JP4826835B2 - Exhaust purification device - Google Patents
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Description
本発明は、内燃機関に含まれるNOxを還元する排気浄化装置に関し、特に固体還元剤を用いる排気浄化装置に関する。 The present invention relates to an exhaust purification device that reduces NOx contained in an internal combustion engine, and more particularly to an exhaust purification device that uses a solid reducing agent.
内燃機関、特にディーゼルエンジンから排出されるNOxを還元する排気浄化装置として、SCR(Selective Catalytic Reduction)システムが公知である。SCRシステムを用いた排気浄化装置は、例えば尿素やアンモニアなどの還元剤を排気に供給することにより、SCR触媒において排気に含まれるNOxを選択的に還元する。このようなSCRシステムに用いられる還元剤は、アンモニアなどの気体、あるいはアンモニア水や尿素水などの液体として提供される。また、特許文献1および特許文献2に開示されているように、固体還元剤を用いる排気浄化装置も提案されている。 An SCR (Selective Catalytic Reduction) system is known as an exhaust purification device that reduces NOx discharged from an internal combustion engine, particularly a diesel engine. An exhaust gas purification apparatus using an SCR system selectively reduces NOx contained in exhaust gas in an SCR catalyst by supplying a reducing agent such as urea or ammonia to the exhaust gas. The reducing agent used in such an SCR system is provided as a gas such as ammonia or a liquid such as ammonia water or urea water. In addition, as disclosed in Patent Document 1 and Patent Document 2, exhaust purification apparatuses using a solid reducing agent have also been proposed.
しかしながら、特許文献1および特許文献2の場合、いずれも固体還元剤から発生したアンモニアなどの気体の還元剤は、容器などに一旦貯えられた後、必要に応じて排気に供給される。そのため、還元剤を発生させる発生装置、還元剤を貯える容器、容器から排気管部へ還元剤を供給する管路、および排気管部を流れる排気に還元剤を噴射する噴射装置などが必要となる。その結果、部品点数の増大および構造の複雑化を招き、限られた空間への搭載が困難であるとともに、取り扱いが困難であるという問題がある。
そこで、本発明の目的は、限られた空間への搭載および取り扱いが容易な固体還元剤を用いた排気浄化装置を提供することにある。 Accordingly, an object of the present invention is to provide an exhaust emission control device using a solid reducing agent that can be easily mounted and handled in a limited space.
請求項1記載の発明では、固体還元剤は排気通路において還元触媒の内燃機関側すなわち排気の流れ方向において還元触媒の上流側に設けられている。そのため、内燃機関から排出された排気は、固体還元剤を通過して還元触媒へ流入する。内燃機関から排出された排気は高温であるため、固体還元剤を通過することにより排気には固体還元剤から発生した還元剤が含まれる。そして、還元剤を含む排気は、還元触媒へ流入する。このように、還元剤は、排気が固体還元剤を通過することにより、排気に混合される。そのため、還元剤を発生させる発生装置、還元剤を貯えるための容器、還元剤を供給するための管路、および還元剤を噴射するための噴射装置などは必要としない。また、還元剤は排気が固体還元剤を通過することにより発生するため、大がかりな発生装置が不要となり、取り扱いも容易になる。したがって、固体還元剤を用いる場合でも、限られた空間への搭載を容易にすることができるとともに、取り扱いを容易にすることができる。 In the first aspect of the invention, the solid reducing agent is provided in the exhaust passage on the internal combustion engine side of the reduction catalyst, that is, on the upstream side of the reduction catalyst in the exhaust flow direction. Therefore, the exhaust discharged from the internal combustion engine passes through the solid reducing agent and flows into the reduction catalyst. Since the exhaust discharged from the internal combustion engine is hot, the exhaust contains the reducing agent generated from the solid reducing agent by passing through the solid reducing agent. Then, the exhaust gas containing the reducing agent flows into the reduction catalyst. Thus, the reducing agent is mixed with the exhaust as the exhaust passes through the solid reducing agent. Therefore, a generator for generating the reducing agent, a container for storing the reducing agent, a conduit for supplying the reducing agent, and an injection device for injecting the reducing agent are not required. Further, since the reducing agent is generated when the exhaust gas passes through the solid reducing agent, a large-scale generator is not required and handling is facilitated. Therefore, even when a solid reducing agent is used, it can be easily mounted in a limited space and can be easily handled.
また、請求項1記載の発明では、還元剤の発生量は、排気の流量および温度に基づいて制御される。例えば固体還元剤から還元剤が昇華あるいは脱離する場合、温度が上昇するにしたがって還元剤の発生量は増加する。また、排気に含まれる物質の還元に必要な還元剤は、排気の流量が増大するほど増加する。内燃機関の負荷が大きくなると、排出される排気の流量は増加し排気の温度は上昇する。そのため、排気の流量および温度に基づいて還元剤の発生量を制御することにより、還元剤は内燃機関の運転状態に応じて排気へ混合される。したがって、内燃機関の運転状態に応じて適切な還元剤を供給することができる。 According to the first aspect of the present invention, the amount of reducing agent generated is controlled based on the flow rate and temperature of the exhaust gas. For example, when the reducing agent sublimes or desorbs from the solid reducing agent, the amount of reducing agent generated increases as the temperature increases. Further, the reducing agent necessary for reducing the substances contained in the exhaust increases as the flow rate of the exhaust increases. When the load on the internal combustion engine increases, the flow rate of the exhaust gas that is discharged increases and the temperature of the exhaust gas rises. Therefore, the reducing agent is mixed with the exhaust gas according to the operating state of the internal combustion engine by controlling the amount of the reducing agent generated based on the flow rate and temperature of the exhaust gas. Therefore, an appropriate reducing agent can be supplied according to the operating state of the internal combustion engine.
