JPH0571331A

JPH0571331A - 排ガス浄化装置

Info

Publication number: JPH0571331A
Application number: JP3254405A
Authority: JP
Inventors: Mitsuru Hosoya; 満細谷; Isao Uemitsu; 勲上光
Original assignee: Hino Motors Ltd
Current assignee: Hino Motors Ltd
Priority date: 1991-09-06
Filing date: 1991-09-06
Publication date: 1993-03-23
Anticipated expiration: 2012-10-15
Also published as: JP2662911B2

Abstract

(57)【要約】【目的】未反応還元剤の排出を抑制し、高いＮＯｘ転
化率でディーゼル・エンジンから排出されるＮＯｘを低
減する。【構成】還元装置１１は、ディーゼル・エンジン７０
の排ガスが還元剤供給装置１２で還元剤を混合させられ
て通過され、触媒２１上でその排ガスに含まれるＮＯｘ
をその還元剤で還元し、熱交換器１４が、その排ガスを
冷却し、吸着装置１３が、その排ガスから未反応還元剤
を吸着して排ガスを大気中に放出させるに加えて空気供
給装置１５から送られてその熱交換器１４で加熱された
空気でその吸着された未反応還元剤を脱離し、回収管１
６がその回収された未反応還元剤をその還元装置１１に
戻してＮＯｘの還元に使用させるところである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、ディーゼル車から排
出されるＮＯｘを低減する排ガス浄化装置、特に、触媒
および還元剤を使用する排ガス浄化装置に関する。

【０００２】

【背景技術】ディーゼル車から排出されるＮＯｘを触媒
および還元剤で低減する排ガス浄化装置が開発されてき
ているが、現在の触媒では、その還元剤が高い濃度でな
ければ、ＮＯｘの転化率が低くなるので、多量の還元剤
が供給される必要があった。その結果、未反応還元剤、
すなわち、炭化水素が多量に排出される不具合があっ
た。

【０００３】

【発明の課題】この発明の課題は、未反応還元剤の排出
を抑制し、高いＮＯｘ転化率でディーゼル・エンジンか
ら排出されるＮＯｘを低減するところの排ガス浄化装置
の提供にある。

【０００４】

【課題に相応する手段およびそれの作用】この発明は、
還元触媒を有してディーゼル・エンジンの排気管の途中
に配置される還元装置と、その還元装置の上流側におい
て、その排気管に配置される還元剤供給装置と、内部を
吸着ゾーンおよび再生ゾーンに区画しているケーシン
グ、および、活性炭を通気質に充填してそのケーシング
内において、その吸着ゾーンおよび再生ゾーン間に回転
されるロータからなり、その還元装置の下流側におい
て、その排気管にその吸着ゾーンを連結させる吸着装置
と、隔壁で互いに仕切られて熱の授受を行なう排ガス通
路および空気通路を備え、その還元装置および吸着装置
間でその排気管にその排ガス通路を、その吸着装置の再
生ゾーンの入口側にその空気通路の出口側をそれぞれ連
絡させる熱交換器と、その熱交換器の空気通路の入口側
に連絡される空気供給装置と、その吸着装置の再生ゾー
ンの出口側にその還元装置の入口側を連絡する回収管と
を備え、そのディーゼル・エンジンの排ガスに還元剤を
供給しながらその排ガスに含まれるＮＯｘをその触媒上
で還元し、未反応還元剤を含む排ガスを空気で冷却し、
その吸着ゾーンにおいて、その活性炭にその未反応還元
剤を吸着し、その再生ゾーンにおいて、その冷却に使用
された高温の空気でその未反応還元剤をその活性炭から
脱離させて回収し、そして、その回収された未反応還元
剤をその触媒に戻すところである。

【０００５】

【具体例の説明】以下、この発明の排ガス浄化装置の特
定された具体例について、図面を参照して説明する。図
１，図２，および、図３は、ディーゼル車に適用された
この発明の排ガス浄化装置の具体例１０を示している。
この排ガス浄化装置１０は、そのディーゼル車に搭載さ
れたディーゼル・エンジン７０の排気系統に適用され、
還元装置１１、還元剤供給装置１２、吸着装置１３、熱
交換器１４、空気供給装置１５、回収管１６、分岐排気
管１７、排ガス切換え装置１８、および、そのディーゼ
ル・エンジン７０の回転数および負荷および排ガスの温
度に応じて、その還元剤供給装置１２、吸着装置１３、
空気供給装置１５、および、排ガス切換え装置１８を制
御するコンピュータ１９で組み立てられた。

