JP2009209896A

JP2009209896A - Nitrogen oxide reducing device

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Publication number: JP2009209896A
Application number: JP2008056752A
Authority: JP
Inventors: Yasuhiro Fujisawa; 靖寛藤沢; Ataru Omichi; 中大道
Original assignee: TOYO KIKO KK
Current assignee: TOYO KIKO KK
Priority date: 2008-03-06
Filing date: 2008-03-06
Publication date: 2009-09-17

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To reduce a quantity of ammonia included in exhaust gas to the environmental preservation concentration or less, by minimizing the NOx concentration in the exhaust gas by enhancing the reduction ratio of NOx, in an SCR system for reducing nitrogen oxides (NOx) included in the exhaust gas of a diesel engine on an SCR catalyst by ammonia gas provided by a hydrolysis of urea water. <P>SOLUTION: A nitrogen oxide reducing device adjusts a supply quantity of the urea water in response to a generation quantity of this NOx, by determining the generation quantity of the NOx from a measured result and data, by measuring two factors when operating an engine, by making the data of forming the generation quantity of the NOx as a matrix from the two factors among three factors of the temperature of the exhaust gas, a torque value of an engine 10 and the exhaust air volume of the engine. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、尿素水の加水分解によって得られたアンモニアガスにより、エンジン例えばディーゼルエンジンの排気ガス中に含まれる窒素酸化物（ＮＯｘ）を触媒上において還元する窒素酸化物還元装置及び窒素酸化物還元方法に関する。 The present invention relates to a nitrogen oxide reducing device and a nitrogen oxide reducing device for reducing nitrogen oxide (NOx) contained in exhaust gas of an engine, for example, a diesel engine on a catalyst by ammonia gas obtained by hydrolysis of urea water. Regarding the method.

ディーゼルエンジンは、ガソリンエンジンよりも燃費に優れていることから、輸送業界などで自動車用などとして広く用いられているが、排気ガス中に含まれている未燃焼燃料などの粒子や窒素酸化物として知られているＮＯｘ（ＮＯ、ＮＯ2等）などが問題となっている。そこで、例えば小型や中型のディーゼルエンジンにおいては、例えばこのＮＯｘの排出量が厳しく規制されている。このＮＯｘを除去するためのシステムとして、例えば特許文献１〜４に記載のＳＣＲ（ＳｅｌｅｃｔｉｖｅＣａｔａｌｙｔｉｃＲｅｄｕｃｔｉｏｎ：選択性還元触媒）システムが知られている。
このシステムは、例えば前段側においてディーゼルエンジンの排気ガス中の粒子と気体状の炭化水素成分とを取り除いた後、後段側に設けられたＳＣＲ触媒上においてアンモニア（ＮＨ3）ガスとＮＯｘとを反応させることによって、ＮＯｘを還元して例えば窒素（Ｎ2）ガスと水（Ｈ2Ｏ）とを得るシステムである。 Diesel engines have better fuel efficiency than gasoline engines, so they are widely used in automobiles and other industries in the transportation industry, but as exhausted fuel particles and nitrogen oxides contained in exhaust gas. Known NOx (NO, NO2 etc.) is a problem. Therefore, for example, in small and medium-sized diesel engines, for example, the NOx emission amount is strictly regulated. As a system for removing this NOx, for example, SCR (Selective Catalytic Reduction) systems described in Patent Documents 1 to 4 are known.
In this system, for example, after removing particles and gaseous hydrocarbon components from the exhaust gas of a diesel engine on the front side, ammonia (NH3) gas and NOx are reacted on the SCR catalyst provided on the rear side. Thus, NOx is reduced to obtain, for example, nitrogen (N2) gas and water (H2O).

ところで、アンモニアガスが有害であるため、このシステムにおいてアンモニアガスを得るにあたり、上記の排気ガスに対して尿素水溶液（ＣＯ（ＮＨ2）2・ａｑ）（尿素水）をミスト状に噴霧して、排気ガスの熱により尿素水溶液を気化させると共に、この尿素水溶液を加水分解させてアンモニアガスを得ている。また、大気に放出できるアンモニアガスの濃度には例えば１０ｐｐｍといった極めて厳しい基準が規定されているので、上記の反応によりアンモニアをできるだけ消費するために、排気ガスに含まれているＮＯｘに対する尿素の量が当量以下となるように、尿素水溶液の供給量を調整する必要がある。この時ＮＯｘに対する尿素の供給量が当量よりもはるかに下回る場合には、大気に放出されるＮＯｘの量が多くなってしまうので、ＮＯｘの還元率を高めるためには尿素の供給量が当量よりも僅かに下回るように、尿素水溶液の供給量を繊細に調整する必要がある。 By the way, since ammonia gas is harmful, in obtaining ammonia gas in this system, an aqueous urea solution (CO (NH 2) 2 .aq) (urea water) is sprayed in the form of a mist on the exhaust gas described above and exhausted. While the urea aqueous solution is vaporized by the heat of the gas, the urea aqueous solution is hydrolyzed to obtain ammonia gas. In addition, since a very strict standard such as 10 ppm is defined for the concentration of ammonia gas that can be released into the atmosphere, the amount of urea relative to NOx contained in the exhaust gas is limited in order to consume ammonia as much as possible by the above reaction. It is necessary to adjust the supply amount of the urea aqueous solution so as to be equal to or less than the equivalent. At this time, if the amount of urea supplied to NOx is much lower than the equivalent, the amount of NOx released to the atmosphere will increase, so the amount of urea supplied will be higher than the equivalent in order to increase the NOx reduction rate. Also, it is necessary to finely adjust the supply amount of the urea aqueous solution so as to be slightly below.

一方、このようなディーゼルエンジンでは、例えば排気ガスの温度やエンジンの回転数などの運転状況に応じてＮＯｘの生成量が変化するので、そのＮＯｘの生成量に応じて尿素水溶液の供給量を調整するために、例えばディーゼルエンジンの運転状況などを介してＮＯｘの生成量をモニターする必要がある。そのようなＮＯｘの生成量のモニター方法として、例えば特許文献５、６の技術が知られているが、アンモニアガスが大気に放出されないように、生成するＮＯｘの当量に対して供給される尿素水溶液の量がかなり低く設定されることになるので、ＮＯｘの還元率を高めることができない。このことから、排気ガスの規制が年々厳しくなる昨今において、また例えば船舶用などの大型ディーゼルエンジンについてのＮＯｘの規制が行われる将来にあっては、ＮＯｘの排出量を更に抑えるために、ＮＯｘの生成量を正確に把握する必要がある。 On the other hand, in such a diesel engine, for example, the amount of NOx produced varies depending on the operating conditions such as the temperature of the exhaust gas and the rotational speed of the engine, so the supply amount of the urea aqueous solution is adjusted according to the amount of NOx produced In order to achieve this, it is necessary to monitor the amount of NOx produced through, for example, the operating conditions of a diesel engine. As a method for monitoring the amount of NOx produced, for example, the techniques of Patent Documents 5 and 6 are known. However, an aqueous urea solution supplied to the equivalent amount of NOx produced so that ammonia gas is not released into the atmosphere. Therefore, the NOx reduction rate cannot be increased. For this reason, in recent years when the exhaust gas regulations are becoming stricter year by year, and in the future when the regulation of NOx for large diesel engines for ships, for example, will be carried out, in order to further reduce the amount of NOx emissions, It is necessary to accurately grasp the amount of production.

特開２００７−３２４７２号公報（図１）JP 2007-32472 A (FIG. 1) 特開２００７−２１８１４６号公報（図１）Japanese Patent Laying-Open No. 2007-218146 (FIG. 1) 特開２０００−２３０４１４号公報（図１）Japanese Unexamined Patent Publication No. 2000-230414 (FIG. 1) 特開２００７−１６７８０３号公報（段落００４５、００４６）JP 2007-167803 A (paragraphs 0045 and 0046) 特開２００７−１７００１３号公報（段落００３７）JP 2007-170013 (paragraph 0037) 特表２００７−５０４３８７号公報（段落０００６〜００１２）JP-T-2007-504387 (paragraphs 0006 to 0012)

本発明はこのような事情の下になされたものであり、その目的は、尿素水の加水分解によって得られたアンモニアガスにより、エンジン例えばディーゼルエンジンの排気ガス中に含まれる窒素酸化物（ＮＯｘ）を触媒上において還元するにあたり、大気に放出される排気ガス中に含まれる未反応のアンモニアガスの量を抑えると共に、この排気ガス中に含まれる窒素酸化物の量を容易に低減できる窒素酸化物還元装置を提供することにある。 The present invention has been made under such circumstances, and an object thereof is nitrogen oxide (NOx) contained in exhaust gas of an engine, for example, a diesel engine, by ammonia gas obtained by hydrolysis of urea water. In reducing the amount of unreacted ammonia gas contained in the exhaust gas released to the atmosphere and reducing the amount of nitrogen oxide contained in the exhaust gas. It is to provide a reduction device.

本発明の窒素酸化物還元装置は、
エンジンの排気ガス中の窒素酸化物（ＮＯｘ）を還元する窒素酸化物還元装置において、
前記エンジンの排気ポートに気密に接続され、内部をＮＯｘ成分を含む排気ガスが通流するＮＯｘ還元触媒部と、
前記ＮＯｘ還元触媒部の前側に尿素注入濃度２５重量％〜３５％範囲とする尿素水溶液を噴霧する霧化部と、
前記霧化部に尿素供給管を介して接続され、尿素水溶液を貯留及び圧力コントロールするための尿素源と、
前記霧化部に対して前記尿素源から前記尿素供給管を介して尿素水溶液を供給するための尿素水溶液供給部と、
前記エンジンのトルク値、前記排気ガスの温度及び前記排気ガスの風量（流量）のうち２つの値から算出される前記排気ガス中のＮＯｘ成分絶対量を記憶する第１の記憶部と、
前記エンジン排気ガス温度、エンジントルク値、エンジン排気風量の少なくとも２項因子を測定し、この測定結果に対応するＮＯｘ成分絶対量を前記第１の記憶部から読み取り、この読み取り値に基づいて前記尿素水溶液の供給量を制御する制御部と、を備えたことを特徴とする。 The nitrogen oxide reduction device of the present invention is
In a nitrogen oxide reduction device for reducing nitrogen oxide (NOx) in engine exhaust gas,
A NOx reduction catalyst unit that is airtightly connected to the exhaust port of the engine and through which exhaust gas containing a NOx component flows;
An atomizing section for spraying a urea aqueous solution having a urea injection concentration range of 25% by weight to 35% in front of the NOx reduction catalyst section;
A urea source connected to the atomizing section via a urea supply pipe, for storing and controlling the pressure of the urea aqueous solution;
A urea aqueous solution supply unit for supplying a urea aqueous solution from the urea source to the atomization unit via the urea supply pipe;
A first storage unit that stores an absolute amount of NOx component in the exhaust gas calculated from two values among the torque value of the engine, the temperature of the exhaust gas, and the air volume (flow rate) of the exhaust gas;
At least two factors of the engine exhaust gas temperature, engine torque value, and engine exhaust air volume are measured, the NOx component absolute amount corresponding to the measurement result is read from the first storage unit, and the urea is based on the read value. And a control unit for controlling the supply amount of the aqueous solution.

