JP2007218146A

JP2007218146A - Exhaust emission control device for engine

Info

Publication number: JP2007218146A
Application number: JP2006038296A
Authority: JP
Inventors: Masaru Iijima; 勝飯島
Original assignee: UD Trucks Corp
Current assignee: UD Trucks Corp
Priority date: 2006-02-15
Filing date: 2006-02-15
Publication date: 2007-08-30

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To maintain exhaust emission conversion efficiency by preventing accumulation of impurities on a reduction catalyst. <P>SOLUTION: An exhaust emission control device for an engine is constructed so as to include the reduction catalyst 3 installed between exhaust pipes 2 of the engine 1 and reducing and converting nitrogen oxide in exhaust gas, a tank 7 storing urea water solution, a supply device installed in an upstream of the reduction catalyst 3 and supplying the reduction catalyst 3 with the urea water solution stored in the tank 7, and a calcium sensor 11 installed in the tank 7 and detecting concentration of calcium contained in the urea water solution. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、エンジンの排気浄化装置に関し、特に、還元剤またはその前駆体の水溶液（以下、還元剤水溶液という。）を用いて排気中の窒素酸化物（ＮＯｘ）を還元除去する排気浄化装置に関する。 The present invention relates to an exhaust emission control device for an engine, and more particularly to an exhaust emission control device that reduces and removes nitrogen oxides (NOx) in exhaust gas using an aqueous solution of a reducing agent or a precursor thereof (hereinafter referred to as an aqueous reducing agent solution). .

エンジンの排気に含まれるＮＯｘを除去する排気浄化装置として、尿素水溶液等の還元剤水溶液を用いるものがある。（特許文献１）。このものでは、エンジンの排気通路に還元触媒を設置し、タンクに貯留された還元剤水溶液を、還元触媒の排気上流に噴射することによって、還元剤水溶液により排気中のＮＯｘを触媒還元反応させ、ＮＯｘを無害成分に浄化処理する。
特開２００２−３７１８３１号公報（段落番号００１４） Some exhaust purification devices that remove NOx contained in engine exhaust use an aqueous reducing agent solution such as an aqueous urea solution. (Patent Document 1). In this, a reduction catalyst is installed in the exhaust passage of the engine, and the reducing agent aqueous solution stored in the tank is injected upstream of the exhaust of the reduction catalyst, so that NOx in the exhaust is subjected to catalytic reduction reaction by the reducing agent aqueous solution, NOx is purified to harmless components.
JP 2002-371831 A (paragraph number 0014)

しかしながら、上記システムに用いられる還元剤水溶液には、カルシウム等の不純物が溶解している虞がある。この不純物は、還元剤水溶液の製造時にその溶媒にあらかじめ含まれているもの、還元剤水溶液を保存または貯留するタンクに付着しているもの、タンクへの還元剤水溶液の補給時に混入するもの等があり、運転者の不注意によりまたは意図的に用いられた低純度の還元剤水溶液に許容以上含まれる場合が多い。このように不純物が許容以上含まれる低純度の水溶液が上記システムに用いられると、還元触媒でこの不純物が析出して徐々に蓄積し、排気の浄化効率が低下してしまう。 However, impurities such as calcium may be dissolved in the reducing agent aqueous solution used in the above system. This impurity may be included in the solvent in advance during the production of the reducing agent aqueous solution, adhering to a tank that stores or stores the reducing agent aqueous solution, or mixed in when the reducing agent aqueous solution is supplied to the tank. In many cases, the low-purity reducing agent aqueous solution used inadvertently or intentionally by a driver is contained in an excessive amount or more than allowable. Thus, when a low-purity aqueous solution containing impurities in an allowable amount or more is used in the system, the impurities are deposited and gradually accumulated by the reduction catalyst, and the exhaust purification efficiency is lowered.

そこで、本発明は、適性純度の還元剤水溶液の使用を促し、還元触媒に不純物が蓄積することを抑制して還元触媒の浄化効率が維持されるエンジンの排気浄化装置を提供することを目的とする。 Accordingly, an object of the present invention is to provide an engine exhaust purification device that promotes the use of a reducing agent aqueous solution of appropriate purity, suppresses the accumulation of impurities in the reduction catalyst, and maintains the purification efficiency of the reduction catalyst. To do.

