JP2006009606A - Reducing agent supply device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、NOxを還元浄化するための選択還元型触媒に還元剤を供給するための還元剤供給装置に関するものである。 The present invention relates to a reducing agent supply device for supplying a reducing agent to a selective reduction catalyst for reducing and purifying NOx.
従来より、ディーゼルエンジンにおいては、排出ガスが流通する排気管の途中に、酸素共存下でも選択的にNOxを還元剤と反応させる性質を備えた選択還元型触媒を装備し、該選択還元型触媒の上流側に必要量の還元剤を添加して該還元剤を選択還元型触媒上で排出ガス中のNOx(窒素酸化物)と還元反応させ、これによりNOxの排出濃度を低減し得るようにしたものがある。 Conventionally, a diesel engine is equipped with a selective reduction catalyst having a property of selectively reacting NOx with a reducing agent even in the presence of oxygen in the middle of an exhaust pipe through which exhaust gas circulates. A required amount of reducing agent is added upstream of the catalyst so that the reducing agent undergoes a reduction reaction with NOx (nitrogen oxide) in the exhaust gas on the selective catalytic reduction catalyst, thereby reducing the NOx emission concentration. There is what I did.
他方、プラントなどにおける工業的な排煙脱硝処理の分野では、還元剤にアンモニア(NH3)を用いてNOxを還元浄化する手法の有効性が既に広く知られているところであるが、自動車の場合には、アンモニアそのものを搭載して走行することに関し安全確保が困難であるため、近年においては、毒性のない尿素水を還元剤として使用することが研究されている(例えば、特許文献1や特許文献2参照)。
即ち、尿素水を選択還元型触媒の上流側で排出ガス中に添加すれば、約170℃以上の温度条件下で前記尿素水がアンモニアと炭酸ガスに分解され、選択還元型触媒上で排出ガス中のNOxがアンモニアにより良好に還元浄化されることになる。 That is, if urea water is added to the exhaust gas upstream of the selective catalytic reduction catalyst, the urea water is decomposed into ammonia and carbon dioxide under a temperature condition of about 170 ° C. or higher, and the exhaust gas is exhausted on the selective catalytic reduction catalyst. The NOx contained therein is reduced and purified well by ammonia.
しかしながら、この種の選択還元型触媒においては、尿素水が必要最小量未満(レベルセンサの設定下限値未満)あるいは欠水したまま放置されてしまったり、適正な濃度の尿素水が補充されなかったりする虞れがあり、そのような場合に選択還元型触媒によるNOxの還元浄化作用が得られなくなるという問題があった。 However, in this type of selective catalytic reduction catalyst, the urea water is less than the minimum required amount (less than the set lower limit of the level sensor) or left out of the water, or the urea water of the proper concentration is not replenished. In such a case, there has been a problem that the NOx reduction and purification action by the selective catalytic reduction catalyst cannot be obtained.
本発明は上述の実情に鑑みてなしたもので、尿素水の必要最小量未満(レベルセンサの設定下限値未満)の低下や濃度異常が生じている条件下でも、良好なNOxの還元浄化を継続し得るようにした還元剤供給装置を提供することを目的としている。 The present invention has been made in view of the above-mentioned circumstances, and it is possible to reduce and purify NOx satisfactorily even under conditions where the urea water is less than the necessary minimum amount (less than the lower limit set value of the level sensor) or the concentration is abnormal. An object of the present invention is to provide a reducing agent supply device which can be continued.
本発明は、NOxを還元浄化するための選択還元型触媒に対し還元剤を供給する還元剤供給装置であって、常用の還元剤として尿素水を貯蔵する尿素水タンクと、エンジン燃料として軽油を貯蔵する燃料タンクと、これら尿素水タンク及び燃料タンクの何れか一方から流路切替手段を介し選択的に尿素水又は軽油を導いて選択還元型触媒の入側に噴射する噴射装置とを備えたことを特徴とするものである。 The present invention relates to a reducing agent supply device for supplying a reducing agent to a selective catalytic reduction catalyst for reducing and purifying NOx, a urea water tank for storing urea water as a usual reducing agent, and light oil as engine fuel. A fuel tank for storing, and an injection device that selectively introduces urea water or light oil from either one of the urea water tank and the fuel tank via the flow path switching unit and injects the urea into the selective reduction catalyst. It is characterized by this.
