(57)【要約】【課題】従来において困難であったエンジン始動直後からのＮＯx低減を実現し得る排気浄化装置を提供する。【解決手段】排気管１１の途中に選択還元型触媒１２を装備し且つ該選択還元型触媒１２の上流側に尿素水１５（還元剤）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、排気管１１（排気流路）を適宜に絞り込む排気絞りバルブ２５（排気絞り手段）と、該排気絞りバルブ２５より上流側で排気ガス９の一部を冷却しないまま吸気管５（吸気流路）に再循環するホットＥＧＲライン２３（ＥＧＲライン）とを備え、エンジン始動時に排気絞りバルブ２５を閉操作し且つホットＥＧＲライン２３をＥＧＲバルブ２４を介し適宜な開度で開通し得るように構成する。【選択図】図１
2008002355.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、排気流路を適宜に絞り込む排気絞り手段と、該排気絞り手段より上流側で排気ガスの一部を抜き出して吸気流路に再循環するＥＧＲラインとを備え、エンジン始動時に排気絞り手段を閉操作し且つＥＧＲラインを適宜な開度で開通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】
ＥＧＲラインが排気ガスを冷却しないまま吸気流路に再循環するホットＥＧＲラインであることを特徴とする請求項１に記載の排気浄化装置。
【請求項３】
還元剤が尿素水であり、選択還元型触媒が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性質を有するものであることを特徴とする請求項１又は２に記載の排気浄化装置。
【請求項４】
排気絞り手段が選択還元型触媒より上流側に配置されていることを特徴とする請求項１、２又は３に記載の排気浄化装置。
【請求項５】
排気絞り手段が選択還元型触媒より下流側に配置されていることを特徴とする請求項１、２又は３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、ＮＯxを還元剤と反応させて還元浄化する選択還元型触媒を排気管の途中に装備した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、排気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気ガス中の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考えられており、既に一部の車両では、尿素水を選択還元型触媒の還元剤としてＮＯxの低減化を図るシステムが実現しているという状況にある。
【０００４】
即ち、尿素水を選択還元型触媒の上流側で排気ガス中に添加すれば、約１７０℃以上の温度条件下で前記尿素水がアンモニアと炭酸ガスに分解され、選択還元型触媒上で排気ガス中の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。
【０００５】
尚、尿素水を還元剤としてＮＯxを還元浄化する選択還元型触媒を用いた排気浄化装置に関連する先行技術文献情報としては、例えば本発明と同じ出願人による下記の特許文献１等がある。
【特許文献１】特開２００４−２７０５６５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、斯かる従来の排気浄化装置においては、始動時にエンジンや管路が冷えきってしまっているので、これらのウォームアップに排気熱の大半が奪われてしまい、選択還元型触媒に導入される排気ガスの温度がなかなか上がってこないという不具合があり、これにより選択還元型触媒の床温度が活性温度域までなかなか上がりきらず、エンジン始動から暫くの間は良好なＮＯx低減効果を得ることができないという問題があった。
【０００７】
特に還元剤として尿素水を使用する場合には、蒸発、加熱、アンモニア化反応、ＮＯx還元浄化反応といった一連の行程を経るのに時間がかかり、しかも、尿素水の蒸発に多くの潜熱が奪われることになるため、エンジン始動直後から選択還元型触媒を良好に働かせることが困難であった。
【０００８】
本発明は上述の実情に鑑みてなしたもので、従来において困難であったエンジン始動直後からのＮＯx低減を実現し得る排気浄化装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
