JP2001173431A - 排気浄化システム - Google Patents

排気浄化システム

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JP2001173431A JP35873099A JP35873099A JP2001173431A JP 2001173431 A JP2001173431 A JP 2001173431A JP 35873099 A JP35873099 A JP 35873099A JP 35873099 A JP35873099 A JP 35873099A JP 2001173431 A JP2001173431 A JP 2001173431A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】液体還元剤の供給手段及び噴霧手段がシンプル
で、液体還元剤や加圧空気の残存量の把握も容易で、し
かも、液体還元剤の濃度を略一定に保って、細かい粒径
で噴霧することができる排気浄化システムを提供する。 【解決手段】内燃機関等の排気通路２に、上流側から順
に噴射ノズル８と排気ガス浄化用の触媒３を配置し、前
記噴射ノズル８より液体還元剤Ｌを噴霧して前記触媒３
に供給して、排気ガスＧ中の窒素酸化物を還元浄化する
排気浄化システム１において、前記液体還元剤Ｌを交換
可能なカートリッジ21に貯蔵し、前記噴射ノズル８を、
加圧空気供給源７から供給される加圧空気Ａによって前
記液体還元剤Ｌを霧状にして噴射するエアアシストタイ
プの噴射ノズルで構成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関等におい
て、排気ガス中の窒素酸化物（ＮＯｘ）の排出量を低減
するために、排気ガスの排気通路にＮＯｘ還元用の触媒
を設けて、還元剤を添加してＮＯｘを還元させることに
より、触媒作用を利用して排気ガスを浄化する排気浄化
システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】大型・小型の商用車や乗用車等の自動車
や船舶等に搭載したディーゼルエンジンの排気ガスや燃
焼機器等の排気ガスに含まれている窒素酸化物（ＮＯ
ｘ）を浄化するために、触媒作用を利用して、窒素酸化
物を還元する各種の排気浄化システムが実用化されてい
る。
【０００３】特に、自動車用のガソリンエンジンにおい
ては、三元触媒が実用化され成果を上げているが、ディ
ーゼルエンジンにおいては、排気ガス中の酸素濃度が高
いため、ガソリン自動車用の三元触媒を直接使用できな
いという問題がある。
【０００４】そのため、ディーゼルエンジンにおいて
は、窒素酸化物の浄化に尿素水やアンモニア（ＮＨ3 ）
等の還元剤を用いる選択接触還元触媒（ＳＣＲ触媒）を
使用したＳＣＲ法の採用が検討されている。このＳＣＲ
法は、高温の排気ガス中に尿素水溶液やアンモニア水溶
液や液体アンモニア等の液体還元剤を注入して金属触媒
と接触させて脱硝する方法である。
【０００５】図６に示すように、従来技術のＳＣＲ法の
排気浄化システム１Ｂでは、エンジン等の排気通路２に
ＳＣＲ触媒３を設けると共に、このＳＣＲ触媒３の上流
側に、噴射ノズル８Ｂを設け、タンク４から液体還元剤
（還元剤水溶液）Ｌをポンプ５で混合部６に供給し、ま
た一方では、エアコンプレッサー７Ｂから供給される加
圧空気（圧縮空気）Ａを混合部６に供給して、噴射ノズ
ル（インジェクター）８Ｂに送り、ＳＣＲ触媒３の上流
側に噴霧する。
【０００６】この液体還元剤Ｌの噴霧に際しては、加圧
空気Ａにより、霧吹きの原理を利用して噴霧化したり、
噴霧された液体還元剤Ｌに高速の空気を衝突させたりし
て、噴霧される粒径をより細かなものにしている。その
ため、加圧空気Ａが必要となるので、エアコンプレッサ
ー７Ｂを設けている。
【０００７】そして、この噴射ノズル８Ｂの噴射孔８Ｂ
ａから排気通路２内に噴霧される還元剤で、排気ガスＧ
中の窒素酸化物をＳＣＲ触媒３の触媒作用により還元浄
化している。
【０００８】また、この排気浄化システム１Ｂでは、コ
ントローラ（コントロールユニット）９により、タンク
４に配設した容量計スイッチ４ａで液体還元剤Ｌの残存
を確認しながら、噴射ノズル８Ｂの開閉弁を制御して噴
霧量を調整している。そして、液体還元剤Ｌの残存量が
少なくなると、これを容量計スイッチ４ａで検知して警
告ランプ10Ｂを点灯し、液体還元剤Ｌの補充を促すよう
に構成されている。
【０００９】この窒素酸化物の還元作用は、４ＮＯ＋４
ＮＨ3 ＋Ｏ2 ＝４Ｎ2 ＋６Ｈ2 Ｏの反応で行なわれ、Ｓ
