[go: up one dir, main page]

JP2011033001A - 排気ガス浄化装置 - Google Patents

排気ガス浄化装置 Download PDF

Info

Publication number
JP2011033001A
JP2011033001A JP2009182742A JP2009182742A JP2011033001A JP 2011033001 A JP2011033001 A JP 2011033001A JP 2009182742 A JP2009182742 A JP 2009182742A JP 2009182742 A JP2009182742 A JP 2009182742A JP 2011033001 A JP2011033001 A JP 2011033001A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
exhaust gas
urea water
oxidation catalyst
gas purification
catalyst
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2009182742A
Other languages
English (en)
Inventor
Yoshifumi Kato
祥文 加藤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyota Industries Corp
Original Assignee
Toyota Industries Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toyota Industries Corp filed Critical Toyota Industries Corp
Priority to JP2009182742A priority Critical patent/JP2011033001A/ja
Priority to EP10170297A priority patent/EP2292905A1/en
Priority to KR1020100075190A priority patent/KR20110014525A/ko
Priority to US12/850,054 priority patent/US20110030358A1/en
Publication of JP2011033001A publication Critical patent/JP2011033001A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01NGAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/08Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
    • F01N3/10Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust
    • F01N3/18Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by methods of operation; Control
    • F01N3/20Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by methods of operation; Control specially adapted for catalytic conversion
    • F01N3/206Adding periodically or continuously substances to exhaust gases for promoting purification, e.g. catalytic material in liquid form, NOx reducing agents
    • F01N3/208Control of selective catalytic reduction [SCR], e.g. by adjusting the dosing of reducing agent
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01NGAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/08Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
    • F01N3/0807Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by using absorbents or adsorbents
    • F01N3/0814Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by using absorbents or adsorbents combined with catalytic converters, e.g. NOx absorption/storage reduction catalysts
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01NGAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
    • F01N2560/00Exhaust systems with means for detecting or measuring exhaust gas components or characteristics
    • F01N2560/06Exhaust systems with means for detecting or measuring exhaust gas components or characteristics the means being a temperature sensor
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01NGAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
    • F01N2610/00Adding substances to exhaust gases
    • F01N2610/02Adding substances to exhaust gases the substance being ammonia or urea
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01NGAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
    • F01N2610/00Adding substances to exhaust gases
    • F01N2610/14Arrangements for the supply of substances, e.g. conduits
    • F01N2610/1453Sprayers or atomisers; Arrangement thereof in the exhaust apparatus
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01NGAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
    • F01N2610/00Adding substances to exhaust gases
    • F01N2610/14Arrangements for the supply of substances, e.g. conduits
    • F01N2610/1453Sprayers or atomisers; Arrangement thereof in the exhaust apparatus
    • F01N2610/146Control thereof, e.g. control of injectors or injection valves
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01NGAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
    • F01N2900/00Details of electrical control or of the monitoring of the exhaust gas treating apparatus
    • F01N2900/04Methods of control or diagnosing
    • F01N2900/0408Methods of control or diagnosing using a feed-back loop
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12Improving ICE efficiencies

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Exhaust Gas After Treatment (AREA)
  • Combined Controls Of Internal Combustion Engines (AREA)
  • Processes For Solid Components From Exhaust (AREA)

Abstract

【課題】排気ガスの浄化効率を維持しながら小型で安価な排気ガス浄化装置を提供する。
【解決手段】浄化装置本体101のケーシング104の内部には、上流から順に、酸化触媒108と、ミキサ111と、DPF112と、SCR触媒113とが収められている。また、酸化触媒108の上流には、排気ガス中に尿素水を添加するための尿素水噴射ノズル109が設けられ、酸化触媒108の下流には、尿素水噴射ノズル110が設けられている。排気ガス温度が所定の閾値未満の場合には、尿素水噴射ノズル109を動作させて酸化触媒108の上流から排気ガス中に尿素水を添加し、排気ガス温度が所定の閾値以上の場合には、尿素水噴射ノズル110を動作させて酸化触媒108の下流から排気ガス中に尿素水を添加する。
【選択図】図2