さらに、請求項1記載の発明では、内燃機関から排出された排気は、少なくとも一部が第二排気通路へ流入する。そして、第二排気通路へ流入した排気は、固体還元剤を経由して還元触媒へ流入する。これにより、第一排気通路および第二排気通路への排気の分配率を制御することにより、還元触媒へ供給される還元剤の量が調整される。したがって、簡単な構造で還元触媒へ流入する還元剤の量を制御することができる。
さらに、請求項1記載の発明では、固体還元剤は排気管部から着脱可能に設けられている。例えば固体還元剤から還元剤が昇華あるいは脱離する場合、使用を継続することにより固体還元剤に含まれる還元剤は減少する。固体還元剤を排気管部から着脱可能に設けることにより、寿命を終えた固体還元剤は排気管部から取り外され、新たな固体還元剤が排気管部に取り付けられる。したがって、固体還元剤の寿命に応じて容易に交換することができる。
According to the first aspect of the present invention, at least a part of the exhaust discharged from the internal combustion engine flows into the second exhaust passage. Then, the exhaust gas flowing into the second exhaust passage flows into the reduction catalyst via the solid reducing agent. Thus, the amount of reducing agent supplied to the reduction catalyst is adjusted by controlling the distribution ratio of the exhaust gas to the first exhaust passage and the second exhaust passage. Therefore, the amount of the reducing agent flowing into the reduction catalyst can be controlled with a simple structure.
In the first aspect of the present invention, the solid reducing agent is detachably provided from the exhaust pipe portion. For example, when the reducing agent sublimes or desorbs from the solid reducing agent, the reducing agent contained in the solid reducing agent decreases by continuing use. By providing the solid reducing agent detachably from the exhaust pipe portion, the solid reducing agent that has reached the end of its life is removed from the exhaust pipe portion, and a new solid reducing agent is attached to the exhaust pipe portion. Therefore, it can be easily replaced according to the lifetime of the solid reducing agent.
さらに、請求項1記載の発明では、固体還元剤は担体および還元剤層を有している。還元剤層は、排気に晒されることにより還元剤を発生し、使用とともに減少する。一方、担体は、排気に晒されても大きく損耗することがない。そのため、着脱可能な固体還元剤を担体と還元剤層から構成することにより、取り外した固体還元剤の担体に再び還元剤層を形成可能である。したがって、固体還元剤を構成する担体は繰り返し利用(リサイクル)することができる。
請求項2記載の発明では、還元剤発生量制御手段は、固体還元剤が排気に晒される面積を可変して還元剤の発生量を制御する。固体還元剤は、高温かつ大量の排気に晒されるほど還元剤の発生量が増加する。そのため、固体還元剤が排気に晒される面積、すなわち固体還元剤と排気との接触面積を変更することにより、還元剤の発生量は変化する。したがって、排気の温度および流量に応じて還元剤の発生量を制御することができる。
Furthermore, in the invention according to claim 1 , the solid reducing agent has a carrier and a reducing agent layer. The reducing agent layer generates a reducing agent when exposed to exhaust gas, and decreases with use. On the other hand, even if the carrier is exposed to exhaust gas, it will not be worn out. Therefore, by configuring the removable solid reducing agent from the carrier and the reducing agent layer, the reducing agent layer can be formed again on the removed solid reducing agent carrier. Therefore, the carrier constituting the solid reducing agent can be repeatedly used (recycled).
According to the second aspect of the present invention, the reducing agent generation amount control means controls the generation amount of the reducing agent by varying the area where the solid reducing agent is exposed to the exhaust gas. As the solid reducing agent is exposed to a large amount of exhaust gas at a high temperature, the amount of reducing agent generated increases. Therefore, by changing the area where the solid reducing agent is exposed to the exhaust gas, that is, the contact area between the solid reducing agent and the exhaust gas, the amount of reducing agent generated changes. Accordingly, the amount of reducing agent generated can be controlled in accordance with the exhaust gas temperature and flow rate.
請求項3記載の発明では、孔を有する制御板を排気通路の周方向へ回転させることにより、孔と還元剤とが重なり合う面積が変化する。これにより、固体還元剤を通過する排気の流路および流量が変化する。その結果、固体還元剤と排気との接触面積が変化する。したがって、簡単な構造で還元剤の発生量を制御することができる。
請求項4記載の発明では、固体還元剤の排気入口側または排気出口側に設けられている絞り部で排気の流路面積を変更している。固体還元剤の排気入口側または排気出口側において排気の流路面積を変更すると、固体還元剤を通過する排気の流路および流量が変化する。その結果、固体還元剤と排気との接触面積が変化する。したがって、簡単な構造で還元剤の発生量を制御することができる。
In the invention according to claim 3, the area where the hole and the reducing agent overlap is changed by rotating the control plate having the hole in the circumferential direction of the exhaust passage. As a result, the flow path and flow rate of the exhaust gas passing through the solid reducing agent change. As a result, the contact area between the solid reducing agent and the exhaust gas changes. Therefore, the generation amount of the reducing agent can be controlled with a simple structure.
In the fourth aspect of the invention, the flow area of the exhaust gas is changed by the throttle portion provided on the exhaust inlet side or the exhaust outlet side of the solid reducing agent. If the flow path area of the exhaust gas is changed on the exhaust inlet side or the exhaust outlet side of the solid reducing agent, the flow path and flow rate of the exhaust gas passing through the solid reducing agent change. As a result, the contact area between the solid reducing agent and the exhaust gas changes. Therefore, the generation amount of the reducing agent can be controlled with a simple structure.