ＣＲ触媒３としては、ペレット状やハニカム状に形成さ
れたアルミナ（酸化アルミニウム：Ａｌ2 Ｏ3 ），チタ
ニア（酸化チタン：ＴｉＯ2）等を担体とし、白金（Ｐ
ｔ），酸化バナジウム（Ｖ2 Ｏ5 ），酸化鉄（Ｆｅ2Ｏ
3 ），酸化銅（ＣｕＯ），酸化マンガン（Ｍｎ
2 Ｏ3 ），酸化クロム（Ｃｒ2Ｏ3 ），酸化モリブデン
（ＭｏＯ3 ）等を活性体として使用するものが知られて
いる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、液体還
元剤のタンクが、ウオッシャータンクのように、水溶液
を追加しながら使用する、即ち、後足しが可能なタンク
を使用しているので、尿素水溶液やアンモニア水溶液等
の還元剤を溶解させた液体還元剤の場合には、還元剤中
の水分が蒸発するために、還元剤の水溶液の濃度が変化
する。
【００１１】つまり、充填後も還元剤中の水分の蒸発の
ために、濃度が徐々に高くなり、また、充填当初の液体
還元剤を追加した場合にも、タンク内の追加直前の残存
水溶液の濃度が蒸発によって高くなっているため、混合
後の濃度も一定しない。
【００１２】そのため、還元剤の濃度がその時々で変化
してしまうので、濃度の管理が難しく、適切な量の還元
剤を供給することが出来ず、ＳＣＲ触媒の浄化効率が安
定しなかったり、あるいは、余分な還元剤が排気ガス中
に混入したまま排気されることになり、排気ガス浄化が
不十分となるという問題がある。
【００１３】更に、この排気浄化システム１Ｂでは、エ
アコンプレッサーを使用しているため、大型のディーゼ
ルエンジンを搭載した車両等のように、大きな容量のエ
アコンプレッサーを備えている場合には良いが、小型車
でエアコンプレッサーの容量が不足する場合やエアコン
プレッサーを備えていない場合には、新たにエアコンプ
レッサーを備える必要が生じるので、この排気浄化シス
テムとして搭載する装置の重量が増加したり、装置が複
雑化したりする問題がある。
【００１４】更に、このエアコンプレッサーをエンジン
やモーター等で駆動する必要があるために、エンジンや
モーターのエネルギー消費が増大し、車両の燃費が悪化
するという問題や、エアコンプレッサーの保守・管理の
問題が生じる。
【００１５】本発明は、上述の問題を解決するためにな
されたものであり、その目的は、触媒を使用した内燃機
関等の排気浄化システムにおいて、液体還元剤の供給手
段及び噴霧手段がシンプルで、液体還元剤や加圧空気の
残存量の把握も容易で、しかも、液体還元剤の濃度を略
一定に保って、細かい粒径で噴霧することができる排気
浄化システムを提供することにある。
【００１６】更なる目的は、液体還元剤や加圧空気の残
存量を正確に把握して、残存量が少なくなった時に運転
者に対して、供給源の交換を督促する警告をタイミング
良く行うことができる排気浄化システムを提供すること
にある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】以上のような目的を達成
するための排気浄化システムは、以下のように構成され
る。
【００１８】１）内燃機関等の排気通路に、上流側から
順に噴射ノズルと排気ガス浄化用の触媒を配置し、前記
噴射ノズルより液体還元剤を噴霧して前記触媒に供給し
て、排気ガス中の窒素酸化物を還元浄化する排気浄化シ
ステムにおいて、前記液体還元剤を交換可能なカートリ
ッジに貯蔵し、前記噴射ノズルを、加圧空気供給源から
供給される加圧空気によって前記液体還元剤を霧状にし
て噴射するエアアシストタイプの噴射ノズルで構成す
る。
【００１９】この触媒としてはＳＣＲ触媒等があり、こ
のＳＣＲ触媒は、担体をＡｌ2 Ｏ3，ＴｉＯ2 等で形成
し、活性体としての触媒金属をＰｔ，Ｖ2 Ｏ5 ，Ｆｅ2
Ｏ3，ＣｕＯ，Ｍｎ2 Ｏ3 ，Ｃｒ2 Ｏ3 ，ＭｏＯ3 等で
形成することができ、また、液体還元剤としては、尿素
水溶液やアンモニア水溶液や液体アンモニア等がある。
【００２０】カートリッジとは、着脱可能な容器であ
り、この容器ごと交換することにより、液体還元剤の新
たな供給を行うものであり、密閉により、後足しを防止
すると共に、液体還元剤の蒸発を防止でき、濃度を一定
に保持できるものである。
【００２１】そして、本排気浄化システムで使用するカ
ートリッジは、圧縮空気やその他のガス、例えば、塗料
のスプレー缶や潤滑剤のスプレー缶等の液体を加圧する
周知のガスを封入して、これらのガス圧により、液体還
元剤を外部に供給するものでもよく、また、外部に設け
た還元剤供給ポンプによりカートリッジ内の液体還元剤
