酸化活性物質が発生し、この酸化活性物質により未反応の還元剤が酸化される。このため、排ガスの温度によらず未反応の還元剤を処理することができる。
[Means of Claim 1]
An exhaust emission control device according to claim 1 purifies exhaust gas from an engine, and is arranged on the downstream side of the first catalyst device and a first catalyst device that promotes a reduction reaction of exhaust gas components by a reducing agent. A discharge device.
As a result, when the discharge device is discharged, an oxidizing active substance such as ozone is generated, and the unreacted reducing agent is oxidized by the oxidizing active substance. For this reason, an unreacted reducing agent can be processed irrespective of the temperature of exhaust gas.
また、排気浄化装置は、第1触媒装置よりも下流側に配され、還元剤の酸化反応を促進する第2触媒装置を備える。In addition, the exhaust purification device includes a second catalyst device that is disposed downstream of the first catalyst device and promotes the oxidation reaction of the reducing agent.
これにより、放電装置と第2触媒装置とを併用して未反応の還元剤を処理することができる。このため、放電電力に要するコストと、第2触媒装置の触媒素材(白金等の貴金属)のコストとの兼ね合いにより、請求項1の効果を有する排気浄化装置の仕様を決定できる。Thereby, an unreacted reducing agent can be processed using a discharge device and a 2nd catalyst device together. For this reason, the specification of the exhaust emission control device having the effect of
また、排気浄化装置は、排ガスの温度に応じて放電装置による放電を制御する第2放電制御手段を備える。The exhaust emission control device further includes second discharge control means for controlling discharge by the discharge device in accordance with the temperature of the exhaust gas.
これにより、第2触媒装置を備える排気浄化装置において、第2触媒装置の触媒(第2触媒)の活性化状態に応じて、放電装置による放電を行うことができる。このため、例えば、第2触媒が活性化温度未満のときにのみ放電装置に放電させることにより、放電電力に要するコストを低減することができる。Thereby, in the exhaust emission control device provided with the second catalyst device, discharge by the discharge device can be performed according to the activation state of the catalyst (second catalyst) of the second catalyst device. For this reason, for example, the cost required for the discharge power can be reduced by causing the discharge device to discharge only when the second catalyst is lower than the activation temperature.
〔請求項2の手段〕
請求項2に記載の排気浄化装置は、第1触媒装置から流出した還元剤の濃度を検出する還元剤濃度検出手段と、還元剤濃度検出手段から得られる検出値に応じて放電装置による放電を制御する第1放電制御手段とを備える。
これにより、第1触媒装置を未反応で通過した還元剤の量に応じて、放電装置による放電を行うことができる。このため、例えば、還元剤の未反応通過量に対する閾値を設定し、未反応通過量が閾値以上のときにのみ放電装置に放電させることにより、放電電力に要するコストを低減することができる。
[Means of claim 2]
The exhaust emission control device according to
Thereby, discharge by a discharge device can be performed according to the quantity of the reducing agent which passed the 1st catalyst device unreacted. Thus, for example, set the threshold to unreacted passing amount of the reducing agent, by discharging only the discharge device when the unreacted throughput is not less than the threshold value, Ru can be reduced the cost of discharge power.
〔請求項3の手段〕
請求項3に記載の排気浄化装置は、第2触媒装置に流入する排ガスの温度を検出する排ガス温度検出手段を備え、第2放電制御手段は、排ガス温度検出手段から得られる検出値に応じて放電装置による放電を制御する。
これにより、第2触媒装置に流入する排ガスの温度を直接的に検出することができるので、第2触媒の活性化状態を高精度に把握することができる。
[Means of claim 3 ]
The exhaust emission control device according to
Thereby, since the temperature of the exhaust gas flowing into the second catalyst device can be directly detected, the activation state of the second catalyst can be grasped with high accuracy.
