JP4732672B2 - 排ガスから窒素酸化物を除去するための還元剤を調量する方法及び装置 - Google Patents

Description

【０００１】
従来の技術
本発明は、請求項１及び請求項７の上位概念部に記載された、還元剤を調量する方法もしくは装置、特に触媒コンバータによる排ガス後処理の領域における、尿素もしくは尿素・水溶液を調量する方法もしくは装置に関する。
【０００２】
排ガス中におけるＮＯ_Ｘ成分の減少を達成するために、特にディーゼル機関のためには還元型触媒コンバータが開発されており、この還元型触媒コンバータは通常、いわゆるＳＣＲ触媒コンバータ（英語「Selective Catalytic Reduction」）とアキュムレータ触媒コンバータ（Speicher-Katalysatoren）とに分けられる。いわゆるＳＣＲ触媒コンバータは、尿素及び／又はアンモニア還元剤供給によって再生され、これに対していわゆるアキュムレータ触媒コンバータは、いわゆる排ガスリッチ相（Abgasfettphasen）において連行される内燃機関燃料の炭化水素によって再生される。
【０００３】
ドイツ連邦共和国特許出願第１９９４６９００．８号明細書に開示された装置は、例えばディーゼル機関からの排ガス中における窒素酸化物を除去するために、尿素を還元剤として調量添加する。調量は、尿素容器を開放する弁を介して行われ、この調量は調量弁の電気的な制御、調量弁の絞り横断面、及び絞り弁における圧力差によって規定される。調量装置は、過剰な還元剤を戻し搬送するための戻し管路と、空気又は気化された還元剤に基づく気泡を除去するための空気抜き弁とを有している。
【０００４】
発明の利点
請求項１もしくは請求項７の特徴部に記載された本発明による方法もしくは調量装置には、公知のものに比べて次のような利点がある。すなわち本発明では、調量装置からの簡単な空気抜きもしくは構成部材を減じられたコンパクトな構造を提供することができる。そして別体の空気抜き弁ももはや不要であり、そのために必要な付加的な管路も省くことができるので、管路系は簡単化され、相応に、正確な運転のために調量装置において加熱される液体容量も減じられ、ひいては必要なエネルギ及びコストも節減される。さらにまた調量精度も改善される。それというのは、例えば空気侵入又は気化した尿素・水溶液の侵入に基づく、供給管路内における圧力降下は、適合させられた調量によって補償することができるからである。別体の空気抜き弁を省くことによって、構成部材コストもしくは組立て時における時間が節減されるのみならず、調量装置全体を小型のケーシングブロックに配置することが可能になる。
【０００５】
請求項１もしくは請求項７記載の方法もしくは調量装置の別の有利な構成は、それぞれの従属請求項に記載されている。例えばステップモータを備えた電気制御可能な調量ポンプを、フィード手段として設けると、特に有利であり、この場合このようなフィード手段は必要に応じた搬送を保証し、またこのようなフィード手段では、単に、調量ポンプの出口を吸込み入口と接続する短いバイパスを用いるだけで、過剰に搬送された液体量の戻しを保証することができ、その結果尿素タンクに通じる別体の戻し管路を省くことができる。これによって管路系をさらに簡単化することができ、相応に、正確な運転のために調量装置内において加熱される液体容量を減じることができる。尿素タンクに通じる別体の戻し管路を省くことによって、構成部材コストもしくは組立て時における時間が節減されるのみならず、調量装置全体を小型のケーシングブロックに配置することが可能になり、しかも車両に簡単に取り付けることができる。それというのは、単に尿素タンクもしくは供給管路へのただ１つの結合部を生ぜしめるだけでよいからである。
【０００６】
図面
次に図面を参照しながら本発明の実施例を説明する。
【０００７】
図１は、水タンクと尿素タンクと触媒コンバータとを備えた調量装置を示す図である。
【０００８】
実施例の記載
図１には符号１で尿素タンクが示されており、この尿素タンク１からは尿素・水溶液が、尿素管路１ａを介してフィルタシブとして形成されたフィルタ３に案内される。フィルタ３は管路１２を介して逆止弁２と接続されており、この逆止弁２を通って尿素・水溶液は、例えばダイヤフラムポンプとして形成されたフィードポンプ４によって吸い込まれて、混合室８の調量弁７に圧送される。ポンプ４は過剰流量を最少にするために制御モータ４ａを介して回転数制御されている。圧送された過剰量は圧力制限弁１１を介してポンプの吸込み側に戻される。圧力空気タンク２０からは圧力空気が、フィルタシブ２１、２ポート２位置方向切換え弁２２、絞り２３及び逆止弁２４を備えた圧力空気管路２ａを介して、混合室８にもたらされる。