WO2007108170A1 - 排気浄化装置 - Google Patents

Abstract

　液体還元剤又はその前駆体を貯蔵する還元剤タンクの内部を、補給口付近に取り付けられた隔壁により、補給口と連通する副タンクと、これと液密に区画される主タンクと、に２分割する。また、副タンクに、補給口を介して補給された補給液体が液体還元剤又はその前駆体であるか否かを識別する液体識別センサを取り付ける。そして、還元剤添加ＥＣＵは、液体識別センサにより補給液体が液体還元剤又はその前駆体であると識別されると、隔壁の底板に取り付けられた開閉部を開通させ、副タンクと主タンクとを連通させる。

Description

排気浄化装置

技術分野

[0001] 本発明は、還元剤を使用して排気中の窒素酸ィ匕物 (NOx)を還元浄化する排気浄 化装置にお!、て、液体還元剤又はその前駆体を貯蔵する還元剤タンクに異種水溶 液が補給されることを抑制する技術に関する。

背景技術

[0002] エンジン排気中の NOxを除去する触媒浄化システムとして、特開 2000— 27627 号公報 (特許文献 1)に記載された排気浄ィ匕装置が提案されている。カゝかる排気浄ィ匕 装置は、エンジン排気管に配設された NOx還元触媒の排気上流に、エンジン運転 状態に応じた液体還元剤又はその前駆体を噴射供給することで、排気中の NOxと 還元剤とを触媒還元反応させて、 NOxを無害成分に浄化処理するものである。 特許文献 1：特開 2000— 27627号公報

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0003] ところで、従来提案の排気浄ィ匕装置では、 NOx還元浄ィ匕に伴 、液体還元剤又は その前駆体が消費されるため、還元剤タンクに液体還元剤又はその前駆体を適宜補 給しなければならない。このとき、還元剤タンクに、軽油やガソリンなどの燃料を誤つ て補給してしまうことが想定される。即ち、エンジンなどの内燃機関では、軽油ゃガソ リンなどの燃料が燃料タンクに貯蔵されて ヽるため、燃料タンクと還元剤タンクとを間 違えて、燃料を還元剤タンクに補給してしまう可能性がある。還元剤タンクに燃料が 補給されると、 NOx還元触媒の排気上流に燃料が噴射供給されることから、排気浄 化装置としての機能を発揮できなくなるばかりか、排気熱で燃料が着火して排気温度 が過度に上昇し、 NOx還元触媒に熱影響を及ぼしてしまうおそれがある。なお、この ような不具合は、内燃機関に限らず、ボイラ，タービンなどの外燃機関でも同様に発 生するおそれがある。

[0004] そこで、本発明は以上のような従来の問題点に鑑み、還元剤タンクの補給口付近を 液密に区画した副タンクに補給された補給液体を識別し、これが正規の液体還元剤 又はその前駆体であれば、これを還元剤タンクに供給することで、異種水溶液が補 給されることを抑制した排気浄ィ匕装置を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

[0005] このため、本発明に係る排気浄化装置は、補給口と連通する副タンク、及び、該副 タンクと液密に区画される主タンクが内部に形成された還元剤タンクと、前記副タンク と主タンクとを連通させる連通装置と、前記主タンクに貯蔵された液体還元剤又はそ の前駆体を使用して、排気中の窒素酸化物を還元浄化する還元触媒と、前記補給 口を介して副タンクに補給された補給液体が液体還元剤又はその前駆体である力否 かを識別する液体識別センサと、前記液体識別センサにより補給液体が液体還元剤 又はその前駆体であると識別されたときに、前記連通装置を作動させる制御装置と、 を含んで構成される。 発明の効果

[0006] 本発明に係る排気浄化装置によれば、還元剤タンクに液体を補給すると、その補 給液体は主タンクに直接流入せず、補給口と連通しかつ主タンクと液密に区画され る副タンクにー且流入する。そして、副タンクに補給された補給液体が液体還元剤又 はその前駆体であるか否かが識別され、これが液体還元剤又はその前駆体であると 識別されると、連通装置が作動して、副タンクと主タンクとが連通される。一方、副タン クに補給された補給液体が液体還元剤又はその前駆体でない、例えば、誤って燃料 などの異種水溶液を補給してしまったときには、連通装置が作動せず、副タンクと主 タンクとが連通されない。

[0007] このため、還元剤タンクに異種水溶液が補給されたときには、これが主タンクへと補 給されないことから、排気浄化装置としての機能を確保しつつ、還元触媒を保護する ことができる。このとき、副タンクが異種水溶液で満杯になると、補給ノズルの先端に 取り付けられたセンサがその状態を検知して異種水溶液の補給が停止されるので、 これが還元剤タンク力 溢れることがな!、。