前記エンジンのトルク値、このエンジンから排出される排気ガスの温度及び前記排気ガスの流量を算出するエンジン回転数のうち前記２つの値に基づいて前記排気ガス中の窒素酸化物の量を補正するための補正値を記憶する記憶部を備え、
前記制御部は、この補正値の読み取り値に基づいて前記尿素水溶液の供給量を補正することが好ましい。
前記霧化部における尿素水溶液の吐出部は、前記ＮＯｘ還元触媒部の５０ｃｍ以上前側に配置されていることが好ましい。
前記霧化部から吐出される尿素水溶液の液滴は、粒径が５０μｍ以下であることが好ましい。
前記霧化部から尿素水溶液が吐出される時の前記エンジン排気ガス温度は１００℃以上であることが好ましい。
前記窒素酸化物還元装置は、前記霧化部を１００℃以下に冷却する冷却手段を備えていることが好ましい。
前記制御部は、前記ＮＯｘ成分絶対量の読み取りと前記尿素水溶液の供給量の制御とを１回／秒以上の頻度で行うことが好ましい。
前記制御部は、前記尿素水溶液の供給量を不連続的に変化させることが好ましい。 The amount of nitrogen oxides in the exhaust gas is corrected based on the two values of the engine torque value, the temperature of the exhaust gas discharged from the engine, and the engine speed for calculating the flow rate of the exhaust gas. A storage unit for storing a correction value for
It is preferable that the control unit corrects the supply amount of the urea aqueous solution based on the read value of the correction value.
It is preferable that the urea aqueous solution discharge section in the atomization section is disposed 50 cm or more in front of the NOx reduction catalyst section.
It is preferable that the droplets of the urea aqueous solution discharged from the atomizing unit have a particle size of 50 μm or less.
The engine exhaust gas temperature when the urea aqueous solution is discharged from the atomizing section is preferably 100 ° C. or higher.
The nitrogen oxide reducing device preferably includes a cooling means for cooling the atomizing section to 100 ° C. or lower.
The control unit preferably reads the absolute amount of the NOx component and controls the supply amount of the urea aqueous solution at a frequency of 1 time / second or more.
It is preferable that the control unit discontinuously changes the supply amount of the urea aqueous solution.

前記第１の記憶部内の前記ＮＯｘ成分絶対量は、予めエンジンから排出される排気ガス中のＮＯｘ成分絶対量を算出し、この算出結果と前記前記エンジン排気ガス温度、エンジントルク値、エンジン排気風量の少なくとも２項因子とを対応付けて数値化したものであることが好ましい。
また、前記窒素酸化物還元装置は前記霧化部内に気体を供給する気体供給部を備え、
前記制御部は、前記霧化部内の尿素水溶液を排出して尿素水溶液中の尿素が固体析出する事を防止するために、前記エンジンの停止後に前記霧化部内に気体をパージすることが好ましい。
更に、前記窒素酸化物還元装置は、前記霧化部が０℃以下とならないように、当該霧化部を保温する保温機構を備えていることが好ましい。
前記尿素の供給量は、前記排気ガス中のＮＯｘ成分の当量の０．９倍以下であることが好ましい。
前記尿素水溶液供給部は、前記霧化部に尿素水を送液するための送液ポンプを備え、
前記送液ポンプと前記霧化部との間における前記尿素供給管には、前記霧化部から噴霧される尿素水溶液の噴霧量を一定化するために、この尿素供給管内を通流する尿素水溶液の圧力変動を抑えるための液圧調整機構が設けられていることが好ましい。 The absolute amount of NOx component in the first storage unit is calculated in advance as the absolute amount of NOx component in exhaust gas discharged from the engine, and the calculation result and the engine exhaust gas temperature, engine torque value, engine exhaust air volume are calculated. It is preferable that at least the binomial factors are numerically associated with each other.
The nitrogen oxide reducing device includes a gas supply unit that supplies gas into the atomization unit,
It is preferable that the control unit purges the gas in the atomization unit after the engine is stopped in order to discharge the urea aqueous solution in the atomization unit and prevent the urea in the urea aqueous solution from being solid precipitated.
Furthermore, it is preferable that the nitrogen oxide reduction device includes a heat retaining mechanism that keeps the atomizing part warm so that the atomizing part does not become 0 ° C. or lower.
The supply amount of the urea is preferably 0.9 times or less the equivalent of the NOx component in the exhaust gas.
The urea aqueous solution supply unit includes a liquid feed pump for feeding urea water to the atomization unit,
In the urea supply pipe between the liquid feed pump and the atomizing section, a urea aqueous solution that flows through the urea supply pipe in order to make the spray amount of the urea aqueous solution sprayed from the atomizing section constant. It is preferable that a hydraulic pressure adjusting mechanism for suppressing the pressure fluctuation is provided.

本発明の窒素酸化物還元方法は、
エンジンと、このエンジンのトルク値、このエンジンから排出される排気ガスの温度及び前記排気ガスの流量のうち少なくとも２項因子の関係によりエンジンから排出される窒素酸化物（ＮＯｘ）成分量を読み取り、排気ガス中のＮＯｘ成分を還元する窒素酸化物還元装置と、を備えたシステムにて行う窒素酸化物還元方法において、
前記エンジンのトルク値、前記エンジンから排出される排気ガスの温度及び前記排気ガスの流量のうちの２つの値から、前記排気ガス中の窒素酸化物の量を算出する工程と、
次いで、前記エンジンを始動させ、このエンジンから前記排気ガス中の窒素酸化物をアンモニアガスにより還元するための触媒が内部に収納されたＮＯｘ還元触媒部を介して前記排気ガスを排気する工程と、
続いて、前記２つの値に対応する２つの出力値例えば前記トルク値、前記排気ガスの温度及び前記排気ガスの流量のいずれか２つを計測し、前記算出する工程において算出した結果からこの計測値に対応する窒素酸化物の量を読み取る工程と、
その後、前記読み取る工程において得た読み取り値に基づいて尿素水溶液の量を調整して、この量の尿素水溶液を前記ＮＯｘ還元触媒部に噴霧し、前記排気ガスの熱によりこの尿素水溶液からアンモニアガスを得る工程と、
しかる後、前記アンモニアガスを得る工程にて得られたアンモニアガスと前記排気ガスとを前記ＮＯｘ還元触媒部に供給し、前記触媒上において前記排気ガス中の窒素酸化物を還元する工程と、を含むことを特徴とする。 The nitrogen oxide reduction method of the present invention comprises:
Read the nitrogen oxide (NOx) component amount discharged from the engine according to the relationship of at least two factors among the engine, the torque value of the engine, the temperature of the exhaust gas discharged from the engine, and the flow rate of the exhaust gas, In a nitrogen oxide reduction method performed by a system including a nitrogen oxide reduction device that reduces NOx components in exhaust gas,
Calculating the amount of nitrogen oxide in the exhaust gas from two values of the torque value of the engine, the temperature of exhaust gas exhausted from the engine, and the flow rate of the exhaust gas;
Next, starting the engine, and exhausting the exhaust gas from the engine through a NOx reduction catalyst unit in which a catalyst for reducing nitrogen oxide in the exhaust gas with ammonia gas is housed;
Subsequently, two output values corresponding to the two values, for example, any two of the torque value, the temperature of the exhaust gas, and the flow rate of the exhaust gas are measured, and this measurement is performed from the result calculated in the calculating step. Reading the amount of nitrogen oxides corresponding to the value;
Thereafter, the amount of the urea aqueous solution is adjusted based on the reading value obtained in the reading step, and this amount of the urea aqueous solution is sprayed on the NOx reduction catalyst unit, and the ammonia gas is removed from the urea aqueous solution by the heat of the exhaust gas. Obtaining a step;
Thereafter, supplying the ammonia gas obtained in the step of obtaining the ammonia gas and the exhaust gas to the NOx reduction catalyst unit, and reducing nitrogen oxides in the exhaust gas on the catalyst, It is characterized by including.

前記システムは、前記エンジンのトルク値、このエンジンから排出される排気ガスの温度及び前記排気ガスの流量の少なくとも２項因子を必要とする。
前記窒素酸化物の量を算出する工程の前に、前記エンジンのトルク値、前記排気ガスの温度及び前記排気ガスの流量を読み取り、この数値に基づいて前記排気ガス中の窒素酸化物の量を補正する工程を行うことが好ましい。 The system requires at least two factors: the torque value of the engine, the temperature of exhaust gas exhausted from the engine, and the flow rate of the exhaust gas.
Before the step of calculating the amount of nitrogen oxides, the torque value of the engine, the temperature of the exhaust gas, and the flow rate of the exhaust gas are read, and the amount of nitrogen oxides in the exhaust gas is calculated based on these values. It is preferable to perform a correction step.

本発明によれば、尿素水の加水分解によって得られたアンモニアガスにより、エンジン例えばディーゼルエンジンの排気ガス中に含まれる窒素酸化物（ＮＯｘ）を触媒上において還元するにあたり、排気ガスの温度、ディーゼルエンジンのトルク値及び排気風量のうちの２因子により窒素酸化物の生成量のデータを予め算出しておき、ディーゼルエンジンの運転時に当該２因子に対応する値を計測して、またこの計測値に対応する窒素酸化物の生成量を上記のデータから求めるようにしている。そして、この生成量に応じて尿素水溶液の供給量を調整しているので、大気に放出される排気ガス中に含まれる未反応のアンモニアガスの量を抑えると共に、この排気ガス中に含まれる窒素酸化物の量を容易に低減できる。 According to the present invention, when ammonia oxide obtained by hydrolysis of urea water is used to reduce nitrogen oxide (NOx) contained in the exhaust gas of an engine such as a diesel engine on the catalyst, the temperature of the exhaust gas, diesel Data on the amount of nitrogen oxide generated is calculated in advance using two factors of the engine torque value and the exhaust air volume, and values corresponding to the two factors are measured during operation of the diesel engine. The amount of nitrogen oxide produced is determined from the above data. And since the supply amount of urea aqueous solution is adjusted according to this production amount, while suppressing the quantity of unreacted ammonia gas contained in the exhaust gas discharged | emitted to air | atmosphere, nitrogen contained in this exhaust gas The amount of oxide can be easily reduced.