混合室８からはエーロゾル管路２５が触媒コンバータ３０に通じており、この触媒コンバータ３０は一方の側に排ガス供給部２９を有し、かつ反対側に排ガス出口３１を有している。尿素タンク１はレベルセンサ５２と温度センサ５１とを備えている。調量ポンプ４と調量弁７との間において管路１２には、圧力センサ５０が配置されている。温度センサ５３，５４は触媒コンバータ３０の入口もしくは出口における排ガスの温度を測定する。さらに２ポート２位置方向切換え弁２２と絞り２３との間には、圧力センサ５５が設けられている。温度センサ５６は金属製のケーシングブロック４１の温度を測定し、このケーシングブロック４１には、符号４１で示された２点鎖線で囲まれた構成成分が配置もしくは組み込まれている。ケーシングブロック４１にはさらに制御装置４０が設けられており、この制御装置４０はセンサ５０〜５６及び制御モータ４ａ並びに調量弁７と電気接続されている。ケーシングブロック４１はアース接続されていて、制御装置４０は、ケーシングブロック４１の電位を基準電位として受け取っている。ＣＡＮデータライン（ＣＡＮは英語表現の「Controlled Area Network」の略である）３９を介して制御装置４０は、自動車における電圧供給部及びその他の電子的な構成成分、特に機関制御装置と接続されている。
【０００９】
調量弁７は、必要な尿素水溶液を混合室８内に調量供給する。混合室８内において、尿素水溶液に圧力空気が加えられて、エーロゾル及び壁膜が生ぜしめられ、このエーロゾルもしくは壁膜はエーロゾル管路２５を介して触媒コンバータ３０内にもたらされる。制御装置４０は、上位の機関制御装置からＣＡＮデータライン３９を介して送られる機関運転データに関する信号と、自体公知でありゆえにここでは詳説しない圧力センサ、温度センサもしくはレベルセンサ５１〜５６からの信号とを得る。さらに制御装置４０は圧力センサ５０からも電気信号を受信し、この信号から、調量ポンプ４と調量弁７との間の管路１２における圧力の、時間に関連した経過が生ぜしめられる。制御装置４０はセンサ情報から、触媒コンバータ３０を貫流する排ガスに加えるべき尿素調量量を算出する。制御装置４０は、センサから得た圧力実際値を考慮した情報の評価に基づいて、調量弁７及び弁２２を用いて、尿素・水溶液圧もしくは圧力空気管路内における圧力を制御する。オーバフロー弁として働く圧力制限弁１１は、ポンプ４によって圧送された還元剤の過剰量を、ポンプの吸込み側に戻す。過剰量は、回転数制御されるフィードポンプもしくは調量ポンプでは通常僅かである。それというのは、このようなフィードポンプもしくは調量ポンプは比較的良好に受容に適宜な液体をフィードすることができるからであり、その結果、オーバフロー弁によって形成されたバイパスを用いては、場合によって生じる僅かな誤差だけを補償すればよい。例えば気泡の侵入もしくは発生によって系における圧力が降下した場合、制御装置は調量弁７を開放し、これによってこの弁を介して空気抜きを行うことができる。このような空気抜き過程が触媒コンバータの運転中に行われると、極めて低い系圧に基づいて極めて少ない液体量が調量される。エラー量は、制御装置に蓄えられた修正データを用いて調量弁の相応な制御によって補償することができる。つまり圧力降下が圧力センサ５０を介して確認されると、制御装置は、該制御装置内に蓄えられたデータ特性マップ（Datenkennfeld）を呼び出すことができ、このデータ特性マップは、例えば圧力の実際値と目標値との間における圧力差の各値に、調量弁の相応に延長された開放時間を対応させており、これによって還元剤の正確な量の噴射を保証することができる。
【００１０】
択一的に調量装置を、圧力空気による助成なしに、つまり構成部材２０〜２４を省いて、使用することもできる。圧力センサ５０の代わりに、質量流センサを用いることも可能である。制御装置のメモリに蓄えられたデータ特性マップはこの場合もちろん、変化した入力値（圧力の代わりに規定された容量の質量）に合わせられねばならず、これによってこの択一的なセンサの使用時においても圧力降下時における噴射修正を実施することができる。質量センサにおいて測定される質量は、いかなる場合でも、管路内における圧力と相関関係にあるので、質量センサを用いても気泡発生ひいては圧力降下を認識することができる。圧力制限弁１１はまた、ポンプ４の出口側に位置する入口が直接管路１２に配置されているように、設けられていてもよい。このように構成すると、図１に示された圧力制限弁１１と管路１２との間における管片を省くことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 水タンクと尿素タンクと触媒コンバータとを備えた調量装置を示す図である。

