(57)【要約】    【課題】  エンジンからの排気温度が低くても還元剤が排気通路内に析出するのを抑制してＮＯｘの除去率を向上する。    【解決手段】  排気管３内にて還元剤を還元触媒５の排気上流側に供給する噴射ノズル７の上流側に設けられた電熱担体１１により、排気管３内の排気を還元剤の融点以上の温度まで加熱する。これにより、エンジン１からの排気温度が還元剤の融点より低くても還元剤が排気管３の内壁面に析出するのを抑制して、噴射ノズル７から供給された還元剤を触媒還元反応に有効に使うことができる。このことから、排気中のＮＯｘを無害成分に浄化処理することができ、ＮＯｘの除去率を向上することができる。【選択図】    図１
2005105940.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンの排気系に配設され、排気中の一酸化窒素を酸化反応により低減する酸化触媒と、
前記排気系に配設され、排気中の窒素酸化物を還元剤により還元浄化する還元触媒と、
前記排気系の排気通路内にて前記還元剤を前記還元触媒の排気上流側に供給する噴射ノズルを有する還元剤供給手段と、
を備えたエンジンの排気浄化装置であって、
前記噴射ノズルの排気上流側に、排気通路内の排気を前記還元剤の融点以上の温度まで加熱する加熱手段を設けたことを特徴とするエンジンの排気浄化装置。
【請求項２】
前記噴射ノズルの排気上流側の近傍に、排気通路内の排気温度を検出する温度検出手段を設け、この温度検出手段の検出信号により前記加熱手段の動作を制御することを特徴とする請求項１に記載のエンジンの排気浄化装置。
【請求項３】
前記還元剤は、尿素水溶液であることを特徴とする請求項１又は２に記載のエンジンの排気浄化装置。
【請求項４】
前記加熱手段により加熱する排気の温度は、１３２℃以上であることを特徴とする請求項３に記載のエンジンの排気浄化装置。
【請求項５】
前記加熱手段により加熱する排気の温度は、１６０℃以上であることを特徴とする請求項３に記載のエンジンの排気浄化装置。
【請求項６】
前記加熱手段は、前記排気通路の横断面の略全域にわたって配設され、多孔性構造を有し通電することにより発熱する電熱担体であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のエンジンの排気浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、移動車両搭載のディーゼルエンジン、ガソリンエンジン等から排出される窒素酸化物（ＮＯｘ）を、還元剤を還元触媒の排気上流側に供給して還元除去する排気浄化装置に関し、特に、エンジンからの排気温度が低くても還元剤が排気通路内に析出するのを抑制してＮＯｘの除去率を向上するエンジンの排気浄化装置に係るものである。
【背景技術】
【０００２】
エンジンから排出される排気中の微粒子物質（ＰＭ）のうち、特にＮＯｘを除去して排気を浄化するシステムとして、いくつかの排気浄化装置が提案されている。この排気浄化装置は、エンジンの排気系に還元触媒を置き、該還元触媒の上流側の排気通路に還元剤を噴射供給することにより、排気中のＮＯｘと還元剤とを触媒還元反応させ、ＮＯｘを無害成分に浄化処理するものである。還元剤は貯蔵タンクに常温で液体状態に貯蔵され、必要量を噴射ノズルから噴射供給する。還元反応は、ＮＯｘとの反応性の良いアンモニアを用いるもので、還元剤としては、加水分解してアンモニアを容易に発生する尿素水溶液、アンモニア水溶液、その他の還元剤水溶液が用いられる（例えば、特許文献１及び非特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２０００−２７６２７号公報
【非特許文献１】「触媒」Vol.45 No.3 2003、触媒学会、２００３年４月１０日発行、第２２７頁