本発明の窒素酸化物還元装置（排気ガス処理装置）について、エンジン例えばディーゼルエンジンの排気ガス中に含まれる窒素酸化物（ＮＯ、ＮＯ2等、以下「ＮＯｘ」という）を低減するＳＣＲ（ＳｅｌｅｃｔｉｖｅＣａｔａｌｙｔｉｃＲｅｄｕｃｔｉｏｎ：選択性還元触媒）システムに適用した例を参照して説明する。図１に示すように、このＳＣＲシステムは、例えば排気量が３０００ｃｃの自動車用あるいは船舶用のディーゼルエンジン１０を備えている。このディーゼルエンジン１０には、当該ディーゼルエンジン１０のトルク値を検出するためのトルク検出部１４が設けられている。また、ディーゼルエンジン１０には、例えば軽油などの燃料を供給するための燃料供給管１１と、この燃料を燃焼させるための空気を取り込む空気取り込み管１２と、が接続されている。このディーゼルエンジン１０には、上記の燃料の燃焼により生成する排気ガスを排出するための排気管１３が排気ポート１３ａを介して接続されている。 As for the nitrogen oxide reduction device (exhaust gas treatment device) of the present invention, SCR (Selective Catalytic Reduction) for reducing nitrogen oxide (NO, NO 2, etc., hereinafter referred to as “NOx”) contained in the exhaust gas of an engine, for example, a diesel engine. : Selective reduction catalyst) An example applied to the system will be described. As shown in FIG. 1, the SCR system includes a diesel engine 10 for a car or a ship having a displacement of 3000 cc, for example. The diesel engine 10 is provided with a torque detector 14 for detecting the torque value of the diesel engine 10. The diesel engine 10 is connected to a fuel supply pipe 11 for supplying a fuel such as light oil and an air intake pipe 12 for taking in air for burning the fuel. An exhaust pipe 13 for discharging exhaust gas generated by the combustion of the fuel is connected to the diesel engine 10 through an exhaust port 13a.

排気管１３におけるディーゼルエンジン１０に近接する部位には、排気管１３内を通流する排気ガスの温度を検出するための例えば熱電対などの温度検出部１５と、この排気ガスの流量を測定するための流量検出部１６と、が設けられている。これらの温度検出部１５、流量検出部１６は、検出ユニットをなし、夫々温度及び流量を取得するための検知部１７、１８に接続されている。尚、この流量検出部１６としては、ディーゼルエンジン１０の回転数を読み取る回転数検知部を設けて、この回転数検知部により読み取ったディーゼルエンジン１０の回転数から検知部１８にて排気ガスの流量を計算する構成としても良い。この排気管１３の下流側には、排気ガス中に含まれる粒子例えば未燃焼の炭素及び気体状の炭化水素成分などを取り除くためのＤＰＦ（ＤｉｅｓｅｌＰａｒｔｉｃｕｌａｔｅＦｉｌｔｅｒ）システム２０が気密に介設されている。このＤＰＦシステム２０の下流側における排気管１３には、尿素注入装置３０が接続されている。 A temperature detection unit 15 such as a thermocouple for detecting the temperature of the exhaust gas flowing through the exhaust pipe 13 and a flow rate of the exhaust gas are measured at a portion of the exhaust pipe 13 adjacent to the diesel engine 10. And a flow rate detector 16 is provided. The temperature detection unit 15 and the flow rate detection unit 16 form a detection unit and are connected to detection units 17 and 18 for acquiring the temperature and the flow rate, respectively. In addition, as this flow volume detection part 16, the rotation speed detection part which reads the rotation speed of the diesel engine 10 is provided, and the flow volume of exhaust gas in the detection part 18 from the rotation speed of the diesel engine 10 read by this rotation speed detection part. It is good also as a structure which calculates. On the downstream side of the exhaust pipe 13, a DPF (Diesel Particulate Filter) system 20 for removing particles contained in the exhaust gas such as unburned carbon and gaseous hydrocarbon components is airtightly provided. . A urea injection device 30 is connected to the exhaust pipe 13 on the downstream side of the DPF system 20.

この尿素注入装置３０は、内部を排気ガスが通流する横に長く伸びる短管３１と、この短管３１内に液体状の尿素（ＣＯ（ＮＨ2）2）水（尿素水溶液）を噴霧するための霧化部であるノズル３２と、この液体状の尿素を貯留するための尿素源３３と、を備えている。短管３１は、液体状の尿素水から気体状のアンモニア（ＮＨ3）ガスを得るためのものであり、尿素水をミスト状に霧化する上流側の噴霧部３１ａと、排気ガスの熱によりこの尿素水を加水分解して気体状のアンモニアを生成する下流側の通流部３１ｂと、から構成されている。これらの噴霧部３１ａ及び通流部３１ｂの端面には、フランジ部３４、３４が形成されており、これらのフランジ部３４、３４同士が例えばボルト３５などにより圧接されることによって短管３１が気密に構成される。 This urea injection device 30 is for spraying liquid urea (CO (NH 2) 2) water (urea aqueous solution) into the short tube 31 and a short tube 31 extending horizontally long through which exhaust gas flows. And a urea source 33 for storing the liquid urea. The short pipe 31 is for obtaining gaseous ammonia (NH 3) gas from liquid urea water. This is due to the upstream spraying part 31 a for atomizing the urea water in a mist form and the heat of the exhaust gas. And a downstream flow portion 31b that hydrolyzes urea water to generate gaseous ammonia. Flange portions 34, 34 are formed on the end surfaces of the spraying portion 31 a and the flow passage portion 31 b, and the short tube 31 is hermetically sealed by pressure-contacting the flange portions 34, 34 with, for example, a bolt 35. Configured.

既述のノズル３２は、吐出部である先端部には尿素水の噴霧側（下流側）に吐出孔（図示せず）が形成されており、この先端部が噴霧部３１ａの内周円（噴霧部３１ａの長さ方向に対して垂直に切断したときの当該噴霧部３１ａの断面）の略中央に位置するように構成されている。このノズル３２の周囲には、ノズル３２内における尿素水の沸騰を抑えるために、ノズル３２を例えば１００℃以下に冷却するための冷媒通流管３７が冷却手段として巻設されている。この冷媒通流管３７は、その両端が短管３１の外部に設けられた冷媒源３８に接続されており、この冷媒通流管３７に介設されたバルブ３７ａとポンプ３７ｂとにより内部を冷媒例えば冷却水が循環するように構成されている。尚、この冷媒通流管３７としては、ノズル３２の外側ではなくノズル３２の内部にインナークーラーとして設けても良い。また、冷媒として冷却水を用いたが、尿素源３３から尿素水を循環させるようにしても良い。 In the nozzle 32 described above, a discharge hole (not shown) is formed on the spray side (downstream side) of the urea water at the tip part which is a discharge part, and this tip part is an inner circumferential circle of the spray part 31a ( It is comprised so that it may be located in the approximate center of the said spray part 31a when cut | disconnecting perpendicularly | vertically with respect to the length direction of the spray part 31a. Around the nozzle 32, a refrigerant flow pipe 37 for cooling the nozzle 32 to, for example, 100 ° C. or less is wound as a cooling means in order to suppress boiling of urea water in the nozzle 32. Both ends of the refrigerant flow pipe 37 are connected to a refrigerant source 38 provided outside the short pipe 31, and the inside of the refrigerant flow pipe 37 is formed by a valve 37 a and a pump 37 b provided in the refrigerant flow pipe 37. For example, the cooling water is circulated. Note that the refrigerant flow pipe 37 may be provided as an inner cooler not inside the nozzle 32 but inside the nozzle 32. Further, although cooling water is used as the refrigerant, urea water may be circulated from the urea source 33.

このノズル３２には、短管３１の側壁を介して尿素供給管３６の一端側が接続されており、この尿素供給管３６の他端側は、バルブ４０に形成された尿素噴霧口４０ａに接続されている。このバルブ４０の上流側（ノズル３２の反対側）には、尿素水入口４０ｂが形成されており、この尿素水入口４０ｂには尿素供給管３６により送液ポンプ４１を介して尿素源３３が接続されている。また、このバルブ４０には尿素水戻口４０ｃが形成されている。この尿素水戻口４０ｃには、尿素水戻り管４７の一端側が接続されており、この尿素水戻り管４７の他端側は既述の尿素源３３に接続されている。そのため、尿素水は、上記の送液ポンプ４１の圧力により、この尿素源３３、バルブ４０及び尿素水戻り管４７を介して常時循環し、ノズル３２から吐出されるときにはバルブ４０によりノズル３２側にも供給される。 One end side of the urea supply pipe 36 is connected to the nozzle 32 through the side wall of the short pipe 31, and the other end side of the urea supply pipe 36 is connected to a urea spray port 40 a formed in the valve 40. ing. A urea water inlet 40b is formed on the upstream side of this valve 40 (opposite side of the nozzle 32), and a urea source 33 is connected to the urea water inlet 40b via a liquid feed pump 41 by a urea supply pipe 36. Has been. The valve 40 has a urea water return port 40c. One end side of the urea water return pipe 47 is connected to the urea water return port 40c, and the other end side of the urea water return pipe 47 is connected to the urea source 33 described above. Therefore, the urea water is constantly circulated through the urea source 33, the valve 40, and the urea water return pipe 47 by the pressure of the liquid feed pump 41. When discharged from the nozzle 32, the urea water is moved to the nozzle 32 side by the valve 40. Is also supplied.

このバルブ４０には、バルブ４０の開放時間を調整するための流量調整部４２が設けられている。このバルブ４０と上記の送液ポンプ４１との間には、液圧調整管６０の一端側が接続されており、この液圧調整管６０の他端側は、液圧調整機構であるエアチャンバー６１の下面側に接続されている。このエアチャンバー６１内には、尿素水と所定の圧力に保たれた空気とが満たされており、従って上記の液圧調整管６０の他端側の先端は尿素水の液面の下方にて開口している。そのため、このエアチャンバー６１内の尿素水は、上記の液圧調整管６０内の尿素水の液圧により液面が上下するように構成されている。つまり、液圧調整管６０（バルブ４０と送液ポンプ４１との間における尿素供給管３６）内を通流する尿素水の液圧が上昇すると、エアチャンバー６１内の空気が圧縮されてこのエアチャンバー６１内の尿素水が押し上げられて（液面が上昇して）いき、一方液圧調整管６０内の尿素水の液圧が減少すると、エアチャンバー６１内の空気が膨張してこのエアチャンバー６１内の尿素水の液面が下降していくこととなる。そのため、バルブ４０と送液ポンプ４１との間において、尿素供給管３６を通流する尿素水の液圧がエアチャンバー６１（より詳しくはエアチャンバー６１内の尿素水及び空気）によってほぼ一定に保たれることになる。このことから、バルブ４０によりノズル３２への尿素水の給断を行ったり、あるいはノズル３２へ供給される尿素水の流量が微量であったりしても、尿素供給管３６内の液圧の変動が抑えられるので、ノズル３２から噴霧される尿素水の脈動が抑えられて、噴霧量が一定化されることになる。これらのバルブ４０、送液ポンプ４１及び流量調整部４２により尿素水溶液供給部が構成される。 The valve 40 is provided with a flow rate adjusting unit 42 for adjusting the opening time of the valve 40. One end side of a hydraulic pressure adjusting pipe 60 is connected between the valve 40 and the liquid feeding pump 41, and the other end side of the hydraulic pressure adjusting pipe 60 is an air chamber 61 that is a hydraulic pressure adjusting mechanism. It is connected to the lower surface side. The air chamber 61 is filled with urea water and air maintained at a predetermined pressure. Therefore, the tip of the other end of the hydraulic pressure adjusting pipe 60 is below the surface of the urea water. It is open. Therefore, the urea water in the air chamber 61 is configured such that the liquid level is raised and lowered by the hydraulic pressure of the urea water in the hydraulic pressure adjusting pipe 60. That is, when the hydraulic pressure of the urea water flowing through the hydraulic pressure adjusting pipe 60 (the urea supply pipe 36 between the valve 40 and the liquid feed pump 41) rises, the air in the air chamber 61 is compressed and this air When the urea water in the chamber 61 is pushed up (the liquid level rises) and the hydraulic pressure of the urea water in the hydraulic pressure adjusting pipe 60 decreases, the air in the air chamber 61 expands and this air chamber The liquid level of the urea water in 61 will fall. Therefore, the hydraulic pressure of the urea water flowing through the urea supply pipe 36 between the valve 40 and the liquid feed pump 41 is kept almost constant by the air chamber 61 (more specifically, the urea water and air in the air chamber 61). Will be drunk. Therefore, even if the urea water is cut off from the nozzle 32 by the valve 40 or the flow rate of the urea water supplied to the nozzle 32 is very small, the fluid pressure in the urea supply pipe 36 varies. Therefore, the pulsation of urea water sprayed from the nozzle 32 is suppressed, and the spray amount is made constant. The valve 40, the liquid feed pump 41, and the flow rate adjustment unit 42 constitute a urea aqueous solution supply unit.