〔請求項4の手段〕
請求項4に記載の排気浄化装置によれば、放電装置は、コロナ放電または沿面放電により放電する。
この手段は、放電の形態を示すものである。
[Means of claim 4 ]
According to the exhaust emission control device of the fourth aspect , the discharge device discharges by corona discharge or creeping discharge.
This means shows the form of discharge.
最良の形態1の排気浄化装置は、エンジンからの排ガスを浄化するものであり、還元剤による排ガス成分の還元反応を促進する第1触媒装置と、第1触媒装置よりも下流側に配される放電装置と、第1触媒装置よりも下流側に配され、還元剤の酸化反応を促進する第2触媒装置と、排ガスの温度に応じて放電装置による放電を制御する第2放電制御手段と、第2触媒装置に流入する排ガスの温度を検出する排ガス温度検出手段を備える。そして、第2放電制御手段は、排ガス温度検出手段から得られる検出値に応じて放電装置による放電を制御する。
The exhaust emission control device of the
〔参考例1の構成〕
参考例1の排気浄化装置1の構成を、図1を用いて説明する。
排気浄化装置1は、エンジン2からの排ガスを浄化するものであり、排ガス成分である窒素酸化物(NOx)を還元して浄化する。還元剤は、例えば、尿素や、尿素の分解により発生するアンモニア(NH3)等であり、NH3がNOxと還元反応して無害な窒素(N2)や水(H2O)を生成することで、NOxが浄化される。
[Configuration of Reference Example 1 ]
The configuration of the exhaust
The exhaust
排気浄化装置1は、NH3によるNOxの還元反応を促進する第1触媒装置3と、第1触媒装置3よりも下流側に配される放電装置4と、第1触媒装置3から流出したNH3の濃度を検出する還元剤濃度検出手段としてのNH3濃度センサ5と、放電装置4による放電を制御する電子制御装置(ECUと呼ぶ)6とを備える。
The
なお、還元剤は、添加弁9により排ガスが通る排気管10の内部に、尿素水として、直接、噴射供給される。また、添加弁9は、第1触媒装置3よりも上流側、かつ、プレ触媒装置11よりも下流側の排気管10の内部に突出するように装着される。ここで、プレ触媒装置11とは、主に、排ガス成分の一酸化窒素(NO)を酸化させて二酸化窒素(NO2)にする酸化反応を促進するものであり、白金等の貴金属を触媒素材として設けられている。
The reducing agent is directly injected and supplied as urea water into the
第1触媒装置3は、酸化バナジウム(V2O5)等の金属酸化物を触媒素材として設けられ、NH3によるNOxの還元反応を促進する。つまり、第1触媒装置3は、NOxを浄化する機能の中核を担うものである。
The
放電装置4は、コロナ放電または沿面放電により放電し、酸素(O2)からオゾン(O3)を生成する。そして、放電により生成されたO3が、第1触媒装置3を未反応で通過したNH3と酸化反応し、無害なH2O、N2およびO2を生成する。なお、O3の生成量は、図2に示すように、特定の臨界電圧を超えると直線的に増加する。このため、放電電圧を可変することで、O3の生成量を増減してNH3の酸化反応率を操作することができる。
The discharge device 4 is discharged by corona discharge or creeping discharge, and generates ozone (O 3 ) from oxygen (O 2 ). Then, the O 3 produced by discharging, the first
ECU6は、制御機能および演算機能を発揮するCPU、ROMおよびRAM等の記憶装置、入力装置ならびに出力装置等により構成される周知のマイクロコンピュータであり、エンジン2の運転状態に応じて、各種の機器のアクチュエータに指令して機器の駆動制御を行うものである。
The ECU 6 is a well-known microcomputer that includes a CPU, a ROM, a RAM, and other storage devices, an input device, an output device, and the like that perform a control function and an arithmetic function. Various kinds of equipment are used depending on the operating state of the