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、上記従来の排気浄化装置においては、エンジンからの排気温度が例えば１３２℃より低い場合は、排気通路内に噴射供給された還元剤としての尿素水溶液（以下、「尿素水」という）中の尿素が排気管の内壁面に析出して付着する虞がある。これは、尿素水は１００℃近傍で凝結し、尿素の融点は１３２℃であるので、エンジンから排出される排気の温度が、尿素水が凝結する１００℃以上にはなるが尿素の融点である１３２℃未満の温度領域では、尿素が析出したままの状態となるからである。このような場合、尿素析出量の分だけ尿素水が低減して噴射ノズルから噴射供給された尿素水が触媒還元反応に有効に使われず、ＮＯｘを十分に還元除去することができない虞があり、除去率が低下する場合がある。
【０００４】
そこで、本発明は、このような問題点に対処し、エンジンからの排気温度が低くても還元剤が排気通路内に析出するのを抑制してＮＯｘの除去率を向上するエンジンの排気浄化装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
請求項１に記載の排気浄化装置では、エンジンの排気系に配設され、排気中の一酸化窒素を酸化反応により低減する酸化触媒と、前記排気系に配設され、排気中の窒素酸化物を還元剤により還元浄化する還元触媒と、前記排気系の排気通路内にて前記還元剤を前記還元触媒の排気上流側に供給する噴射ノズルを有する還元剤供給手段と、を備えたエンジンの排気浄化装置であって、前記噴射ノズルの排気上流側に、排気通路内の排気を前記還元剤の融点以上の温度まで加熱する加熱手段を設けたことを特徴とする。
【０００６】
このような構成により、排気系の排気通路内にて還元剤を還元触媒の排気上流側に供給する噴射ノズルの上流側に設けられた加熱手段により、排気通路内の排気を還元剤の融点以上の温度まで加熱する。これにより、還元剤が析出するのを抑制する。
【０００７】
請求項２に記載の発明では、前記噴射ノズルの排気上流側の近傍に、排気通路内の排気温度を検出する温度検出手段を設け、この温度検出手段の検出信号により前記加熱手段の動作を制御することを特徴とする。これにより、噴射ノズルの排気上流側の近傍に設けられた温度検出手段で、排気通路内の排気温度を検出し、その検出信号により加熱手段の動作を制御する。
【０００８】
請求項３に記載の発明では、前記還元剤は、尿素水溶液であることを特徴とする。これにより、加水分解してアンモニアを容易に発生する尿素水溶液を還元剤として、排気中の窒素酸化物を還元浄化する。
【０００９】
請求項４に記載の発明では、前記加熱手段により加熱する排気の温度は、１３２℃以上であることを特徴とする。これにより、加熱手段で排気通路内の排気を、尿素水溶液中の尿素の融点以上の温度まで加熱する。
【００１０】
請求項５に記載の発明では、前記加熱手段により加熱する排気の温度は、１６０℃以上であることを特徴とする。これにより、加熱手段で排気通路内の排気を、尿素水溶液中の尿素の融点以上の温度まで加熱すると共に、尿素水溶液がアンモニアをより多く生成する温度まで加熱する。
【００１１】
請求項６に記載の発明では、前記加熱手段は、前記排気通路の横断面の略全域にわたって配設され、多孔性構造を有し通電することにより発熱する電熱担体であることを特徴とする。これにより、排気通路の横断面の略全域にわたって配設された多孔性構造の電熱担体に通電することで、排気通路内の排気を通路断面の略全域にわたって還元剤の融点以上の温度まで加熱する。
【発明の効果】
【００１２】
請求項１に係る発明によれば、エンジンからの排気温度が還元剤の融点より低くても還元剤が排気通路内に析出するのを抑制して、噴射ノズルから供給された還元剤を触媒還元反応に有効に使うことができる。したがって、排気中のＮＯｘを無害成分に浄化処理することができ、ＮＯｘの除去率を向上することができる。
【００１３】