を噴射ノズルに供給するものであってもよい。
【００２２】また、エアアシストタイプの噴射ノズルと
は、加圧空気（圧縮空気）等の高圧のガスにより、噴霧
される粒径をより細かくして分散させる噴射ノズルのこ
とをいう。
【００２３】この構成による内燃機関の排気浄化システ
ムにおいては、カートリッジから液体還元剤を供給さ
れ、また、加圧空気供給源から供給される加圧空気によ
り、霧状に噴射するために、還元剤溶液の濃度変化が殆
ど無く、安定した濃度で、細かい粒径で噴霧して触媒に
供給できる。
【００２４】そのため、排気浄化システムが単純化し、
また、還元剤溶液を最適な量で正確に、化学反応し易い
状態で、触媒に供給するので、浄化効率が向上する。
【００２５】そして、この排気浄化システムにおいて
は、カートリッジに加圧ガスを封入しない場合には、カ
ートリッジは液圧や蒸気圧等だけを考慮すればよく、ま
た、加圧ガス封入方式のカートリッジを採用した場合で
も、加圧ガスの圧力は液体還元剤を噴射ノズルに供給す
るだけで、噴霧は加圧空気によって行うので、加圧ガス
の圧力は低くてよいので、カートリッジ自体の構造が簡
単で軽量となる。
【００２６】２）また、上記の内燃機関の排気浄化シス
テムにおいて、前記加圧空気供給源をエアボンベで形成
するとともに、該エアボンベの空気圧力が所定の警告圧
力値以下になった時に警告を発生する圧力管理手段を有
して形成される。
【００２７】加圧空気供給源をエアボンベで形成するこ
とにより、エアコンプレッサーや駆動源が不要になり、
排気浄化システムが単純化し、重量増加を少なく、ま
た、燃費への影響の排除できる。
【００２８】更に、圧力管理手段を備えることにより、
警告を受けた運転者が適切な時期にエアボンベを交換す
るので、加圧空気供給源の管理が容易となり、加圧空気
の供給圧力の低下を防止できる。
【００２９】この圧力管理手段はエアボンベ内又は空気
供給管路の加圧空気の圧力を検知できる圧力センサとこ
の圧力センサからの信号を受けて、予め設定された警告
圧力値と比較して、その値以下になった時に警告ランプ
や音声発生装置等に信号を出力する演算部やプログラム
をコントローラに追設することにより、簡単に構成でき
る。
【００３０】３）また、上記の内燃機関の排気浄化シス
テムにおいて、前記カートリッジ内の前記液体還元剤の
残存量を検知する残存量検知手段と、前記残存量が所定
の下限量以下になった時に警告を発生する警告発生手段
を有して形成される。
【００３１】この残存量検知手段と警告発生手段を備え
ることにより、警告を受けた運転者が適切な時期にカー
トリッジを交換するので、液体還元剤の管理が容易とな
り、液体還元剤の供給の中断を防止できる。
【００３２】また、残存量と所定の下限量との比較は、
直接、液体還元剤の重量で比較してもよいが、この重量
から換算可能な量、例えば、容量や検出信号の値（電圧
値等）や液体還元剤を消費しながら走行できる走行距離
等に換算した値で比較してもよく、本発明はこれらを含
むものである。
【００３３】４）そして、上記の内燃機関の排気浄化シ
ステムにおいて、前記残存量検知手段を、前記噴射ノズ
ルの作動を制御する制御信号を積算し、該積算値から前
記液体還元剤の消費量を計算することによって、残存量
を算出する演算手段で構成する。
【００３４】この構成によれば、噴射ノズル用の制御信
号から、液体還元剤の消費量を算出するので、新たにセ
ンサを設ける必要が無く、また、この演算手段は、内燃
機関等のコントローラにプログラムの追加で設けること
ができるので、比較的容易に実施できる。
【００３５】５）あるいは、上記の内燃機関の排気浄化
システムにおいて、前記残存量検知手段を、前記カート
リッジの重量を検出する重量センサと、該重量センサの
信号から前記液体還元剤の残存量を算出する演算手段で
構成する。
【００３６】この構成によれば、重量センサにより、直
接液体還元剤の量を測定できるので、誤差の少ないより
きめ細かい管理が可能となる。
【００３７】６）そして、更に、前記カートリッジの交
換を検知する交換検知手段を有し、該交換検知手段によ
って前記カートリッジの交換が検知された時に、所定時
間の間前記カートリッジから前記噴射ノズルへ前記液体
還元剤を供給するための供給管路のエア抜きを行うよう
に構成する。
【００３８】この交換検知手段は、カートリッジの有無
に従ってＯＮ／ＯＦＦするスイッチ等で形成でき、ま
た、噴射ノズルを作動させる所定時間は、カートリッジ
交換に伴う液体還元剤の供給ライン（カートリッジと噴
射孔との間）のエア抜きができる、予め決められ、予め
コントローラに入力された時間である。
