JPH08193511A - 排ガスを後処理するための装置 - Google Patents

排ガスを後処理するための装置

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JPH08193511A JP7263049A JP26304995A JPH08193511A JP H08193511 A JPH08193511 A JP H08193511A JP 7263049 A JP7263049 A JP 7263049A JP 26304995 A JP26304995 A JP 26304995A JP H08193511 A JPH08193511 A JP H08193511A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 尿素沈積や調量弁および制御弁におけるステ
ィッキングを回避すると同時に、導入された還元剤の最
適な調製を得る。 【解決手段】 空気供給を制御するための弁が、電気的
に制御される制御弁５として形成されており、該制御弁
５が、調量弁６の流出開口の下流側に配置されており、
該流出開口２６が、内燃機関の排ガスに直接に開口して
いる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、自己着火式の内燃
機関の排ガスを後処理するための装置であって、排ガス
システムが設けられており、該排ガスシステムに、内燃
機関の排ガスのＮＯX成分を還元するための還元触媒が
配置されており、さらに調量装置が設けられており、該
調量装置が、内燃機関および触媒の種々の運転パラメー
タで排ガス中のＮＯX含量の、特性曲線図にメモりされ
た値に関連して、還元触媒に供給された排ガスの流れに
還元剤を調量して導入するための、電気的に制御される
調量弁と、圧縮空気源から圧縮空気の供給を行なうため
の、弁によって制御される空気供給部とから成ってお
り、該空気供給によって、前記調量弁の出口側から流出
する還元剤量が空気と共に微細分配されて排ガスに供給
される形式のものに関する。
【０００２】
【従来の技術】自己着火式の内燃機関は、この内燃機関
が高い酸素過剰量で運転されることに基づき、高いＮＯ
X放出の傾向を有する。このことは、主燃焼室への直接
噴射を行なう直接噴射形の自己着火式の内燃機関におい
て顕著に生じる。このようなＮＯX放出を低減するため
には、還元触媒を用いてＮＯXをあとから還元する手段
が利用される。このためには、たとえばゼオライトを主
体とする触媒系が適当である。この触媒系は特に、自己
着火式の内燃機関の排ガスにおいて生じるような比較的
低い排ガス温度において使用するために適している。こ
のような排ガスの温度は、火花点火式の内燃機関の排ガ
スの場合よりもはるかに低い。このような低い排ガス温
度は、還元触媒の反応開始を困難にする。還元プロセス
を促進するためには、既に文献「シャードシュトッフレ
ドゥツィールング・ウント・クラフトシュトッフフェア
ブラウホ・フォン・ＰＫＷ−フェアブレヌングスモトー
レン（Ｓｃｈａｄｓｔｏｆｆｒｅｄｕｚｉｅｒｕｎｇ
ｕｎｄ Ｋｒａｆｔｓｔｏｆｆｖｅｒｂｒａｕｃｈ ｖ
ｏｎ ＰＫＷ−Ｖｅｒｂｒｅｎｎｕｎｇｓｍｏｔｏｒｅ
ｎ）」（Ｆ．ＳｃｈａｅｆｅｒおよびＲ．ｖａｎ Ｂａ
ｓｓｈｕｙｓｅｎ著、第１１５頁、出版社Ｓｐｒｉｎｇ
ｅｒ−Ｖｅｒｌａｇ）において、電気的に制御される弁
を使用して、還元剤を尿素水溶液の形でＮＯX還元触媒
の上流側で排ガスに導入することが提案されている。電
気的に制御される調量弁によって送出される尿素の搬入
は、圧縮空気によって行なわれる。この圧縮空気は同時
に、閉じられた尿素リザーバタンクを所定の圧送圧にま
で予圧するためにも使用される。これによって、電気的
に制御される弁には、調量のために必要となる一定の圧
力降下が生じる。この圧力降下はさらに、尿素の微細分
配された調製を保証しなければならず、しかもこの場
合、遅くとも触媒において、熱作用と相まった尿素化合
物の分解によって、排ガス中のＮＯX成分の所望の還元
を得るために必要となるＮＨ3ガスが生成しなければな
らない。この公知の装置は高い排ガス温度にさらされて