Description

この発明は、排気ガス浄化装置に係り、特にディーゼルエンジンの排気ガス中に含まれる窒素酸化物(NOx)を浄化するための尿素SCR(Selective Catalytic Reduction)システムを備えた排気ガス浄化装置に関する。
ディーゼルエンジンの排気ガス中に含まれるNOxを浄化するための尿素SCRシステムが開発されている。尿素SCRシステムでは、排気ガス中に添加される尿素水の加水分解により生成されるアンモニアとNOxとの化学反応によってNOxを窒素及び水に浄化するために、SCR触媒と呼ばれる触媒が用いられる。
一般的な尿素SCRシステムを備えた排気ガス浄化装置では、排気ガス中に含まれるハイドロカーボン(HC)及び一酸化炭素(CO)を水(HO)及び二酸化炭素(CO)に酸化すると共に、一酸化窒素(NO)を二酸化窒素(NO)に酸化するのを促進するための酸化触媒の下流に、SCR触媒が設けられている。このような装置では、酸化触媒の下流且つSCR触媒の上流から排気ガス中に尿素水を添加することによってSCR触媒においてNOxを浄化している。
また、特許文献1に記載の排気ガス浄化装置では、排気ガス中に含まれるNOxを吸蔵するためのNOx吸蔵触媒の下流に、SCR触媒を担持させたディーゼルパティキュレートフィルタ(DPF)が設けられている。この装置では、排気ガスが低温の場合には、NOx吸蔵触媒の下流且つSCR触媒付DPFの上流から尿素水を添加することによってSCR触媒においてNOxを浄化し、排気ガスが高温の場合には、NOx吸蔵触媒の上流から燃料(HC)を添加することによってNOx吸蔵触媒においてNOxを浄化している。
また、特許文献2に記載の排気ガス浄化装置では、低温においてNOx還元能力を有する酸化触媒の下流に、SCR触媒が設けられている。この装置では、排気ガスが低温の場合には、酸化触媒の上流から尿素水を添加することによって酸化触媒においてNOxを浄化し、排気ガスが高温の場合には、酸化触媒の下流且つSCR触媒の上流から尿素水を添加することによってSCR触媒においてNOxを浄化している。
特開2006−274986号公報 特表2003−525380号公報
一般に、SCR触媒における高い浄化効率を得るためには、SCR触媒の上流において尿素水の加水分解によるアンモニアの生成が十分に行われる必要があり、これにはある程度の区間長が必要とされる。排気ガスが高温の場合には、この区間長は比較的短くてよいが、排気ガスが低温の場合には、必要な区間長は長くなる。
従来、酸化触媒の下流にSCR触媒が設けられた排気ガス浄化装置において、酸化触媒の上流から排気ガス中に尿素水を添加することによって、尿素水が加水分解されるのに必要な区間長を確保しながら装置を小型化することが行われている。しかしながら、酸化触媒の上流から尿素水を添加すると、排気ガスが高温の場合には、尿素水が酸化触媒によって酸化されてアンモニアの生成が阻害されてしまう。また、生成されたアンモニアが酸化触媒によって酸化されてしまう。そのため、排気ガスの浄化効率が低下してしまう。
また、特許文献1に記載の排気ガス浄化装置では、排気ガスが低温の場合に、NOx吸蔵触媒の下流且つSCR触媒付DPFの上流から排気ガス中に尿素水を添加する。排気ガスが低温であるため、尿素水が加水分解されるのに必要な区間長、すなわちNOx吸蔵触媒とSCR触媒付DPFとの間の距離を長くとらなければならず、装置が大型化してしまう。
また、特許文献2に記載の排気ガス浄化装置では、排気ガスが高温の場合に、酸化触媒の下流且つSCR触媒の上流から排気ガス中に尿素水を添加する。排気ガスが高温であるため、尿素水が加水分解されるのに必要な区間長、すなわち酸化触媒とSCR触媒との間の距離は短くてよい。しかしながら、この装置では、排気ガスが低温の場合に、酸化触媒の上流から尿素水を添加することによって酸化触媒においてNOxを浄化している。よって、酸化触媒を、白金(Pt)、ロジウム(Rh)、パラジウム(Pd)等のNOx還元能力を有する高価な貴金属によって形成する必要があり、装置が高価になってしまう。
この発明はこのような問題点を解決するためになされたものであり、排気ガスの浄化効率を維持しながら小型で安価な排気ガス浄化装置を提供することを目的とする。
