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JP2005105940A - Engine exhaust emission control device - Google Patents

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JP2005105940A
JP2005105940A JP2003340079A JP2003340079A JP2005105940A JP 2005105940 A JP2005105940 A JP 2005105940A JP 2003340079 A JP2003340079 A JP 2003340079A JP 2003340079 A JP2003340079 A JP 2003340079A JP 2005105940 A JP2005105940 A JP 2005105940A
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JP
Japan
Prior art keywords
exhaust
reducing agent
temperature
exhaust gas
engine
Prior art date
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Pending
Application number
JP2003340079A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Goji Masuda
剛司 増田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
UD Trucks Corp
Original Assignee
UD Trucks Corp
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Publication date
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Priority to EP04787626A priority patent/EP1676987B1/en
Priority to EP07075882A priority patent/EP1870574B1/en
Priority to PCT/JP2004/012746 priority patent/WO2005033481A1/en
Priority to DE602004030732T priority patent/DE602004030732D1/en
Priority to DE602004022346T priority patent/DE602004022346D1/en
Priority to DE602004024434T priority patent/DE602004024434D1/en
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To improve the rejection rate of NOx by suppressing reducing agent from precipitating in an exhaust passage even when the exhaust temperature from an engine is low. <P>SOLUTION: The exhaust gas in the exhaust gas 3 is heated up to the temperature above the melting temperature of the reducing agent with an electric heat carrier 11 installed at the upstream side of an injection nozzle 7 to supply the reducing agent to the exhaust gas upstream side of the reducing catalyst 5 in the exhaust pipe 3. This prevents the reducing agent from precipitating on the inner wall of the exhaust pipe 3 even when the exhaust temperature from the engine 1 is lower than the melting point of a reducing agent to make it possible to effectively use the reducing agent fed from the ejection nozzle 7 for catalyst reduction reaction. This makes it possible to purify NOx in the exhaust gas into an innocent component and improve the rejection rate of NOx. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

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。   The present invention relates to an exhaust emission control device that reduces and removes nitrogen oxides (NOx) discharged from a diesel engine, a gasoline engine, or the like mounted on a moving vehicle by supplying a reducing agent to an exhaust upstream side of a reduction catalyst. The present invention relates to an engine exhaust gas purification device that improves the NOx removal rate by suppressing the precipitation of the reducing agent in the exhaust passage even when the exhaust gas temperature from the engine is low.

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)。
特開2000−27627号公報 「触媒」Vol.45 No.3 2003、触媒学会、2003年4月10日発行、第227頁
Several exhaust emission control devices have been proposed as a system for purifying exhaust gas by removing NOx from particulate matter (PM) in exhaust gas discharged from the engine. This exhaust purification device places a reduction catalyst in an exhaust system of an engine, and injects and supplies a reducing agent into an exhaust passage upstream of the reduction catalyst, thereby causing NOx and reducing agent in the exhaust to undergo a catalytic reduction reaction, thereby reducing NOx. Is purified to harmless components. The reducing agent is stored in a storage tank in a liquid state at room temperature, and a required amount is injected and supplied from an injection nozzle. In the reduction reaction, ammonia having good reactivity with NOx is used, and as the reducing agent, an aqueous urea solution, an aqueous ammonia solution, or other reducing agent aqueous solution that easily generates ammonia by hydrolysis is used (for example, patents). Reference 1 and Non-Patent Document 1).
JP 2000-27627 A "Catalyst" Vol.45 No.3 2003, Catalysis Society of Japan, April 10, 2003, page 227

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。   However, in the above-described conventional exhaust purification device, when the exhaust temperature from the engine is lower than, for example, 132 ° C., a urea aqueous solution (hereinafter referred to as “urea water”) as a reducing agent injected and supplied into the exhaust passage. Urea may be deposited on the inner wall surface of the exhaust pipe. This is because urea water condenses in the vicinity of 100 ° C., and the melting point of urea is 132 ° C., so the temperature of the exhaust discharged from the engine is 100 ° C. or higher at which urea water condenses, but it is the melting point of urea. This is because urea remains deposited in a temperature range of less than 132 ° C. In such a case, the urea water is reduced by the amount of urea precipitation and the urea water injected and supplied from the injection nozzle is not effectively used for the catalytic reduction reaction, and NOx may not be sufficiently reduced and removed. The removal rate may decrease.

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。   Accordingly, the present invention addresses such problems and suppresses the precipitation of reducing agent in the exhaust passage even when the exhaust temperature from the engine is low, thereby improving the NOx removal rate of the engine. The purpose is to provide.

