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JP2009243316A - Exhaust emission control device and its exhaust emission control method - Google Patents

Exhaust emission control device and its exhaust emission control method Download PDF

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JP2009243316A
JP2009243316A JP2008089088A JP2008089088A JP2009243316A JP 2009243316 A JP2009243316 A JP 2009243316A JP 2008089088 A JP2008089088 A JP 2008089088A JP 2008089088 A JP2008089088 A JP 2008089088A JP 2009243316 A JP2009243316 A JP 2009243316A
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Japan
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exhaust gas
concentration
oxygen supply
nox
scr catalyst
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Application number
JP2008089088A
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Japanese (ja)
Inventor
Chihiro Hiraiwa
千尋 平岩
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.)
Sumitomo Electric Industries Ltd
Original Assignee
Sumitomo Electric Industries Ltd
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Publication date
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Abstract

【課題】
SCR触媒に流入するNO濃度とNO濃度の比率を高精度に制御することで、還元剤を大気中に放出させることなくNOxの浄化率を向上させることのできる排気ガス浄化装置及びその排気ガス浄化方法を提供する。
【解決手段】
内燃機関の排気流路中に設けられた排気ガス浄化装置は、酸素供給手段と、前記酸素供給手段の下流に配置された酸化触媒と、該酸化触媒の下流側に配置された還元剤添加手段と、該還元剤添加手段の下流側に配置されたSCR触媒と、を有する。
【選択図】 図1
【Task】
Exhaust gas purification apparatus capable of improving the NOx purification rate without releasing the reducing agent into the atmosphere by controlling the ratio of the NO concentration and the NO 2 concentration flowing into the SCR catalyst with high accuracy, and the exhaust gas thereof Provide a purification method.
[Solution]
An exhaust gas purification device provided in an exhaust passage of an internal combustion engine includes an oxygen supply means, an oxidation catalyst disposed downstream of the oxygen supply means, and a reducing agent addition means disposed downstream of the oxidation catalyst. And an SCR catalyst arranged on the downstream side of the reducing agent addition means.
[Selection] Figure 1

Description

本発明は、内燃機関の排気ガス浄化装置及びその排気ガス浄化方法に関する。特に、酸化触媒及びSCR触媒を用いて、内燃機関から排出される排気ガス中のNOxを浄化する排気ガス浄化装置及びその排気ガス浄化方法に関する。   The present invention relates to an exhaust gas purification device for an internal combustion engine and an exhaust gas purification method thereof. In particular, the present invention relates to an exhaust gas purification device that purifies NOx in exhaust gas discharged from an internal combustion engine using an oxidation catalyst and an SCR catalyst, and an exhaust gas purification method thereof.

近年、環境汚染対策面から、ディーゼルエンジン等の内燃機関(以下、エンジンともいう)に対しては、低燃費に加えて、排出される排気ガス中に含まれる窒素酸化物(以下、NOxという)の低減が強く求められている。しかし、この両方の要求に応えるためにはエンジンそのものだけでの対応はすでに限界に近く、排気ガスの後処理装置(排気ガス浄化装置)が必要となる。特に燃費とNOxはトレードオフの関係にあるため、NOxを大幅に低減できる排気ガス浄化装置があれば燃費を向上することができる。
そこで、このNOxを低減する手段の一つとして、排気ガス中に尿素水を還元剤として添加し、尿素の加水分解により発生するアンモニア(NH)により、NOxを窒素(N)と水(HO)に選択還元するNOx触媒、いわゆる尿素SCR(Selective Catalytic Reduction)触媒を用いた、NOx低減を行う排気ガス浄化装置が知られている。
In recent years, from the viewpoint of measures against environmental pollution, in addition to low fuel consumption, internal combustion engines such as diesel engines (hereinafter also referred to as engines), nitrogen oxides (hereinafter referred to as NOx) contained in exhaust gas that is discharged. There is a strong demand for reducing the above. However, in order to meet both of these requirements, the response by the engine itself is already close to the limit, and an exhaust gas aftertreatment device (exhaust gas purification device) is required. In particular, since fuel consumption and NOx are in a trade-off relationship, fuel consumption can be improved if there is an exhaust gas purification device that can significantly reduce NOx.
Therefore, as one means for reducing this NOx, urea water is added as a reducing agent in the exhaust gas, and NOx is converted into nitrogen (N 2 ) and water (NH 3 ) by ammonia (NH 3 ) generated by hydrolysis of urea. 2. Description of the Related Art An exhaust gas purification device that performs NOx reduction using a NOx catalyst that selectively reduces to H 2 O), that is, a so-called urea SCR (Selective Catalytic Reduction) catalyst, is known.

上記のような排気ガス浄化装置として、例えば特許文献1や非特許文献1に開示される、酸化触媒と、SCR触媒と、尿素水を還元剤として噴射する装置とを備える排気ガス浄化装置が知られている。   As an exhaust gas purification device as described above, for example, an exhaust gas purification device including an oxidation catalyst, an SCR catalyst, and a device that injects urea water as a reducing agent, which is disclosed in Patent Literature 1 and Non-Patent Literature 1, is known. It has been.