【００３９】また、供給管路のエア抜きは、カートリッ
ジ内の液体還元剤がカートリッジ内に封入されたガスの
圧力で噴射ノズルに供給される場合には、所定時間の間
噴射ノズルを作動させ、カートリッジ内の液体還元剤が
カートリッジ外に配設された還元剤供給ポンプで噴射ノ
ズルに供給される場合には、所定時間の間噴射ノズルと
還元剤供給ポンプを作動させて行う。
【００４０】この構成により、カートリッジの交換を検
知できるので、残存量の推定基準となる初期値を正確に
リセットできる。つまり、カートリッジの充填量及び濃
度は、カートリッジ製造メーカーが工場の品質管理で所
定の値になるように正確に管理して出荷するので、カー
トリッジの交換時にこの所定の充填量をリセットの初期
値として使用することにより、より正確な残存量の推定
が可能となる。
【００４１】また、カートリッジ交換時に、自動的にエ
ア抜きを行うので、液体還元剤の供給ラインのエア噛み
を防止でき、常時、コントローラの指示に従って適切な
量の液体還元剤を供給できる。
【００４２】
【発明の実施の形態】以下、図面を用いて、本発明に係
る排気浄化システムの実施の形態について説明する。
【００４３】図１及び図２に示すように、本発明に係る
排気浄化システム１及び１Ａは、エンジン等の排気通路
２に、ＳＣＲ（選択接触還元）触媒３を設け、更に、こ
のＳＣＲ触媒３の上流側に液体還元剤の一つである尿素
水溶液Ｌを噴霧できるエアアシストタイプの噴射ノズル
（インジェクター）８を設けて構成される。
【００４４】このＳＣＲ触媒３は、担体をＡｌ2 Ｏ3 ，
ＴｉＯ2 等で形成し、活性体としての触媒金属をＰｔ，
Ｖ2 Ｏ5 ，Ｆｅ2 Ｏ3 ，ＣｕＯ，Ｍｎ2 Ｏ3 ，Ｃｒ2 Ｏ
3 ，ＭｏＯ3 等で形成する。
【００４５】そして、尿素水溶液Ｌを封入して貯蔵した
交換可能なカートリッジ21を備え、このカートリッジ21
を供給管路22に着脱可能に連結して、このカートリッジ
21内の尿素水溶液Ｌを噴射ノズル８に供給するように構
成する。
【００４６】この尿素水溶液Ｌを噴射ノズル８に供給す
る方法としては、図１に示す排気浄化システム１のよう
に、カートリッジ21内に加圧ガスＰを封入し、この加圧
ガスＰの圧力によって、噴射ノズル８に供給する方法
と、図２に示す排気浄化システム１Ａのように、カート
リッジ21内の尿素水溶液Ｌを噴射ノズル８に供給する還
元剤供給ポンプ５を設ける方法とがあるが、別の方法を
使用してもよい。
【００４７】また、噴霧用の加圧空気供給源としてエア
ボンベ７を交換可能に設け、このエアボンベ７から加圧
空気Ａを噴射ノズル８に供給し、エアアシストタイプの
噴射ノズル８の噴射孔８ａから排気通路２内に、コント
ローラ（コントロールユニット）９の制御に従って、尿
素水溶液Ｌを噴霧するように構成する。
【００４８】この尿素水溶液Ｌの噴霧の原理は、霧吹き
の原理と同様であり、加圧空気Ａにより、噴射ノズル８
に供給された尿素水溶液Ｌを加圧空気Ａの流れに吸引し
て吹き飛ばして微粒子化して噴霧するものである。
【００４９】この噴霧は、コントローラ９がエンジンの
各種情報等を参照して算出した目標の噴霧量になるよう
に、噴射ノズル８をデューティ（Ｄｕｔｙ）制御で開閉
制御して行う。
【００５０】この構成によれば、カートリッジ21内の加
圧ガスＰ又は還元剤供給ポンプ５によって、尿素水溶液
Ｌを噴射ノズル８に供給でき、エアボンベ７から得られ
る加圧空気Ａによって、尿素水溶液Ｌを微粒子化して噴
霧することができる。
【００５１】また、尿素水溶液Ｌをカートリッジ21に封
入しているので、蒸発等による濃度変化が無く、安定し
た濃度で還元剤を触媒３に適切な量供給でき、浄化効率
を良好に保つことができる。
【００５２】〔エアボンベの管理〕そして、加圧空気供
給源であるエアボンベ７の加圧空気Ａの圧力Ｐａが、低
下してくると、噴射ノズル８の噴霧の微粒子化機能が低
下するので、排気ガスの浄化効率が悪化する。そのため
の、エアボンベ７の空気圧力Ｐａが所定の警告圧力値Ｐ
ｗ以下になった時に警告を発生する圧力管理手段を備え
る。
【００５３】この圧力管理手段は、エアボンベ７と噴射
ノズル８を連結する空気供給管路32に設けられた圧力セ
ンサ34と、この圧力センサ34の検出値を入力して、空気
圧力Ｐａが予め設定されている所定の警告圧力値Ｐｗ以
下になった場合に、警告ランプ10ａによる警告を発生
し、運転者に、エアボンベ７の交換を促すように構成さ
れた演算部９ａとからなる。この演算部９ａは、通常
は、コントローラ９に組み込まれる。
【００５４】この警告圧力値Ｐｗは、予め噴霧不可能と
