JP2021131029A - Exhaust emission control device and vehicle - Google Patents
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Abstract
Description
本開示は、排ガスを浄化する排気浄化装置および車両に関する。 The present disclosure relates to an exhaust gas purification device and a vehicle for purifying exhaust gas.
従来、内燃機関から排出された排ガスが流れる排気管に、排ガス中のNOxを低減するNOx浄化触媒が複数設けられた排気浄化装置が知られている。 Conventionally, there is known an exhaust purification device in which a plurality of NOx purification catalysts for reducing NOx in the exhaust gas are provided in an exhaust pipe through which the exhaust gas discharged from the internal combustion engine flows.
例えば特許文献1には、上流側のNOx浄化触媒と下流側のNOx浄化触媒との間に加熱装置を配置し、それらを1つのケースに収容した排気浄化装置が開示されている。この排気浄化装置では、例えば内燃機関の始動直後に、加熱装置による加熱により、上流側のNOx浄化触媒および下流側のNOx浄化触媒を早期に活性化させることができる。
For example,
しかしながら、特許文献1の排気浄化装置では、省スペース化の面で改善の余地があった。
However, the exhaust gas purification device of
本開示の目的は、NOxの浄化効率を確保しつつ、さらなる省スペース化を実現することができる排気浄化装置および車両を提供することである。 An object of the present disclosure is to provide an exhaust gas purification device and a vehicle capable of realizing further space saving while ensuring NOx purification efficiency.
本開示の一態様に係る排気浄化装置は、内燃機関から排出された排ガスの流れ方向において上流側に設けられた第1のNOx浄化触媒と、前記排ガスの流れ方向において前記第1のNOx浄化触媒よりも下流側に設けられた第2のNOx浄化触媒と、前記第1のNOx浄化触媒と前記第2のNOx浄化触媒との間に設けられた加熱部と、を有する排気浄化装置であって、前記第1のNOx浄化触媒の比熱が前記第2のNOx浄化触媒の比熱よりも小さい。 The exhaust gas purification device according to one aspect of the present disclosure includes a first NOx purification catalyst provided on the upstream side in the flow direction of the exhaust gas discharged from the internal combustion engine, and the first NOx purification catalyst in the flow direction of the exhaust gas. An exhaust gas purification device having a second NOx purification catalyst provided on the downstream side of the exhaust gas and a heating unit provided between the first NOx purification catalyst and the second NOx purification catalyst. , The specific heat of the first NOx purification catalyst is smaller than the specific heat of the second NOx purification catalyst.
本開示の一態様に係る車両は、本開示の一態様に係る排気浄化装置を備える。 The vehicle according to one aspect of the present disclosure includes an exhaust gas purification device according to one aspect of the present disclosure.
本開示によれば、NOxの浄化効率を確保しつつ、さらなる省スペース化を実現することができる。 According to the present disclosure, it is possible to realize further space saving while ensuring the purification efficiency of NOx.
以下、本開示の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present disclosure will be described in detail with reference to the drawings.
