JP4270428B2 - Automatic compounding device for reducing agent solution - Google Patents
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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[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an automobile in which exhaust gas purification means for reducing harmful nitrogen oxides (NOx) in exhaust gas to harmless gas using a selective catalytic reduction (SCR) catalyst and a reducing agent solution is provided in the exhaust system. The present invention relates to an automatic preparation device for a reducing agent solution.
[0002]
[Prior art]
Exhaust gas discharged from the engine of a diesel vehicle contains nitrogen oxides (NOx) in addition to carbon monoxide (CO) and hydrocarbons (HC).
A system for reducing this harmful nitrogen oxide (NOx) to a harmless gas includes a lean NOx catalyst, a selective catalytic reduction (SCR) catalyst, a lean NOx trap, etc. It is used.
[0003]
Among these systems, in a system using a selective catalytic reduction catalyst with high efficiency of NOx reduction reaction, urea, ammonia, or the like is used as a reducing agent for performing NOx reduction reaction in
[0004]
When using urea that is easier to handle than ammonia, an exhaust gas purification chamber is provided in the middle of the exhaust muffler for automobile exhaust gas. The urea solution is put into the agent solution tank as a reducing agent solution, and this urea solution is injected into the exhaust pipe upstream of the exhaust gas purification chamber.
[0005]
In such a system, the NOx reduction reaction does not occur when the urea water runs out, but it does not cause any obstacles to the driving of the automobile, and it travels by discharging a large amount of harmful nitrogen oxides (NOx). Become.
[0006]
However, since the infrastructure for supplying urea water has not been developed at present, it is necessary to supply a relatively large amount when it can be supplied.
Therefore, a large-capacity reducing agent solution tank is required, it is difficult to secure a space for installing the reducing agent solution tank, and there is a disadvantage that the degree of freedom in designing the automobile is restricted.
In addition, there is a disadvantage that the weight of the automobile becomes heavy and the fuel consumption becomes worse.
[0007]
Further, even if the infrastructure for supplying the urea water is advanced, a reducing agent solution tank having a certain size is required, and the above-described disadvantage cannot be solved.
When the reducing agent solution tank has a small capacity, there is a disadvantage that the replenishment frequency of the reducing agent solution increases.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention has been made in view of the above, and in an automobile provided with exhaust gas purification means, it is easy to secure an installation space by making the reducing agent solution tank relatively small, and the weight can be made relatively light and low. An object of the present invention is to provide an automatic preparation apparatus for reducing agent solution that is fuel efficient and requires a relatively low replenishment frequency.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
According to the present invention, an exhaust gas purification chamber (3) is provided in the middle of an exhaust gas pipe (2) for exhaust gas discharge of an automobile engine (1), and harmful nitrogen oxides are harmless to the exhaust gas purification chamber (3). A selective catalytic reduction catalyst for reducing the gas to a specific gas is housed, and the reducing agent solution (5) passes through a nozzle (3a) provided in a pipe (7) connected to the reducing agent solution tank (6). In the automatic preparation device for the reducing agent solution supplied to the exhaust gas pipe (2) upstream of the exhaust gas purification chamber (3), a water supply unit (10), a reducing agent metering unit (11), and a stirring unit (12), and the pipe (14) connected to the water tank (13) of the water supply unit (10) is connected to the stirring unit (12) via the second on-off valve (15), The reducing agent metering unit (11) includes a reducing agent tank (17) and a meter (18). And a discharge pipe (19) of the reducing agent tank (17) is connected to the meter (18), and the discharge pipe (19) is provided with a third on-off valve (20). (18) is a spring balance type equipped with a spring (18a), and when the level sensor (18b) detects that a certain amount of reducing agent has been supplied, the measured reducing agent is discharged to the stirring section (12). The stirring unit (12) includes a stirring tank (22) and a stirrer (23) having a stirring blade (23b) operated by a motor (23a), and is connected to the stirring tank (22). The pipe (24) is connected to the reducing agent solution tank (6), the pipe (24) is provided with a first on-off valve (25), and the reducing agent solution tank (6) is connected to the reducing agent solution tank (6). A liquid level sensor (9) for measuring the amount of the agent solution is provided. In response to signals from the liquid level sensor (9) of the reducing agent solution tank (6), the liquid level sensor (26) of the stirring tank (22), and the level sensor (18b) of the meter (18), A control device (28) for controlling the first on-off valve (25), the second on-off valve (15), and the motor (23a) is provided, and the control device (28) includes the reducing agent solution tank. It is determined whether or not the reducing agent solution (5) in (6) has been consumed and is below the liquid level sensor (9) of the reducing agent solution tank (6) (ST1). (25) is closed (ST2), the second on-off valve (15) is opened (ST3), and the water in the water tank (13) is supplied into the agitation tank (22) and the liquid level sensor of the
[0010]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, a reducing agent solution automatic blending apparatus used in an automobile exhaust gas purification apparatus of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0011]
As shown in FIG. 1, an exhaust
[0012]
On the other hand, the automobile is provided with the automatic reducing device
The reducing
[0013]
Note that urea water is optimal as the reducing
[0014]
The
A
[0015]
The reducing
A discharge pipe 19 of the reducing agent tank 17 is connected to a measuring
[0016]
The measuring
The stirring unit 12 includes a stirring
[0017]
A
The
[0018]
When water is supplied from the
[0019]
The
The
[0020]
Next, based on the flowchart of FIG. 2, the operation | movement of the automatic compounding apparatus of the reducing agent solution of the exhaust gas purification means of the motor vehicle of the structure mentioned above is demonstrated in the example using urea as a reducing agent.
Water is put in the
[0021]
During the driving of the engine 1, the
[0022]
When the
When the on-off
[0023]
Next, the opening / closing valve 20 is opened, urea in the reducing agent tank 17 is supplied to the
[0024]
When water and urea are supplied to the stirring
[0025]
In addition, it is preferable that the concentration of urea water prepared by the
[0026]
As described above, the
[0027]
As described above, as the reducing
[0028]
Moreover, although powdered urea is used as a reducing agent, a tablet or concentrated urea water may be used.
[0029]
Furthermore, urea is weighed by a spring
[0030]
Moreover, although the supply amount of water is measured by the
[0031]
【The invention's effect】
The effects of the automatic preparation device for the reducing agent solution of the present invention are listed below.
(1) Since the reducing agent solution is made from the water and the reducing agent by the automatic compounding device, the volume of the entire device becomes relatively small, the installation space can be easily secured, and the restrictions on the design of the automobile are reduced.
(2) The overall weight of the device is relatively light, resulting in a fuel-efficient vehicle.
(3) Although the frequency of water supply that is easily available is relatively high, the frequency of supply of the reducing agent that is difficult to obtain becomes relatively low.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of an automatic preparation device for a reducing agent solution according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a flowchart of a control device.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ...
6 ... reducing
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