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。   The exhaust emission control device according to claim 1, which is disposed in an exhaust system of the engine and reduces an amount of nitrogen monoxide in the exhaust gas by an oxidation reaction, and is disposed in the exhaust system and includes nitrogen oxides in the exhaust gas. Exhaust gas from an engine comprising: a reduction catalyst that reduces and purifies gas with a reducing agent; and a reducing agent supply means that has an injection nozzle that supplies the reducing agent to the exhaust upstream side of the reduction catalyst in an exhaust passage of the exhaust system. The purification apparatus is characterized in that heating means for heating the exhaust gas in the exhaust passage to a temperature equal to or higher than the melting point of the reducing agent is provided on the exhaust upstream side of the injection nozzle.

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。   With such a configuration, the exhaust in the exhaust passage is made to exceed the melting point of the reducing agent by the heating means provided on the upstream side of the injection nozzle that supplies the reducing agent to the exhaust upstream side of the reduction catalyst in the exhaust passage of the exhaust system. Heat to the temperature of. Thereby, precipitation of a reducing agent is suppressed.

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。   According to a second aspect of the present invention, temperature detection means for detecting the exhaust temperature in the exhaust passage is provided in the vicinity of the exhaust upstream side of the injection nozzle, and the operation of the heating means is controlled by a detection signal of the temperature detection means. It is characterized by doing. Thus, the temperature detecting means provided near the exhaust upstream side of the injection nozzle detects the exhaust temperature in the exhaust passage, and controls the operation of the heating means based on the detection signal.

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。   The invention according to claim 3 is characterized in that the reducing agent is an aqueous urea solution. Thus, nitrogen oxides in the exhaust gas are reduced and purified using an aqueous urea solution that easily generates ammonia by hydrolysis as a reducing agent.

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。   The invention according to claim 4 is characterized in that the temperature of the exhaust gas heated by the heating means is 132 ° C. or higher. Thereby, the exhaust in the exhaust passage is heated by the heating means to a temperature not lower than the melting point of urea in the urea aqueous solution.

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。   The invention according to claim 5 is characterized in that the temperature of the exhaust gas heated by the heating means is 160 ° C. or higher. Thereby, the exhaust gas in the exhaust passage is heated by the heating means to a temperature equal to or higher than the melting point of urea in the urea aqueous solution, and also heated to a temperature at which the urea aqueous solution generates more ammonia.

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。   The invention according to claim 6 is characterized in that the heating means is an electric heat carrier that is disposed over substantially the entire cross section of the exhaust passage, has a porous structure, and generates heat when energized. As a result, the exhaust gas in the exhaust passage is heated to a temperature equal to or higher than the melting point of the reducing agent over substantially the entire area of the passage cross section by energizing the porous heat carrier disposed over the entire area of the cross section of the exhaust passage. .

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。   According to the first aspect of the present invention, even if the exhaust temperature from the engine is lower than the melting point of the reducing agent, the reducing agent is prevented from depositing in the exhaust passage and the reducing agent supplied from the injection nozzle is catalytically reduced. It can be used effectively for reaction. Therefore, the NOx in the exhaust gas can be purified to harmless components, and the NOx removal rate can be improved.

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。   According to the second aspect of the invention, the exhaust temperature in the exhaust passage is detected, and when the temperature is lower than the melting point of the reducing agent, the heating means is operated to reduce the exhaust in the vicinity of the exhaust nozzle upstream of the injection nozzle. It can be heated to a temperature above the melting point of the agent. Therefore, precipitation of the reducing agent can be suppressed and the NOx removal rate can be improved.

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。   Further, according to the invention of claim 3, NOx in the exhaust gas is purified to harmless components by using a urea aqueous solution that easily generates ammonia by hydrolysis without directly using ammonia as a reducing agent. By processing, the NOx removal rate can be improved.

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。   Furthermore, according to the invention of claim 4, even if the exhaust temperature from the engine is lower than the melting point of urea, urea is prevented from precipitating in the exhaust passage, and the urea aqueous solution supplied from the injection nozzle is used as a catalyst. It can be used effectively for reduction reaction. Therefore, the NOx removal rate can be improved.

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。   According to the fifth aspect of the invention, even when the exhaust temperature from the engine is lower than 160 ° C., urea is prevented from being precipitated in the exhaust passage, and the urea aqueous solution generates more ammonia. NOx reduction reaction is promoted, and the removal rate of NOx can be improved.