本開示の実施の形態に係る排気浄化装置100の構成について、図1を用いて説明する。図1は、本実施の形態の排気浄化装置100の構成の一例を示す模式図である。
The configuration of the exhaust
排気浄化装置100は、車両(図示略)に搭載され、内燃機関(図示略)から排出される排ガスを浄化する装置である。本実施の形態では、内燃機関がディーゼルエンジンである場合を例に挙げて説明するが、これに限定されず、内燃機関は例えばガソリンエンジンであってもよい。また、排気浄化装置100は、車両の内燃機関に限らず、船舶や定置式の内燃機関に適用することも可能である。
The exhaust
図1に示すように、排気浄化装置100は、制御部10、第1触媒コンバータ11、および第2触媒コンバータ12を有する。
As shown in FIG. 1, the exhaust
制御部10は、尿素水噴射装置2、8における尿素水の噴射量および噴射タイミングや、加熱部4に対する電力供給のオン/オフなどを制御する。図1において、点線の矢印は、制御部10から加熱部4、尿素水噴射装置2、8へ出力される制御信号を示している。なお、制御部10としては、例えば、ECU(Electronic Control Unit)が挙げられる。
The
第1触媒コンバータ11および第2触媒コンバータ12は、排気管1において直列に設けられている。
The first
排気管1の上流側(図中の左側)の端部は、例えば、ディーゼルエンジンの排気マニホールド(図示略)の下流端に接続されている。排気マニホールドから排出された排ガスは、排気管1を、図中の左側から右側へ流れる。図1において、実線の矢印は、排ガスの流れ方向を示している。
The upstream end (left side in the drawing) of the
第1触媒コンバータ11は、排気管1に対して着脱可能な筐体(ケース)である。例えば、第1触媒コンバータ11は、第2触媒コンバータ12よりもディーゼルエンジンに近い位置に設けられている。
The
第1触媒コンバータ11には、上流側から順に、尿素水噴射装置2、SCR(Selective Catalytic Reduction)3、加熱部4、SCR5が収容されている。
The first
尿素水噴射装置2(還元剤供給装置の一例)は、第1触媒コンバータ11内に尿素水(還元剤の一例)を噴射する装置である。尿素水噴射装置2により噴射された尿素水は、加水分解される。これにより発生したアンモニア(還元剤から発生する物質の一例)は、SCR3、5へ供給される。上述したとおり、尿素水の噴射量や噴射タイミングは、制御部10によって制御される。
The urea water injection device 2 (an example of a reducing agent supply device) is a device that injects urea water (an example of a reducing agent) into the first
SCR3(第1のNOx浄化触媒の一例)およびSCR5(第2のNOx浄化触媒の一例)は、尿素水から発生したアンモニアにより、排ガス中のNOxを窒素に還元する触媒である。 SCR3 (an example of a first NOx purification catalyst) and SCR5 (an example of a second NOx purification catalyst) are catalysts that reduce NOx in exhaust gas to nitrogen by ammonia generated from urea water.
SCR3は、比熱が比較的小さい材質を担体とする。その一方、SCR5は、比熱が比較的大きい材質を担体とする。すなわち、SCR3の比熱は、SCR5の比熱より小さい。 SCR3 uses a material having a relatively low specific heat as a carrier. On the other hand, SCR5 uses a material having a relatively large specific heat as a carrier. That is, the specific heat of SCR3 is smaller than the specific heat of SCR5.
例えば、SCR3は、金属を担体とする。金属としては、例えば、ステンレス鋼等を用いることができる。 For example, SCR3 uses a metal as a carrier. As the metal, for example, stainless steel or the like can be used.
例えば、SCR5は、セラミックスを担体とする。セラミックスとしては、例えば、炭化ケイ素またはコージライト等を用いることができる。 For example, SCR5 uses ceramics as a carrier. As the ceramics, for example, silicon carbide, cordylite, or the like can be used.
なお、SCR3の熱容量は、SCR5の熱容量より小さい。また、SCR3の活性温度域と、SCR5の活性温度域とは、同じである。 The heat capacity of SCR3 is smaller than the heat capacity of SCR5. Further, the active temperature range of SCR3 and the active temperature range of SCR5 are the same.
加熱部4は、例えば、図示しないバッテリからの電力供給により放熱する部材(例えば、ステンレスやセラミックス等)である。加熱部4の放熱により、SCR3とSCR5との間を流れる排ガスが加熱される。その結果、SCR5は、昇温し易くなる。なお、上述したとおり、加熱部4に対する電力供給のオン/オフは、制御部10によって制御される。
The
第2触媒コンバータ12は、排気管1に対して着脱可能な筐体(ケース)である。第2触媒コンバータ12は、第1触媒コンバータ11よりもディーゼルエンジンから遠い位置に設けられている。
The
第2触媒コンバータ12には、上流側から順に、DOC(Diesel Oxidation Catalyst)6、DPF(Diesel Particulate Filter)7、尿素水噴射装置8、SCR9、ASC(Ammonia Slip Catalyst)13が収容されている。
The second
DOC6は、排ガス中の一酸化窒素や炭化水素を酸化させる触媒である。 DOC6 is a catalyst that oxidizes nitric oxide and hydrocarbons in exhaust gas.
