JP5593139B2 - Exhaust purification device - Google Patents
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Description
本発明は、NOxを還元浄化するための選択還元型触媒に対し還元剤として供給される尿素水の凍結対策を施した排気浄化装置に関するものである。 The present invention relates to an exhaust gas purification apparatus in which a countermeasure for freezing urea water supplied as a reducing agent to a selective catalytic reduction catalyst for reducing and purifying NOx is taken.
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(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ものがある。 Conventionally, diesel engines are equipped with a selective reduction catalyst (selective reduction catalyst) that has the property of selectively reacting NOx with a reducing agent even in the presence of oxygen in the middle of an exhaust pipe through which exhaust gas flows. The required amount of reducing agent is added to the upstream side of the selective catalytic reduction catalyst, and the reducing agent is subjected to a reduction reaction with NOx (nitrogen oxide) in the exhaust gas on the selective catalytic reduction catalyst, whereby NOx emission concentration There is one that can reduce the above.
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。 On the other hand, in the field of industrial flue gas denitration treatment in plants and the like, the effectiveness of a method for reducing and purifying NOx using ammonia (NH 3 ) as a reducing agent is already widely known. Since it is difficult to ensure safety with respect to traveling with ammonia itself, in recent years, the use of non-toxic urea water as a reducing agent has been studied.
即ち、尿素水を選択還元型触媒の上流側で排出ガス中に添加すれば、約170℃以上の温度条件下で前記尿素水がアンモニアと炭酸ガスに分解され、選択還元型触媒上で排出ガス中の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。 That is, if urea water is added to the exhaust gas upstream of the selective catalytic reduction catalyst, the urea water is decomposed into ammonia and carbon dioxide under a temperature condition of about 170 ° C. or higher, and the exhaust gas is exhausted on the selective catalytic reduction catalyst. The NOx contained therein is reduced and purified well by ammonia.
このように尿素水を還元剤として使用する場合、尿素水を車両搭載の尿素水タンクから尿素水供給ラインを介して選択還元型触媒の上流側へ送り出すことになるが、この種の尿素水は約−11℃以下で凍ってしまうため、寒冷地での使用にあたっては、前記尿素水供給ラインや尿素水タンクの内部で尿素水が凍りついて該尿素水の供給が不可能となる事態が生じないよう何らかの凍結対策を施す必要がある。 When urea water is used as a reducing agent in this way, urea water is sent from the urea water tank mounted on the vehicle to the upstream side of the selective catalytic reduction catalyst via the urea water supply line. Since it freezes at about −11 ° C. or less, in use in a cold region, the urea water freezes inside the urea water supply line or the urea water tank, and the situation where the urea water cannot be supplied does not occur. It is necessary to take some measures against freezing.
このため、従来における尿素水供給ラインや尿素水タンクの凍結対策として、電気ヒータを用いて尿素水供給ラインや尿素水タンクを加熱し、寒冷地での使用により凍結した尿素水供給ラインや尿素水タンクを解凍できるようにすることが考えられている。 Therefore, as a conventional countermeasure against freezing of the urea water supply line and the urea water tank, the urea water supply line and the urea water tank are heated by using an electric heater and frozen in use in a cold region. It is contemplated that the tank can be thawed.
尚、この種の尿素水の凍結対策に関連する先行技術文献情報としては、本発明と同じ出願人による下記の特許文献1や特許文献2等が既に存在している。
In addition, as prior art document information related to this type of urea water freezing countermeasure, the following patent document 1 and
しかしながら、このように電気ヒータを用いて尿素水供給ラインや尿素水タンクを加熱したのでは、電気ヒータにかかる電力消費によりエンジンの負荷が増加してしまい、燃費の大幅な悪化を招いてしまう虞れがあった。 However, if the urea water supply line or the urea water tank is heated using the electric heater in this way, the load on the engine increases due to the power consumption of the electric heater, which may cause a significant deterioration in fuel consumption. There was this.
本発明は上述の実情に鑑みてなしたもので、尿素水供給ラインや尿素水タンクの内部で凍りついてしまった尿素水をエンジンを熱源として電力消費なく解凍し得る排気浄化装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and provides an exhaust emission control device capable of thawing urea water that has frozen in a urea water supply line or a urea water tank, without using power, using the engine as a heat source. Objective.