上記の課題を解決するために、この発明に係る排気ガス浄化装置は、排気ガス中に含まれる一酸化窒素を酸化して二酸化窒素にするための酸化触媒と、酸化触媒の下流に設けられたSCR触媒とを備える排気ガス浄化装置において、酸化触媒の上流に設けられた第1の尿素水添加手段と、酸化触媒の下流且つSCR触媒の上流に設けられた第2の尿素水添加手段と、第1の尿素水添加手段及び第2の尿素水添加手段の尿素水添加動作を、排気ガスの温度に基づいて制御する制御手段とを有する。
これにより、尿素水が加水分解されるのに必要な区間長を確保しながら装置を小型化することができると共に、尿素水及び生成されたアンモニアは酸化触媒において殆ど酸化されないため、排気ガスの浄化効率が維持される。また、尿素水が加水分解されるのに必要な区間長を確保できるので、NOxの浄化に必要なアンモニアを確実に生成でき、SCR触媒において確実にNOxを浄化できる。よって、酸化触媒ではNOx還元能力を必要とせず、NOx還元能力を有する高価な貴金属によって形成する必要がないため、装置が安価になる。
このような構成において、制御装置は、排気ガスの温度が所定の閾値未満の場合には、第1の尿素水添加手段を動作させて尿素水を添加し、排気ガスの温度が所定の閾値以上の場合には、第2の尿素水添加手段を動作させて尿素水を添加すると好適である。
これにより、排気ガスの温度が所定の閾値未満であり、尿素水が加水分解されるのに必要な区間長が長い場合には、第1の尿素水添加手段によって酸化触媒の上流から尿素水が添加される。このとき、排気ガス温度が低いので、尿素水及び生成されたアンモニアは、酸化触媒において殆ど酸化されることがない。一方、排気ガスの温度が所定の閾値以上であり、尿素水が加水分解されるのに必要な区間長が短い場合には、第2の尿素水添加手段によって酸化触媒の下流から尿素水が添加される。このとき、酸化触媒の下流から尿素水が添加されるので、尿素水及び生成されたアンモニアは、酸化触媒において殆ど酸化されることがない。
制御装置は、第1の尿素水添加手段及び第2の尿素水添加手段の尿素水添加動作を、排気ガスの温度及び流量に基づいて制御してもよい。
これにより、排気ガスの浄化効率が最適に保たれる。
このような構成において、制御装置は、排気ガスの温度及び流量に基づいて、第1の尿素水添加手段によって添加する尿素水の量と第2の尿素水添加手段によって添加する尿素水の量との比率を制御すると好適である。
酸化触媒は、Ag系の触媒であってもよい。
これにより、Ag系の触媒は、NOx還元能力を有する貴金属よりも安価であるので、装置を安価にすることができる。
SCR触媒の上流には、尿素水の加水分解により生成されるアンモニアと排気ガスとを混合させる混合手段が設けられてもよい。
これにより、生成されたアンモニアと排気ガスとの混合を促進させることができる。
SCR触媒の上流には、ディーゼルパティキュレートフィルタが設けられてもよい。
これにより、排気ガス中に含まれるパティキュレートマター(PM)を除去することができる。
SCR触媒とディーゼルパティキュレートフィルタとが一体的に構成されてもよい。
これにより、装置を小型化することができる。
排気ガス浄化装置は、エンジンアセンブリに取り付けられてもよい。
これにより、エンジンアセンブリの熱によって尿素水の加水分解が促進されると共に、酸化触媒及びSCR触媒の触媒作用が活性化される。
この発明に係る排気ガス浄化装置によれば、排気ガスの浄化効率を維持しながら小型で安価な排気ガス浄化装置となる。
この発明の実施の形態1に係る排気ガス浄化装置を備えたディーゼルエンジンの構成を示す図である。 実施の形態1に係る排気ガス浄化装置の浄化装置本体の模式断面図である。 実施の形態1に係る排気ガス浄化装置のDCUが備えるテーブルである。 この発明の実施の形態2に係る排気ガス浄化装置を備えたディーゼルエンジンの構成を示す図である。 実施の形態2に係る排気ガス浄化装置のDCUが備えるマップである。
以下、この発明の実施の形態について添付図面に基づいて説明する。
実施の形態1.
この発明の実施の形態1に係る排気ガス浄化装置を備えたディーゼルエンジンの構成を図1に示す。ディーゼルエンジン本体1には、吸気マニホールド2と排気マニホールド3とが取り付けられている。吸気マニホールド2の上流にはターボチャージャ4のコンプレッサ部4aが接続され、コンプレッサ部4aの上流は図示しない吸気管に連通している。また、排気マニホールド3の下流にはターボチャージャ4のタービン部4bが接続され、タービン部4bの下流には排気ガス浄化装置100の浄化装置本体101が取り付けられている。ここで、エンジン本体1と、吸気マニホールド2と、排気マニホールド3と、ターボチャージャ4とは、エンジンアセンブリ10を構成している。
