JP4728124B2 - 排気浄化装置 - Google Patents
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Description
本発明は、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を装備し、該選択還元型触媒の上流側に必要量の還元剤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排気浄化装置がある。
他方、プラント等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、自動車の排気浄化装置の場合には、アンモニアそのもの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）。
即ち、尿素水を選択還元型触媒の上流側で排気ガス中に添加すれば、該排気ガス中で尿素水が
（ＮＨ2）2・ＣＯ＋Ｈ2Ｏ→２ＮＨ3＋ＣＯ2
で示される化学反応式によりアンモニアと炭酸ガスに熱分解され、選択還元型触媒上で排気ガス中のＮＯxがアンモニアにより良好に還元浄化されることになる。
特開２００２−１６１７３２号公報
（ＮＨ2）2・ＣＯ＋Ｈ2Ｏ→２ＮＨ3＋ＣＯ2
で示される化学反応式によりアンモニアと炭酸ガスに熱分解され、選択還元型触媒上で排気ガス中のＮＯxがアンモニアにより良好に還元浄化されることになる。
しかしながら、このような尿素水を還元剤として使用する排気浄化装置の場合、その還元反応時における充分な触媒活性を得るのに約２００［℃］以上の排気温度が必要となるので、排気温度が２００［℃］を下まわるような低い運転状態（一般的に低負荷運転領域に排気温度が低い領域が拡がっている）が続くと、尿素水からアンモニアへの分解が進まないためにＮＯx低減率がなかなか高まらないという問題があり、例えば、都市部の路線バス等のように渋滞路ばかりを走行するような運行形態の車両では、必要な所定温度以上での運転が長く継続しないため、ＮＯx低減率が低いまま推移してしまって良好なＮＯx低減効果を得ることができなかった。
本発明は、斯かる実情に鑑み、排気温度の低い運転状態が長く続くような運行形態の車両であっても、尿素水を積極的にアンモニアに分解することができ、従来より低い排気温度から良好なＮＯx低減効果が得られる排気浄化装置を提供しようとするものである。
本発明は、排気管の途中に選択還元型触媒を装備し且つ該選択還元型触媒の上流側に還元剤として尿素水を添加してＮＯxを還元浄化するようにした排気浄化装置であって、
添加される尿素水を加熱してアンモニアに分解する加熱装置と、
選択還元型触媒へ導かれる排気ガスの温度を検出する排気温度検出器と、
前記加熱装置の温度を検出する加熱装置温度検出器と、
前記排気温度検出器で検出された排気温度と前記加熱装置温度検出器で検出された加熱装置温度とに基づき、添加される尿素水がアンモニアに分解されるよう加熱装置へ制御信号を出力する制御装置と
を備え、
前記排気管の内部にその下流側へ向けて尿素水の噴射口を配置すると共に、該尿素水の噴射口の下流側に、通電により発熱するヒータを配設して、前記加熱装置を構成し、
前記ヒータにおける尿素水の流通路部分に、該尿素水のヒータに対する接触面積を増加させるための金属繊維部材を充填したことを特徴とする排気浄化装置にかかるものである。
添加される尿素水を加熱してアンモニアに分解する加熱装置と、
選択還元型触媒へ導かれる排気ガスの温度を検出する排気温度検出器と、
前記加熱装置の温度を検出する加熱装置温度検出器と、
前記排気温度検出器で検出された排気温度と前記加熱装置温度検出器で検出された加熱装置温度とに基づき、添加される尿素水がアンモニアに分解されるよう加熱装置へ制御信号を出力する制御装置と
を備え、
前記排気管の内部にその下流側へ向けて尿素水の噴射口を配置すると共に、該尿素水の噴射口の下流側に、通電により発熱するヒータを配設して、前記加熱装置を構成し、
前記ヒータにおける尿素水の流通路部分に、該尿素水のヒータに対する接触面積を増加させるための金属繊維部材を充填したことを特徴とする排気浄化装置にかかるものである。
上記手段によれば、以下のような作用が得られる。
運転時には、排気温度検出器によって排気ガスの温度が検出されており、該排気温度が尿素水を効率良くアンモニアと炭酸ガスに熱分解するのに充分な温度に達していない場合、制御装置からの制御信号により加熱装置を作動させ、加熱装置温度検出器で検出される加熱装置温度が適正な温度となるようにした状態で、尿素水を添加すると、該尿素水が加熱されてアンモニアと炭酸ガスに効率良く熱分解され、これにより生じたアンモニアが選択還元型触媒上で排気ガス中のＮＯxと効果的に反応し、該排気ガス中のＮＯxが従来より低い排気温度から良好に還元浄化される。