この排気ガス浄化装置は、SCR触媒によるNOxの浄化を効率的に行うため、排気ガス中のNO成分を酸化触媒にてNOに酸化した後、排気ガス中に尿素水を噴射し、その後SCR触媒によりNOxをNに還元し浄化するように構成されている。
ここで、SCR触媒での反応は、2NH+NO+NO→2N+3HOに従うため、NOとNOとのモル比が1:1で最も浄化効率が向上することが知られている。
また、通常エンジンから排出される排気ガス中のNOx濃度は、NOよりNOの濃度の方が高いため、酸化触媒では、2NO+O→2NOの反応により、排気ガス中のNOの一部をNOに変化させている。これにより、NOとNOの濃度の比率を揃えた状態でSCR触媒に流入させることでNOxの浄化率向上を図っている。
特開2004−100699号公報 平田公信ら,「大型車ディーゼルの尿素選択還元システム」,自動車技術,VOL,60,No.9,2006,PP28−33
In this exhaust gas purification device, in order to efficiently purify NOx by the SCR catalyst, the NO component in the exhaust gas is oxidized to NO 2 by the oxidation catalyst, and then urea water is injected into the exhaust gas, and then the SCR The catalyst is configured to reduce NOx to N 2 and purify it.
Here, since the reaction with the SCR catalyst follows 2NH 3 + NO + NO 2 → 2N 2 + 3H 2 O, it is known that the purification efficiency is most improved when the molar ratio of NO and NO 2 is 1: 1.
Further, since the NOx concentration in the exhaust gas normally discharged from the engine is higher than the concentration of NO 2 , in the oxidation catalyst, a part of NO in the exhaust gas is obtained by the reaction of 2NO + O 2 → 2NO 2. It is varied to NO 2. Thus, the NOx purification rate is improved by flowing into the SCR catalyst in a state where the concentration ratios of NO and NO 2 are made uniform.
JP 2004-1000069 A Hirata Kiminobu et al., “Urea Selective Reduction System for Large Car Diesel”, Automotive Technology, VOL, 60, No. 9, 2006, PP28-33

しかしながら、上記特許文献1及び非特許文献1に開示されている酸化触媒によりNOを酸化するだけでは、上述した最適なNO濃度とNO濃度の比率となるようにきめ細かく調整することが困難であった。すなわち、排気ガスの温度やエンジンの運転状況等によって、排気ガス中のNO濃度とNO濃度の比率は変動するにも関わらず、それを考慮することなく、酸化触媒の排気下流にあるSCR触媒に流入させるものとなっていた。そのため、SCR触媒で効率的に還元することができず、NOxの浄化率を必ずしも高くすることができないという場合もあった。 However, it is difficult to finely adjust the ratio of the optimal NO concentration to the NO 2 concentration described above by simply oxidizing NO with the oxidation catalyst disclosed in Patent Document 1 and Non-Patent Document 1. It was. That is, although the ratio of the NO concentration to the NO 2 concentration in the exhaust gas varies depending on the temperature of the exhaust gas, the engine operating condition, etc., the SCR catalyst located downstream of the oxidation catalyst exhaust gas is not considered. It was supposed to flow into. For this reason, the SCR catalyst cannot be efficiently reduced, and the NOx purification rate cannot always be increased.

また、NOxの浄化が十分に行われない場合には、還元剤として添加する尿素の一部が使用されず、アンモニアとして大気中に放出されるおそれがあり(アンモニアスリップ現象)、これを回避するためにSCR触媒の排気下流側にアンモニアを取り除くための酸化触媒がさらに必要となってしまうという問題もあった。   Further, when NOx purification is not sufficiently performed, a part of urea added as a reducing agent is not used and may be released into the atmosphere as ammonia (ammonia slip phenomenon), which is avoided. Therefore, there is a problem that an oxidation catalyst for removing ammonia is further required on the exhaust gas downstream side of the SCR catalyst.

本発明は、SCR触媒に流入するNO濃度とNO濃度の比率を高精度に制御することで、還元剤を大気中に放出させることなくNOxの浄化率を向上させることのできる排気ガス浄化装置及びその排気ガス浄化方法を提供することを目的とする。 The present invention relates to an exhaust gas purification apparatus capable of improving the NOx purification rate without releasing a reducing agent into the atmosphere by controlling the ratio of NO concentration and NO 2 concentration flowing into the SCR catalyst with high accuracy. And an exhaust gas purification method thereof.

上記目的を達成するために、第1発明に係る排気ガス浄化装置は内燃機関の排気流路中に設けられており、酸素供給手段と、前記酸素供給手段の下流に配置された酸化触媒と、該酸化触媒の下流側に配置された還元剤添加手段と、該還元剤添加手段の下流側に配置されたSCR触媒と、を備えているものである。   In order to achieve the above object, an exhaust gas purifying apparatus according to a first aspect of the present invention is provided in an exhaust passage of an internal combustion engine, and includes an oxygen supply means, an oxidation catalyst disposed downstream of the oxygen supply means, A reducing agent adding means disposed downstream of the oxidation catalyst, and an SCR catalyst disposed downstream of the reducing agent adding means.

