JPH05302509A

JPH05302509A - 排ガス浄化装置

Info

Publication number: JPH05302509A
Application number: JP4152803A
Authority: JP
Inventors: Seiji Harufuji; 聖二春藤; Mitsuru Hosoya; 満細谷; Isamu Yoshida; 勇吉田; Yasuyuki Tomono; 靖幸伴野
Original assignee: Hino Motors Ltd
Current assignee: Hino Motors Ltd
Priority date: 1992-02-24
Filing date: 1992-05-20
Publication date: 1993-11-16
Anticipated expiration: 2014-01-20
Also published as: JP2847594B2

Abstract

(57)【要約】【目的】運転状態に応じて、ディーゼル・エンジンの
排ガスに含まれるＮＯ_xを効率的に低減処理する。【構成】排気管４２の途中に配置されるＮＯ_x還元触
媒１２と、その触媒１２の上流側でその排気管４２に配
置される還元剤フィード・ノズル１３と、そのノズル１
３に還元剤３２を供給する還元剤フィード・ポンプ１５
と、その還元剤３２を遮断する電磁弁１７と、その還元
剤３２の流量を変える流量調整弁１８とを備え、コント
ローラ２２がエンジン回転数、エンジン負荷、および、
触媒入口側排ガス温度に応じて、そのポンプ１５、電磁
弁１７、および、流量調整弁１８を制御するところであ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、ディーゼル・エンジ
ンの排ガスに含まれるＮＯ_xを低減する排ガス浄化装置
に関する。

【０００２】

【背景技術】ガソリン・エンジンの排ガスの浄化には、
三元触媒、例えば、白金−ロジウム系触媒が知られてい
るが、ディーゼル・エンジンの排ガスには、酸素が多量
に含まれるので、その種の三元触媒は使用できないのが
現状である。

【０００３】

【発明の課題】この発明の課題は、ディーゼル・エンジ
ンの運転状態に応じて、そのディーゼル・エンジンの排
ガスに含まれるＮＯ_xを効率的に低減処理するところの
排ガス浄化装置の提供にある。

【０００４】

【課題に相応する手段およびそれの作用】この発明は、
ディーゼル・エンジンの排気管の途中に配置されるＮＯ
_x還元触媒と、そのＮＯ_x還元触媒の上流側でその排気
管に配置される還元剤フィード・ノズルと、その還元剤
フィード・ノズルに還元剤タンクを接続する還元剤フィ
ード・パイプに配置される還元剤フィード・ポンプと、
その還元剤フィード・ノズルおよび還元剤フィード・ポ
ンプの間でその還元剤フィード・パイプに配置される電
磁弁と、その還元剤フィード・ポンプおよび電磁弁の間
でその還元剤フィード・パイプに配置される流量調整弁
と、エンジン回転数、エンジン負荷、および、触媒入口
側排ガス温度に応じて、その還元剤フィード・ポンプ、
電磁弁、および、流量調整弁を制御するコントローラと
を含み、そのディーゼル・エンジンの運転状態に適合す
る最適量で還元剤を排ガスに供給し、その排ガスに含ま
れるＮＯ_xを処理するところである。

【０００５】また、この発明は、ガス入口およびガス出
口を有してディーゼル・エンジンの排気管の途中に接続
されるケーシング、および、そのケーシング内に配置さ
れるＮＯ_x還元触媒で組み立てられる触媒コンバータ
と、ＮＯ_x還元触媒の上流側で、そのケーシングおよび
排気管の何れか一方に配置される還元剤フィード・ノズ
ルと、その還元剤フィード・ノズルに還元剤タンクを接
続する還元剤フィード・パイプに配置される還元剤フィ
ード・ポンプと、その還元剤フィード・ノズルおよび還
元剤フィード・ポンプの間でその還元剤フィード・パイ
プに配置される還元剤流量調整弁と、その還元剤フィー
ド・ノズルに空気圧源を接続するエア・フィード・パイ
プに配置される空気流量調整弁と、エンジン回転数、エ
ンジン負荷、触媒入口側排ガス温度、および、排ガスの
酸素濃度に応じて、その還元剤フィード・ポンプ、還元
剤流量調整弁、および、空気流量調整弁を制御するコン
トローラとを含み、そのディーゼル・エンジンの運転状
態に適合する最適量で還元剤を排ガスに供給し、その排
ガスに含まれるＮＯ_xを処理するところである。