おり、したがって電気的に制御される調量弁が特に間欠
的な作動時においてスティッキング（固着）してしまう
危険が生じる。公知先行技術においては電気的に制御さ
れる調量弁の流出開口が空気で取り囲まれるが、しかし
このような手段では、調量された尿素の所要の微細分配
が所望の程度に生じることがまだ確保されていない。特
に公知先行技術においては、調量個所と、排ガス中への
調量される尿素の流入個所との間に長い管路接続部が設
けられていることに基づき、既に微細分配された尿素が
再び再結合されて、大きな液滴を形成し、しかも不規則
的な調量速度が生じてしまう危険が生じる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、冒頭
で述べた形式の装置を改良して、尿素沈積や調量弁およ
び制御弁におけるスティッキングが回避されると同時
に、導入された還元剤の最適な調製が得られるような装
置を提供することである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】この課題を解決するため
に本発明の構成では、空気供給を制御するための弁が、
電気的に制御される制御弁として形成されており、該制
御弁が、前記調量弁の流出開口の下流側に配置されてお
り、該流出開口が、内燃機関の排ガスに直接に開口して
いるようにした。
【０００５】
【発明の効果】本発明による装置は従来のものに比べて
次のような利点を有している。すなわち、制御弁および
これによって制御される圧縮空気流を用いて、流出開口
を介して空気と還元剤とを、再び液滴粒子が団結するこ
となしに微細分配して排ガス中に導入することができ
る。なぜならば、空気に微細分配された還元剤が引き続
き熱い排ガス中で調製されるからである。こうして、導
入したい還元材量を正確に前制御することができる。供
給された圧縮空気は制御弁の流出開口における搬出過程
により尿素溶液の良好な調製を生ぜしめる。
【０００６】請求項２に記載の本発明による装置の有利
な構成では、制御弁が冷却される。この場合、それと同
時に調量弁をも冷却すると有利である。この調量弁は請
求項３に記載の有利な構成では、制御弁と共に共通の支
持ケーシングである支持体に配置されている。調量弁の
流出個所の手前における貯え手段に基づき、制御弁の開
放時では、内燃機関の排ガスシステムの排ガス案内部分
への、絞り作用を有する移行部において著しい渦流を形
成する空気流が得られる。この空気流は還元剤を最適に
調製する。還元剤としては、水溶液中の尿素が使用され
ると有利である。この尿素は本発明によれば調量横断面
のスティッキングの危険なしでも使用することができ、
しかも還元触媒における還元を高度に助成する。
【０００７】
【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施の形態を図
面につき詳しく説明する。
【０００８】図面には、直接噴射式または間接噴射式に
作動することのできる自己着火式のディーゼル内燃機関
のうち、排気システムの部分だけが示されている。この
排気システムからは、排ガス管１が延びていて、還元触
媒２に開口している。この還元触媒２は排ガスのＮＯX
成分を還元するために働き、この目的のためにできるだ
け内燃機関の個々のシリンダからの排ガス流出部の近く
に配置されている。このことは、自己着火式の内燃機関
の排ガスの排ガス温度が比較的低く、しかも流出後に燃
焼室から遠ざかるにつれて低下していく温度が、触媒の
作業能力を低下させてしまうという理由から重要とな
る。触媒としては、たとえばゼオライトを主体として形
成されたデノックス（ＤＥＮＯＸ）触媒を使用すること
ができる。この触媒は比較的低い作動温度を有してお
り、この作動温度において還元過程を実施することがで
きる。この触媒に後置させて、場合によっては酸化触媒
を使用することもできる。この酸化触媒は、場合によっ
ては燃焼されなかった排ガス成分をも後燃焼させること
ができる。
【０００９】還元触媒２の上流側では、排ガス管１の壁
に調量装置４が挿入されている。この調量装置４は制御
弁５と、調量弁６と、冷却装置７とを有している。この
