JP4270428B2

JP4270428B2 - 還元剤溶液の自動調合装置

Info

Publication number: JP4270428B2
Application number: JP2001178535A
Authority: JP
Inventors: 田公信平
Original assignee: UD Trucks Corp
Current assignee: UD Trucks Corp
Priority date: 2001-06-13
Filing date: 2001-06-13
Publication date: 2009-06-03
Anticipated expiration: 2021-06-13
Also published as: JP2002370016A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、選択性接触還元（ＳＣＲ）触媒と還元剤溶液を用いて排気ガス中の有害な窒素酸化物（ＮＯｘ）を無害なガスに還元する排ガス浄化手段を、排気系に介装した自動車における還元剤溶液の自動調合装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ディーゼル車のエンジンから排出される排気ガスには、一酸化炭素（ＣＯ）及び炭化水素（ＨＣ）以外に窒素酸化物（ＮＯｘ）が含まれている。
この有害な窒素酸化物（ＮＯｘ）を無害なガスに還元するシステムは、特開２０００−２３０４１４号に示されるように、リーンＮＯｘ触媒、選択性接触還元（ＳＣＲ）触媒、及びリーンＮＯｘトラップ等が用いられている。
【０００３】
これらのシステムの内、ＮＯｘ還元反応の効率がよい選択性接触還元触媒を用いたシステムでは、Ｏ２リッチ排気中でのＮＯｘ還元反応を行う還元剤として尿素又はアンモニア等が用いられている。
【０００４】
そして、アンモニアに比べて取り扱い易い尿素を使用する場合には、自動車の排ガス排出用のマフラー途中に排ガス浄化室を設け、この排ガス浄化室に選択性接触還元触媒を収納し、自動車に設けた還元剤溶液タンクに還元剤溶液として尿素水を入れ、この尿素水を排ガス浄化室の上流側の排気配管へ噴射するようにしている。
【０００５】
係るシステムでは、尿素水が無くなった場合にＮＯｘ還元反応が起こらなくなるものの、自動車の走行には全く支障を起こすことはなく、有害な窒素酸化物（ＮＯｘ）を大量に排出して走行することになる。
【０００６】
しかし現時点では、尿素水を供給するためのインフラ整備は進んでいないために、供給可能なときに比較的多くの量を供給しておく必要がある。
そのため、大容量の還元剤溶液タンクが必要となり、還元剤溶液タンクの設置スペースの確保が難しく、自動車のデザインの自由度に制約が掛かる不都合がある。
さらに、自動車の重量が重くなり、燃費が悪くなる不都合もある。
【０００７】
また、尿素水を供給するためのインフラ整備が進んだとしても、ある程度の大きさの還元剤溶液タンクが必要となり、上述した不都合を解消することはできない。
そして、還元剤溶液タンクを小容量とした場合は、還元剤溶液の補給頻度が多くなる不都合がある。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記に鑑みてなされたもので、排ガス浄化手段を設けた自動車において、還元剤溶液タンクが比較的に小さくて済むようにして設置スペースの確保を容易とし、重量が比較的に軽くできて低燃費となり、還元剤の補給頻度が比較的に少なくて済むようにした還元剤溶液の自動調合装置を提供することを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、自動車のエンジン（１）の排ガス排出用の排ガス配管（２）の途中に排ガス浄化室（３）が設けられ、その排ガス浄化室（３）に有害な窒素酸化物を無害のガスに還元するための選択性接触還元触媒が収納されており、還元剤溶液（５）は還元剤溶液タンク（６）に接続されたパイプ（７）に設けられたノズル（３ａ）を介して前記排ガス浄化室（３）の上流側の前記排ガス配管（２）に供給される還元剤溶液の自動調合装置において、水供給部（１０）と、還元剤計量部（１１）と、攪拌部（１２）とを備え、前記水供給部（１０）の水タンク（１３）に接続されているパイプ（１４）は第２の開閉弁（１５）を介して攪拌部（１２）に接続され