CN109386364A - 废气净化*** - Google Patents

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Abstract

本发明提供能够防止因催化剂中毒造成的NOx净化性能的降低的废气净化***。废气净化***具备：第一选择还原型催化剂装置,设置于从内燃机排出的废气所通过的排气管内，具有使用了钒的选择还原型催化剂；第一喷射部，设置于排气管内的第一选择还原型催化剂装置的上游侧，喷射还原剂；以及第二选择还原型催化剂装置，在排气管内设置于第一选择还原型催化剂装置的下游侧，具有使用了铜的选择还原型催化剂。

Description

废气净化***
技术领域
本发明涉及废气净化***。
背景技术
作为用于净化搭载于卡车或巴士等车辆的柴油发动机的废气中的NOx的废气净化***，开发了将尿素水等用作还原剂来将NOx还原为氮和水的选择催化剂还原(SCR：Selective Catalytic Reduction)***(例如，参照专利文献1)。
选择催化剂还原***中，将储存于尿素水罐中的尿素水向选择还原型催化剂装置(SCR)上游的排气管供给，利用废气的热量将尿素水解而生成氨，由该氨利用选择还原型催化剂装置内的选择还原型催化剂对NOx进行还原。例如由设置于排气通路中的尿素水喷射器适量地喷射尿素水。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2000-303826号公报
发明内容
发明要解决的问题
但是，存在如下问题：若废气中包含的硫成分(S)或贵金属成分(Pt)附着于选择还原型催化剂的前表面，则导致利用该选择还原型催化剂进行的NOx净化性能的降低(以下，也称作催化剂中毒)。特别地，若贵金属成分附着于选择还原型催化剂的前表面，则从尿素水喷射器喷射后生成的氨会氧化，妨碍利用选择还原型催化剂进行的NOx净化。因此，为了防止催化剂中毒，可以考虑利用使用了钒的选择还原型催化剂，但通过该选择还原型催化剂进行的NOx净化性能本来较低，有可能无法实现严格的NOx限制。
本发明的目的在于，提供能够防止因催化剂中毒导致的NOx净化性能的降低的废气净化***。
解决问题的方案
本发明的废气净化***具备：
第一选择还原型催化剂装置，设置于从内燃机排出的废气所通过的排气管内，具有使用了钒的选择还原型催化剂；
第一喷射部，设置于所述排气管内的所述第一选择还原型催化剂装置的上游侧，喷射还原剂；以及
第二选择还原型催化剂装置，在所述排气管内设置于所述第一选择还原型催化剂装置的下游侧，具有使用了铜的选择还原型催化剂。
发明效果
根据本发明，能够防止因催化剂中毒导致的NOx净化性能的降低。
附图说明
图1是表示本实施方式中的车辆的结构的图。
图2是表示本实施方式中的喷射控制处理的流程图。
附图标记说明
1 车辆
10 内燃机
11 燃烧室
13 燃料喷射器
15 进气阀
17 排气阀
19 活塞
20 排气***
21 排气管
22、26 还原剂喷射器
23A DOC
23B DPF
23C、23D SCR
24 温度传感器
25 浓度传感器
40 控制部
41 温度获得部
42 浓度获得部
43 判定部
44 喷射控制部
50 进气用配管
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。图1是表示本实施方式中的车辆1的结构的图。如图1所示，在卡车或巴士等车辆1中搭载有：内燃机10、排气***20、和控制部40(具体而言为DSU)。排气***20及控制部40发挥作为废气净化***的功能。
首先，对内燃机10的结构进行说明。内燃机10例如是柴油发动机。在内燃机10的燃烧室11中，燃料喷射器13向燃烧室11内喷射燃料。此外，燃料喷射器13也可以向燃烧室11的进气口中喷射燃料。通过ECM(Engine Control Module，发动机控制模块，未图示)来控制燃料的喷射。另外，燃烧室11内的燃料通过活塞19的动作而受到压缩，从而进行燃烧。