ターボチャージャ4のタービン部4bと浄化装置本体101との間には、排気ガスの温度を測定するための温度センサ102が取り付けられている。温度センサ102及び浄化装置本体101は、排気ガス中への尿素水(還元剤)の添加動作を制御するための制御装置であるDCU(Dosing Control Unit)103に電気的に接続されている。排気ガス浄化装置100は、浄化装置本体101と、温度センサ102と、DCU103とによって構成されている。
次に、浄化装置本体101の模式断面図を図2に示す。浄化装置本体101は、略円筒形状のケーシング104を備えている。ケーシング104の一端104aには、ターボチャージャ4のタービン部4bに連通する排気ガス流入口105が設けられている。また、ケーシング104の他端104bには、図示しない排気管に連通する排気ガス流出口106が設けられている。そして、ケーシング104の内部には、排気ガス流入口105から排気ガス流出口106へと排気ガスが流通する排気通路107が形成されている。
排気通路107の途中には、排気ガス中に含まれるハイドロカーボン及び一酸化炭素を水及び二酸化炭素に酸化すると共に、NOをNOに酸化するのを促進するための酸化触媒108が設けられている。後述するSCR触媒113の浄化効率は、排気ガス中に含まれるNOとNOとのモル比が1:1のときに最大となるが、通常の排気ガス中にはNOよりもNOの方が多く含まれている。そのため、酸化触媒108によって排気ガス中に含まれるNOの一部を酸化してNOにすることにより、排気ガスの浄化効率を向上させる。
酸化触媒108の上流には、排気ガス中に尿素水を添加するための第1の尿素水添加手段である尿素水噴射ノズル109が設けられている。また、酸化触媒108の下流且つSCR触媒113の上流には、第2の尿素水添加手段である尿素水噴射ノズル110が設けられている。これら尿素水噴射ノズル109,110は、図示しない尿素水タンクに連通すると共に、DCU103に電気的に接続されてその噴射動作(尿素水添加動作)が制御される。
尿素水噴射ノズル110の下流には、尿素水の加水分解により生成されるアンモニアと排気ガスとを混合させるための混合手段であるミキサ111が設けられている。ミキサ111には、排気ガス流方向(図中の白抜き矢印の向き)に貫通する複数の透孔111aが格子状に形成されている。そして、各透孔111aの下流側には、薄板111bが取り付けられている。ここで、隣り合う薄板111b同士は、互いに逆向きに排気ガス流方向に対して20°〜30°傾斜して取り付けられている。
ミキサ111の下流には、排気ガス中に含まれるPMを除去するためのDPF112と、アンモニアとNOxとの化学反応によってNOxを窒素及び水に浄化するためのSCR触媒113とが設けられている。尚、この実施の形態1において、DPF112とSCR触媒113とは一体的に構成されている。
以上のように、浄化装置本体101のケーシング104の内部には、上流から順に、酸化触媒108と、ミキサ111と、DPF112と、SCR触媒113とが収められている。
次に、実施の形態1に係る排気ガス浄化装置100の動作について説明する。
エンジンアセンブリ10から排出された排気ガス(図2中の白抜き矢印)は、排気ガス流入口105から浄化装置本体101の内部に流入する。そして、排気通路107を流通する過程でまず酸化触媒108に流入し、排気ガス中に含まれるハイドロカーボン及び一酸化炭素が酸化されて二酸化炭素及び水になると共に、NOの一部は酸化されてNOになる。
DCU103は、温度センサ102によって取得される排気ガスの温度に基づいて尿素水噴射ノズル109,110の噴射動作を制御することによって、酸化触媒106の上流又は下流から排気ガス中に尿素水を添加する。