請求項5記載の発明では、固体還元剤は駆動部によって排気通路の径方向へ往復駆動される。固体還元剤が排気通路の径方向外側へ移動すると、排気通路に露出する固体還元剤の断面積は減少する。一方、固体還元剤が排気通路の径方向内側すなわち中心側へ移動すると、排気通路に露出する固体還元剤の断面積は増加する。これにより、固体還元剤を通過する排気の流路および流量が変化する。その結果、固体還元剤と排気との接触面積が変化する。したがって、簡単な構造で還元剤の発生量を制御することができる。 In the fifth aspect of the invention, the solid reducing agent is reciprocally driven in the radial direction of the exhaust passage by the drive unit. When the solid reducing agent moves outward in the radial direction of the exhaust passage, the cross-sectional area of the solid reducing agent exposed to the exhaust passage decreases. On the other hand, when the solid reducing agent moves inward in the radial direction of the exhaust passage, that is, toward the center, the cross-sectional area of the solid reducing agent exposed to the exhaust passage increases. As a result, the flow path and flow rate of the exhaust gas passing through the solid reducing agent change. As a result, the contact area between the solid reducing agent and the exhaust gas changes. Therefore, the generation amount of the reducing agent can be controlled with a simple structure.
以下、本発明による排気浄化装置の複数の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、複数の実施形態において実質的に同一の構成部位には同一の符号を付し、説明を省略する。
(第1実施形態)
本発明の第1実施形態による排気浄化装置を図1に示す。排気浄化装置10は、内燃機関としてのディーゼルエンジン(以下、「エンジン」という。)11の排気系に設けられている。内燃機関は、ディーゼルエンジンに限らず、ガソリンエンジンあるいはガスタービンエンジンなどを適用することもできる。排気浄化装置10は、排気管部12、還元触媒13、固体還元剤14、および還元剤発生量制御手段としての発生量制御部15を備えている。排気管部12は、一方の端部がエンジン11に接続している。排気管部12は、エンジン11と反対側の端部が大気に開放されている。還元触媒13は、固体還元剤14よりも大気の開放側、すなわち排気の流れ方向において固体還元剤14の下流側に設けられている。還元触媒13は、いわゆるSCR触媒であり、固体還元剤14で発生したアンモニアを還元剤として排気に含まれるNOxを窒素および水に還元する。排気浄化装置10は、この還元触媒13だけでなく、酸化触媒、三元触媒、アンモニア酸化触媒やDPF(Diesel Particulate Filter)など各種の触媒やフィルタなどを備えていてもよい。排気管部12は、筒状であり、内側に排気通路16を形成している。エンジン11から排出された排気は、排気管部12が形成する排気通路16を経由して大気中へ放出される。
Hereinafter, a plurality of embodiments of an exhaust emission control device according to the present invention will be described with reference to the drawings. Note that, in a plurality of embodiments, substantially the same components are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.
(First embodiment)
FIG. 1 shows an exhaust emission control device according to a first embodiment of the present invention. The
排気管部12は、還元触媒13よりもエンジン11側、すなわち排気の流れ方向において還元触媒13の上流側において並行する第一排気管部21および第二排気管部22を有している。すなわち、排気管部12は、排気の流れ方向においてエンジン11の下流側で第一排気管部21および第二排気管部22に分岐した後、還元触媒13よりも上流側で再び合流している。この第一排気管部21は、第一排気通路23を形成している。また、第二排気管部22は、第二排気通路24を形成している。
The
固体還元剤14は、NOxを還元するための還元剤であるアンモニアを発生する。固体還元剤14は、第二排気通路24に設けられている。固体還元剤14は、例えばアンモニアを吸着する吸着剤あるいはアンモニアを化学的に含有する錯体を有している。これにより、固体還元剤14を排気が通過することにより、固体還元剤14からアンモニアが発生する。例えばアンモニアが固体還元剤14に吸着されている場合、排気の熱によって吸着剤からアンモニアが脱離する。固体還元剤14がアンモニアを含む錯体で構成されている場合、排気の熱によって錯体が分解または錯体からの昇華によってアンモニアが発生する。
The solid reducing
固体還元剤14は、図2(A)および図2(B)に示すようなハニカム状、あるいは図3(A)および図3(B)に示すような多孔状に形成されている。固体還元剤14は、排気通路16の形状に応じて円形または矩形の断面形状を有している。具体的には、固体還元剤14は、図4および図5に示すようにコージェライトなどのセラミックあるいはステンレスなどの金属の担体25と、担体25に塗布された還元剤を含む還元剤層26とから構成されている。排気は、担体25に塗布された還元剤層26の内周側を通過する。還元剤層26は、上述のようにアンモニアを吸着した吸着剤、あるいはアンモニアを含有する錯体を含んでおり、担体25の内壁に塗布されている。担体25としてコージェライトなどのセラミックを用いる場合、固体還元剤14を通過する排気の圧力損失が低減される。一方、担体25としてステンレスなどの金属を用いる場合、固体還元剤14の強度が向上する。そのため、固体還元剤14を構成する担体25は、適用するエンジン11の特性などに応じて選択される。また、固体還元剤14は、担体25と還元剤層26とから構成するのではなく、還元剤そのもので構成してもよい。例えば粉末状の還元剤をバインダなどとともに固形化して固体還元剤14を形成してもよい。