【０００６】その還元装置１１は、フランジ付き入口お
よび出口を備えたケーシング２０、および、そのケーシ
ング２０内に組み込まれた還元触媒２１からなり、その
ディーゼル・エンジン７０の排気管７２の途中にその入
口および出口をフランジ結合させてその排気管７２に配
置された。その還元触媒２１は、また、セラミック粉末
から成形され、乾燥および焼成工程を経て両端を開放し
た多数のセルからなるハニカム構造に製造されたキャリ
アを含み、勿論、そのキャリアに担持された触媒には、
ゼオライト系（Ｃｕ−ＺｓＨ５，Ｃｕ−モルテナイト、
他）が使用された。

【０００７】その還元剤供給装置１２は、この排ガス浄
化装置１０が還元剤として軽油を使用したので、そのデ
ィーゼル車の燃料を使用している。すなわち、この還元
剤供給装置１２は、フランジ付き入口および出口を備え
てその還元装置１１の上流側において、その排気管７２
の途中にその入口および出口をフランジン結合させてそ
の排気管７２に配置されたチャンバ・ケーシング２２
と、そのチャンバ・ケーシング２２内に配置された噴射
ノズル２３と、その噴射ノズル２３に配管３０で接続さ
れた燃料タンク７３と、その噴射ノズル２３に他の配管
３１で接続されたエア・タンク２４と、その配管３０に
配置された電動還元剤ポンプ２５および流量調整弁２６
と、その他の配管３１に配置された流量調整弁２７とで
構成され、そして、その流量調整弁２６、２７は、電動
モータ２８、２９で開閉され、弁開度が変えられる電動
弁が使用された。

【０００８】この還元剤供給装置１２では、そのディー
ゼル・エンジン７０の回転数および負荷、および、排ガ
スの温度に応じて、その流量調整弁２６、２７が開閉さ
れ、そして、弁開度が操作されてそのチャンバ・ケーシ
ング２２内で排ガスに軽油を霧状で供給し、その際に、
その軽油および空気の流量調整が行なわれる。

【０００９】その吸着装置１３は、図２から理解される
ように、仕切り壁３３で内部を吸着ゾーン３４および再
生ゾーン３５に区画し、そして、その吸着ゾーン３４に
連絡されたフランジ付き吸着側入口３６および出口３
７、および、その再生ゾーン３５に連絡されたフランジ
付き再生側入口３８および出口３９を備えたケーシング
３２と、ドラム形フレーム４１に無数の繊紙状活性炭４
３を通気質に充填してそのケーシング３２内でその吸着
ゾーン３４および再生ゾーン３５間に回転されるところ
で回転軸４２でそのケーシング３２に支持されたロータ
４０と、その回転軸４２にモータ・シャフト４５を歯車
結合させた電動モータ４４とで組み立てられ、そして、
その熱交換器１４の下流側において、その排気管７２の
途中にその吸着側入口３６および出口３７をフランジ結
合させてその吸着ゾーン３４がその排気管７２に連絡さ
れた。

【００１０】この吸着装置１３では、そのディーゼル・
エンジン７０の回転数および負荷、および、排ガスの温
度に応じて、そのロータ４０が、その電動モータ４４で
回転および停止され、また、そのチャンバ・ケーシング
２２において、軽油が還元剤として噴射され、分解さ
れ、その還元装置１１の還元触媒２１上でＮＯｘを還元
し、その際に、未反応炭化水素がその還元装置１１を通
過する排ガスに含まれるので、その軽油の供給量に応じ
て、回転速度の調整が行なわれ、所謂、その未反応炭化
水素（未反応還元剤）を吸着する能力の調整が行なわれ
る。

