JP4152833B2 - エンジンの排気浄化装置 - Google Patents

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Description

本発明は、エンジンの排気浄化装置において、窒素酸化物の還元除去不良を防止する技術に関する。
エンジンから排出される排気中に含まれる窒素酸化物（ＮＯｘ）を浄化する排気浄化装置として、特開２０００−２７６２７号公報（特許文献１）に開示されるような排気浄化装置が提案されている。かかる排気浄化装置は、酸素過剰雰囲気で窒素酸化物を無害な窒素（Ｎ2）、酸素（Ｏ2）等に転化すべく、エンジンの排気通路に窒素酸化物還元触媒が介装されている。また、窒素酸化物還元触媒における窒素酸化物浄化効率を高めるべく、尿素（（ＮＨ2）2ＣＯ）水溶液等の液体還元剤を搭載し、窒素酸化物還元触媒の上流の排気管内に設けられたノズルから噴射する構成が採用されている。
特開２０００−２７６２７号公報
このような構成の排気浄化装置では、排気管を通過する排気の熱によりノズルの温度が上昇しているときに、液体還元剤の噴射が停止すると、ノズル内部に残留した液体還元剤が凝固してノズル内部に付着してしまい、目詰まりを起こしてしまう恐れがある。
このようになると、その後に液体還元剤の噴射を再開しても、必要量の液体還元剤が窒素酸化物還元触媒に供給されず、排気中の窒素酸化物が充分に還元されずに大気中に放出されてしまう恐れがあるという問題点があった。
そこで、本発明は以上のような従来の問題点に鑑み、ノズル内部における液体還元剤の目詰まりを防止して、液体還元剤の供給不足による窒素酸化物の還元除去不良を防止する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記載の発明においては、液体還元剤を用いて排気中の窒素酸化物を還元除去すべく、エンジンの排気通路に介装された窒素酸化物還元触媒と、前記窒素酸化物還元触媒上流の排気通路内に噴孔が開口するノズルと、エンジン運転状態に基づいて、前記ノズルの噴孔から排気通路内に液体還元剤を噴射する還元剤噴射手段と、前記還元剤噴射手段による液体還元剤の噴射流量が０となったときに、前記ノズル内部に高圧空気を所定時間供給して、前記ノズル内部の液体還元剤を排出させる高圧空気供給手段と、圧縮空気を貯留するエアリザーバタンクと、を含んでエンジンの排気浄化装置が構成され、前記還元剤噴射手段は、前記エアリザーバタンクに貯留される圧縮空気を所定圧力に減圧し、減圧後の圧縮空気を液体還元剤と混合して噴霧状態とした後、前記ノズルの噴孔から排気通路内に噴射し、前記高圧空気供給は、前記エアリザーバタンクに貯留される圧縮空気を前記高圧空気として、前記減圧後の圧縮空気よりも高い圧力で前記ノズル内部に供給することを特徴とする。
かかる構成によれば、ノズルの噴孔からエンジンの排気通路内に噴射される液体還元剤の噴射流量が０となったときに、ノズル内部に高圧空気が所定時間供給されるので、ノズル内部に液体還元剤が残留していても、この液体還元剤は高圧空気によって強制的に排気通路に排出される。これにより、排気通路を通過する排気の熱によりノズルが高温になっていても、ノズル内部に液体還元剤が凝固して付着することが抑制される。
また、エアリザーバタンクに貯留される圧縮空気が減圧されて液体還元剤と混合し、液体還元剤が噴霧状態になって排気通路内に噴射されるので、窒素酸化物還元触媒に液体還元剤が略均一に供給される。
更に、エアリザーバタンクに貯留される圧縮空気が、ノズル内部に所定時間供給される高圧空気として、減圧後の圧縮空気よりも高い圧力で使用される。