The solid reducing
発生量制御部15は、ECU(Electronic Control Unit)31、流量センサ32、入口側開閉弁33、出口側開閉弁34、排気通路温度センサ35、触媒温度センサ36およびNOxセンサ37を有している。ECU31は、図示しないCPU、ROMおよびRAMから構成されるマイクロコンピュータを有している。ECU31は、排気浄化装置10とともにエンジン11の運転を電子的に制御する。ECU31は、流量センサ32、入口側開閉弁33、出口側開閉弁34、排気通路温度センサ35、触媒温度センサ36およびNOxセンサ37に接続するとともに、エンジン11およびアクセル開度センサ38にも接続している。
流量センサ32は、流量検出部を構成し、第二排気通路24を流れる排気の流量を検出する。第1実施形態の場合、流量センサ32は、排気の質量流量(kg/s)を検出する。流量センサ32は、質量流量に限らず、体積流量(m3/s)を検出してもよい。流量センサ32は、検出した第二排気通路24を流れる排気の流量を電気信号としてECU31へ出力する。
The generation
The
入口側開閉弁33は、固体還元剤14の排気入口側において第二排気通路24を開閉する。出口側開閉弁34は、固体還元剤14の排気出口側において第二排気通路24を開閉する。ECU31は、入口側開閉弁33および出口側開閉弁34の開度を調整する。これにより、入口側開閉弁33および出口側開閉弁34は、第二排気通路24を経由して固体還元剤14を通過する排気の流量を変化させる。なお、入口側開閉弁33および出口側開閉弁34は、必ずしも両方を第二排気通路24に設ける必要はなく、いずれか一方のみを第二排気通路24へ設けてもよい。
排気通路温度センサ35は、温度検出部を構成し、第二排気通路24を流れる排気の温度を検出する。第2実施形態の場合、排気通路温度センサ35は、第二排気通路24において固体還元剤14の入口側に設けられている。これにより、排気通路温度センサ35は、固体還元剤14の入口側に流入する排気の温度を検出する。排気通路温度センサ35は、検出した排気の温度を電気信号としてECU31へ出力する。
The inlet side opening / closing
The exhaust
触媒温度センサ36は、還元触媒13の排気出口側において排気の温度を検出する。触媒温度センサ36は、検出した排気の温度を電気信号としてECU31へ出力する。ECU31は、触媒温度センサ36で検出した排気の温度に基づいて、還元触媒13の温度を推定する。なお、触媒温度センサ36は、還元触媒13に設け、還元触媒13の温度を直接検出する構成としてもよい。NOxセンサ37は、還元触媒13の出口側、すなわち排気の流れ方向において還元触媒13の下流側に設けられている。NOxセンサ37は、排気に含まれているNOxの量を検出する。NOxセンサ37は、検出した排気に含まれるNOxの量を電気信号としてECU31へ出力する。
The
ECU31は、流量センサ32で検出した第二排気通路24における排気の流量、排気通路温度センサ35で検出した第二排気通路24を流れる排気の温度、触媒温度センサ36で検出した排気の温度から算出した還元触媒13の温度、およびNOxセンサ37で検出した排気に含まれるNOxの量に基づいて、固体還元剤14に供給する排気の流量を算出する。そして、ECU31は、算出した排気の流量に基づいて、入口側開閉弁33および出口側開閉弁34により第二排気通路24を開閉し、固体還元剤14に供給する排気の流量を制御する。
The
上述のように、固体還元剤14は、排気が通過することにより還元剤を発生する。固体還元剤14から発生する還元剤の量は、排気の温度および流量によって変化する。例えば固体還元剤14が還元剤を吸着している場合、通過する排気の温度が高いほど還元剤の脱離が促進され、還元剤の発生量は増大する。また、排気の流速が増加するほど、固体還元剤14と排気との間における物質移動が促進されるため、還元剤の発生量は増大する。また、還元触媒13は、温度によってNOxを分解する活性が変化する。すなわち、還元触媒13は、温度が上昇するほど、触媒活性が増大する。そこで、ECU31は、第二排気通路24における排気の流量および排気の温度、ならびに還元触媒13の温度に基づいて固体還元剤14から発生する還元剤の発生量を制御する。その結果、還元触媒13には、固体還元剤14から発生した適切な量の還元剤が供給される。
As described above, the solid reducing
固体還元剤14は、第二排気通路24に対し着脱可能に設けられている。具体的には、固体還元剤14は、図6および図7に示すように支持ユニット40に支持されて第二排気通路24を形成する第二排気管部22に設けられている。いる。支持ユニット40は、取付部41、保持部42および保護部43を有している。図2および図3に示すような各種の構造の固体還元剤14は、保護部43を挟んで保持部42に保持される。保持部42は、取付部41と一体に構成されており、保護部43とともに固体還元剤14を保持している。支持ユニット40に支持されている固体還元剤14は、図6および図7に示すように例えばボルトなどの固定部材44によって第二排気通路24を形成する第二排気管部22に取り付けられる。支持ユニット40と第二排気管部22との間には、気密を確保するためのシール部材45が設けられている。このような構成により、固体還元剤14を支持している支持ユニット40は、第二排気管部22に対して着脱可能である。
The solid reducing
次に、上記の構成による排気浄化装置10の作動について図8に基づいて説明する。
ECU31は、エンジン11が運転していない初期状態において、入口側開閉弁33および出口側開閉弁34の双方を閉にする(S101)。すなわち、エンジン11が運転していない初期状態のとき、入口側開閉弁33および出口側開閉弁34は、いずれも第二排気通路24を閉鎖している。ECU31は、エンジン11が運転しているか否かを判断する(S102)。
ECU31は、S102においてエンジン11が運転していないと判断すると(S102:No)、処理を終了する。一方、ECU31は、S102においてエンジン11が運転していると判断すると(S102:Yes)、排気に含まれるNOx量が目標値よりも大きいか否かを判断する(S103)。ECU31は、NOxセンサ37から出力された電気信号に基づいて、還元触媒13を通過した排気に含まれるNOxの量を検出する。そして、このNOxの量があらかじめ設定されている目標値よりも大きいか否かを判断する。
Next, the operation of the exhaust
The