【００１１】その熱交換器１４は、隔壁に多数の薄い平
板４７を使用したプレート型熱交換器で、図３に示され
たように、ケーシング４６と、そのケーシング４６内に
所定の間隔で配置されたその多数の平板４７とで組み立
てられ、そして、そのケーシング４６内には、その多数
の平板４７で互いに仕切られて熱の授受を行なう多数の
排ガス通路４８および空気通路４９が形成されてある。
また、この熱交換器１４は、その排ガス通路４８に連絡
されたフランジ付き排ガス入口５０および出口５１、お
よび、その空気通路４９に連絡されたフランジ付き空気
入口５２および出口５３がそのケーシング４６に形成さ
れ、その還元装置１１および吸着装置１３間でその排気
管７２の途中にその排ガス入口５０および出口５１をフ
ランジ結合させてその排気管７２にその排ガス通路４８
を連絡させ、一方、その吸着装置１３の再生側入口３８
にその空気出口５３を加熱空気供給管５４で接続させ、
そして、空気がその空気通路４９に流れる際、その排ガ
ス通路４８に流れる排ガスで加熱され、その加熱された
空気がその吸着装置１３の再生ゾーン３５に供給可能に
されたところである。

【００１２】その空気供給装置１５は、その還元剤供給
装置１２のエア・タンク２４を共用し、その還元剤供給
装置１２の配管３１から分岐されてその熱交換器１４の
空気入口５２にフランジ結合された配管５５およびその
配管５５に配置された空気流量調整弁５６からなり、そ
して、その空気流量調整弁５６、電動モータ５７で開閉
され、そして、弁開度が変えられる電動弁が使用され
た。

【００１３】この空気供給装置１５では、そのディーゼ
ル・エンジン７０の回転数および負荷、および、排ガス
の温度に応じて、その空気流量調整弁５６が開閉され、
そして、弁開度が操作されてその熱交換器１４に空気を
供給し、その空気の流量調整が行なわれる。

【００１４】その回収管１６は、一端がその吸着装置１
３の再生側出口３９にフランジ結合され、そして、他端
がその還元装置１１において、そのケーシング２０の入
口内に突き出されてそのケーシング２０の入口に接続さ
れたところである。そして、この回収管１６は、その吸
着装置１３の再生ゾーン３５で脱離されたその未反応炭
化水素をその還元装置１１に戻し、その未反応炭化水素
が大気中に排出されることを抑制し、加えて、その還元
触媒２１上でＮＯｘの還元に利用可能にし、その還元剤
としてのその軽油の消費量を最小に低減させるところで
機能する。

【００１５】その分岐排気管１７は、一端がその吸着装
置１３および熱交換器１４の間でその排気管７２に、他
端がその吸着装置１３の下流側でその排気管７２にそれ
ぞれ接続された排気バイパスに具体化され、そのディー
ゼル・エンジン７０の排ガスが低温であると、その排ガ
スがその吸着装置１３を迂回可能にしてある。

【００１６】その排ガス切換え装置１８は、電動モータ
６０、６１で開閉されるバタフライ弁５８，５９が使用
され、そのバタフライ弁５８は、その吸着装置１３の上
流側であって、その排気バイパス１７の接続箇所の下流
側においてその排気管７２に配置され、また、そのバタ
フライ弁５９は、その排気バイパス１７に配置され、そ
のディーゼル・エンジン７０の排ガスの温度に応じて、
その熱交換器１４の排ガス出口５１にその吸着装置１３
の吸着側入口３６および排気バイパス１７切り換え接続
するところである。

【００１７】この排ガス切換え装置１８では、その排ガ
スが低温であると、そのバタフライ弁５８が閉じられ、
一方、そのバタフライ弁５９が開かれてその排気バイパ
ス１７にその排ガスを流し、そして、その排気管７２を
経て大気中にその排ガスを放出させ、また、その排ガス
が高温になると、そのバタフライ弁５９が閉じられ、一
方、そのバタフライ弁５８が開かれてその吸着装置１３
の吸着ゾーン３４にその排ガスを流し、その排ガスがそ
の吸着ゾーン３４を通過する際に、その排ガスに含まれ
る未反応炭化水素をその活性炭４３に吸着させてその排
ガスを浄化し、その排気管７２を経て大気中にその浄化
された排ガスを放出させるところである。

