JP5171509B2 - エンジンの排気浄化装置 - Google Patents
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Description
請求項3記載の発明では、前記混入割合測定手段は、前記バブル発生装置の累積作動時間に対応したバブルの混入割合が設定されたマップを参照して、該バブル発生装置の累積作動時間に応じたバブルの混入割合を間接的に測定することを特徴とする。
請求項3記載の発明によれば、バブル発生装置の累積作動時間に対応したバブルの混入割合が設定されたマップを参照することで、バブルの混入割合を間接的に測定することができる。
図1は、液体還元剤の前駆体としての尿素水溶液を使用し、エンジンの排気に含まれるNOxを還元浄化する排気浄化装置の第1実施形態を示す。
エンジン10の排気マニフォールド12に接続される排気通路14には、排気流通方向に沿って、一酸化窒素(NO)を二酸化窒素(NO2)へと酸化させる窒素酸化触媒16と、尿素水溶液を噴霧状態で噴射供給する噴射ノズル18と、尿素水溶液を加水分解して生成されるアンモニアを使用してNOxを還元浄化するNOx還元触媒20と、NOx還元触媒20を通過したアンモニアを酸化させるアンモニア酸化触媒22と、がこの順番で配設される。
ステップ1(図では「S1」と略記する。以下同様)では、エンジンECU32からエンジン回転速度及び負荷を夫々読み込む。
ステップ3では、エンジン運転状態としてのエンジン回転速度,負荷及び排気温度に対応した添加流量が設定された添加流量マップを参照し、ステップ1及びステップ2で読み込んだエンジン回転速度,負荷及び排気温度に応じた尿素水溶液の添加流量を算出する。
ステップ4では、バブル発生装置34により尿素水溶液にナノバブルが混入することで、単位体積当たりの尿素水溶液の絶対量が減少したことを補正すべく、添加流量を補正するサブルーチンをコールする。
図3は、尿素水溶液の添加流量補正処理のサブルーチンを示す。なお、添加流量補正処理を実行する還元剤添加ECU26が混入割合測定手段及び流量補正手段に該当する。
ステップ11では、図4に示すバブル混入割合推測マップを参照し、バブル発生装置34の累積作動時間に応じたバブル混入割合X(単位体積当たりの尿素水溶液に混入したナノバブルの混入率)を推測する。ここで、バブル混入割合推測マップは、バブル発生装置34の出力特性及びナノバブルの物理的特性から理論的に求めたり、実験などを通して経験的に求めることができる。バブル発生装置34の出力特性としては、例えば、単位時間当たりに発生するナノバブルの粒子数及び及びその粒径などが適用可能である一方、ナノバブルの物理的特性としては、例えば、ナノバブルの寿命及び飽和濃度などが適用可能である。
このような排気浄化装置によれば、バブル発生装置34が適宜作動することで、還元剤タンク24に貯蔵される尿素水溶液にナノバブルが混入される。そして、噴射ノズル18からナノバブルを内包する尿素水溶液が噴射供給されるときに、ナノバブルにより尿素水溶液の分裂が促進されると共に、噴射供給時の圧力変化及び温度変化によりナノバブルが急激に膨張破裂するので、尿素水溶液の微粒化を促進することができる。このため、微粒化された尿素水溶液の拡散及び気化が十分なされ、NOx還元触媒20に供給されるアンモニア濃度のむらが低減することから、尿素水溶液の有効利用を図りつつ、NOx浄化効率を向上させることができる。また、尿素水溶液が微粒化されることで、これからアンモニアを生成する加水分解反応速度も向上させることができる。
ステップ21では、図4に示すバブル混入割合推測マップを参照し、バブル発生装置34の累積作動時間に応じたバブル混入割合Xを推測する。