进气阀15及排气阀17构成为能够开闭。通过打开进气阀15，将来自进气用配管50的新空气吸入至燃烧室11。另外，通过打开排气阀17，将燃烧室11中燃料燃烧后产生的废气送出至排气***20(具体而言为排气管21)。
接着，对排气***20的结构进行说明。排气***20例如设置于车辆1的下部，主要具有金属制的排气管21。该排气管21将在内燃机10中通过燃料的燃烧产生的废气向大气中(车外)引导。
另外，在排气管21的中途，为了将废气净化(无害化)而设置有各种后续处理装置。在本实施方式中，作为后续处理装置，设置了DOC(氧化催化剂)23A、DPF23B、SCR23C(对应于本发明的“第一选择还原型催化剂装置”)、SCR23D(本发明的“第二选择还原型催化剂装置”)。
在金属制的担载体上担载铑、氧化铈、铂、氧化铝等来形成DOC23A。DOC23A将废气中包含的碳氢化合物(HC)及一氧化碳(CO)分解除去。另外，DOC23A还具有将占废气中包含的NOx的大部分的一氧化氮(NO)氧化而生成二氧化氮(NO2)的功能。通过利用该功能，能够提高SCR23C、SCR23D的NOx净化效率。
在排气管21中，在DOC23A的上游侧(具体而言为废气的流动方向上的上游侧)配置有作为燃料供给部的燃料供给喷射器(未图示)，该燃料供给喷射器暂时性地向废气中供给燃料，使燃料中的碳氢化合物(HC)在DOC23A氧化，并利用其氧化反应热使废气升温。
DPF23B由交替将多孔质陶瓷制的蜂窝的通道(芯格)的入口和出口封堵而成的单块式蜂窝(monolith honeycomb)型的壁流过滤器形成。DPF23B捕集并除去废气中包含的颗粒状物质(PM)。
在排气管21中，在比DPF23B更靠下游侧(具体而言为废气的流动方向上的下游侧)且比SCR23C更靠上游侧的位置，设置有用于喷射(具体而言为喷雾)作为还原剂的尿素水的还原剂喷射器22(对应于本发明的“第一喷射部”)。
此外，也可以在排气管21中在比还原剂喷射器22更靠下游侧的位置，设置在废气中对从还原剂喷射器22喷射出的尿素水进行搅拌从而使其均等地扩散的混合器。
在排气管21中，在SCR23C的入口附近设置有温度传感器24。温度传感器24使用于通过还原剂喷射器22进行的尿素水的喷射控制中，对废气的温度进行检测，并将表示该温度的信号向控制部40输出。
SCR23C例如具有圆柱形状，具有由陶瓷制作的蜂窝载体。在蜂窝壁面上担载或涂镀使用了钒的催化剂(以下，称为钒催化剂)。这样，由于SCR23C具有钒催化剂，所以具有以下特性：即使废气中包含的硫成分(S)或贵金属成分(Pt)附着于SCR23C的前表面，也难以导致通过该SCR23C进行的NOx净化性能的降低(换言之，对催化剂中毒的耐受性强)。
上述那样的SCR23C在排气管21中配置于DPF23B的下游侧。另外，在排气管21中，在DPF23B与SCR23C之间，由还原剂喷射器22喷射作为还原剂的尿素水，来供给至通过了DPF23B的废气中。其结果，尿素水水解为氨。包含氨的废气在SCR23C表层附近通过钒催化剂的作用，使氮氧化物(所谓的NOx)反应为氮和水(还原反应)。由此，将废气中的氮氧化物净化。
在此，水解是在通过SCR23C的废气的温度为规定温度(例如，200℃)以上时发生的。因此，在本实施方式中，还原剂喷射器22在流入至SCR23C的废气的温度为200℃以上的情况下，将尿素水供给至排气管21内的废气中。由控制部40控制尿素水的喷射。此外，对于规定温度(200℃)，是通过排气***20的设计研制阶段的实验和仿真等，在考虑氨与NOx的反应温度等适当地决定的。
SCR23D例如具有圆柱形状，具有由陶瓷制作的蜂窝载体。在蜂窝壁面上担载或涂镀使用了铜的催化剂(以下，称为铜催化剂)。这样，由于SCR23D具有铜催化剂，所以与具有钒催化剂的SCR23C相比，具有以下特性：在废气中包含的硫成分(S)或贵金属成分(Pt)附着于SCR23D的前表面的情况下，容易导致通过该SCR23D进行的NOx净化性能的降低(换言之，对催化剂中毒的耐受性较弱)。另一方面，与SCR23C相比，SCR23D具有NOx净化性能高的特性。
