JP5188477B2 - Exhaust purification device - Google Patents
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本発明は、排気中の有害物質を浄化する排気浄化装置に関する。 The present invention relates to an exhaust gas purification device that purifies harmful substances in exhaust gas.
エンジンから排出される排気には、一酸化炭素(CO),炭化水素(HC),窒素酸化物(NOx),粒子状物質(PM)などの有害物質が含まれている。このため、担体に活性成分及び添加成分を担持させた触媒を排気通路に配設し、有害物質を化学反応によって無害物質に転換する排気浄化装置、ディーゼル酸化触媒(DOC)及びディーゼルパティキュレートフィルタ(DPF)を排気通路に配設し、PMを連続的に捕集除去する排気浄化装置が実用化されている。このような排気浄化装置の一例を列挙すると、特開2009−114994号公報(特許文献1)に記載される「三元触媒」,特開2000−27627号公報(特許文献2)に記載される「尿素SCR(Selective Catalytic Reduction)触媒」,特開2002−339733号公報(特許文献3)に記載される「連続再生式DPF」などがある。 Exhaust gas discharged from the engine contains harmful substances such as carbon monoxide (CO), hydrocarbons (HC), nitrogen oxides (NOx), and particulate matter (PM). For this reason, an exhaust gas purification device, a diesel oxidation catalyst (DOC), and a diesel particulate filter (having a catalyst in which an active component and an additive component are supported on a carrier are disposed in an exhaust passage to convert a harmful material into a harmless material by a chemical reaction) DPF) is disposed in the exhaust passage, and an exhaust purification device that continuously collects and removes PM has been put into practical use. One example of such an exhaust purification device is described in “three-way catalyst” described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2009-114994 (Patent Document 1) and Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-27627 (Patent Document 2). "Urea SCR (Selective Catalytic Reduction) catalyst", "Continuous regeneration type DPF" described in JP-A-2002-339733 (Patent Document 3), and the like.
ところで、化学反応を利用する排気浄化装置では、有害物質を効率的に浄化するために、少なくとも活性成分が活性化されていなければならず、触媒の温度(触媒温度)を活性温度以上に維持する必要がある。しかし、触媒が配設された排気通路の周壁から大気中に放熱されるため、例えば、冬季など外気温度が低いときには、触媒温度が活性温度に到達せず、又は、触媒温度が活性温度まで上昇せず、所要の排気浄化性能が発揮できなくなるおそれがあった。 By the way, in an exhaust gas purification apparatus using a chemical reaction, in order to efficiently purify harmful substances, at least an active component must be activated, and the temperature of the catalyst (catalyst temperature) is maintained above the activation temperature. There is a need. However, since the heat is radiated to the atmosphere from the peripheral wall of the exhaust passage where the catalyst is disposed, for example, when the outside air temperature is low such as in winter, the catalyst temperature does not reach the activation temperature or the catalyst temperature rises to the activation temperature. Without this, the required exhaust purification performance may not be exhibited.
そこで、本発明は従来技術の問題点に鑑み、触媒の周囲に排気を通過させることで、触媒温度の低下を抑制した排気浄化装置を提供することを目的とする。 Therefore, in view of the problems of the prior art, an object of the present invention is to provide an exhaust purification device that suppresses a decrease in catalyst temperature by allowing exhaust to pass around the catalyst.
このため、本発明では、一端が開口する有底筒状のケーシングと、ケーシングの内周面及び底面との間に隙間ができるように内挿され、ケーシングの軸方向に沿った直線においてのみケーシングの内周面と接触する触媒と、ケーシングの開口を閉塞すると共に、ケーシングの内周面と触媒との間に位置する隙間に排気を導入する排気導入路、及び、ケーシングの開口側に位置する触媒の端面を覆い、触媒を通過した排気を外部へと導出する排気導出路が夫々形成されたキャップと、を有する基本ユニットを、排気通路に少なくとも1つ配設する。 For this reason, in the present invention, the casing is inserted only in a straight line along the axial direction of the casing, so that a gap is formed between the bottomed cylindrical casing having one end opened and the inner peripheral surface and the bottom surface of the casing. The catalyst is in contact with the inner peripheral surface of the casing, the opening of the casing is closed, the exhaust introduction path for introducing exhaust gas into the gap located between the inner peripheral surface of the casing and the catalyst, and the opening side of the casing At least one basic unit that covers the end face of the catalyst and has a cap formed with exhaust exhaust passages for exhausting exhaust that has passed through the catalyst to the outside is disposed in the exhaust passage.
