JP6133183B2 - エンジンの排気浄化装置 - Google Patents

Description

本発明は、エンジン排気中のＮＯｘ（窒素酸化物）を尿素ＳＣＲ触媒によって還元浄化する排気浄化装置における、還元剤として尿素水を供給する尿素水インジェクタのオーバーヒート防止に関する。

エンジン排気中のＮＯｘを還元浄化する排気浄化装置の代表例として、尿素ＳＣＲ触媒を用いたものがある（例えば、特許文献１参照）。

この装置は、排気管に設置した尿素ＳＣＲ触媒と、この触媒の上流に尿素水を噴射供給する尿素水インジェクタを有し、排気熱による加水分解反応によって尿素水から生じたアンモニアを排気中のＮＯｘと尿素ＳＣＲ触媒上で反応させ、無害なＮ２（窒素）とＨ２Ｏ（水）に分解し、ＮＯｘを還元浄化する。

特開２０００−３０３８２６号公報（図３）

上述の尿素ＳＣＲ触媒および尿素水インジェクタを用いたエンジンの排気浄化装置においては、尿素ＳＣＲ触媒に燃料中の硫黄分が付着する硫黄被毒によってＮＯｘ浄化率が低下するので、ＳＣＲ触媒を定期的に昇温し硫黄被毒を回復する被毒回復モードが実施される。

被毒回復モードにおいては、ＳＣＲ触媒が高温になるようにエンジン排気温度が制御されるため、ＳＣＲ触媒付近に設置された尿素水インジェクタが高熱にさらされる。またこのとき尿素水の噴射が停止されるため、尿素水インジェクタの冷却手段が断たれる。その結果、酷暑またはエンジン高負荷時に尿素インジェクタがオーバーヒートし、排気浄化装置の信頼性低下、故障の原因となる。

本発明は上記事実に鑑みてなされたもので、その技術的課題は、尿素ＳＣＲ触媒および尿素水インジェクタを備えるエンジンの排気浄化装置における、尿素ＳＣＲ触媒の被毒回復モードの際の、ＳＣＲ触媒が高温になり、尿素水の噴射が停止することにより尿素水インジェクタがオーバーヒートするのを防止できるようにした、エンジンの排気浄化装置を提供することである。

上記技術的課題を解決するための本発明に係るエンジンの排気浄化装置は、エンジンの排気管に設置したＮＯｘを還元浄化する尿素ＳＣＲ触媒と、この触媒の上流に還元剤としての尿素水を供給する尿素水インジェクタと、コントローラと、を備え、尿素水インジェクタは、冷却するコンポーネントの温度の昇降に応じて回転速度が増減されるエンジンの可変速冷却ファンの送風の下流に設置され、コントローラは、冷却するコンポーネントの温度とファン回転速度との関係を連続的に設定した、被毒回復モード非実施状態の「通常マップ」と、尿素ＳＣＲ触媒の硫黄被毒を回復させるための、定期的に所定の時間、尿素水の供給を停止し、排気温度を制御して触媒を昇温させる被毒回復モードの実施状態の「高速マップ」を有し、被毒回復モードの際は、「通常マップ」を「高速マップ」に切り替え、前記の可変速冷却ファンの回転速度をより高速に変更し送風量を増加させ、尿素水インジェクタの雰囲気温度を下げて、インジェクタのオーバーヒートを防止し、「通常マップ」においては、冷却するコンポーネントの温度が第１所定温度である場合にファン回転速度を第１所定回転速度に設定すると共に、冷却するコンポーネントの温度が第１所定温度よりも高い第２所定温度である場合に第１所定回転速度よりも高回転速度の第２所定回転速度にファン回転速度を設定し、かつ冷却するコンポーネントの温度が第１所定温度から第２所定温度まで高くなるに従ってファン回転速度を第１所定回転速度から第２所定回転速度まで連続的に増加させ、「高速マップ」においては、冷却するコンポーネントの温度が第１所定温度よりも低い第３所定温度である場合にファン回転速度を第１所定回転速度に設定すると共に、冷却するコンポーネントの温度が第１所定温度と第２所定温度との間の第４所定温度である場合に第２所定回転速度よりも高回転速度の第３回転速度にファン回転速度を設定し、かつ冷却するコンポーネントの温度が第３所定温度から第４所定温度まで高くなるに従ってファン回転速度を第１所定回転速度から第３所定回転速度まで連続的に増加させる。

本発明に従って構成されたエンジンの排気浄化装置の尿素ＳＣＲ触媒に尿素水を供給する尿素水インジェクタは、エンジンの可変速冷却ファンの送風下流に設置され、被毒回復モードの際は、可変速冷却ファンの回転速度が高速に変更され、増量した冷却風によって尿素水インジェクタの雰囲気温度が低下され、インジェクタのオーバーヒートが防止される。