また、請求項２に係る発明によれば、排気通路内の排気温度を検出し、還元剤の融点より低い場合は加熱手段を動作させて、噴射ノズルの排気上流側の近傍の排気をその還元剤の融点以上の温度まで加熱することができる。したがって、還元剤が析出するのを抑制して、ＮＯｘの除去率を向上することができる。
【００１４】
さらに、請求項３に係る発明によれば、還元剤としてアンモニアを直接使用することなく、加水分解してアンモニアを容易に発生する尿素水溶液を使用することで、排気中のＮＯｘを無害成分に浄化処理して、ＮＯｘの除去率を向上することができる。
【００１５】
さらにまた、請求項４に係る発明によれば、エンジンからの排気温度が尿素の融点より低くても尿素が排気通路内に析出するのを抑制して、噴射ノズルから供給された尿素水溶液を触媒還元反応に有効に使うことができる。したがって、ＮＯｘの除去率を向上することができる。
【００１６】
また、請求項５に係る発明によれば、エンジンからの排気温度が１６０℃より低くても、尿素が排気通路内に析出するのを抑制すると共に、尿素水溶液がアンモニアをより多く生成する状態となり、ＮＯｘの還元反応が促進され、ＮＯｘの除去率を向上することができる。
【００１７】
さらに、請求項６に係る発明によれば、排気通路内の排気を還元剤の融点以上の温度まで速やかに加熱することができる。したがって、還元剤が析出するのを抑制して、ＮＯｘの除去率を向上することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。
【００１９】
図１は本発明によるエンジンの排気浄化装置の実施形態を示す図である。この排気浄化装置は、移動車両搭載のディーゼルエンジン、ガソリンエンジン等から排出されるＮＯｘを、還元剤を用いて還元除去するものである。ガソリンあるいは軽油を燃料とするエンジン１の排気は、排気マニフォ−ルド２から排気通路としての排気管３を経由して大気中に排出される。詳細には、上記排気管３には排気上流側から順に、一酸化窒素（ＮＯ）の酸化触媒４、ＮＯｘの還元触媒５、アンモニアスリップ用酸化触媒６が配設され、その前後に温度センサ、ＮＯｘセンサ等が配設されて排気系が構成されるが、細部の構成は図示していない。
【００２０】
上記酸化触媒４は、排気管３内を通る排気中のＮＯ等を酸化反応により低減するもので、例えばステンレス鋼等の耐熱性、耐食性に優れた材料から成り大型マフラのような形状の触媒シェルの内部に、アルミナ等の多孔性部材の表面に白金メッキを施した触媒ペレットが充填されている。そして、上記排気管３内を通る排気が上記触媒シェル内の触媒ペレットと接触しながら流れることにより、排気中のＮＯが酸化反応（燃焼）してＮＯ2となり、下流側の還元触媒５におけるＮＯｘの除去率を向上するようになっている。なお、上記ＮＯの酸化反応と同時に、排気中の炭化水素（ＨＣ）、一酸化炭素（ＣＯ）等も酸化反応により低減されることとなる。
【００２１】
上記ＮＯｘの還元触媒５は、排気管３内を通る排気中のＮＯｘを還元剤により還元浄化するもので、例えばセラミックのコーディライトやＦｅ−Ｃｒ−Ａｌ系の耐熱鋼から成るハニカム形状の横断面を有するモノリスタイプの触媒担体に、ゼオライト系の活性成分が担持されている。そして、上記触媒担体に担持された活性成分は、還元剤の供給を受けて活性化し、排気中のＮＯｘを効果的に無害物質に浄化させる。なお、上記ＮＯｘの還元触媒５の後段には、アンモニアスリップ用酸化触媒６が配設されている。
【００２２】
上記排気管３の内部にてＮＯｘの還元触媒５の上流側には、噴射ノズル７が配設されており、還元剤供給装置８から該噴射ノズル７を介して還元剤が圧力エアと共に排気管３内に噴射供給されるようになっている。ここで、噴射ノズル７は、排気管３内にて排気の流れ方向Ａと略直角に突き出ているものとしたが、その先端部が排気の流れ方向Ａと略平行に下流側に向けて延びるものとしてもよい。また、還元剤供給装置８には、貯蔵タンク９内に貯留された還元剤が供給配管１０を通じて供給される。そして、上記噴射ノズル７と還元剤供給装置８とで、還元剤をＮＯｘの還元触媒５の排気上流側に供給する還元剤供給手段を構成している。
