(57)【要約】【課題】排気温度の低い運転状態が長く続くような運行形態の車両であっても、従来より低い排気温度から良好なＮＯx低減効果を得られるようにする。【解決手段】排気管９の途中に選択還元型触媒１０を装備し且つ該選択還元型触媒１０の上流側に還元剤として尿素水１７を添加してＮＯxを還元浄化するようにした排気浄化装置に関し、通電により発熱するヒータパネル２０を備えた尿素分解室１２を尿素水１７の添加位置に設け、尿素水１７を前記ヒータパネル２０に向けて噴射し得るように構成する。【選択図】図１
2006002662.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気管の途中に選択還元型触媒を装備し且つ該選択還元型触媒の上流側に還元剤として尿素水を添加してＮＯxを還元浄化するようにした排気浄化装置であって、通電により発熱するヒータパネルを備えた尿素分解室を尿素水の添加位置に設け、尿素水を前記ヒータパネルに向けて噴射し得るように構成したことを特徴とする排気浄化装置。
【請求項２】
選択還元型触媒より上流側で排気温度を検出する温度センサと、該温度センサからの検出信号に基づき排気温度が所定温度以下である条件下でヒータパネルへの通電を指示する制御装置とを備えたことを特徴とする請求項１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、ディーゼルエンジン等のエンジンに適用される排気浄化装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、ディーゼルエンジンにおいては、排出ガスが流通する排気管の途中に、酸素共存下でも選択的にＮＯxを還元剤と反応させる性質を備えた選択還元型触媒を装備し、該選択還元型触媒の上流側に必要量の還元剤を添加して該還元剤を選択還元型触媒上で排出ガス中のＮＯx（窒素酸化物）と還元反応させ、これによりＮＯxの排出濃度を低減し得るようにしたものがある。
【０００３】
他方、プラント等における工業的な排煙脱硝処理の分野では、還元剤にアンモニア（ＮＨ3）を用いてＮＯxを還元浄化する手法の有効性が既に広く知られているところであるが、自動車の場合には、アンモニアそのものを搭載して走行することに関し安全確保が困難であるため、近年においては、毒性のない尿素水を還元剤として使用することが研究されている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００２−１６１７３２号公報
【０００４】
即ち、尿素水を選択還元型触媒の上流側で排出ガス中に添加すれば、該排出ガス中で尿素水が次式によりアンモニアと炭酸ガスに熱分解され、選択還元型触媒上で排出ガス中のＮＯxがアンモニアにより良好に還元浄化されることになる。
［化１］
（ＮＨ2）2ＣＯ＋Ｈ2Ｏ→２ＮＨ3＋ＣＯ2
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このような排気浄化装置にあっては、選択還元型触媒にアンモニアを添加することで約１４０℃以上の排気温度からＮＯx低減効果が得られることが実験により確認されているが、尿素水をアンモニアと炭酸ガスに熱分解するのに少なくとも約１７０〜１８０℃の排気温度が必要であるため、排気温度が約２００℃を下まわるような低い運転状態（一般的に低負荷運転領域に排気温度が低い領域が拡がっている）が続くと、尿素水からアンモニアへの分解が進まないためにＮＯx低減率がなかなか高まらないという問題があり、例えば、都市部の路線バス等のように渋滞路ばかりを走行するような運行形態の車両では、必要な所定温度以上での運転が長く継続しないため、ＮＯx低減率が低いまま推移してしまって良好なＮＯx低減効果を得ることができなかった。
【０００６】
本発明は上述の実情に鑑みてなしたもので、排気温度の低い運転状態が長く続くような運行形態の車両であっても、従来より低い排気温度から良好なＮＯx低減効果を得られるようにすることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、排気管の途中に選択還元型触媒を装備し且つ該選択還元型触媒の上流側に還元剤として尿素水を添加してＮＯxを還元浄化するようにした排気浄化装置であって、通電により発熱するヒータパネルを備えた尿素分解室を尿素水の添加位置に設け、尿素水を前記ヒータパネルに向けて噴射し得るように構成したことを特徴とするものである。
