JPH0712660Y2

JPH0712660Y2 - ディーゼル・エンジンに使用される排気浄化装置

Info

Publication number: JPH0712660Y2
Application number: JP3827390U
Authority: JP
Inventors: 正敏下田
Original assignee: 日野自動車工業株式会社
Priority date: 1990-04-10
Filing date: 1990-04-10
Publication date: 1995-03-29
Anticipated expiration: 2005-03-29
Also published as: JPH03129712U

Description

【考案の詳細な説明】産業上の利用分野この考案は、ディーゼル・エンジンに使用される排気浄
化装置、殊に、排気に含まれる窒素酸化物を還元処理す
る排気浄化装置に関する。

背景技術近年、ディーゼル・エンジンを搭載したトラックやバス
では、排気に含まれる窒素酸化物（NO_x）を還元処理す
る排気浄化装置が開発されてきている。

その浄化装置は、ディーゼル・エンジンの排気に残存酸
素が多く含まれるという理由で、その窒素酸化物を還元
処理する還元剤にアンモニウム・ガス（NH₃）を使用し
てきている。

ところが、そのアンモニウム・ガスは刺激臭が強いの
で、窒素酸化物の量に対応して添加されるアンモニウム
・ガスの量の制御には、厳密性が要求され、その制御の
厳密性が損われると未反応アンモニウム・ガスが大気中
に放出されることになり、その量が多いとその刺激臭が
問題になるに加えて、エンジン負荷に応じて窒素酸化物
の量が変化するので、その添加されるアンモニウム・ガ
スの量の制御が非常に厄介で、困難であった。

考案の目的・課題この考案の目的・課題は、排気に含まれる窒素酸化物を
還元除去してその排気を浄化し、そして、未反応還元剤
が大気中に放出されることを阻止するところのディーゼ
ル・エンジンに使用される排気浄化装置の提供にある。

目的・課題に係る考案の概要：請求する考案の内容上述の目的・課題に関連して、この考案のディーゼル・
エンジンに使用される排気浄化装置は、排気管の上流側
において、排気の流れに尿素水溶液をスプレイするノズ
ルと、そのノズルの下流において、その排気管の途中に
接続されてその尿素水溶液がスプレイされた排気を通過
させる触媒コンバータと、配管でそのノズルに接続さ
れ、そして、加圧されてある尿素水溶液をそのノズルに
供給する尿素水溶液源と、その尿素水溶液源をそのノズ
ルに接続するその配管に配置される電磁弁と、そのノズ
ルの上流側において、その排気管内に流れる排気の流量
および窒素酸化物濃度、その触媒コンバータの触媒温
度、および、その触媒コンバータの下流側において、そ
の排気管内に流れる排気の尿素濃度に応じて、その電磁
弁に流れる電流を制御するコントローラとを含み、その
ノズルの上流側において、その排気管内に流れる排気の
流量および窒素酸化物濃度、および、その触媒コンバー
タの触媒温度に応じて、そのノズルからスプレイされる
その尿素水溶液の量を決定し、また、その触媒コンバー
タの下流側において、その排気管内に流れる排気の尿素
濃度に応じて、そのノズルからスプレイされるその尿素
水溶液を減量する制御を行ない、触媒を利用して、その
尿素水溶液の還元剤で、その排気に含まれるその窒素酸
化物を除去するところにある。

具体例の説明以下、この考案のディーゼル・エンジンに使用される排
気浄化装置の特定された具体例について、図面を参照し
て説明する。

図は、トラックに搭載されたディーゼル・エンジン30の
排気系統に適用されたこの考案のディーゼル・エンジン
に使用される排気浄化装置の具体例10を概略的に示して
いる。

その排気浄化装置10は、ノズル11と、触媒コンバータ12
と、尿素水溶液源13と、電磁弁14と、コントローラ15
と、窒素酸化物濃度センサ16と、尿素濃度センサ17と、
圧力センサ18とを含んで製作され、特に、その排気系統
が、排気マニホルド31、排気管32、マフラ（図示せ
ず）、および、テール・パイプ（図示せず）を含んだ通
常の構造であるので、そのマフラの上流側で、その排気
管32の途中に接続させる構造に製作された。

そのノズル11は、その触媒コンバータ12の上流側のその
排気管32に配置され、その排気管32内の排気の流れに尿
素水溶液をスプレイさせる。

その触媒コンバータ12は、ガス入口21およびガス出口22
を備えたケーシング20とそのケーシング20内に充填され
たTiO₂系の還元触媒（図示せず）とより組み立てられ、
そのノズル11の下流において、その排気管32の途中に接
続された。勿論、この触媒コンバータ12は、その排気管
内の排気の流れに関してその流れの上流側にそのガス入
口21を、その流れの下流側にそのガス出口22をそれぞれ
位置させてその排気管32の途中に接続され、その尿素水
溶液がスプレイされた排気を内部に通過させる。

その尿素水溶液源13は、加圧タンク23と、ポンプ24と、
補助タンク25と、電動モータ26とより組み立てられ、そ
の加圧タンク23の入口が、配管27でそのポンプ24および
補助タンク25に、その加圧タンク23の出口が、配管28で
そのノズル11にそれぞれ接続されてある。