DPF7は、排ガス中の粒子状物質(Particulate Matter:PM)を捕集して取り除くフィルタである。 DPF7 is a filter that collects and removes particulate matter (PM) in exhaust gas.
尿素水噴射装置8は、第2触媒コンバータ12内に尿素水を噴射する装置である。尿素水噴射装置8により噴射された尿素水は、加水分解される。これにより発生したアンモニアは、SCR9へ供給される。上述したとおり、尿素水の噴射量や噴射タイミングは、制御部10によって制御される。
The urea water injection device 8 is a device that injects urea water into the second
SCR9は、尿素水から発生したアンモニアにより、排ガス中のNOxを窒素に還元する触媒である。 SCR9 is a catalyst that reduces NOx in exhaust gas to nitrogen by ammonia generated from urea water.
SCR9の活性温度域は、SCR3、5の活性温度域よりも高い。 The active temperature range of SCR9 is higher than the active temperature range of SCR3 and SCR5.
また、SCR9は、金属(例えば、ステンレス鋼)を担体としてもよいし、セラミックス(例えば、炭化ケイ素またはコージライト)を担体としてもよい。 Further, the SCR9 may use a metal (for example, stainless steel) as a carrier or a ceramic (for example, silicon carbide or cordylite) as a carrier.
ASC13(分解触媒の一例)は、SCR9で消費しきれなかったアンモニアを酸化、分解する触媒である。これにより、アンモニアが大気中に排出されることを防止できる。 ASC13 (an example of a decomposition catalyst) is a catalyst that oxidizes and decomposes ammonia that cannot be completely consumed by SCR9. This makes it possible to prevent ammonia from being discharged into the atmosphere.
以上、排気浄化装置100の構成について説明した。
The configuration of the exhaust
次に、排気浄化装置100の作用効果について以下に説明する。
Next, the action and effect of the exhaust
排気浄化装置100は、排ガスの流れ方向において上流側に設けられたSCR3と、排ガスの流れ方向においてSCR3よりも下流側に設けられたSCR5と、SCR3とSCR5との間に設けられた加熱部4と、を有し、SCR3の比熱がSCR5の比熱よりも小さいことを特徴とする。
The exhaust
よって、SCR3は、その上流側から流れて来る排ガスにより昇温し易くなり、効率良くNOxを浄化することができる。そのため、SCR3を小型化すること(より具体的には、排ガスの流れ方向におけるSCR3の長さを短くすること)が可能となる。よって、第1触媒コンバータ11を小型化すること(より具体的には、排ガスの流れ方向における第1触媒コンバータ11の長さを短くすること)が可能となる。
Therefore, the temperature of SCR3 is easily raised by the exhaust gas flowing from the upstream side thereof, and NOx can be efficiently purified. Therefore, it is possible to reduce the size of the SCR3 (more specifically, to shorten the length of the SCR3 in the flow direction of the exhaust gas). Therefore, it is possible to reduce the size of the first catalytic converter 11 (more specifically, to shorten the length of the first
一方、SCR3は、比熱が小さいことから、排ガスの温度の低下に伴って温度が低下し易いが、SCR3の下流側には、比熱が大きいSCR5が設けられている。そのため、排ガスの温度が低下した場合でも、加熱部4の放熱により昇温したSCR5により、効率良くNOxを浄化することができる。
On the other hand, since the SCR3 has a small specific heat, the temperature tends to decrease as the temperature of the exhaust gas decreases, but the SCR5 having a large specific heat is provided on the downstream side of the SCR3. Therefore, even when the temperature of the exhaust gas drops, NOx can be efficiently purified by the SCR5 whose temperature has been raised by the heat radiation of the
したがって、排気浄化装置100は、NOxの浄化効率を確保しつつ、より省スペース化を実現することができる。
Therefore, the exhaust
