JP2006009608A

JP2006009608A - 排気浄化装置

Info

Publication number: JP2006009608A
Application number: JP2004184588A
Authority: JP
Inventors: Keiichi Nakagome; 惠一中込
Original assignee: Hino Motors Ltd
Current assignee: Hino Motors Ltd
Priority date: 2004-06-23
Filing date: 2004-06-23
Publication date: 2006-01-12

Abstract

【課題】尿素水を還元剤としたＮＯxの還元浄化に関連する装置構成をコンパクト化して車両への搭載性を向上する。
【解決手段】排気管９の途中に選択還元型触媒１０を装備し且つ該選択還元型触媒１０の上流側に還元剤として尿素水１７を添加してＮＯxを還元浄化するようにした排気浄化装置に関し、尿素水１７の添加位置と選択還元型触媒１０との間に、排出ガス７を蛇行させて尿素水１７の噴霧を均等に拡散し得るよう複数枚の分散板１９を装備したミキサ２０を設け、該ミキサ２０の各分散板１９と内壁２０’に、尿素水１７をアンモニアと二酸化炭素に分解する加水分解触媒２５を担持させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、排気浄化装置に関するものである。

従来より、ディーゼルエンジンにおいては、排出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出ガス中の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。

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。

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、該排出ガス中で尿素水がアンモニアと炭酸ガスに熱分解され、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（例えば、特許文献１参照）。
特開２００２−１６１７３２号公報

図２は尿素水を還元剤としてＮＯxを還元浄化するようにした排気浄化装置の一例を示すもので、図１中における符号１はディーゼル機関であるエンジンを示し、ここに図示しているエンジン１では、ターボチャージャ２が備えられており、エアクリーナ３から導いた空気４が吸気管５を介し前記ターボチャージャ２のコンプレッサ２ａへと送られ、該コンプレッサ２ａで加圧された空気４が更にインタークーラ６へと送られて冷却され、該インタークーラ６から図示しないインテークマニホールドへと空気４が導かれてエンジン１の各シリンダに導入されるようにしてある。

また、このエンジン１の各シリンダから排出された排出ガス７がエキゾーストマニホールド８を介し前記ターボチャージャ２のタービン２ｂへと送られ、該タービン２ｂを駆動した排出ガス７が排気管９を介し車外へ排出されるようにしてある。

そして、排出ガス７が流通する排気管９の途中には、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性質を備えた選択還元型触媒１０がケーシング１１により抱持されて装備されており、このケーシング１１内における選択還元型触媒１０の前段には、酸化鉄（Ｆｅ₂Ｏ₃）等のような酸化作用の弱い鉄系の加水分解触媒１２が装備されている。

また、ケーシング１１より上流側の排気管９に噴射ノズル１３’付き尿素水噴射弁１３が設置され、該尿素水噴射弁１３と所要場所に設けた尿素水タンク１４との間が尿素水供給ライン１５により接続されており、該尿素水供給ライン１５の途中に装備した供給ポンプ１６の駆動により尿素水タンク１４内の尿素水１７（還元剤）を尿素水噴射弁１３を介し選択還元型触媒１０の上流側に添加し得るようになっていて、これら尿素水噴射弁１３と尿素水タンク１４と尿素水供給ライン１５と供給ポンプ１６とにより尿素水添加装置１８が構成されている。

そして、この尿素水添加装置１８による尿素水１７の添加位置（噴射ノズル１３’の開口位置）とケーシング１１との間に、排出ガス７を蛇行させて尿素水１７の噴霧を均等に拡散し得るよう複数枚の分散板１９を装備したミキサ２０が設けられており、また、前記ケーシング１１内における選択還元型触媒１０の直後には、リークアンモニア対策として余剰のアンモニアを酸化処理するＮＨ₃スリップ触媒２１が装備されている。

また、尿素水１７の添加位置（噴射ノズル１３’の開口位置）より上流側の適宜位置と、ケーシング１１より下流側の適宜位置とに、排出ガス７中のＮＯx濃度を検出するＮＯxセンサ２２，２３が夫々装備されており、これらＮＯxセンサ２２，２３からの検出信号２２ａ，２３ａが、エンジン制御コンピュータ（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）を成す制御装置２４に対し入力され、尿素水１７の添加量に見合う適切なＮＯx低減率が得られているかどうかが監視されるようになっている。

