JP2005127318A - エンジンの排気浄化装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 エンジンの排気浄化装置を、液体還元剤により窒素酸化物(NOx)を還元浄化するNOx還元触媒14と、NOx還元触媒14の排気上流に液体還元剤を噴射供給する噴射ノズル20と、噴射ノズル20及びその配管22からなる液体還元剤供給系の少なくとも一部の温度を、液体還元剤の溶媒の沸点未満又は溶質の融点以上に維持する温度維持装置と、を含んで構成する。ここで、温度維持装置としては、例えば、排気管16とフランジ18との間に断熱部材からなるガスケットを介装することで構成する。このようにすれば、エンジン排気熱がフランジ18に伝達され難くなり、液体還元剤供給系の温度上昇が抑制されることから、液体還元剤から溶媒のみが蒸発して溶質が析出されることを抑制することができる。
【選択図】 図1
Description
かかる排気浄化装置は、エンジンの排気系に還元触媒を配設し、還元触媒の排気上流に還元剤を噴射供給することにより、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。還元剤は、常温において液体状態で貯蔵タンクに貯蔵され、エンジン運転状態に対応した必要量が噴射ノズルから噴射供給される。ここで、還元剤としては、尿素水溶液,アンモニア水溶液,炭化水素を主成分とする軽油などの液体還元剤が用いられる。
請求項3記載の発明では、前記温度維持手段は、前記排気系に噴射ノズルを取り付けるフランジに設けられた放熱手段から構成されることを特徴とする。
請求項4記載の発明では、前記温度維持手段は、前記排気系に噴射ノズルを取り付けるフランジにエンジン冷却水の導管を導いて、該フランジとエンジン冷却水との間で熱交換させることを特徴とする。
請求項6記載の発明では、前記噴射ノズルのノズル温度を検出するノズル温度検出手段と、該ノズル温度検出手段により検出されたノズル温度に基づいて、前記導管内のエンジン冷却水を流通又は遮断する流通制御手段と、を備えたことを特徴とする。
請求項8記載の発明では、エンジン冷却水の冷却水温度を検出する冷却水温度検出手段を備え、前記流通制御手段は、前記冷却水温度検出手段により検出された冷却水温度が液体還元剤の溶媒の沸点以上であるときに、前記エンジン冷却水の流通を禁止することを特徴とする。
請求項10記載の発明では、前記加熱手段は、ヒータであることを特徴とする。
請求項11記載の発明では、前記液体還元剤供給系の少なくとも一部及び加熱手段の周囲に放熱防止手段が配設されたことを特徴とする。
請求項13記載の発明では、前記加熱制御手段は、前記液体還元剤の噴射供給を停止したときに、前記加熱手段により、前記液体還元剤供給系の少なくとも一部の温度を液体還元剤の溶質の融点以上まで加熱することを特徴とする。
請求項3記載の発明によれば、エンジンの排気熱がフランジに伝達された場合においても、その熱が放熱手段から大気中に放散されるため、フランジの温度上昇が抑制され、液体還元剤の溶媒の沸点より低い温度に維持されるようになる。このため、液体還元剤供給系の少なくとも一部の温度を、液体還元剤の溶媒の沸点より低い温度に維持することができる。
請求項6記載の発明によれば、液体還元剤供給系の温度と密接な相関関係があるノズル温度に基づいて、エンジン冷却水の流通又は遮断を制御することができる。
請求項8記載の発明によれば、冷却水温度が液体還元剤の沸点以上であるときには、エンジン冷却水の流通が禁止されることから、高温のエンジン冷却水が導管を流通することがなく、液体還元剤供給系の内部に存在する液体還元剤から溶媒が蒸発することを防止することができる。
請求項10記載の発明によれば、ヒータにより、液体還元剤供給系の少なくとも一部を加熱することができる。
請求項12記載の発明によれば、液体還元剤供給系の温度と密接な相関関係があるノズル温度に基づいて、加熱手段を制御することができる。
図1に、本発明に係る排気浄化装置の基本構成を示す。エンジン10の排気は、排気マニフォールド12からNOx還元触媒14が配設された排気管16を経由して大気中に放出される。詳細には、排気管16には、排気上流側から順に、一酸化窒素(NO)の酸化触媒,NOx還元触媒,スリップ式アンモニア酸化触媒の3つの触媒が夫々配設され、その前後に温度センサなどが配設されて排気系が構成されるが、詳細には図示していない。
図2は、温度維持装置の第1実施形態を示す。