そのポンプ24が、その電動モータ26で駆動され、そし
て、その補助タンク25内の尿素水溶液をその加圧タンク
23に供給するので、その加圧タンク23は、加圧された尿
素水溶液をそのノズル11にその配管28を経て供給する。

その電磁弁14は、２方向制御弁で、その加圧タンク23の
出口をそのノズル11に接続したその配管28の途中に接続
された。

そのコントローラ15は、入力側をその窒素酸化物濃度セ
ンサ16、触媒コンバータ温度センサ19、尿素濃度センサ
17および圧力センサ18に電気的に接続させ、そして、出
力側をその尿素水溶液13の電動モータ26および電磁弁14
のソレノイド・コイル29に電気的に接続させてある。

さらに、そのコントローラ15は、そのディーゼル・エン
ジン30のクランク・シャフトに関連されて配置された回
転センサ33を入力側に電気的に接続させている。

このコントローラ15は、その排気管32の上流側に流れる
排気に含まれる窒素酸化物がその窒素酸化物濃度センサ
16で、同時に、その排気の温度がその触媒コンバータ温
度センサ19でそれぞれ検出され、そして、その検出され
た窒素酸化物濃度、触媒コンバータ温度、および、エン
ジン回転数の信号が、それらセンサ16,19、および、33
から与えられ、それら信号に応じて、そのソレノイド・
コイル29に流れる電流を制御してその電磁弁14を開閉さ
せ、また、その触媒コンバータ12を通過してその排気管
32の下流側に流れる排気に尿素がその尿素濃度センサ17
で検出され、そして、その検出された尿素濃度である信
号がそのセンサ17から与えられ、その信号があるとその
ソレノイド・コイル29に流れる電流を切り、その電磁弁
14を閉じさせる。

また、このコントローラ15は、その加圧タンク23内の圧
力がその圧力センサ18で検出され、そして、その信号が
そのセンサ18から与えられ、その信号に応じて、その電
動モータ26に流れる電流を制御してその電動モータ26を
運転および停止させ、そのポンプ24を運転および停止さ
せる。

そのように、このコントローラ15は、処理前の排気中の
窒素酸化物濃度およびそのエンジンの回転速度より窒素
酸化物の量を計算し、その窒素酸化物の量、触媒コンバ
ータ12内の触媒温度、および、処理後の排気中の尿素濃
度に応じてその電磁弁14に流れる電流を制御して、その
電磁弁14を開閉させ、また、タンク圧力に応じてその電
動モータ26に流れる電流を制御してその電動モータ26を
運転および停止させるもので、入力および出力回路、記
憶回路、演算回路、制御回路、および、電源回路から構
成され、その電源回路は、そのトラックのバッテリ（図
示せず）を共用している。

その窒素酸化物濃度センサ16は、そのノズル11よりも上
流側において、その排気管32に配置され、そして、その
コントローラ15に電気的に接続されてある。

そして、このセンサ16は、その排気管32の触媒コンバー
タ12の上流側に流れる排気の窒素酸化物濃度を検出し、
また、その触媒コンバータ温度センサ19は、その触媒コ
ンバータ12内の触媒の温度を検出し、それぞれを電気信
号に変換して、それらの信号をそのコントローラ15に与
える。

その尿素濃度センサ17は、その触媒コンバータ12のガス
出口の下流側において、その排気管32に配置され、そし
て、そのコントローラ15に電気的に接続されてある。

そして、このセンサ17は、その排気管32の下流側に流れ
る排気に含まれる尿素濃度を検出し、それを電気信号に
変換して、その信号をそのコントローラ15に与える。

その圧力センサ18は、その加圧タンク23に配置され、そ
して、そのコントローラ15に電気的に接続されてある。

そして、このセンサ18は、そのタンク23の圧力を検出
し、それを電気信号に変換して、その信号をそのコント
ローラ15に与える。

次に、そのディーゼル・エンジン30の排気から窒素酸化
物（NO_x）を除去するその排気浄化装置10の動作につい
て、説明する。

そのディーゼル・エンジン30から排出された排気は、そ
の排気マニホルド31を経てその排気管32の触媒コンバー
タ12の上流側に流れ、さらに、その触媒コンバータ12の
ガス入口21に流れるので、その排気中に含まれる窒素酸
化物濃度がそのセンサ16で、その触媒コンバータ12内の
触媒の温度がその触媒コンバータ温度センサ19でそれぞ
れ検出され、そして、それぞれが電気信号に変換されて
そのコントローラ15に与えられる。

そのコントローラ15は、そのディーゼル・エンジン30に
配置された回転センサ33の電気信号を加えて、その電気
信号に基づいて演算し、その触媒温度における窒素酸化
物と尿素の当量比を計算し、出力電流を決定し、そのソ
レノイド・コイル29に電流を流す。