、前記還元剤計量部（１１）は還元剤タンク（１７）と計量器（１８）とで構成され、前記還元剤タンク（１７）の排出管（１９）は前記計量器（１８）に接続され、その排出管（１９）には第３の開閉弁（２０）が設けられ、前記計量器（１８）はバネ（１８ａ）を備えたバネ秤式であって一定量の還元剤が供給されたことをレベルセンサ（１８ｂ）が検知すると計量された還元剤が前記攪拌部（１２）へ排出される構成であり、前記攪拌部（１２）は攪拌タンク（２２）とモータ（２３ａ）作動の攪拌翼（２３ｂ）を有する攪拌機（２３）とで構成され、前記攪拌タンク（２２）に接続されているパイプ（２４）は前記還元剤溶液タンク（６）に接続され、前記パイプ（２４）には第１の開閉弁（２５）が設けられ、前記還元剤溶液タンク（６）には、還元剤溶液の量を計量する液位センサ（９）が設けられ、前記還元剤溶液タンク（６）の前記液位センサ（９）と前記攪拌タンク（２２）の液位センサ（２６）と前記計量器（１８）のレベルセンサ（１８ｂ）とからの信号を受けて、前記第１の開閉弁（２５）と前記第２の開閉弁（１５）と、前記モータ（２３ａ）と制御する制御装置（２８）を設け、その制御装置（２８）は、前記還元剤溶液タンク（６）内の還元剤溶液（５）が消費され前記還元剤溶液タンク（６）の液位センサ（９）以下になったかを判定し（ＳＴ１）、以下であれば、第１の開閉弁（２５）を閉じ（ＳＴ２）、第２の開閉弁（１５）を開き（ＳＴ３）、そして水タンク（１３）内の水が攪拌タンク（２２）内に供給されて攪拌タンク２２の液位センサ（２６）まで液位が上昇したか否かを判断し（ＳＴ４）、液位が上昇したら第２の開閉弁（１５）を閉じ（ＳＴ５）、第３の開閉弁（２０）を開き（ＳＴ６）、還元剤タンク（１７）内の尿素が計量器（１８）へ供給され、供給された尿素によりバネ（１８ａ）が圧縮されてレベルセンサ（１８ｂ）が検知すると（ＳＴ７）、第３の開閉弁（２０）を閉じ（ＳＴ８）、計量器（１８）から攪拌タンク（２２）へ尿素を供給し（ＳＴ９）、攪拌タンク（２２）へ水と尿素が供給されるとモータ（２３ａ）が駆動され（ＳＴ１０）、攪拌翼（２３ｂ）により攪拌タンク（２２）内が攪拌され、一定時間攪拌されて尿素水が均一となったら（ＳＴ１１）、第１の開閉弁（２５）を開いて（ＳＴ１３）、攪拌タンク（２２）内の尿素水を還元剤溶液タンク（６）へ供給する機能を有している。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の自動車の排ガス浄化装置に使用される還元剤溶液の自動調合装置を説明する。
【００１１】
図１に示すように、自動車のエンジン１の排ガス排出用の配管２の途中には排ガス浄化手段の排ガス浄化室３が設けられ、この排ガス浄化室３に有害な窒素酸化物（ＮＯｘ）を無害のガスに効率よく還元する選択性接触還元（ＳＣＲ）触媒が収納されている。
【００１２】
一方、自動車には本発明の還元剤溶液の自動調合装置４が設けられ、自動調合装置４で調合された還元剤溶液５は還元剤溶液タンク６に供給されるようになっている。そして、還元剤溶液タンク６に接続されたパイプ７は排ガス浄化室３の上流側の排ガス配管２に設けられているノズル３ａに接続され、パイプ７にはポンプ８が介装されている。
また、還元剤溶液タンク６には、還元剤溶液の量を計量する液位センサ９が設けられている。
【００１３】
なお、有害な窒素酸化物（ＮＯｘ）を無害のガスに効率よく還元する還元剤溶液５としては尿素水が最適であるが、排ガス浄化室３に収納されている選択性接触還元触媒に応じてアンモニア水、アルコール類、又は炭化水素類等を使用してもよい。
【００１４】
還元剤溶液タンク６へ還元剤溶液５を供給する自動調合装置４は、水供給部１０と、還元剤計量部１１と、攪拌部１２で構成されている。
水供給部１０の水タンク１３に接続されているパイプ１４は攪拌部１２に配設され、パイプ１４には開閉弁１５が介装されている。この水タンク１３へは供給口１３ａから水が供給され、水タンク１３に設けられた液位センサ１６により水量が計られるようになっている。
【００１５】
還元剤計量部１１は、還元剤タンク１７と計量器１８で構成されている。
還元剤タンク１７の排出管１９は計量器１８に接続され、排出管１９には開閉弁２０が設けられ、還元剤タンク１７には還元剤の量を計量するレベルセンサ２１が設けられている。
【００１６】