冷却装置７は、調量弁６と制御弁５との共通の支持体８
を取り囲む冷却水ジャケット９として形成されている。
この冷却水ジャケット９は内燃機関の冷却水循環路から
取り出された冷却水によって貫流されて、排ガス管１の
高温の排ガスにさらされる調量装置４の強力な冷却を生
ぜしめる。
【００１０】調量弁６は還元剤を調量するために働く。
この還元剤はこの場合、尿素水溶液であると有利であ
る。この尿素水溶液からは、還元のためのＮＨ3を分離
させることができる。この尿素水溶液は尿素リザーバタ
ンク１１にあらかじめ貯えられる。この尿素リザーバタ
ンク１１は管路１２を介して調量弁６に接続されてい
る。この調量弁６は電気的に制御される弁として形成さ
れていて、制御装置１４によって接続部１５を介して制
御される。この制御装置１４は、内燃機関のパラメータ
として有利には特性曲線図にメモりされた値に関連し
て、調量弁６に開放信号を送出する。この場合、特性曲
線図にメモリされた値から、排ガスに導入すべき尿素水
溶液の量を引き出すことができる。主要パラメータとし
ては、第１に内燃機関に導入された燃料の量ＱKおよび
回転数ｎが挙げられる。これらのパラメータから単位時
間当たりの排ガス量が得られ、この排ガス量に応じて、
ＮＯX成分を最適に変換するために尿素が調量される。
このときに、その他のパラメータ、たとえば排ガス温度
Ｔ自体につき、導入された尿素もしくはＮＨ3の量を用
いて還元すべき排ガス中のＮＯX成分を推量することが
できる。
【００１１】制御弁５は開放時機や圧縮空気の供給を制
御するために働く。この圧縮空気はこの圧縮空気中に尿
素を微細分配するために働き、排ガス中への尿素の微細
分配された圧送を助成する。この圧縮空気は圧縮空気管
路１６を介して制御弁５に供給される。この圧縮空気管
路１６は、コンプレッサ１９によって圧縮空気を供給さ
れる圧縮空気容器１８から導出されている。この圧縮空
気管路１６には、均一な圧力を制御するために圧力制限
弁２０が設けられている。この圧力制限弁２０は制御弁
５に供給される空気の圧力を３バールにまで減少させ
る。さらに、圧縮空気容器１８には、尿素リザーバタン
ク１１の自由な空気室２１が接続されている。この尿素
リザーバタンク１１は、充填後に密に閉鎖可能な容器と
して形成されている。この空気室２１内の圧力は、供給
管路２２に配置された圧力制限弁２３によって５バール
に調節される。この圧力によって、圧縮空気によって負
荷される制御弁５の範囲に調量弁６を介して尿素を圧送
するための圧力差が提供される。これにより、一方では
調量弁６の開放時に尿素が流出するようになり、他方で
は流出した尿素が流出開口を介して既に微細に噴霧さ
れ、まだ閉鎖されている制御弁５においてこの場所に存
在する圧縮空気と迅速に混合するようになる。引き続き
制御弁５が開放されると、この尿素／空気混合物は制御
弁５の流出開口に生ぜしめられた乱流に基づきさらに一
層調製される。制御弁５の流出開口の上流側における制
御弁５の内部での滞留時間中に、空気尿素混合物は、冷
却にもかかわらず排ガスシステムから受ける、支持体８
の基礎熱に基づき熱調製をも受ける。
【００１２】図２には、制御弁と調量弁との構造が認め
られる。既に説明したように、共通の支持体８が設けら
れている。この支持体８では、長手方向孔にガイドスリ
ーブ２５が配置されている。このガイドスリーブ２５は
端面側の、円錐状に延びる流出開口２６を備えている。
この流出開口２６は円錐状の形状の範囲で、弁ニードル
２９のシール面２８のための弁座を形成している。この
シール面２８はヘッド３０に設けられており、この場
合、弁ニードル２９は外方に向かって開く弁ニードルと
して形成されている。ガイドスリーブ２５の内部では、
弁ニードル２９に、ガイドスリーブ２５に密に案内され
たガイド軸部３１と、このガイド軸部３１とヘッド３０
との間で減径された部分３２とが形成されている。この
部分３２とガイドスリーブ２５との間には、環状室３３
が貯え室として残っている。この環状室３３には、接続
孔３４が開口している。この接続孔３４は支持体８に設
けられた弁ニードル２９の長手方向軸線に対して角度を
もって調量弁６に通じている。接続孔３４は調量弁６の