請求項２記載の発明においては、液体還元剤を用いて排気中の窒素酸化物を還元除去すべく、エンジンの排気通路に介装された窒素酸化物還元触媒と、前記窒素酸化物還元触媒上流の排気通路内に噴孔が開口するノズルと、エンジン運転状態に基づいて、前記ノズルの噴孔から排気通路内に液体還元剤を噴射する還元剤噴射手段と、前記還元剤噴射手段による液体還元剤の噴射流量が０となったときに、前記ノズル内部に高圧空気を所定時間供給して、前記ノズル内部の液体還元剤を排出させる高圧空気供給手段と、圧縮空気を貯留するエアリザーバタンクと、前記エアリザーバタンクに貯留される圧縮空気を、そのまま通過させるか又は所定圧力に減圧させて通過させるかを切換可能な減圧手段と、を含んでエンジンの排気浄化装置が構成され、前記還元剤噴射手段は、前記減圧手段により減圧させた圧縮空気を液体還元剤と混合して噴霧状態とした後、前記ノズルの噴孔から排気通路内に噴射し、前記高圧空気供給手段は、前記減圧手段をそのまま通過させた圧縮空気を前記高圧空気として、前記減圧後の圧縮空気よりも高い圧力で前記ノズル内部に供給することを特徴とする。
かかる構成によれば、エアリザーバタンクに貯留される圧縮空気から、２通りの圧力の圧縮空気（減圧させた圧縮空気及び通過させた圧縮空気）が作り出され、還元剤噴射手段又は高圧空気供給手段に供給される。
以上説明したように、請求項１記載の発明によれば、排気通路を通過する排気の熱によりノズルが高温になっているときに、液体還元剤の噴射が停止してノズル内部に液体還元剤が残留しても、高圧空気により排気管に排出されるので、ノズル内部に液体還元剤が凝固して付着することによる目詰まりの発生が抑制される。これにより、窒素酸化物還元触媒において、液体還元剤が不足することなく、排気中の窒素酸化物の還元除去が効率よく行われ、排気中の窒素酸化物が大気中に放出することが抑制できる。
また、窒素酸化物還元触媒に液体還元剤が略均一に供給されるので、窒素酸化物還元触媒における排気中の窒素酸化物の還元除去を効率よく行なうことができる。
更に、エアリザーバタンクに貯留される圧縮空気を、高圧空気供給手段において使用する高圧空気として利用することができる。
請求項５記載の発明によれば、エアリザーバタンクに貯留された圧縮空気が、減圧手段による減圧後のもの及び減圧手段をそのまま通過させたもの２通りの圧力に切り換えられて還元剤噴射手段又は高圧空気供給手段に供給されるので、還元剤噴射手段と高圧空気供給手段とで部品を共通化でき、部品点数の増加を抑制することができる。
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、本発明のエンジンの排気浄化装置の第１実施例の構成図である。
エンジン１の排気通路である排気管２には、窒素酸化物を還元浄化する窒素酸化物還元触媒３が介装されている。
窒素酸化物還元触媒３は、セラミックのコーディライトやＦｅ−Ｃｒ−Ａｌ系の耐熱鋼からなるハニカム形状の横断面を有するモノリスタイプの触媒担体に、例えば、ゼオライト系の活性成分が担持された構成をなす。そして、触媒担体に担持された活性成分は、尿素水溶液等の液体還元剤の供給を受けて活性化し、窒素酸化物を効果的に無害物質に転化させる。
窒素酸化物還元触媒３の上流には、排気管２内に開口した噴孔から液体還元剤を噴射するノズル４が設けられている。
エアリザーバタンク５には、７００〜１０００ｋＰａに圧縮された圧縮空気が貯留されている。エアリザーバタンク５に貯留された圧縮空気は、常閉弁である電磁開閉弁６及び減圧弁７を順番に通過して、還元剤添加装置８に供給される。なお、エアリザーバタンク５は、他の用途に設けられているエアリザーバタンクと共用にしてもよい。
また、還元剤タンク９には、尿素水溶液等の液体還元剤が貯留されている。還元剤タンク９に貯留された液体還元剤は、還元剤添加装置８に供給される。
還元剤添加装置８は、内部にポンプを有しており、ポンプが作動することにより圧縮空気に液体還元剤を添加し、液体還元剤を噴霧状態にした後ノズル４に供給する。なお、液体還元剤の添加流量は、ポンプの作動を制御することにより可変になっている。また、還元剤添加装置８は、供給された圧縮空気を常にノズル４に排出可能にその内部が連通している。