なる噴霧限界圧力を実験等により求め、交換までに要す
る消費量を見込んで余裕を持たせて、この噴霧限界圧力
よりある程度大きい値を警告圧力値Ｐｗとする。
【００５５】この圧力管理手段を設けることにより、エ
アボンベ７の空気圧力Ｐａが所定の微粒子化が可能な圧
力範囲から外れて、排気ガス浄化効率が悪化する前に、
警告ランプ10ａを点灯して、運転者にエアボンベ７の交
換を促す警告をすることができる。そのため、適切な時
期にエアボンベ７を交換し、十分な圧力の加圧空気Ａを
供給できるので、排気ガス浄化効率の悪化を防止でき
る。
【００５６】〔残存量の推定〕更に、カートリッジ21内
の尿素水溶液Ｌの残存量Ｗｓを推定し、必要に応じて運
転者等に警告するために、演算手段や重量センサ23等で
構成される残存量検知手段とカートリッジ21の交換を検
知する交換検知手段を設け、後述する図３〜図５に示す
フローにそれぞれ従うような演算及び制御を行う。
【００５７】この残存量検知手段と警告発生手段を設け
ることにより、正確な残存量Ｗｓを把握して、運転者に
残存量Ｗｓの表示又は交換を促す警告をすることができ
る。そのため、適切な時期にカートリッジ21を交換し液
体還元剤Ｌを供給できるので、液体還元剤Ｌの中断を防
止できる。
【００５８】更に、カートリッジ21の交換を検知する交
換検知手段を備えることにより、残存量Ｗｓの初期値を
所定の値にリセットできるので正確に残存量Ｗｓを推定
できる。また、カートリッジ21の交換が検知された時
に、カートリッジ21に加圧ガスＰが封入されている場合
は噴射ノズル８を、また、還元剤供給ポンプ５を使用す
る場合は噴射ノズル８と還元剤供給ポンプ５を、所定時
間の間、作動させることにより、供給管路22のエア抜き
を自動的に行うことができるので、エア噛みを防止して
噴射ノズル８の正確な作動を維持できる。
【００５９】〔空気圧及び残存量の推定（その１）〕最
初に、カートリッジ21の交換を検知する交換検知手段24
を設けた場合について説明する。
【００６０】この交換検知手段24は、空になったカート
リッジ21を取り外した時にＯＦＦになり、新しいカート
リッジ21を装着した時にＯＮとなるような、単純なＯＮ
／ＯＦＦスイッチ24で形成できる。この場合は、スイッ
チ24からコントローラ９への出力がＯＦＦ信号からＯＮ
信号に変化した時に、交換が行われた判断し、液体残存
量Ｗｓの初期値を工場出荷時の所定の量にリセットす
る。なお、ＯＮとＯＦＦを逆に設定してもよい。
【００６１】また、この構成では、残存量検知手段を、
噴射ノズル８の作動を制御するコントローラ９の制御信
号を積算し、この積算値から液体還元剤Ｌの消費量Ｗｃ
を計算することによって、残存量Ｗｓを算出するように
構成する。
【００６２】従って、簡単なＯＮ／ＯＦＦスイッチ24と
新たな残存量算出プログラムを追加するだけで、残存量
検知手段とすることができるので、新たに高価なセンサ
を設ける必要が無い。
【００６３】そして、この場合は、図３のフローに従っ
た演算及び制御を行う。この図３のフローの部分がメイ
ンの制御プログラムから所定の期間毎に繰り返し呼ば
れ、このフローがスタートすると、先ず、ステップＳ11
で、カートリッジ21内の尿素水溶液Ｌの残存量Ｗｓを算
出する。
【００６４】この残存量Ｗｓの算出は、このフローが呼
ばれる前の尿素水溶液Ｌの残存量（重量）Ｗｓから、消
費した重量Ｗｃを引き算して行う。この消費した重量Ｗ
ｃは、噴射ノズル８を開閉制御するデューティ（Ｄｕｔ
ｙ）信号のデューティ比を積算し、この積算値を噴霧量
に換算して、この換算値に尿素水溶液Ｌの比重を乗じて
求める。
【００６５】次に、ステップＳ12で、圧力センサ34によ
りエアボンベ７の空気圧力Ｐａを検出する。即ち、圧力
センサ34の検出値を取り込む。
【００６６】そして、ステップＳ13に行き、カートリッ
ジ21が交換されたか否かを、交換検知手段24の出力で判
定し、交換がなされたと判断された場合（YES ）には、
ステップＳ14で、残存量Ｗｓを初期化して所定量にリセ
ットし、ステップＳ15で、所定時間の間、例えば、数秒
間程度、噴射ノズル８又は噴射ノズル８と還元剤供給ポ
ンプ５を作動させる信号を出力して、供給管路22のエア
抜きをしてからステップＳ16に行き、カートリッジ21の
交換がなされていない場合（NO）にはそのままステップ
Ｓ16に行く。
【００６７】なお、この供給管路22のエア抜きは、カー
トリッジ21を交換した時に、供給管路22にエアが入るの
で、噴射ノズル８にエアが噛んで正確な噴射が出来なく
なることを防ぐために行うものであり、エア抜きバルブ