このため、請求項１記載の発明は、エンジンの排気通路に配設され、排気中の窒素酸化物を還元浄化する還元触媒と、窒素酸化物の還元剤またはその前駆体の水溶液を貯留するタンクと、還元触媒の上流に設置され、タンクに貯留された前記水溶液を還元触媒に供給する供給装置と、タンクに設置され、前記水溶液に含まれる還元剤またはその前駆体以外の不純物の濃度を検出する濃度検出手段と、を含んでエンジンの排気浄化装置を構成する。 Therefore, the invention according to claim 1 is provided in the exhaust passage of the engine, and a reduction catalyst for reducing and purifying nitrogen oxide in the exhaust, and a tank for storing an aqueous solution of a nitrogen oxide reducing agent or a precursor thereof. And a supply device installed upstream of the reduction catalyst and supplying the aqueous solution stored in the tank to the reduction catalyst, and installed in the tank to detect the concentration of impurities other than the reducing agent or its precursor contained in the aqueous solution. And an exhaust gas purifying device for the engine.

請求項２記載の発明では、濃度検出手段により検出された不純物の濃度に基づいて異常信号を出力する異常判定手段を備えたことを特徴とする。
請求項３記載の発明では、異常判定手段からの異常信号の出力に応答して運転者に対する警告作動を行う警告手段を備えたことを特徴とする。
請求項４記載の発明では、濃度検出手段は、水溶液のカルシウム濃度を検出するカルシウムセンサーであることを特徴とする。 The invention described in claim 2 is characterized by comprising abnormality determination means for outputting an abnormality signal based on the impurity concentration detected by the concentration detection means.
The invention described in claim 3 is characterized by comprising warning means for performing a warning operation for the driver in response to the output of the abnormality signal from the abnormality determination means.
The invention according to claim 4 is characterized in that the concentration detecting means is a calcium sensor for detecting the calcium concentration of the aqueous solution.

請求項１記載の発明によれば、濃度検出手段によりタンク内に貯留された還元剤またはその前駆体の水溶液に含まれる不純物の濃度が検出されるので、この濃度に基づいてこの水溶液が適正純度であるか否かを判定でき、適性純度の還元剤またはその前駆体の水溶液の使用を促すことができる。これにより、還元触媒での不純物の蓄積が抑制され、還元触媒の浄化効率を維持することができる。 According to the first aspect of the present invention, the concentration of the impurities contained in the aqueous solution of the reducing agent or its precursor stored in the tank is detected by the concentration detection means. And the use of an aqueous solution of a reducing agent of suitable purity or a precursor thereof can be promoted. Thereby, accumulation of impurities in the reduction catalyst is suppressed, and the purification efficiency of the reduction catalyst can be maintained.

請求項２記載の発明によれば、タンク内に貯留された還元剤またはその前駆体の水溶液における不純物の濃度に基づいて異常信号を出力するので、例えばこの異常信号によりエンジンの作動を制限することによって、純度が適性範囲外である還元剤またはその前駆体の水溶液の使用を制限できる。
請求項３記載の発明によれば、タンク内に貯留された還元剤またはその前駆体の水溶液に含まれる不純物の濃度に基づいて警告手段により警告作動が行われるので、使用されている還元剤またはその前駆体の水溶液が低純度であることを運転者に対して知らせることができる。 According to the invention described in claim 2, since the abnormal signal is output based on the concentration of impurities in the aqueous solution of the reducing agent or its precursor stored in the tank, for example, the engine operation is limited by this abnormal signal. Can limit the use of an aqueous solution of a reducing agent or its precursor whose purity is outside the proper range.
According to the invention described in claim 3, since the warning operation is performed by the warning means based on the concentration of impurities contained in the aqueous solution of the reducing agent or its precursor stored in the tank, the reducing agent used The driver can be informed that the aqueous solution of the precursor is of low purity.

請求項４記載の発明によれば、還元剤またはその前駆体の水溶液において、不純物として含まれる場合の多いカルシウムの濃度を検出することで、水溶液の不純物の濃度を検出する濃度検出手段を容易に実現できる。 According to the invention of claim 4, it is possible to easily provide a concentration detecting means for detecting the concentration of impurities in the aqueous solution by detecting the concentration of calcium that is often contained as an impurity in the aqueous solution of the reducing agent or its precursor. realizable.

以下、添付された図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る排気浄化装置の構成図である。
図１に示すように、エンジン１の排気通路である排気管２には、ＮＯｘを還元浄化する還元触媒３が配設されている。また、還元触媒３の排気上流には、尿素水溶液を噴射供給する噴射ノズル４が配設されている。この尿素水溶液に含まれる尿素は、ＮＯｘの還元剤であるアンモニアの前駆体として用いられる。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is a configuration diagram of an exhaust purification device according to an embodiment of the present invention.
As shown in FIG. 1, a reduction catalyst 3 that reduces and purifies NOx is disposed in an exhaust pipe 2 that is an exhaust passage of the engine 1. Further, an injection nozzle 4 for injecting and supplying a urea aqueous solution is disposed upstream of the exhaust of the reduction catalyst 3. Urea contained in this aqueous urea solution is used as a precursor of ammonia which is a reducing agent for NOx.

