(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、尿素水を積極的にアンモニアに分解することができ、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排気浄化装置を提供する。【解決手段】尿素水１２に超音波を照射する超音波照射手段１３として、尿素水１２の流入口１４ａと流出口１４ｂとを有する超音波照射槽１４を配設し、該超音波照射手段１３としての超音波照射槽１４の流入口１４ａに尿素水供給ライン１５を接続すると共に、前記超音波照射槽１４の流出口１４ｂに、超音波が照射された尿素水１２を選択還元型触媒１０の上流側における排気管９内へ導く添加ノズル１６を接続する。【選択図】図１
2007182803.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、
添加される尿素水に超音波を照射する超音波照射手段を備えたことを特徴とする排気浄化装置。
【請求項２】
振動子により槽全体を振動させて導入される尿素水に超音波を照射し排出する超音波照射槽によって、超音波照射手段を構成した請求項１記載の排気浄化装置。
【請求項３】
振動子によりホーンを振動させて導入される尿素水に超音波を照射し排出する超音波照射槽によって、超音波照射手段を構成した請求項１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、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排気浄化装置がある。
【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、自動車の排気浄化装置の場合には、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）。
【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、該排気ガス中で尿素水が
（ＮＨ2）2・ＣＯ＋Ｈ2Ｏ→２ＮＨ3＋ＣＯ2
で示される化学反応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。
【特許文献１】特開２００２−１６１７３２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、このような尿素水を還元剤として使用する排気浄化装置の場合、その還元反応時における充分な触媒活性を得るのに約２００［℃］以上の排気温度が必要となるので、排気温度が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】
しかも、従来の場合、尿素水を単に排気管内へ直接噴射するだけであるため、排気ガスの排熱から尿素水への熱伝達効率が低く、特に排気温度が低い場合にはアンモニア生成量が少なくなることから、ＮＯx低減に必要な量のアンモニアを選択還元型触媒へ供給できず、ＮＯx低減効果が著しく小さくなるという不具合を有していた。
【０００７】
本発明は、斯かる実情に鑑み、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、尿素水を積極的にアンモニアに分解することができ、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排気浄化装置を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
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、
添加される尿素水に超音波を照射する超音波照射手段を備えたことを特徴とする排気浄化装置にかかるものである。
【０００９】
上記手段によれば、以下のような作用が得られる。
【００１０】
運転時に選択還元型触媒の上流側に還元剤として添加される尿素水に、超音波照射手段において超音波が照射されると、キャビテーションによる気泡が発生し、該キャビテーションによる気泡の崩壊時には、短寿命の高温・高圧の局所場（ホットスポット）が形成され、これにより、尿素分子における結合エネルギの低いＣ−Ｎ結合部が切断されるため、たとえ排気温度が低い場合であっても、前記超音波照射手段において超音波が照射された尿素水は、アンモニアと炭酸ガスに効率良く分解され、アンモニア生成量が多くなることから、従来のように尿素水を単に排気管内へ直接噴射するのとは異なり、ＮＯx低減に必要な量のアンモニアを選択還元型触媒へ供給可能となり、該アンモニアが選択還元型触媒上で排気ガス中のＮＯxと効果的に反応し、該排気ガス中のＮＯxが従来より低い排気温度から良好に還元浄化される。
【００１１】
前記排気浄化装置においては、振動子により槽全体を振動させて導入される尿素水に超音波を照射し排出する超音波照射槽によって、超音波照射手段を構成することができる。
【００１２】
又、前記排気浄化装置においては、振動子によりホーンを振動させて導入される尿素水に超音波を照射し排出する超音波照射槽によって、超音波照射手段を構成することもできる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の排気浄化装置によれば、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、尿素水を積極的にアンモニアに分解することができ、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】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。
【００１５】
図１〜図４は本発明を実施する形態の一例であって、図示しているディーゼルエンジン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が導かれてディーゼルエンジン１の各シリンダに導入されるようにしてある。
【００１６】
前記ディーゼルエンジン１の各シリンダから排出された排気ガス７は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を駆動した排気ガス７が排気管９を介し車外へ排出されるようにしてある。
【００１７】
又、前記排気ガス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、該選択還元型触媒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。