エアリザーバタンク５に貯留された圧縮空気は、電磁開閉弁６を通過した後に分岐し、逆止弁１０を通ってパージ用エアタンク１１に供給される。このため、パージ用エアタンク１１には、エアリザーバタンク５と略同圧の圧縮空気が貯留されることとなる。なお、逆止弁１０は、パージ用エアタンク１１から電磁開閉弁６の下流へ圧縮空気が逆流するのを阻止する。そして、パージ用エアタンク１１に貯留された圧縮空気は、常閉弁である電磁開閉弁１２を通過して還元剤添加装置８に供給される。
エンジン１には、エンジン１の回転速度や負荷を検出する運転状態検出センサ１３が設けられている。マイクロコンピュータを内蔵したコントローラ１４は、運転状態検出センサ１３からエンジン１の回転速度や負荷を入力して、還元剤添加装置８のポンプ、電磁開閉弁６及び電磁開閉弁１２を作動制御する。
なお、電磁開閉弁６、減圧弁７、還元剤添加装置８、還元剤タンク９、運転状態検出センサ１３及びコントローラ１４により還元剤噴射手段が構成される。また、パージ用エアタンク１１、電磁開閉弁１２及びコントローラ１４により高圧空気供給手段が構成される。
次に、このようなエンジンの排気浄化装置の動作について説明する。
エンジン１が作動することにより、その排気は排気管２に排出される。このとき、コントローラ１４は、運転状態検出センサ１３からエンジン１の回転速度や負荷を入力し、排気中の窒素酸化物を還元するために必要な液体還元剤の噴射流量を演算する。そして、液体還元剤の噴射流量が０でないときには、電磁開閉弁６を開弁させると共に、還元剤添加装置８のポンプを液体還元剤の噴射流量に基づいて作動制御する。これにより、エアリザーバタンク５内に貯留された圧縮空気が減圧弁７により所定圧力に減圧されて還元剤添加装置８に供給され、排気中の窒素酸化物を還元するために必要な流量の液体還元剤がこの減圧された圧縮空気と混合してノズル４から排気管２内に噴射される。そして、ノズル４から噴射された液体還元剤はエンジン１からの排気と混合し窒素酸化物還元触媒３に供給され、窒素酸化物還元触媒３において排気中の窒素酸化物が還元除去される。
また、コントローラ１４は、液体還元剤の噴射流量が０となったときには、電磁開閉弁６を閉弁させると共に還元剤添加装置８のポンプの作動を停止させ、排気管２内への液体還元剤の噴射を停止させる。その後、コントローラ１４は、電磁開閉弁１２を所定時間開弁させる。パージ用エアタンク１１に貯留された圧縮空気は、高圧空気として還元剤添加装置８に供給され、ノズル４の噴孔から排気管２内に排出される。これにより、液体還元剤の噴射が停止したときに、ノズル４の内部に液体還元剤が残留していても、圧縮空気により強制的に排気管２内に排出されるので、ノズル４の内部に液体還元剤が凝固して付着することが抑制される。このようにして、ノズル４の内部で目詰まりの発生が抑制され、液体還元剤の噴射が確保されるので、窒素酸化物還元触媒３において、還元剤が不足することなく、排気中の窒素酸化物の還元除去が効率よく行われ、排気中の窒素酸化物が大気中に放出することが抑制される。また、液体還元剤は噴霧状態でノズル４から噴射されるので、窒素酸化物還元触媒３に略均一に液体還元剤が供給され、窒素酸化物還元触媒３において排気中の窒素酸化物の還元除去が効率よく行われる。
なお、パージ用エアタンク１１に貯留された圧縮空気が使用されることにより、その圧力が低下しても、電磁開閉弁６が開弁したときにエアリザーバタンク５に貯留された圧縮空気が逆止弁１０を通ってパージ用エアタンク１１内に自動的に供給される。これにより、パージ用エアタンク１１に貯留されている圧縮空気の圧力が所定範囲内に保持される。
次に、図２を用いて、本発明のエンジンの排気浄化装置の第２実施例を説明する。
本実施例のエンジンの排気浄化装置では、エアリザーバタンク５に貯留された圧縮空気を所定圧力に減圧させる減圧弁７に代えて、エアリザーバタンク５に貯留された圧縮空気をそのまま通過させるか又は所定圧力に減圧させて通過させるかを切換可能な減圧弁３０を設け、コントローラ１４により減圧弁３０を切換制御するような構成にしている。