本発明は、排気管の途中に装備されて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選択還元型触媒と、該選択還元型触媒より上流側の排気管内に還元剤として尿素水を添加する尿素水インジェクタと、該尿素水インジェクタに尿素水供給ラインを介し尿素水を供給する尿素水タンクと、を備えた排気浄化装置であって、前記尿素水タンク内を経由し且つ前記尿素水供給ラインに沿うように冷却水ラインを設け、該冷却水ラインのうち冷却水の圧力が相対的に高いエンジン側の水冷式オイルクーラから冷却水を抜き出して前記冷却水ラインを経由させた後に前記冷却水ラインのうち冷却水の圧力が最も低いエンジン側のウォーターポンプに戻すように構成したことを特徴とするものである。 The present invention provides a selective reduction catalyst that is provided in the middle of an exhaust pipe and can selectively react NOx with ammonia even in the presence of oxygen, and urea water as a reducing agent in the exhaust pipe upstream of the selective reduction catalyst. a urea water injector to be added, the urine Motomi urea water tank for supplying the urea water through the urea water supply line to the injector, and an exhaust gas purifying device provided with, via the urea water tank and the urea water along the feed line provided with a cooling water line, the in after passing through the cooling water line by extracting cooling water from the water-cooled oil cooler of the pressure of the cooling water is relatively high engine side in the cooling water line In the cooling water line, the cooling water is returned to the engine-side water pump having the lowest pressure .
而して、このようにすれば、寒冷地での使用により尿素水供給ラインや尿素水タンクの内部で尿素水が凍りついてしまったとしても、冷却水ラインにエンジン側の水冷式オイルクーラを経て昇温した冷却水を送り込むことにより、尿素水タンク内や尿素水供給ライン内で凍りついてしまった尿素水を前記冷却水ラインから熱を与えて解凍させることが可能となる。 Thus, in this way, even if urea water freezes in the urea water supply line or inside the urea water tank due to use in a cold region, it passes through the water-cooled oil cooler on the engine side to the cooling water line. By feeding the cooling water whose temperature has been raised, it becomes possible to thaw the urea water frozen in the urea water tank or the urea water supply line by applying heat from the cooling water line.
この際、エンジンの水冷系統の中でも水冷式オイルクーラにおける冷却水の圧力が相対的に高いことが本発明者による圧力解析で突き止められており、水冷系統の中で最も圧力の低いウォーターポンプ(サクション側)に戻すことで良好に冷却水を循環できることも既に検証されている。 At this time, the pressure analysis by the present inventor has confirmed that the pressure of the cooling water in the water-cooled oil cooler is relatively high among the water-cooling systems of the engine. It has already been verified that the cooling water can be circulated well by returning to the side.
尚、水冷式オイルクーラには、潤滑油を冷却するための十分な水量の冷却水があるので、ここから冷却水を抜き出しても、前記水冷式オイルクーラより下流側の水冷系統に及ぼす影響が軽微で済むという好ましい事情もある。 Since the water-cooled oil cooler has a sufficient amount of cooling water for cooling the lubricating oil, even if the cooling water is withdrawn from here, there is an effect on the water cooling system downstream of the water-cooled oil cooler. There is also a favorable situation that only a minor amount is required.
また、本発明においては、冷却水ラインの尿素水タンクより上流側から分岐して尿素水インジェクタを経由し且つ前記冷却水ラインにおける尿素水供給ラインに沿い終えた後の下流部分に合流するようにバイパスラインを設け、該バイパスラインに冷却水の流れを切り替え得るように流路切替手段を備えることも可能である。 In the present invention, the cooling water line branches from the upstream side of the urea water tank, passes through the urea water injector, and merges with the downstream portion after finishing along the urea water supply line in the cooling water line. It is also possible to provide a bypass line and provide a flow path switching means so that the flow of the cooling water can be switched to the bypass line.
このようにすれば、尿素水タンクや尿素水供給ラインが凍結していない時に、流路切替手段により冷却水の流れをバイパスラインに切り替え、尿素水インジェクタを経由させて冷却水を流すことにより該尿素水インジェクタの冷却を行うことが可能となる。 In this way, when the urea water tank or the urea water supply line is not frozen, the flow of the cooling water is switched to the bypass line by the flow path switching means, and the cooling water is allowed to flow through the urea water injector. The urea water injector can be cooled.
上記した本発明の排気浄化装置によれば、下記の如き種々の優れた効果を奏し得る。 According to the exhaust emission control device of the present invention described above, various excellent effects as described below can be obtained.