在SCR23C中的还原反应中未使用而泄漏的氨在SCR23D表层附近通过铜催化剂的作用，使氮氧化物(所谓的NOx)反应为氮和水(还原反应)。由此，将废气中的氮氧化物净化。
此外，也可以在SCR23D的下游侧，以使在SCR23C、SCR23D中的还原反应中未使用而泄漏出的氨不释放到大气中的方式，配置将泄漏出的氨氧化来除去的氨泄漏催化剂。
在排气管21中的SCR23C与SCR23D之间设置有浓度传感器25。该浓度传感器25对通过了SCR23C的废气中包含的NOx的浓度进行检测，并将表示该浓度的信号向控制部40输出。
另外，在排气管21中的SCR23C与SCR23D之间设置有用于喷射作为还原剂的尿素水的还原剂喷射器26(对应于本发明的“第二喷射部”)。
在以上的各后续处理装置中对废气进行处理而生成的水、氮、二氧化碳通过***(未图示)等排出到大气中。
控制部40具备CPU(Central Processing Unit，中央处理器)、存储有控制程序的ROM(Read Only Memory，只读存储器)、以及RAM(Random Access Memory，随机存储器)等工作用存储器等。CPU从ROM中将控制程序读出并在RAM中展开，并与展开的控制程序协作来控制各种处理的执行。
如图1所示，控制部40具备：温度获得部41、浓度获得部42、判定部43及喷射控制部44。
如上所述，在排气管21中的上游侧配置对催化剂中毒的耐受性强的SCR23C，在下游侧配置与SCR23C相比对催化剂中毒的耐受性弱但NOx净化性能高的SCR23D。由此，能够使废气中包含的硫成分(S)或贵金属成分(Pt)附着于上游侧的SCR23C并至少保持下游侧的SCR23D的NOx净化性能，能够防止排气***20整体因催化剂中毒造成的NOx净化性能的降低。
当贵金属成分附着于SCR23C的前表面，从还原剂喷射器22喷射后生成的氨氧化从而SCR23C的NOx净化性能降低的情况下，到达SCR23D的氨的量有可能减少，进而SCR23D的NOx净化性能有可能降低。在该情况下，通过从设置于SCR23C与SCR23D之间的还原剂喷射器26喷射尿素水，来向SCR23D稳定地供给氨，从而保持SCR23D的NOx净化性能。
接着，参照图2的流程图，对本实施方式中的控制部40的喷射控制处理例进行说明。图2所示的喷射控制处理是在内燃机10运转后开始执行的。
首先，温度获得部41输入从温度传感器24输出的信号，获得通过排气管21的废气的温度(步骤S100)。接着，判定部43对由温度获得部41所获得的温度是否为规定温度(例如，200℃)以上进行判定(步骤S120)。
在判定的结果为由温度获得部41所获得的温度小于规定温度的情况下(步骤S120：“否”)，处理返回步骤S100之前。另一方面，在由温度获得部41所获得的温度为规定温度以上的情况下(步骤S120：“是”)，喷射控制部44控制还原剂喷射器22开始尿素水的喷射(步骤S140)。
接着，浓度获得部42输入从浓度传感器25输出的信号，获得通过排气管21的废气中包含的NOx的浓度(步骤S160)。接着，判定部43对由浓度获得部42所获得的浓度是否为规定浓度以上进行判定(步骤S180)。在此，由浓度获得部42所获得的浓度为规定浓度以上的情况是指，存在贵金属成分附着于SCR23C的前表面而使氨氧化，从而使SCR23C的NOx净化性能降低的可能性的情况。
在判定的结果为由浓度获得部42所获得的浓度小于规定浓度的情况下(步骤S180：“否”)，处理返回步骤S180之前。另一方面，在由浓度获得部42所获得的浓度为规定浓度以上的情况下(步骤S180：“是”)，喷射控制部44控制还原剂喷射器26开始尿素水的喷射(步骤S200)。步骤S200的处理完成后，控制部40结束图2中的处理。
如以上详细说明的那样，在本实施方式中，废气净化***具备：第一选择还原型催化剂装置(SCR23C)，设置于从内燃机10排出的废气所通过的排气管21内，具有使用了钒的选择还原型催化剂；第一喷射部(还原剂喷射器22)，设置于排气管21内的第一选择还原型催化剂装置(SCR23C)的上游侧，喷射还原剂；以及第二选择还原型催化剂装置(SCR23D)，在排气管21内设置于第一选择还原型催化剂装置(SCR23C)的下游侧，具有使用了铜的选择还原型催化剂。