而して、このようにすれば、尿素水の必要最小量未満(レベルセンサの設定下限値未満)の低下や濃度異常が生じている条件下でも、流路切替手段により燃料タンク側へ流路を切り替え、該燃料タンクから軽油を還元剤として導いて噴射装置により選択還元型触媒の入側に噴射することが可能となり、NOxの還元浄化を尿素水を使用せずに良好に継続することが可能となる。 Thus, in this way, the flow path switching means causes the flow path to the fuel tank side even under conditions where the urea water is less than the necessary minimum amount (less than the set lower limit of the level sensor) or the concentration is abnormal. It is possible to guide the light oil from the fuel tank as a reducing agent and inject it into the selective reduction catalyst on the inlet side by the injection device, and to continue the reduction and purification of NOx well without using urea water. It becomes possible.
また、本発明においては、尿素水の添加に異常が生じたことを検出する異常検出手段と、該異常検出手段により尿素水の添加の異常が検出されている条件下で流路切替手段に燃料タンク側への切り替えを指令する制御装置とを備えることが好ましい。 Further, in the present invention, an abnormality detecting means for detecting that an abnormality has occurred in the addition of urea water, and a fuel in the flow path switching means under the condition that the abnormality in the addition of urea water is detected by the abnormality detecting means. It is preferable to include a control device that commands switching to the tank side.
このようにすれば、尿素水の添加の異常が異常検出手段により検出された時に、制御装置により流路切替手段が自動的に燃料タンク側へ切り替えられ、燃料タンク内の燃料が還元剤として消費されていくことになる。 In this way, when an abnormality in the addition of urea water is detected by the abnormality detection means, the flow path switching means is automatically switched to the fuel tank side by the control device, and the fuel in the fuel tank is consumed as a reducing agent. It will be done.
更に、本発明においては、尿素水の添加に異常が生じたことを運転者に知らせる警告手段を備え、異常検出手段により尿素水の添加の異常が検出されている条件下で制御装置から前記警告手段に警告作動を指令するように構成すると良い。 Further, in the present invention, warning means for notifying the driver that abnormality has occurred in the addition of urea water is provided, and the warning is issued from the control device under the condition that abnormality in addition of urea water is detected by the abnormality detection means. It is good to comprise so that a warning action | operation may be commanded to a means.
このようにすれば、尿素水の添加の異常が異常検出手段により検出された時に、制御装置により警告手段が警告作動を起こすので、この警告作動により尿素水の添加の異常が運転者に確実に知らされることになる。 In this way, when the abnormality of the urea water addition is detected by the abnormality detection means, the warning means is activated by the control device, so that the abnormality of urea water addition is assured to the driver by this warning operation. To be informed.
また、尿素水の添加の異常を検出する異常検出手段としては、例えば、尿素水タンク内の尿素水の液面レベルを検出するレベルセンサと、尿素水タンク内の尿素水の濃度を検出する濃度センサとにより構成することが可能である。 Further, as an abnormality detecting means for detecting an abnormality in the addition of urea water, for example, a level sensor for detecting the level of urea water in the urea water tank and a concentration for detecting the concentration of urea water in the urea water tank It is possible to configure with a sensor.
更に、異常検出手段により尿素水の添加の異常が検出されている条件下でエンジントルクの制限をエンジン制御コンピュータに指令するように制御装置を構成したり、異常検出手段により尿素水の添加の異常が検出されている条件下で走行距離をカウントし且つそのカウントした走行距離が所定距離を超えた時にエンジン始動の阻止をエンジン制御コンピュータに指令するように制御装置を構成したりすることが可能である。 Further, the controller may be configured to instruct the engine control computer to limit the engine torque under the condition that abnormality of the urea water addition is detected by the abnormality detection means, or abnormal addition of urea water may be detected by the abnormality detection means. It is possible to configure the control device so that the engine control computer is instructed to stop the engine start when the travel distance is counted under the condition where the engine is detected and the counted travel distance exceeds a predetermined distance. is there.
上記した本発明の還元剤供給装置によれば、下記の如き種々の優れた効果を奏し得る。 According to the reducing agent supply apparatus of the present invention described above, various excellent effects as described below can be obtained.