出口側の端部３６を取り囲む室３７に開口している。こ
の室３７からは、調量弁６の長手方向軸線に対して直角
に接続孔３８が延びていて、環状室３９に通じている。
この環状室３９は弁ニードル２９の、ヘッド３０とは反
対の側でガイドスリーブ２５から進出した端部４０を取
り囲んでいる。弁ニードル２９はこの端部４０でばね受
け４２を有している。このばね受け４２とケーシングと
の間には、圧縮ばね４３が緊縮されている。この圧縮ば
ね４３の作用を受けて、弁ニードル２９のヘッド３０は
閉鎖位置にもたらされる。
【００１３】調量弁６としては、たとえば低圧ガソリン
噴射装置において使用されるような汎用の噴射弁が使用
されると有利である。この調量弁６は適当な流出開口を
備えており、この流出開口に基づきこの調量弁６は、こ
の電磁弁として形成された調量弁６のタイミング制御に
おける単位時間当たりの尿素所要最小量を調量するため
に適当となる。制御弁５の一部として形成された弁ニー
ドル２９は、支持ケーシングに案内されたプランジャ４
５を介して可動子４４によって操作される。この場合、
この可動子４４は、公知の磁石（詳しく説明しない）の
一部である。環状室３９は圧縮空気流入室を形成してい
る。この圧縮空気流入室は、支持体８に延びる圧送管路
４７を介して圧縮空気管路１６に接続されている（詳し
く図示しない）。この空気供給によって、弁ニードル２
９は全体的に圧縮空気によって取り囲まれ、この圧縮空
気はさらに調量弁６の出口側の端部をも取り囲み、この
端部から流出する尿素を吸収して、引き続き環状室３３
に圧送される。
【００１４】運転時では、調量弁６が規定の時間にわた
って開制御されて、まだ閉じられている弁ニードル２９
において適当な尿素量を貯え室もしくは環状室３３に供
給する。引き続き、可動子４４の調整運動によって、弁
ニードル２９が突き上げられ、貯えられた尿素は圧縮空
気と共に弁座とシール面２８との間のギャップを越えて
排ガス中に圧送される。この出口における高い流出速度
は導入された尿素の一層の調製を促進する。それと同時
に、その後に調量弁も圧縮空気によって掃気されるの
で、次の尿素供給時まで、さきに調量された尿素は十分
に搬出されており、したがって調量弁および制御弁のス
ティッキングの危険は回避される。さらに空気流によっ
て中間冷却も得られる。この中間冷却は他の場合には主
として冷却水ジャケット９によって行なわれる。
【００１５】所属の内燃機関の停止により、還元剤の導
入がもはや必要とされなくなると、排ガスシステムの温
度降下が開始するまでの後加熱を回避する目的で、制御
弁は引き続き所定の時間、制御されると有利である。こ
のことは、冷却水循環路の制御および冷却水ジャケット
への冷却水供給の制御にも言える。
【００１６】前記実施例では、還元剤として有利には、
僅かな貯え量で高い効率が期待され得るという理由で尿
素が使用されたが、その代わりに還元剤として燃料を使
用することも知られている。この場合、燃料は尿素の代
わりに均一に導入することができる。このためにも本発
明による装置はやはり極めて好適となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による装置の回路図である。
【図２】組み合わされた調量・制御弁の構成を示す断面
図である。
【符号の説明】
１ 排ガス管、 ２ 還元触媒、 ４ 調量装置、 ５
制御弁、 ６ 調量弁、 ７ 冷却装置、 ８ 支持
体、 ９ 冷却水ジャケット、 １１ 尿素リザーバタ
ンク、 １２ 管路、 １４ 制御装置、 １５ 接続
部、 １６ 圧縮空気管路、 １８ 圧縮空気容器、
１９ 圧縮機、 ２０ 圧力制限弁、２１ 空気室、
２２ 供給管路、 ２３ 圧力制限弁、 ２５ ガイド
スリーブ、 ２６ 流出開口、 ２８ シール面、 ２
９ 弁ニードル、 ３０ ヘッド、 ３１ ガイド軸
部、 ３２ 部分、 ３３ 環状室、 ３４ 接続孔、
３６ 端部、 ３７ 室、 ３８ 接続孔、 ３９ 環
状室、 ４０ 端部、４２ ばね受け、 ４３ 圧縮ば
ね、 ４４ 可動子、 ４５ プランジャ、４７ 圧送
管路

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 自己着火式の内燃機関の排ガスを後処理