(I)本発明の請求項1に記載の発明によれば、尿素水供給ラインや尿素水タンクの内部で凍りついてしまった尿素水をエンジンを熱源として電力消費なく解凍することができる。 (I) According to the invention described in claim 1 of the present invention, urea water frozen in the urea water supply line or the urea water tank can be thawed without consuming electric power using the engine as a heat source.
(II)本発明の請求項2に記載の発明によれば、尿素水タンクや尿素水供給ラインが凍結していない時に、流路切替手段により冷却水の流れをバイパスラインに切り替え、尿素水インジェクタを経由させて冷却水を流すことにより該尿素水インジェクタの冷却を行うことができる。
(II) According to the invention described in
以下本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
図1は本発明を実施する形態の一例を模式的に示す全体系統図であり、エンジン1からの排気ガス2が流通する排気管3の途中に選択還元型触媒4が装備されており、この選択還元型触媒4は、フロースルー方式のハニカム構造物等として形成され、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。
FIG. 1 is an overall system diagram schematically showing an example of an embodiment of the present invention. A selective reduction catalyst 4 is provided in the middle of an
また、この選択還元型触媒4の上流側に装備された尿素水インジェクタ5と、所要場所に設けられて尿素水6を貯蔵している尿素水タンク7との間が尿素水供給ライン8により接続されていて、該尿素水供給ライン8の途中に装備した尿素水ポンプ9の駆動により尿素水タンク7内の尿素水6が吸い上げられるようになっている。
A urea
ここに図示している例においては、前記尿素水インジェクタ5よりも上流側にパティキュレートフィルタ10が装備されており、該パティキュレートフィルタ10と前記選択還元型触媒4とがケーシング11,12により夫々抱持されて並列に配置されていると共に、パティキュレートフィルタ10の出側端部と選択還元型触媒4の入側端部との間がS字構造の連絡流路13により接続され、パティキュレートフィルタ10の出側端部から排出された排気ガス2が逆向きに折り返されて隣の選択還元型触媒4の入側端部に導入されるようになっている。
In the example shown here, a
尚、パティキュレートフィルタ10が抱持されているケーシング11内の前段には、排気ガス2中の未燃燃料分を酸化処理する酸化触媒14が装備されており、また、選択還元型触媒4が抱持されているケーシング12内の後段には、余剰のアンモニアを酸化処理するアンモニア低減触媒15が装備されている。
In addition, an
そして、このように構成された排気浄化装置に関し、本形態例においては、前記尿素水タンク7内を経由し且つ前記尿素水供給ライン8に沿うように冷却水ライン16が設けられており、該冷却水ライン16に対しエンジン1側の水冷式オイルクーラ17から冷却水18を抜き出して前記冷却水ライン16を経由させた後にエンジン1側のウォーターポンプ19に戻すように構成してある。
And regarding the exhaust gas purification device configured in this way, in this embodiment, a
ここで、より詳細に述べると、前記尿素水供給ライン8は、尿素水タンク7内から尿素水6を尿素水ポンプ9まで汲み上げるサクションパイプ8aと、尿素水ポンプ9の内部流路(図示せず)と、該尿素水ポンプ9から尿素水インジェクタ5へ尿素水6を送給するフィードパイプ8bとにより構成されるようになっており、前記冷却水ライン16は、これらサクションパイプ8a、尿素水ポンプ9の内部流路、フィードパイプ8bの全てに沿うように形成されている。
More specifically, the urea
また、本形態例においては、冷却水ライン16の尿素水タンク7より上流側の分岐点Aから分岐して尿素水インジェクタ5を経由し且つ前記冷却水ライン16における尿素水供給ライン8に沿い終えた後の下流部分の合流点Bに合流するようにバイパスライン20が設けられており、該バイパスライン20に冷却水18の流れを切り替え得るように、前記冷却水ライン16における分岐点Aの下流側に冷却水遮断弁21(流路切替手段)が備えられていると共に、前記バイパスライン20における分岐点Aの下流側に電磁弁22(流路切替手段)が備えられている。
Further, in the present embodiment, the
而して、このようにすれば、寒冷地での使用により尿素水供給ライン8や尿素水タンク7の内部で尿素水6が凍りついてしまったとしても、冷却水遮断弁21を開け且つ電磁弁22を閉じて冷却水ライン16にエンジン1側の水冷式オイルクーラ17を経て昇温した冷却水18を送り込むことにより、尿素水タンク7内や尿素水供給ライン8内で凍りついてしまった尿素水6を前記冷却水ライン16から熱を与えて解凍させることが可能となる。
Thus, in this way, even if the urea water 6 freezes in the urea
この際、エンジン1の水冷系統の中でも水冷式オイルクーラ17における冷却水18の圧力が相対的に高いことが本発明者による圧力解析で突き止められており、水冷系統の中で最も圧力の低いウォーターポンプ19(サクション側)に戻すことで良好に冷却水18を循環できることが既に検証されている。
At this time, among the water cooling systems of the engine 1, the pressure analysis by the inventor has ascertained that the pressure of the