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、排気流路を適宜に絞り込む排気絞り手段と、該排気絞り手段より上流側で排気ガスの一部を抜き出して吸気流路に再循環するＥＧＲラインとを備え、エンジン始動時に排気絞り手段を閉操作し且つＥＧＲラインを適宜な開度で開通し得るように構成したことを特徴とするものである。
【００１０】
而して、このようにすれば、エンジン始動時に排気絞り手段が閉操作されて排気流路が絞り込まれ、該排気絞り手段より上流側で排気圧力が上昇し且つこの排気圧力の上昇に伴い排気温度も高められる一方、排気抵抗が高まることでエンジンの気筒内に比較的温度の低い吸気が流入し難くなって比較的温度の高い排気ガスの残留量が増加し、この比較的温度の高い排気ガスを多く含む気筒内の空気が圧縮行程で圧縮されて爆発行程を迎えることでも更なる排気温度の上昇が図られる。
【００１１】
この際、ＥＧＲラインが適宜な開度で開通されて排気ガスの一部が吸気流路に再循環されるので、その再循環の度に繰り返し排気温度の上昇が図られて排気絞り手段より上流側の排気温度が相乗的に高まり、これによりエンジンや管路の急速なウォームアップが図られてエンジン始動直後から選択還元型触媒に対して高温の排気ガスが導入されることになる。
【００１２】
この結果、エンジン始動から極めて短時間のうちに選択還元型触媒の床温度が活性温度域に到達し、エンジン始動直後から還元剤の添加を開始してＮＯxを選択還元型触媒上で還元浄化することが可能となる。
【００１３】
また、エンジン始動時からＥＧＲラインを通して排気ガスの一部が再循環されるようになっているので、この排気ガスの再循環により気筒内の燃焼温度が抑制されてＮＯxの発生が低減される作用も併用されることになる。
【００１４】
また、本発明をより具体的に実施するに際しては、ＥＧＲラインが排気ガスを冷却しないまま吸気流路に再循環するホットＥＧＲラインであることが好ましく、更には、還元剤を尿素水として、選択還元型触媒を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性質を有するものとすることが好ましい。
【００１５】
尚、排気絞り手段は、選択還元型触媒より上流側に配置されていても、選択還元型触媒より下流側に配置されていても良いが、特に選択還元型触媒より下流側に排気絞り手段が配置されている場合には、エンジンから選択還元型触媒まで一緒にウォームアップすることが可能となる。
【発明の効果】
【００１６】
上記した本発明の排気浄化装置によれば、エンジン始動から極めて短時間のうちに選択還元型触媒の床温度を活性温度域に到達させて還元剤の添加を開始することができ、しかも、この際に排気ガスの一部を再循環させてＮＯxの発生を低減する作用を併用することもできるので、従来において困難であったエンジン始動直後からのＮＯx低減を良好に実現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】
【００１７】
以下本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。
【００１８】
図１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１はターボチャージャ２を装備したディーゼルエンジンを示しており、エアクリーナ３から導かれた吸気４が吸気管５を通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で加圧された吸気４がインタークーラ６へと送られて冷却され、該インタークーラ６から更に吸気マニホールド７へと吸気４が導かれてディーゼルエンジン１の各気筒８（図１では直列６気筒の場合を例示している）に分配されるようになっている。
【００１９】
一方、このディーゼルエンジン１の各気筒８から排出された排気ガス９は、排気マニホールド１０を介しターボチャージャ２のタービン２ｂへと送られ、該タービン２ｂを駆動した排気ガス９が排気管１１を介し車外へ排出されるようにしてある。
【００２０】