他方、前記制御装置２４からは、尿素水噴射弁１３と供給ポンプ１６に対し開弁指令信号１３ａと駆動指令信号１６ａが夫々出力されるようになっており、前記尿素水噴射弁１３の開弁作動により尿素水１７の添加量が適切に制御され、その尿素水１７の添加時に必要な噴射圧力が前記供給ポンプ１６の駆動により適宜に得られるようになっている。

而して、このように構成された排気浄化装置によれば、尿素水添加装置１８により噴射ノズル１３’から噴射された尿素水１７の噴霧が、ミキサ２０に導入されて複数枚の分散板１９の間を蛇行して流れ、このミキサ２０内で均等に拡散された状態となって加水分解触媒１２に入り、該加水分解触媒１２において、次式
［化１］
（ＮＨ₂）₂ＣＯ＋Ｈ₂Ｏ→２ＮＨ₃＋ＣＯ₂
のような分解反応が促進され、尿素水１７が比較的低い温度領域から効率良くアンモニアと炭酸ガスに分解される。

次いで、後段の選択還元型触媒１０にて反応性の高いアンモニアにより、主として以下の各式
［化２］
４ＮＨ₃＋４ＮＯ＋Ｏ₂→４Ｎ₂＋６Ｈ₂Ｏ
［化３］
４ＮＨ₃＋２ＮＯ＋Ｏ₂→３Ｎ₂＋６Ｈ₂Ｏ
［化４］
２ＮＨ₃＋ＮＯ＋ＮＯ₂→２Ｎ₂＋３Ｈ₂Ｏ
の何れかにより排出ガス７中のＮＯxが効率良く窒素に還元処理されることになり、尿素水１７をそのままＮＯxと反応させる場合よりも比較的低い温度領域からＮＯxを還元浄化させることが可能となる。

しかしながら、このような排気浄化装置にあっては、還元剤に尿素水１７を利用しても比較的低い温度領域から高いＮＯx低減率を得ることができる反面、選択還元型触媒１０の前後にミキサ２０や加水分解触媒１２、ＮＨ₃スリップ触媒２１といった付帯構成が必要となるため、ＮＯxの還元浄化に関連する装置構成が排気管９の長手方向に長尺なものとなって車両への搭載性が著しく悪くなるという問題があった。

また、この図２には特に図示していないが、ディーゼルエンジンの場合には、パティキュレート対策としてパティキュレートフィルタを排気管９の途中に搭載する必要もあり、このパティキュレートフィルタの搭載性に悪影響を及ぼさないためにもＮＯxの還元浄化に関連する装置構成をコンパクト化することが望まれている。

本発明は上述の実情に鑑みてなしたもので、尿素水を還元剤としたＮＯxの還元浄化に関連する装置構成のコンパクト化を図り、車両への搭載性を向上することを目的としている。

本発明は、排気管の途中に選択還元型触媒を装備し且つ該選択還元型触媒の上流側に還元剤として尿素水を添加してＮＯxを還元浄化するようにした排気浄化装置であって、尿素水の添加位置と選択還元型触媒との間に、排出ガスを蛇行させて尿素水の噴霧を均等に拡散し得るよう複数枚の分散板を装備したミキサを設け、該ミキサの各分散板と内壁に、尿素水をアンモニアと二酸化炭素に分解する加水分解触媒を担持させたことを特徴とするものである。

而して、このようにすれば、還元剤として添加した尿素水の噴霧が、ミキサ内を蛇行して流れる間に均等に拡散され、同時にミキサ内の各分散板と内壁に担持された加水分解触媒に接触して尿素水をアンモニアと二酸化炭素に分解する分解反応が促進されるので、従来と同じように、比較的低い温度領域から尿素水を効率良く分解して反応性の高いアンモニアを選択還元型触媒に導くことが可能となり、比較的低い温度領域から高いＮＯx低減率が得られることになる。

この際、従来においてミキサの後段に独立して配置されていた加水分解触媒による触媒作用がミキサにより受け持たれるので、ミキサの後段に加水分解触媒を配置する必要がなくなり、ミキサの直後に選択還元型触媒を配置することで装置全長が短縮されて装置構成のコンパクト化が図られる。