本発明によれば、基本ユニットにおいて、キャップの排気導入路から内部へと導入された排気は、ケーシングの内周面と触媒との間に位置する隙間を通って、ケーシングの最奥部へと流れていく。ケーシングの最奥部へと流れた排気は、ケーシングの底面で折り返されつつ、その全量が触媒へと流れ込む。触媒を通過した排気は、キャップの排気導出路を通って、外部へと導出される。従って、触媒の周囲に排気が通過することとなり、ケーシングの周壁から大気中へと放出される熱量が減少し、いわゆる「保温構造」が実現される。そして、基本ユニットからの放熱が抑制されることから、触媒温度の低下を抑制することができる。 According to the present invention, in the basic unit, the exhaust gas introduced into the inside from the exhaust introduction passage of the cap passes through the gap located between the inner peripheral surface of the casing and the catalyst and goes to the innermost part of the casing. It flows. The exhaust gas flowing to the innermost part of the casing is folded back at the bottom surface of the casing, and the entire amount flows into the catalyst. The exhaust gas that has passed through the catalyst is led out through the exhaust lead-out passage of the cap. Therefore, the exhaust gas passes around the catalyst, and the amount of heat released from the peripheral wall of the casing into the atmosphere is reduced, so that a so-called “heat insulation structure” is realized. And since the heat dissipation from a basic unit is suppressed, the fall of catalyst temperature can be suppressed.
以下、添付された図面を参照して本発明を詳述する。
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、ディーゼルエンジン(以下「エンジン」という)の排気に含まれるNOxを選択的に還元浄化する排気浄化装置の一例を示す。
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 shows an example of an exhaust purification device that uses an aqueous urea solution as a precursor of a liquid reducing agent and selectively reduces and purifies NOx contained in exhaust gas from a diesel engine (hereinafter referred to as “engine”).
エンジン10の排気マニフォールド12に接続される排気管14(排気通路)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DOC16と、尿素水溶液から生成されるアンモニアの供給を受けてNOxを選択還元浄化するSCR触媒18と、SCR触媒18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20と、がこの順番で配設される。
An exhaust pipe 14 (exhaust passage) connected to the
排気管14にDOC16,SCR触媒18及びアンモニア酸化触媒20を配設する方法として、図2に示すような基本ユニット22を使用する。
即ち、基本ユニット22は、一端が開口する有底筒状のケーシング24と、ケーシング24の内周面及び底面との間に隙間ができるように内挿(格納)されるDOC16,SCR触媒18又はアンモニア酸化触媒20(以下、特に区別しないときは「触媒26」という)と、ケーシング24の開口を閉塞するキャップ28と、を含んで構成される。キャップ28には、ケーシング24の内周面と触媒26との間に位置する隙間に排気を導入する排気導入路28Aと、ケーシング24の開口側に位置する触媒26の端面を覆い、触媒26を通過した排気を外部へと導出する排気導出路28Bと、が夫々形成される。なお、キャップ28の排気導入路28Aは、その形成を容易にするため、単なる「開口」とすることが望ましい。また、ケーシング24及び触媒26の横断面は、図示する略円形に限らず、例えば、各丸四角形などであってもよい。
As a method of disposing the
That is, the
ここで、ケーシング24の内周面及び底面と触媒26との間に位置する隙間は、排気通路の一部として機能する。また、基本ユニット22を複数連結することを踏まえ、排気導出路28Bの排気出口が、他の基本ユニット22の排気導入路28Aの排気入口に対応する位置になるようにすることが望ましい。さらに、ケーシング24の内周面の一部に接触するように触媒26を内挿し、この接触箇所においてケーシング24に対して触媒26を固定支持するようにすれば、例えば、触媒26を固定支持するステーなどが不要となり、部品点数の削減を図ることができる。
Here, the gaps located between the inner peripheral surface and the bottom surface of the
そして、DOC16,SCR触媒18及びアンモニア酸化触媒20を内挿する3つの基本ユニット22は、一の基本ユニット22の排気導出路28Bを他の基本ユニット22の排気導入路28Aに接続することで、図3に示すように、全体的にコンパクトなものとなる。
The three
また、DOC16とSCR触媒18との間に位置する排気通路、具体的には、DOC16を内挿する基本ユニット22のキャップ28には、排気の温度(排気温度)を測定する温度センサ30と、尿素水溶液を噴霧状態で噴射供給する噴射ノズル32と、が夫々取り付けられる。
In addition, a
還元剤タンク34に貯蔵される尿素水溶液は、還元剤添加コントロールユニット(以下「DCU(Dosing Control Unit)」という)36により電子制御される還元剤添加装置38を経由して噴射ノズル32へと供給される。DCU36には、温度センサ30の出力信号が入力されると共に、エンジン10の回転速度及び負荷を読み込み可能とすべく、CAN(Controller Area Network)などを介して、エンジンコントロールユニット(以下「ECU」という)40が接続される。ここで、エンジン10の負荷としては、燃料噴射量,アクセル操作量,スロットル開度,吸気流量,吸気負圧,過給圧力などの公知の状態量を採用することができる。なお、エンジン10の回転速度及び負荷は、公知のセンサを用いて直接検出するようにしてもよい。