(I)本発明の請求項1に記載の発明によれば、尿素水の必要最小量未満(レベルセンサの設定下限値未満)の低下や濃度異常が生じている条件下でも、燃料タンクから軽油を還元剤として導いて選択還元型触媒の入側に噴射することができるので、NOxの還元浄化を尿素水を使用せずに良好に継続することができる。
(I) According to the invention described in
(II)本発明の請求項2に記載の発明によれば、尿素水の添加の異常が生じた時に運転者の意思とは無関係に自動的に燃料タンク側へ流路が切り替わり、該燃料タンク内の燃料が還元剤として消費されていくことになるので、運転者に早期の尿素水の補充を促すことができる。 (II) According to the invention described in claim 2 of the present invention, when abnormality of addition of urea water occurs, the flow path is automatically switched to the fuel tank side regardless of the driver's intention, and the fuel tank Since the fuel inside is consumed as a reducing agent, the driver can be promptly replenished with urea water.
(III)本発明の請求項3、4に記載の発明によれば、尿素水の必要最小量未満(レベルセンサの設定下限値未満)の低下や濃度異常により尿素水の添加に異常が生じたことを検出して運転者に確実に知らせることができ、これにより運転者に早期の尿素水の補充を促すことができる。
(III) According to the invention described in
(IV)本発明の請求項5、6に記載の発明によれば、尿素水の添加の異常が検出されている条件下でエンジントルクや走行距離が制限されるので、運転者に早期の尿素水の補充を促すことができる。
(IV) According to the inventions described in
以下本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
図1〜図4は本発明を実施する形態の一例を示すもので、図1中における符号1はディーゼル機関であるエンジンを示し、ここに図示しているエンジン1では、ターボチャージャ2が備えられており、エアクリーナ3から導いた空気4が吸気管5を介し前記ターボチャージャ2のコンプレッサ2aへと送られ、該コンプレッサ2aで加圧された空気4が更にインタークーラ6へと送られて冷却され、該インタークーラ6から図示しないインテークマニホールドへと空気4が導かれてエンジン1の各シリンダに導入されるようにしてある。
1 to 4 show an example of an embodiment of the present invention.
また、このエンジン1の各シリンダから排出された排出ガス7がエキゾーストマニホールド8を介し前記ターボチャージャ2のタービン2bへと送られ、該タービン2bを駆動した排出ガス7が排気管9を介し車外へ排出されるようにしてある。
The
そして、排出ガス7が流通する排気管9の途中には、選択還元型触媒10がケーシングに抱持されて装備されており、この選択還元型触媒10は、図2に示す如きフロースルー方式のハニカム構造物として形成され、酸素共存下でも選択的にNOxをアンモニアと反応させ得るような性質を有している。
In the middle of the
しかも、本形態例で採用している選択還元型触媒10は、後述の尿素水11及び軽油12の何れを還元剤としても酸素共存下で選択的にNOxを還元浄化し得る性質を備えたものとなっており、例えば、銅系触媒やゼオライト触媒などにより構成されている。
Moreover, the selective
更に、選択還元型触媒10の上流側に電磁式の添加弁13が配置されていると共に、該添加弁13と所要場所に設けた尿素水タンク14との間が供給ポンプ16を有する供給ライン15により接続されているが、この供給ライン15は供給ポンプ16より上流側で三方切替バルブ17(流路切替手段)を介し分岐して燃料タンク18にも接続されており、該燃料タンク18と前記尿素水タンク14の何れか一方から三方切替バルブ17を介し選択的に尿素水11又は軽油12を導いて選択還元型触媒10の上流側に添加し得るようになっていて、これら添加弁13、供給ライン15、供給ポンプ16、三方切替バルブ17により噴射装置19が構成されている。
Further, an
ここで、前記尿素水タンク14には、尿素水タンク14内の尿素水11の液面レベルを検出するレベルセンサ20と、尿素水タンク14内の尿素水11の濃度を検出する濃度センサ21とが異常検出手段として装備されており、また、特に本形態例では、選択還元型触媒10の入口側と出口側にも、排気管9内を流れる排出ガス7中のNOx濃度を検出するNOxセンサ22,23が更なる異常検出手段として装備されており、これらレベルセンサ20、濃度センサ21、NOxセンサ22,23からの検出信号20a,21a,22a,23aが、エンジン制御コンピュータ(ECU:Electronic Control Unit)を成す制御装置24に入力されるようになっている。
The
他方、前記制御装置24からは、レベルセンサ20、濃度センサ21、NOxセンサ22,23からの検出信号20a,21a,22a,23aに基づき尿素水11の添加に異常が生じていると判定された時に、三方切替バルブ17に対し尿素水タンク14側から燃料タンク18側へ流路を切り替える指令が流路切替信号17aとして出力されるようになっている。