噴射ノズル４は、還元剤添加配管５を介して還元剤供給装置６に接続されている。還元剤供給装置６は、尿素水溶液が貯留されたタンク７と還元剤供給配管８を介して接続されている。還元剤供給装置６は、タンク７から還元剤供給配管８を介して尿素水溶液が供給されるとともに、圧縮空気が供給され、この尿素水溶液を還元剤添加配管５を介して圧縮空気とともに噴射ノズル４に供給する。還元剤供給装置６は、コントロールユニット９によりエンジン１の運転状態等に応じて制御される。還元剤供給装置６と還元剤供給配管８との接続部にはフィルタ１０が設けられており、このフィルタ１０はごみ等の尿素水溶液に溶解していない不純物を除去する。なお、本実施形態の噴射ノズル４、還元剤添加配管５、還元剤供給装置６、還元剤供給配管８を含んで構成されるシステムは、本発明の供給装置に該当する。 The injection nozzle 4 is connected to a reducing agent supply device 6 via a reducing agent addition pipe 5. The reducing agent supply device 6 is connected to a tank 7 in which an aqueous urea solution is stored via a reducing agent supply pipe 8. The reducing agent supply device 6 is supplied with a urea aqueous solution from a tank 7 through a reducing agent supply pipe 8 and is supplied with compressed air, and the urea aqueous solution together with the compressed air through a reducing agent addition pipe 5 is an injection nozzle 4. To supply. The reducing agent supply device 6 is controlled by the control unit 9 according to the operating state of the engine 1 and the like. A filter 10 is provided at a connecting portion between the reducing agent supply device 6 and the reducing agent supply pipe 8, and this filter 10 removes impurities that are not dissolved in the urea aqueous solution such as dust. In addition, the system comprised including the injection nozzle 4, the reducing agent addition piping 5, the reducing agent supply apparatus 6, and the reducing agent supply piping 8 of this embodiment corresponds to the supply apparatus of this invention.

タンク７には、尿素水溶液のカルシウム濃度を検出するカルシウムセンサー１１が設けられている。カルシウムセンサー１１は、例えばイオン電極法を測定方式とするものが知られており、これは、カルシウムイオンに感応する電極と比較電極とを備え、この電極と比較電極との間に発生する電位差に基づいて水溶液中のカルシウム濃度を検出する。
カルシウムセンサー１１によって検出された尿素水溶液のカルシウム濃度は、コントロールユニット９に入力される。また、コントロールユニット９は警告器１２と接続しており、この警告器１２はコントロールユニット９から異常信号を入力することによって警告作動を行う。警告器１２は、例えば、警報ブザー、警告灯等などを用いればよい。なお、コントロールユニット９は、本発明の異常判定手段に該当する。 The tank 7 is provided with a calcium sensor 11 that detects the calcium concentration of the urea aqueous solution. As the calcium sensor 11, for example, an ion electrode method is known as a measurement method, and this includes an electrode sensitive to calcium ions and a reference electrode, and a potential difference generated between the electrode and the reference electrode. Based on this, the calcium concentration in the aqueous solution is detected.
The calcium concentration of the urea aqueous solution detected by the calcium sensor 11 is input to the control unit 9. The control unit 9 is connected to a warning device 12, and this warning device 12 performs a warning operation by inputting an abnormal signal from the control unit 9. As the warning device 12, for example, an alarm buzzer, a warning light, or the like may be used. The control unit 9 corresponds to the abnormality determination means of the present invention.

図２は、コントロールユニット９における制御手順を示すフローチャートである。エンジン１のキースイッチがオンになることによって、コントロールユニット９が起動し、本制御を開始する。なお、本制御は、キースイッチがオンである状態で、所定時間毎に繰り返し行われる。
始めにステップ１（図ではＳ１と表記する、以下同様）では、カルシウムセンサー１１からカルシウム濃度Ｄａを入力する。 FIG. 2 is a flowchart showing a control procedure in the control unit 9. When the key switch of the engine 1 is turned on, the control unit 9 is activated and this control is started. This control is repeatedly performed every predetermined time while the key switch is on.
First, in step 1 (denoted as S1 in the figure, the same applies hereinafter), the calcium concentration Da is input from the calcium sensor 11.