Claims (22)

1. 還元剤を調量する方法であって、還元剤を管路（１２）と、調量を調整する調節部材とを介して、排ガスから窒素酸化物を除去するための触媒コンバータ（３０）に、供給する形式の方法において、管路（１２）内における圧力降下を認識し、管路（１２）を調節部材を介して空気抜きすることを特徴とする、排ガスから窒素酸化物を除去するための還元剤を調量する方法。
2. 還元剤が尿素もしくは尿素・水溶液である、請求項１記載の方法。
3. 調節部材が調量弁（７）である、請求項１又は２記載の方法。
4. 排ガスがディーゼル機関の排ガスである、請求項１から３までのいずれか１項記載の方法。
5. 管路（１２）内における圧力降下が、気泡によって生ぜしめられる、請求項１から４までのいずれか１項記載の方法。
6. 調量部材が、管路内における圧力降下の高さに関連して空気抜きのために調量を調整する、請求項１から５までのいずれか１項記載の方法。
7. 還元剤を電気制御可能な（４ａ）調量ポンプ（４）を介して、管路（１２）を通して調節部材に搬送する、請求項１から６までのいずれか１項記載の方法。
8. 調量ポンプ（４）が回転数制御されるポンプである、請求項７記載の方法。
9. 過剰に搬送された還元剤の量を、調量ポンプ（４）の出口から直接調量ポンプ（４）の入口に戻す、請求項７又は８記載の方法。
10. 調量された還元剤からエーロゾルを形成し、次いでエーロゾルを触媒コンバータ（３０）に導入する、請求項１から９までのいずれか１項記載の方法。
11. エーロゾルを形成するために還元剤に、空気を調量して供給する、請求項１０記載の方法。
12. 還元剤を調量する装置であって、排ガスから窒素酸化物を除去するための触媒コンバータ（３０）に、還元剤を供給するための手段（２，３，４）が設けられており、該手段が管路（１２）を介して、調量を調整する調節部材と接続されている形式のものにおいて、管路（１２）内における圧力又は該圧力に関連した測定値を測定するための測定エレメント（５０）と、該測定エレメント（５０）の測定データを利用する制御装置（４０）とが設けられており、該制御装置（４０）が調節部材を制御し、該調節部材を介して管路（１２）を空気抜きすることを特徴とする、排ガスから窒素酸化物を除去するための還元剤を調量する装置。
13. 還元剤が尿素もしくは尿素・水溶液である、請求項１２記載の装置。
14. 排ガスがディーゼル機関の排ガスである、請求項１２又は１３記載の装置。
15. 調節部材が調量弁（７）である、請求項１２から１４までのいずれか１項記載の装置。
16. 前記手段（４０）が、データ特性マップを記憶するためのメモリを内蔵しており、その結果調節部材が、管路内における圧力降下の高さに関連して空気抜きのために制御可能である、請求項１２から１５までのいずれか１項記載の装置。
17. メモリがＰＲＯＭメモリ又はＥＰＲＯＭメモリである、請求項１６記載の装置。
18. 前記手段（２，３，４）が電気制御可能な（４ａ）フィードポンプ又は調量ポンプ（４）を有している、請求項１２から１７までのいずれか１項記載の装置。
19. フィードポンプ又は調量ポンプ（４）が、回転数制御可能なポンプである、請求項１８記載の装置。
20. 圧力制限弁（１１）を備えた戻し管路（１ｄ）の入口が、調量ポンプ（４）の出口と接続されている、請求項１８又は１９記載の装置。
21. 調量された還元剤が、エーロゾルを形成するための混合室（８）内に供給され、その結果エーロゾル管路（２５）を介してエーロゾルが触媒コンバータ（３０）に導入可能である、請求項１２から２０までのいずれか１項記載の装置。
22. 混合室（８）に調量された空気を供給するための手段（２０，２１，２２，２３，２４，５５）が設けられている、請求項２１記載の装置。

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