前記排気浄化装置においては、前記排気管の内部にその下流側へ向けて尿素水の噴射口を配置すると共に、該尿素水の噴射口の下流側に、通電により発熱するヒータを配設して、加熱装置を構成し、
前記ヒータにおける尿素水の流通路部分に、該尿素水のヒータに対する接触面積を増加させるための金属繊維部材を充填してあるため、尿素水のヒータに対する接触面積が増加し、前記噴射口から噴射された尿素水をより効率良く加熱することが可能となる。
前記ヒータにおける尿素水の流通路部分に、該尿素水のヒータに対する接触面積を増加させるための金属繊維部材を充填してあるため、尿素水のヒータに対する接触面積が増加し、前記噴射口から噴射された尿素水をより効率良く加熱することが可能となる。
又、前記排気浄化装置においては、前記尿素水の噴射口の外周部に、通電により発熱するヒータを配設することもできる。
本発明の排気浄化装置によれば、排気温度の低い運転状態が長く続くような運行形態の車両であっても、尿素水を積極的にアンモニアに分解することができ、従来より低い排気温度から良好なＮＯx低減効果が得られるという優れた効果を奏し得る。
以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。
図１は本発明を実施する形態の第一参考例であって、図示しているディーゼルエンジン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が導かれてディーゼルエンジン１の各シリンダに導入されるようにしてある。
前記ディーゼルエンジン１の各シリンダから排出された排気ガス７は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。
又、前記排気ガス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、該選択還元型触媒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。
そして、前記ケーシング１１より上流側の排気管９に、チャンバ１２を設け、該チャンバ１２の内部に、その下流側へ向けて尿素水１３（還元剤）の噴射口１４を配置すると共に、該尿素水１３の噴射口１４より下流側に、通電により発熱するヒータ１５を配設して、加熱装置１６を構成してある。
前記尿素水１３の噴射口１４は、尿素水タンク１７から延びる尿素水供給ライン１８の先端に設けてあり、該尿素水供給ライン１８の途中には、尿素水タンク１７の尿素水１３を圧送する供給ポンプ１９と、該供給ポンプ１９によって圧送される尿素水１３の圧力を調整するレギュレータ２０と、該レギュレータ２０によって圧力が調整された尿素水１３を前記噴射口１４から噴射させるインジェクタ２１とを設けるようにしてある。
一方、前記チャンバ１２の入側には、排気ガス７の温度を検出する排気温度検出器２２を設けると共に、前記加熱装置１６としてのヒータ１５には、該ヒータ１５の温度を検出する加熱装置温度検出器２３を設け、前記排気温度検出器２２からの検出信号２２ａと、前記加熱装置温度検出器２３からの検出信号２３ａとを制御装置２４へ入力するようにしてある。
又、前記制御装置２４からは、前記供給ポンプ１９に対し駆動指令信号１９ａが出力され、前記レギュレータ２０に対し調圧指令信号２０ａが出力され、前記インジェクタ２１に対し開弁指令信号２１ａが出力されるようになっており、該インジェクタ２１の開弁作動により尿素水１３の添加量が適切に制御され、その添加時に必要な噴射圧力が前記供給ポンプ１９の駆動とレギュレータ２０の作動により適宜に得られるようになっている。
ここで、前記制御装置２４においては、図示していないエンジン制御コンピュータ（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）との間でディーゼルエンジン１の回転数及び負荷が遣り取りされるようになっており、これら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、その推定されたＮＯxの発生量に見合う尿素水１３の添加量が算出されて必要量の尿素水１３の添加が実行されるようになっている。