On the other hand, it is determined from the
尚、前記制御装置24で尿素水11の添加に異常が生じていると判定された際には、運転席のインストルメントパネルなどに備えた表示装置25(警告手段)に向け異常表示信号25aを出力して警告表示を行い、尿素水11の添加の異常を運転者に知らせるようにすると良い。
When the
また、前記制御装置24からは、添加弁13と供給ポンプ16に対し開弁指令信号13aと駆動指令信号16aが夫々出力されるようになっており、前記添加弁13の開弁作動により尿素水11や軽油12の添加量が適切に制御され、その添加時に必要な噴射圧力が前記供給ポンプ16の駆動により適宜に得られるようになっている。
The
図3は尿素水11の添加に異常が発生した時の具体的な制御手順を示すもので、ステップS1でレベルセンサ20により尿素水11の必要最小量未満(レベルセンサの設定下限値未満)の低下が検出されるか、ステップS2で濃度センサ21により尿素水11の濃度が規定範囲内にないと確認されるか、ステップS3でNOxセンサ22,23により選択還元型触媒10の入口側と出口側とでNOx濃度が低減されていないと確認されるかした場合、ステップS4で制御装置24により尿素水11の添加に異常が発生していると判定され、還元剤を尿素水11から軽油12へ切り替える決定が成される結果、ステップS5で三方切替バルブ17が燃料タンク18側へ切り替えられて軽油12が添加弁13へ送られるようにしてある。
FIG. 3 shows a specific control procedure when an abnormality occurs in the addition of the
ただし、NOxセンサ22,23による異常検出は、自動車の運転が開始された後でしか確認できないため、基本的にはレベルセンサ20と濃度センサ21だけで異常を検出し、NOxセンサ22,23による異常検出についてはバックアップとして活用するようにしても良い。
However, since the abnormality detection by the
尚、濃度センサ21により尿素水11の濃度が規定範囲内にないと確認された場合や、NOxセンサ22,23により選択還元型触媒10の入口側と出口側とでNOx濃度が低減されていないと確認された場合は、選択還元型触媒10に添加されている尿素水11がNOxの還元反応に適した濃度に達していないか、或いは、尿素水11以外の液体(水など)が見掛け上補充されているケースが想定される。
When the concentration sensor 21 confirms that the concentration of the
他方、図4は適正な濃度の尿素水11が補充された時の具体的な復帰手順を示すもので、ステップS11で適正な濃度の尿素水11が補充(入れ替え)された時に、ステップS12でレベルセンサ20により尿素水11の規定量以上の補充が検出されると共に、ステップS13で濃度センサ21により尿素水11の濃度が規定範囲内にあると確認された時に、ステップS14で制御装置24により異常が解消されたと判定され、還元剤を軽油12から尿素水11へ戻す決定が成される結果、ステップS15で三方切替バルブ17が尿素水タンク14側へ切り替えられて尿素水11が添加弁13へ送られるようにしてある。
On the other hand, FIG. 4 shows a specific return procedure when the
尚、適正な濃度の尿素水11が補充される時には、自動車が停車状態にあるものと考えられるので、レベルセンサ20と濃度センサ21だけで復帰を確認すれば良い。
It should be noted that when the
而して、このように還元剤供給装置を構成すれば、尿素水11の必要最小量未満(レベルセンサの設定下限値未満)の低下や濃度異常が生じている時に、これらの異常がレベルセンサ20や濃度センサ21、更には、NOxセンサ22,23により検出され、これらからの検出信号20a,21a,22a,23aを受けた制御装置24にて還元剤を尿素水11から軽油12へ切り替える決定が成され、この制御装置24からの流路切替信号17aにより三方切替バルブ17が燃料タンク18側へ切り替えられて軽油12が添加弁13へ送られる。
Thus, when the reducing agent supply device is configured in this way, when a decrease in the
この結果、尿素水11の必要最小量未満(レベルセンサの設定下限値未満)の低下や濃度異常が生じている条件下でも、燃料タンク18から軽油12を還元剤として導いて噴射装置19により選択還元型触媒10の入側に噴射することができるので、NOxの還元浄化を尿素水11を使用せずに良好に継続することができる。
As a result, the
また、尿素水11の添加の異常が検出された時に、制御装置24により三方切替バルブ17が自動的に燃料タンク18側へ切り替えられ、燃料タンク18内の軽油12が還元剤として消費されていくことになるので、運転者に早期の尿素水11の補充を促すことができる。
Further, when an abnormality in the addition of
更に、本形態例では、尿素水11の添加の異常が検出された時に、制御装置24により表示装置25に警告表示が成されるので、この警告表示により尿素水11の添加の異常が運転者に確実に知らされることができる。
Furthermore, in this embodiment, when an abnormality in the addition of the