尿素源３３内には、濃度が２５重量％〜３５重量％例えば３０重量％（ｗｔ％）となるように水により希釈された尿素が尿素水として貯留されており、この尿素水の液面より下位置において尿素供給管３６が開口している。
また、この尿素源３３の周囲には、尿素の析出を抑えるために、尿素水を０℃以上例えば５℃に保持するための保温機構であるヒーター４３が設けられている。尚、尿素供給管３６、バルブ４０及び送液ポンプ４１における尿素水が通流する部位には、同様に尿素の析出を抑えるための図示しないヒーターが設けられている。このＳＣＲシステムを外気温が例えば０℃以下にならない環境下にて運用する場合には、このようなヒーター４３などを設けなくても良い。
ノズル３２とバルブ４０との間における尿素供給管３６には、ノズル３２に気体例えば空気を供給するための気体供給管４４の一端側が接続されており、この気体供給管４４の他端側には、バルブ４５を介して例えば空気が貯留された気体源４６が接続されている。これらの気体供給管４４、バルブ４５及び気体源４６は、気体供給部をなす。 In the urea source 33, urea diluted with water so as to have a concentration of 25% by weight to 35% by weight, for example, 30% by weight (wt%) is stored as urea water. In the lower position, the urea supply pipe 36 is open.
Further, around the urea source 33, a heater 43, which is a heat retaining mechanism for keeping urea water at 0 ° C. or higher, for example, 5 ° C., is provided in order to suppress urea precipitation. In the urea supply pipe 36, the valve 40 and the liquid feed pump 41, a heater (not shown) for suppressing the precipitation of urea is similarly provided at a portion where urea water flows. When this SCR system is operated in an environment where the outside air temperature does not fall below 0 ° C., for example, such a heater 43 or the like may not be provided.
One end side of a gas supply pipe 44 for supplying a gas, for example, air, to the nozzle 32 is connected to the urea supply pipe 36 between the nozzle 32 and the valve 40, and the other end side of the gas supply pipe 44 is connected to the urea supply pipe 36. For example, a gas source 46 in which air is stored is connected via a valve 45. The gas supply pipe 44, the valve 45, and the gas source 46 form a gas supply unit.

この短管３１の下流側における排気管１３には、内部に尿素ＳＣＲ触媒例えば田中貴金属工業株式会社製ＣＳ−４２３が収納された反応部５０がＮＯｘ還元触媒部として接続されており、この尿素ＳＣＲ触媒の表面に既述のＮＯｘと尿素水の加水分解により生成したアンモニア（ＮＨ3）ガスとが吸着し、このＮＯｘとアンモニアガスとが反応することによって後述のＮＯｘの還元反応が進行するように構成されている。この反応部５０と尿素注入装置３０とにより本発明の窒素酸化物還元装置が構成される。既述のノズル３２とこの反応部５０との間の距離Ｌは、尿素水がアンモニアに加水分解するための十分な滞留時間が得られるように、例えば５０ｃｍ以上に設定されている。反応部５０の下流側における排気管５１は、例えば大気開放されている。 The exhaust pipe 13 on the downstream side of the short pipe 31 is connected with a reaction unit 50 containing a urea SCR catalyst such as CS-423 manufactured by Tanaka Kikinzoku Kogyo Co., Ltd. as a NOx reduction catalyst unit. The above-described NOx and ammonia (NH3) gas generated by hydrolysis of urea water are adsorbed on the surface of the catalyst, and the NOx and ammonia gas react with each other to cause the reduction reaction of NOx described later to proceed. Has been. The reaction unit 50 and the urea injection device 30 constitute a nitrogen oxide reduction device of the present invention. The distance L between the nozzle 32 described above and the reaction unit 50 is set to, for example, 50 cm or more so that a sufficient residence time for the urea water to be hydrolyzed into ammonia is obtained. The exhaust pipe 51 on the downstream side of the reaction unit 50 is opened to the atmosphere, for example.

また、このＳＣＲシステムには、例えばコンピュータからなる制御部１が設けられており、この制御部１は図２に示すように、ＣＰＵ２、プログラム３及びメモリ４からなるデータ処理部を備えている。このプログラム３には流量調整部４２に制御信号を送り、バルブ４０の開放時間を調整することなどによって後述の各ステップを進行させるように命令（各ステップ）が組み込まれている。また、メモリ４には、例えば予め行われた計算などにより、ディーゼルエンジン１０の排気状況（運転状況）を示す情報であるディーゼルエンジン１０のトルク値（Ｔ1、Ｔ2、、、Ｔn）及び排気ガスの温度（排気温度）（ｔ1、ｔ2、、、ｔn）（ｎ：正数）毎に、ＮＯｘの生成量（濃度）Ｑを求めた第１の記憶部であるデータ５がマトリックス化されて格納されている。このＮＯｘの生成量Ｑは、実際には例えばディーゼルエンジン１０あるいはこの窒素酸化物還元装置に設けられた図示しないコンピューターなどのＮＯｘ生成量取得部によって、ディーゼルエンジン１０の運転中にこのディーゼルエンジン１０の運転状況（トルク値、排気温度）に応じて求めるようになっているが、ここではデータ５として一括して取得されたものとして記載している。 Further, the SCR system is provided with a control unit 1 composed of, for example, a computer, and this control unit 1 includes a data processing unit composed of a CPU 2, a program 3, and a memory 4, as shown in FIG. This program 3 includes a command (each step) to send a control signal to the flow rate adjusting unit 42 to advance each step described later by adjusting the opening time of the valve 40. Further, the memory 4 stores the torque values (T1, T2,..., Tn) of the diesel engine 10 and the exhaust gas, which are information indicating the exhaust status (operating status) of the diesel engine 10 by, for example, calculation performed in advance. For each temperature (exhaust temperature) (t1, t2,..., Tn) (n: positive number), the data 5, which is the first storage unit for obtaining the NOx generation amount (concentration) Q, is stored in a matrix form. ing. The NOx production amount Q is actually determined by the diesel engine 10 or the NOx production amount acquisition unit such as a computer (not shown) provided in the nitrogen oxide reduction device during operation of the diesel engine 10. Although it is determined according to the operation status (torque value, exhaust temperature), it is described here as data 5 being acquired collectively.

また、このメモリ４には、同様に予め行われた実験などにより、上記のトルク値、排気温度及びディーゼルエンジン１０の排気状況を示す情報であるディーゼルエンジン１０の排気風量（ディーゼルエンジン１０の回転数）などに応じて上記のＮＯｘの生成量Ｑが実際にどの程度増減するか取得された補正値ｒが記憶部である補正データ６として格納されている。このようなデータ５及び補正データ６は、当該ディーゼルエンジン１０に固有のものであり、従ってディーゼルエンジン１０毎に取得される。 Further, in the memory 4, the exhaust air volume of the diesel engine 10 (the rotational speed of the diesel engine 10), which is information indicating the torque value, the exhaust temperature, and the exhaust status of the diesel engine 10, by an experiment conducted in advance. ) And the like, the correction value r obtained as to how much the NOx generation amount Q actually increases or decreases is stored as correction data 6 as a storage unit. Such data 5 and correction data 6 are unique to the diesel engine 10 and are thus obtained for each diesel engine 10.

次に、尿素注入装置３０の実施の形態である作用について、ＳＣＲシステムの全体の流れを含めて図３〜図５を参照して説明する。初めに、既述のように予め実験などを行うことにより、このディーゼルエンジン１０についてのデータ５と補正データ６とを取得しておく。そして、ディーゼルエンジン１０を始動させる（ステップＳ３１）と共に、冷媒通流管３７に所定の温度の冷媒を所定の流量で通流させる。ディーゼルエンジン１０内に燃料供給管１１と空気取り込み管１２とから夫々燃料と空気とを供給すると、ディーゼルエンジン１０内において燃料が燃焼し、この燃焼により生成した排気ガスが排気管１３からＤＰＦシステム２０、短管３１及び反応部５０を介して例えば大気に排出される。 Next, the operation which is the embodiment of the urea injection device 30 will be described with reference to FIGS. 3 to 5 including the entire flow of the SCR system. First, the data 5 and the correction data 6 for the diesel engine 10 are acquired by conducting an experiment or the like in advance as described above. Then, the diesel engine 10 is started (step S31), and a refrigerant having a predetermined temperature is caused to flow through the refrigerant flow pipe 37 at a predetermined flow rate. When fuel and air are supplied into the diesel engine 10 from the fuel supply pipe 11 and the air intake pipe 12, respectively, the fuel burns in the diesel engine 10, and the exhaust gas generated by this combustion is sent from the exhaust pipe 13 to the DPF system 20. For example, it is discharged to the atmosphere via the short pipe 31 and the reaction section 50.

この排気ガス中には、図５に示すように、既述の窒素酸化物であるＮＯｘ及び粉塵などのパーティクル及び気体状の炭化水素成分などが含まれており、このパーティクルや炭化水素成分はＤＰＦシステム２０において捕集され、ＮＯｘは下流側に通流していく。この排気ガスは燃料の燃焼により高温例えば２５０℃程度となっているので、ＳＣＲシステム内例えば短管３１や反応部５０の内部などが昇温していく。一方、冷媒通流管３７には冷媒を通流させているので、ノズル３２は例えば１００℃以下に保たれる。尚、後述するように、ディーゼルエンジン１０の運転開始前であっても、尿素が析出しないようにヒーター４３により尿素源３３内などの尿素水が加熱されている。また、既述のように、尿素水は尿素源３３、バルブ４０及び尿素水戻り管４７を介して常時循環している。更にまた、図５においては、燃料の燃焼により生成する二酸化炭素などの記載や冷媒通流管３７などの図示を省略している。 As shown in FIG. 5, the exhaust gas includes particles such as NOx and dust, which are the nitrogen oxides described above, and gaseous hydrocarbon components, and the particles and hydrocarbon components are DPF. The NOx is collected in the system 20 and flows downstream. Since this exhaust gas has a high temperature, for example, about 250 ° C., due to the combustion of fuel, the temperature in the SCR system, for example, the inside of the short pipe 31 and the reaction unit 50, increases. On the other hand, since the refrigerant flows through the refrigerant flow pipe 37, the nozzle 32 is maintained at, for example, 100 ° C. or less. As will be described later, urea water in the urea source 33 and the like is heated by the heater 43 so that urea does not precipitate even before the operation of the diesel engine 10 is started. As described above, the urea water is constantly circulated through the urea source 33, the valve 40, and the urea water return pipe 47. Furthermore, in FIG. 5, description of carbon dioxide generated by the combustion of fuel, illustration of the refrigerant flow pipe 37 and the like are omitted.