この発明によれば、酸素供給手段から酸化触媒に酸素を供給することで、酸化触媒におけるNOからNOへの酸化反応を促進させることができる。すなわち、これまでエンジンの運転状況等によりNO濃度が高く酸素の供給律速により十分にNOへの酸化反応ができなかった場合でも、効率的に酸化することができ、SCR触媒における還元反応に最適なNOとNOのモル比に積極的に近づけ、NOxの浄化率を向上させることができる。 According to this invention, by supplying oxygen from the oxygen supply means to the oxidation catalyst, the oxidation reaction from NO to NO 2 in the oxidation catalyst can be promoted. In other words, even if the NO concentration is high due to the operating conditions of the engine and the like, the oxidation reaction to NO 2 could not be sufficiently performed due to the rate of oxygen supply, so that it can be efficiently oxidized and is optimal for the reduction reaction in the SCR catalyst. such closer to actively molar ratio of NO and NO 2, it is possible to improve the purification rate of NOx.

なお、NOとNOは、化学反応などで相互に変換したり、比較的同様の特性を示すことが多く、一緒に取り扱ったほうが便利であるため、ここでいうNOxとはNOとNOという2種類の気体を指す。 Note that NO and NO 2 are often converted to each other by chemical reaction or the like and exhibit relatively similar characteristics, and it is more convenient to handle them together, so NOx here is referred to as NO and NO 2 Refers to two types of gas.

また、第2発明に係る排気ガス浄化装置は、第1発明において、前記酸素供給手段は、固体電解質と、該固体電解質を挟むように設けられた多孔質の電極と、を有する酸素供給装置により構成されている。   The exhaust gas purifying apparatus according to a second aspect of the present invention is the exhaust gas purifying apparatus according to the first aspect, wherein the oxygen supply means includes a solid electrolyte and a porous electrode provided so as to sandwich the solid electrolyte. It is configured.

この発明によれば、一方の電極を排気系の外部(外気側)に、他方の電極を排気系の内部(排気ガス側)に晒すように設置し、電圧を印加することで外気側から取り込んだ酸素イオンが固体電解質中を伝導し、排気ガス中に酸素として放出することで、酸素を積極的に供給することができ、NOxの浄化率を向上させることができる。また、電極を多孔質とすることにより、固体電解質外気及び排気ガスとの接触面積を増加させ、より効率的に酸素を供給することができ、さらにNOxの浄化率を向上させることができる。   According to the present invention, one electrode is installed outside (external air side) of the exhaust system and the other electrode is exposed inside the exhaust system (exhaust gas side), and the voltage is applied to take in from the outside air side. Oxygen ions are conducted in the solid electrolyte and released into the exhaust gas as oxygen, so that oxygen can be actively supplied and the NOx purification rate can be improved. Further, by making the electrode porous, it is possible to increase the contact area between the solid electrolyte outside air and the exhaust gas, to supply oxygen more efficiently, and to further improve the NOx purification rate.

また、第3発明に係る排気ガス浄化装置は、第2発明において、前記固体電解質は安定化ジルコニウムであり、前記電極はPtにより形成されている。これによって、エンジンから排出される高温の排気ガスに対して、耐熱性及び耐食性に優れ、安定して酸素の供給を行うことができ、NOxの高い浄化率を維持することができる。   In the exhaust gas purifying apparatus according to the third invention, in the second invention, the solid electrolyte is stabilized zirconium, and the electrode is made of Pt. Thus, the high-temperature exhaust gas discharged from the engine has excellent heat resistance and corrosion resistance, can stably supply oxygen, and can maintain a high NOx purification rate.

また、第4発明に係る排気ガス浄化装置は、第1発明〜第3発明において、前記SCR触媒に流入する排気ガス中のNO濃度及びNO濃度を測定するための測定手段をさらに有しており、前記測定手段は、前記SCR触媒の上流側に設置された少なくとも1つ以上のNOxセンサと、該NOxセンサによって測定されたNOx濃度の値から、前記SCR触媒に流入する排気ガス中のNO濃度及びNO濃度を算出する演算手段と、を備えている。 The exhaust gas purification apparatus according to a fourth aspect of the present invention further comprises a measuring means for measuring the NO concentration and the NO 2 concentration in the exhaust gas flowing into the SCR catalyst in the first to third aspects of the invention. The measurement means includes at least one NOx sensor installed upstream of the SCR catalyst, and NOx concentration in the exhaust gas flowing into the SCR catalyst from the value of the NOx concentration measured by the NOx sensor. Computing means for calculating the concentration and the NO 2 concentration.