そして、ECU6は、NH3濃度センサ5から得られる検出値に応じて放電装置4による放電を制御する第1放電制御手段として機能する。すなわち、ECU6は、NH3の濃度に応じて、放電装置4の作動または作動停止や、放電電圧の可変を行う。なお、NH3濃度センサ5は、第1触媒装置3よりも下流側、かつ、放電装置4よりも上流側の排気管10に装着されている。このため、NH3濃度センサ5は、第1触媒装置3を未反応で通過し放電装置4で酸化される前のNH3の濃度を検出する。したがって、ECU6は、第1触媒装置3を未反応で通過したNH3の濃度に応じて放電装置4を制御する。
The
また、排気浄化装置1は、プレ触媒装置11よりも下流側、かつ添加弁9よりも上流側の排気管10にNOxの濃度を検出するNOx濃度センサ13を備え、ECU6は、NOx濃度センサ13から得られる検出値に応じて還元剤の噴射量を求める。そして、ECU6は、求めた噴射量の値に基づき添加弁9の作動を制御する。
Further, the
〔参考例1の制御方法〕
参考例1の排気浄化装置1による制御方法を、図3に示すフローチャートを用いて説明する。
まず、ステップS1で、NOx濃度センサ13により排ガスのNOx濃度を検出し、ステップS2で、NOx濃度の検出値が所定の閾値以上か否かを判断する。そして、NOx濃度の検出値が閾値以上であれば(YES)、ステップS3に進み、NOx濃度の検出値が閾値未満であれば(NO)、ステップS4に進む。
[Control method of Reference Example 1 ]
A control method by the exhaust
First, in step S1, the
ステップS3では、添加弁9を作動させ、NOx濃度の検出値に応じた量の還元剤を噴射し、ステップS5に進む。一方、ステップS4では、添加弁9の作動を停止(OFF)するとともに、放電装置4の作動を停止(OFF)し、ステップS1に戻る。
In step S3, the
次に、ステップS5で、NH3濃度センサ5により第1触媒装置3を未反応で通過したNH3濃度を検出し、ステップS6で、NH3濃度の検出値が所定の閾値以上か否かを判断する。そして、NH3濃度の検出値が閾値以上であれば(YES)、ステップS7に進み、NH3濃度の検出値が閾値未満であれば(NO)、ステップS5に戻る。
Next, at step S5, the NH 3 concentration sensor 5 detects the NH 3 concentration that has passed through the first
ステップS7では、放電装置4を作動させ、NH3濃度の検出値に応じた放電電圧で放電する。次に、ステップS8で、再度、NH3濃度センサ5により第1触媒装置3を未反応で通過したNH3濃度を検出し、ステップS9で、NH3濃度の検出値が所定の閾値未満か否かを判断する。そして、NH3濃度の検出値が閾値未満であれば(YES)、制御フローを終了し、NH3濃度の検出値が閾値以上であれば(NO)、ステップS10に進む。
ステップS10では、NH3濃度の検出値と閾値との差分に応じて放電電圧を上昇しステップS8に戻る。
In step S7, the discharge device 4 is operated and discharged at a discharge voltage corresponding to the detected value of the NH 3 concentration. Next, in step S8, again, detecting the NH 3 concentration having passed through the first
In step S10, the discharge voltage is increased according to the difference between the detected value of the NH 3 concentration and the threshold value, and the process returns to step S8.
〔参考例1の効果〕
参考例1の排気浄化装置1は、NOxの還元反応を促進する第1触媒装置3と、第1触媒装置3よりも下流側に配される放電装置4とを備える。
これにより、放電装置4が放電するとO3等の酸化活性物質が発生し、この酸化活性物質により未反応のNH3が酸化される。このため、排ガスの温度によらず未反応の還元剤を処理することができる。
[Effect of Reference Example 1 ]
The
Thus, when the discharge device 4 is discharged, an oxidation active substance such as O 3 is generated, and unreacted NH 3 is oxidized by the oxidation active substance. For this reason, an unreacted reducing agent can be processed irrespective of the temperature of exhaust gas.
