(57)【要約】【課題】  液体還元剤を排気中へ良好に満遍なく分散させられる構造をもった排気浄化装置の提供。【解決手段】  ノズル４から触媒前の排気中に液体還元剤を噴射するようにした排気浄化装置において、ノズル４からの噴射量を調整する噴射量制御弁５の前に、タンク１０から送られてきた液体還元剤を大気圧よりも高い圧力の高圧気体中に晒す加圧手段２０を設けたことを特徴とする。加圧手段２０は、気体を圧縮する圧縮器２１と、該圧縮後の高圧気体を溜める高圧タンク２２と、該高圧タンク２２内へ液体還元剤を送り込む圧送ポンプ２３と、を備える。より高い圧力下でより多くの気体を液体還元剤に溶解させ、排気中に噴射された際に圧力低下と温度上昇による溶解気体の急速な析出を発生させ、その膨張力により液体還元剤の微粒化を促進して排気中へ満遍なく分散させる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気系に還元触媒を配設し、該還元触媒よりも上流側に設けたノズルから排気中に液体還元剤を噴射するようにした排気浄化装置において、
前記ノズルからの噴射量を調整する噴射量制御弁の前に、貯蔵用のタンクから送られてきた液体還元剤を大気圧よりも高い圧力の高圧気体中に晒す加圧手段を設けたことを特徴とする排気浄化装置。
【請求項２】
前記加圧手段は、浄化後の排気を加圧して高圧気体とすることを特徴とする請求項１記載の排気浄化装置。
【請求項３】
前記加圧手段は、気体を取り込んで圧縮する圧縮器と、該圧縮器から送り出された気体を溜める高圧タンクと、該高圧タンク内へ液体還元剤を送り込む圧送ポンプと、を備えることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の排気浄化装置。
【請求項４】
前記加圧手段は、排気を冷却する排気冷却器と、該排気冷却器による冷却後の排気を取り込んで圧縮する圧縮器と、該圧縮器から送り出された気体を溜める高圧タンクと、該高圧タンク内へ液体還元剤を送り込む圧送ポンプと、を備えることを特徴とする請求項２記載の排気浄化装置。
【請求項５】
前記圧縮器による圧縮後の気体を冷却する高圧気体冷却器をさらに備えることを特徴とする請求項３又は請求項４記載の排気浄化装置。
【請求項６】
前記圧縮器は吸気フィルタを通して気体を取り込むことを特徴とする請求項３〜５のいずれか１項に記載の排気浄化装置。
【請求項７】
前記高圧タンク内の圧力を検出する圧力センサを備えると共に該センサ出力に従い前記圧縮器を制御して前記高圧タンク内の圧力を一定に保つ圧力制御器を備えることを特徴とする請求項３〜６のいずれか１項に記載の排気浄化装置。
【請求項８】
前記高圧タンク内の液体還元剤の液面を検出するレベルセンサを備えると共に該センサ出力に従い前記圧送ポンプを制御して前記高圧タンク内の液体還元剤量を一定に保つ液面制御器を備えることを特徴とする請求項３〜７のいずれか１項に記載の排気浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ディーゼルやガソリンエンジン等の排気に含まれるＮＯｘを除去する排気浄化装置に係り、特に、選択触媒還元（ＳＣＲ）を採用した排気浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
エンジンの排気に含まれるＮＯｘを除去する排気浄化装置として、特許文献１に開示されたようなＳＣＲを採用した排気浄化装置が提案されている。この排気浄化装置は、排気系に還元触媒を配設し、該還元触媒の排気上流に還元剤を噴射して添加することにより、排気中のＮＯｘと還元剤とを触媒還元反応させて、ＮＯｘを無害成分に浄化処理するものである。その還元反応は、ＮＯｘと反応性が良好なアンモニアを用いるものであり、このための還元剤としては、排気熱及び排気中の水蒸気により加水分解してアンモニアを容易に発生する尿素水溶液やアンモニア水溶液又はＨＣ系などの液体還元剤が用いられる。
【０００３】
液体還元剤は、常温において液体状態で貯蔵用のタンクに貯蔵され、ＮＯｘ排出量や排気温度等のエンジン運転状態に対応して噴射量を調整する噴射量制御弁を通し、ノズルから排気中へ噴射される。
【特許文献１】特開２００３−２９３７４０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このような排気浄化装置では、ノズルによる排気中への液体還元剤の噴射に際して、噴射された液体還元剤が排気中へ満遍なく分散しないと、還元触媒における還元剤利用効率とＮＯｘ還元効率を十分に得ることができない。