これによって、排気ガス中のNOx濃度を直接的に、かつ、リアルタイムで測定することができ、NOxの浄化率をチェックするとともに、その結果をフィードバックすることで、よりNOxの浄化率を高めることができる。   As a result, the NOx concentration in the exhaust gas can be measured directly and in real time, and the NOx purification rate can be checked, and the NOx purification rate can be increased by feeding back the result. it can.

また、第5発明に係る排気ガス浄化装置は、第4発明において、前記SCR触媒の上流側にさらに温度センサを備えている。   The exhaust gas purifying apparatus according to a fifth aspect of the present invention further comprises a temperature sensor on the upstream side of the SCR catalyst in the fourth aspect of the invention.

これによって、排気ガス中の温度を直接的に測定することでより精度よくNOx濃度を測定することができ、よりNOxの浄化率を高めることができる。また、温度に応じたNOx濃度のデータを予め用意しておき、これを用いて算出することで、1つのNOxセンサでNO濃度とNO濃度を同時に測定することが可能となり、NOxセンサの数を減らすこともできる。 Thus, the NOx concentration can be measured with higher accuracy by directly measuring the temperature in the exhaust gas, and the NOx purification rate can be further increased. Further, by preparing data of NOx concentration corresponding to temperature in advance and calculating it, it becomes possible to simultaneously measure NO concentration and NO 2 concentration with one NOx sensor, and the number of NOx sensors Can also be reduced.

また、第6発明に係る排気ガス浄化装置は、第4発明または第5発明において、前記酸素供給手段は、前記NO濃度と前記NO濃度の値に対応させて、前記酸素供給量を設定するための設定手段をさらに備えている。 Further, in the exhaust gas purifying apparatus according to the sixth invention, in the fourth invention or the fifth invention, the oxygen supply means sets the oxygen supply amount in accordance with the values of the NO concentration and the NO 2 concentration. Setting means is further provided.

これによって、排気ガス中の実際のNOx濃度の値に応じて、供給する酸素の量を精度よく調整し、SCR触媒に流入するNO濃度とNO濃度を上述の理想の比率に近づけることができ、さらにNOxの浄化率を高めることができる。 As a result, the amount of oxygen to be supplied can be accurately adjusted according to the actual NOx concentration value in the exhaust gas, and the NO concentration and NO 2 concentration flowing into the SCR catalyst can be brought close to the ideal ratio described above. Furthermore, the NOx purification rate can be increased.

また、第7発明に係る排気ガス浄化装置は、第4発明〜第6発明において、前記還元剤添加手段は、前記NO濃度と前記NO濃度の値に対応させて、前記還元剤の添加量を設定するための設定手段をさらに備えている。 Further, in the exhaust gas purifying apparatus according to the seventh invention, in the fourth invention to the sixth invention, the reducing agent adding means adds the reducing agent in an amount corresponding to the values of the NO concentration and the NO 2 concentration. There is further provided setting means for setting.

これによって、排気ガス中の実際のNOx濃度の値に応じて、還元剤の噴射量を精度よく調整することにより、高いNOxの浄化率を維持しつつ、還元剤(例えばアンモニア)が未反応のまま大気中に放出されることを防止することができる。また、未反応の還元剤を浄化するための触媒も不要となり、装置をさらに小型かつ低コストにすることが可能となる。   Thereby, the reducing agent (for example, ammonia) is not reacted while maintaining a high NOx purification rate by accurately adjusting the injection amount of the reducing agent according to the actual NOx concentration value in the exhaust gas. It can be prevented from being released into the atmosphere. In addition, a catalyst for purifying the unreacted reducing agent is not required, and the apparatus can be further reduced in size and cost.

また、第8発明に係る排気ガス浄化方法は第1発明の排気ガス浄化装置を用いて、内燃機関から排出される排気ガスを浄化する内燃機関の排気ガス浄化方法であって、該SCR触媒に流入する排気ガス中のNO濃度とNO濃度を測定し、該NO濃度と該NO濃度の値に対応させて、前記酸素供給手段からの酸素供給量を設定する排気ガスの浄化方法である。 An exhaust gas purification method according to an eighth aspect of the present invention is an exhaust gas purification method for an internal combustion engine that purifies exhaust gas discharged from the internal combustion engine using the exhaust gas purification device of the first aspect of the invention. An exhaust gas purification method that measures NO concentration and NO 2 concentration in an inflowing exhaust gas and sets an oxygen supply amount from the oxygen supply means in accordance with the NO concentration and the NO 2 concentration value. .

これによって、排気ガス中の実際のNOx濃度の値に応じて、供給する酸素の量を精度よく調整することで、SCR触媒に流入するNO濃度とNO濃度を上述の理想のモル比率に近づけることができ、NOxの浄化率を高めることができる。 Accordingly, the amount of oxygen to be supplied is accurately adjusted according to the actual NOx concentration value in the exhaust gas, thereby bringing the NO concentration and NO 2 concentration flowing into the SCR catalyst closer to the ideal molar ratio described above. And the NOx purification rate can be increased.