温度維持装置は、フランジ18の外表面に列設された複数の放熱フィン34(放熱手段)から構成される。かかる構成によれば、エンジン10の排気熱がフランジ18に伝達された場合においても、その熱が放熱フィン34から大気中に放散されるため、フランジ18の温度上昇が抑制され、水の沸点より低い温度に維持されるようになる。このため、フランジ18に接続される噴射ノズル20及び配管22の温度が水の沸点より低くなり、先の第1実施形態と同様な効果を発揮することができる。
温度維持装置は、フランジ18の内部にエンジン冷却水の導管36を導いて、フランジ18とエンジン冷却水との間で熱交換させるように構成したものである。また、導管36には、エンジン冷却水を流通又は遮断すべく、その流路を開閉する電磁式の開閉弁38が介装される。そして、コンピュータを内蔵したコントロールユニット40は、エンジン冷却水の冷却水温度Twを検出する冷却水温度センサ42(冷却水温度検出手段)、及び、噴射ノズル20のノズル温度TNを検出するノズル温度センサ44(ノズル温度検出手段)からの検出信号に基づいて、開閉弁38の開閉制御を行う。なお、開閉弁38及びコントロールユニット40の協働により、流通制御手段が構成される。
ステップ1(図では「S1」と略記する。以下同様)では、冷却水温度センサ42から冷却水温度Twを読み込む。
ステップ2では、冷却水温度Twが水の沸点Ta未満であるか否かを判定する。そして、冷却水温度Twが沸点Ta未満であればステップ3へと進む一方(Yes)、冷却水温度Twが沸点Ta以上であればステップ6へと進む(No)。
ステップ4では、ノズル温度TNが沸点Ta以上であるか否かを判定する。そして、ノズル温度TNが沸点Ta以上であればステップ5へと進み(Yes)、開閉弁38を開弁させる。一方、ノズル温度TNが沸点Ta未満であればステップ6へと進み(No)、開閉弁38を閉弁させる。
温度維持装置は、尿素水溶液の供給系の少なくとも一部、例えば、フランジ18に接続された配管22の一部に、エンジン冷却水の導管46を螺旋状に巻き付けて構成したものである。ここで、エンジン冷却水の流通制御は、第3実施形態と同様である。
かかる構成によれば、ノズル温度TN、即ち、尿素水溶液の供給系の温度が水の沸点Ta以上であるときには、開閉弁38が開弁されるので、約80℃に保たれたエンジン冷却水が配管22の周囲へと導かれる。このため、配管22は、エンジン冷却水との間で熱交換を行うことから、その温度が水の沸点未満、具体的には、約80℃に維持されることとなる。従って、配管22及びこれに連通接続される噴射ノズル20の温度が水の沸点より低くなり、先の実施形態と同様な効果を発揮することができる。
温度維持装置は、尿素水溶液の供給系の少なくとも一部、例えば、配管22から噴射ノズル20にかけて、エンジン冷却水の導管48を螺旋状に巻き付けて構成したものである。ここで、エンジン冷却水の流通制御は、第3実施形態と同様である。
かかる構成によれば、ノズル温度TN、即ち、尿素水溶液の供給系の温度が水の沸点Ta以上であるときには、開閉弁38が開弁されるので、約80℃に保たれたエンジン冷却水が配管22及び噴射ノズル20の周囲へと導かれる。このため、配管22及び噴射ノズル20は、エンジン冷却水との間で熱交換を行うことから、その温度が水の沸点未満、具体的には、約80℃に維持されることとなる。従って、配管22及び噴射ノズル20の温度が水の沸点より低くなり、先の実施形態と同様な効果を発揮することができる。
図10及び図11は、温度維持装置の第6実施形態を示す。
温度維持装置は、尿素水溶液の供給系の少なくとも一部、例えば、配管22の一部に巻き付けられたヒータ50(加熱手段)と、ヒータ50を制御するコントロールユニット52(加熱制御手段)と、を含んで構成される。また、配管22の少なくとも一部及びヒータ50の周囲には、放熱防止手段としての断熱部材54が配設されている。断熱部材54は、ヒータ50で発生した熱が外部に放散されるのを防止するものであって、熱を遮断する材質から構成されている。そして、コンピュータを内蔵したコントロールユニット52は、噴射ノズル20のノズル温度TNを検出するノズル温度センサ56(ノズル温度検出手段)からの検出信号に基づいて、ヒータ50の作動制御を行う。
ステップ11では、ノズル温度センサ56からノズル温度TNを読み込む。