【００２３】
この実施形態では、上記噴射ノズル７で噴射供給する還元剤として尿素水溶液（尿素水）を用いる。他にアンモニア水溶液等を用いてもよい。そして、噴射ノズル７で噴射供給された尿素水は、排気管３内の排気熱により加水分解してアンモニアを容易に発生する。得られたアンモニアは、ＮＯｘの還元触媒５において排気中のＮＯｘと反応し、水及び無害なガスに浄化される。尿素水は、固体もしくは粉体の尿素の水溶液で、貯蔵タンク９に貯留されており、供給配管１０を通じて還元剤供給装置８に供給されるようになっている。
【００２４】
ここで、本発明においては、上記噴射ノズル７の排気上流側に、電熱担体１１が設けられている。この電熱担体１１は、排気管３内の排気を尿素水中の尿素の融点以上の温度まで加熱する加熱手段となるもので、例えばステンレス鋼等の耐熱性、耐食性に優れた材料でハニカム形状の横断面を有する多孔性構造とされ、バッテリー等の電源１２から電流を流すことにより発熱するようになっている。そして、上記電熱担体１１は、排気系の排気通路の横断面の略全域にわたって配設されており、排気マニフォ−ルド２から流れてきた排気を速やかに加熱することができる。
【００２５】
また、上記噴射ノズル７の排気上流側の近傍には、温度センサ１３が設けられている。この温度センサ１３は、排気管３内の排気温度を検出する温度検出手段となるものであり、この実施形態では上記噴射ノズル７の排気上流側近傍の排気温度を検出するようになっている。そして、温度センサ１３で検出した排気温度の検出信号を用いて上記電熱担体１１の動作を制御する。
【００２６】
そして、上記還元剤供給装置８と電源１２と温度センサ１３は、例えばＣＰＵから成る制御回路１４に、それぞれ信号線１５ａ，１５ｂ，１５ｃで接続されており、この制御回路１４の制御によりそれぞれ動作するようになっている。すなわち、制御回路１４からの制御信号により、還元剤供給装置８を動作して噴射ノズル７から尿素水をＮＯｘの還元触媒５の排気上流側に噴射供給し、温度センサ１３からの排気温度の検出信号により制御回路１４が電源１２をオン、オフし、電熱担体１１に通電又は遮断して排気管３内の排気を尿素の融点以上の温度まで加熱するようになっている。
【００２７】
具体的には、上記電熱担体１１の発熱により加熱する排気管３内の排気の温度は、尿素の融点である１３２℃以上とされる。これにより、エンジン１からの排気温度が尿素の融点より低くても、噴射ノズル７の排気上流側の近傍の排気を１３２℃以上に加熱して、尿素が排気管３の内壁面に析出するのを抑制することができる。
【００２８】
また、上記電熱担体１１の発熱により加熱する排気管３内の排気の温度は、１６０℃以上とされる。これにより、エンジン１からの排気温度が１６０℃より低くても、噴射ノズル７の排気上流側の近傍の排気を１６０℃以上に加熱して、尿素が排気管３の内壁面に析出するのを抑制すると共に、尿素水溶液がアンモニアをより多く生成する状態とすることができる。
【００２９】
次に、このように構成された排気浄化装置の動作について、図２を参照して説明する。まず、図１において、エンジン１の運転による排気は、排気マニフォ−ルド２から排気管３を経由して、該排気管３内の途中に配設された酸化触媒４、及びＮＯｘの還元触媒５、更にアンモニアスリップ用酸化触媒６を通り、排気管３の端部排出口から大気中に排出される。このとき、上記排気管３の内部にてＮＯｘの還元触媒５の排気上流側に配設された噴射ノズル７から尿素水が噴射される。この噴射ノズル７には、尿素水の貯蔵タンク９から供給配管１０を介して尿素水が還元剤供給装置８に供給され、この還元剤供給装置８の動作により圧力エアと共に尿素水が排気中に噴射供給される。
【００３０】