【００１８】そのコンピュータ１９は、そのディーゼル
・エンジン７０の回転数および負荷、および、排ガスの
温度に応じて、その還元剤供給装置１２、吸着装置１
３、空気供給装置１５、および排ガス切換え装置１８を
制御する。

【００１９】さらに具体的に述べると、そのコンピュー
タ１９は、入力回路にエンジン回転センサ６２、エンジ
ン負荷センサ６３、および、排ガス温度センサ６４を電
気的に接続し、一方、出力回路にその還元剤供給装置１
２の電動還元剤ポンプ２５および流量調整弁２６、２
７、吸着装置１３の電動モータ４４、空気供給装置１５
の流量調整弁５６、および、排ガス切換え装置１８の電
動モータ６０、６１に電気的に接続し、そして、予めメ
モリに入力された制御パターンに基づいてそれらを制御
するところである。勿論、その回転センサ６２および負
荷センサ６３はそのディーゼル・エンジン７０に配置さ
れ、そして、その温度センサ６４はその空気供給装置１
５のチャンバ・ケーシング２２の上流側でその排気管７
２に配置された。

【００２０】次に、上述されたその排ガス浄化装置１０
の動作をそのディーゼル・エンジン７０の運転状態に関
連して説明する。今、そのディーゼル車が低速走行され
てそのディーゼル・エンジン７０が低速回転、低負荷で
運転されていると、そのディーゼル・エンジン７０の排
ガスは低温であるので、そのコンピュータ１９は、その
回転センサ６２、負荷センサ６３、および、温度センサ
６４から信号を電気的に入力し、その信号をその制御パ
ターンに対比させ、その制御パターンからその還元剤供
給装置１１、吸着装置１３、空気供給装置１５、およ
び、排ガス切換え装置１８の出力電流が読み取られ、そ
の読み取られた出力電流でそれらの電動還元剤ポンプ２
５および電動モータ２８、２９、４４、５７、６０、６
１を制御する。

【００２１】この場合、そのディーゼル・エンジン７０
の排ガスには、ＮＯｘが含まれるものの触媒の活性領域
から外れるので、その電動還元剤ポンプ２５は停止さ
れ、その流量調整弁２６、２７、５６は、その電動モー
タ２８、２９、５７で閉じられ、そして、そのロータ４
０は、その電動モータ４４で停止され、一方、そのバタ
フライ弁５８がその電動モータ６０で閉じられ、そし
て、そのバタフライ弁５９がその電動モータ６１で開か
れるので、その還元剤としての軽油の供給が止められ、
また、空気の供給も止められ、その排ガスは、その還元
剤供給装置１２のチャンバ・ケーシング２２、還元装置
１１、および熱交換器１４を順次に通過し、そしてさら
に、その排気バイパス１７および排気管７２に順次に流
れて大気中に放出される。

【００２２】その後、そのディーゼル車が高速走行に移
行されると、そのディーゼル・エンジン７０が高速回
転、高負荷で運転されるので、そのディーゼル・エンジ
ン７０においては、燃焼が高温で行なわれ、それの排ガ
スには、ＮＯｘが含まれる。そして、そのコンピュータ
１９は、そのディーゼル・エンジン７０の運転状態にお
けるエンジン回転数および負荷および排ガス温度をその
回転センサ６２、負荷センサ６３、および、温度センサ
６４から電気信号で入力し、その信号をその制御パター
ンに対比させ、その制御パターンからその還元剤供給装
置１２、吸着装置１３、空気供給装置１５、および、排
ガス切換え装置１８の出力電流が読み取られ、その読み
取られた出力電流でそれらの電動還元剤ポンプ２５と電
動モータ２８、２９、４４、５７、６０、６１とを制御
する。

【００２３】この場合、そのディーゼル・エンジン７０
の排ガスにはＮＯｘが含まれるに加えてその排ガスは高
温で多量になるので、その流量調整弁２６、２７、５６
は、その電動モータ２８、２９、５７で開かれ、軽油が
その電動装置還元剤ポンプ２５で供給され、空気でその
チャンバ・ケーシング２２内に霧状に噴射され、同時
に、空気がその熱交換器１４に供給され、また、そのロ
ータ４０はその電動モータ４４で回転され、一方、その
バタフライ弁５８がその電動モータ６０で開かれ、そし
て、そのバタフライ弁５９がその電動モータ６１で閉じ
られる。