本発明に従って構成されたエンジンの排気浄化装置の構成説明図。 可変速冷却ファンの回転速度とエンジンコンポーネントの温度の関係を示すマップ。

以下、本発明に従って構成されたエンジンの排気浄化装置について、好適実施形態を図示している添付図面を参照して、さらに詳細に説明する。

図１を参照して説明する。エンジンの排気浄化装置２は、エンジン４の排気管６に設置したＮＯｘを還元浄化する尿素ＳＣＲ触媒８と、この触媒８の上流に還元剤としての尿素水を供給する尿素水インジェクタ１０と、コントローラ１２を備え、尿素水インジェクタ１０は、冷却するエンジン４のコンポーネント５の温度の昇降に応じて回転速度が増減される可変速冷却ファン１４の送風下流に設置されている。

コントローラ１２は、後に詳述するように、尿素ＳＣＲ触媒８の硫黄被毒を回復させるための被毒回復モードを実施するとともに、被毒回復モードの際は、可変速冷却ファン１４のコンポーネント５の昇降温度に応じて設定された回転速度をより高速に変更し、冷却風量を増加させ、尿素水インジェクタ１０の雰囲気温度を低下させる。

本発明においては、尿素ＳＣＲ触媒８、尿素水インジェクタ１０、可変速冷却ファン１４、および被毒回復モードそれ自体は周知技術のものでよい。したがって、これらについては以下に概要を説明し詳細は省略する。

尿素ＳＣＲ触媒８は、例えばゼオライト触媒のような尿素選択的還元触媒である。尿素水を還元剤として、排気熱を利用した加水分解反応によって生じたアンモニアがこの還元触媒上で排気中のＮＯｘと反応し、ＮＯｘが無害なＮ２（窒素）とＨ２Ｏ（水）に分解される。

尿素水インジェクタ１０は、尿素水タンク１１の尿素水を排気管６内に、コントローラ１２の指示に基づいて噴射供給する。

可変速冷却ファン１４は、エンジン４に装備されているもので、冷却するコンポーネント５、例えば冷却水のラジエータ、作動油のクーラ、エンジン吸気のアフタークーラなどに外気を導入し冷却風を生成して流すものである。可変速冷却ファン１４は、回転速度を変更制御可能な、油圧モータ、電動モータのような駆動手段１４ａを備えている。

可変速冷却ファン１４の回転速度は冷却する各コンポーネントの温度に対して設定されており、コントローラ１２によって一番高回転速度が必要な速度でファンが回転するよう制御される。

被毒回復モードは、燃料中の硫黄分が付着し硫黄被毒した尿素ＳＣＲ触媒８を、定期的に高温に昇温し、硫黄被毒を回復する制御モードである。この被毒回復モードは、適宜の手段によって、エンジン通常運転中に、定期的に（例えば数百時間運転毎に）所定の時間（例えば数時間）、排気温度を制御して触媒を昇温させ、尿素水の供給を停止し、触媒８を強制回復させる。

図１とともに図２を参照して、ファン回転速度とコンポーネント温度の関係について説明する。

コントローラ１２は、冷却するコンポーネント５の温度Ｔとファン回転速度Ｎの関係を連続的に設定した、実線で示す被毒回復モード非実施状態の「通常マップ」と、点線で示す被毒回復モード実施状態の「高速マップ」を有し、被毒回復モードの際は「通常マップ」を「高速マップ」に切り替え、被毒回復モードが非実施状態のときは「通常マップ」にする。

「通常マップ」においては、各コンポーネント５の温度（冷却水温度、作動油温度、アフタークーラ出口温度）に対して設定された回転速度の内、一番高回転速度が必要な回転速度でファンが回転するように、温度Ｔ１の回転速度Ｎ１から高温度Ｔ２の高回転速度Ｎ２まで連続的に制御するようにファン回転速度Ｎが設定されている。

「高速マップ」においては、「通常マップ」に対して、コンポーネント温度Ｔのしきい値Ｔ２を低いＴ２´に下げ、またそのときの回転速度ＮをＴ２における回転速度Ｎ２よりΔＮ増加した高速のＮ３とし、さらに回転速度Ｎ１の温度のしきい値Ｔ１を低いＴ１´に下げ、温度Ｔ１´の回転速度Ｎ１から高温度Ｔ２´の高回転速度Ｎ３までファン回転速度Ｎを連続的に制御する。この増加回転速度ΔＮは、尿素水インジェクタ１０の雰囲気温度をオーバーヒート防止の制限温度以下にする冷却風量を生成するように設定される。