ステップ２では、ステップ１において入力したカルシウム濃度Ｄが所定濃度Ｄ１以上であるか否かを判定する。所定濃度Ｄ１以上であるときは、ステップ３に進む。所定濃度Ｄ１未満であるときは、このルーチンを終了する。なお、所定濃度Ｄ１は、このカルシウム濃度の尿素水溶液を使用しても還元触媒３にカルシウムが蓄積されない（蓄積されたとしても実用上問題のない蓄積量に抑えられる）許容濃度に設定すればよい。 In step 2, it is determined whether or not the calcium concentration D input in step 1 is equal to or higher than a predetermined concentration D1. When the density is equal to or higher than the predetermined density D1, the process proceeds to Step 3. When it is less than the predetermined density D1, this routine is terminated. Note that the predetermined concentration D1 may be set to an allowable concentration at which calcium is not accumulated in the reduction catalyst 3 even when a urea aqueous solution having this calcium concentration is used (even if accumulated, the accumulated amount is suppressed to a practically no problem). .

ステップ３では、警告器１２に異常信号を出力する。そして、このルーチンを終了する。
以上のような構成によると、エンジン１のキースイッチがオンになると、カルシウムセンサー１１によってタンク７に貯留されている尿素水溶液のカルシウム濃度Ｄａが検出される。そして、このカルシウム濃度Ｄａが所定値Ｄ１以上であるときには、コントロールユニット９が警告器１２に異常信号を出力する。警告器１２は、この異常信号を入力することによって作動して、カルシウム濃度Ｄａが所定値Ｄ１以上である、即ち尿素水溶液の純度が適正範囲外であることを運転者に知らせるので、適性純度の尿素水溶液の使用を促すことができる。これにより、還元触媒３にカルシウムが蓄積することが防止され、還元触媒３における排気の浄化効率を維持することができる。 In step 3, an abnormal signal is output to the warning device 12. Then, this routine ends.
According to the above configuration, when the key switch of the engine 1 is turned on, the calcium concentration Da of the aqueous urea solution stored in the tank 7 is detected by the calcium sensor 11. When the calcium concentration Da is equal to or greater than the predetermined value D1, the control unit 9 outputs an abnormal signal to the warning device 12. The warning device 12 operates by inputting this abnormal signal, and informs the driver that the calcium concentration Da is not less than the predetermined value D1, that is, the purity of the urea aqueous solution is out of the proper range. The use of an aqueous urea solution can be encouraged. Thereby, accumulation of calcium in the reduction catalyst 3 is prevented, and the exhaust gas purification efficiency in the reduction catalyst 3 can be maintained.

ここで、本実施形態において尿素水溶液中のカルシウム濃度を検出する理由を以下に述べる。本実施形態では、専用に製造された高純度の尿素水溶液を用いることが望ましいが、運転者の不注意または意図的に、水道水と尿素粉末とを混合して製造された尿素水溶液、または工業用尿素水が用いられる虞がある。これらの尿素水溶液には、不純物として、カルシウムが溶解している場合が多い。また、尿素水溶液を保存または貯留するタンクに付着している不純物、タンク７への尿素水溶液の補給時に混入する不純物についても、カルシウムが含まれる場合が多い。したがって、カルシウム濃度を検出することにより、尿素水溶液に含まれる不純物の濃度を容易に検出できる。なお、ナトリウム、カリウム等のカルシウム以外の不純物の濃度についても、カルシウムの濃度に関連している場合が多いので、カルシウム濃度より他の不純物の濃度も把握でき、カルシウム以外の不純物を検出するセンサーを設ける必要がない。 Here, the reason for detecting the calcium concentration in the urea aqueous solution in the present embodiment will be described below. In this embodiment, it is desirable to use a high-purity urea aqueous solution manufactured exclusively, but the urea aqueous solution manufactured by mixing tap water and urea powder, or an industrial solution, inadvertently or intentionally by the driver. There is a possibility that urea water for use is used. In these urea aqueous solutions, calcium is often dissolved as an impurity. Further, in many cases, calcium is also contained in impurities adhering to a tank for storing or storing the urea aqueous solution and impurities mixed when the urea aqueous solution is supplied to the tank 7. Therefore, the concentration of impurities contained in the urea aqueous solution can be easily detected by detecting the calcium concentration. The concentration of impurities other than calcium, such as sodium and potassium, is often related to the concentration of calcium, so the concentration of impurities other than calcium concentration can be grasped, and a sensor that detects impurities other than calcium can be used. There is no need to provide it.