また、本発明においては、尿素水の添加位置より上流側で排出ガス中のＮＯx濃度を検出する第一のＮＯxセンサと、選択還元型触媒より下流側で排出ガス中のＮＯx濃度を検出する第二のＮＯxセンサと、これら各ＮＯxセンサの近傍位置に夫々配置されて排出ガスの温度を検出する温度センサと、該各温度センサからの検出信号に基づき前記各ＮＯxセンサの熱による劣化の度合を推定し且つその劣化の度合に応じて前記各ＮＯxセンサの検出値を補正し得るように構成すると良い。

このようにすれば、高温の排出ガスに晒されているＮＯxセンサの熱による劣化の度合を推定し、その劣化の度合に応じて各ＮＯxセンサの検出値を補正することが可能となり、各ＮＯxセンサによる検出値と実際のＮＯx濃度とのずれを極力低減して検出精度を高く維持することが可能となる。

更に、本発明においては、排気管の長手方向における選択還元型触媒の直後に、余剰のアンモニアを酸化処理するＮＨ₃スリップ触媒を設けることが好ましく、このようにすれば、選択還元型触媒を未反応のまま通過してしまった余剰のアンモニアをＮＯやＨ₂Ｏに酸化処理して無害化することが可能となる。

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。

（Ｉ）本発明の請求項１に記載の発明によれば、尿素水の噴霧をミキサ内を蛇行させて流す間に均等に拡散し且つ各分散板と内壁に担持された加水分解触媒と接触させてアンモニアと二酸化炭素に効率良く分解させることができるので、ミキサの後段に独立して配置されていた従来の如き加水分解触媒を不要として装置構成のコンパクト化を図ることができ、車両への搭載性を大幅に向上することができる。

（ＩＩ）本発明の請求項２に記載の発明によれば、高温の排出ガスに晒されているＮＯxセンサが熱による劣化を生じても、その劣化の度合に応じて各ＮＯxセンサの検出値を補正するようにしているので、各ＮＯxセンサによる検出値と実際のＮＯx濃度とのずれを極力低減して検出精度を高く維持することができる。

（ＩＩＩ）本発明の請求項３に記載の発明によれば、選択還元型触媒を未反応のまま通過してしまった余剰のアンモニアをＮＯやＨ₂Ｏに酸化処理して無害化させることができ、最終的に大気中へ排出される排出ガス中にアンモニアが残存してしまう虞れを未然に回避することができる。

以下本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。

図１は本発明を実施する形態の一例を示すもので、この図１に示す本形態例の排気浄化装置においては、先に説明した図２の従来例にてミキサ２０の後段に独立して配置されていた加水分解触媒１２を廃止し、その替わりにミキサ２０の各分散板１９と内壁２０’に、尿素水１７をアンモニアと二酸化炭素に分解する加水分解触媒２５を担持させ、ミキサ２０の直後に選択還元型触媒１０が配置されるようにしてある。

また、特に本形態例においては、各ＮＯxセンサ２２，２３の近傍位置に排出ガス７の温度を検出する温度センサ２６，２７を夫々配置しており、該各温度センサ２６，２７からの検出信号２６ａ，２７ａが制御装置２４に入力されるようにしてある。

他方、制御装置２４においては、前記各温度センサ２６，２７からの検出信号２６ａ，２７ａに基づき、前記各ＮＯxセンサ２２，２３の熱による劣化の度合を推定し且つその劣化の度合に応じて前記各ＮＯxセンサ２２，２３の検出値を補正し得るように構成されている。

即ち、各ＮＯxセンサ２２，２３は、高温の排出ガス７に晒されることにより徐々に劣化して出力が低下してくるが、その劣化の度合は、どれほどの温度帯に何時間晒されたかにより異なるので、各ＮＯxセンサ２２，２３が晒された温度帯と時間を制御装置２４に記録し、これを基に各ＮＯxセンサ２２，２３の劣化の度合を推定して補正劣化係数を算出し、この補正劣化係数を各ＮＯxセンサ２２，２３の検出値に乗算して該検出値の補正を行うようにしている。