図面の簡単な説明

[0008] [図 1]図 1は、本発明を具現化した排気浄化装置の一例を示す構成図である。 [図 2]図 2は、同上の制御内容を示すフローチャートである。

符号の説明

[0009] 20 NOx還元触媒

24 還元剤タンク

24A 補給口

24B 隔壁

24C 主タンク

24D タンク

24E 開閉部

30 還元剤添加 ECU

34 液体識別センサ

36 警報装置

発明を実施するための最良の形態

[0010] 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、還元剤の前駆体たる尿素水溶液を使用し、エンジン排気に含まれる NOx を触媒還元反応により還元浄化する排気浄化装置の全体構成を示す。

エンジン 10の排気マ-フォールド 12に接続される排気管 14には、排気流通方向 に沿って、一酸ィ匕窒素 (NO)を二酸ィ匕窒素 (NO )へと酸化させる窒素酸化触媒 16

2

と、尿素水溶液を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得られ るアンモニアを使用して NOxを還元浄ィ匕する NOx還元触媒 20と、 NOx還元触媒 2 0を通過したアンモニアを酸ィ匕させるアンモニア酸ィ匕触媒 22と、が夫々配設される。 また、還元剤タンク 24に貯蔵される尿素水溶液は、その底部で吸込口が開口する配 管 26を通って還元剤添加装置 28に供給される。そして、還元剤添加装置 28は、コ ンピュータを内蔵した還元剤添加コントロールユニット（以下「還元剤添加 ECU」 t ヽ う） 30により電子制御され、エンジン運転状態に応じた流量の尿素水溶液を、圧縮空 気と混合した噴霧状態で噴射ノズル 18に供給する。なお、圧縮空気の供給源がない ときには、還元剤添加装置 28は、エンジン運転状態に応じた流量の尿素水溶液を、 そのまま噴射ノズル 18に供給する構成を採用すればよ!ヽ。 [0011] カゝかる排気浄ィ匕装置において、噴射ノズル 18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、アンモニアへと転化される。転化さ れたアンモニアは、 NOx還元触媒 20において排気中の NOxと還元反応し、水（H

2

O)及び窒素 (N )へと転ィ匕されることは知られたことである。このとき、 NOx還元触媒

2

20による NOx浄ィ匕効率を向上させるベぐ窒素酸ィ匕触媒 16により NOが NOへと酸

2 化され、排気中の NOと NOとの割合が触媒還元反応に適したものに改善される。

2 一 方、 NOx還元触媒 20を通過したアンモニアは、その排気下流に配設されたアンモ- ァ酸化触媒 22により酸化されるので、アンモニアがそのまま大気中に排出されること がない。

[0012] 本発明の特徴として、還元剤タンク 24は、その補給口 24A付近の内壁に取り付け られた隔壁 24Bにより、主タンク 24Cと副タンク 24Dとに液密に区画される。主タンク 24Cには、尿素水溶液の濃度を検出する濃度センサ 32が配設される一方、副タンク 24Dには、少なくとも、補給口 24Aから補給された液体が尿素水溶液であるか否か を識別する液体識別センサ 34が配設される。また、隔壁 24Bの底板には、主タンク 2 4Cと副タンク 24Dを必要に応じて連通させるベぐ遠隔操作により開閉される常閉式 の開閉部 24E (連通装置）が形成される。開閉部 24Eの具体的構成としては、例えば 、隔壁 24Bの底板の少なくとも一部を構成しつつ、略水平方向に延びる回動軸を中 心として回動自由な板部材と、板部材を回動させるァクチユエータと、を含んで構成 したり、隔壁 24Bの底板に常閉式の電磁式開閉弁を取り付けることで容易に実現で きる。そして、濃度センサ 32及び液体識別センサ 34からの各出力信号は、還元剤添 カロ ECU30へと入力され、還元剤添加装置 28の制御などに用いられると共に、その ROM (Read Only Memory)に記憶された制御プログラムによって、開閉部 24E並び にブザー，警告灯などの警報装置 36が制御される。なお、本実施形態では、還元剤 添加 ECU30が制御装置として機能する力 他のコントロールユニットにおいて制御 プログラムを実行させるようにしてもよ 、。

[0013] 図 2は、還元剤添加 ECU30において、例えば、還元剤タンク 24の補給口 24Aが 開けられたことを契機として、所定時間ごとに繰り返し実行される制御プログラムの内 容を示す。 ステップ 1 (図では「S1」と略記する。以下同様)では、液体識別センサ 34の出力信 号を読み込む。

[0014] ステップ 2では、液体識別センサ 34の出力信号に基づいて、副タンク 24Dに補給さ れた液体 (以下「補給液体」 t ヽぅ）が尿素水溶液であるカゝ否かを判定する。そして、 補給液体が尿素水溶液であればステップ 3へと進み (Yes)、尿素水溶液が主タンク 2 4Cに供給されるべく開閉部 24Eを開通させる。一方、補給液体が尿素水溶液でなけ ればステップ 4へと進み (No)、異種水溶液が主タンク 24Cに供給されることを防止す ベく開閉部 24Eを閉鎖させる。その後、ステップ 5において、警報装置 36を所定時間 作動させる。

