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JP2018115596A - 排ガス浄化システム - Google Patents

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JP2018115596A
JP2018115596A JP2017006511A JP2017006511A JP2018115596A JP 2018115596 A JP2018115596 A JP 2018115596A JP 2017006511 A JP2017006511 A JP 2017006511A JP 2017006511 A JP2017006511 A JP 2017006511A JP 2018115596 A JP2018115596 A JP 2018115596A
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JP
Japan
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mixer
exhaust gas
purification system
gas purification
temperature
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JP2017006511A
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English (en)
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長岡　大治
Taiji Nagaoka
大治 長岡
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Isuzu Motors Ltd
Original Assignee
Isuzu Motors Ltd
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Publication date
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Abstract

【課題】ミキサーの大型化に起因する浄化率の低下を抑制することができる排ガス浄化システムを提供する。【解決手段】制御装置１７は、触媒キャニング３内に配置されたＳＣＲＦ６の上流側に位置するミキサー５に流入する排ガスＧの温度を測定する温度センサ１６の測定値が、予め設定されたしきい値Ｔ以上になるように、ミキサー本体８に取り付けられた電熱ヒーター９とバッテリー１５との間のスイッチ素子１４を制御する。【選択図】図１

Description

本発明は排ガス浄化システムに関し、更に詳しくは、ミキサーの大型化に起因する浄化率の低下を抑制することができる排ガス浄化システムに関する。
ディーゼルエンジンには、排ガスに含有される粒子状物質（ＰＭ）や窒素酸化物（ＮＯｘ）などの有害物質を除去する排ガス浄化システムが必要となる。前者のＰＭについては、セラミックス製のハニカム状多孔体のフィルターによりＰＭを捕集するＰＭ捕集フィルターが主に用いられている。また、後者のＮＯｘについては、尿素水と選択還元型触媒（以下、「ＳＣＲ触媒」という。）とを用いる尿素ＳＣＲシステムが注目されている。
尿素ＳＣＲシステムは、排ガス中に噴射されて加熱された尿素水が加水分解して生じたアンモニアを、ＳＣＲ触媒の存在下で還元剤として作用させるＳＣＲ反応により排ガス中のＮＯｘを浄化するものである。
この尿素ＳＣＲシステムにおいては、尿素水と排ガスとの混合拡散を促進して浄化率を向上するために、尿素水の噴射ノズルとＳＣＲ触媒との間にミキサーを設置することが行われている（例えば、特許文献１を参照）。そのため、代表的な排ガス浄化システムのレイアウトは、ディーゼルエンジンの出口から順に、酸化触媒（ＤＯＣ）が格納された第１触媒キャニング、噴射ノズルとミキサーとが設けられた排気管、及びＳＣＲＦが格納された第２触媒キャニングの３体を連結したものとなる。
そして近年では、ディーゼルエンジンとＳＣＲＦとの近接化を図ることを目的として、レイアウトの全体を一体型の触媒キャニングに格納することが提案されている。
特開２００９−０２４６５４号公報
しかしながら、レイアウトの全体を一体型の触媒キャニングに格納すると、ミキサーの外径がＳＣＲＦとほぼ同じになって大型化して熱容量が大きくなる。そのため、特にディーゼルエンジンの始動直後は、排ガスの熱がミキサーを昇温するために消費されるので、後段のＳＣＲＦの昇温が遅くなり、浄化率が低下してしまうという問題がある。
本発明は上記を鑑みてなされたものであり、その目的は、ミキサーの大型化に起因する浄化率の低下を抑制することができる排ガス浄化システムを提供することにある。
上記の目的を達成する本発明の排ガス浄化システムは、ディーゼルエンジンの排ガスが流れる排気管に介設された触媒キャニング内に直列に配置されたミキサー及びＳＣＲ触媒と、前記ミキサーの上流側に挿入された尿素水の噴射ノズルとを備えた排ガス浄化システムにおいて、前記ミキサーを昇温するミキサー昇温手段と、前記ミキサー昇温手段を制御する制御装置とを設け、前記制御装置は、前記ミキサーに流入する前記排ガスの温度が予め設定されたしきい値以上になるように、前記ミキサー昇温手段を制御するように構成されていることを特徴とするものである。
本発明の排ガス浄化システムによれば、ミキサーが大型化しても、ミキサーの昇温のために消費される排ガスの熱量が低下するので、後段のＳＣＲＦの昇温が促進されるため、浄化率の低下を抑制することができる。
本発明の第１の実施形態からなる排ガス浄化システムの構成図である。 ミキサーの構造を示す一部斜視図である。 本発明の第２の実施形態からなる排ガス浄化システムの構成図である。 ミキサーと噴射ノズルとの位置関係を示す一部側面図である。