詳細には、DCU103は、尿素水噴射ノズル109,110の噴射動作を制御するための図3に示されるようなテーブルを備えている。このテーブルは、予め種々の排気ガス温度において尿素水噴射ノズル109,110のどちらから排気ガス中に尿素水を添加したほうが加水分解によって生成されるアンモニアの量が多くなるかを実験して作成したものである。DCU103は、所定の時間間隔ごとに、温度センサ102によって取得される排気ガス温度に基づいて、尿素水噴射ノズル109,110のどちらを動作させて排気ガス中に尿素水を添加するかを決定する。
図3に示される例では、排気ガス温度が所定の閾値250℃未満の場合には、尿素水噴射ノズル109を動作させて酸化触媒108の上流から排気ガス中に尿素水を添加する。このとき、排気ガス温度が低いために加水分解の反応速度も遅いが、反応のための区間(酸化触媒108の上流側からSCR触媒113までの区間)を長くとることができるため、十分な量のアンモニアが生成される。また、排気ガス温度が低いので、尿素水及び生成されたアンモニアは、酸化触媒108において殆ど酸化されることがない。
一方、排気ガス温度が所定の閾値250℃以上の場合には、尿素水噴射ノズル110を動作させて酸化触媒108の下流から排気ガス中に尿素水を添加する。このとき、排気ガス温度が高いために加水分解の反応速度も速く、反応のための区間(酸化触媒108の下流側からSCR触媒113までの区間)が短くても十分な量のアンモニアが生成される。また、酸化触媒108の下流から尿素水を添加するので、尿素水及び生成されたアンモニアは、酸化触媒108において殆ど酸化されることがない。
図2に戻って、尿素水噴射ノズル109又は110によって添加された尿素水は、SCR触媒113まで到達する過程においてアンモニアと二酸化炭素に加水分解される。そして、生成されたアンモニアは、ミキサ111の下流側に取り付けられた薄板111bの作用により生じる渦流によって排気ガスと混合される。アンモニアと混合された排気ガスは、DPF112に流入して排気ガス中のPMが捕集された後、SCR触媒113に流入する。SCR触媒113において、排気ガス中に含まれるNOxはアンモニアとの化学反応によって窒素及び水に浄化される。NOxが浄化された排気ガスは、排気ガス流出口106から排出される。
以上説明したように、実施の形態1に係る排気ガス浄化装置100によれば、DCU103は、排気ガス温度が所定の閾値(250℃)未満であり、尿素水が加水分解されるのに必要な区間長が長い場合には、尿素水噴射ノズル109を動作させて酸化触媒108の上流から排気ガス中に尿素水を添加する。このとき、排気ガス温度が低いので、尿素水及び生成されたアンモニアは、酸化触媒108において殆ど酸化されることがない。一方、排気ガス温度が所定の閾値(250℃)以上であり、尿素水が加水分解されるのに必要な区間長が短い場合には、尿素水噴射ノズル110を動作させて酸化触媒108の下流から排気ガス中に尿素水を添加する。このとき、酸化触媒108の下流から尿素水を添加するので、尿素水及び生成されたアンモニアは、酸化触媒108において殆ど酸化されることがない。
これにより、尿素水が加水分解されるのに必要な区間長を確保しながら装置を小型化することができると共に、尿素水及び生成されたアンモニアは酸化触媒108において殆ど酸化されないため、排気ガスの浄化効率が維持される。
また、酸化触媒108は、排気ガス中に含まれるハイドロカーボン及び一酸化炭素を酸化して二酸化炭素及び水にすると共に、NOを酸化してNOにするために設けられており、排気ガス中に含まれるNOxを還元する能力を有する必要はない。そのため、酸化触媒108を、Pt、Rh、Pd等のNOx還元能力を有する高価な貴金属によって形成する必要はなく、装置が安価になる。特に、酸化触媒108を、NOx還元能力を有さない安価なAg系の触媒(Ag元素を主成分とする触媒であって、例えばAgO等)とすることによって、装置が大幅に安価になる。
上記に加えて、SCR触媒113の上流には、ミキサ111が設けられているため、尿素水の加水分解により生成されるアンモニアと排気ガスとの混合を促進させることができる。
また、SCR触媒113の上流には、DPF112が設けられているため、排気ガス中に含まれるPMを除去することができる。
また、DPF112とSCR触媒113とは一体的に構成されているため、装置を小型化することができる。
さらに、酸化触媒108と、ミキサ111と、DPF112と、SCR触媒113とが1つのケーシング104内に収められているため、装置を小型化することができる。