【００２４】そのディーゼル・エンジン７０の排ガス
は、排気マニホルド７１、排気管７２の上流側に流れて
そのチャンバ・ケーシング２２内に流れ、そこでその軽
油を混合させ、その軽油を分解させながら、次に、その
ケーシング２０に流れ込み、そして、その還元触媒２１
を通過する。その際に、その排ガスに含まれるＮＯｘは
その還元触媒２１上でその軽油の分解された炭化水素で
還元される。その還元触媒２１を通過した排ガスには、
未反応炭化水素が含まれるので、その排ガスはその熱交
換器１４に流され、その空気供給装置１５から送られる
空気で１００℃以下に冷却され、そして、その吸着装置
１３のケーシング３２内の吸着ゾーン３４に流れ、その
吸着ゾーン３４において、そのロータ４０に充填された
活性炭４３に未反応炭化水素を吸着させ、浄化されてそ
の排気管７２の下流側に流れて大気中に放出される。

【００２５】一方、その吸着された未反応炭化水素は、
そのロータ４０がその電動モータ４４でそのケーシング
３２内の再生ゾーン３５に回転されると、その空気供給
装置１５から送られてその熱交換器１４を通過する際
に、その排ガスを冷却することによって加熱された空気
でその活性炭から脱離される。そして、その脱離された
未反応炭化水素は、その回収管１６でその還元装置１１
のケーシング２０の入口に戻されてその排ガスに含まれ
るＮＯｘの還元に使用される。その結果、そのＮＯｘに
加えてその未反応炭化水素、所謂、未反応還元剤の大気
放出にも抑制されてその軽油、すなわち、還元剤の消費
量が最小に低減された。

【００２６】上述された排ガス浄化装置１０では、その
還元装置１１、還元剤供給装置１２、および、熱交換器
１４が、それぞれ独立されたところで説明されたが、そ
れらは、ケーシングを共用させて組み合わせ可能であ
り、また、その熱交換器１４は、プレート構造に説明さ
れたが、これも適宜の構造に変形可能であり、さらに、
その排ガス切換え装置１８は、２箇のバタフライ弁５
８、５９が使用されたところで説明されたが、その排気
管７２とその排気バイパス１７との接続箇所に配置さ
れ、そして、電動モータで開閉される１箇のバタフライ
弁に置き換え可能である。

【００２７】

【発明の便益】上述から理解されるように、この発明の
排ガス浄化装置は、還元触媒を有してディーゼル・エン
ジンの排気管の途中に配置される還元装置と、その還元
装置の上流側において、その排気管に配置される還元剤
供給装置と、内部を吸着ゾーンおよび再生ゾーンに区画
しているケーシング、および、活性炭を通気質に充填し
てそのケーシング内において、その吸着ゾーンおよび再
生ゾーン間に回転されるロータからなり、その還元装置
の下流側において、その排気管にその吸着ゾーンを連絡
させる吸着装置と、隔壁で互いに仕切られて熱の授受を
行なう排ガス通路および空気通路を備え、その還元装置
および吸着装置間でその排気管にその排ガス通路を、そ
の吸着装置の再生ゾーンの入口側にその空気通路の出口
側をそれぞれ連絡させる熱交換器と、その熱交換器の空
気通路の入口側に連絡させる空気供給装置と、その吸着
装置の再生ゾーンの出口側にその還元装置の入口側を連
絡する回収管とを含み、また、それらにその吸着装置お
よび熱交換器の間でその排気管から分岐される分岐排気
管と、その熱交換器の排ガス通路の出口側にその吸着装
置の吸着ゾーンおよびその分岐排気管を切り換え連絡可
能にする排ガス切換え装置とを含むので、この発明の排
ガス浄化装置では、そのディーゼル・エンジンから排ガ
スに含まれて排出されるＮＯｘが、その触媒上でその還
元剤によって還元処理され、そして、未反応還元剤が回
収され、ＮＯｘの還元処理に利用可能になってその還元
剤の消費量が最小に低減され、そして、そのようにして
未反応還元剤の排出が抑制されて高い転化率でＮＯｘが
低減可能になってそのディーゼル・エンジンの排ガスが
浄化可能になり、ディーゼル車にとって非常に有用で実
用的である。