[0015] カゝかる構成によれば、還元剤タンク 24に液体を補給すると、その補給液体は主タン ク 24Cに直接流入せず、副タンク 24Dにー且流入する。そして、副タンク 24Dに流入 した補給液体が尿素水溶液であるカゝ否かが識別され、補給液体が尿素水溶液であ れば開閉部 24Eが開通して、補給液体が主タンク 24Cへと流入する。このとき、開閉 部 24Eが隔壁 24Bの底板に形成されているため、副タンク 24Dから主タンク 24Cへ の補給液体の流出を円滑に行うことができる。一方、補給液体が尿素水溶液でない 、例えば、誤って燃料などの異種水溶液を補給してしまったときには、開閉部 24Eが 閉鎖して異種水溶液が主タンク 24Cへ流入することが防止される。

[0016] 従って、還元剤タンク 24の主タンク 24Cには、異種水溶液が補給されることがなぐ 排気浄ィ匕装置としての機能を確保しつつ、その NOx還元触媒 20を保護することが できる。なお、通常の使用においては、開閉部 24Eが常閉式であるため、不必要な 電力消費を防止することができる。

このとき、副タンク 24Dが異種水溶液で満杯になると、補給ノズルの先端に取り付け られたセンサがその状態を検知して異種水溶液の補給が停止されるので、これが還 元剤タンク 24から溢れることがない。また、異種水溶液が補給されたときには、警報 装置 36が作動するので、還元剤タンク 24に誤って異種水溶液を補給してしまったこ とを容易に認識することが可能となり、これを排出するなどの対応を迅速にとることが できる。

[0017] なお、液体識別センサ 34として、尿素水溶液である力否かの識別機能に加え、尿 素水溶液の濃度を検出可能なものを使用し、補給液体が尿素水溶液かつその濃度 が所定範囲内にあるときに、開閉部 24Eを開通させるようにしてもよい。このようにす れば、主タンク 24Cに規定濃度を逸脱する尿素水溶液、例えば、過度に希釈された 尿素水溶液が補給されることがないため、主タンク 24Cに配設した濃度センサ 32が 不要となり、コスト低減を図ることができる。

また、還元剤としては、その前駆体たる尿素水溶液に限らず、アンモニア水溶液を 使用したり、 NOx還元触媒 20における NOx還元メカニズムに応じて、炭化水素を主 成分とするアルコール，軽油などを使用することができる。

さらに、本発明は、エンジン 10のような内燃機関に限らず、ボイラ，タービンなどの ような外燃機関に適用可能であることはいうまでもない。

Claims

請求の範囲

[1] 補給口と連通する副タンク、及び、該副タンクと液密に区画される主タンクが内部に 形成された還元剤タンクと、

前記副タンクと主タンクとを連通させる連通装置と、

前記主タンクに貯蔵された液体還元剤又はその前駆体を使用して、排気中の窒素 酸化物を還元浄化する還元触媒と、

前記補給口を介して副タンクに補給された補給液体が液体還元剤又はその前駆 体であるか否かを識別する液体識別センサと、

前記液体識別センサにより補給液体が液体還元剤又はその前駆体であると識別さ れたときに、前記連通装置を作動させる制御装置と、

を含んで構成されたことを特徴とする排気浄化装置。

[2] 前記制御装置は、前記液体識別センサにより補給液体が液体還元剤又はその前 駆体でないと識別されたときに、警報装置を作動させることを特徴とする請求項 1記 載の排気浄化装置。

[3] 前記液体識別センサは、補給液体が液体還元剤又はその前駆体であるか否かの 識別に加え、その濃度を検出可能に構成される一方、

前記制御装置は、前記液体識別センサにより補給液体が液体還元剤又はその前 駆体であると識別され、かつ、その濃度が所定範囲内にあるときに、前記連通装置を 作動させることを特徴とする請求項 1記載の排気浄化装置。

[4] 前記連通装置は、前記副タンクの底板に取り付けられたことを特徴とする請求項 1 記載の排気浄化装置。

[5] 前記連通装置は、前記副タンクの底板の少なくとも一部を構成しつつ、略水平方向 に延びる回動軸を中心として回動自由な板部材と、該板部材を回動させるァクチュ エータと、を含んで構成されたことを特徴とする請求項 1記載の排気浄化装置。

[6] 前記連通装置は、前記副タンクの底板に取り付けられた電磁式開閉弁力 なること を特徴とする請求項 1記載の排気浄化装置。

[7] 前記電磁式開閉弁は、常閉式の電磁式開閉弁であることを特徴とする請求項 6記 載の排気浄化装置。