また、排気浄化装置100では、活性温度域が異なるSCR3、5とSCR9とが別々の筐体(例えば、第1触媒コンバータ11、第2触媒コンバータ12)に収容されている。よって、第2触媒コンバータ12を、ディーゼルエンジンから離れた、充分な設置スペースを確保できる位置に設けることができる。よって、第2触媒コンバータ12に収容されるSCR9のサイズを大きくすることができ、NOx浄化効率をより向上させることができる。
Further, in the exhaust
また、排気浄化装置100では、SCR3、5に対応して尿素水噴射装置2が設けられ、SCR9に対応して尿素水噴射装置8が設けられている。よって、第1触媒コンバータ11、第2触媒コンバータ12のそれぞれにおいて加水分解を促進でき、SCR3、5、9のそれぞれにおいて効率良くNOxを浄化することができる。
Further, in the exhaust
また、排気浄化装置100では、第2触媒コンバータ12においてDOC6およびDPF7が設けられている。よって、一酸化炭素および炭化水素の酸化や、粒子状物質の捕集を、より確実に行うことができる。
Further, in the exhaust
また、排気浄化装置100では、第1触媒コンバータ11および第2触媒コンバータ12は、それぞれ、独立して排気管1に着脱可能である。よって、メンテナンス等が容易となる。
Further, in the exhaust
以上、排気浄化装置100の作用効果について説明した。
The action and effect of the exhaust
なお、本開示は、上述の実施の形態に限定されるものではなく、本開示の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜変形して実施することが可能である。以下、各変形例について説明する。 The present disclosure is not limited to the above-described embodiment, and can be appropriately modified and implemented without departing from the spirit of the present disclosure. Hereinafter, each modification will be described.
実施の形態では、図1に示した構成要素を全て含めて排気浄化装置100と呼称したが、図1に示した構成要素のうち、SCR3、5、および加熱部4を排気浄化装置100と呼称してもよい。
In the embodiment, all the components shown in FIG. 1 are collectively referred to as an exhaust
また、実施の形態では、排気浄化装置100が第2触媒コンバータ12を備える場合を例に挙げて説明したが、これに限定されない。例えば、排気浄化装置100は、図1に示した構成要素のうち、DOC6、DPF7、尿素水噴射装置8、SCR9、ASC13、第2触媒コンバータ12を備えない構成であってもよい。
Further, in the embodiment, the case where the exhaust
また、実施の形態では、尿素水噴射装置2、SCR3、5、および加熱部4が第1触媒コンバータ11に収容される場合を例に挙げて説明したが、これに限定されない。例えば、尿素水噴射装置2、SCR3、5、および加熱部4は、第1触媒コンバータ11に収容されることなく、排気管1内に設けられてもよい。
Further, in the embodiment, the case where the urea water injection device 2, the SCR3, 5 and the
また、実施の形態では、第1触媒コンバータ11がASCを備えない場合を例に挙げて説明したが、これに限定されない。例えば、第1触媒コンバータ11は、SCR5の下流側に、ASCを備えてもよい。これにより、第1触媒コンバータ11から流出する排ガス中のアンモニアを低減することができる。よって、アンモニアがDOC6に供給され、アンモニアがDOC6で酸化することを抑制できる。その結果、尿素水から発生したアンモニアの酸化に起因するNOxの発生を抑制できる。
Further, in the embodiment, the case where the first
また、実施の形態では、第1触媒コンバータ11において、SCR3の上流側にのみ尿素水噴射装置2が設けられる場合を例に挙げて説明したが、これに限定されない。例えば、第1触媒コンバータ11は、尿素水噴射装置2に加えて、加熱部4とSCR5との間にさらに尿素水噴射装置を備えてもよい。これにより、SCR5におけるNOx浄化効率をより向上させることができる。
Further, in the embodiment, the case where the urea water injection device 2 is provided only on the upstream side of the SCR3 in the
また、実施の形態では、NOx浄化触媒がSCR3、5、9である場合を例に挙げて説明したが、これに限定されない。SCR3、5、9の代わりに、他の選択還元型触媒、NOx吸着触媒、または三元触媒が用いられてもよい。その場合、尿素水以外の還元剤(例えば、炭化水素等)が用いられてもよい。 Further, in the embodiment, the case where the NOx purification catalyst is SCR3, 5 and 9 has been described as an example, but the present invention is not limited to this. Instead of SCR3, 5 and 9, other selective reduction catalysts, NOx adsorption catalysts, or three-way catalysts may be used. In that case, a reducing agent other than urea water (for example, a hydrocarbon or the like) may be used.
