JP2014015874A - 排気ガス浄化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】消費電力を増大させること無く、アンモニア貯蔵タンク内の吸蔵材からアンモニアを放出させることができる排気ガス浄化装置を提供する。
【解決手段】排気ガス浄化装置１は、エンジン２と接続された排気管３の途中に設けられた選択還元触媒（ＳＣＲ）６と、排気管３内におけるＳＣＲ６の上流側にＮＨ_３を添加するインジェクタ８と、このインジェクタ８と供給管９を介して接続され、ＮＨ_３を吸蔵する吸蔵材を含むアンモニア貯蔵タンク１０と、このアンモニア貯蔵タンク１０内を外気（空気）により加圧する加圧ポンプ１１とを備えている。加圧ポンプ１１を設けることにより、アンモニア貯蔵タンク１０内の圧力が高くなり、アンモニア貯蔵タンク１０内の温度が上昇するため、吸蔵材に吸蔵されているＮＨ_３が吸蔵材から放出される。
【選択図】図１

Description

本発明は、エンジンから排出される排気ガスを浄化する排気ガス浄化装置に関するものである。

従来の排気ガス浄化装置としては、例えば特許文献１に記載されているものが知られている。特許文献１に記載の排気ガス浄化装置は、エンジンと接続された排気ラインにおけるＮＯｘ還元触媒の上流側にアンモニアを投入する投入弁と、この投入弁と接続され、貯蔵材料（吸蔵材）にアンモニアを吸蔵させて貯蔵する貯蔵容器（アンモニア貯蔵タンク）と、この貯蔵容器を加熱する加熱エレメント（電気式ヒータ）とを備えている。加熱エレメントにより貯蔵容器が加熱されると、アンモニアが熱脱離によって貯蔵材料から放出される。

特表２０１０−５２２８５２号公報

上記従来技術のように電気式ヒータを使用する場合には、消費する電力が大きくなる。ところで、アンモニア貯蔵タンク内の吸蔵材からのアンモニアの放出は、エンジン始動直後から行うのが望ましい。しかし、エンジン始動直後は、負荷が最大となり、他にも電力を使う必要がある。このため、電気式ヒータの使用によって消費電力が大きくなるのは問題である。

本発明の目的は、消費電力を増大させること無く、アンモニア貯蔵タンク内の吸蔵材からアンモニアを放出させることができる排気ガス浄化装置を提供することである。

本発明は、エンジンから排出される排気ガスを浄化する排気ガス浄化装置において、エンジンに接続された排気管の途中に設けられた選択還元触媒と、選択還元触媒に対してアンモニアを添加する添加部と、添加部と接続され、アンモニアを吸蔵する吸蔵材を含むアンモニア貯蔵タンクと、アンモニア貯蔵タンク内の温度が上がるようにアンモニア貯蔵タンク内を外気により加圧するポンプ手段とを備えることを特徴とするものである。

このような本発明の排気ガス浄化装置においては、アンモニア貯蔵タンク内の温度が上がるようにアンモニア貯蔵タンク内を外気により加圧するポンプ手段を設けることにより、ポンプ手段によってアンモニア貯蔵タンク内が加圧されると、アンモニア貯蔵タンク内の温度が上昇するようになる。このため、アンモニア貯蔵タンクに含まれる吸蔵材からアンモニアが放出され、そのアンモニアが添加部に供給され、添加部から選択還元触媒に対してアンモニアが添加される。ここで、ポンプ手段の作動時に発生する消費電力は、電気式ヒータによりアンモニア貯蔵タンク内を加熱したときに発生する消費電力に比べて十分小さい。これにより、消費電力を増大させること無く、アンモニア貯蔵タンク内の吸蔵材からアンモニアを放出させることができる。また、アンモニア貯蔵タンク内を加圧してアンモニア貯蔵タンク内の温度を上げるので、エンジンの始動直後でも、直ちに吸蔵材からアンモニアを放出させることができる。

好ましくは、アンモニア貯蔵タンク内に存在するアンモニアの濃度及び量を検出するアンモニア検出手段と、アンモニア検出手段により検出されたアンモニアの濃度及び量に基づいて、添加部へのアンモニアの供給を制御するアンモニア供給制御手段とを更に備える。この場合には、添加部から添加されるアンモニアの濃度及び量を、選択還元触媒による排気ガスの浄化に適したものとすることができる。