以下に、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。図１は、本発明の第１の実施形態からなる排ガス浄化システムを示す。
この排ガス浄化システム１Ａは、車載のディーゼルエンジン（図示せず）の排ガスＧが流れる排気管２に介設された太径の触媒キャニング３内に、ＤＯＣ４と、ミキサー５と、ＳＣＲＦ６とを上流側から順に直列に配置した構成を有している。更に、ＤＯＣ４とミキサー５との間には、尿素水の噴射ノズル７が挿入されている。
ＤＯＣ４は、排ガスＧの混合機能を有する構造に成形した金属製の担持体に、ロジウム、酸化セリウム、白金、酸化アルミニウム等を担持して形成される。
ＳＣＲＦ６は、多孔質セラミック製のハニカムのチャンネル（セル）の入口と出口を交互に目封じしたモノリスハニカム型のウオールフロータイプのフィルターに、ＳＣＲ触媒を担持させたものである。ＳＣＲ触媒としては、鉄イオン交換アルミノシリケートや銅イオン交換アルミノシリケートなどのゼオライト触媒などが例示される。
なお、図１の構成においては、ＤＯＣ４の代わりに、ＮＯｘ吸蔵還元触媒（ＬＮＴ）又はＮＯｘ吸着触媒（ＰＮＡ）を配置する場合もある。
そして、図２に示すように、ミキサー５は、ミキサー本体８と、そのミキサー本体８に取り付けられたミキサー昇温手段である電熱ヒーター９とから構成されている。
ミキサー本体８の構造は、噴射ノズル７から噴射された尿素水と排ガスＧとの混合拡散を促進する機能を有すれば、特に限定するものではなく、例えば特許文献１に開示された構造を用いることができる。電熱ヒーター９は、ニッケル・クロム、鉄・クロム又は純ニッケル等からなる発熱線１０から構成される。この電熱ヒーター９のミキサー本体８への取付方法は特に限定するものではなく、例えば、図２のように表面を蛇行状に延びるように貼付加工したり、内部に埋設したりすることができる。
電熱ヒーター９が取り付けられたミキサー本体８は、ＤＯＣ４の端面に立設された複数の支持棒１１によって、側面が触媒キャニング３の内面から離間するようにして固定されている。発熱線１０の両端は、触媒キャニング３の外壁を絶縁材１２を介して貫通する２個の電極１３、１３にそれぞれ接続している。それらの電極１３、１３は、スイッチ素子１４を通じて、車載のバッテリー１５に電気的に接続されている。
また、ＤＯＣ４と噴射ノズル７との間には、ミキサー５へ流入する排ガスＧの温度を測定する温度センサ１６が設置されている。
上述したスイッチ素子１４及び温度センサ１６は、ＥＣＵ等からなる制御装置１７に信号線（一点鎖線で示す）を通じて接続されている。
このような排ガス浄化システム１Ａにおいて、制御装置１７は、温度センサ１６の測定値が予め設定されたしきい値Ｔ以上になるように、電熱ヒーター９を制御するように構成されている。具体的には、制御装置１７は、温度センサ１６の測定値がしきい値Ｔ未満であるときは、スイッチ素子１４をオンにして発熱線１０に通電することで発熱させてミキサー本体８を昇温する。その一方で、制御装置１７は、温度センサ１６の測定値がしきい値Ｔ以上になったときは、スイッチ素子１４をオフにして発熱線１０への通電を停止する。このしきい値Ｔとしては、ＳＣＲ触媒の活性化温度、又は噴射ノズル７から噴射された尿素水の液滴がガス化する温度を用いることが望ましい。実用上からは、温度Ｔには１７０〜２００℃の範囲内の温度値を採用することが好ましい。
このようにすることで、ミキサー５の昇温のために消費される排ガスＧの熱量が低下するので、後段のＳＣＲＦ６の昇温が促進されるため、浄化率の低下を抑制することができるのである。
本発明の第２の実施形態からなる排ガス浄化システムを図３に示す。第１の実施形態である排ガス浄化システム１Ａと同じ部分には同一の符号を付し、その説明を省略する。
この排ガス浄化システム１Ｂは、触媒キャニング３内に、前段にＤＯＣを有するＣＳＦ１８と、ミキサー５と、ＳＣＲ１９とを上流側から順に直列に配置した構成を有している。ＣＳＦ１８は、ＰＭ捕集フィルターに酸化触媒物質を担持させたものである。また、ミキサー本体８は、ＣＳＦ１８の端面に立設された複数の支持棒１１によって固定されている。
これらの排ガス浄化システム１Ａ、１Ｂにおいては、図４に示すように、ミキサー５を噴射ノズル７の噴射先に位置するように配置することが望ましい。なお、「噴射ノズル７の噴射先」とは、図４に矢印付きの点線２０で示すように、噴射ノズル７から噴射された尿素水の進行方向の延長先を意味するものとし、通常は噴射ノズル７の軸方向の延長線上となる。
そのようにすることで、噴射された尿素水が昇温されているミキサー８に直接的に当たって加水分解温度以上に加熱されるため、尿素水が液相状態のままでＳＣＲＦ６又はＳＣＲ１９に到達することを防止できるので、排ガスＧの浄化率の低下を確実に抑制することができるとともに、アンモニアスリップの発生を防止できる。
１Ａ、１Ｂ 排ガス浄化システム
２ 排気管
３ 触媒キャニング
５ ミキサー
６ ＳＣＲＦ
７ 噴射ノズル
８ ミキサー本体
９ 電熱ヒーター
１６ 温度センサ
１７ 制御装置

Claims (3)

  1. ディーゼルエンジンの排ガスが流れる排気管に介設された触媒キャニング内に直列に配置されたミキサー及びＳＣＲ触媒と、前記ミキサーの上流側に挿入された尿素水の噴射ノズルとを備えた排ガス浄化システムにおいて、
    前記ミキサーを昇温するミキサー昇温手段と、前記ミキサー昇温手段を制御する制御装置とを設け、
    前記制御装置は、前記ミキサーに流入する前記排ガスの温度が予め設定されたしきい値以上になるように、前記ミキサー昇温手段を制御するように構成されていることを特徴とする排ガス浄化システム。
  2. 前記ミキサー昇温手段が、前記ミキサーに取り付けられた電熱ヒーターである請求項１に記載の排ガス浄化システム。
  3. 前記ミキサーを、前記噴射ノズルの噴射先に配置した請求項１又は２に記載の排ガス浄化システム。
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