If ECU31 judges that
ECU31は、S103においてNOxの量が目標値以下であると判断すると(S103:No)、処理を終了する。一方、ECU31は、S103においてNOxの量が目標値より大きいと判断すると(S103:Yes)、入口側開閉弁33および出口側開閉弁34を開放する(S104)。これにより、第二排気通路24にはエンジン11から排出された排気の一部が流入する。ECU31は、S104において入口側開閉弁33および出口側開閉弁34を開放してからの経過時間tの測定を開始する(S105)。
If ECU31 judges that the quantity of NOx is below a target value in S103 (S103: No), it will end processing. On the other hand, when the
ECU31は、入口側開閉弁33および出口側開閉弁34を開放し経過時間tの測定を開始するとともに、排気通路温度センサ35および触媒温度センサ36からそれぞれ検出した温度を取得する(S106)。ECU31は、排気通路温度センサ35で取得した第二排気通路24の温度、および触媒温度センサ36で取得した排気の温度から算出した還元触媒13の温度に基づいて、固体還元剤14から還元触媒13へ供給する還元剤の量を算出する(S107)。そして、ECU31は、流量センサ32で取得した第二排気通路を流れる排気の流量も加味して、入口側開閉弁33および出口側開閉弁34の開度を調整する(S108)。ここで、ECU31は、固体還元剤14から還元触媒13へ供給する還元剤の量を算出するとき、エンジン11の運転状態を加味してもよい。エンジン11から排出されるNOxは、エンジン11の負荷によって変化する。具体的には、エンジン11から排出されるNOxは、燃料の噴射量すなわちアクセルの開度によっても変化する。そこで、ECU31は、還元触媒13へ供給する還元剤の量をアクセル開度センサ38で検出したアクセルの開度も加味して算出してもよい。
The
ECU31は、入口側開閉弁33および出口側開閉弁34の開度を調整した後、再び排気に含まれるNOxの量が目標値に一致するか否かを判断する(S109)。ECU31は、S103と同様にNOxセンサ37から排気に含まれるNOxの量を取得して予め設定された目標値と比較する。ECU31は、S109においてNOxの量が目標値に一致したと判断すると(S109:Yes)、S105で測定を開始した経過時間tが予め設定した目標時間T0より小さいか否かを判断する(S110)。すなわち、ECU31は、S104において入口側開閉弁33および出口側開閉弁34を開放してからの経過時間tと目標時間T0とを比較する。固体還元剤14は、排気の通過によって還元剤を発生する。そのため、固体還元剤14に含まれる還元剤は、時間の経過とともに減少する。固体還元剤14に含まれる還元剤が減少すると、固体還元剤14から還元触媒13へ供給される還元剤が減少し、排気に含まれるNOxの量が目標値を下回るまでに要する時間が増大する。したがって、ECU31は、S110において、入口側開閉弁33および出口側開閉弁34が開放されてから、すなわち還元触媒13へ還元剤の供給が開始されてからの経過時間tと目標時間T0とを比較する。一方、ECU31は、S109においてNOxの量が目標値と一致しないと判断すると(S109:No)、S106へ移行して還元触媒13へ供給する還元剤の量を調整する。なお、S109において、ECU31はNOxの量が厳密に目標値に一致するか否かを判断するのではなく、NOxの量が目標値を中心とする所定の範囲内に含まれているかを判断してもよい。
After adjusting the opening degree of the inlet side on-off
ECU31は、S110における経過時間tと目標時間T0とを比較し、経過時間tが目標時間T0より小さいとき(S110:Yes)、固体還元剤14に十分な還元剤の残量があると判断して処理を終了する。一方、ECU31は、S110において経過時間tが目標時間T0以上であるとき(S110:No)、還元剤の残量が不足していることを警告する(S111)。経過時間tが目標時間T0以上である場合、固体還元剤14から還元触媒13へ還元剤の供給を開始して目標時間T0が経過しても、排気に含まれるNOxの量が目標値を下回らないことを意味している。これは、固体還元剤14に含まれる還元剤の残量が不足していることを意味する。そこで、ECU31は、固体還元剤14が不足し、NOxの還元が不十分であることをエンジン11の操作者に警告する。例えば車両にエンジン11が搭載されている場合、ECU31は車両のダッシュボードに警告を表示したり、ブザーを鳴動させることにより、警告を発する。
The
以上説明したように、本発明の第1実施形態では、固体還元剤14は第二排気通路24において還元触媒13のエンジン11側に設けられている。そのため、エンジン11から排出された排気の少なくとも一部は、第二排気通路24に設けられた固体還元剤14を通過して還元触媒13へ流入する。エンジン11から排出された排気は、固体還元剤14を通過することにより、脱離、分解あるいは昇華によって固体還元剤14から発生した還元剤を含んでいる。そして、還元剤を含む排気は、還元触媒13へ流入する。このように、固体還元剤14を含む排気浄化装置10は、大部分が排気通路16を形成する排気管部12に設けられる。したがって、エンジン11の周辺の限られた空間への搭載を容易にすることができるとともに、取り扱いを容易にすることができる。
As described above, in the first embodiment of the present invention, the solid reducing
また、第1実施形態では、還元剤の発生量は、排気の流量および排気の温度に基づいて制御される。例えば固体還元剤14から脱離や昇華によって還元剤が発生する場合、排気の温度が上昇し、排気の流速が増大するにしたがって還元剤の発生量は増加する。また、排気に含まれるNOxの還元に必要な還元剤は、排気の流量が増大するほど増加する。エンジン11の負荷が大きくなると、排出される排気の流量は増加し排気の温度は上昇する。そのため、排気の流量および温度に基づいて還元剤の発生量を制御することにより、還元剤はエンジン11の運転状態に応じて排気へ混合される。したがって、エンジン11の運転状態に応じて適切な還元剤を供給することができる。
In the first embodiment, the amount of reducing agent generated is controlled based on the flow rate of exhaust gas and the temperature of exhaust gas. For example, when a reducing agent is generated from the solid reducing