計量器１８はバネ秤式で、還元剤タンク１７から供給された還元剤によりバネ１８ａが圧縮され、一定量の還元剤が供給されたことをレベルセンサ１８ｂが検知すると、計量された還元剤が攪拌部１２へ排出されるようになっている。
攪拌部１２は、攪拌タンク２２と攪拌機２３で構成されている。
【００１７】
攪拌タンク２２に接続されているパイプ２４は還元剤溶液タンク６に接続され、パイプ２４には開閉弁２５が設けられている。
攪拌機２３は攪拌タンク２２に設けられ、モータ２３ａにより攪拌翼２３ｂが回転するようになっている。
【００１８】
水供給部１０から水が供給されて液位センサ２６が液位を検知し、還元剤計量部１１から還元剤が供給されると、モータ２３ａが駆動されて攪拌翼２３ｂにより攪拌され、一定時間攪拌されて還元剤溶液が均一となったら開閉弁２５が開き、攪拌タンク２２内の還元剤溶液は還元剤溶液タンク６へ供給されるようになっている。
【００１９】
液位センサ９、１６、２６、レベルセンサ１８ｂ、２１、開閉弁１５、２０、２５、及びモータ２３ａは、信号線２７により制御装置２８に接続され、制御信号の授受が行われるようになっている。
制御装置２８には、水タンク１３への水補給及び還元剤タンク１７への還元剤補給を知らせる報知器２９が設けられている。
【００２０】
次に、図２のフローチャートに基づいて、上述した構成の自動車の排ガス浄化手段の還元剤溶液の自動調合装置の動作を、還元剤として尿素を用いた例で説明する。
自動調合装置４の水供給部１０の水タンク１３には水が入れられ、還元剤計量部１１の還元剤タンク１７には還元剤として尿素の粉末が入れられ、還元剤溶液タンク６には自動調合装置４で調合された還元剤溶液５、即ち尿素水が入れられている。
【００２１】
エンジン１の駆動中はポンプ８が駆動され、還元剤溶液タンク６内の尿素水５はポンプ８で圧送され、パイプ７を介してノズル３ａから排ガス浄化室３内の選択性接触還元触媒へ噴射され、エンジン１のマフラー２から排出される排ガス中の有害な窒素酸化物（ＮＯｘ）は、無害のガスに還元されて大気中へ排出される。
【００２２】
そして、還元剤溶液タンク６内の尿素水５が消費され液位センサ９以下となると（ＳＴ１）、制御装置２８は開閉弁２５を閉じ（ＳＴ２）、開閉弁１５を開く（ＳＴ３）。
開閉弁１５が開くことにより水タンク１３内の水が攪拌タンク２２内へ供給され、攪拌タンク２２内の液位が上昇して液位センサ２６が検知すると（ＳＴ４）、開閉弁１５が閉じる（ＳＴ５）。
【００２３】
次に、開閉弁２０が開き、還元剤タンク１７内の尿素が計量器１８へ供給され、供給された尿素によりバネ１８ａが圧縮されてレベルセンサ１８ｂが検知すると（ＳＴ７）、計量器１８から攪拌タンク２２へ尿素が供給される（ＳＴ９）。
【００２４】
攪拌タンク２２へ水と尿素が供給されると、モータ２３ａが駆動され（ＳＴ１０）、攪拌翼２３ｂにより攪拌タンク２２内が攪拌される。そして、一定時間攪拌されて尿素水が均一となったら（ＳＴ１１）、開閉弁２５が開いて（ＳＴ１３）、攪拌タンク２２内の尿素水は還元剤溶液タンク６へ供給される。
【００２５】
なお、自動調合装置４で調合される尿素水の濃度は一定であるのが好ましく、例えば、尿素水が一番凍り難い濃度である３２．５％がよい。しかし、選択性接触還元触媒に応じて反応効率が高い濃度であればよい。
【００２６】
上述したようにして自動調合装置４で尿素水を作って還元剤溶液タンク６へ供給し、水タンク１３内の水が減って液位センサ１６以下となると、制御装置２８は報知器２９により水の補給を指示して知らせる。同様に、還元剤タンク１７内の還元剤が減ってレベルセンサ２１以下となると、制御装置２８は報知器２９により還元剤の補給を指示して知らせる。
【００２７】
なお、前述したように、還元剤溶液５としては尿素水以外に、排ガス浄化室３に収納されている選択性接触還元触媒に応じてアンモニア水、アルコール類、又は炭化水素類等を使用してもよい。
【００２８】
また、還元剤としては粉末の尿素を使用しているが、タブレット又は濃縮された尿素水でもよい。
【００２９】
さらに、バネ秤式の計量器１８で尿素を計量しているが、粉末の尿素を使用した場合はレベルセンサにより尿素を計量してもよく、タブレットの尿素を使用した場合は規定の個数を供給するようにしてもよい。
【００３０】
また、水位センサ２６で水の供給量を計量しているが、開閉弁１５の開弁時間で計量してもよく、流量計を設けて計量してもよい。
【００３１】