また、従来の排気ガス浄化装置は大型であり、自動車に搭載する場合にはエンジンルーム内に収めることができず、車体下部に配置されていた。しかしながら、実施の形態1に係る排気ガス浄化装置100は小型であるため、エンジンアセンブリ10に直接取り付けてエンジンルーム内に収めることができる。これにより、エンジンアセンブリ10の熱によって尿素水の加水分解が促進されると共に、酸化触媒108及びSCR113触媒の触媒作用が活性化される。
実施の形態2.
次に、この発明の実施の形態2に係る排気ガス浄化装置について、図4及び図5を用いて説明する。尚、以降の説明において、図1〜図3の参照符号と同一の符号は、同一又は同様な構成要素であるので、その詳細な説明は省略する。
実施の形態2に係る排気ガス浄化装置200は、ターボチャージャ4のタービン部4bと浄化装置本体101との間に、温度センサ102に加えて、排気ガスの体積流量を測定するための流量センサ204を取り付けたものである。また、実施の形態1におけるDCU103の代わりにDCU203を用いて構成したものである。
DCU203は、温度センサ102及び流量センサ204によって取得される排気ガスの温度及び体積流量に基づいて、尿素水噴射ノズル109,110の噴射動作を制御する。
詳細には、DCU203は、尿素水噴射ノズル109,110の噴射比率(V1:V2)、すなわち「尿素水噴射ノズル109によって排気ガス中に添加する尿素水の量と尿素水添加ノズル110によって排気ガス中に添加する尿素水の量との比率」を制御するための図5に示されるようなマップを備えている。このマップは、予め種々の排気ガス温度及び体積流量において、尿素水噴射ノズル109,110の噴射比率(V1:V2)をどのように制御した場合に、加水分解によって生成されるアンモニアの量が最大となるかを実験して作成したものである。DCU203は、所定の時間間隔ごとに、温度センサ102及び流量センサ204によって取得される排気ガスの温度及び体積流量に基づいて、尿素水噴射ノズル109,110をどのような噴射比率(V1:V2)で動作させて排気ガス中に尿素水を添加するかを決定する。
図5に示されるマップの傾向を定性的に述べると以下のようになる。排気ガスの温度が高い場合には、尿素水及び生成されたアンモニアが酸化触媒108において酸化されるため、酸化触媒108の下流に設けられた尿素水噴射ノズル110によって主に尿素水を添加することが好ましい。また、排気ガスの体積流量が多い場合には、尿素水が加水分解されるのに必要な区間長を確保するために、酸化触媒108の上流に設けられた尿素水噴射ノズル109によって主に尿素水を添加することが好ましい。そして、これらの兼ね合いにより、最適な噴射比率(V1:V2)が決定される。
以上説明したように、実施の形態2に係る排気ガス浄化装置200によれば、DCU203は、排気ガスの温度及び体積流量に基づいて、尿素水噴射ノズル109,110の噴射比率(V1:V2)を制御する。そのため、排気ガスの浄化効率が最適に保たれる。
その他の実施の形態.
実施の形態1及び2において、エンジンアセンブリ10がターボチャージャ4を備えていない場合には、排気ガス浄化装置100,200を排気マニホールド3の下流に取り付けることができる。
実施の形態1及び2において、尿素水噴射ノズル109,110をそれぞれ複数設けてもよい。
実施の形態1及び2において、DPF112の下流にSCR触媒113を配置してDPF112とSCR触媒113とを一体的に構成しているが、DPF112にSCR触媒113を担持させることによって一体的に構成してもよい。
実施の形態1及び2において、DPF112とSCR触媒113とを一体的に構成しているが、DPF112とSCR触媒113とを別体としてもよい。
実施の形態1及び2において、ミキサ111やDPF112は省略してもよい。
実施の形態1及び2において、エンジンアセンブリ10の動作を制御するためのECU(Engine Control Unit)に、DCU103,203の機能を担わせてもよい。
10 エンジンアセンブリ、100,200 排気ガス浄化装置、103,203 DCU(制御装置)、108 酸化触媒、109 尿素水噴射ノズル(第1の尿素水添加手段)、110 尿素水噴射ノズル(第2の尿素水添加手段)、111 ミキサ(混合手段)、112 DPF(ディーゼルパティキュレートフィルタ)、113 SCR触媒。