そこで本発明は、液体還元剤を排気中へ良好に分散させられる構造をもった排気浄化装置の提供を目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明によれば、排気系に還元触媒を配設し、該還元触媒よりも上流側に設けたノズルから排気中に液体還元剤を噴射するようにした排気浄化装置において、ノズルからの噴射量を調整する噴射量制御弁の前に、貯蔵用のタンクから送られてきた液体還元剤を大気圧よりも高い圧力の高圧気体中に晒す加圧手段を設けたことを特徴とする。
通常、液体還元剤を貯蔵するタンク内の気圧はブリーザにより大気圧に維持されるので、この貯蔵用のタンクから噴射量制御弁へ送られる液体還元剤には、大気圧下で気体が溶解している。本発明ではこの点に着目し、より高い圧力下でより多くの気体を液体還元剤に溶解させれば、当該液体還元剤が排気中に噴射された際には、圧力低下と温度上昇による溶解気体の急速な析出が発生し、その膨張力により液体還元剤の微粒化が促進されて排気中へ満遍なく分散させることができることを着想した。そこで、噴射量制御弁よりも手前において、大気圧よりも高い圧力の高圧気体を生成する加圧手段を設け、その高圧気体中に液体還元剤を晒し、より多くの気体を溶解させるものである。高い圧力をかけると液体還元剤中により多くの気体が溶け込むことは、ヘンリーの法則（定温では、一定量の溶媒に溶ける気体の質量は圧力に比例、体積は圧力に関係なく一定、混合気体の成分はその分圧に比例して溶ける）に基づいている。
【０００６】
高圧気体は、空気を取り込んで圧縮することで生成しても良いが、さらに一歩進めて本発明では、高圧気体として、液体への溶解度が良好な二酸化炭素を多く含んだ排気を利用することも想起している。すなわち、加圧手段は、浄化後の排気を加圧して高圧気体とするものとすることができる。
このような加圧手段は、気体を取り込んで圧縮する圧縮器と、該圧縮器から送り出された気体を溜める高圧タンクと、該高圧タンク内へ液体還元剤を送り込む圧送ポンプと、を備えた構成とすると良い。より好ましくは、気体の溶解度は一般に高温になるほど小さくなることから、高圧タンク内での温度をできるだけ上昇させないために、圧縮器による圧縮後の気体を冷却する高圧気体冷却器を設けても良く、排気を利用する場合は、圧縮器に取り込まれる前に排気を冷却する排気冷却器を設けても良い。また、清浄度を保つため圧縮器は吸気フィルタを通して気体を取り込むようにしておくのも好ましい。
【０００７】
さらに、高圧タンク内の圧力を検出する圧力センサを設けて、該センサ出力に従い圧縮器を制御して高圧タンク内の圧力を一定に保つ圧力制御器を設置することもできる。これに加えて、高圧タンク内の液体還元剤の液面を検出するレベルセンサを設けて、該センサ出力に従い圧送ポンプを制御して高圧タンク内の液体還元剤量を一定に保つ液面制御器を設置することもできる。これらにより、高圧タンク内において気体の圧力、液体還元剤量を一定に保つことで、気体の溶解量を安定させることができる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の加圧手段を設けた排気浄化装置によれば、加圧により多くの気体を溶解させた液体還元剤をノズルから噴射させるので、ノズルから排気中へ噴射された液体還元剤において圧力低下と温度上昇から溶解気体の急速な析出が生じ、その膨張力により液体還元剤の微粒化が促進される。これにより、排気中に液体還元剤を満遍なく分散させることができ、触媒における還元剤利用効率とＮＯｘ還元効率をさらに向上させられるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
図１に、本発明に係る排気浄化装置の第１実施形態を示している。図示の排気浄化装置は、排気系に介装された酸化触媒１、ＮＯｘ浄化触媒２及びＮＨ３スリップ触媒３を備えている。そして、ＮＯｘ浄化触媒２よりも上流側の排気中にノズル４から液体還元剤を噴射して添加する構成をもち、ノズル４へ適量の液体還元剤を供給するための噴射量制御弁５を備えている。この噴射量制御弁５は、排気温センサ６，７による排気温やエンジンのＥＣＵ８から得られるエンジン回転速度等に応じてＥＣＵ９により制御される。
【００１０】
尿素水等の上述したような各種の液体還元剤は、タンク１０に貯蔵されており、当該タンク１０内は、ブリーザ１１により大気圧に維持されている。
この第１実施形態の加圧手段２０は、圧縮器２１と、高圧タンク２２と、圧送ポンプ２３と、を備えている。さらに、圧縮器２１の気体取り入れ口に吸気フィルタ２４、及び圧縮器２１と高圧タンク２２との間に高圧気体冷却器２５が介装されている。
【００１１】