そして、排気管１３内を通流する排気ガスの温度を取得し（ステップＳ３２）、排気ガスの温度が例えば１００℃以上となっているか確認する（ステップＳ３３）。この排気ガスの温度が１００℃以上である場合には、後述のＮＯｘ還元処理（ステップＳ３４）を行う。排気ガスの温度が１００℃未満である場合には、例えば所定の時間経過後に再度排気ガスの温度を取得する。
次いで、ステップＳ３４のＮＯｘ還元処理（ステップＳ４１〜Ｓ４８）について説明する。先ず、排気ガスの温度を取得する（ステップＳ４１）と共に、ディーゼルエンジン１０のトルク値を取得する（ステップＳ４２）。尚、この時ステップＳ３２において排気ガスの温度を既に取得しているので、ステップＳ４１については省略するようにしても良い。そして、この排気ガスの温度及びトルク値毎に格納されたＮＯｘの生成量Ｑをデータ５から読み出す（ステップＳ４３）。また、ディーゼルエンジン１０の回転数などを取得し、これらの値に対応する補正値ｒが補正データ６に格納されているかどうかを確認し（ステップＳ４４）、補正値ｒが格納されている場合にはステップＳ４３で読み出したＮＯｘの生成量Ｑを補正する（ステップＳ４５）。この時、補正前のＮＯｘの生成量Ｑが例えばＱ_ｈｉであり、排気温度、回転数、エンジントルク値についての補正値ｒが夫々例えばｒ_１ｊ、ｒ_２ｋ、ｒ_３ｍである場合には、補正後の生成量Ｑａは例えばＱ_ｈｉ＋ｒ_１ｊ＋ｒ_２ｋ＋ｒ_３ｍとなる。 Then, the temperature of the exhaust gas flowing through the exhaust pipe 13 is acquired (step S32), and it is confirmed whether the temperature of the exhaust gas is, for example, 100 ° C. or more (step S33). When the temperature of the exhaust gas is 100 ° C. or higher, a NOx reduction process (step S34) described later is performed. When the temperature of the exhaust gas is less than 100 ° C., for example, the temperature of the exhaust gas is acquired again after a predetermined time has elapsed.
Next, the NOx reduction process (steps S41 to S48) in step S34 will be described. First, the temperature of the exhaust gas is acquired (step S41), and the torque value of the diesel engine 10 is acquired (step S42). At this time, since the temperature of the exhaust gas has already been acquired in step S32, step S41 may be omitted. Then, the NOx generation amount Q stored for each temperature and torque value of the exhaust gas is read from the data 5 (step S43). Further, the rotational speed of the diesel engine 10 is acquired, and it is confirmed whether or not the correction value r corresponding to these values is stored in the correction data 6 (step S44), and when the correction value r is stored. Corrects the NOx generation amount Q read in step S43 (step S45). At this time, if the generation amount Q of NOx before correction is, for example, Q _hi and the correction values r for the exhaust temperature, the rotational speed, and the engine torque value are, for example, r _1j , r _2k , r _3m , correction is performed. The subsequent generation amount Qa is, for example, Q _hi + r _1j + r _2k + r _3m .

補正値ｒが補正データ６に格納されていない場合あるいはこの補正値ｒによりＮＯｘの生成量Ｑを補正した場合には、尿素噴霧口４０ａ側にも尿素水が供給されるようにバルブ４０を開放して、ノズル３２から短管３１に尿素水を供給する（ステップＳ４６）。この時、バルブ４０と送液ポンプ４１との間における尿素供給管３６や尿素水戻り管４７内においては、尿素水の液圧が減少しかけるが、既述のようにエアチャンバー６１内の尿素水の液面が下降する（エアチャンバー６１内の空気が膨張する）ことによって液圧の減少が抑えられる。そのため、ノズル３２から噴霧される尿素水の流量は一定となる。 When the correction value r is not stored in the correction data 6 or when the NOx generation amount Q is corrected by this correction value r, the valve 40 is opened so that urea water is also supplied to the urea spray port 40a side. Then, urea water is supplied from the nozzle 32 to the short pipe 31 (step S46). At this time, in the urea supply pipe 36 and the urea water return pipe 47 between the valve 40 and the liquid feed pump 41, the liquid pressure of the urea water starts to decrease, but as described above, the urea water in the air chamber 61 is reduced. The liquid level is lowered (the air in the air chamber 61 expands), so that a decrease in the liquid pressure is suppressed. Therefore, the flow rate of the urea water sprayed from the nozzle 32 is constant.

この尿素水は、ノズル３２において粒径が例えば５０μｍ以下のミスト状に噴霧され、図５に示すように排気ガスの熱により気化していく。この気体状の尿素水は、この短管３１において更に排気ガスの熱により以下の（１）式に従って加水分解して気体状のアンモニアと二酸化炭素とが生成する。
ＣＯ（ＮＨ2）2 ＋Ｈ2Ｏ → ２ＮＨ3 ＋ＣＯ2 ・・・・（１）
このアンモニアガスは、上流側から通流するＮＯｘや酸素ガスなどと共に反応部５０に流れていき、この反応部５０内のＳＣＲ触媒の表面に吸着する。そして、このＳＣＲ触媒の表面においてＮＯｘとアンモニアガスなどとが以下の（２）式や（３）式に従って反応して窒素（Ｎ2）と水（Ｈ2Ｏ）とが生成する。
４ＮＯ＋４ＮＨ3 ＋Ｏ2 → ４Ｎ2 ＋６Ｈ2Ｏ・・・（２）
６ＮＯ＋８ＮＨ3 → ７Ｎ2 ＋１２Ｈ2Ｏ・・・（３） The urea water is sprayed in the form of a mist having a particle diameter of, for example, 50 μm or less at the nozzle 32 and is vaporized by the heat of the exhaust gas as shown in FIG. This gaseous urea water is further hydrolyzed according to the following equation (1) by the heat of the exhaust gas in the short pipe 31 to generate gaseous ammonia and carbon dioxide.
CO (NH2) 2 + H2O-> 2NH3 + CO2 (1)
The ammonia gas flows into the reaction unit 50 together with NOx and oxygen gas flowing from the upstream side, and is adsorbed on the surface of the SCR catalyst in the reaction unit 50. Then, NOx and ammonia gas react on the surface of the SCR catalyst according to the following formulas (2) and (3) to generate nitrogen (N2) and water (H2O).
4NO + 4NH3 + O2 → 4N2 + 6H2O (2)
6NO + 8NH3 → 7N2 + 12H2O (3)

そして、バルブ４０の開放時間が所定の時間例えば尿素の供給量がＮＯｘの生成量Ｑの当量の例えば０．９倍となる時間に達したかを確認し（ステップＳ４７）、その量となるまで尿素水を短管３１に供給する。この尿素の供給により、大気に排出される排気ガス中に含まれるＮＯｘの量がディーゼルエンジン１０の出口における量の例えば１／１０となる。また、反応部５０において上記の（２）式及び（３）式に従ってアンモニアガスのほぼ全量が消費されるので、大気に排出される排気ガス中のアンモニア濃度が極めて微量例えば１０ｐｐｍ以下となる。その後、バルブ４０を閉じ（ステップＳ４８）、このステップＳ４１〜ステップＳ４８のＮＯｘ還元処理を所定の時間例えば１秒毎に繰り返す。このようにバルブ４０の開放時間を調整することで、尿素水の供給量が不連続的に調整されることとなる。尚、上記の当量は、後述の実施例にも示すように、ＮＯｘ成分１ｍｏｌに対して尿素水中の尿素１ｍｏｌを注入当量１．０倍として算出している。 Then, it is confirmed whether or not the opening time of the valve 40 has reached a predetermined time, for example, a time when the supply amount of urea is, for example, 0.9 times the equivalent of the NOx generation amount Q (step S47). Urea water is supplied to the short pipe 31. By supplying this urea, the amount of NOx contained in the exhaust gas discharged to the atmosphere becomes, for example, 1/10 of the amount at the outlet of the diesel engine 10. In addition, since almost the entire amount of ammonia gas is consumed in the reaction unit 50 in accordance with the above equations (2) and (3), the ammonia concentration in the exhaust gas discharged to the atmosphere is extremely small, for example, 10 ppm or less. Thereafter, the valve 40 is closed (step S48), and the NOx reduction process in steps S41 to S48 is repeated for a predetermined time, for example, every second. By adjusting the opening time of the valve 40 in this way, the supply amount of urea water is adjusted discontinuously. In addition, as shown also in the below-mentioned Example, said equivalent is calculated by making 1 mol of urea in urea water into injection equivalent 1.0 time with respect to 1 mol of NOx components.

そして、ディーゼルエンジン１０の運転を停止した（ステップＳ３５）後には、尿素が析出しないようにヒーター４３により尿素源３３内などの尿素水の保温を続ける（ステップＳ３６）。また、ノズル３２内には尿素水が噴霧されずに残っていたり、あるいは反応部５０に未反応のアンモニアが残っていたりする場合があるので、気体源４６から例えば空気をノズル３２内に例えば１０秒程度パージする（ステップＳ３７）。この空気によりノズル３２内に残っていた尿素水が短管３１に吐出され、加水分解されてアンモニアとなり、反応部５０内に残っていたＮＯｘと反応して窒素ガスなどとして排出されていく。 Then, after the operation of the diesel engine 10 is stopped (step S35), the temperature of urea water in the urea source 33 and the like is kept by the heater 43 so that urea does not precipitate (step S36). In addition, urea water may remain in the nozzle 32 without being sprayed, or unreacted ammonia may remain in the reaction unit 50, so that, for example, air is supplied from the gas source 46 into the nozzle 32, for example, 10 Purge for about seconds (step S37). The urea water remaining in the nozzle 32 is discharged into the short pipe 31 by this air, is hydrolyzed into ammonia, reacts with NOx remaining in the reaction section 50, and is discharged as nitrogen gas or the like.