その電磁弁14は、そのソレノイド・コイル29がその電流
で励磁されるので、開かれ、その配管28を経てその加圧
タンク23からそのノズル11に尿素水溶液を流す。

その尿素水溶液は、そのノズル11からその排気中にスプ
レイされ、その排気に伴なわれてそのガス入口21からそ
の触媒コンバータ12内に流れる。

この触媒コンバータ12内では、次の式（１）および
（２）で示される反応が行なわれる。

2NO＋2O₂＋2CO(NH₂)₂ →3N₂＋2CO₂＋4H₂O ……（１） 6NO＋2CO(NH₂)₂ →5N₂＋2CO₂＋4H₂O ……（２）そのような反応式に従ってその触媒コンバータ12では、
その排気に含まれる窒素酸化物がその尿素水溶液で還元
され、その触媒コンバータ12を通過し、そのガス出口22
からその排気管32の下流側に流れる。

そのように処理されて浄化された排気は、そのマフラお
よびテール・パイプを流れて、大気中に放出される。

そのような排気の処理が行なわれている際に、その排気
管32の下流側に流れるところのその処理された排気中に
未反応尿素が含まれ、それがそのセンサ17で検出される
と、電気信号に変換されてそのコントローラ15に与えら
れる。

そのコントローラ15は、その電気信号に基づいて、その
ソレノイド・コイル29に流れている電流を弱め、バルブ
開度を小さくするように、その電磁弁14を制御する。

したがって、その排気管32の上流側において、その排気
にスプレイされている尿素水溶液は減り、尿素が大気中
に放出されることが避けられる。この場合、その電磁弁
14の開度制御には、高周波の矩形波の粗密度を制御する
デューティ制御によることも可能である。

一方、その尿素水溶液は、その圧力センサ18からの信号
に応じて、そのコントローラ15がその電動モータ26に電
流を流して、その電動モータ26でそのポンプ24を運転す
るので、その補助タンク25からその加圧タンク23にその
配管27を経て供給される。

したがって、その加圧タンク23には、所定の圧力値でそ
の尿素水溶液は貯蔵される。

上述の触媒コンバータ12は、還元触媒としてTiO₂系触媒
が使用されたものとして説明されたが、その触媒コンバ
ータ12には、Pt、Pdなどの貴金属触媒を使用することも
可能である。

考案の利便・利益上述から理解されるように、この考案のディーゼル・エ
ンジンに使用される排気浄化装置は、排気管の上流側に
おいて、排気の流れに尿素水溶液をスプレイするノズル
と、そのノズルの下流において、その排気管の途中に接
続されてその尿素水溶液がスプレイされた排気を通過さ
せる触媒コンバータと、配管でそのノズルに接続され、
そして、加圧されてある尿素水溶液をそのノズルに供給
する尿素水溶液源と、その尿素水溶液源をそのノズルに
接続するその配管に配置される電磁弁と、そのノズルの
上流側において、その排気管内に流れる排気の流量およ
び窒素酸化物濃度、その触媒コンバータの触媒温度、お
よび、その触媒コンバータの下流側において、その排気
管内に流れる排気の尿素濃度に応じて、その電磁弁に流
れる電流を制御するコントローラとを含むところにある
ので、この考案のディーゼル・エンジンに使用される排
気浄化装置では、排気に含まれる窒素酸化物が、尿素水
溶液で還元され、そして、その排気が浄化され、また、
未反応還元剤が大気中に放出されることが阻止され、無
駄にその尿素水溶液を添加することが抑制され、さら
に、尿素がアンモニアに比して無臭で刺激がないことか
ら無害性に優れ、実用的になる。

考案と具体例との関係先のように、図面を参照しながら説明されたこの考案の
具体例からして、この考案の属する技術の分野における
通常の知識を有する者にとって、種々の設計的修正や変
更は容易に行われることであり、さらには、この考案の
内容が、その考案の課題を遂行ならしめる考案の成立に
必須であり、その考案の性質であるその考案の技術的本
質に由来し、そして、それを内在させると客観的に認め
られる態様に容易に置き換えられる。

【図面の簡単な説明】

図は、トラックに搭載されたディーゼル・エンジンの排
気系統に適用されたこの考案のディーゼル・エンジンに
使用される排気浄化装置の概説図である。 11……ノズル、12……触媒コンバータ、13……尿素水溶
液源、14……電磁弁、15……コントローラ。

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

【請求項１】排気管の上流側において、排気の流れに尿
素水溶液をスプレイするノズルと、そのノズルの下流において、その排気管の途中に接続さ
れてその尿素水溶液がスプレイされた排気を通過させる
触媒コンバータと、配管でそのノズルに接続され、そして、加圧されてある
尿素水溶液をそのノズルに供給する尿素水溶液源と、その尿素水溶液源をそのノズルに接続するその配管に配
置される電磁弁と、そのノズルの上流側において、その排気管内に流れる排
気の流量および窒素酸化物濃度、その触媒コンバータの
触媒温度、および、その触媒コンバータの下流側におい
て、その排気管内に流れる排気の尿素濃度に応じて、そ
の電磁弁に流れる電流を制御するコントローラとを含むディーゼル・エンジンに使用される排気浄化装
置。