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。   Furthermore, according to the invention which concerns on Claim 6, the exhaust_gas | exhaustion in an exhaust passage can be rapidly heated to the temperature more than melting | fusing point of a reducing agent. Therefore, precipitation of the reducing agent can be suppressed and the NOx removal rate can be improved.

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。   Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings.

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。   FIG. 1 is a view showing an embodiment of an exhaust emission control device for an engine according to the present invention. This exhaust purification device is for reducing and removing NOx discharged from a diesel engine, a gasoline engine or the like mounted on a moving vehicle using a reducing agent. The exhaust of the engine 1 using gasoline or light oil as fuel is discharged from the exhaust manifold 2 into the atmosphere via an exhaust pipe 3 serving as an exhaust passage. Specifically, the exhaust pipe 3 is provided with an oxidation catalyst 4 of nitric oxide (NO), a NOx reduction catalyst 5 and an ammonia slip oxidation catalyst 6 in order from the exhaust upstream side. An exhaust system is configured by providing a NOx sensor or the like, but the detailed configuration is not shown.

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。 The oxidation catalyst 4 reduces NO or the like in the exhaust gas passing through the exhaust pipe 3 by an oxidation reaction. The catalyst shell is made of a material having excellent heat resistance and corrosion resistance such as stainless steel and has a shape like a large muffler. Is filled with catalyst pellets in which the surface of a porous member such as alumina is plated with platinum. The exhaust passing through the exhaust pipe 3 flows while contacting the catalyst pellets in the catalyst shell, so that NO in the exhaust undergoes an oxidation reaction (combustion) to become NO 2 , and NOx in the reduction catalyst 5 on the downstream side. The removal rate is improved. Simultaneously with the oxidation reaction of NO, hydrocarbons (HC), carbon monoxide (CO), etc. in the exhaust gas are reduced by the oxidation reaction.

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。   The NOx reduction catalyst 5 is for reducing and purifying NOx in the exhaust gas passing through the exhaust pipe 3 with a reducing agent. For example, the honeycomb-shaped cross section made of ceramic cordierite or Fe-Cr-Al heat-resistant steel is used. A zeolite-type active component is supported on a monolith type catalyst carrier having the following. Then, the active component supported on the catalyst carrier is activated by the supply of the reducing agent, and effectively purifies NOx in the exhaust gas into a harmless substance. An ammonia slip oxidation catalyst 6 is disposed downstream of the NOx reduction catalyst 5.

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。   An injection nozzle 7 is disposed in the exhaust pipe 3 upstream of the NOx reduction catalyst 5, and the reducing agent and the pressure air are exhausted from the reducing agent supply device 8 through the injection nozzle 7. 3 is supplied by injection. Here, the injection nozzle 7 protrudes in the exhaust pipe 3 at a substantially right angle with the flow direction A of the exhaust gas, but the tip thereof extends toward the downstream side substantially in parallel with the flow direction A of the exhaust gas. It may be a thing. The reducing agent supply device 8 is supplied with the reducing agent stored in the storage tank 9 through the supply pipe 10. The injection nozzle 7 and the reducing agent supply device 8 constitute reducing agent supply means for supplying the reducing agent to the exhaust upstream side of the NOx reduction catalyst 5.

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。   In this embodiment, a urea aqueous solution (urea water) is used as a reducing agent to be supplied by injection from the injection nozzle 7. In addition, an aqueous ammonia solution or the like may be used. The urea water injected and supplied from the injection nozzle 7 is hydrolyzed by the exhaust heat in the exhaust pipe 3 and easily generates ammonia. The obtained ammonia reacts with NOx in the exhaust gas in the NOx reduction catalyst 5 to be purified into water and harmless gas. The urea water is a solid or powdery urea aqueous solution, stored in the storage tank 9, and supplied to the reducing agent supply device 8 through the supply pipe 10.

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。   Here, in the present invention, an electrothermal carrier 11 is provided on the exhaust upstream side of the injection nozzle 7. The electric heat carrier 11 serves as a heating means for heating the exhaust gas in the exhaust pipe 3 to a temperature equal to or higher than the melting point of urea in urea water. For example, the electric heat carrier 11 is made of a material having excellent heat resistance and corrosion resistance, such as stainless steel. It has a porous structure having a surface, and generates heat when a current is supplied from a power source 12 such as a battery. The electric heat carrier 11 is disposed over substantially the entire cross section of the exhaust passage of the exhaust system, and can quickly heat the exhaust flowing from the exhaust manifold 2.