また、排気浄化装置1は、第1触媒装置3から流出したNH3の濃度を検出するNH3濃度センサ5を備え、ECU6は、NH3濃度センサ5から得られる検出値に応じて放電装置4による放電を制御する第1放電制御手段としての機能を具備する。
これにより、第1触媒装置3を未反応で通過したNH3の量に応じて、放電装置4による放電を行うことができる。このため、NH3の未反応通過量に応じて放電装置4の作動または作動停止や、放電電圧の可変を行うことにより、放電電力に要するコストを低減することができる。
In addition, the
Thereby, discharge by the discharge device 4 can be performed according to the amount of NH 3 that has passed through the
〔実施例1の構成〕
実施例1の排気浄化装置1は、第1触媒装置3よりも下流側に配され、NH3の酸化反応を促進する第2触媒装置15と、第2触媒装置15に流入する排ガスの温度を検出する排ガス温度検出手段としての排気温度センサ16を備え、放電装置4は、第2触媒装置15よりも下流側に配される。ここで、第2触媒装置15は、プレ触媒装置11と同様に白金等の貴金属を触媒素材として設けられ、NH3を酸化させて無害なN2とH2Oとにする酸化反応を促進するものである。
[Configuration of Example 1 ]
Exhaust
また、ECU6は、排気温度センサ16から得られる検出値に応じて放電装置4による放電を制御する第2放電制御手段として機能する。すなわち、ECU6は、排ガスの温度に応じて、放電装置4の作動または作動停止や、放電電圧の可変を行う。なお、排気温度センサ16は、プレ触媒装置11よりも下流側、かつ、第1触媒装置3よりも上流側の排気管10に装着され、第1、第2触媒装置3、15に流入する直前の排ガスの温度を検出する。したがって、ECU6は、第1、第2触媒装置3、15に流入する直前の排ガスの温度に応じて放電装置4を制御する。
Further, the
ここで、NH3の第2触媒装置15による酸化反応率は、図5に示すように、排ガスの温度が活性化温度を超えると急激に上昇する。一方、放電装置4による酸化反応率は、排ガスの温度によらずほぼ同水準である。よって、第2触媒装置15および放電装置4によるNH3の全酸化反応率を下げることなく、排ガスの温度に応じて放電装置4の作動または作動停止や、放電電圧の可変を行うことができる。
Here, the oxidation reaction rate of NH 3 by the
〔実施例1の効果〕
実施例1の排気浄化装置1は、第1触媒装置3よりも下流側に配され、NH3の酸化反応を促進する第2触媒装置15を備え、放電装置4は、第2触媒装置15よりも下流側に配される。
これにより、放電装置4と第2触媒装置15とを併用して未反応のNH3を処理することができる。このため、放電電力に要するコストと、第2触媒装置15の触媒素材のコストとの兼ね合いにより排気浄化装置1の仕様を決定できる。
[Effect of Example 1 ]
Exhaust
Thereby, the unreacted NH 3 can be treated by using the discharge device 4 and the
また、ECU6は、排ガスの温度に応じて放電装置4による放電を制御する第2放電制御手段として機能する。
これにより、第2触媒装置15の触媒(第2触媒)の活性化状態に応じて効率的に放電装置4を作動させ放電電圧を可変することができるので、放電電力に要するコストを低減することができる。
Further, the
Thereby, since the discharge device 4 can be operated efficiently and the discharge voltage can be varied according to the activation state of the catalyst (second catalyst) of the
また、排気浄化装置1は、第1、第2触媒装置3、15よりも上流側に排気温度センサ16を装備し、ECU6は、排気温度センサ16から得られる検出値に応じて放電装置4による放電を制御する。
これにより、第2触媒装置15に流入する排ガスの温度を直接的に検出することができるので、第2触媒の活性化状態を高精度に把握することができる。
Further, the
Thereby, since the temperature of the exhaust gas flowing into the
〔参考例2の構成〕
参考例2の排気浄化装置1は、図6に示すように、第1触媒装置3の下流側にPMを捕集するDPF18を備え、放電装置4は、DPF18の下流側に配される。
これにより、ナノサイズよりも大きいPMはDPF18で捕集され、DPF18を通過するナノサイズのPMは、放電装置4により静電捕集される。このため、PMの排出量を低減することができる。また、DPF18の再生後の所定期間は、DPF18を通過するPMの量が増加するが、放電装置4による静電捕集により、DPF18の再生後のPMの排出量の増加を抑制することができる。
[Configuration of Reference Example 2 ]
As shown in FIG. 6, the
Thereby, PM larger than nano size is collected by
〔変形例〕
実施例1、参考例2の排気浄化装置1にNH3濃度センサ5を装備し、実施例1、参考例2のECU6に第1放電制御手段の機能を具備させてもよい。
[Modification]