根据这样构成的本实施方式，在排气管21中的上游侧配置对催化剂中毒耐受性强的SCR23C，在下游侧配置与SCR23C相比对催化剂中毒耐受性弱但NOx净化性能高的SCR23D。由此，能够使废气中包含的硫成分(S)或贵金属成分(Pt)附着于上游侧的SCR23C并至少保持下游侧的SCR23D的NOx净化性能，能够防止排气***20整体因催化剂中毒造成的NOx净化性能的降低。
另外，在本实施方式中，具备：第二喷射部(还原剂喷射器26)，设置于排气管21内的第一选择还原型催化剂装置(SCR23C)与第二选择还原型催化剂装置(SCR23D)之间，喷射还原剂；以及控制部40，对第二喷射部(还原剂喷射器26)进行控制，使第二喷射部在第一选择还原型催化剂装置(SCR23C)与第二选择还原型催化剂装置(SCR23D)之间通过的废气的NOx浓度为规定浓度以上的情况下喷射还原剂，另一方面在NOx浓度小于规定浓度的情况下不喷射还原剂。
根据这样构成的本实施方式，在SCR23C与SCR23D之间通过的废气的NOx浓度为规定浓度以上、进而SCR23D的NOx净化性能有可能降低的情况下，从设置于SCR23C与SCR23D之间的还原剂喷射器26喷射尿素水。因此，即使在因SCR23C的催化剂中毒而使到达SCR23D的氨的量减少情况下，也能够向SCR23D稳定地供给氨，保持SCR23D的NOx净化性能。
此外，在上述实施方式中，对在由浓度获得部42所获得的浓度为规定浓度以上的情况下开始通过还原剂喷射器26进行的尿素水的喷射，另一方面在小于规定浓度的情况下不开始通过还原剂喷射器26进行的尿素水的喷射的例子进行了说明，但本发明不限于此。例如，也可以在由浓度获得部42所获得的浓度小于规定浓度的情况下，开始通过还原剂喷射器26进行的尿素水的喷射。但是，从降低尿素水的成本和防止SCR23D中的氨泄漏等的观点来看，优选将还原剂喷射器26的尿素水的喷射量抑制为最小限度。即，优选在由浓度获得部42所获得的浓度为规定浓度以上的情况下的、还原剂喷射器26的尿素水的喷射量比小于规定浓度的情况下的喷射量多。
另外，上述实施方式都仅表示实施本发明的具体化的一例，本发明的技术范围不应受这些实施方式的限制。即，能够不脱离其要点或其主要特征地以各种形式实施本发明。
本申请基于在2017年8月14日提交的日本专利申请(日本专利申请特愿2017-156578)，其内容在此作为参照而引入。
工业实用性
本发明作为能够防止因催化剂中毒造成的NOx净化性能的降低的废气净化***是有用的。

Claims (3)

1.一种废气净化***，其特征在于，具备：
第一选择还原型催化剂装置，设置于从内燃机排出的废气所通过的排气管内，具有使用了钒的选择还原型催化剂；
第一喷射部，设置于所述排气管内的所述第一选择还原型催化剂装置的上游侧，喷射还原剂；以及
第二选择还原型催化剂装置，在所述排气管内设置于所述第一选择还原型催化剂装置的下游侧，具有使用了铜的选择还原型催化剂。
2.如权利要求1所述的废气净化***，其特征在于，具备：
第二喷射部，设置于所述排气管内的所述第一选择还原型催化剂装置与所述第二选择还原型催化剂装置之间，喷射还原剂；以及
控制部，当在所述第一选择还原型催化剂装置与所述第二选择还原型催化剂装置之间通过的废气的NOx浓度为规定浓度以上的情况下，以与在所述NOx浓度小于所述规定浓度的情况相比，使所述还原剂的喷射量增大的方式，对所述第二喷射部进行控制。
3.如权利要求2所述的废气净化***，其特征在于，
所述控制部对所述第二喷射部进行控制，使所述第二喷射部在所述NOx浓度为所述规定浓度以上的情况下喷射所述还原剂，在所述NOx浓度小于所述规定浓度的情况下不喷射所述还原剂。
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