さらに、第1実施形態では、エンジン11から排出された排気は、少なくとも一部が第二排気通路24へ流入する。そして、第二排気通路24へ流入した排気は、固体還元剤14を経由して還元触媒13へ流入する。これにより、入口側開閉弁33および出口側開閉弁34の開度を調整し、第一排気通路23および第二排気通路24への排気の分配率を制御することにより、還元触媒13へ供給される還元剤の量が調整される。すなわち、発生量制御部15は、入口側開閉弁33および出口側開閉弁34の開度を調整することにより、第二排気通路24において固体還元剤14が排気に晒される面積を可変して還元剤の発生量を制御する。したがって、排気の温度および流量に応じて還元剤の発生量を制御することができる。
Furthermore, in the first embodiment, at least a part of the exhaust discharged from the
さらに、第1実施形態では、固体還元剤14は支持ユニット40によって排気管部12へ着脱可能に設けられている。例えば昇華あるいは脱離によって還元剤が発生する場合、固体還元剤14は使用の継続とともに含まれる還元剤が減少する。固体還元剤14を排気管部12から着脱可能に設けることにより、寿命を終えた固体還元剤14は支持ユニット40とともに排気管部12から取り外され、新たな固体還元剤14が排気管部12に取り付けられる。したがって、寿命に応じて固体還元剤14を容易に交換することができる。
Furthermore, in the first embodiment, the solid reducing
そして、第1実施形態では、担体25に還元剤を含む還元剤層26を塗布した構成としている。担体25は、例えばセラミックや金属などの耐久性が高い材料で形成されているため、消耗が生じにくい。一方、担体25に塗布され散る還元剤層26は、使用の継続とともに含有する還元剤が消費される。固体還元剤14を交換する場合、担体25はそのまま利用しつつ還元剤層26を再塗布することにより、固体還元剤14は活性を回復する。したがって、担体25を繰り返して利用(リサイクル)することができ、廃棄物の低減および資源の有効利用を図ることができる。
In the first embodiment, the
(第2実施形態)
本発明の第2実施形態による排気浄化装置を図9に示す。
第2実施形態では、図9に示すように固体還元剤14は排気管部12に設けられている。第2実施形態では、排気管部12は分岐しておらず、単一の排気通路16を形成している。これにより、固体還元剤14は、還元触媒13の上流側においてエンジン11と還元触媒13とを接続する排気管部12に収容されている。第2実施形態では、排気浄化装置10の発生量制御部15は、温度検出部としての入口側排気温度センサ51および出口側排気温度センサ52を有している。入口側排気温度センサ51は、エンジン11から排出され固体還元剤14へ流入する排気の温度を検出する。出口側排気温度センサ52は、還元触媒13を通過した排気の温度を検出する。ECU31は、出口側排気温度センサ52で検出された排気の温度に基づいて還元触媒13の温度を算出する。
(Second Embodiment)
An exhaust emission control device according to a second embodiment of the present invention is shown in FIG.
In the second embodiment, as shown in FIG. 9, the solid reducing
排気浄化装置10は、発生量制御部15を構成する排気通路弁53を備えている。排気通路弁53は、排気管部12を開閉して排気通路16を流れる排気の流量および流速を調整する。ECU31は、入口側排気温度センサ51および出口側排気温度センサ52で検出した各温度に基づいて、排気通路弁53によって排気管部12を開閉する。これにより、固体還元剤14を通過する排気の流量および流速が変化し、固体還元剤14から発生する還元剤の量が変更される。
The
また、第2実施形態の場合、発生量制御部15は、図10に示すように固体還元剤14を駆動する駆動部54を有している。駆動部54は、ECU31からの指示により固体還元剤14を排気管部12の径方向へ往復駆動する。駆動部54が固体還元剤14を排気管部12の径方向内側へ駆動するとき、図10(A)に示すように固体還元剤14は排気通路16へ大部分が露出する。一方、駆動部54が固体還元剤14を排気管部12の径方向外側へ駆動するとき、図10(B)に示すように固体還元剤14は排気通路16への露出量が減少する。このように、駆動部54が固体還元剤14を排気管部12の径方向へ往復駆動することにより、固体還元剤14は排気通路16への露出量が変化する。その結果、固体還元剤14が排気に晒される面積が変更され、固体還元剤14を通過する排気の流量、あるいは固体還元剤14と排気との接触面積も変化する。したがって、固体還元剤14から発生する還元剤の量が変化する。
In the case of the second embodiment, the generation
第2実施形態では、エンジン11の排気が流れる一本の排気通路16に固体還元剤14が設けられている。固体還元剤14から発生する還元剤の量は、排気通路16を流れる排気の流量、および排気通路16への固体還元剤14の露出量を調整することにより制御される。したがって、簡単な構造で排気通路16を流れる排気に還元剤を供給することができる。
In the second embodiment, a solid reducing
また、第2実施形態では、固体還元剤14は駆動部54によって排気通路16の径方向へ往復駆動される。固体還元剤14が排気通路16の径方向外側へ移動すると、排気通路16に露出する固体還元剤14の断面積は減少する。一方、固体還元剤14が排気通路16の径方向内側すなわち中心側へ移動すると、排気通路16に露出する固体還元剤14の断面積は増加する。これにより、固体還元剤14を通過する排気の流路および流量が変化する。その結果、固体還元剤14と排気との接触面積が変化する。したがって、簡単な構造で還元剤の発生量を制御することができる。
In the second embodiment, the solid reducing
(第3実施形態)
本発明の第3実施形態による排気浄化装置を図11に示す。
第3実施形態は、固体還元剤14からの還元剤の発生量を調整する発生量制御部15の構成が第1実施形態および第2実施形態と異なる。第3実施形態の場合、固体還元剤14は、排気通路16を形成する排気管部12に固定されている。発生量制御部15は、固体還元剤14の排気入口側すなわち排気の流れ方向において固体還元剤14の上流側に絞り弁61を有している。絞り弁61は、駆動部62によって駆動され、排気通路16を開閉する。絞り弁61は、絞り部を構成している。
(Third embodiment)
An exhaust emission control device according to a third embodiment of the present invention is shown in FIG.