【００２８】先のように、図面を参照して説明されたこ
の発明の具体例から明らかであるように、この発明の属
する技術の分野における通常の知識を有する者にとっ
て、この発明の内容は、その発明の課題を成し遂げるた
めにその発明の成立に必須であってその発明の性質であ
るところのその発明の技術的本質に由来し、そして、そ
れを内在させると客観的に認められる態様に容易に具体
化される。

【図面の簡単な説明】

【図１】ディーゼル車において、ディーゼル・エンジン
に適用されたこの発明の排ガス浄化装置の具体例を示し
た概説図である。

【図２】図１に示された排ガス浄化装置の吸着装置を断
面して示した斜視図である。

【図３】図１に示された排ガス浄化装置の熱交換器を一
部破断して示した斜視図である。

【符号の説明】

１１還元装置１２還元剤供給装置１３吸着装置１４熱交換器１５空気供給装置１６回収管１７分岐排気管１８排ガス切換え装置２１還元触媒２３噴射ノズル３４吸着ゾーン３５再生ゾーン４０ロータ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】還元触媒を有してディーゼル・エンジン
の排気管の途中に配置される還元装置と、その還元装置
の上流側において、その排気管に配置される還元剤供給
装置と、内部を吸着ゾーンおよび再生ゾーンに区画して
いるケーシング、および、活性炭を通気質に充填してそ
のケーシング内において、その吸着ゾーンおよび再生ゾ
ーン間に回転されるロータからなり、その還元装置の下
流側において、その排気管にその吸着ゾーンを連絡させ
る吸着装置と、隔壁で互いに仕切られて熱の授受を行な
う排ガス通路および空気通路を備え、その還元装置およ
び吸着装置間でその排気管にその排ガス通路を、その吸
着装置の再生ゾーンの入口側にその空気通路の出口側を
それぞれ連絡させる熱交換器と、その熱交換器の空気通
路の入口側に連絡される空気供給装置と、その吸着装置
の再生ゾーンの出口側にその還元装置の入口側を連絡す
る回収管とを含む排ガス浄化装置。
【請求項２】還元触媒を有してディーゼル・エンジン
の排気管の途中に配置される還元装置と、その還元装置
の上流側において、その排気管に配置される還元剤供給
装置と、内部を吸着ゾーンおよび再生ゾーンに区画して
いるケーシング、および、活性炭を通気質に充填してそ
のケーシング内において、その吸着ゾーンおよび再生ゾ
ーン間に回転されるロータからなり、その還元装置の下
流側において、その排気管にその吸着ゾーンを連絡させ
る吸着装置と、隔壁で互いに仕切られて熱の授受を行な
う排ガス通路および空気通路を備え、その還元装置およ
び吸着装置間でその排気管にその排ガス通路を、その吸
着装置の再生ゾーンの入口側にその空気通路の出口側を
それぞれ連絡させる熱交換器と、その熱交換器の空気通
路の入口側に連絡される空気供給装置と、その吸着装置
の再生ゾーンの出口側にその還元装置の入口側を連絡す
る回収管と、その吸着装置および熱交換器の間でその排
気管から分岐される分岐排気管と、その熱交換器の排ガ
ス通路の出口側にその吸着装置の吸着ゾーンおよびその
分岐排気管を切り換え連絡可能にする排ガス切換え装置
とを含む排ガス浄化装置。
【請求項３】その分岐排気管が、その熱交換器の下流
側で、その吸着装置の上流側および下流側において、そ
の排気管に接続される排気バイパスである請求項２に記
載の排ガス浄化装置。
【請求項４】その排ガス切換え装置が、その分岐排気
管の分岐箇所の下流側でその排気管に配置される遮断弁
およびその分岐排気管に配置される他の遮断弁である請
求項２に記載の排ガス浄化装置。