本発明によれば、SCR触媒に流入するNO濃度とNO濃度の比率を高精度に制御することで、還元剤を大気中に放出させることなくNOxの浄化率を向上させることのできる排気ガス浄化装置及びその排気ガス浄化方法を提供することができる。 According to the present invention, the exhaust gas capable of improving the NOx purification rate without releasing the reducing agent into the atmosphere by controlling the ratio of the NO concentration and the NO 2 concentration flowing into the SCR catalyst with high accuracy. A purification device and an exhaust gas purification method thereof can be provided.

(実施の形態1)
図1は、本発明の実施の形態1における排気ガス浄化装置を模式的に説明するための図である。この排気ガス浄化装置30は、尿素を用いて排気中のNOxを窒素ガス等に還元し浄化する尿素選択還元触媒を用いた装置である。また、図1において、エンジン11は、例えばディーゼルエンジンである。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a diagram for schematically explaining an exhaust gas purifying apparatus according to Embodiment 1 of the present invention. The exhaust gas purification device 30 is a device using a urea selective reduction catalyst that reduces and purifies NOx in exhaust gas to nitrogen gas or the like using urea. Moreover, in FIG. 1, the engine 11 is a diesel engine, for example.

同図に示すように、排気ガス浄化装置30は、エンジン11から排出される排気ガス中のNOをNOに酸化する酸化触媒16と、その下流には排気ガス中のNOxをNとHOに還元するSCR触媒21から構成されている。 As shown in the figure, the exhaust gas purification device 30 includes an oxidation catalyst 16 that oxidizes NO in the exhaust gas discharged from the engine 11 into NO 2 , and downstream of the NOx in the exhaust gas with N 2 and H The SCR catalyst 21 is reduced to 2 O.

ここで、酸化触媒16の入口近傍には酸素供給装置15が設けられている。これにより、所定の酸素を供給することで、酸化触媒16におけるNOからNOへの酸化反応を促進することができる。なお、酸素の供給量は制御装置(ECU)13によって電圧を調整することにより制御されている。 Here, an oxygen supply device 15 is provided in the vicinity of the inlet of the oxidation catalyst 16. Thereby, the oxidation reaction from NO to NO 2 in the oxidation catalyst 16 can be promoted by supplying predetermined oxygen. The supply amount of oxygen is controlled by adjusting a voltage by a control unit (ECU) 13.

また、SCR触媒21の入口には、還元剤である尿素を添加するための尿素添加装置19が設けられており、SCR触媒でのNOx還元による浄化に必要となる尿素の噴霧量を制御装置(ECU)14により制御している。なお、尿素は尿素タンク20に貯留されている。   In addition, a urea addition device 19 for adding urea as a reducing agent is provided at the inlet of the SCR catalyst 21, and the amount of urea spray required for purification by NOx reduction at the SCR catalyst is controlled by a control device ( ECU) 14. Urea is stored in the urea tank 20.

さらに、酸化触媒16とSCR触媒21の間には、NOxセンサ17aと17bとが配置されている。この2つのNOxセンサからの電流変化率は、酸素の供給量を制御する制御装置(ECU)13と尿素の噴霧量を制御する制御装置(ECU)14に読み出され、予め入力されている感度に基づいて、NO濃度とNO濃度が算出される。このNO濃度及びNO濃度に基づいて、酸素供給装置15が作動して最適な量の酸素を供給することで、酸化触媒16通過後の排気ガス中のNOとNOのモル比が1:1になるように制御している。これにより、SCR触媒21でのNOxの還元反応が効率的に行われ、NOxの浄化率を向上させることができる。 Further, NOx sensors 17a and 17b are arranged between the oxidation catalyst 16 and the SCR catalyst 21. The current change rates from the two NOx sensors are read by a control device (ECU) 13 that controls the supply amount of oxygen and a control device (ECU) 14 that controls the spray amount of urea, and are input in advance. Based on this, the NO concentration and the NO 2 concentration are calculated. Based on this NO concentration and NO 2 concentration, the oxygen supply device 15 operates to supply an optimal amount of oxygen, so that the molar ratio of NO and NO 2 in the exhaust gas after passing through the oxidation catalyst 16 is 1: It is controlled to be 1. Thereby, the NOx reduction reaction in the SCR catalyst 21 is efficiently performed, and the NOx purification rate can be improved.

また、同様に、このNO濃度及びNO濃度に基づいて、尿素添加装置19が作動して、最適な量の尿素を供給することで、SCR触媒21におけるNOxの還元反応に必要となる尿素量を適切に制御することができる。これにより、反応に使用されなかった尿素が、アンモニアとして大気中に放出されるいわゆるアンモニアスリップ現象を防止することができ、さらにスリップしたアンモニアを浄化するために設置されるSCR触媒後段の酸化触媒等も不要となり、装置をさらに小型かつ低コストにすることが可能となる。 Similarly, the urea addition device 19 operates based on the NO concentration and the NO 2 concentration to supply an optimal amount of urea, so that the urea amount required for the NOx reduction reaction in the SCR catalyst 21 is increased. Can be controlled appropriately. As a result, it is possible to prevent a so-called ammonia slip phenomenon in which urea that has not been used in the reaction is released into the atmosphere as ammonia, and an oxidation catalyst downstream of the SCR catalyst that is installed to purify the slipped ammonia. And the apparatus can be further reduced in size and cost.