（図示しない）を設けて、このエア抜きバルブを所定の
時間開放してもよい。
【００６８】そして、カートリッジ21の交換を督促する
警告をするか否かの判定のための演算を行う。この演算
は、先ず、ステップＳ16で、現在の残存量Ｗｓから、交
換無しで走行可能な距離Ｄｐを推定演算し、ステップＳ
17で、この走行可能な距離Ｄｐが所定のしきい値である
警告距離Ｄｗより小さくなったか否かを判定する。
【００６９】この走行可能な距離Ｄｐは、例えば、６０
ｋｍ／ｈの一定の基準速度（平地）で走行した場合の単
位時間当たりの尿素水溶液Ｌの消費量Ｗａを予め入力し
たデータか、あるいは、実際の走行時に蓄積したデータ
から推定して、この消費量Ｗａで残存量Ｗｓを除するこ
とにより、即ち、Ｄｐ＝Ｗｓ／Ｗａとすることにより算
出することができる。また、警告距離Ｄｗとしては、交
換までに走行を要する標準的な距離、例えば、５０ｋｍ
等を採用する。
【００７０】そして、走行可能な距離Ｄｐが警告距離Ｄ
ｗ以下でない場合（NO）には、そのまま、ステップＳ19
に行き、以下である場合（YES ）には、ステップＳ18
で、警告ランプ10ｂを点灯し、運転者に、カートリッジ
21内の尿素水溶液Ｌが少なくなっていることを知らせ、
交換を促す。
【００７１】次に、ステップＳ19で、エアボンベ７の空
気圧力Ｐａが所定の警告圧力値Ｐｗ以下か否かの判定を
し、空気圧力Ｐａが警告圧力値Ｐｗ以下でない場合（N
O）には、そのまま、リターンして、メインの制御に戻
り、以下である場合（YES ）には、ステップＳ20で警告
ランプ10ａを点灯し、運転者に、エアボンベ７内の加圧
空気Ａが少なくなっていることを知らせ、エアボンベ７
の交換を促す。
【００７２】それから、リターンして、メインの制御に
戻る。なお、警告ランプ10ａ，10ｂの代わりに音声で警
告してもよく、音声と警告ランプ10ａ，10ｂを併用して
もよい。
【００７３】また、警告距離Ｄｗを走行した場合に消費
すると推定される尿素水溶液Ｌの量を所定の下限量Ｗｐ
として予め算出しておき、ステップＳ16とステップＳ17
の代わりに、直接、残存量Ｗｓと所定の下限値Ｗｐとを
比較して、残存量Ｗｓが所定の下限量Ｗｐ以下になった
時に、ステップＳ18に行き警告を発生するように構成す
ることもできる。
【００７４】〔空気圧及び残存量の推定（その２）〕次
に、上記の交換検知手段21が配設されず、カートリッジ
21の重量を測定するための重量センサ23が配設され、こ
のカートリッジ21の重量を測定し、その結果をコントロ
ーラ９に出力するように構成した場合について説明す
る。
【００７５】この重量センサ23を使用する場合には、尿
素水溶液Ｌが十分残っている時に、一旦取り外してから
戻した場合や、残留量が新品の量とは異なる中古品のカ
ートリッジ21を取り付けたりした場合に生じる、残存量
の誤った推定を回避することができる。また、直接的に
液体還元剤Ｌの量を測定できるので、誤差の少ないより
きめ細かい管理ができる。
【００７６】そして、この場合は、図４のフローに従っ
た演算及び制御を行う。この図４のフローの部分がメイ
ンの制御プログラムから所定の期間毎に繰り返し呼ば
れ、スタートすると、先ず、ステップＳ31で、カートリ
ッジ21の総重量Ｃｗを検出し、カートリッジ21本体の重
量（加圧ガスの重量を含む）を引き算し残存量Ｗｓを算
出する。
【００７７】次に、ステップＳ32で、圧力センサー34に
よりエアボンベ７の空気圧力Ｐａを検出する。
【００７８】そして、ステップＳ33で、この重量Ｃｗが
工場出荷時と同じ重さか否か、即ち、所定の重量Ｃｏ以
上か否かを判定し、以上（YES ）であれば、ステップＳ
34に行き、カートリッジ21が交換されたとして所定時間
の間、噴射ノズル８、又は、噴射ノズル８と還元剤供給
ポンプ５を作動させる信号を出力してからステップＳ35
に行き、以下（NO）であれば、カートリッジ21の交換が
なされていないとしてそのままステップＳ35に行く。
【００７９】そして、ステップＳ35からステップＳ37で
カートリッジ21の交換を督促する警告をするか否かの判
定のための演算をするが、この演算は、上記の図３のフ
ローのステップＳ16からステップＳ18と同様であるの
で、説明を省く。
【００８０】また、ステップＳ38からステップＳ39でエ
アボンベ７の空気圧力Ｐａをチェックしてエアボンベ７
の交換の警告をする点についても、上記の図３のフロー
のステップＳ19からステップＳ20と同様であるので、説
明を省く。
【００８１】〔空気圧及び残存量の推定（その３）〕更
に、カートリッジ21の交換の有無を検知できるように、