The aqueous urea solution stored in the
かかる排気浄化装置において、噴射ノズル32から噴射供給された尿素水溶液は、排気熱及び排気中の水蒸気により加水分解され、還元剤として機能するアンモニアが生成される。尿素水溶液から生成されたアンモニアは、SCR触媒18において排気中のNOxと選択還元反応し、無害な水(H2O)及び窒素(N2)へと転換されることは知られたことである。このとき、SCR触媒18におけるNOx浄化効率を向上させるべく、DOC16によりNOがNO2へと酸化され、排気中のNOとNO2との割合が選択還元反応に適したものに改善される。一方、SCR触媒18を通過したアンモニアは、SCR触媒18の排気下流に配設されたアンモニア酸化触媒20により酸化されるので、アンモニアがそのまま大気中に放出されることが抑制される。
In such an exhaust purification device, the urea aqueous solution injected and supplied from the
DOC16,SCR触媒18及びアンモニア酸化触媒20は、図4に示すように、その周囲に排気が通過することで、触媒温度の低下が抑制される。即ち、DOC16が内挿された基本ユニット22において、キャップ28の排気導入路28Aから基本ユニット22の内部へと導入された排気は、ケーシング24とDOC16との間に位置する隙間を通過して、ケーシング24の最奥部へと流れていく。ケーシング24の最奥部へと流れた排気は、ケーシング24の底面で折り返されつつ、その全量がDOC16へと流れ込む。DOC16を通過した排気は、キャップ28の排気導出路28Bを通って、SCR触媒18が内挿された基本ユニット22へと流入する。そして、DOC16が内挿された基本ユニット22と同様な過程を経て、アンモニア酸化触媒20が内挿された基本ユニット22の排気導出路28Bから排気が大気中へと放出される。
As shown in FIG. 4, the
基本ユニット22に流入した排気は、ケーシング24と触媒26との間に位置する隙間を流れるので、触媒26の周囲に排気が通過することとなる。このため、触媒26の周囲に排気が存在することで、ケーシング24の周壁から大気中へと放出される熱量が減少し、いわゆる「保温構造」が実現される。そして、基本ユニット22からの放熱が抑制されることから、触媒温度の低下を抑制することができる。よって、触媒26の触媒温度が低下し難くなり、NOx浄化効率の低下を抑制することができる。
Since the exhaust gas flowing into the
なお、本発明は、NOxを選択的に還元浄化する排気浄化装置に限らず、DOC16及びCSF(Catalyzed Soot Filter)42を直列に配設した「連続再生式DPF」(図5参照)、DOC16,CSF42,SCR触媒18及びアンモニア酸化触媒20を直列に配設した「DPF+尿素SCR触媒」(図6参照)、ガソリンエンジンの「三元触媒」などにも適用することができる。ここで、「CSF」とは、活性成分及び添加成分を担持したDPFである。
The present invention is not limited to an exhaust purification device that selectively reduces and purifies NOx, but a “continuous regeneration type DPF” (see FIG. 5), in which a
また、触媒26は、図7に示すように、ケーシング24の内周面との間に円筒形状の隙間ができるように、ケーシング24に内挿するようにしてもよい。このようにすれば、ケーシング24に対して触媒26を固定するステーなどが必要となるが、ケーシング24の内周面と触媒26との間に位置する隙間が円筒形状をなしているので、この隙間を通過する排気流速のばらつきが少なくなり、触媒温度の均一化を促進することができる。
Further, the
14 排気管
16 DOC
18 SCR触媒
20 アンモニア酸化触媒
22 基本ユニット
24 ケーシング
26 触媒
28 キャップ
28A 排気導入路
28B 排気導出路
42 CSF
14
18
Claims (4)
前記ケーシングの内周面及び底面との間に隙間ができるように内挿され、前記ケーシングの軸方向に沿った直線においてのみ該ケーシングの内周面と接触する触媒と、
前記ケーシングの開口を閉塞すると共に、前記ケーシングの内周面と触媒との間に位置する隙間に排気を導入する排気導入路、及び、前記ケーシングの開口側に位置する触媒の端面を覆い、前記触媒を通過した排気を外部へと導出する排気導出路が夫々形成されたキャップと、
を有する基本ユニットを、排気通路に少なくとも1つ配設したことを特徴とする排気浄化装置。 A bottomed cylindrical casing with one end open;
A catalyst that is inserted so that a gap is formed between the inner peripheral surface and the bottom surface of the casing, and that contacts the inner peripheral surface of the casing only in a straight line along the axial direction of the casing ;
The opening of the casing is closed, the exhaust introduction path for introducing exhaust into a gap located between the inner peripheral surface of the casing and the catalyst, and the end face of the catalyst located on the opening side of the casing are covered, Caps each having exhaust outlet passages for exhausting exhaust that has passed through the catalyst to the outside;
An exhaust emission control device characterized in that at least one basic unit having the above is disposed in the exhaust passage.
一の基本ユニットの排気導出路は、他の基本ユニットの排気導入路に接続されることを特徴とする請求項1記載の排気浄化装置。 A plurality of the basic units are provided,
The exhaust emission control device according to claim 1 , wherein the exhaust lead-out path of one basic unit is connected to the exhaust introduction path of another basic unit .
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