このとき、好ましくは、アンモニア供給制御手段は、アンモニアの濃度が所定濃度以上であり且つアンモニアの量が所定量以上であるときに、添加部へのアンモニアの供給を開始し、その後所定時間が経過すると、添加部へのアンモニアの供給を停止する。添加部へのアンモニアの供給を開始した後に所定時間が経過すると、添加部へのアンモニアの供給を停止することにより、再びポンプ手段によってアンモニア貯蔵タンク内が加圧状態となり、アンモニア貯蔵タンク内の温度が上昇するため、アンモニア貯蔵タンク内の吸蔵材からアンモニアが放出されるようになる。

本発明によれば、消費電力を増大させること無く、アンモニア貯蔵タンク内の吸蔵材からアンモニアを放出させることができる。

本発明に係わる排気ガス浄化装置の一実施形態の一部を示す概略構成図である。 図１に示した排気ガス浄化装置の要部を示す構成図である。 図２に示したコントローラによる処理手順の詳細を示すフローチャートである。

以下、本発明に係わる排気ガス浄化装置の好適な実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本発明に係わる排気ガス浄化装置の一実施形態の一部を示す概略構成図である。同図において、本実施形態の排気ガス浄化装置１は、ディーゼルエンジン（以下、単にエンジンという）２の排気系に設けられ、エンジン２から排出された排気ガス中に含まれる有害物質（環境汚染物質）を浄化する装置である。

排気ガス浄化装置１は、エンジン２と接続された排気管３の途中に上流側から下流側に向けて順に設けられた酸化触媒４、ディーゼル排気微粒子除去フィルタ（ＤＰＦ）５、選択還元触媒（ＳＣＲ）６及び酸化触媒７を備えている。

酸化触媒４は、排気ガス中に含まれるＨＣやＣＯ等を酸化して浄化する触媒である。ＤＰＦ５は、排気ガス中に含まれるＰＭを捕集して取り除くフィルタである。ＳＣＲ６は、還元剤であるアンモニア（ＮＨ_３）と排気ガス中に含まれるＮＯｘとを化学反応させることで、ＮＯｘを還元して浄化する触媒である。酸化触媒７は、ＳＣＲ６をすり抜けて下流側に流れたＮＨ_３を酸化する触媒である。

また、排気ガス浄化装置１は、排気管３内におけるＤＰＦ５とＳＣＲ６との間にＮＨ_３を添加するインジェクタ（添加部）８と、このインジェクタ８と供給管９を介して接続されたアンモニア貯蔵タンク１０と、このアンモニア貯蔵タンク１０と接続された加圧ポンプ１１とを備えている。供給管９には、バルブ１２が設けられている。バルブ１２は、通常は閉状態となっている。

アンモニア貯蔵タンク１０は、ＮＨ_３を吸蔵（物理吸着）する吸蔵材を含み、ＮＨ_３を貯蔵するタンクである。吸蔵材としては、ＭｇＣｌ_２、ＣａＣｌ_２、ＮｉＣｌ_２、ＺｎＣｌ_２、ＳｒＣｌ_２等が用いられる。

加圧ポンプ１１は、アンモニア貯蔵タンク１０内を外気（空気）により加圧するポンプである。具体的には、加圧ポンプ１１は、図２にも示すように、外気を吸い込み圧縮してアンモニア貯蔵タンク１０内に押し込むことで、アンモニア貯蔵タンク１０内を加圧する。加圧ポンプ１１は、アンモニア貯蔵タンク１０における供給管９の反対側に接続されている。なお、加圧ポンプ１１は、アンモニア貯蔵タンク１０の近傍に配置しても良いし、パイプを介してアンモニア貯蔵タンク１０から離れた箇所に配置しても良い。

このような加圧ポンプ１１を設けることにより、アンモニア貯蔵タンク１０内の圧力が高くなり、アンモニア貯蔵タンク１０内の温度が上昇する。そして、アンモニア貯蔵タンク１０内の温度が所定温度以上になると、吸蔵材に吸蔵されているＮＨ_３が吸蔵材から離れる。

さらに、排気ガス浄化装置１は、図２に示すように、アンモニア貯蔵タンク１０内の圧力を検出する圧力センサ１３と、アンモニア貯蔵タンク１０内におけるＮＨ_３の有無、濃度及び量を検出するアンモニアセンサ１４と、圧力センサ１３及びアンモニアセンサ１４の検出値に基づいて、バルブ１２の開閉を制御するコントローラ１５とを備えている。

図３は、コントローラ１５による処理手順の詳細を示すフローチャートである。図３において、まず圧力センサ１３及びアンモニアセンサ１４の検出値を入力する（手順Ｓ１０１）。