本例の圧縮器２１は、吸気フィルタ２４を介して空気を取り入れて圧縮し、所定の圧力とした圧縮空気を送り出す。圧縮器２１から送り出された圧縮空気は、温度上昇を抑えるために高圧気体冷却器２５により冷却されてから高圧タンク２２へ送り込まれる。一方、圧送ポンプ２３は、タンク１０に貯蔵されている液体還元剤を吸い出して高圧タンク２２内へ送り出す。高圧タンク１０内は大気圧よりも高圧に維持されているので、圧送ポンプ２３により圧力をかけて液体還元剤を注入するものである。
【００１２】
高圧タンク２２に入った液体還元剤は、その内部の高圧気体に晒されることで、より多くの空気が溶解し、そして配管Ｐを通って噴射量制御弁５へ送られ、ノズル４から排気中へ噴射される。排気中に噴射されると、圧力低下と温度上昇により、溶解していた空気が急激に析出し、その膨張力で液体還元剤の微粒化が促進されることになる。
本例の球形耐圧容器の高圧タンク２２には、圧力センサ２６とレベルセンサ２７が設置されており、その各出力は圧力制御器２８と液面制御器２９にそれぞれ入力されている。そしてこれら圧力制御器２８及び液面制御器２９により、高圧タンク２２内の圧力と液体還元剤量が一定に維持され、液体還元剤に溶解する空気の溶解量が制御される。
【００１３】
圧力制御器２８は、図２に示す制御フローを実行することにより、高圧タンク２２内の圧力を一定に維持する役割を担う。すなわち、イグニッションスイッチのオンで初期化スタート後、ステップＳ１で圧縮器２１をオフにしておいて、ステップＳ２によりエンジンが運転されるかどうかを確認する。これにより未だエンジンが運転されていなければステップＳ１へ戻り、過程を繰り返す。一方、エンジンが運転されれば、ステップＳ３へ進んで圧力センサ２６の出力値を判断し、高圧タンク２２内の圧力が規定値に達しているかどうかをチェックする。その結果、圧力が規定値を上回っていればステップＳ１へ戻って圧縮器２１をオフにし、タンク内圧力が必要以上に高くならないようにする。逆に、圧力が規定値以下であれば、ステップＳ４へ進んで圧縮器２１を動作させ、ステップＳ３へ戻って圧力が規定値に達するまでオンを維持する。
【００１４】
液面制御器２９は、図３に示す制御フローを実行することにより、高圧タンク２２内の液面を一定レベルに制御し、これによりタンク内液体還元剤量を一定に維持する。すなわち、イグニッションスイッチのオンで初期化スタート後、ステップＳ１０で圧送ポンプ２３をオフにしておいて、ステップＳ１１によりエンジンが運転されるかどうかを確認する。これにより未だエンジンが運転されていなければステップＳ１０へ戻り、過程を繰り返す。一方、エンジンが運転されれば、ステップＳ１２へ進んでレベルセンサ２７の出力値を判断し、高圧タンク２２内の液体還元剤の液面がレベルセンサ２７に感知されているかどうか、つまりレベルセンサ２７の設置位置に液面が達しているかどうかをチェックする。その結果、感知されていればステップＳ１０へ戻って圧送ポンプ２３をオフにし、タンク内還元剤量が必要以上に多くならないようにする。逆に、液面が感知されていなければ、ステップＳ１３へ進んで圧送ポンプ２３を動作させ、ステップＳ１２へ戻って液面が感知されるまでオンを維持する。
【００１５】
以上の第１実施形態は、高圧気体として空気を圧縮して利用しているが、液体に溶解しやすい二酸化炭素をより多く含む排気を利用することも可能である。この排気を利用した第２実施形態を図４に示す。
図４に示す第２実施形態は、加圧手段２０において、吸気フィルタ２４を介して圧縮器２１へ排気が送り込まれている点を除いては、上記の第１実施形態を同じ構成を有する。すなわち、ＮＨ３スリップ触媒３を経て浄化された後の排気を取り込んで冷却する排気冷却器３０を備え、該排気冷却器３０による冷却後の排気を吸気フィルタ２４を通し圧縮器２１へ送り込んでいる。排気はそのままでは高温なので、冷却器３０により冷却してから圧縮器２１へ送り込むようにするのが好ましいが、高圧気体冷却器２５を備えているので、排気を直接吸気フィルタ２４を通して圧縮器２１へ取り込む構成も可能である。
【００１６】
その他の構成は第１実施形態と同様なので、その説明は省略する。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明に係る排気浄化装置の第１実施形態を示した概略図。
【図２】圧力制御器の制御フローチャート。
【図３】液面制御器の制御フローチャート。
【図４】本発明に係る排気浄化装置の第２実施形態を示した概略図。
【符号の説明】
【００１８】
２０  加圧手段
２１  圧縮器
２２  高圧タンク
２３  圧送ポンプ
２４  吸気フィルタ
２５  高圧気体冷却器
２６  圧力センサ
２７  レベルセンサ
２８  圧力制御器
２９  液面制御器
３０  排気冷却器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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