而して、このようにすれば、還元剤として添加した尿素水１７の噴霧が、ミキサ２０内を蛇行して流れる間に均等に拡散され、同時にミキサ２０内の各分散板１９と内壁２０’に担持された加水分解触媒２５に接触して尿素水１７をアンモニアと二酸化炭素に分解する分解反応が促進されるので、従来と同じように、比較的低い温度領域から尿素水１７を効率良く分解して反応性の高いアンモニアを選択還元型触媒１０に導くことが可能となり、比較的低い温度領域から高いＮＯx低減率が得られることになる。

この際、従来においてミキサ２０の後段に独立して配置されていた加水分解触媒による触媒作用がミキサ２０により受け持たれるので、ミキサ２０の後段に加水分解触媒１２（図２参照）を配置する必要がなくなり、ミキサ２０の直後に選択還元型触媒１０を配置することで装置全長が短縮されて装置構成のコンパクト化が図られる。

従って、上記形態例によれば、尿素水１７の噴霧をミキサ２０内を蛇行させて流す間に均等に拡散し且つ各分散板１９と内壁２０’に担持された加水分解触媒２５と接触させてアンモニアと二酸化炭素に効率良く分解させることができるので、ミキサ２０の後段に独立して配置されていた従来の如き加水分解触媒１２（図２参照）を不要として装置構成のコンパクト化を図ることができ、車両への搭載性を大幅に向上することができる。

更に、特に本形態例においては、高温の排出ガス７に晒されているＮＯxセンサ２２，２３が熱による劣化を生じても、その劣化の度合に応じ制御装置２４で各ＮＯxセンサ２２，２３の検出値を補正するようにしているので、各ＮＯxセンサ２２，２３による検出値と実際のＮＯx濃度とのずれを極力低減して検出精度を高く維持することができ、延いては、前記制御装置２４による尿素水１７の添加量制御を正確に実行することができる。

また、本形態例においても、先に説明した図２の従来例と同様に、排気管９の長手方向における選択還元型触媒１０の直後に、余剰のアンモニアを酸化処理するＮＨ₃スリップ触媒２１を設けているので、選択還元型触媒１０を未反応のまま通過してしまった余剰のアンモニアを次式
［化５］
４ＮＨ₃＋５Ｏ₂→４ＮＯ＋６Ｈ₂Ｏ
によりＮＯやＨ₂Ｏに酸化処理して無害化させることができ、最終的に大気中へ排出される排出ガス７中にアンモニアが残存してしまう虞れを未然に回避することができる。

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。

本発明を実施する形態の一例を示す概略図である。ＮＯxを還元浄化する従来の排気浄化装置の一例を示す概略図である。

符号の説明

７排出ガス
９排気管
１０選択還元型触媒
１７尿素水
１８尿素水添加装置
１９分散板
２０ミキサ
２０’ 内壁
２１ＮＨ₃スリップ触媒
２２ＮＯxセンサ（第一のＮＯxセンサ）
２２ａ検出信号
２３ＮＯxセンサ（第二のＮＯxセンサ）
２３ａ検出信号
２４制御装置
２５加水分解触媒
２６温度センサ
２６ａ検出信号
２７温度センサ
２７ａ検出信号

Claims

排気管の途中に選択還元型触媒を装備し且つ該選択還元型触媒の上流側に還元剤として尿素水を添加してＮＯxを還元浄化するようにした排気浄化装置であって、尿素水の添加位置と選択還元型触媒との間に、排出ガスを蛇行させて尿素水の噴霧を均等に拡散し得るよう複数枚の分散板を装備したミキサを設け、該ミキサの各分散板と内壁に、尿素水をアンモニアと二酸化炭素に分解する加水分解触媒を担持させたことを特徴とする排気浄化装置。
尿素水の添加位置より上流側で排出ガス中のＮＯx濃度を検出する第一のＮＯxセンサと、選択還元型触媒より下流側で排出ガス中のＮＯx濃度を検出する第二のＮＯxセンサと、これら各ＮＯxセンサの近傍位置に夫々配置されて排出ガスの温度を検出する温度センサと、該各温度センサからの検出信号に基づき前記各ＮＯxセンサの熱による劣化の度合を推定し且つその劣化の度合に応じて前記各ＮＯxセンサの検出値を補正し得るように構成したことを特徴とする請求項１に記載の排気浄化装置。
排気管の長手方向における選択還元型触媒の直後に、余剰のアンモニアを酸化処理するＮＨ₃スリップ触媒を設けたことを特徴とする請求項１又は２に記載の排気浄化装置。