ここでは、2つのNOxセンサを使用してNO濃度とNO濃度の算出について説明したが、1つのNOxセンサと1つの温度センサ(図示せず)を用いて、NOxセンサから検出された電流変化率と温度センサからの温度データを基に、予め入力されている感度に基づいてNO濃度とNO濃度を算出することも可能である。
なお、NOxセンサはいずれの方式のものを用いてもよく、公知のNOxセンサを流用することができる。
Here, the calculation of the NO concentration and the NO 2 concentration has been described using two NOx sensors, but the current change detected from the NOx sensor using one NOx sensor and one temperature sensor (not shown). Based on the rate and temperature data from the temperature sensor, it is also possible to calculate the NO concentration and the NO 2 concentration based on the sensitivity inputted in advance.
Note that any type of NOx sensor may be used, and a known NOx sensor can be used.

また、このディーゼルエンジンは、排気ガス再循環装置(EGR)が設けられ(図示せず)、燃料噴射の制御のために制御装置(ECU)12が配置されている。従って、酸素供給量を制御する制御装置(ECU)13及び尿素の噴霧量を制御する制御装置(ECU)14は、この制御装置(ECU)12と共通化することもできる。   Further, this diesel engine is provided with an exhaust gas recirculation device (EGR) (not shown), and a control device (ECU) 12 is arranged for controlling fuel injection. Therefore, the control device (ECU) 13 that controls the oxygen supply amount and the control device (ECU) 14 that controls the spray amount of urea can be shared with the control device (ECU) 12.

上記の通り、当該排気ガス浄化装置30を用いた排気ガス浄化方法によれば、エンジン11の運転条件により刻々と変化する排気ガス中のNOx濃度の状態にリアルタイムに追随して高精度で酸素供給量及び尿素噴霧量を制御することで、NOxの浄化率を向上させるとともに、アンモニアスリップ現象の発生を防止することができる。   As described above, according to the exhaust gas purification method using the exhaust gas purification device 30, the oxygen supply with high accuracy is performed in real time following the state of the NOx concentration in the exhaust gas which changes every moment according to the operating conditions of the engine 11. By controlling the amount and the amount of urea sprayed, it is possible to improve the NOx purification rate and prevent the occurrence of the ammonia slip phenomenon.

(実施の形態2)
図2は、本発明の実施の形態1に係る酸素供給装置15の要部構成断面図である。同図に示すように、酸素供給装置15は、固体電解質31と、それを挟む2つの多孔質の電極32a及び32bと、電極32a及び32bに電圧を印加する配線33とにより構成されている。
(Embodiment 2)
FIG. 2 is a cross-sectional view of a main part configuration of the oxygen supply device 15 according to Embodiment 1 of the present invention. As shown in the figure, the oxygen supply device 15 includes a solid electrolyte 31, two porous electrodes 32a and 32b that sandwich the solid electrolyte 31, and a wiring 33 that applies a voltage to the electrodes 32a and 32b.

ここで、固体電解質31は安定化ジルコニウムにより形成されており、図に示すように、固体電解質31の一方の面を排気管内に、他方の面を大気側になるように設置されている。また、電極32a及び32bはPtにより形成されており、電極32aは排気管内、電極32bは大気側に設置されている。   Here, the solid electrolyte 31 is formed of stabilized zirconium, and as shown in the drawing, one surface of the solid electrolyte 31 is disposed in the exhaust pipe and the other surface is disposed on the atmosphere side. The electrodes 32a and 32b are made of Pt, the electrode 32a is installed in the exhaust pipe, and the electrode 32b is installed on the atmosphere side.

また、電極32a及び32bは酸素の供給量を制御する制御装置(ECU)13に配線33によって接続されており、制御装置(ECU)13によって所定の電圧が印加される。電極32a及び32bに電圧が印加されると、固体電解質中を大気側から排気管内に向けて酸素イオンが伝導し、結果として大気側から排気管内に酸素が取り込まれ、排気ガス中に酸素が供給されることになる。   The electrodes 32 a and 32 b are connected to a control device (ECU) 13 that controls the supply amount of oxygen by a wiring 33, and a predetermined voltage is applied by the control device (ECU) 13. When a voltage is applied to the electrodes 32a and 32b, oxygen ions are conducted through the solid electrolyte from the atmosphere side into the exhaust pipe, and as a result, oxygen is taken into the exhaust pipe from the atmosphere side and oxygen is supplied into the exhaust gas. Will be.