以上、各変形例について説明した。なお、各変形例は、組み合わせて実施されてもよい。 Each modification has been described above. In addition, each modification may be carried out in combination.
本開示の排気浄化装置および車両は、排ガスを浄化する排気浄化装置の省スペース化に有用である。 The exhaust gas purification device and the vehicle of the present disclosure are useful for saving space in the exhaust gas purification device that purifies exhaust gas.
1 排気管
2、8 尿素水噴射装置(還元剤供給装置)
3、5、9 SCR
4 加熱部
6 DOC
7 DPF
10 制御部
11 第1触媒コンバータ
12 第2触媒コンバータ
13 ASC
100 排気浄化装置
1 Exhaust pipe 2, 8 Urea water injection device (reducing agent supply device)
3, 5, 9 SCR
4 Heating unit 6 DOC
7 DPF
10
100 Exhaust gas purification device
Claims (7)
前記排ガスの流れ方向において前記第1のNOx浄化触媒よりも下流側に設けられた第2のNOx浄化触媒と、
前記第1のNOx浄化触媒と前記第2のNOx浄化触媒との間に設けられた加熱部と、を有する排気浄化装置であって、
前記第1のNOx浄化触媒の比熱が前記第2のNOx浄化触媒の比熱よりも小さい、
排気浄化装置。 A first NOx purification catalyst provided on the upstream side in the flow direction of the exhaust gas discharged from the internal combustion engine, and
A second NOx purification catalyst provided on the downstream side of the first NOx purification catalyst in the flow direction of the exhaust gas,
An exhaust gas purification device having a heating unit provided between the first NOx purification catalyst and the second NOx purification catalyst.
The specific heat of the first NOx purification catalyst is smaller than the specific heat of the second NOx purification catalyst.
Exhaust purification device.
前記第2のNOx浄化触媒の担体は、セラミックスである、
請求項1に記載の排気浄化装置。 The carrier of the first NOx purification catalyst is a metal and
The carrier of the second NOx purification catalyst is ceramics.
The exhaust purification device according to claim 1.
請求項1または2に記載の排気浄化装置。 Further comprising a housing for accommodating the first NOx purification catalyst, the heating unit, and the second NOx purification catalyst in series.
The exhaust gas purification device according to claim 1 or 2.
前記第1のNOx浄化触媒および前記第2のNOx浄化触媒は、前記還元剤から発生した物質によるNOxの還元を促進する選択還元型触媒である、
請求項3に記載の排気浄化装置。 The housing is a reducing agent supply device that supplies a reducing agent into the housing on the upstream side of the first NOx purification catalyst and between the heating unit and the second NOx purification catalyst. To accommodate further,
The first NOx purification catalyst and the second NOx purification catalyst are selective reduction catalysts that promote the reduction of NOx by a substance generated from the reducing agent.
The exhaust purification device according to claim 3.
請求項4に記載の排気浄化装置。 The housing further houses a decomposition catalyst that decomposes the substance on the downstream side of the second NOx purification catalyst.
The exhaust purification device according to claim 4.
前記物質は、アンモニアである、
請求項4または5に記載の排気浄化装置。 The reducing agent is urea water.
The substance is ammonia,
The exhaust purification device according to claim 4 or 5.
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