また、以上に述べた説明では、燃費の悪化を例示したが、これ以外にも尿素水11の添加の異常が検出されている条件下でエンジントルクの制限を制御装置24内のエンジン制御を掌る部分に指令(制御装置がエンジン制御コンピュータと別に設けられている場合には制御装置からエンジン制御コンピュータへ指令)するように制御装置24を構成したり、尿素水11の添加の異常が検出されている条件下で走行距離をカウントし且つそのカウントした走行距離が所定距離を超えた時にエンジン始動の阻止をエンジン制御コンピュータに指令するように制御装置24を構成したりすることも可能である。
Further, in the above description, the deterioration of fuel consumption is exemplified. However, in addition to this, the engine torque is limited by controlling the engine in the
ここで、エンジントルクの制限は、燃料噴射装置への燃料噴射量の指示値を低減することで実行され、また、走行距離のカウントは、尿素水11の添加の異常が検出されてからの時間を車速に乗算することで実行されることになる。
Here, the limitation of the engine torque is executed by reducing the indicated value of the fuel injection amount to the fuel injection device, and the count of the travel distance is the time after the abnormal addition of the
更に、尿素水11の添加の異常が検出されてからの残りの走行距離については、表示装置25に表示して運転者に知らせれば良く、この走行距離の制限については、付近のガソリンスタンドなど(将来的な尿素水11の供給のインフラ整備を前提)で尿素水11を補給するのに十分な走行距離を適宜に設定しておけば良い。
Further, the remaining travel distance after the abnormal addition of the
而して、このようにすれば、尿素水11の添加の異常が検出されている条件下でエンジントルクや走行距離が制限されるので、運転者に早期の尿素水11の補充を促すことができる。
Thus, in this way, the engine torque and the travel distance are limited under the condition that the abnormality of the addition of the
尚、本発明の還元剤供給装置は、上述の形態例にのみ限定されるものではなく、流路切替手段は三方切替バルブに限定されないこと、異常検出手段はレベルセンサ、濃度センサ、濃度センサに限定されないこと、警告手段は表示装置以外にブザーなどの警報音を発するものであっても良いこと、また、制御装置がエンジン制御コンピュータと別に設けられていても良いこと、その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。 The reducing agent supply device of the present invention is not limited to the above-described embodiment. The flow path switching means is not limited to the three-way switching valve, and the abnormality detection means is a level sensor, concentration sensor, or concentration sensor. It is not limited, the warning means may emit an alarm sound such as a buzzer in addition to the display device, the control device may be provided separately from the engine control computer, and other aspects of the present invention. Of course, various changes can be made without departing from the scope of the invention.
1 エンジン
7 排出ガス
9 排気管
10 選択還元型触媒
11 尿素水
12 軽油
14 尿素水タンク
17 三方切替バルブ(流路切替手段)
17a 流路切替信号
18 燃料タンク
19 噴射装置
20 レベルセンサ(異常検出手段)
20a 検出信号
21 濃度センサ(異常検出手段)
21a 検出信号
22 NOx濃度センサ(異常検出手段)
22a 検出信号
23 NOx濃度センサ(異常検出手段)
23a 検出信号
24 制御装置
25 表示装置(警告手段)
25a 異常表示信号
DESCRIPTION OF
17a Flow
20a Detection signal 21 Concentration sensor (abnormality detection means)
25a Abnormal display signal
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