【００１８】
そして、尿素水１２に超音波（周波数がおよそ２０［ｋＨｚ］〜数［ＭＨｚ］程度）を照射する超音波照射手段１３として、尿素水１２の流入口１４ａと流出口１４ｂとを有する超音波照射槽１４を配設し、該超音波照射手段１３としての超音波照射槽１４の流入口１４ａに尿素水供給ライン１５を接続すると共に、前記超音波照射槽１４の流出口１４ｂに、超音波が照射された尿素水１２を選択還元型触媒１０の上流側における排気管９内へ導く添加ノズル１６を接続するようにしてある。
【００１９】
ここで、前記超音波照射槽１４には、例えば、図３（ａ）に示す如く、その底部に振動子１７を埋め込み、該振動子１７により槽全体を振動させて尿素水１２に超音波を照射する方式のものを採用したり、或いは図３（ｂ）に示す如く、その内部に、振動子１７からの振動を伝えるホーン１８を配設し、該振動子１７によりホーン１８を振動させて尿素水１２に超音波を照射する方式のものを採用することができる。尚、前記超音波照射槽１４の振動子１７は、電源１９（図１参照）のオン・オフにより作動・停止するようになっている。
【００２０】
又、前記尿素水供給ライン１５は、尿素水１２が貯留される尿素水タンク２０から延び、該尿素水供給ライン１５の途中には、尿素水タンク２０の尿素水１２を圧送する供給ポンプ２１と、該供給ポンプ２１によって圧送される尿素水１２の圧力を調整するレギュレータ２２と、該レギュレータ２２によって圧力が調整された尿素水１２を前記超音波照射手段１３としての超音波照射槽１４を経て添加ノズル１６から噴射させるインジェクタ２３とを設けるようにしてある。
【００２１】
一方、制御装置２４からは、前記供給ポンプ２１に対し駆動指令信号２１ａが出力され、前記レギュレータ２２に対し調圧指令信号２２ａが出力され、前記インジェクタ２３に対し開弁指令信号２３ａが出力されるようになっており、該インジェクタ２３の開弁作動により尿素水１２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２１の駆動とレギュレータ２２の作動により適宜に得られると共に、前記尿素水１２の添加時にそれと連動させて前記電源１９に対し制御指令信号１９ａが出力され、添加される尿素水１２に超音波が照射されるようになっている。
【００２２】
尚、前記制御装置２４においては、図示していないエンジン制御コンピュータ（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）との間でディーゼルエンジン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１２の添加量が算出されて必要量の尿素水１２の添加と超音波の照射とが実行されるようになっている。
【００２３】
次に、上記図示例の作用を説明する。
【００２４】
運転時に、制御装置２４からの駆動指令信号２１ａと調圧指令信号２２ａと開弁指令信号２３ａとによって供給ポンプ２１とレギュレータ２２とインジェクタ２３とを作動させることにより、必要量の尿素水１２を尿素水供給ライン１５から流入口１４ａを経て超音波照射槽１４の内部へ導入すると共に、前記制御装置２４からの制御指令信号１９ａにより電源１９をオンにして超音波照射槽１４の振動子１７を作動させると、該超音波照射槽１４内において尿素水１２には、超音波が照射される。
【００２５】
前記超音波照射槽１４内において尿素水１２に超音波が照射されると、キャビテーションによる気泡が発生し、該キャビテーションによる気泡の崩壊時には、短寿命の高温・高圧の局所場（ホットスポット）が形成され、これにより、尿素分子における結合エネルギの低いＣ−Ｎ結合部が切断されるため、たとえ排気温度が低い場合であっても、前記超音波照射槽１４において超音波が照射された尿素水１２は、アンモニアと炭酸ガスに効率良く分解され、アンモニア生成量が多くなることから、従来のように尿素水１２を単に排気管９内へ直接噴射するのとは異なり、ＮＯx低減に必要な量のアンモニアを選択還元型触媒１０へ供給可能となり、該アンモニアが選択還元型触媒１０上で排気ガス７中のＮＯxと効果的に反応し、該排気ガス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】
事実、本発明者等が行った実験結果によれば、図４のグラフに示す如く、前述した本図示例の装置構成にて尿素水１２への超音波照射を行うことにより分解されたアンモニアを選択還元型触媒１０の上流側に添加するケースＸと、このような超音波照射を行わずに尿素水１２をそのまま選択還元型触媒１０の上流側に添加した従来のケースＹとを比較したところ、従来のケースＹでは、高いＮＯx低減率を得るためには選択還元型触媒１０の床温（入側排気温度）がおよそ２００［℃］以上必要であるのに対し、ケースＸでは、選択還元型触媒１０の床温（入側排気温度）がおよそ１４０［℃］程度あれば高いＮＯx低減率を得られることが実際に確認された。
【００２７】
こうして、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、尿素水１２を積極的にアンモニアに分解することができ、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。
【００２８】
尚、本発明の排気浄化装置は、上述の図示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】図１の超音波照射槽を示す概略断面図であって、（ａ）は振動子により槽全体を振動させて尿素水に超音波を照射する方式の図、（ｂ）は振動子によりホーンを振動させて尿素水に超音波を照射する方式の図である。
【図４】選択還元型触媒床温（入側排気温度）とＮＯx低減率との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００３０】
１    ディーゼルエンジン
７    排気ガス
９    排気管
１０    選択還元型触媒
１１    ケーシング
１２    尿素水
１３    超音波照射手段
１４    超音波照射槽
１５    尿素水供給ライン
１６    添加ノズル
１７    振動子
１８    ホーン
１９    電源
２０    尿素水タンク
２１    供給ポンプ
２２    レギュレータ
２３    インジェクタ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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