JP2007255286A

JP2007255286A - 排気浄化装置

Info

Publication number: JP2007255286A
Application number: JP2006080175A
Authority: JP
Inventors: Nobuhiko Masaki; 信彦正木; Masakazu Yano; 雅一矢野
Original assignee: UD Trucks Corp
Current assignee: UD Trucks Corp
Priority date: 2006-03-23
Filing date: 2006-03-23
Publication date: 2007-10-04
Anticipated expiration: 2026-03-23
Also published as: WO2007108170A1; JP4693668B2

Abstract

【課題】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。
【解決手段】液体還元剤又はその前駆体を貯蔵する還元剤タンク２４の内部を、補給口２４Ａ付近に取り付けられた隔壁２４Ｂにより、補給口２４Ａと連通する副タンク２４Ｄ、及び、これと液密に区画される主タンク２４Ｃと、に２分割する。また、副タンク２４Ｄに、補給口２４Ａ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３４を取り付ける。そして、還元剤添加ＥＣＵ３０は、液体識別センサ３４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２４Ｅの底板に取り付けられた開閉部２４Ｅを開通させ、副タンク２４Ｄと主タンク２４Ｃとを連通させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、還元剤を使用して排気中の窒素酸化物（ＮＯｘ）を還元浄化する排気浄化装置において、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。

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化装置が提案されている。かかる排気浄化装置は、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。
特開２０００−２７６２７号公報

ところで、従来提案の排気浄化装置では、ＮＯｘ還元浄化に伴い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っ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、軽油やガソリンなどの燃料が燃料タンクに貯蔵されているため、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。

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化装置を提供することを目的とする。

このため、請求項１記載の発明では、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手段と、前記液体識別手段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、前記副タンクと主タンクとを連通させる連通手段と、を含んで排気浄化装置を構成したことを特徴とする。

請求項２記載の発明では、前記液体識別手段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、その旨を報知する報知手段が備えられたことを特徴とする。
請求項３記載の発明では、前記液体識別手段は、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、前記連通手段は、前記液体識別手段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、前記副タンクと主タンクとを連通させることを特徴とする。

請求項１記載の発明によれば、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一旦流入する。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、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、副タンクと主タンクとが連通されない。

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から溢れることがない。

請求項２記載の発明によれば、還元剤タンクに異種水溶液が補給されたときには、その旨が報知されるので、還元剤タンク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。
請求項３記載の発明によれば、主タンクに規定濃度を逸脱する液体還元剤又はその前駆体、例えば、過度に希釈された液体還元剤が補給されることがないため、主タンクにおける液体還元剤又はその前駆体の濃度を検出する濃度センサが不要となり、コスト低減を図ることができる。

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の排気マニフォールド１２に接続される排気管１４には、排気流通方向に沿って、一酸化窒素（ＮＯ）を二酸化窒素（ＮＯ₂）へと酸化させる窒素酸化触媒１６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を還元浄化するＮＯｘ還元触媒２０と、ＮＯｘ還元触媒２０を通過したアンモニアを酸化させるアンモニア酸化触媒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」という）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。

かかる排気浄化装置において、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（Ｈ₂Ｏ）及び窒素（Ｎ₂）へと転化されることは知られたことである。このとき、ＮＯｘ還元触媒２０によるＮＯｘ浄化効率を向上させるべく、窒素酸化触媒１６によりＮＯがＮＯ₂へと酸化され、排気中のＮＯとＮＯ₂との割合が触媒還元反応に適したものに改善される。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ニア酸化触媒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。

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（液体識別手段）が配設される。また、隔壁２４Ｂの底板には、主タンク２４Ｃと副タンク２４Ｄを必要に応じて連通させるべく、遠隔操作により開閉される常閉式の開閉部２４Ｅが形成される。開閉部２４Ｅの具体的構成としては、例えば、回動自由に固定された隔壁２４Ｂの底板をアクチュエータにより回動させたり、隔壁２４Ｂの底板に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、還元剤添加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。

ここで、還元剤添加ＥＣＵ３０及び開閉部２４Ｅの協働により連通手段が実現されると共に、還元剤添加ＥＣＵ３０及び警報装置３６の協働により報知手段が実現される。
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。
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」という）が尿素水溶液であるか否かを判定する。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２４Ｃ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べく開閉部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。

かかる構成によれば、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に一旦流入する。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か否かが識別され、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。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。

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く、排気浄化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。
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。

なお、液体識別センサ３４として、尿素水溶液であるか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。

本発明を具現化した排気浄化装置の一例を示す構成図同上の制御内容を示すフローチャート

符号の説明

２０ＮＯｘ還元触媒
２４還元剤タンク
２４Ａ補給口
２４Ｂ隔壁
２４Ｃ主タンク
２４Ｄ副タンク
２４Ｅ開閉部
３０還元剤添加ＥＣＵ
３４液体識別センサ
３６警報装置

Claims

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手段と、
前記液体識別手段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、前記副タンクと主タンクとを連通させる連通手段と、
を含んで構成されたことを特徴とする排気浄化装置。
前記液体識別手段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、その旨を報知する報知手段が備えられたことを特徴とする請求項１記載の排気浄化装置。
前記液体識別手段は、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、
前記連通手段は、前記液体識別手段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、前記副タンクと主タンクとを連通させることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の排気浄化装置。