交換検知手段24と、カートリッジ21の重量を測定するた
めの重量センサ23とが共に配設された場合について説明
する。
【００８２】この場合のメリットは、図４のフローに従
う重量センサ23のみ設置した場合では、所定時間の間の
エア抜き用の噴射ノズル８の作動を繰り返し行わないよ
うにするために、新品のカートリッジ21の重さとエア抜
き作動後の重さとの差を検知できる高精度の重量センサ
23が必要になるが、図５のフローのように、交換検知手
段24を加えた場合には、エア抜き用の噴射はこの交換検
知手段24に基づいてのみ行うので、重量センサ23では残
存量Ｗｓがある程度の精度で分かれば良いことになり、
安価な重量センサ23で済み、高価な重量センサ23が不要
になる点である。
【００８３】また、カートリッジ21の充填量及び濃度
は、カートリッジ製造メーカーが工場の品質管理で所定
の値になるように正確に管理して出荷するので、カート
リッジ21の交換時に残存量の初期値をこの所定の値にリ
セットすることにより、より正確な残存量の推定が可能
となる。
【００８４】そして、この場合には図５のフローに従っ
た演算及び制御を行う。この図５のフローの部分がメイ
ンの制御プログラムから所定の期間毎に繰り返し呼ば
れ、スタートすると、ステップＳ41で、重量センサ23で
カートリッジ21の総重量Ｃｗを検出し、カートリッジ21
本体の重量（加圧ガスの重量も含む）を引き算し残存量
Ｗｓを算出する。
【００８５】次に、ステップＳ42で、圧力センサ34によ
りエアボンベ７の空気圧力Ｐａを検出する。
【００８６】そして、ステップＳ43で、交換検知手段に
よりカートリッジ21が交換されたか否かを判定し、交換
がなされたと判断された場合（YES ）には、ステップＳ
44で、所定時間の間、噴射ノズル８又は噴射ノズル８と
還元剤供給ポンプ５を作動させる信号を出力してから、
ステップＳ45に行き、カートリッジ21の交換がなされて
いない場合（NO）にはそのままステップＳ45に行く。
【００８７】そして、ステップＳ45からステップＳ47で
カートリッジ21の交換を督促する警告をするか否かの判
定のための演算をするが、この演算は、上記の図３のフ
ローのステップＳ16からステップＳ18と同様であるの
で、説明を省く。
【００８８】また、ステップＳ48からステップＳ49でエ
アボンベ７の空気圧力Ｐａをチェックしてエアボンベ７
の交換の警告をする点についても、上記の図３のフロー
のステップＳ19からステップＳ20と同様であるので、説
明を省く。
【００８９】なお、以上の説明では、自動車等のエンジ
ンの排気ガス浄化を例に、また、液体還元剤として尿素
水溶液を例にして説明したが、これらの内燃機関以外の
例えば燃焼炉等の他の排気ガスの浄化にも本発明を使用
でき、また、液体還元剤に関しても、上述の尿素水溶液
やアンモニア水溶液等の還元剤を溶解した水溶液や、液
体アンモニア等の還元剤自体が液状であるものにも使用
できるので、本発明は上記した実施の形態のみに限定さ
れるものではない。
【００９０】
【発明の効果】以上の説明のように、本発明に係る排気
浄化システムによれば、次のような効果を奏することが
できる。
【００９１】液体還元剤を交換可能なカートリッジに封
入し、カートリッジから供給される液体還元剤の微粒子
化を加圧空気供給源から供給される加圧空気によって行
うので、供給される液体還元剤の粒径を非常に微細にす
ることができ、排気ガスの浄化性能を向上させることが
できる。
【００９２】また、液体還元剤をカートリッジに封入し
ているので、還元剤の蒸発等による液体還元剤の濃度変
化が無く、安定した濃度で還元剤を触媒に適切な量供給
でき、浄化効率を良好に保ち、アンモニアスリップを防
ぐことができる。
【００９３】従って、加圧空気により液体還元剤を微粒
子化できるので、効率良く排気ガスの浄化を行うことが
でき、また、液体還元剤の無駄が無くなる。
【００９４】また、加圧空気供給源を交換可能なエアボ
ンベで形成したので、装置がシンプルになるとともに、
保守管理が簡単となり、しかも、エンジン等の燃費への
影響が無くなり、更に、エアボンベの空気圧力が所定の
警告圧力値以下になった時に警告を発生する圧力管理手
段を備えたので、微粒子化が低下する前の適切な時期
に、エアボンベを交換することができ、常に、液体還元
剤を浄化効率の高い状態で触媒に供給できる。
【００９５】その上、液体還元剤に関して、残存量検知
手段と警告発生手段を設けることにより、正確な残存量
を把握して、運転者に残存量の表示又は交換を促す警告
をすることができる。そのため、液体還元剤の管理を確