Claims (9)

  1. 排気ガス中に含まれる一酸化窒素を酸化して二酸化窒素にするための酸化触媒と、
    前記酸化触媒の下流に設けられたSCR触媒と
    を備える排気ガス浄化装置において、
    前記酸化触媒の上流に設けられた第1の尿素水添加手段と、
    前記酸化触媒の下流且つ前記SCR触媒の上流に設けられた第2の尿素水添加手段と、
    前記第1の尿素水添加手段及び前記第2の尿素水添加手段の尿素水添加動作を、排気ガスの温度に基づいて制御する制御手段と
    を有することを特徴とする、排気ガス浄化装置。
  2. 前記制御装置は、
    排気ガスの温度が所定の閾値未満の場合には、前記第1の尿素水添加手段を動作させて尿素水を添加し、
    排気ガスの温度が所定の閾値以上の場合には、前記第2の尿素水添加手段を動作させて尿素水を添加する
    ことを特徴とする、請求項1に記載の排気ガス浄化装置。
  3. 前記制御装置は、前記第1の尿素水添加手段及び前記第2の尿素水添加手段の尿素水添加動作を、排気ガスの温度及び流量に基づいて制御することを特徴とする、請求項1に記載の排気ガス浄化装置。
  4. 前記制御装置は、排気ガスの温度及び流量に基づいて、前記第1の尿素水添加手段によって添加する尿素水の量と前記第2の尿素水添加手段によって添加する尿素水の量との比率を制御する
    ことを特徴とする、請求項3に記載の排気ガス浄化装置。
  5. 前記酸化触媒は、Ag系の触媒であることを特徴とする、請求項1〜4のいずれか一項に記載の排気ガス浄化装置。
  6. 前記SCR触媒の上流には、前記尿素水の加水分解により生成されるアンモニアと排気ガスとを混合させる混合手段が設けられることを特徴とする、請求項1〜5のいずれか一項に記載の排気ガス浄化装置。
  7. 前記SCR触媒の上流には、ディーゼルパティキュレートフィルタが設けられることを特徴とする、請求項1〜6のいずれか一項に記載の排気ガス浄化装置。
  8. 前記SCR触媒と前記ディーゼルパティキュレートフィルタとが一体的に構成されることを特徴とする、請求項7に記載の排気ガス浄化装置。
  9. 前記排気ガス浄化装置は、エンジンアセンブリに取り付けられることを特徴とする、請求項1〜8のいずれか一項に記載の排気ガス浄化装置。
JP2009182742A 2009-08-05 2009-08-05 排気ガス浄化装置 Pending JP2011033001A (ja)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2009182742A JP2011033001A (ja) 2009-08-05 2009-08-05 排気ガス浄化装置
EP10170297A EP2292905A1 (en) 2009-08-05 2010-07-21 Exhaust gas purification apparatus
KR1020100075190A KR20110014525A (ko) 2009-08-05 2010-08-04 배기 가스 정화 장치
US12/850,054 US20110030358A1 (en) 2009-08-05 2010-08-04 Exhaust gas purification apparatus