また、この排気管１１の途中には、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性質を備えた選択還元型触媒１２が触媒ケーシング１３に抱持されて装備されており、この選択還元型触媒１２の後段には、該選択還元型触媒１２を未反応のまま通過した余剰のアンモニアを酸化処理するＮＨ3スリップ防止触媒１４が装備されている。
【００２１】
そして、この選択還元型触媒１２の入側と、所要場所に設けられて尿素水１５を貯蔵するタンク１６との間が添加ライン１７により接続されていて、該添加ライン１７の途中に装備したポンプ１８の駆動によりタンク１６内の尿素水１５が抜き出されるようになっている。
【００２２】
また、添加ライン１７のポンプ１８より下流側に添加バルブ１９が設けられ、該添加バルブ１９に対しエアタンク２０からプロテクションバルブ２１を介して加圧空気を導く添加用エアライン２２が接続されており、前記添加バルブ１９にて添加用エアライン２２からの加圧空気の流れに尿素水１５を随伴させてエア吹きにより前記選択還元型触媒１２の入側に還元剤として噴霧し得るようにしてある。
【００２３】
ここで、前記エアタンク２０は、従来よりバスやトラック等の車両に搭載されているもので、図示しないエンジン駆動のエアコンプレッサにより昇圧された加圧空気をドライヤを通して湿分を除去した上で貯えるようにしたものである。
【００２４】
更に、図１に図示している例では、排気マニホールド１０における各気筒８の並び方向の一端部と、吸気マニホールド７に接続されている吸気管５（吸気流路）の一端部との間がホットＥＧＲライン２３（ＥＧＲライン）で接続されており、排気マニホールド１０から抜き出した排気ガス９の一部を冷却しないままＥＧＲバルブ２４を介して吸気管５に再循環するようにしてあると共に、排気管１１におけるタービン２ｂの出口付近には、排気管１１（排気流路）を適宜に絞り込む排気絞りバルブ２５（排気絞り手段）が設けられている。
【００２５】
そして、これらホットＥＧＲライン２３のＥＧＲバルブ２４及び排気絞りバルブ２５は、エンジン制御コンピュータ（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）を成す制御装置２６からの開度指令信号２４ａ，２５ａにより適宜な開度に制御されるようになっており、前記制御装置２６にてディーゼルエンジン１の始動が確認された時に、排気絞りバルブ２５を閉操作し且つＥＧＲバルブ２４を適宜な開度で開操作してホットＥＧＲライン２３を開通し得るようにしてある。
【００２６】
ここで、排気絞りバルブ２５は、従来より周知の排気ブレーキを機能的に兼用するもので良く、この排気絞りバルブ２５に対し本来の排気ブレーキとしての作動から独立したエンジン始動時専用の特殊な作動を指令し得るようになっていれば良い。
【００２７】
尚、従来より周知の排気ブレーキがそうであるように、前記排気絞りバルブ２５は、閉操作により排気管１１を全閉としてしまうようなものではなく、ディーゼルエンジン１の始動を阻害しない程度の必要最小開度を残して閉操作されるようになっており、また、ホットＥＧＲライン２３のＥＧＲバルブ２４も、ある程度の制限をもって排気ガス９を再循環させるべく所要の開度に絞られてホットＥＧＲライン２３を開通させるようになっている。
【００２８】
また、前記制御装置２６には、排気管１１における選択還元型触媒１２の入側に設置された温度センサ２７からの検出信号２７ａが入力されるようになっており、この温度センサ２７からの検出信号２７ａに基づいて、選択還元型触媒１２に導入される排気ガス９の温度が所定温度まで到達したことが確認された時に、前記排気絞りバルブ２５を開操作して通常の排気ブレーキとしての作動に復帰せしめ且つＥＧＲバルブ２４を閉止してホットＥＧＲライン２３を閉塞するようにしてある。
【００２９】
尚、ここに図示している例では、排気管１１における選択還元型触媒１２の入側に温度センサ２７を設置し、この温度センサ２７からの検出信号２７ａに基づいて、選択還元型触媒１２に導入される排気ガス９の温度を確認するようにしているが、エンジン冷却水の温度等を代用値として用いても良い。
【００３０】
而して、このように排気浄化装置を構成すれば、エンジン始動時に制御装置２６からの開度指令信号２５ａにより排気絞りバルブ２５が閉操作されて排気管１１が絞り込まれ、該排気絞りバルブ２５より上流側で排気圧力が上昇するので、この排気圧力の上昇に伴い排気温度も高められることになる。