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。   In addition, a temperature sensor 13 is provided in the vicinity of the exhaust nozzle 7 on the exhaust upstream side. The temperature sensor 13 serves as temperature detection means for detecting the exhaust temperature in the exhaust pipe 3. In this embodiment, the temperature sensor 13 detects the exhaust temperature near the exhaust upstream side of the injection nozzle 7. Then, the operation of the electric heat carrier 11 is controlled using the exhaust temperature detection signal detected by the temperature sensor 13.

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。   The reducing agent supply device 8, the power source 12, and the temperature sensor 13 are connected to a control circuit 14 composed of, for example, a CPU via signal lines 15a, 15b, and 15c, respectively, and operate under the control of the control circuit 14, respectively. It is like that. That is, in accordance with a control signal from the control circuit 14, the reducing agent supply device 8 is operated to inject and supply urea water from the injection nozzle 7 to the upstream side of the NOx reduction catalyst 5 and detect the exhaust temperature from the temperature sensor 13. In response to the signal, the control circuit 14 turns the power supply 12 on and off, energizes or shuts off the electric heat carrier 11, and heats the exhaust in the exhaust pipe 3 to a temperature equal to or higher than the melting point of urea.

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。   Specifically, the temperature of the exhaust gas in the exhaust pipe 3 heated by the heat generated by the electric heat carrier 11 is set to 132 ° C. or higher, which is the melting point of urea. Thereby, even if the exhaust temperature from the engine 1 is lower than the melting point of urea, the exhaust in the vicinity of the exhaust upstream side of the injection nozzle 7 is heated to 132 ° C. or more, and urea is deposited on the inner wall surface of the exhaust pipe 3. Can be suppressed.

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。   The temperature of exhaust in the exhaust pipe 3 heated by the heat generated by the electric heat carrier 11 is 160 ° C. or higher. As a result, even if the exhaust temperature from the engine 1 is lower than 160 ° C., the exhaust near the exhaust upstream side of the injection nozzle 7 is heated to 160 ° C. or more, and urea is deposited on the inner wall surface of the exhaust pipe 3. While suppressing, it can be set as the state which urea aqueous solution produces | generates more ammonia.

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。   Next, the operation of the exhaust emission control device thus configured will be described with reference to FIG. First, in FIG. 1, exhaust due to the operation of the engine 1 is conducted from an exhaust manifold 2 through an exhaust pipe 3 to an oxidation catalyst 4 disposed in the exhaust pipe 3 and a NOx reduction catalyst 5. Further, it passes through the ammonia slip oxidation catalyst 6 and is discharged into the atmosphere from the end discharge port of the exhaust pipe 3. At this time, urea water is injected from the injection nozzle 7 disposed on the exhaust upstream side of the NOx reduction catalyst 5 inside the exhaust pipe 3. To this injection nozzle 7, urea water is supplied from a urea water storage tank 9 through a supply pipe 10 to a reducing agent supply device 8. By operation of the reducing agent supply device 8, urea water is discharged into the exhaust together with pressure air. It is supplied by injection.

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。   In this state, the temperature sensor 13 provided in the vicinity of the exhaust upstream side of the injection nozzle 7 detects the exhaust temperature in the exhaust pipe 3 and sends the detection signal to the control circuit 14. When the control circuit 14 determines that the exhaust temperature detected by the temperature sensor 13 is less than 132 ° C., for example, the control circuit 14 sends an ON signal to the power supply 12 to supply current to the electric heat carrier 11 to generate heat, and the exhaust pipe 3 The exhaust flowing inside is heated. Exhaust is controlled to be heated within a predetermined temperature range by controlling on / off of energization to the electric heat carrier 11.

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。   In this way, the operation of the electric heat carrier 11 is controlled by the control circuit 14, and the exhaust gas upstream of the injection nozzle 7 is heated and maintained at, for example, 132 ° C. or higher, which is the melting point of urea. At this time, since the temperature sensor 13 is provided in the vicinity of the exhaust upstream side of the injection nozzle 7, as a result, the exhaust temperature in the vicinity of the exhaust upstream side of the injection nozzle 7 is maintained at 132 ° C. or higher. As a result, even if the exhaust temperature from the engine 1 is lower than the melting point of urea, urea is prevented from depositing on the inner wall surface of the exhaust pipe 3, and the urea water supplied from the injection nozzle 7 is effectively used for the catalytic reduction reaction. Can be used. Therefore, NOx in the exhaust gas can be purified to harmless components, and the NOx removal rate can be improved.