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2009182742A JP2011033001A (ja) 2009-08-05 2009-08-05 排気ガス浄化装置

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2011033001A true JP2011033001A (ja) 2011-02-17

Family

ID=42561111

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2009182742A Pending JP2011033001A (ja) 2009-08-05 2009-08-05 排気ガス浄化装置

Country Status (4)

Country Link
US (1) US20110030358A1 (ja)
EP (1) EP2292905A1 (ja)
JP (1) JP2011033001A (ja)
KR (1) KR20110014525A (ja)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2012046533A1 (ja) 2010-10-08 2012-04-12 セントラル硝子株式会社 ハロゲン含有ガス供給装置及びハロゲン含有ガス供給方法
WO2014087536A1 (ja) * 2012-12-07 2014-06-12 トヨタ自動車株式会社 排気浄化装置の異常検出装置

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101518959B1 (ko) * 2013-12-18 2015-05-11 현대자동차 주식회사 배기가스 처리장치
WO2015128247A1 (en) * 2014-02-28 2015-09-03 Haldor Topsøe A/S Method for the cleaning of exhaust gas from a compression ignition engine
CN114210197A (zh) * 2021-11-09 2022-03-22 北京京仪自动化装备技术股份有限公司 废气处理系统

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20020081361A (ko) * 2000-02-28 2002-10-26 지멘스 악티엔게젤샤프트 연소 장치의 배기 가스내에 있는 질소 산화물을 촉매환원하기 위한 방법 및 배기 가스 정화 장치
EP1458960B1 (en) * 2001-12-20 2011-02-09 Johnson Matthey Public Limited Company Improvements in selective catalytic reduction
JP2006274986A (ja) 2005-03-30 2006-10-12 Mitsubishi Fuso Truck & Bus Corp 排気後処理装置

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2012046533A1 (ja) 2010-10-08 2012-04-12 セントラル硝子株式会社 ハロゲン含有ガス供給装置及びハロゲン含有ガス供給方法
WO2014087536A1 (ja) * 2012-12-07 2014-06-12 トヨタ自動車株式会社 排気浄化装置の異常検出装置
CN104838101A (zh) * 2012-12-07 2015-08-12 丰田自动车株式会社 排气净化装置的异常检测装置
JPWO2014087536A1 (ja) * 2012-12-07 2017-01-05 トヨタ自動車株式会社 排気浄化装置の異常検出装置
US9879586B2 (en) 2012-12-07 2018-01-30 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Abnormality detection device for exhaust gas purification apparatus

Also Published As

Publication number Publication date
KR20110014525A (ko) 2011-02-11
EP2292905A1 (en) 2011-03-09
US20110030358A1 (en) 2011-02-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4286888B2 (ja) 排気浄化装置
EP2284371B1 (en) Exhaust gas purification apparatus
CN102733911B (zh) 用于内燃机的排气处理系统
EP2295754B1 (en) Exhaust gas purifing apparatus
US20100101218A1 (en) NOx PURIFICATION SYSTEM AND METHOD FOR CONTROL OF NOx PURIFICATION SYSTEM
US20110047994A1 (en) Exhaust gas purification apparatus
JP2010265862A (ja) 排気ガス浄化装置
CN102027209A (zh) 使用受控的催化剂失活的选择性催化还原
EP2299080B1 (en) Exhaust gas purification apparatus
JP2011033001A (ja) 排気ガス浄化装置
CN101305169A (zh) 内燃机的排气净化装置
JP2011012564A (ja) 排気ガス浄化装置
CN101460719B (zh) 排气净化装置
JP2010242515A (ja) 排気ガス浄化システム及び排気ガス浄化方法
KR101022018B1 (ko) 엔진의 배기 가스 정화 시스템 및 이를 포함하는 선박용 엔진
CN103314192B (zh) 用于内燃机的排气线路
CN106471230B (zh) 用于燃烧式发动机的排放气体后处理装置
JP2007198315A (ja) 内燃機関の排気浄化装置及び排気浄化方法
JP5476770B2 (ja) 排気ガス浄化システム及び排気ガス浄化システムの制御方法
JP2006070771A (ja) 排気浄化装置
JP2021080875A (ja) 排気浄化装置
JP5188477B2 (ja) 排気浄化装置
JP2013015087A (ja) 排ガス浄化装置
JP2014005735A (ja) 排気ガス浄化システム
JP2006266129A (ja) 排気ガス浄化システム