なお、本実施形態では、カルシウム濃度Ｄａが所定濃度Ｄ１以上であるときには、警告器１２により警告作動を行うようにしているが、警告作動の代わりにまたは警告作動と同時にエンジン１の作動を制限してもよい。この場合、例えば、エンジン１の出力を低下させたり、エンジン１の始動を規制したりすればよい。このようにすれば、低純度の尿素水溶液を使用した状態でのエンジンの作動を制限することができる。これにより、適正範囲外の純度である尿素水溶液の使用を抑制できる。 In this embodiment, when the calcium concentration Da is equal to or higher than the predetermined concentration D1, a warning operation is performed by the warning device 12, but the operation of the engine 1 is limited instead of the warning operation or simultaneously with the warning operation. May be. In this case, for example, the output of the engine 1 may be reduced or the start of the engine 1 may be regulated. If it does in this way, operation of an engine in the state where low purity urea aqueous solution is used can be restricted. Thereby, use of the urea aqueous solution whose purity is out of the proper range can be suppressed.

また、本発明の水溶液は、尿素水溶液に限定されるものではなく、アンモニア水溶液等の還元剤またはその前駆体の水溶液であればよい。
更に、この水溶液に溶解している不純物が、カルシウム以外の物質が多いことが判明しているならば、この物質の濃度を検出する濃度検出手段（例えば、カリウム濃度を検出するカリウムセンサー等のイオンセンサー）を採用し、この濃度検出手段により検出された不純物の濃度に基づいて異常信号を出力させればよい。 Further, the aqueous solution of the present invention is not limited to the urea aqueous solution, and may be an aqueous solution of a reducing agent such as an ammonia aqueous solution or a precursor thereof.
Further, if it has been found that impurities dissolved in this aqueous solution contain a lot of substances other than calcium, concentration detecting means for detecting the concentration of this substance (for example, ions such as a potassium sensor for detecting potassium concentration). Sensor) and an abnormal signal may be output based on the concentration of impurities detected by the concentration detection means.

本発明の実施形態に係る排気浄化装置の構成図Configuration diagram of an exhaust emission control device according to an embodiment of the present invention コントロールユニットにおける制御手順を示すフローチャートFlow chart showing control procedure in control unit

符号の説明Explanation of symbols

１エンジン
２排気管
３還元触媒
６還元剤供給装置
７タンク
９コントロールユニット
１１カルシウムセンサー
１２警告器 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Engine 2 Exhaust pipe 3 Reduction catalyst 6 Reducing agent supply apparatus 7 Tank 9 Control unit 11 Calcium sensor 12 Warning device

Claims

エンジンの排気通路に配設され、排気中の窒素酸化物を還元浄化する還元触媒と、
前記窒素酸化物の還元剤またはその前駆体の水溶液を貯留するタンクと、
前記還元触媒の上流に設置され、前記タンクに貯留された前記水溶液を前記還元触媒に供給する供給装置と、
前記タンクに設置され、前記水溶液に含まれる前記還元剤またはその前駆体以外の不純物の濃度を検出する濃度検出手段と、
を含んで構成されるエンジンの排気浄化装置。 A reduction catalyst disposed in the exhaust passage of the engine for reducing and purifying nitrogen oxides in the exhaust;
A tank for storing an aqueous solution of the nitrogen oxide reducing agent or a precursor thereof;
A supply device installed upstream of the reduction catalyst and supplying the aqueous solution stored in the tank to the reduction catalyst;
A concentration detecting means installed in the tank for detecting the concentration of impurities other than the reducing agent or its precursor contained in the aqueous solution;
An exhaust emission control device for an engine comprising:

前記濃度検出手段により検出された前記不純物の濃度に基づいて異常信号を出力する異常判定手段を備えたことを特徴とする請求項１に記載のエンジンの排気浄化装置。 2. The engine exhaust gas purification apparatus according to claim 1, further comprising abnormality determination means for outputting an abnormality signal based on the concentration of the impurity detected by the concentration detection means.

前記異常判定手段からの前記異常信号の出力に応答して運転者に対する警告作動を行う警告手段を備えたことを特徴とする請求項２に記載の排気浄化装置。 The exhaust emission control device according to claim 2, further comprising warning means for performing a warning operation for a driver in response to an output of the abnormality signal from the abnormality determination means.

前記濃度検出手段は、前記水溶液のカルシウム濃度を検出するカルシウムセンサーであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載のエンジンの排気浄化装置。 The engine exhaust gas purification apparatus according to any one of claims 1 to 3, wherein the concentration detection means is a calcium sensor that detects a calcium concentration of the aqueous solution.