Real Example 1, equipped with a NH 3 concentration sensor 5 to the exhaust
また、参考例1の排気浄化装置1に排気温度センサ16を装備し、参考例1のECU6に第2放電制御手段の機能を具備させてもよい。また、参考例2のECU6に第2放電制御手段の機能を具備させてもよい。
また、排気温度センサ16を装備せず、エンジン回転数やアクセル開度の検出値等から排ガスの温度を推測するようにしてもよい。
さらに、参考例1、実施例1の排気浄化装置1にDPF18を装備してもよい。
Moreover, the exhaust
Further, the exhaust
Further, the
1 排気浄化装置
2 エンジン
3 第1触媒装置
4 放電装置
5 NH3濃度センサ(還元剤濃度検出手段)
6 ECU(第1、第2放電制御手段)
15 第2触媒装置
16 排気温度センサ(排ガス温度検出手段)
1 exhaust
6 ECU (first and second discharge control means)
15
Claims (4)
還元剤による排ガス成分の還元反応を促進する第1触媒装置と、
この第1触媒装置よりも下流側に配される放電装置と、
前記第1触媒装置よりも下流側に配され、還元剤の酸化反応を促進する第2触媒装置と、
排ガスの温度に応じて前記放電装置による放電を制御する第2放電制御手段とを備える排気浄化装置。 In an exhaust purification device that purifies exhaust gas from an engine,
A first catalyst device for promoting a reduction reaction of exhaust gas components by a reducing agent;
A discharge device disposed downstream of the first catalyst device ;
A second catalyst device disposed downstream of the first catalyst device and promoting an oxidation reaction of the reducing agent;
An exhaust emission control device comprising: second discharge control means for controlling discharge by the discharge device according to the temperature of the exhaust gas .
前記第1触媒装置から流出した還元剤の濃度を検出する還元剤濃度検出手段と、
この還元剤濃度検出手段から得られる検出値に応じて前記放電装置による放電を制御する第1放電制御手段とを備える排気浄化装置。 The exhaust emission control device according to claim 1,
Reducing agent concentration detecting means for detecting the concentration of the reducing agent flowing out of the first catalyst device;
An exhaust emission control device comprising: first discharge control means for controlling discharge by the discharge device in accordance with a detection value obtained from the reducing agent concentration detection means.
前記第2触媒装置に流入する排ガスの温度を検出する排ガス温度検出手段を備え、
前記第2放電制御手段は、前記排ガス温度検出手段から得られる検出値に応じて前記放電装置による放電を制御することを特徴とする排気浄化装置。 The exhaust emission control device according to claim 1 or 2,
An exhaust gas temperature detecting means for detecting the temperature of the exhaust gas flowing into the second catalyst device;
The exhaust gas purification apparatus, wherein the second discharge control means controls discharge by the discharge apparatus according to a detection value obtained from the exhaust gas temperature detection means .
前記放電装置は、コロナ放電または沿面放電により放電することを特徴とする排気浄化装置。 The exhaust emission control device according to any one of claims 1 to 3 ,
The exhaust gas purifier discharges by corona discharge or creeping discharge .
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