【０００８】
而して、排出ガスの温度が尿素水を効率良くアンモニアと炭酸ガスに熱分解するのに十分な温度に達していなくても、尿素分解室のヒータパネルを通電により発熱させた状態とした上で該ヒータパネルに向け尿素水を噴射すると、その噴射された尿素水がヒータパネル上で加熱されてアンモニアと炭酸ガスに効率良く熱分解され、これにより生じたアンモニアが選択還元型触媒上で排出ガス中のＮＯxと効果的に反応し、排出ガス中のＮＯxが従来より低い排気温度から良好に還元浄化されることになる。
【０００９】
また、本発明をより具体的に実施するに際しては、選択還元型触媒より上流側で排気温度を検出する温度センサと、該温度センサからの検出信号に基づき排気温度が所定温度以下である条件下でヒータパネルへの通電を指示する制御装置とを備えることが好ましい。
【発明の効果】
【００１０】
上記した本発明の排気浄化装置によれば、排出ガスの温度が尿素水をアンモニアと炭酸ガスに熱分解するのに十分な温度に達していなくても、発熱させたヒータパネルに尿素水を噴射してアンモニアと炭酸ガスに効率良く熱分解させることができるので、排気温度の低い運転状態が長く続くような運行形態の車両であっても、従来より低い排気温度から良好なＮＯx低減効果が得られるようにすることができるという優れた効果を奏し得る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。
【００１２】
図１〜図３は本発明を実施する形態の一例を示すもので、図１中における符号１はディーゼル機関であるエンジンを示し、ここに図示しているエンジン１では、ターボチャージャ２が備えられており、エアクリーナ３から導いた空気４が吸気管５を介し前記ターボチャージャ２のコンプレッサ２ａへと送られ、該コンプレッサ２ａで加圧された空気４が更にインタークーラ６へと送られて冷却され、該インタークーラ６から図示しないインテークマニホールドへと空気４が導かれてエンジン１の各シリンダに導入されるようにしてある。
【００１３】
また、このエンジン１の各シリンダから排出された排出ガス７がエキゾーストマニホールド８を介し前記ターボチャージャ２のタービン２ｂへと送られ、該タービン２ｂを駆動した排出ガス７が排気管９を介し車外へ排出されるようにしてある。
【００１４】
そして、排出ガス７が流通する排気管９の途中には、選択還元型触媒１０がケーシング１１により抱持されて装備されており、この選択還元型触媒１０は、図２に示す如きフロースルー方式のハニカム構造物として形成され、酸素共存下でも選択的にＮＯxをアンモニアと反応させ得るような性質を有している。
【００１５】
更に、ケーシング１１より上流側の排気管９に尿素分解室１２が設けられており、該尿素分解室１２内の一側面に噴射ノズル１３’付き尿素水噴射弁１３が設置され、この尿素水噴射弁１３と所要場所に設けた尿素水タンク１４との間が尿素水供給ライン１５により接続されている。
【００１６】
そして、尿素水供給ライン１５の途中には、尿素水タンク１４内の尿素水１７（還元剤）を尿素水噴射弁１３を介し噴射ノズル１３’から尿素分解室１２内に噴射し得るよう供給ポンプ１６が装備されており、これら尿素水噴射弁１３と尿素水タンク１４と尿素水供給ライン１５と供給ポンプ１６とにより尿素水添加手段１８が構成されるようにしてある。尚、図中１９は余剰の尿素水１７を尿素水タンク１４に戻すリターンラインを示している。
【００１７】
一方、前記尿素分解室１２内で噴射ノズル１３’と対峙する他側面には、通電により発熱するヒータパネル２０が装備されており、該ヒータパネル２０には、リレースイッチ２１，２２を介しバッテリ２３が接続されている。
【００１８】
更に、前記尿素分解室１２内における噴射ノズル１３’の近傍位置には、該噴射ノズル１３’付近の排気温度を検出する温度センサ２４が装備されており、この温度センサ２４からの検出信号２４ａが制御装置２５に対し入力されるようになっている。
【００１９】
一方、この制御装置２５においては、温度センサ２４からの検出信号２４ａに基づき実測の排気温度が約２００℃以下で且つ約１４０℃以上となっている条件下で通電信号２１ａ，２２ａをリレースイッチ２１，２２に向け出力してヒータパネル２０への通電を指示するようにしてある。
【００２０】