尚、水冷式オイルクーラ17には、潤滑油を冷却するための十分な水量の冷却水18があるので、ここから冷却水18を抜き出しても、前記水冷式オイルクーラ17より下流側の水冷系統に及ぼす影響が軽微で済むという好ましい事情もある。
The water-cooled
また、特に本形態例においては、冷却水ライン16の尿素水タンク7より上流側の分岐点Aから分岐して尿素水インジェクタ5を経由し且つ前記冷却水ライン16における尿素水供給ライン8に沿い終えた後の下流部分の合流点Bに合流するようにバイパスライン20を設け、該バイパスライン20に冷却水18の流れを切り替え得るように冷却水遮断弁21及び電磁弁22を流路切替手段として備えているので、尿素水タンク7や尿素水供給ライン8が凍結していない時に、冷却水遮断弁21を閉じ且つ電磁弁22をエンジン1の運転状態に応じ適宜な開度で開けて冷却水18の流れをバイパスライン20に切り替え、尿素水インジェクタ5を経由させて冷却水18を流すことにより該尿素水インジェクタ5の冷却を行うことが可能となる。
Further, particularly in the present embodiment, the water is branched from the branch point A upstream of the
尚、尿素水タンク7や尿素水供給ライン8に凍結がなく、尿素水インジェクタ5にも特に冷却の必要がなければ、冷却水遮断弁21及び電磁弁22の両方を閉じて冷却水ライン16及びバイパスライン20への冷却水18の循環を停止しても良いことは勿論である。
If the
従って、上記形態例によれば、尿素水供給ライン8や尿素水タンク7の内部で凍りついてしまった尿素水6をエンジン1を熱源として電力消費なく解凍することができ、しかも、尿素水タンク7や尿素水供給ライン8が凍結していない時に、冷却水遮断弁21を閉じ且つ電磁弁22をエンジン1の運転状態に応じ適宜な開度で開けて冷却水18の流れをバイパスライン20に切り替え、尿素水インジェクタ5を経由させて冷却水18を流すことにより該尿素水インジェクタ5の冷却を行うことができる。
Therefore, according to the above embodiment, the urea water 6 frozen in the urea
尚、本発明の排気浄化装置は、上述の形態例にのみ限定されるものではなく、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。 Note that the exhaust emission control device of the present invention is not limited to the above-described embodiment, and it is needless to say that various modifications can be made without departing from the gist of the present invention.
3 排気管
4 選択還元型触媒
5 尿素水インジェクタ
6 尿素水
7 尿素水タンク
8 尿素水供給ライン
16 冷却水ライン
17 水冷式オイルクーラ
18 冷却水
19 ウォーターポンプ
20 バイパスライン
21 冷却水遮断弁(流路切替手段)
22 電磁弁(流路切替手段)
DESCRIPTION OF
22 Solenoid valve (flow path switching means)
Claims (2)
前記尿素水タンク内を経由し且つ前記尿素水供給ラインに沿うように冷却水ラインを設け、該冷却水ラインのうち冷却水の圧力が相対的に高いエンジン側の水冷式オイルクーラから冷却水を抜き出して前記冷却水ラインを経由させた後に前記冷却水ラインのうち冷却水の圧力が最も低いエンジン側のウォーターポンプに戻すように構成したことを特徴とする排気浄化装置。 A selective reduction catalyst that is installed in the middle of the exhaust pipe and can selectively react NOx with ammonia even in the presence of oxygen, and urea water that adds urea water as a reducing agent into the exhaust pipe upstream of the selective reduction catalyst and the injector, and an exhaust gas purification device provided with a urea water tank for supplying urea water through the urea water supply line to the urine Motomi injector,
A cooling water line is provided through the urea water tank and along the urea water supply line, and cooling water is supplied from a water-cooled oil cooler on the engine side in which the pressure of the cooling water is relatively high. An exhaust emission control device configured to return to an engine-side water pump having the lowest cooling water pressure in the cooling water line after being extracted and passed through the cooling water line .
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