【発明の効果】
本発明の還元剤溶液の自動調合装置の効果を、以下に列挙する。
（１）水と還元剤から自動調合装置で還元剤溶液を作るので、装置全体の容積が比較的に小さくなり、設置スペースの確保を容易とし、自動車のデザイン上の制約が少なくなる。
（２）装置全体の重量が比較的に軽くなり、低燃費の自動車となる。
（３）入手し易い水の補給頻度は比較的に多いが、入手し難い還元剤の補給頻度が比較的に少なくて済むようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る還元剤溶液の自動調合装置の構成を示すブロック図。
【図２】制御装置のフローチャート。
【符号の説明】
１・・・エンジン
２・・・排気配管
３・・・排ガス浄化室
３ａ・・・ノズル
４・・・自動調合装置
５・・・還元剤溶液（尿素水）
６・・・還元剤溶液タンク
７、１４、２４・・・パイプ
８・・・ポンプ
９、１６、２６・・・液位センサ
１０・・・水供給部
１１・・・還元剤計量部
１２・・・攪拌部
１３・・・水タンク
１５、２０、２５・・・開閉弁
１７・・・還元剤タンク
１８・・・計量器
１９・・・排出管
２１・・・レベルセンサ
２２・・・攪拌タンク
２３・・・攪拌機
２７・・・信号線
２８・・・制御装置
２９・・・報知器

Claims

自動車のエンジン（１）の排ガス排出用の排ガス配管（２）の途中に排ガス浄化室（３）が設けられ、その排ガス浄化室（３）に有害な窒素酸化物を無害のガスに還元するための選択性接触還元触媒が収納されており、還元剤溶液（５）は還元剤溶液タンク（６）に接続されたパイプ（７）に設けられたノズル（３ａ）を介して前記排ガス浄化室（３）の上流側の前記排ガス配管（２）に供給される還元剤溶液の自動調合装置において、水供給部（１０）と、還元剤計量部（１１）と、攪拌部（１２）とを備え、前記水供給部（１０）の水タンク（１３）に接続されているパイプ（１４）は第２の開閉弁（１５）を介して攪拌部（１２）に接続され、前記還元剤計量部（１１）は還元剤タンク（１７）と計量器（１８）とで構成され、前記還元剤タンク（１７）の排出管（１９）は前記計量器（１８）に接続され、その排出管（１９）には第３の開閉弁（２０）が設けられ、前記計量器（１８）はバネ（１８ａ）を備えたバネ秤式であって一定量の還元剤が供給されたことをレベルセンサ（１８ｂ）が検知すると計量された還元剤が前記攪拌部（１２）へ排出される構成であり、前記攪拌部（１２）は攪拌タンク（２２）とモータ（２３ａ）作動の攪拌翼（２３ｂ）を有する攪拌機（２３）とで構成され、前記攪拌タンク（２２）に接続されているパイプ（２４）は前記還元剤溶液タンク（６）に接続され、前記パイプ（２４）には第１の開閉弁（２５）が設けられ、前記還元剤溶液タンク（６）には、還元剤溶液の量を計量する液位センサ（９）が設けられ、前記還元剤溶液タンク（６）の前記液位センサ（９）と前記攪拌タンク（２２）の液位センサ（２６）と前記計量器（１８）のレベルセンサ（１８ｂ）とからの信号を受けて、前記第１の開閉弁（２５）と前記第２の開閉弁（１５）と、前記モータ（２３ａ）と制御する制御装置（２８）を設け、その制御装置（２８）は、前記還元剤溶液タンク（６）内の還元剤溶液（５）が消費され前記還元剤溶液タンク（６）の液位センサ（９）以下になったかを判定し（ＳＴ１）、以下であれば、第１の開閉弁（２５）を閉じ（ＳＴ２）、第２の開閉弁（１５）を開き（ＳＴ３）、そして水タンク（１３）内の水が攪拌タンク（２２）内に供給されて攪拌タンク２２の液位センサ（２６）まで液位が上昇したか否かを判断し（ＳＴ４）、液位が上昇したら第２の開閉弁（１５）を閉じ（ＳＴ５）、第３の開閉弁（２０）を開き（ＳＴ６）、還元剤タンク（１７）内の尿素が計量器（１８）へ供給され、供給された尿素によりバネ（１８ａ）が圧縮されてレベルセンサ（１８ｂ）が検知すると（ＳＴ７）、第３の開閉弁（２０）を閉じ（ＳＴ８）、計量器（１８）から攪拌タンク（２２）へ尿素を供給し（ＳＴ９）、攪拌タンク（２２）へ水と尿素が供給されるとモータ（２３ａ）が駆動され（ＳＴ１０）、攪拌翼（２３ｂ）により攪拌タンク（２２）内が攪拌され、一定時間攪拌されて尿素水が均一となったら（ＳＴ１１）、第１の開閉弁（２５）を開いて（ＳＴ１３）、攪拌タンク（２２）内の尿素水を還元剤溶液タンク（６）へ供給する機能を有していることを特徴とする還元剤溶液の自動調合装置。