また、電極32a及び32bが多孔質であるため、固体電解質31が排気ガス及び大気と接触する表面積を大きくすることができ、酸素を効率的に供給する点で有利である。   In addition, since the electrodes 32a and 32b are porous, the surface area of the solid electrolyte 31 in contact with the exhaust gas and the atmosphere can be increased, which is advantageous in that oxygen is supplied efficiently.

また、上述の通り、制御装置(ECU)13はNOxセンサ17a及び17bから検出された電流変化率と温度センサからの温度データを基に、予め入力されている感度に基づいてNO濃度とNO濃度を算出し、酸化触媒16通過後の排気ガス中のNOとNOのモル比が1:1になるように電極32a及び32bに電圧を印加し、適当な酸素を供給するように制御されている。 Further, as described above, the control device (ECU) 13 determines the NO concentration and NO 2 based on the sensitivity inputted in advance based on the current change rate detected from the NOx sensors 17a and 17b and the temperature data from the temperature sensor. The concentration is calculated, and a voltage is applied to the electrodes 32a and 32b so that the molar ratio of NO to NO 2 in the exhaust gas after passing through the oxidation catalyst 16 is 1: 1, and control is performed to supply appropriate oxygen. ing.

以上の酸素供給装置15を用いることで、エンジン11の運転条件により刻々と変化する排気ガス中のNOx濃度の状態にリアルタイムに追随して適切な量の酸素を供給することで、NOxの浄化を行うことができる。また、耐熱性及び耐食性に優れているため、NOxの浄化率を長期間に亘って安定して維持することができる。   By using the oxygen supply device 15 described above, NOx purification can be achieved by supplying an appropriate amount of oxygen in real time following the state of the NOx concentration in the exhaust gas, which constantly changes according to the operating conditions of the engine 11. It can be carried out. Moreover, since it is excellent in heat resistance and corrosion resistance, the NOx purification rate can be stably maintained over a long period of time.

(実施の形態3)
図3は本発明の実施の形態2に係る酸素供給装置の変形例を示す要部構成断面図である。なお、図2と同一符号のものは、同一又は相当物であり、以下の説明を省略する。図2では、酸素供給装置15が酸化触媒16と一体として構成されている点で異なっている。
(Embodiment 3)
FIG. 3 is a cross-sectional view showing the principal part of a modification of the oxygen supply device according to Embodiment 2 of the present invention. 2 denote the same or corresponding parts, and a description thereof will be omitted. FIG. 2 is different in that the oxygen supply device 15 is integrated with the oxidation catalyst 16.

酸素供給装置15は、酸化触媒16の触媒担持体22の上流側に配置され、固体電解質31の一方の面を酸化触媒内(排気ガス中)に、他方の面を大気側になるように設置されており、多孔質である電極32aは酸化触媒内(排気ガス中)、電極32bは大気側に設置されている。
このように酸化触媒16と一体化することにより、排気ガス浄化装置をより一層小型化することができる。また、酸化触媒16と酸素供給装置16が近づくことで、より効率よく酸化反応を促進することができ、全体としてよりNOxの浄化をさらに効率よく行うことができる。
The oxygen supply device 15 is disposed on the upstream side of the catalyst carrier 22 of the oxidation catalyst 16, and is installed so that one surface of the solid electrolyte 31 is in the oxidation catalyst (in exhaust gas) and the other surface is on the atmosphere side. The porous electrode 32a is installed in the oxidation catalyst (in the exhaust gas), and the electrode 32b is installed on the atmosphere side.
By integrating with the oxidation catalyst 16 in this way, the exhaust gas purification device can be further downsized. Further, the oxidation catalyst 16 and the oxygen supply device 16 approach each other, whereby the oxidation reaction can be promoted more efficiently, and NOx purification can be performed more efficiently as a whole.

上記開示された本発明の実施の形態の構造は、あくまで例示であって、本発明の範囲はこれらの記載の範囲に限定されるものではない。本発明の範囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲の記載と均等の意味及び範囲内でのすべての変更を含むものである。   The structure of the embodiment of the present invention disclosed above is merely an example, and the scope of the present invention is not limited to the scope of these descriptions. The scope of the present invention is indicated by the description of the scope of claims, and further includes meanings equivalent to the description of the scope of claims and all modifications within the scope.

本発明の排気ガス浄化装置は、車両や船舶等の内燃機関から発生するの排気ガス中のNOxを浄化することができる。   The exhaust gas purification apparatus of the present invention can purify NOx in exhaust gas generated from an internal combustion engine such as a vehicle or a ship.