ここで、ヒータパネル２０への通電条件を約２００℃以下としたのは、排気温度が約２００℃を下まわるような低い温度条件では、尿素水１７の良好な熱分解が期待できない（アンモニアと炭酸ガスに熱分解するのに少なくとも約１７０〜１８０℃の排気温度が必要）からであり、他方、約１４０℃以上としたのは、選択還元型触媒１０側の触媒活性が得られる温度域の下限温度に相当するからである。
【００２１】
ただし、最近の研究では、選択還元型触媒１０に吸着されるアンモニア量も考慮した尿素水１７の添加制御を行うことが検討されているので、ただ単に選択還元型触媒１０に予めアンモニアを吸着させておく目的で尿素水１７を添加するような場合には、１４０℃を下まわる温度でヒータパネル２０を発熱させて尿素水１７の噴射を行うケースも有り得る。
【００２２】
また、前記制御装置２５からは、前記尿素水噴射弁１３に対し開弁指令信号１３ａが出力され、供給ポンプ１６に対しては駆動指令信号１６ａが出力されるようになっており、前記尿素水噴射弁１３の開弁作動により尿素水１７の添加量が適切に制御され、その添加時に必要な噴射圧力が前記供給ポンプ１６の駆動により適宜に得られるようになっている。
【００２３】
ここで、この制御装置２５においては、図示しないエンジン制御コンピュータ（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）との間でエンジン１の回転数及び負荷が遣り取りされるようになっており、これらから判断される現在の運転状態に基づきＮＯxの発生量が推定され、その推定されたＮＯxの発生量に見合う尿素水１７の添加量が算出されて必要量の尿素水１７の添加が実行されるようになっている。
【００２４】
而して、このように排気浄化装置を構成すれば、温度センサ２４からの検出信号２４ａに基づき噴射ノズル１３’付近の排気温度が約２００℃以下で且つ約１４０℃以上となっていることが制御装置２５で確認された時に、該制御装置２５からリレースイッチ２１，２２に向け通電信号２１ａ，２２ａが出力されてヒータパネル２０への通電が実行される。
【００２５】
これにより排出ガス７の温度が尿素水１７をアンモニアと炭酸ガスに熱分解するのに十分な温度（約２００℃）に達していない時でも、尿素分解室１２のヒータパネル２０が通電により発熱した状態となるので、この発熱したヒータパネル２０に対し必要量の尿素水１７を尿素水添加手段１８により噴射させると、その噴射された尿素水１７がヒータパネル２０上で加熱されてアンモニアと炭酸ガスに効率良く熱分解され、これにより生じたアンモニアが選択還元型触媒１０上で排出ガス７中のＮＯxと効果的に反応し、排出ガス７中のＮＯxが従来より低い排気温度から良好に還元浄化されることになる。
【００２６】
従って、上記形態例によれば、排出ガス７の温度が尿素水１７をアンモニアと炭酸ガスに熱分解するのに十分な温度に達していなくても、発熱させたヒータパネル２０に尿素水１７を噴射してアンモニアと炭酸ガスに効率良く熱分解させることができるので、排気温度の低い運転状態が長く続くような運行形態の車両であっても、従来より低い排気温度から良好なＮＯx低減効果が得られるようにすることができる。
【００２７】
事実、本発明者等が行った実験結果によれば、図３のグラフに示す如く、前述の本形態例の装置構成でヒータパネル２０による加熱支援を施したケースＸと、このような加熱支援の手段を用いずに尿素水１７をそのまま添加した従来のケースＹとを比較したところ、ケースＹよりもケースＸの方が低い温度（選択還元型触媒１０の入側排気温度が約１４０℃あたり）から高いＮＯx低減率を得られることが実際に確認された。
【００２８】
尚、本発明の排気浄化装置は、上述の形態例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明を実施する形態の一例を示す概略図である。
【図２】図１の選択還元型触媒の一部を切り欠いて示す斜視図である。
【図３】排気温度とＮＯx低減率との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００３０】
７  排出ガス
９  排気管
１０  選択還元型触媒
１２  尿素分解室
１７  尿素水
１８  尿素水添加手段
２０  ヒータパネル
２４  温度センサ
２４ａ  検出信号
２５  制御装置
【図１】
2006002662.tif 000003
【図２】
2006002662.tif 000004
【図３】
2006002662.tif 000005