【００３１】
一方、排気抵抗が高まることでディーゼルエンジン１の気筒８内に比較的温度の低い吸気が流入し難くなって比較的温度の高い排気ガス９の残留量が増加し、この比較的温度の高い排気ガス９を多く含む気筒８内の空気が圧縮行程で圧縮されて爆発行程を迎えることでも更なる排気温度の上昇が図られる。
【００３２】
この際、ホットＥＧＲライン２３がＥＧＲバルブ２４により適宜な開度で開通されて排気ガス９の一部が冷却されないまま吸気管５に再循環されるので、その再循環の度に繰り返し排気温度の上昇が図られて排気絞りバルブ２５より上流側の排気温度が相乗的に高まり、これによりディーゼルエンジン１や排気管１１等の管路の急速なウォームアップが図られてエンジン始動直後から選択還元型触媒１２に対して高温の排気ガス９が導入されることになる。
【００３３】
この結果、エンジン始動から極めて短時間のうちに選択還元型触媒１２の床温度が活性温度域に到達し、エンジン始動直後から尿素水１５の添加を開始してＮＯxを選択還元型触媒１２上で還元浄化することが可能となる。
【００３４】
また、エンジン始動時からホットＥＧＲライン２３を通して排気ガス９の一部が再循環されるようになっているので、この排気ガス９の再循環により気筒８内の燃焼温度が抑制されてＮＯxの発生が低減される作用も併用されることになる。
【００３５】
尚、選択還元型触媒１２に導入される排気ガス９の温度が所定温度まで到達したことが温度センサ２７により確認されたら、前記排気絞りバルブ２５が開操作されて通常の排気ブレーキとしての作動に復帰し、ＥＧＲバルブ２４は閉止してホットＥＧＲライン２３が閉塞されることになるが、この段階では選択還元型触媒１２の触媒活性が向上して該選択還元型触媒１２によるＮＯxの処理量が十分に増大しているので、もはやホットＥＧＲライン２３を通した排気ガス９の再循環は不要となる。
【００３６】
従って、上記形態例によれば、エンジン始動から極めて短時間のうちに選択還元型触媒１２の床温度を活性温度域に到達させて尿素水１５の添加を開始することができ、しかも、この際に排気ガス９の一部を再循環させてＮＯxの発生を低減する作用を併用することもできるので、従来において困難であったエンジン始動直後からのＮＯx低減を良好に実現することができる。
【００３７】
図２は本発明の別の形態例を示すもので、本形態例においては、選択還元型触媒１２を抱持している触媒ケーシング１３の出口側に排気絞りバルブ２５を配置した場合を例示しており、このようにした場合には、エンジン始動時に制御装置２６からの開度指令信号２５ａにより排気絞りバルブ２５が閉操作され、該排気絞りバルブ２５より上流側で排気圧力が上昇して排気温度も高められることになるが、ディーゼルエンジン１から選択還元型触媒１２まで一緒にウォームアップすることが可能となるので、より効果的に選択還元型触媒１２の床温度を上昇させることができる。
【００３８】
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、選択還元型触媒に対し軽油等の尿素水以外の還元剤を添加する形式の排気浄化装置にも同様に適用し得ること、また、排気絞り手段は、排気流路を構成する排気管以外の部材に設けられていても良いこと、更に、ＥＧＲラインは、排気管の途中から排気ガスを抜き出したり、吸気マニホールドに排気ガスを再循環させたりする形式のものであっても良いこと、その他、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】
【００３９】
【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】本発明の別の形態例を示す概略図である。
【符号の説明】
【００４０】
１  ディーゼルエンジン（エンジン）
５  吸気管（吸気流路）
９  排気ガス
１１  排気管（排気流路）
１２  選択還元型触媒
１５  尿素水（還元剤）
２３  ホットＥＧＲライン（ＥＧＲライン）
２４  ＥＧＲバルブ
２４ａ  開度指令信号
２５  排気絞りバルブ（排気絞り手段）
２５ａ  開度指令信号
２６  制御装置
【図１】
2008002355.tif 000003
【図２】
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