続いて、圧力センサ１３の検出値に基づいて、アンモニア貯蔵タンク１０内の圧力が設定圧力以上であるかどうかを判断する（手順Ｓ１０２）。設定圧力は、下記式で示すボイル・シャルルの法則に従って、ＮＨ_３が吸蔵材から離れる温度に対応する圧力とされる。
Ｐ＝ｎＲＴ／Ｖ
但し、Ｐ：設定圧力
Ｖ：空間体積
ｎ：気体の物質量（モル数）
Ｒ：１モルの気体定数（＝８．３１４４７２）
Ｔ：ＮＨ_３が吸蔵材から離れる温度

アンモニア貯蔵タンク１０内の圧力が設定圧力以上であると判断されたときは、アンモニアセンサ１４の検出値に基づいて、アンモニア貯蔵タンク１０内のＮＨ_３の濃度が基準濃度以上であるかどうかを判断する（手順Ｓ１０３）。ＮＨ_３の基準濃度は、ＳＣＲ６によるＮＯｘの還元浄化の仕様によって決まっている。

アンモニア貯蔵タンク１０内のＮＨ_３の濃度が基準濃度以上であると判断されたときは、アンモニアセンサ１４の検出値に基づいて、アンモニア貯蔵タンク１０内のＮＨ_３の量が基準量以上であるかどうかを判断する（手順Ｓ１０４）。ＮＨ_３の基準量も、ＳＣＲ６によるＮＯｘの還元浄化の仕様によって決まっている。

アンモニア貯蔵タンク１０内のＮＨ_３の量が基準量以上であると判断されたときは、バルブ１２を閉状態から開状態に切り換えるように制御する（手順Ｓ１０５）。これにより、アンモニア貯蔵タンク１０からインジェクタ８に適切な濃度のＮＨ_３が供給され、インジェクタ８からＳＣＲ６に向けてＮＨ_３が添加されるようになる。

続いて、バルブ１２が開状態に切り換えられてから所定時間が経過したかどうかを判断する（手順Ｓ１０６）。ここで、所定時間は、例えばアンモニア貯蔵タンク１０内からＮＨ_３が無くなる手前の状態となる時間である。

バルブ１２が開状態に切り換えられてから所定時間が経過したと判断されたときは、バルブ１２を開状態から閉状態に切り換えるように制御し（手順Ｓ１０７）、その後手順Ｓ１０１に戻る。これにより、加圧ポンプ１１によってアンモニア貯蔵タンク１０内の圧力が再び高くなり、アンモニア貯蔵タンク１０内の温度が上昇するため、ＮＨ_３が吸蔵材から離れるようになる。

つまり、ＮＨ_３の濃度が基準濃度以上であり且つＮＨ_３の量が基準量以上であるときには、インジェクタ８へのＮＨ_３の供給を開始し、その後所定時間が経過すると、インジェクタ８へのＮＨ_３の供給を停止することとなる。

一方、手順Ｓ１０２においてアンモニア貯蔵タンク１０内の圧力が設定圧力以上でないと判断されたとき、手順Ｓ１０３においてアンモニア貯蔵タンク１０内のＮＨ_３の濃度が基準濃度以上でないと判断されたとき、手順Ｓ１０４においてアンモニア貯蔵タンク１０内のＮＨ_３の量が基準量以上でないと判断されたときは、手順Ｓ１０５〜Ｓ１０７を実行すること無く手順Ｓ１０１に戻る。

ここで、バルブ１２を開状態にしたままにすると、アンモニア貯蔵タンク１０内の圧力が徐々に低くなるため、アンモニア貯蔵タンク１０内の温度が下がり、アンモニア貯蔵タンク１０の吸蔵材からＮＨ_３が放出されなくなるが、上記の手順Ｓ１０１〜Ｓ１０７を繰り返し実行することにより、アンモニア貯蔵タンク１０の吸蔵材からＮＨ_３を放出させてＳＣＲ６に添加する動作を継続的に行うことができる。

以上において、アンモニアセンサ１４は、アンモニア貯蔵タンク１０内に存在するアンモニアの濃度及び量を検出するアンモニア検出手段を構成する。バルブ１２及びコントローラ１５は、アンモニア検出手段により検出されたアンモニアの濃度及び量に基づいて、添加部８へのアンモニアの供給を制御するアンモニア供給制御手段を構成する。