The third embodiment is different from the first and second embodiments in the configuration of the generation
第3実施形態では、固体還元剤14からの還元剤の発生量は絞り弁61の開度によって調整される。還元触媒13へ供給する還元剤の量が多いとき、発生量制御部15のECU31は図11(A)に示すように絞り弁61によって排気通路16の断面積を絞り、排気と固体還元剤14との接触断面積を小さくする。これにより、排気は、主に固体還元剤14の一部を通過する。そのため、排気の熱は固体還元剤14の限られた範囲に伝えられ、固体還元剤14は排気が通過する部分において局所的に温度が上昇する。また、絞り弁61は排気通路16を絞り込むため、固体還元剤14へ流入する排気の流速は増大する。これらの結果、固体還元剤14は、排気が通過する部分が局所的に加熱されるとともに、流速の大きな排気が通過する。したがって、固体還元剤14から発生する還元剤は増加する。
In the third embodiment, the amount of reducing agent generated from the solid reducing
一方、還元触媒13へ供給する還元剤の量が少ないとき、発生量制御部15のECU31は図11(B)に示すように絞り弁61によって排気通路16の断面積を拡大し、排気と固体還元剤14との接触断面積を大きくする。これにより、排気は、固体還元剤14の全体を通過する。そのため、排気の熱は固体還元剤14の全体に伝えられるものの、絞り弁61を絞ったときと比較して固体還元剤14の温度は低くなる。また、絞り弁61は排気通路16を絞り込まないため、固体還元剤14へ流入する排気の流速は排気通路16を絞り込むときと比較して低下する。これらの結果、固体還元剤14は、排気が通過する全体が緩やかに加熱されるとともに、流速の小さな排気が通過する。したがって、絞り弁61を絞ったときと比較して、固体還元剤14から発生する還元剤は減少する。
On the other hand, when the amount of reducing agent supplied to the
第3実施形態では、固体還元剤14の入口側において絞り弁61で排気の流れを絞ることにより、固体還元剤14と排気との接触面積、および固体還元剤14へ流入する排気の流速を変化させている。これにより、固体還元剤14の温度分布および固体還元剤14を通過する排気の流速を変更し、固体還元剤14から発生する還元剤の量を調整している。したがって、簡単な構造で排気通路16を流れる排気に混合される還元剤の量を制御することができる。
なお、第3実施形態では、固体還元剤14の入口側に絞り弁61を設けることにより排気通路16を絞り、固体還元剤14に流入する排気の流れを制御する例について説明した。しかし、絞り弁61は、固体還元剤14の排気の出口側に設けてもよい。固体還元剤14の出口側に絞り弁61を設ける場合でも、入口側と同様に固体還元剤14に流入する排気の流れを制御することができる。
In the third embodiment, the flow of exhaust gas is restricted by the
In the third embodiment, an example in which the
(第4実施形態)
本発明の第4実施形態による排気浄化装置を図12に示す。
第4実施形態の場合、固体還元剤14は排気通路16を形成する排気管部12の一部に固定されている。すなわち、第4実施形態の場合、排気管部12は、内部で分岐する第一通路71および第二通路72を形成している。固体還元剤14は、第二通路72に設けられている。発生量制御部15は、第二通路72を開閉する絞り弁73、およびECU31からの指示により絞り弁73を駆動する駆動部74を有している。絞り弁73で第二通路72を開閉することにより、第二通路72に設けられている固体還元剤14と排気との接触面積が変化する。絞り弁73は、絞り部を構成している。
(Fourth embodiment)
An exhaust emission control device according to a fourth embodiment of the present invention is shown in FIG.
In the case of the fourth embodiment, the solid reducing
還元触媒13に還元剤を供給するとき、発生量制御部15は図12(A)に示すように絞り弁73によって第二通路72を開放する。これにより、排気通路16を流れる排気は、一部が第二通路72に設けられた固体還元剤14を通過し、残りが第一通路71を通過する。その結果、第二通路72の固体還元剤14を通過する排気には固体還元剤14から発生した還元剤が含まれる。そして、第一通路71および第二通路72を流れた排気は、固体還元剤14の出口側で合流した後、還元触媒13へ流入する。一方、還元触媒13に還元剤を供給しないとき、発生量制御部15は図12(B)に示すように絞り弁73によって第二通路72を閉鎖する。これにより、排気通路16を流れる排気は、すべて第一通路71を通過する。その結果、排気は、固体還元剤14を通過することなく還元触媒13へ流入する。
When supplying the reducing agent to the
第4実施形態では、排気が第二通路72に設けられた固体還元剤14を通過することにより、排気に還元剤が混合される。排気に含まれる還元剤の量は、固体還元剤14と排気との接触面積すなわち第二通路72へ供給される排気の流量によって調整される。したがって、簡単な構造で排気通路16を流れる排気に、量を可変しつつ還元剤を供給することができる。
第4実施形態でも、固体還元剤14の出口側に絞り弁73を設けてもよい。また、絞り弁73の開度を調整することにより、第二通路72の固体還元剤14へ流入する排気の流量を調整し、発生する還元剤の量を制御する構成としてもよい。
In the fourth embodiment, when the exhaust gas passes through the solid reducing
Also in the fourth embodiment, a
(第5実施形態)
本発明の第5実施形態による排気浄化装置を図13に示す。
第5実施形態では、固体還元剤14は図13および図14に示すように保持部材81に保持されている。固体還元剤14は、円柱状に形成され、内側を排気が通過可能である。固体還元剤14は、図14(A)に示すように保持部材81に複数保持されている。保持部材81は、図13に示すように回転駆動部82によって排気管部12の周方向へ回転可能に設けられている。これにより、固体還元剤14を保持する保持部材81は、排気管部12の内側において排気通路16を形成する排気管部12の中心を軸として周方向へ回転する。回転駆動部82は、ECU31からの指示によって保持部材81を回転駆動する。
(Fifth embodiment)
An exhaust emission control device according to a fifth embodiment of the present invention is shown in FIG.