    するための装置であって、排ガスシステム（１）が設け
    られており、該排ガスシステム（１）に、内燃機関の排
    ガスのＮＯX成分を還元するための還元触媒（２）が配
    置されており、さらに調量装置が設けられており、該調
    量装置が、内燃機関および触媒の種々の運転パラメータ
    で排ガス中のＮＯX含量の、特性曲線図にメモりされた
    値に関連して、還元触媒（２）に供給された排ガスの流
    れに還元剤を調量して導入するための、電気的に制御さ
    れる調量弁（６）と、圧縮空気源（１８）から圧縮空気
    の供給を行なうための、弁（５）によって制御される空
    気供給部とから成っており、該空気供給によって、前記
    調量弁（６）の出口側（３６）から流出する還元剤量が
    空気と共に微細分配されて排ガスに供給される形式のも
    のにおいて、空気供給を制御するための弁が、電気的に
    制御される制御弁（５）として形成されており、該制御
    弁（５）が、前記調量弁（６）の流出開口（２６）の下
    流側に配置されており、該流出開口（２６）が、内燃機
    関の排ガスに直接に開口していることを特徴とする、排
    ガスを後処理するための装置。
  2. 【請求項２】 前記制御弁（５）が、該制御弁（５）を
    収容する支持体（８）を取り囲むように流れる冷却媒体
    によって冷却されている、請求項１記載の装置。
  3. 【請求項３】 前記制御弁（５）と前記調量弁（６）と
    が、共通の支持体（８）に配置されており、該支持体
    （８）を介して前記調量弁（６）が、同じく冷却媒体に
    よって冷却されている、請求項２記載の装置。
  4. 【請求項４】 前記制御弁（５）が弁ニードル（２９）
    を有しており、該弁ニードル（２９）が、磁石の可動子
    （４４）によって作動させられて、ガイド（２５）に密
    に案内されており、該ガイド（２５）が、貯え室（３
    ３）と圧縮空気流入室（３９）とを隔離しており、前記
    調量弁（６）の出口が直接に前記貯え室（３３）に接続
    されており、前記圧縮空気流入室（３９）が、前記調量
    弁（６）の出口部分（３６）を取り囲む環状室（３７）
    にも接続されている、請求項３記載の装置。
  5. 【請求項５】 前記弁ニードル（２９）の一方の端部が
    前記圧縮空気流入室（３９）に突入していて、この場所
    でばね（４３）によって閉鎖方向に負荷されており、前
    記可動子（４４）の端部が、同じく前記圧縮空気流入室
    （３９）に突入していて、この場所で前記弁ニードル
    （２９）に接触している、請求項４記載の装置。
  6. 【請求項６】 前記弁ニードル（２９）が、前記圧縮空
    気流入室（３９）とは反対の側でシール面（２８）を有
    しており、該シール面（２８）で前記弁ニードル（２
    ９）が、前記ばね（４３）の作用を受けて弁座（２７）
    に接触するようになっており、さらに前記弁ニードル
    （２９）が、前記ガイド（２５）と前記弁座（２７）と
    の間でケーシング（８）と共に貯え室として環状室（３
    ３）を形成しており、該環状室（３３）に前記調量弁
    （６）の出口部分から接続孔（３４）が開口している、
    請求項５記載の装置。
  7. 【請求項７】 冷却媒体として内燃機関の冷却水循環路
    からの冷却水が使用されている、請求項６記載の装置。
  8. 【請求項８】 前記調量弁に還元剤を供給するために、
    還元剤のためのリザーバタンク（１１）が設けられてお
    り、該リザーバタンク（１１）が、圧縮空気源と接続さ
    れた、閉じられた容器として形成されている、請求項１
    から７までのいずれか１項記載の装置。
  9. 【請求項９】 還元剤として水溶液中の尿素が使用され
    ている、請求項１から８までのいずれか１項記載の装
    置。
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