上述の実施の形態によれば、尿素水の加水分解によって得られたアンモニアガスにより、ディーゼルエンジン１０の排気ガス中に含まれるＮＯｘを反応部５０において還元するにあたって、排気ガスの温度及びトルク値毎にＮＯｘの生成量Ｑを予め求めてメモリ４に格納しておき、ディーゼルエンジン１０の運転時には排気ガスの温度とトルク値とを計測し、この計測値に対応するＮＯｘの生成量Ｑをメモリ４から読み出すようにしている。そして、この生成量Ｑに応じて尿素水の注入量を調整しているので、大気に放出される排気ガス中の未反応のアンモニアガスの濃度を低く抑えると共に、この排気ガス中に含まれるＮＯｘ濃度を極めて低く抑えることができる。また、実際に実験を行うことによって、排気温度、回転数、トルク値に応じて上記のＮＯｘの生成量Ｑを補正する補正データ６を予め取得しておき、この補正データ６に基づいて生成量Ｑを補正することにより、尿素水の供給量を更に微細に調整できるので、排気ガス中のアンモニアガス及びＮＯｘの濃度を更に低く抑えることができる。 According to the above-described embodiment, when the NOx contained in the exhaust gas of the diesel engine 10 is reduced by the ammonia gas obtained by the hydrolysis of the urea water in the reaction unit 50, the temperature and torque value of the exhaust gas are reduced. The NOx generation amount Q is obtained in advance and stored in the memory 4, and the temperature and torque value of the exhaust gas are measured during operation of the diesel engine 10, and the NOx generation amount Q corresponding to this measured value is stored in the memory 4. Read from. And since the injection amount of urea water is adjusted according to this production amount Q, the concentration of unreacted ammonia gas in the exhaust gas released to the atmosphere is kept low, and NOx contained in this exhaust gas The concentration can be kept very low. Further, by actually performing an experiment, correction data 6 for correcting the NOx generation amount Q in accordance with the exhaust temperature, the rotational speed, and the torque value is acquired in advance, and the generation amount based on the correction data 6 is acquired. By correcting Q, the supply amount of urea water can be finely adjusted, so that the concentrations of ammonia gas and NOx in the exhaust gas can be further reduced.

この時、後述の実施例で説明するように、ＮＯｘに対する尿素水の当量が０．９倍以下となるように尿素水の供給量を調整することで、大気に放出されるアンモニアガスの濃度を環境保全濃度である１０ｐｐｍ以下に抑えることができる。尿素水の濃度としては、２５重量％〜３５重量％に設定することで、同様に大気に放出されるアンモニアガスの量を抑えることができる。また、ノズル３２と反応部５０との間の距離Ｌについても５０ｃｍ以上とすることで、同様に排気ガス中のアンモニアガスの量を抑えることができる。更に、ノズル３２から霧化される尿素水の液滴の粒径についても５０μｍ以下とすることで、排気ガス中のアンモニアガスの量を抑えることができる。更にまた、尿素水の供給を開始するタイミングとして、排気ガスの温度が１００℃以上の時とすることで、また同様に排気ガス中のアンモニアガスの量を抑えることができる。
また、ディーゼルエンジン１０の停止後にノズル３２に空気をパージすることによって、ディーゼルエンジン１０の運転を再開した時の排気ガス中のアンモニアガスの量を抑えることができる。 At this time, the concentration of ammonia gas released to the atmosphere is adjusted by adjusting the supply amount of urea water so that the equivalent of urea water to NOx is 0.9 times or less, as will be described in the examples described later. The environmental conservation concentration can be suppressed to 10 ppm or less. By setting the concentration of urea water to 25% by weight to 35% by weight, the amount of ammonia gas released into the atmosphere can be similarly suppressed. Further, by setting the distance L between the nozzle 32 and the reaction unit 50 to 50 cm or more, the amount of ammonia gas in the exhaust gas can be similarly suppressed. Furthermore, the amount of ammonia gas in the exhaust gas can be suppressed by setting the particle diameter of the droplets of urea water atomized from the nozzle 32 to 50 μm or less. Furthermore, by setting the timing of starting the supply of urea water when the temperature of the exhaust gas is 100 ° C. or higher, the amount of ammonia gas in the exhaust gas can be similarly suppressed.
Further, by purging air to the nozzle 32 after the diesel engine 10 is stopped, the amount of ammonia gas in the exhaust gas when the operation of the diesel engine 10 is resumed can be suppressed.

尚、上記の例においてはトルク値及び排気温度毎にＮＯｘの生成量Ｑを求めるようにしたが、トルク値、排気温度及び排気風量（ディーゼルエンジン１０の回転数）の２つの情報毎にこのＮＯｘの生成量Ｑを求めるようにしても良い。また、これらの３つの情報毎にＮＯｘの生成量Ｑを求めるようにしても良い。また、この例ではデータ５と共に補正データ６を求めるようにしたが、これらのうち少なくとも１種類の補正データ６を用いても良いし、またはこれら以外にも例えば尿素水濃度などについて補正データ６を求めるようにしても良い。更に、補正値ｒにより補正されるＮＯｘの生成量Ｑが僅かである場合には、当該補正データ６を求めなくても良い。 In the above example, the NOx generation amount Q is obtained for each torque value and exhaust temperature. However, this NOx is obtained for each of two pieces of information such as the torque value, the exhaust temperature, and the exhaust air volume (the rotational speed of the diesel engine 10). Alternatively, the generation amount Q may be obtained. Further, the NOx generation amount Q may be obtained for each of these three pieces of information. In this example, the correction data 6 is obtained together with the data 5. However, at least one type of correction data 6 among these may be used, or other than these, for example, the correction data 6 for urea water concentration or the like may be used. You may make it ask. Further, when the NOx generation amount Q corrected by the correction value r is small, the correction data 6 may not be obtained.

本発明の窒素酸化物還元装置は、上記のようにディーゼルエンジン１０に適用できるが、特に大型のエンジンに適用することが好ましい。このような大型のエンジンとしては、例えば重量が２０ｔ以上の車両例えばトラック、ブルドーザーやクレーンなどのオフロード用の建機、例えばトンネル内での工事用の作業車、コンボイ、機関車、あるいは船舶用のエンジンなどが挙げられる。また、本発明の窒素酸化物還元装置を発電用のエンジンに適用しても良い。 The nitrogen oxide reduction device of the present invention can be applied to the diesel engine 10 as described above, but is particularly preferably applied to a large engine. As such a large engine, for example, a vehicle having a weight of 20 tons or more, for example, a construction machine for off-road such as a truck, a bulldozer or a crane, for example, a work vehicle for construction in a tunnel, a convoy, a locomotive, or a ship Engine. Further, the nitrogen oxide reduction device of the present invention may be applied to an engine for power generation.

次に、本発明の尿素注入装置の効果を確かめるために実エンジンを用いて行った実験について説明する。以下の実験には、既述のＳＣＲシステムにおいてディーゼルエンジン１０及び反応部５０内の尿素ＳＣＲ触媒として以下のものを用いた。
（ディーゼルエンジン）
エンジン型式：いすず自動車製産業エンジン（ＩＳＵＺＵ−４ＪＢ１）
エンジン排気量：２，７７１ｃｃ
（尿素ＳＣＲ触媒）
触媒型式：田中貴金属工業株式会社提供ＣＳ−４２３
触媒サイズ：φ１９０．５×長さ１２７ｍｍ（触媒体積約３．６２リットル）
触媒ＳＶ値（ＳＶ値：空間速度）：約４６，０００［１／ＨＲ］（ａｓエンジン回転数２０００ｒｐｍ） Next, an experiment conducted using an actual engine in order to confirm the effect of the urea injection device of the present invention will be described. In the following experiment, the following was used as the urea SCR catalyst in the diesel engine 10 and the reaction part 50 in the above-mentioned SCR system.
(diesel engine)
Engine model: Isuzu Motors industrial engine (ISUZU-4JB1)
Engine displacement: 2,771cc
(Urea SCR catalyst)
Catalyst type: provided by Tanaka Kikinzoku Kogyo Co., Ltd. CS-423
Catalyst size: φ190.5 × 127mm in length (catalyst volume: about 3.62 liters)
Catalyst SV value (SV value: space velocity): about 46,000 [1 / HR] (as engine speed 2000 rpm)

（実施例１）
最適な尿素水の濃度及びノズル３２と反応部５０との間の距離Ｌを求めるため、以下の条件においてＮＯｘの還元処理を行い、その時大気に排出される排気ガスに含まれるアンモニア（スリップアンモニア）の濃度を測定した。尚、以下の実施例１−１におけるノズル３２と反応部５０との間の距離Ｌ及び実施例１−２における尿素水の濃度については、排気ガス中にアンモニアガスが残るように、夫々以下の値に設定した。
（実験条件）
エンジン回転数：２０５０ｒｐｍ
エンジントルク値：１１５Ｎ・ｍ
エンジン排気（排気ガス）温度：３５０℃〜３６０℃ Example 1
In order to obtain the optimum concentration of urea water and the distance L between the nozzle 32 and the reaction unit 50, NOx reduction treatment is performed under the following conditions, and ammonia (slip ammonia) contained in the exhaust gas discharged to the atmosphere at that time The concentration of was measured. In addition, about the distance L between the nozzle 32 and the reaction part 50 in the following Example 1-1, and the density | concentration of the urea water in Example 1-2, respectively, it is as follows so that ammonia gas may remain in exhaust gas. Set to value.
(Experimental conditions)
Engine speed: 2050 rpm
Engine torque value: 115 N · m
Engine exhaust (exhaust gas) temperature: 350 ° C to 360 ° C

（実施例１−１）
ノズル３２と反応部５０との間の距離Ｌを６０ｃｍに設定すると共に、尿素水の濃度を１０重量％〜３５重量％まで変化させて、排気ガス中に含まれるアンモニアガスの濃度を測定した。尚、いずれの条件においても、同じ当量の尿素が供給されるように尿素水の量を調整した。 (Example 1-1)
The distance L between the nozzle 32 and the reaction part 50 was set to 60 cm, and the concentration of ammonia gas contained in the exhaust gas was measured by changing the concentration of urea water from 10 wt% to 35 wt%. In any of the conditions, the amount of urea water was adjusted so that the same equivalent amount of urea was supplied.

その結果、図６に示すように、尿素水の濃度が２５重量％〜３５重量％において、最もスリップアンモニアの量が少なくなることが分かった。この原因としては、尿素水の希釈度が高い（濃度が薄い）と、尿素水の加水分解に必要な時間が不足して十分に加水分解が起こらず、また時間あたりの尿素水の供給量が増えるので、その分ノズル３２から吐出する液滴の粒径が大きくなる。そのため、反応部５０に至るまでに尿素水が気化せずに反応部５０に尿素水が到達し、この反応部５０内において気化したアンモニアが触媒に吸着できずに排気ガスとして排出されたと考えられる。また、このように尿素水の濃度が薄い場合には、尿素水を貯留するための尿素源３３の体積を大きくする必要があることからも、尿素水の濃度は２５重量％以上とすることが好ましい。
一方、尿素水の濃度が高い場合には、既述の（１）式からも明らかなように、加水分解に必要が水が不足するため、尿素が固体として尿素ＳＣＲ触媒上に析出して、この触媒上において尿素から例えば不完全な加水分解によりアンモニアが生じるので、スリップアンモニアが増えると考えられる。以上の結果から、尿素水の濃度は２５重量％〜３５重量％であることが好ましいことが分かった。 As a result, as shown in FIG. 6, it was found that the amount of slip ammonia was the smallest when the concentration of urea water was 25 wt% to 35 wt%. The reason for this is that if the dilution of urea water is high (the concentration is low), the time required for hydrolysis of urea water is insufficient and hydrolysis does not occur sufficiently, and the supply amount of urea water per hour is also low. Therefore, the particle size of the droplets ejected from the nozzle 32 is increased accordingly. Therefore, it is considered that the urea water does not vaporize before reaching the reaction unit 50 and reaches the reaction unit 50, and the ammonia vaporized in the reaction unit 50 cannot be adsorbed by the catalyst and is discharged as exhaust gas. . Further, when the concentration of urea water is low as described above, the concentration of urea water may be 25% by weight or more because it is necessary to increase the volume of the urea source 33 for storing urea water. preferable.
On the other hand, when the concentration of urea water is high, as is clear from the above-described equation (1), water is insufficient for hydrolysis, so that urea precipitates on the urea SCR catalyst as a solid, For example, ammonia is generated from urea on the catalyst by, for example, incomplete hydrolysis, so that it is considered that slip ammonia increases. From the above results, it was found that the concentration of urea water is preferably 25% by weight to 35% by weight.