コントローラ１４は、液体還元剤を噴射させるときは、電磁開閉弁６を開弁させるよう制御すると共に、圧縮空気を減圧させるように減圧弁３０を切換制御する。また、コントローラ１４は、液体還元剤の噴射を停止してから所定時間の間は、電磁開閉弁６を開弁させるよう制御すると共に、圧縮空気を減圧させないように減圧弁３０を切換制御する。これにより、エアリザーバタンク５内の圧縮空気は、液体還元剤の噴射をするときには減圧され還元剤添加装置８に供給され、液体還元剤の噴射が停止してから所定時間の間は減圧されずに還元剤添加装置８に供給される。
このような構成により、電磁開閉弁の個数を少なくできると共に、パージ用エアタンク及び逆止弁が不要となり、簡単な構造となるので、スペースやコストを低減することができる。
なお、本実施例においては、電磁開閉弁６、還元剤添加装置８、還元剤タンク９、運転状態検出センサ１３及びコントローラ１４により還元剤噴射手段が構成されると共に、コントローラ１４により高圧空気供給手段が、減圧弁３０により減圧手段が構成される。
本発明の第１実施例における排気浄化装置の構成図 本発明の第２実施例における排気浄化装置の構成図
符号の説明
１ エンジン
２ 排気管
３ 窒素酸化物還元触媒
４ ノズル
５ エアリザーバタンク
６ 電磁開閉弁
７ 減圧弁
８ 還元剤添加装置
９ 還元剤タンク
１１ パージ用エアタンク
１２ 電磁開閉弁
１３ 運転状態検出センサ
１４ コントローラ
３０ 減圧弁

Claims (2)

  1. 液体還元剤を用いて排気中の窒素酸化物を還元除去すべく、エンジンの排気通路に介装された窒素酸化物還元触媒と、
    前記窒素酸化物還元触媒上流の排気通路内に噴孔が開口するノズルと、
    エンジン運転状態に基づいて、前記ノズルの噴孔から排気通路内に液体還元剤を噴射する還元剤噴射手段と、
    前記還元剤噴射手段による液体還元剤の噴射流量が０となったときに、前記ノズル内部に高圧空気を所定時間供給して、前記ノズル内部の液体還元剤を排出させる高圧空気供給手段と、
    圧縮空気を貯留するエアリザーバタンクと、
    を含んで構成され、
    前記還元剤噴射手段は、前記エアリザーバタンクに貯留される圧縮空気を所定圧力に減圧し、減圧後の圧縮空気を液体還元剤と混合して噴霧状態とした後、前記ノズルの噴孔から排気通路内に噴射し、
    前記高圧空気供給手段は、前記エアリザーバタンクに貯留される圧縮空気を前記高圧空気として、前記減圧後の圧縮空気よりも高い圧力で前記ノズル内部に供給することを特徴とするエンジンの排気浄化装置。
  2. 液体還元剤を用いて排気中の窒素酸化物を還元除去すべく、エンジンの排気通路に介装された窒素酸化物還元触媒と、
    前記窒素酸化物還元触媒上流の排気通路内に噴孔が開口するノズルと、
    エンジン運転状態に基づいて、前記ノズルの噴孔から排気通路内に液体還元剤を噴射する還元剤噴射手段と、
    前記還元剤噴射手段による液体還元剤の噴射流量が０となったときに、前記ノズル内部に高圧空気を所定時間供給して、前記ノズル内部の液体還元剤を排出させる高圧空気供給手段と、
    圧縮空気を貯留するエアリザーバタンクと、
    前記エアリザーバタンクに貯留される圧縮空気を、そのまま通過させるか又は所定圧力に減圧させて通過させるかを切換可能な減圧手段と、
    を含んで構成され、
    前記還元剤噴射手段は、前記減圧手段により減圧させた圧縮空気を液体還元剤と混合して噴霧状態とした後、前記ノズルの噴孔から排気通路内に噴射し、
    前記高圧空気供給手段は、前記減圧手段をそのまま通過させた圧縮空気を前記高圧空気として、前記減圧後の圧縮空気よりも高い圧力で前記ノズル内部に供給することを特徴とするエンジンの排気浄化装置。
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