この状態で、上記噴射ノズル７の排気上流側の近傍に設けられた温度センサ１３により、排気管３内の排気温度を検出して、その検出信号を制御回路１４へ送る。この制御回路１４は、温度センサ１３で検出した排気温度が例えば１３２℃未満であると判断すると、電源１２に対してオン信号を送り、電熱担体１１に電流を供給して発熱させ、排気管３内を流れる排気を加熱する。この電熱担体１１に対する通電をオン、オフ制御することによって、排気を所定の温度範囲内に加熱制御する。
【００３１】
このようにして、制御回路１４により電熱担体１１の動作を制御して、上記噴射ノズル７の排気上流側の排気を加熱し、例えば尿素の融点である１３２℃以上に維持する。このとき、上記温度センサ１３は噴射ノズル７の排気上流側の近傍に設けられているので、結果的に、該噴射ノズル７の排気上流側近傍の排気温度が１３２℃以上に維持される。これにより、エンジン１からの排気温度が尿素の融点より低くても尿素が排気管３の内壁面に析出するのを抑制して、噴射ノズル７から供給された尿素水を触媒還元反応に有効に使うことができる。したがって、排気中のＮＯｘを無害成分に浄化処理することができ、ＮＯｘの除去率を向上することができる。
【００３２】
また、他の温度制御の例としては、上記制御回路１４は、温度センサ１３で検出した排気温度が例えば１６０℃未満であると判断すると、電源１２に対してオン信号を送り、電熱担体１１に電流を供給して発熱させ、排気管３内を流れる排気を加熱する。この電熱担体１１に対する通電をオン、オフ制御することによって、排気を所定の温度範囲内に加熱制御する。
【００３３】
そして、上述と同様にして、制御回路１４の制御により、上記噴射ノズル７の排気上流側の排気を加熱し、例えば１６０℃以上に維持する。このとき、結果的に、上記噴射ノズル７の排気上流側近傍の排気温度が１６０℃以上に維持される。これにより、エンジン１からの排気温度が１６０℃より低くても、尿素が排気管３の内壁面に析出するのを抑制すると共に、尿素水溶液がアンモニアをより多く生成する状態となり、ＮＯｘの還元反応が促進され、ＮＯｘの除去率を向上することができる。
【００３４】
次に、エンジン１の運転停止により、噴射ノズル７からの尿素水の噴射を終了するには、還元剤供給装置８の動作により、まず貯蔵タンク９からの尿素水の供給を遮断し、その後しばらくは噴射ノズル７に圧力エアだけを供給する。これにより、噴射ノズル７のノズル本体及び噴射孔から尿素水を追い出して、尿素水の噴射を終了する。
【００３５】
図３は、本発明の排気浄化装置の他の実施形態を示す図である。この実施形態は、排気系の構成において、酸化触媒４と電熱担体１１との配設位置を入れ替えて、酸化触媒４の排気上流側に電熱担体１１を配設したものである。その他の構成は、図１及び図２の実施形態と全く同様であり、同様の効果を得ることができる。
【００３６】
なお、以上の説明では、排気通路内の排気を還元剤の融点以上の温度まで加熱する加熱手段として、多孔性構造の電熱担体１１を排気通路の横断面の略全域にわたって配設したものとしたが、本発明はこれに限られず、排気通路内の排気を還元剤の融点以上の温度まで速やかに加熱することができるものであるならば、他の装置であってもよい。例えば、ニクロム線等の電熱線を排気通路の横断面の略全域にわたって張り回したヒーターを設けてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明によるエンジンの排気浄化装置の実施形態を示す概念図である。
【図２】上記排気浄化装置の動作を説明するための拡大概要図である。
【図３】本発明の排気浄化装置の他の実施形態を示す拡大概要図である。
【符号の説明】
【００３８】
１…エンジン
３…排気管
４…酸化触媒
５…還元触媒
６…アンモニアスリップ用酸化触媒
７…噴射ノズル
８…還元剤供給装置
９…貯蔵タンク
１０…供給配管
１１…電熱担体
１３…温度センサ
１４…制御回路
【図１】
2005105940.tif 000003
【図２】
2005105940.tif 000004
【図３】
2005105940.tif 000005