（実施例１−２）
次に、尿素水の濃度を３２．５重量％に設定すると共に、ノズル３２と反応部５０との間の距離Ｌを１０ｃｍ〜１００ｃｍまで変化させて、同様に排気ガス中に含まれるアンモニアガスの濃度を測定した。
その結果、図７に示すように、距離Ｌが長くなるほどスリップアンモニアの量が減少していくことが分かった。このことから、尿素水が反応部５０に至るまでに加水分解することにより、排気ガス中のスリップアンモニアの量が少なくなることが分かった。そのための距離Ｌとしては、尿素水の十分な滞留時間を得るために、５０ｃｍ以上とすることが好ましいことが分かった。距離Ｌが５０ｃｍより短い場合には、尿素水の加水分解反応が阻害され、例えば反応部５０内のＳＣＲ触媒上において加水分解が起こるため、ＮＯｘと反応せずに排出されるアンモニアが多くなると考えられる。 (Example 1-2)
Next, the concentration of urea water is set to 32.5% by weight, and the distance L between the nozzle 32 and the reaction unit 50 is changed from 10 cm to 100 cm, and the ammonia gas contained in the exhaust gas is similarly changed. Concentration was measured.
As a result, as shown in FIG. 7, it was found that the amount of slip ammonia decreases as the distance L increases. From this, it was found that the amount of slip ammonia in the exhaust gas is reduced by the hydrolysis of the urea water before reaching the reaction section 50. It has been found that the distance L for that purpose is preferably 50 cm or more in order to obtain a sufficient retention time of the urea water. When the distance L is shorter than 50 cm, the hydrolysis reaction of urea water is inhibited, and for example, hydrolysis occurs on the SCR catalyst in the reaction unit 50, so that it is considered that more ammonia is discharged without reacting with NOx. It is done.

（実施例２）
次に、ノズル３２の先端部に形成された吐出孔の開口径と、送液ポンプ４１の送液圧力（ノズル３２の噴出圧力）と、を変化させることにより、ノズル３２から噴出する液滴の粒径を変えて、尿素水の最適なミストの粒子径を検討した。ミストの粒子径は、ノズル３２の先端部（吐出孔）から３０ｃｍ程度下流側に離れた位置にカメラを設置して、このカメラによりミストを撮影することによりおおよその値を計算した。
その結果、図８に示すように、ミストの粒径が５０μｍより大きいと気化が困難であり、その場合には反応部５０に至るまでに尿素水の加水分解が完了しないことが分かった。一方、ミストの粒径が５０μｍ以下では反応部５０に至るまでにミストが消失し、そのため十分に加水分解が起こると考えられる。従って、ミストの粒径としては、ノズル３２の先端部の吐出孔の開口径や送液ポンプ４１の送液圧力を調整することにより５０μｍ以下とすることが好ましいことが分かった。 (Example 2)
Next, the droplet diameter ejected from the nozzle 32 is changed by changing the opening diameter of the discharge hole formed at the tip of the nozzle 32 and the liquid feed pressure of the liquid feed pump 41 (the jet pressure of the nozzle 32). The optimum mist particle size of urea water was examined by changing the particle size. An approximate value of the mist particle size was calculated by installing a camera at a position about 30 cm downstream from the tip (discharge hole) of the nozzle 32 and photographing the mist with this camera.
As a result, as shown in FIG. 8, it was found that when the mist particle size is larger than 50 μm, vaporization is difficult, and in this case, hydrolysis of urea water is not completed before reaching the reaction unit 50. On the other hand, when the particle diameter of the mist is 50 μm or less, it is considered that the mist disappears by the time the reaction part 50 is reached, and therefore sufficient hydrolysis occurs. Therefore, it has been found that the particle diameter of the mist is preferably 50 μm or less by adjusting the opening diameter of the discharge hole at the tip of the nozzle 32 and the liquid feed pressure of the liquid feed pump 41.

（実施例３）
（実施例３−１）
ノズル３２から尿素水の吐出を開始する適切なタイミングを検討するために、排気ガスの温度が夫々以下の温度となった時にバルブ４０を開放し、その後エンジンが定常運転（排気ガスの温度が３００℃）となる時までに排気ガス中に含まれていたスリップアンモニアの量を測定した。
尿素水の吐出開始時の排気ガスの温度：５０℃、９０℃、１３０℃、１８０℃、２３０℃、２８０℃
その結果、図９に示すように、尿素水の吐出開始時の排気ガスの温度が低温である程スリップアンモニアの量が増えていき、１００℃より低温では基準値をはるかに上回る濃度となっていた。このような現象が起こる理由としては、１００℃より低い温度では尿素水が短管３１において十分気化せず、反応部５０内の触媒に液体状の尿素水が到達してしまい、その後排気ガスの温度上昇により触媒が昇温すると、この触媒上において尿素水の気化と加水分解とが急激に進行して、未反応のアンモニアが大量に排出されてしまったためだと考えられる。従って、尿素水の吐出開始時の排気ガスの温度としては、１００℃以上が好ましいことが分かる。 (Example 3)
(Example 3-1)
In order to examine an appropriate timing for starting the discharge of the urea water from the nozzle 32, the valve 40 is opened when the temperature of the exhaust gas becomes the following temperature, respectively, and then the engine is in a steady operation (the temperature of the exhaust gas is 300). The amount of slip ammonia contained in the exhaust gas up to the time of (° C.) was measured.
Temperature of exhaust gas at the start of urea water discharge: 50 ° C, 90 ° C, 130 ° C, 180 ° C, 230 ° C, 280 ° C
As a result, as shown in FIG. 9, the amount of slip ammonia increases as the temperature of the exhaust gas at the start of urea water discharge decreases, and the concentration is much higher than the reference value at temperatures lower than 100 ° C. It was. The reason why such a phenomenon occurs is that the urea water is not sufficiently vaporized in the short pipe 31 at a temperature lower than 100 ° C., and the liquid urea water reaches the catalyst in the reaction section 50, and then the exhaust gas When the temperature of the catalyst rises due to temperature rise, it is thought that vaporization and hydrolysis of urea water proceeded rapidly on this catalyst, and a large amount of unreacted ammonia was discharged. Therefore, it can be seen that the exhaust gas temperature at the start of the urea water discharge is preferably 100 ° C. or higher.

（実施例３−２）
上記の図９に示したように、排気ガスの温度が１００℃以上に昇温するため、ノズル３２についても同様に昇温し、このノズル３２内において尿素水が沸騰してしまうことが分かった。このように尿素水がノズル３２内部において沸騰すると、尿素水の注入量を正確に調整できないことが分かった。従って、既述のようにノズル３２の周囲に冷媒通流管３７などの冷却機構を設けて、ノズル３２を１００℃以下に冷却することが好ましいことが分かった。 (Example 3-2)
As shown in FIG. 9 above, since the temperature of the exhaust gas was raised to 100 ° C. or higher, the temperature of the nozzle 32 was also raised similarly, and it was found that urea water boiled in the nozzle 32. . Thus, it was found that when urea water boils inside the nozzle 32, the injection amount of urea water cannot be adjusted accurately. Therefore, it has been found that it is preferable to cool the nozzle 32 to 100 ° C. or less by providing a cooling mechanism such as the refrigerant flow pipe 37 around the nozzle 32 as described above.

（実施例４）
本発明のＳＣＲシステムでは、既述のようにトルク値、排気ガスの温度及び排気風量などのディーゼルエンジン１０の運転状況からＮＯｘの生成量Ｑを求めて、この生成量Ｑに応じて尿素水の供給量（バルブ４０の開放時間）を調整するようにしている。一方、ノズル３２から尿素水を吐出する時には、制御部１とＳＣＲシステムとの間において信号伝達を行う時間の分だけ排気ガスは僅かながらも下流側へと流れてしまっている。また、反応部５０では、ノズル３２から尿素水が吐出されて、気化と加水分解とにより生成したアンモニアが触媒上に吸着した後、この触媒上に吸着して来るＮＯｘに対して還元反応が起こる。以上のことから、ＮＯｘの生成量Ｑに対して尿素水の供給には時間的な遅れが生じるので、反応部５０に実際に供給されるアンモニアの物質量（ｍｏｌ数）にはＮＯｘの物質量に対して過不足が生じる。アンモニアの量が不足した場合には、還元されずに排気されるＮＯｘの量が多くなってしまう。また、アンモニアの量が過剰であった場合には、大気にスリップアンモニアとして排出され、臭気の発生が起こるおそれがあるし、また高濃度のアンモニアが排出された場合には人体への健康阻害の要因となってしまう。そのため、このような尿素注入の時間遅れを考慮して、適切な尿素注入量の検討を行った。 Example 4
In the SCR system of the present invention, as described above, the NOx generation amount Q is obtained from the operation state of the diesel engine 10 such as the torque value, the temperature of the exhaust gas, and the exhaust air volume, and the urea water is determined according to this generation amount Q. The supply amount (the opening time of the valve 40) is adjusted. On the other hand, when the urea water is discharged from the nozzle 32, the exhaust gas slightly flows downstream for the time required for signal transmission between the control unit 1 and the SCR system. In the reaction section 50, urea water is discharged from the nozzle 32, and ammonia generated by vaporization and hydrolysis is adsorbed on the catalyst, and then a reduction reaction occurs on NOx adsorbed on the catalyst. . From the above, since there is a time delay in the supply of urea water with respect to the NOx production amount Q, the ammonia substance amount (in mol number) actually supplied to the reaction section 50 is the NOx substance amount. Overs and shorts occur. When the amount of ammonia is insufficient, the amount of NOx exhausted without being reduced increases. In addition, if the amount of ammonia is excessive, it will be discharged into the atmosphere as slip ammonia, which may cause odor generation, and if a high concentration of ammonia is discharged, it may impair human health. It becomes a factor. Therefore, an appropriate urea injection amount was examined in consideration of such a time delay of urea injection.