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。   As another temperature control example, when the control circuit 14 determines that the exhaust temperature detected by the temperature sensor 13 is lower than 160 ° C., for example, the control circuit 14 sends an ON signal to the power source 12 to the electric heat carrier 11. An electric current is supplied to generate heat, and the exhaust flowing in the exhaust pipe 3 is heated. By controlling the energization of the electric heat carrier 11 on and off, the exhaust is heated within a predetermined temperature range.

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。   Then, in the same manner as described above, the exhaust gas upstream of the injection nozzle 7 is heated by the control of the control circuit 14 and maintained at, for example, 160 ° C. or higher. At this time, as a result, the exhaust temperature in the vicinity of the exhaust upstream side of the injection nozzle 7 is maintained at 160 ° C. or higher. As a result, even when the exhaust temperature from the engine 1 is lower than 160 ° C., urea is prevented from precipitating on the inner wall surface of the exhaust pipe 3, and the urea aqueous solution is in a state where more ammonia is generated. Is promoted, and the NOx removal rate can be improved.

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。   Next, in order to end the urea water injection from the injection nozzle 7 by stopping the operation of the engine 1, the supply of the urea water from the storage tank 9 is first shut off by the operation of the reducing agent supply device 8, and then for a while. Supplies only pressure air to the injection nozzle 7. Thereby, urea water is expelled from the nozzle main body and the injection hole of the injection nozzle 7, and the injection of urea water is complete | finished.

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。   FIG. 3 is a view showing another embodiment of the exhaust emission control device of the present invention. In this embodiment, the arrangement of the oxidation catalyst 4 and the electric heat carrier 11 is switched in the configuration of the exhaust system, and the electric heat carrier 11 is arranged on the exhaust upstream side of the oxidation catalyst 4. Other configurations are exactly the same as those of the embodiment of FIGS. 1 and 2, and the same effects can be obtained.

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。   In the above description, as a heating means for heating the exhaust gas in the exhaust passage to a temperature equal to or higher than the melting point of the reducing agent, the electrothermal carrier 11 having a porous structure is provided over substantially the entire cross section of the exhaust passage. However, the present invention is not limited to this, and other devices may be used as long as the exhaust in the exhaust passage can be rapidly heated to a temperature equal to or higher than the melting point of the reducing agent. For example, a heater in which a heating wire such as a nichrome wire is stretched over substantially the entire cross section of the exhaust passage may be provided.

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。It is a conceptual diagram which shows embodiment of the exhaust emission purification device of the engine by this invention. 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。It is an expansion outline figure for explaining operation of the above-mentioned exhaust purification device. 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。It is an expansion schematic diagram which shows other embodiment of the exhaust gas purification apparatus of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

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
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Engine 3 ... Exhaust pipe 4 ... Oxidation catalyst 5 ... Reduction catalyst 6 ... Oxidation catalyst for ammonia slip 7 ... Injection nozzle 8 ... Reducing agent supply device 9 ... Storage tank 10 ... Supply piping 11 ... Electric heat carrier 13 ... Temperature sensor 14 ... Control circuit

Claims (6)

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。
An oxidation catalyst disposed in the exhaust system of the engine to reduce nitric oxide in the exhaust by an oxidation reaction;
A reduction catalyst disposed in the exhaust system for reducing and purifying nitrogen oxides in the exhaust gas with a reducing agent;
Reducing agent supply means having an injection nozzle for supplying the reducing agent to the exhaust upstream side of the reduction catalyst in the exhaust passage of the exhaust system;
An exhaust emission control device for an engine equipped with
An engine exhaust gas purification apparatus comprising heating means for heating the exhaust gas in the exhaust passage to a temperature equal to or higher than the melting point of the reducing agent on the exhaust gas upstream side of the injection nozzle.
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。   The temperature detecting means for detecting the exhaust temperature in the exhaust passage is provided in the vicinity of the exhaust upstream side of the injection nozzle, and the operation of the heating means is controlled by a detection signal of the temperature detecting means. An exhaust emission control device for an engine according to 1. 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。   3. The engine exhaust gas purification apparatus according to claim 1, wherein the reducing agent is an aqueous urea solution. 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。   The engine exhaust gas purification apparatus according to claim 3, wherein the temperature of the exhaust gas heated by the heating means is 132 ° C or higher. 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。   The engine exhaust gas purification apparatus according to claim 3, wherein the temperature of the exhaust gas heated by the heating means is 160 ° C or higher. 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。   6. The heating device according to claim 1, wherein the heating unit is an electric heat carrier that is disposed over substantially the entire cross section of the exhaust passage and has a porous structure and generates heat when energized. An exhaust emission control device for an engine according to 1.
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