なおコントローラ１２は、エンジン４を制御するエンジンコントローラの一部として構成してもよい。

上述したとおりのエンジンの排気浄化装置２の作用効果について説明する。

エンジンの排気浄化装置２は、エンジン４の排気管６に設置したＮＯｘを還元浄化する尿素ＳＣＲ触媒８と、この触媒の上流に還元剤としての尿素水を供給する尿素水インジェクタ１０と、コントローラ１２を備え、尿素水インジェクタ１０は、エンジン４の冷却するコンポーネント５の温度の昇降に応じて回転速度が増減される可変速冷却ファン１４の送風の下流に設置され、コントローラ１２は、尿素ＳＣＲ触媒８の硫黄被毒を回復させるための、定期的に所定の時間、尿素水の供給を停止し、排気温度を制御し触媒８を昇温させる被毒回復モードを実施するとともに、被毒回復モードの際は、可変速冷却ファン１４の回転速度が高速に変更され、増量した冷却風によって尿素水インジェクタ１０の雰囲気温度が低下され、インジェクタ１０のオーバーヒートが防止される。

したがって、ＳＣＲ触媒８の被毒回復モードの際の尿素水インジェクタ１０のオーバーヒートを防止することができる。また、尿素水インジェクタ１０を可変速冷却ファン１４の送風の下流に位置付け、ファン１４の回転速度を制御すればよいので、設置スペースを大きくすることなく、簡単安価な構成でオーバーヒートを防止することができる。

また、コントローラ１２は、冷却するコンポーネント５の温度Ｔとファン回転速度Ｎとの関係を連続的に規定した、被毒回復モード非実施状態の「通常マップ」と、被毒回復モード実施状態の「高速マップ」を有し、被毒回復モードの際は「通常マップ」を「高速マップ」に切り替えるので、被毒回復モードの際は、より確実に可変速冷却ファン１４の回転速度を増加させ、尿素水インジェクタ１０の雰囲気温度をオーバーヒート防止の制限温度以下にするよう冷却風を生成できる。

このエンジンの排気浄化装置２は、可変速冷却ファン１４の回転速度の制御が連続的であるため、騒音法規上の可変速ファンとして扱われる。そのため、「高速マップ」への切り替えによりファン回転速度が上昇しても、実質的なファン騒音の増加を法規の許容範囲内に抑えられる。

以上、本発明を実施例に基づいて詳細に説明したが、本発明は上記の実施例に限定されるものではなく、例えば下記のように、本発明の範囲内においてさまざまな変形あるいは修正ができるものである。

例えばコントローラ１２は、冷却するコンポーネント５の温度Ｔとファン回転速度Ｎとの関係の「通常マップ」を「高速マップ」を切り替えて、可変速冷却ファン１４の回転速度を増加させるようにしたが、尿素水インジェクタ１０の雰囲気温度を検知してオーバーヒート防止の制限温度以下になるように可変速冷却ファン１４の回転速度を制御してもよい。

２：エンジンの排気浄化装置
４：エンジン
５：コンポーネント
６：排気管
８：尿素ＳＣＲ触媒
１０：尿素水インジェクタ
１２：コントローラ

Claims (1)

1. エンジンの排気管に設置したＮＯｘを還元浄化する尿素ＳＣＲ触媒と、この触媒の上流に還元剤としての尿素水を供給する尿素水インジェクタと、コントローラと、を備え、
   尿素水インジェクタは、
   冷却するコンポーネントの温度の昇降に応じて回転速度が増減されるエンジンの可変速冷却ファンの送風の下流に設置され、
   コントローラは、
   冷却するコンポーネントの温度とファン回転速度との関係を連続的に設定した、被毒回復モード非実施状態の「通常マップ」と、尿素ＳＣＲ触媒の硫黄被毒を回復させるための、定期的に所定の時間、尿素水の供給を停止し、排気温度を制御して触媒を昇温させる被毒回復モードの実施状態の「高速マップ」を有し、
   被毒回復モードの際は、「通常マップ」を「高速マップ」に切り替え、前記の可変速冷却ファンの回転速度をより高速に変更し送風量を増加させ、尿素水インジェクタの雰囲気温度を下げて、インジェクタのオーバーヒートを防止し、
   「通常マップ」においては、冷却するコンポーネントの温度が第１所定温度である場合にファン回転速度を第１所定回転速度に設定すると共に、冷却するコンポーネントの温度が第１所定温度よりも高い第２所定温度である場合に第１所定回転速度よりも高回転速度の第２所定回転速度にファン回転速度を設定し、かつ冷却するコンポーネントの温度が第１所定温度から第２所定温度まで高くなるに従ってファン回転速度を第１所定回転速度から第２所定回転速度まで連続的に増加させ、
   「高速マップ」においては、冷却するコンポーネントの温度が第１所定温度よりも低い第３所定温度である場合にファン回転速度を第１所定回転速度に設定すると共に、冷却するコンポーネントの温度が第１所定温度と第２所定温度との間の第４所定温度である場合に第２所定回転速度よりも高回転速度の第３回転速度にファン回転速度を設定し、かつ冷却するコンポーネントの温度が第３所定温度から第４所定温度まで高くなるに従ってファン回転速度を第１所定回転速度から第３所定回転速度まで連続的に増加させる、
   ことを特徴とするエンジンの排気浄化装置。

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