実に行えるようになり、適切な時期にカートリッジを交
換し液体還元剤を供給できるので、液体還元剤の中断に
よる排気ガス浄化不良を回避できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る排気浄化システムの加圧ガスを封
入したカートリッジを使用した場合の実施の形態を示す
構成図である。
【図２】本発明に係る排気浄化システムの還元剤供給ポ
ンプを使用した場合の実施の形態を示す構成図である。
【図３】カートリッジに対する交換検出手段を使用した
本発明に係る排気浄化システムの制御フローを示す図で
ある。
【図４】カートリッジに対する重量検出手段を使用した
本発明に係る排気浄化システムの制御フローを示す図で
ある。
【図５】カートリッジに対する交換検出手段と重量検出
手段を使用した本発明に係る排気浄化システムの制御フ
ローを示す図である。
【図６】従来技術の排気浄化システムを示す構成図であ
る。
【符号の説明】
１，１Ａ 排気浄化システム ２ 排気通路 ３ ＳＣＲ触媒（触媒） ７ エアボンベ（加圧空気供給源） ８ エアアシストタイプの噴射ノズル ９ コントローラ（残存量検知手段） 10ａ，10ｂ 警告ランプ（警告発生手段） 21 カートリッジ 22 供給管路 23 重量センサ（残存量検知手段） 24 ＯＮ／ＯＦＦスイッチ（交換検知手段） 34 圧力センサ Ｇ 排気ガス Ｌ 尿素水溶液（液体還元剤） Ｐ 加圧ガス Ｐａ 空気圧力 Ｐｗ 所定の警告圧力値 Ｗｓ 残存量 Ｗｃ 消費量 Ｗｐ 所定の下限量
フロントページの続き Ｆターム(参考） 3G091 AA02 AA04 BA14 BA31 CA15 CA17 CB08 DB10 DC05 EA00 EA22 GA01 GA06 GB01W GB01X GB06W GB10W GB10X GB16X 4D048 AA06 AB02 AC03 AC04 BA07X BA23X BA25X BA26X BA28X BA30X BA35X BA36X BA41X BB01 BB02 CC61 DA01 DA02 DA10

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 内燃機関等の排気通路に、上流側から順
    に噴射ノズルと排気ガス浄化用の触媒を配置し、前記噴
    射ノズルより液体還元剤を噴霧して前記触媒に供給し
    て、排気ガス中の窒素酸化物を還元浄化する排気浄化シ
    ステムにおいて、前記液体還元剤を交換可能なカートリ
    ッジに貯蔵し、前記噴射ノズルを、加圧空気供給源から
    供給される加圧空気によって前記液体還元剤を霧状にし
    て噴射するエアアシストタイプの噴射ノズルで構成した
    ことを特徴とする排気浄化システム。
  2. 【請求項２】 前記加圧空気供給源をエアボンベで形成
    するとともに、該エアボンベの空気圧力が所定の警告圧
    力値以下になった時に警告を発生する圧力管理手段を有
    することを特徴とする請求項１記載の排気浄化システ
    ム。
  3. 【請求項３】 前記カートリッジ内の前記液体還元剤の
    残存量を検知する残存量検知手段と、前記残存量が所定
    の下限量以下になった時に警告を発生する警告発生手段
    を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の排気
    浄化システム。
  4. 【請求項４】 前記残存量検知手段が、前記噴射ノズル
    の作動を制御する制御信号を積算し、該積算値から前記
    液体還元剤の消費量を計算することによって、残存量を
    算出する演算手段で構成されることを特徴とする請求項
    ３記載の排気浄化システム。
  5. 【請求項５】 前記残存量検知手段が、前記カートリッ
    ジの重量を検出する重量センサと、該重量センサの信号
    から前記液体還元剤の残存量を算出する演算手段で構成
    されることを特徴とする請求項３記載の排気浄化システ
    ム。
  6. 【請求項６】 前記カートリッジの交換を検知する交換
    検知手段を有し、該交換検知手段によって前記カートリ
    ッジの交換が検知された時に、所定時間の間前記カート
    リッジから前記噴射ノズルへ前記液体還元剤を供給する
    ための供給管路のエア抜きを行うことを特徴とする請求
    項１〜５のいずれかに記載の排気浄化システム。
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