In the fifth embodiment, the solid reducing
保持部材81の入口側すなわち排気の流れ方向において保持部材81の上流側には、制御板83が設けられている。制御板83は、排気通路16を形成する排気管部12に固定されている。制御板83は、図14(B)に示すように円板状に形成され、板厚方向へ貫く複数の孔84を有している。回転駆動部82によって保持部材81が回転すると、例えば図15に示すように保持部材81に保持されている固体還元剤14と制御板83の孔84とが重なり合う面積が変化する。これにより、制御板83を通過して保持部材81側に流入する排気と保持部材81に保持された固体還元剤14とが接触する面積は変化する。その結果、排気と固体還元剤14とが接触する面積が変化し、固体還元剤14から発生する還元剤の量は変更される。このように、回転駆動部82および制御板83は、ECU31などとともに固体還元剤14から発生する還元剤の量を制御する発生量制御部を構成している。
A
第5実施形態では、保持部材81に保持された固体還元剤14を回転駆動することにより、固体還元剤14と制御板83の孔84とが重なり合う面積が変化する。これにより、制御板83を通過する排気と固体還元剤14との接触面積は変化する。したがって、簡単な構造で還元剤の発生量を制御することができる。
In the fifth embodiment, the area where the solid reducing
(その他の実施形態)
以上説明した複数の実施形態では、各実施形態を個別に排気浄化装置10に適用する例について説明した。しかし、複数の実施形態を組み合わせて排気浄化装置10に適用してもよい。例えば第1実施形態による排気浄化装置10の第二排気通路24に、第2実施形態から第4実施形態で説明した固体還元剤14および発生量制御部15を適用してもよい。
以上説明した本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の実施形態に適用可能である。
(Other embodiments)
In the plurality of embodiments described above, the example in which each embodiment is individually applied to the exhaust
The present invention described above is not limited to the above-described embodiment, and can be applied to various embodiments without departing from the gist thereof.
図面中、10は排気浄化装置、11はエンジン(内燃機関)、12は排気管部、13は還元触媒、14は固体還元剤、15は発生量制御部(還元剤発生量制御手段)、16は排気通路、21は第一排気管部、22は第二排気管部、23は第一排気通路、24は第二排気通路、25は担体、26は還元剤層、31はECU(還元剤発生量制御手段)、32は流量センサ(流量検出部)、33は入口側開閉弁(還元剤発生量制御手段)、34は出口側開閉弁(還元剤発生量制御手段)、35は排気通路温度センサ(温度検出部)、51は入口側排気温度センサ(温度検出部)、52は出口側排気温度センサ(温度検出部)、53は排気通路弁(還元剤発生量制御手段)、54は駆動部、61は絞り弁(絞り部)、73は絞り弁(絞り部)、83は制御板、84は孔を示す。 In the drawings, 10 is an exhaust purification device, 11 is an engine (internal combustion engine), 12 is an exhaust pipe section, 13 is a reduction catalyst, 14 is a solid reducing agent, 15 is a generation amount control unit (reducing agent generation amount control means), 16 Is an exhaust passage, 21 is a first exhaust pipe, 22 is a second exhaust pipe, 23 is a first exhaust passage, 24 is a second exhaust passage, 25 is a carrier, 26 is a reducing agent layer, and 31 is an ECU (reducing agent). Generation amount control means), 32 a flow sensor (flow rate detection unit), 33 an inlet side on-off valve (reducing agent generation amount control means), 34 an outlet side on-off valve (reducing agent generation amount control means), and 35 an exhaust passage. Temperature sensor (temperature detection unit), 51 is an inlet side exhaust temperature sensor (temperature detection unit), 52 is an outlet side exhaust temperature sensor (temperature detection unit), 53 is an exhaust passage valve (reducing agent generation amount control means), and 54 is Drive unit, 61 is a throttle valve (throttle unit), 73 is a throttle valve (throttle unit), 83 is Your plate, 84 indicates a hole.
Claims (5)
前記排気管部に設けられ、排気に含まれるNOxを還元する還元触媒と、
前記排気管部において前記還元触媒よりも前記内燃機関側に前記排気管部から着脱可能に設けられ、排気が通過することにより気体の還元剤を発生する固体還元剤と、
前記固体還元剤に流入する排気の流量を制御し、前記固体還元剤から発生して前記還元触媒に流入する気体の還元剤の量を制御する還元剤発生量制御手段と、を備え、
前記還元剤発生量制御手段は、前記排気通路を流れる排気の流量を検出する流量検出部、および前記排気通路を流れる排気の温度を検出する温度検出部を有し、前記流量検出部で検出した排気の流量および前記温度検出部で検出した排気の温度に基づいて前記固体還元剤から前記還元触媒に流入する気体の還元剤の量を制御するとともに、
前記排気管部は、前記内燃機関から前記還元触媒までの間に第一排気通路を形成する第一排気管部、および前記第一排気通路と並行して前記固体還元剤が設けられている第二排気通路を形成する第二排気管部を有し、
前記固体還元剤は、担体および前記担体に塗布された還元剤層を有することを特徴とする排気浄化装置。 An exhaust pipe part forming an exhaust passage through which exhaust gas from the internal combustion engine flows;
A reduction catalyst provided in the exhaust pipe portion for reducing NOx contained in the exhaust;
A solid reducing agent that is provided detachably from the exhaust pipe part on the internal combustion engine side than the reduction catalyst in the exhaust pipe part, and generates a gaseous reducing agent by passing exhaust;
Reductant generation amount control means for controlling the flow rate of the exhaust gas flowing into the solid reductant and controlling the amount of gaseous reductant generated from the solid reductant and flowing into the reduction catalyst ,
The reducing agent generation amount control means includes a flow rate detection unit that detects a flow rate of exhaust gas flowing through the exhaust passage and a temperature detection unit that detects the temperature of exhaust gas flowing through the exhaust passage, and the flow rate detection unit detects the flow rate detection unit. Controlling the amount of gaseous reducing agent flowing from the solid reducing agent into the reduction catalyst based on the flow rate of exhaust gas and the temperature of the exhaust gas detected by the temperature detector,
The exhaust pipe is provided with a first exhaust pipe that forms a first exhaust passage between the internal combustion engine and the reduction catalyst, and the solid reducing agent is provided in parallel with the first exhaust passage. A second exhaust pipe part forming two exhaust passages,
The exhaust gas purification apparatus , wherein the solid reducing agent has a carrier and a reducing agent layer applied to the carrier .
前記駆動部は、前記固体還元剤の前記排気通路への露出量を可変することを特徴とする請求項2記載の排気浄化装置。 The exhaust purification device according to claim 2, wherein the drive unit varies an amount of exposure of the solid reducing agent to the exhaust passage.
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