そして、前記制御装置２４においては、前記排気温度検出器２２からの検出信号２２ａに基づく実測の排気温度が約２００［℃］以下となっている条件下で、前記加熱装置温度検出器２３からの検出信号２３ａに基づく実測の加熱装置温度が適正な温度となるよう、前記加熱装置１６としてのヒータ１５に通電を行って発熱させる制御信号１６ａを出力し、これにより、添加される尿素水１３が加熱されてアンモニアと炭酸ガスに効率良く熱分解されるようにしてある。
次に、上記図示例の作用を説明する。
運転時には、排気温度検出器２２によって排気ガスの温度が検出されており、該排気温度検出器２２からの検出信号２２ａに基づき排気温度が約２００［℃］以下となっていることが制御装置２４で確認された場合、該制御装置２４から加熱装置１６としてのヒータ１５へ制御信号１６ａが出力され、該ヒータ１５への通電が実行され、加熱装置温度検出器２３からの検出信号２３ａに基づき加熱装置温度が適正な温度となるように制御が行われる。
これにより排気ガス７の温度が尿素水１３をアンモニアと炭酸ガスに熱分解するのに充分な温度（約２００［℃］）に達していない時でも、チャンバ１２内のヒータ１５が通電により発熱した状態となるので、該発熱したヒータ１５に対し必要量の尿素水１３を、制御装置２４からの駆動指令信号１９ａと調圧指令信号２０ａと開弁指令信号２１ａとによって供給ポンプ１９とレギュレータ２０とインジェクタ２１とを作動させることにより噴射口１４から噴射させると、該噴射された尿素水１３が加熱装置１６としてのヒータ１５で加熱されてアンモニアと炭酸ガスに効率良く熱分解され、これにより生じたアンモニアが選択還元型触媒１０上で排気ガス７中のＮＯxと効果的に反応し、排気ガス７中のＮＯxが従来より低い排気温度から良好に還元浄化されることになる。
こうして、排気温度の低い運転状態が長く続くような運行形態の車両であっても、尿素水１３を積極的にアンモニアに分解することができ、従来より低い排気温度から良好なＮＯx低減効果が得られる。
図３は本発明を実施する形態の一例であって、図中、図１と同一の符号を付した部分は同一物を表わしており、基本的な構成は図１に示すものと同様であるが、本図示例の特徴とするところは、図３に示す如く、加熱装置１６としてのヒータ１５における尿素水１３の流通路部分に、該尿素水１３のヒータ１５に対する接触面積を増加させるためのステンレス製ウール等の金属繊維部材２５を充填した点にある。
尚、本図示例の場合、図１に示す第一参考例より、チャンバ１２の径及びヒータ１５の径を狭めるようにしてある。
図３に示す一例においては、図１に示す第一参考例と同様、運転時には、排気温度検出器２２によって排気ガスの温度が検出されており、該排気温度検出器２２からの検出信号２２ａに基づき排気温度が約２００［℃］以下となっていることが制御装置２４で確認された場合、該制御装置２４から加熱装置１６としてのヒータ１５へ制御信号１６ａが出力され、該ヒータ１５への通電が実行され、加熱装置温度検出器２３からの検出信号２３ａに基づき加熱装置温度が適正な温度となるように制御が行われ、この状態で、発熱したヒータ１５に対し必要量の尿素水１３を、制御装置２４からの駆動指令信号１９ａと調圧指令信号２０ａと開弁指令信号２１ａとによって供給ポンプ１９とレギュレータ２０とインジェクタ２１とを作動させることにより噴射口１４から噴射させると、該噴射された尿素水１３が加熱装置１６としてのヒータ１５で加熱されてアンモニアと炭酸ガスに効率良く熱分解され、これにより生じたアンモニアが選択還元型触媒１０上で排気ガス７中のＮＯxと効果的に反応し、排気ガス７中のＮＯxが従来より低い排気温度から良好に還元浄化されるが、前記加熱装置１６としてのヒータ１５における尿素水１３の流通路部分にはステンレス製ウール等の金属繊維部材２５を充填してあるため、該尿素水１３のヒータ１５に対する接触面積が増加し、前記噴射口１４から噴射された尿素水１３をより効率良く加熱することが可能となる。
こうして、図３に示す一例の場合も、図１に示す第一参考例の場合と同様、排気温度の低い運転状態が長く続くような運行形態の車両であっても、尿素水１３を積極的にアンモニアに分解することができ、従来より低い排気温度から良好なＮＯx低減効果が得られる。
図４は本発明を実施する形態の第二参考例であって、図中、図１及び図３と同一の符号を付した部分は同一物を表わしており、基本的な構成は図１及び図３に示すものと同様であるが、本図示例の特徴とするところは、図４に示す如く、尿素水１３の噴射口１４を排気管９に接続すると共に、該尿素水１３の噴射口１４の外周部に、通電により発熱するヒータ１５を配設して、加熱装置１６を構成した点にある。