ステップ12では、ノズル温度TNが水の沸点Ta以上かつ尿素の融点Tb未満であるか否かを判定する。そして、ノズル温度TNが沸点Ta以上かつ融点Tb未満であればステップ13へと進み(Yes)、尿素水溶液の供給系の温度を融点Tb以上まで昇温させるべく、ヒータ50を作動させる。一方、ノズル温度TNが沸点Ta未満又は融点Tb以上であればステップ14へと進み(No)、例えば、無駄なエネルギ消費を防止すべく、ヒータ50を停止させる。
図13は、温度維持装置の第7実施形態を示す。
かかる構成による作用及び効果は、第6実施形態と同様であるので、その説明は省略するものとする。但し、噴射ノズル20に巻き付けられたヒータ58を断熱部材62で覆うことで、排気熱が噴射ノズル20に伝達され難くなるという効果もある。
14 NOx還元触媒
16 排気管
18 フランジ
20 噴射ノズル
22 配管
32 ガスケット
34 放熱フィン
36 導管
38 開閉弁
40 コントロールユニット
42 冷却水温度センサ
44 ノズル温度センサ
46 導管
48 導管
50 ヒータ
52 コントロールユニット
54 断熱部材
56 ノズル温度センサ
58 ヒータ
60 断熱部材
62 断熱部材
Claims (13)
- エンジン排気系に配設され、液体還元剤により窒素酸化物を還元浄化する還元触媒と、
該還元触媒の排気上流に液体還元剤を噴射供給する噴射ノズルと、
前記噴射ノズル及びその配管からなる液体還元剤供給系の少なくとも一部の温度を、液体還元剤の溶媒の沸点未満又は溶質の融点以上に維持する温度維持手段と、
を含んで構成されたことを特徴とするエンジンの排気浄化装置。 - 前記温度維持手段は、前記排気系とこれに噴射ノズルを取り付けるフランジとの間に介装された断熱手段から構成されることを特徴とする請求項1記載のエンジンの排気浄化装置。
- 前記温度維持手段は、前記排気系に噴射ノズルを取り付けるフランジに設けられた放熱手段から構成されることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載のエンジンの排気浄化装置。
- 前記温度維持手段は、前記排気系に噴射ノズルを取り付けるフランジにエンジン冷却水の導管を導いて、該フランジとエンジン冷却水との間で熱交換させることを特徴とする請求項1〜請求項3のいずれか1つに記載のエンジンの排気浄化装置。
- 前記温度維持手段は、前記液体還元剤供給系の少なくとも一部にエンジン冷却水の導管を導いて、前記液体還元剤供給系とエンジン冷却水との間で熱交換させることを特徴とする請求項1〜請求項4のいずれか1つに記載のエンジンの排気浄化装置。
- 前記噴射ノズルのノズル温度を検出するノズル温度検出手段と、
該ノズル温度検出手段により検出されたノズル温度に基づいて、前記導管内のエンジン冷却水を流通又は遮断する流通制御手段と、
を備えたことを特徴とする請求項4又は請求項5に記載のエンジンの排気浄化装置。 - 前記流通制御手段は、前記ノズル温度が液体還元剤の溶媒の沸点以上又は溶質の融点未満であるときに、前記エンジン冷却水を流通させることを特徴とする請求項6記載のエンジンの排気浄化装置。
- エンジン冷却水の冷却水温度を検出する冷却水温度検出手段を備え、
前記流通制御手段は、前記冷却水温度検出手段により検出された冷却水温度が液体還元剤の溶媒の沸点以上であるときに、前記エンジン冷却水の流通を禁止することを特徴とする請求項6又は請求項7に記載のエンジンの排気浄化装置。 - 前記温度維持手段は、前記液体還元剤供給系の少なくとも一部を加熱する加熱手段と、該加熱手段を制御する加熱制御手段と、を含んで構成されることを特徴とする請求項1記載のエンジンの排気浄化装置。
- 前記加熱手段は、ヒータであることを特徴とする請求項9記載のエンジンの排気浄化装置。
- 前記液体還元剤供給系の少なくとも一部及び加熱手段の周囲に放熱防止手段が配設されたことを特徴とする請求項9又は請求項10に記載のエンジンの排気浄化装置。
- 前記噴射ノズルのノズル温度を検出するノズル温度検出手段を備え、
前記加熱制御手段は、前記ノズル温度検出手段により検出されたノズル温度に基づいて、前記加熱手段の作動を制御することを特徴とする請求項9〜請求項11のいずれか1つに記載のエンジンの排気浄化装置。 - 前記加熱制御手段は、前記液体還元剤の噴射供給を停止したときに、前記加熱手段により、前記液体還元剤供給系の少なくとも一部の温度を液体還元剤の溶質の融点以上まで加熱することを特徴とする請求項9〜請求項12のいずれか1つに記載のエンジンの排気浄化装置。
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