本発明の実施の形態1における排気ガス浄化装置を模式的に説明するための図である。It is a figure for demonstrating typically the exhaust-gas purification apparatus in Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態2に係る酸素供給装置の要部構成断面図である。It is principal part structure sectional drawing of the oxygen supply apparatus which concerns on Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施の形態2に係る酸素供給装置の変形例を示す要部構成断面図である。It is principal part structure sectional drawing which shows the modification of the oxygen supply apparatus which concerns on Embodiment 2 of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

11 エンジン
12 制御装置(ECU)
13 制御装置(ECU)
14 制御装置(ECU)
15 酸素供給装置
16 酸化触媒
17a NOxセンサ
17b NOxセンサ
19 尿素噴霧装置
20 尿素タンク
21 SCR触媒
22 酸化触媒担持体
30 排気ガス浄化装置
31 固体電解質
32a 電極
32b 電極
33 配線
11 Engine 12 Controller (ECU)
13 Control unit (ECU)
14 Control unit (ECU)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 15 Oxygen supply apparatus 16 Oxidation catalyst 17a NOx sensor 17b NOx sensor 19 Urea spray apparatus 20 Urea tank 21 SCR catalyst 22 Oxidation catalyst support body 30 Exhaust gas purification apparatus 31 Solid electrolyte 32a Electrode 32b Electrode 33 Wiring

Claims (8)

内燃機関の排気流路中に設けられた排気ガス浄化装置であって、
酸素供給手段と、前記酸素供給手段の下流に配置された酸化触媒と、該酸化触媒の下流側に配置された還元剤添加手段と、該還元剤添加手段の下流側に配置されたSCR触媒と、を有することを特徴とする排気ガス浄化装置。
An exhaust gas purifying device provided in an exhaust passage of an internal combustion engine,
An oxygen supply means, an oxidation catalyst arranged downstream of the oxygen supply means, a reducing agent addition means arranged downstream of the oxidation catalyst, and an SCR catalyst arranged downstream of the reducing agent addition means And an exhaust gas purifying device.
前記酸素供給手段は、固体電解質と、該固体電解質を挟むように設けられた多孔質の電極と、を有する酸素供給装置である請求項1に記載の排気ガス浄化装置。   The exhaust gas purification device according to claim 1, wherein the oxygen supply means is an oxygen supply device having a solid electrolyte and a porous electrode provided so as to sandwich the solid electrolyte. 前記固体電解質は安定化ジルコニウムであり、前記電極はPtで形成されている請求項2に記載の排気ガス浄化装置。   The exhaust gas purification apparatus according to claim 2, wherein the solid electrolyte is stabilized zirconium, and the electrode is formed of Pt. 前記SCR触媒に流入する排気ガス中のNO濃度及びNO濃度を測定するための測定手段をさらに有しており、
前記測定手段は、
前記SCR触媒の上流側に設置された少なくとも1つ以上のNOxセンサと、
該NOxセンサによって測定されたNOx濃度の値から、前記SCR触媒に流入する排気ガス中のNO濃度及びNO濃度を算出する演算手段と、
を備える請求項1〜3のいずれか1項に記載の排気ガス浄化装置。
A measuring means for measuring NO concentration and NO 2 concentration in the exhaust gas flowing into the SCR catalyst;
The measuring means includes
At least one NOx sensor installed upstream of the SCR catalyst;
Calculating means for calculating the NO concentration and the NO 2 concentration in the exhaust gas flowing into the SCR catalyst from the value of the NOx concentration measured by the NOx sensor;
The exhaust gas purification device according to any one of claims 1 to 3.
前記SCR触媒の上流側にさらに温度センサを備えている請求項4に記載の排気ガス浄化装置。   The exhaust gas purification device according to claim 4, further comprising a temperature sensor on the upstream side of the SCR catalyst. 前記酸素供給手段は、前記NO濃度と前記NO濃度の値に対応させて、前記酸素供給量を設定するための設定手段をさらに備えている請求項4または5に記載の排気ガス浄化装置。 The exhaust gas purifying apparatus according to claim 4 or 5, wherein the oxygen supply means further includes a setting means for setting the oxygen supply amount in accordance with the values of the NO concentration and the NO 2 concentration. 前記還元剤添加手段は、前記NO濃度と前記NO濃度の値に対応させて、前記還元剤の添加量を設定するための設定手段をさらに備えている請求項4〜6のいずれか1項に記載の排気ガス浄化装置。 Said reducing agent addition means, the NO concentration in correspondence with the value of the NO 2 concentration, any one of claims 4-6, further comprising a setting means for setting the amount of the reducing agent The exhaust gas purifying apparatus according to 1. 請求項1に記載の排気ガス浄化装置を用いて、内燃機関から排出される排気ガスを浄化する内燃機関の排気ガス浄化方法であって、
該SCR触媒に流入する排気ガス中のNO濃度とNO濃度を測定し、該NO濃度と該NO濃度の値に対応させて、前記酸素供給手段からの酸素供給量を設定することを特徴とする排気ガス浄化方法。
An exhaust gas purification method for an internal combustion engine for purifying exhaust gas discharged from the internal combustion engine using the exhaust gas purification device according to claim 1,
The NO concentration and the NO 2 concentration in the exhaust gas flowing into the SCR catalyst are measured, and the oxygen supply amount from the oxygen supply means is set in accordance with the values of the NO concentration and the NO 2 concentration. Exhaust gas purification method.
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