ところで、アンモニア貯蔵タンクの吸蔵材からＮＨ_３を放出させるために、アンモニア貯蔵タンクを加温する方法としては、電気式ヒータを使用したり、エンジンの冷却水が温まってから当該冷却水をアンモニア貯蔵タンクに循環させることが考えられる。

しかし、電気式ヒータは、効率が高くないため消費電力が大きい。また、アンモニア貯蔵タンクにおいて吸蔵材からＮＨ_３が放出されない領域を無くすためには、アンモニア貯蔵タンクにヒータを万遍無く配置する必要があるが、この場合には、既に吸蔵材からＮＨ_３が放出された領域に対しても引き続きヒータを作動させることになるため、無駄が大きくなってしまう。

また、エンジンの冷却水をアンモニア貯蔵タンクに循環させる方法では、冷却水の温度が、吸蔵材がＮＨ_３を放出する温度に達するまで、エンジンが暖まるのを待たなければならない。このため、エンジンの始動直後は、ＮＨ_３が吸蔵材から放出されることは無いため、ＳＣＲ６によりＮＯｘを還元浄化することができない。

これに対し本実施形態では、アンモニア貯蔵タンク１０内を外気により加圧する加圧ポンプ１１を設け、この加圧ポンプ１１によりアンモニア貯蔵タンク１０内の圧力を高くして、アンモニア貯蔵タンク１０内の温度を上げることにより、アンモニア貯蔵タンク１０の吸蔵材からＮＨ_３を放出させるようにしたので、電気式ヒータを使用する場合に比べて、消費電力を十分低減することができる。また、部品点数を十分削減することもできる。

また、加圧ポンプ１１をアンモニア貯蔵タンク１０から離れた箇所に設置した場合でも、アンモニア貯蔵タンク１０内の全域にわたって圧力を高くして温度を上げることができる。このため、アンモニア貯蔵タンク１０内の全域にわたって吸蔵材からＮＨ_３を放出させることができる。さらに、加圧ポンプ１１によりアンモニア貯蔵タンク１０内を加圧するので、直ぐにアンモニア貯蔵タンク１０内の温度を上げることができる。

以上により、低消費エネルギー且つ短時間で、アンモニア貯蔵タンク１０内の吸蔵材からＮＨ_３を放出させることができる。従って、エンジン２の始動直後でも、ＳＣＲ６によりＮＯｘを還元浄化することが可能となる。

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。例えば上記実施形態では、アンモニア貯蔵タンク１０内の圧力を検出する圧力センサ１３を設けたが、そのような圧力センサ１３は特に無くても良い。つまり、加圧ポンプ１１によりアンモニア貯蔵タンク１０を加圧すると、アンモニア貯蔵タンク１０内にＮＨ_３が確実に存在するようになるため、アンモニア貯蔵タンク１０内を検出するセンサとしてはアンモニアセンサ１４だけあっても良い。

１…排気ガス浄化装置、２…ディーゼルエンジン、３…排気管、６…選択還元触媒（ＳＣＲ）、８…インジェクタ（添加部）、９…供給管、１０…アンモニア貯蔵タンク、１１…加圧ポンプ（ポンプ手段）、１２…バルブ（アンモニア供給制御手段）、１４…アンモニアセンサ（アンモニア検出手段）、１５…コントローラ（アンモニア供給制御手段）。

Claims (3)

1. エンジンから排出される排気ガスを浄化する排気ガス浄化装置において、
   前記エンジンに接続された排気管の途中に設けられた選択還元触媒と、
   前記選択還元触媒に対してアンモニアを添加する添加部と、
   前記添加部と接続され、前記アンモニアを吸蔵する吸蔵材を含むアンモニア貯蔵タンクと、
   前記アンモニア貯蔵タンク内の温度が上がるように前記アンモニア貯蔵タンク内を外気により加圧するポンプ手段とを備えることを特徴とする排気ガス浄化装置。
2. 前記アンモニア貯蔵タンク内に存在する前記アンモニアの濃度及び量を検出するアンモニア検出手段と、
   前記アンモニア検出手段により検出された前記アンモニアの濃度及び量に基づいて、前記添加部への前記アンモニアの供給を制御するアンモニア供給制御手段とを更に備えることを特徴とする請求項１記載の排気ガス浄化装置。
3. 前記アンモニア供給制御手段は、前記アンモニアの濃度が所定濃度以上であり且つ前記アンモニアの量が所定量以上であるときに、前記添加部への前記アンモニアの供給を開始し、その後所定時間が経過すると、前記添加部への前記アンモニアの供給を停止することを特徴とする請求項２記載の排気ガス浄化装置。
   

Images