図４に示す第二参考例においては、図１に示す第一参考例及び図３に示す一例と同様、運転時には、排気温度検出器２２によって排気ガスの温度が検出されており、該排気温度検出器２２からの検出信号２２ａに基づき排気温度が約２００［℃］以下となっていることが制御装置２４で確認された場合、該制御装置２４から加熱装置１６としてのヒータ１５へ制御信号１６ａが出力され、該ヒータ１５への通電が実行され、加熱装置温度検出器２３からの検出信号２３ａに基づき加熱装置温度が適正な温度となるように制御が行われるが、この状態で、必要量の尿素水１３を、制御装置２４からの駆動指令信号１９ａと調圧指令信号２０ａと開弁指令信号２１ａとによって供給ポンプ１９とレギュレータ２０とインジェクタ２１とを作動させることにより噴射口１４から噴射させると、該噴射された尿素水１３は、噴射口１４の外周部に配設したヒータ１５によって直接加熱されてから、排気管９内へ供給される形となる。
このように、噴射された尿素水１３を噴射口１４の外周部に配設したヒータ１５によって直接加熱してから、排気管９内へ供給すれば、仮に、排気ガス７の温度が、尿素水１３をアンモニアと炭酸ガスに熱分解するのに充分な温度（約２００［℃］）に達していないばかりでなく、非常に低い温度であったとしても、該非常に低い温度の排気ガス７によって前記噴射口１４から噴射される尿素水１３が冷やされる心配がなく、該尿素水１３のアンモニアと炭酸ガスへの熱分解を確実に行わせることが可能となり、これにより生じたアンモニアが選択還元型触媒１０上で排気ガス７中のＮＯxと効果的に反応し、排気ガス７中のＮＯxが従来より低い排気温度から良好に還元浄化されることとなる。
こうして、図４に示す第二参考例の場合も、図１に示す第一参考例及び図３に示す一例の場合と同様、排気温度の低い運転状態が長く続くような運行形態の車両であっても、尿素水１３を積極的にアンモニアに分解することができ、従来より低い排気温度から良好なＮＯx低減効果が得られる。
尚、本発明の排気浄化装置は、上述の図示例にのみ限定されるものではなく、例えば、図１の第一参考例と図３の一例とを組み合わせる形で、各々に示す加熱装置１６を排気管９内に直列に設けるようにしても良いこと、又、尿素水１３の噴射口１４の外周部に、通電により発熱するヒータ１５を配設して、加熱装置１６を構成するようにした図４の第二参考例を、図１の第一参考例や図３の一例に組み合わせるようにしても良いこと等、その他、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。
１ ディーゼルエンジン
７ 排気ガス
９ 排気管
１０ 選択還元型触媒
１１ ケーシング
１２ チャンバ
１３ 尿素水
１４ 噴射口
１５ ヒータ
１６ 加熱装置
１６ａ 制御信号
１７ 尿素水タンク
１８ 尿素水供給ライン
１９ 供給ポンプ
２０ レギュレータ
２１ インジェクタ
２２ 排気温度検出器
２２ａ 検出信号
２３ 加熱装置温度検出器
２３ａ 検出信号
２４ 制御装置
２５ 金属繊維部材
７ 排気ガス
９ 排気管
１０ 選択還元型触媒
１１ ケーシング
１２ チャンバ
１３ 尿素水
１４ 噴射口
１５ ヒータ
１６ 加熱装置
１６ａ 制御信号
１７ 尿素水タンク
１８ 尿素水供給ライン
１９ 供給ポンプ
２０ レギュレータ
２１ インジェクタ
２２ 排気温度検出器
２２ａ 検出信号
２３ 加熱装置温度検出器
２３ａ 検出信号
２４ 制御装置
２５ 金属繊維部材
Claims (2)
- 排気管の途中に選択還元型触媒を装備し且つ該選択還元型触媒の上流側に還元剤として尿素水を添加してＮＯxを還元浄化するようにした排気浄化装置であって、
添加される尿素水を加熱してアンモニアに分解する加熱装置と、
選択還元型触媒へ導かれる排気ガスの温度を検出する排気温度検出器と、
前記加熱装置の温度を検出する加熱装置温度検出器と、
前記排気温度検出器で検出された排気温度と前記加熱装置温度検出器で検出された加熱装置温度とに基づき、添加される尿素水がアンモニアに分解されるよう加熱装置へ制御信号を出力する制御装置と
を備え、
前記排気管の内部にその下流側へ向けて尿素水の噴射口を配置すると共に、該尿素水の噴射口の下流側に、通電により発熱するヒータを配設して、前記加熱装置を構成し、
前記ヒータにおける尿素水の流通路部分に、該尿素水のヒータに対する接触面積を増加させるための金属繊維部材を充填したことを特徴とする排気浄化装置。 - 前記尿素水の噴射口の外周部に、通電により発熱するヒータを配設した請求項１記載の排気浄化装置。
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