ステップ24では、バブル発生装置34を停止させてからの経過時間から、単位体積当たりの尿素水溶液に残存するナノバブルのバブル残存割合Yを推測する。即ち、図6に示す残存率推測マップを参照し、バブル発生装置34を停止させてからの経過時間に応じた残存率を算出する。そして、バブル発生装置34を停止させたときのバブル混入割合Xに残存率を乗算することで、バブル残存割合Yを推測する。
このようにすると、還元剤タンク24に貯蔵される尿素水溶液中のナノバブルのバブル混入割合が所定範囲に維持又は所定値に近づくように、バブル発生装置34の作動及び停止が制御される。このため、バブル発生装置34が常時作動していないことから、尿素水溶液にナノバブルを混入するために要するエネルギを軽減しつつ、過度なナノバブルの混入を抑制することができる。
本実施形態においては、還元剤タンク24と還元剤添加装置28との間に、還元剤タンク24よりも小さな容積を有するサブタンク38が配設される。そして、バブル発生装置34は、還元剤タンク24内ではなく、サブタンク38内に設置される。
図9は、液体還元剤の前駆体としての尿素水溶液を使用し、エンジンの排気に含まれるNOxを還元浄化する排気浄化装置の第3実施形態を示す。
このようにすれば、還元剤添加装置28で流量が制御された尿素水溶液にナノバブルを混入させるだけでよく、尿素水溶液の添加流量を補正する必要がないことから、制御の簡略化を図ることができる。なお、本実施形態では、尿素水溶液は極短時間でバブル発生装置34を通過してしまうため、バブル混入割合Xを所定範囲又は所定値に維持する必要はない。
14 排気通路
18 噴射ノズル
20 NOx還元触媒
24 還元剤タンク
26 還元剤添加ECU
28 還元剤添加装置
30 温度センサ
32 エンジンECU
34 バブル発生装置
36 バブル発生ECU
38 サブタンク
Claims (4)
- エンジン排気通路に配設され、還元剤を用いて窒素酸化物を還元浄化する還元触媒と、
液体還元剤又はその前駆体を貯蔵する還元剤タンクと、
前記還元触媒の排気上流に液体還元剤又はその前駆体を噴射供給する噴射ノズルと、
前記還元剤タンクから噴射ノズルへと供給される液体還元剤又はその前駆体の流量を制御する流量制御弁と、
エンジン運転状態に応じた流量の液体還元剤又はその前駆体が噴射ノズルへと供給されるように、前記流量制御弁を制御する流量制御手段と、
前記還元剤タンク内に配設され、前記噴射ノズルから噴射供給される液体還元剤又はその前駆体にナノ〜マイクロサイズのバブルを混入させるバブル発生装置と、
前記バブル発生装置により単位体積当たりの液体還元剤又はその前駆体に混入されたバブルの混入割合を測定する混入割合測定手段と、
前記混入割合測定手段により測定されたバブルの混入割合に基づいて、エンジン運転状態に応じた液体還元剤又はその前駆体の流量を補正する流量補正手段と、
を含んで構成されたことを特徴とするエンジンの排気浄化装置。 - 前記バブルの混入割合が所定範囲に維持又は所定値に近づくように、前記バブル発生装置を制御するバブル発生制御手段を更に備えたことを特徴とする請求項1記載のエンジンの排気浄化装置。
- 前記混入割合測定手段は、前記バブル発生装置の累積作動時間に対応したバブルの混入割合が設定されたマップを参照して、該バブル発生装置の累積作動時間に応じたバブルの混入割合を間接的に測定することを特徴とする請求項1又は請求項2に記載のエンジンの排気浄化装置。
- 単位体積当たりの液体還元剤又はその前駆体に混入されたバブルの粒子数及び粒径を測定する微粒子測定器を更に備え、
前記混入割合測定手段は、前記微粒子測定器により測定されたバブルの粒子数及び粒径からバブルの混入割合を間接的に測定することを特徴とする請求項1又は請求項2に記載のエンジンの排気浄化装置。
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