実験には、ＮＯｘ成分１ｍｏｌに対して尿素水中の尿素１ｍｏｌを注入当量１．０倍とし、この尿素水の注入当量（尿素の注入ｍｏｌ数）を以下のように変えて排気ガス中のスリップアンモニアの量を測定した。
尿素水の注入当量（倍）：０．２、０．４、０．６、０．８、１．０、１．２
その結果、図１０に示すように、尿素水の注入当量が０．９倍以上ではスリップアンモニアの量が環境保全濃度である１０ｐｐｍを越えることが分かった。尚、尿素水の注入当量を減らすと、このスリップアンモニアの量については減少するが、ＮＯｘの還元量も減少してしまう。そのため、尿素水の注入当量は、ＮＯｘの除去率についても考慮して決定する必要があると言える。尚、上記の例では、スリップアンモニアの量が上記の環境保全濃度以下となり、またＮＯｘの除去率が高くなる倍率である０．９に設定するようにしている。 In the experiment, 1 mol of urea in urea water was injected 1.0 times with respect to 1 mol of NOx component, and this ammonia water injection equivalent (the number of moles of urea injected) was changed as follows to slip ammonia in the exhaust gas. The amount of was measured.
Urea water injection equivalent (times): 0.2, 0.4, 0.6, 0.8, 1.0, 1.2
As a result, as shown in FIG. 10, it was found that the amount of slip ammonia exceeded the environmental conservation concentration of 10 ppm when the injection equivalent of urea water was 0.9 times or more. If the injection equivalent of urea water is reduced, the amount of slip ammonia is reduced, but the reduction amount of NOx is also reduced. Therefore, it can be said that the injection equivalent of urea water needs to be determined in consideration of the NOx removal rate. In the above example, the amount of slip ammonia is set to 0.9, which is a magnification at which the amount of slip ammonia is equal to or less than the above environmental conservation concentration and the NOx removal rate is increased.

（実施例５）
既述の実験用のエンジンをＤ−８モード運転（実働運転、各モード時間：約５００ｓｅｃ）状態として、既述の例にて説明したように、排気ガスの温度とトルク値との２変動因子から排気ガス中のＮＯｘ濃度をマトリックス化した作表を作成し、この作表に基づいて尿素注入量を変動させてＮＯｘ還元率とスリップアンモニアの量との関係を検討した。
その結果、既述のステップＳ４１、Ｓ４２のエンジンの状態の確認を少なくとも１秒間に１回以上行うことにより、ＮＯｘの除去率が極めて高くなり、またスリップアンモニアの量が既述の環境保全濃度以下に減少することが分かった。また、尿素注入量を調整するにあたり、送液ポンプ４１の吐出圧を変動させるよりも、既述のようにバルブ４０の開放時間を制御することにより、尿素水の注入量を極めて精度高く調整できることが分かった。
更に、上記のように尿素水の注入量を決める因子はＮＯｘ成分の生成量Ｑであるが、このようなＮＯｘの生成量Ｑは、エンジンの個体が同じであれば既述のように排気ガスの温度とトルク値でマトリックス化が可能であることが分かった。従って、このマトリックスを用いることで尿素水の注入量を簡便に調整できることが分かった。 (Example 5)
As described in the above example, assuming that the above-described experimental engine is in the D-8 mode operation (actual operation, each mode time: about 500 sec), two fluctuation factors of exhaust gas temperature and torque value A table in which the NOx concentration in the exhaust gas was made into a matrix was prepared, and the relationship between the NOx reduction rate and the amount of slip ammonia was examined by varying the urea injection amount based on this table.
As a result, the confirmation of the engine state in steps S41 and S42 described above is performed at least once per second, so that the NOx removal rate becomes extremely high, and the amount of slip ammonia is less than the environmental conservation concentration described above. It turned out to decrease. Further, in adjusting the urea injection amount, it is possible to adjust the injection amount of urea water with extremely high accuracy by controlling the opening time of the valve 40 as described above, rather than changing the discharge pressure of the liquid feed pump 41. I understood.
Further, as described above, the factor that determines the injection amount of urea water is the NOx component generation amount Q. If the engine individual is the same, such NOx generation amount Q is the exhaust gas as described above. It was found that the matrix can be formed with the temperature and torque value. Therefore, it was found that the amount of urea water injected can be easily adjusted by using this matrix.

（実施例６）
以上の実験において、エンジンを停止した後、エンジンの運転を再開したところ、スリップアンモニアの量が異常に高い値を示したり、あるいはノズル３２から注入される尿素水の量に異常を来したりすることがあった。その原因を検討したところ、エンジン停止時にノズル３２内に尿素水が残っていたり、触媒上にアンモニアが残っていたりするので、運転再開時にノズル３２が詰まったり、触媒上のアンモニアがスリップアンモニアとして排出されたりすることが分かった。そのため、エンジン運転停止後にノズル３２内に圧縮空気を例えば１０秒程度パージすることによって、上記の異常を解決できることが分かった。
また、エンジンの停止後などに尿素水が冷却されて−３℃以下となった場合には、濃度が３０重量％の尿素水中には尿素の結晶が析出してしまうことがあり、そのため尿素水が接する部位例えば尿素源３３や尿素供給管３６などには、尿素水が０℃以下とならないようにヒーター４３などを設ける必要があることが分かった。 (Example 6)
In the above experiment, when the engine is restarted after stopping the engine, the amount of slip ammonia shows an abnormally high value, or the amount of urea water injected from the nozzle 32 becomes abnormal. There was a thing. As a result of examining the cause, urea water remains in the nozzle 32 when the engine is stopped, or ammonia remains on the catalyst. Therefore, the nozzle 32 is clogged when the operation is resumed, and ammonia on the catalyst is discharged as slip ammonia. I found out that Therefore, it has been found that the above-mentioned abnormality can be solved by purging the compressed air into the nozzle 32 for about 10 seconds after the engine operation is stopped.
Further, when the urea water is cooled to −3 ° C. or less after the engine is stopped, urea crystals may be precipitated in the urea water having a concentration of 30% by weight. It has been found that a heater 43 or the like needs to be provided at a portion where the water contacts, such as the urea source 33 and the urea supply pipe 36 so that the urea water does not become 0 ° C. or lower.

本発明のＳＣＲシステムの全体構成の一例を示す概略図である。It is the schematic which shows an example of the whole structure of the SCR system of this invention. 上記のＳＣＲシステムの制御部の一例を示す概略図である。It is the schematic which shows an example of the control part of said SCR system. 上記のＳＣＲシステムにおける処理の流れを示すフロー図である。It is a flowchart which shows the flow of a process in said SCR system. 上記のＳＣＲシステムにおける処理の流れを示すフロー図である。It is a flowchart which shows the flow of a process in said SCR system. 上記のＳＣＲシステムにおける排気ガスの流れを示す概略図である。It is the schematic which shows the flow of the exhaust gas in said SCR system. 本発明の実施例において得られた特性図である。It is a characteristic view obtained in the Example of this invention. 本発明の実施例において得られた特性図である。It is a characteristic view obtained in the Example of this invention. 本発明の実施例において得られた特性図である。It is a characteristic view obtained in the Example of this invention. 本発明の実施例において得られた特性図である。It is a characteristic view obtained in the Example of this invention. 本発明の実施例において得られた特性図である。It is a characteristic view obtained in the Example of this invention.

Explanation of symbols

５データ
６補正データ
１０ディーゼルエンジン
１４トルク検出部
１５温度検出部
１６流量検出部
３０尿素注入装置
３１短管
３２ノズル
３３尿素源
４１送液ポンプ
４２流量調整部
５０反応部 5 Data 6 Correction data 10 Diesel engine 14 Torque detection unit 15 Temperature detection unit 16 Flow rate detection unit 30 Urea injection device 31 Short pipe 32 Nozzle 33 Urea source 41 Liquid feed pump 42 Flow rate adjustment unit 50 Reaction unit

Claims

In a nitrogen oxide reduction device for reducing nitrogen oxide (NOx) in engine exhaust gas,
A NOx reduction catalyst unit that is airtightly connected to the exhaust port of the engine and through which exhaust gas containing a NOx component flows;
An atomizing section for spraying a urea aqueous solution having a urea injection concentration range of 25 wt% to 35 wt% in front of the NOx reduction catalyst section;
A urea source connected to the atomization section via a urea supply pipe and storing an aqueous urea solution;
A urea aqueous solution supply unit for supplying a urea aqueous solution from the urea source to the atomization unit via the urea supply pipe;
A first storage unit that stores an absolute amount of NOx component in the exhaust gas calculated from two values among the torque value of the engine, the temperature of the exhaust gas, and the air volume of the exhaust gas;
At least two factors of the engine exhaust gas temperature, engine torque value, and engine exhaust air volume are measured, the NOx component absolute amount corresponding to the measurement result is read from the first storage unit, and the urea is based on the read value. And a control unit that controls a supply amount of the aqueous solution.

The amount of nitrogen oxides in the exhaust gas is corrected based on the two values of the engine torque value, the temperature of the exhaust gas discharged from the engine, and the engine speed for calculating the flow rate of the exhaust gas. A storage unit for storing a correction value for
2. The nitrogen oxide reduction apparatus according to claim 1, wherein the control unit corrects the supply amount of the urea aqueous solution based on a read value of the correction value.

3. The nitrogen oxide reduction device according to claim 1, wherein a discharge part of the urea aqueous solution in the atomization part is arranged at a front side of 50 cm or more of the NOx reduction catalyst part.

The nitrogen oxide reducing device according to any one of claims 1 to 3, wherein a droplet of the urea aqueous solution discharged from the atomizing unit has a particle size of 50 µm or less.

5. The nitrogen oxide reduction device according to claim 1, wherein the temperature of the engine exhaust gas when the aqueous urea solution is discharged from the atomizing unit is 100 ° C. or higher.

The nitrogen oxide reduction apparatus according to any one of claims 1 to 5, further comprising a cooling unit that cools the atomizing unit to 100 ° C or lower.

The said control part performs the reading of the said NOx component absolute amount, and the control of the supply amount of the said urea aqueous solution at a frequency of 1 time / second or more, The one of Claim 1 thru | or 6 characterized by the above-mentioned. Nitrogen oxide reduction device.

The nitrogen oxide reduction device according to any one of claims 1 to 7, wherein the control unit discontinuously changes a supply amount of the urea aqueous solution.

The absolute amount of NOx component in the first storage unit is calculated in advance as the absolute amount of NOx component in exhaust gas discharged from the engine, and the calculation result and the engine exhaust gas temperature, engine torque value, engine exhaust air volume are calculated. 9. The nitrogen oxide reduction device according to claim 1, wherein the at least two factors are numerically associated with each other.

A gas supply unit for supplying gas into the atomizing unit;
The said control part purges gas in the said atomization part after the said engine stop, in order to discharge | release the urea aqueous solution in the said atomization part, The Claim 1 thru | or 9 characterized by the above-mentioned. Nitrogen oxide reduction device.

The nitrogen oxide reduction device according to any one of claims 1 to 10, further comprising a heat retaining mechanism that keeps the atomizing section warm so that the atomizing section does not become 0 ° C or lower.

12. The nitrogen oxide reduction device according to claim 1, wherein the supply amount of the urea is 0.9 times or less of an equivalent amount of the NOx component in the exhaust gas.

The urea aqueous solution supply unit includes a liquid feed pump for feeding urea water to the atomization unit,
In the urea supply pipe between the liquid feed pump and the atomizing section, a urea aqueous solution that flows through the urea supply pipe in order to make the spray amount of the urea aqueous solution sprayed from the atomizing section constant. A nitrogen oxide reduction device according to any one of claims 1 to 12, further comprising a hydraulic pressure adjustment mechanism for suppressing pressure fluctuations.