【０００６】

【具体例の説明】以下、この発明の排ガス浄化装置の特
定された具体例について、図面を参照して説明する。図
１および図２は、トラックに搭載されたディーゼル・エ
ンジン４０の排気系統に使用されたこの発明の排ガス浄
化装置の具体例１０を示している。この排ガス浄化装置
１０は、そのディーゼル・エンジン４０の排気管４２の
途中に接続されたケーシング１１と、そのケーシング１
１内に配置されたＮＯ_x還元触媒１２と、そのケーシン
グ１１の上流側でその排気管４２に配置された還元剤フ
ィード・ノズル１３と、その還元剤フィード・ノズル１
３に還元剤タンク１４を接続したところの還元剤フィー
ド・パイプ１６に配置された還元剤フィード・ポンプ１
５と、その還元剤フィード・ノズル１３および還元剤フ
ィード・ポンプ１５の間でその還元剤フィード・パイプ
１６に配置された電磁弁１７と、その還元剤フィード・
ポンプ１５および電磁弁１７の間でその還元剤フィード
・パイプ１６に配置された流量調整弁１８と、還元剤リ
ターン・パイプ１９と、その還元剤リターン・パイプ１
９に配置された電磁弁２０および流量調整弁２１と、エ
ンジン回転数、エンジン負荷、および、触媒入口側排ガ
ス温度に応じて、その還元剤フィード・ポンプ１５、電
磁弁１７，２０、および、流量調整弁１８，２１を制御
するコントローラ２２とで構成されたところで製造され
た。

【０００７】そのケーシング１１は、ガス入口２６およ
びガス出口２７を備えてその排気管４２の途中にそのガ
ス入口２６およびガス出口２７をフランジ結合し、そし
て、そのＮＯ_x還元触媒１２は、両端が開放された多数
のセルからなるフロー・スルー型ハニカムにコーディエ
ライトから成形されたハニカム・キャリアに金属イオン
交換ゼオライトを担持させて製造された。その金属イオ
ン交換ゼオライトのためのゼオライトとしては、人造あ
るいは天然のゼオライトが良く、また、金属としては、
Ｃｕ，Ｆｅ，Ｎｉ，Ｃｏ，Ｍｎなどであり、そして、そ
の金属イオン交換ゼオライトは、それらにアルミナゾ
ル、または、硝酸アルミニウム、シリカゾル等のバイン
ダーを加えてそのハニカム・キャリアにコーティングさ
れた組成である。

【０００８】その還元剤フィード・ノズル１３は、図２
から理解されるように、その排気管４２に穴明けされた
組込み口４３を通って管内に伸長される支持管２８の先
端にねじ結合されてある。そして、その支持管２８は、
予め、盲カバー４４に溶接されてあるので、その還元剤
フィード・ノズル１３は、その盲カバー４４がその組込
み口４３を塞いだ状態にその排気管４２にねじ止めされ
ると、その排気管４２内にセットされる。勿論、その支
持管２８は、根元にその還元剤フィード・パイプ１６を
結合させてその還元剤タンク１４に満された軽油３２を
その還元剤フィード・ノズル１３に導く。また、この還
元剤フィード・ノズル１３は、図３に示されたように、
パイプ３０に多数の噴口３１を穴明けした還元剤フィー
ド・ノズル２９が使用されてもよい。

【０００９】その還元剤フィード・ポンプ１５は、電動
モータ３３を備え、そして、その電動モータ３３で運転
される電動ポンプが使用された。

【００１０】そのコントローラ２２は、エンジン回転
数、エンジン負荷、および、触媒入口側排ガス温度に応
じてその還元剤フィード・ポンプ１５を運転および停止
し、同時に、その電磁弁１７，２０を開閉制御し、そし
て、その電磁弁１７，２０が開かれている際に、その流
量調整弁１８，２１の弁開度を調整して排気管４２内に
流れる排ガスに霧状に加えられる軽油量をそのディーゼ
ル・エンジン４０の運転状態に適合させ、その排ガスに
含まれるＮＯ_xがそのＮＯ_x還元触媒１２上で高効率で
処理されて低減されるように動作する。

【００１１】さらに具体的に述べるに、そのコントロー
ラ２２は、マイクロ・コンピュータで、入力回路に回転
センサ２３、負荷センサ２４、および、温度センサ２５
を電気的に接続し、一方、出力回路にその還元剤フィー
ド・ポンプ１５の電動モータ３３、電磁弁１７，２０の
ソレノイド・コイル３４，３６、および流量調整弁１
８，２１のソレノイド・コイル３５，３７に電気的に接
続し、そして、予めメモリに入力した制御パターンに基
づいて、その還元剤フィード・ポンプ１５を運転および
停止し、その電磁弁１７，２０を開閉し、そして、その
流量調整弁１８，２１を絞り調整する。勿論、その制御
パターンは、そのディーゼル・エンジン４０の回転数、
負荷、および、温度に応じて排ガスに含まれるＮＯ_xの
排出量で決定されてある。

【００１２】その回転センサ２３は、そのディーゼル・
エンジン４０のクランク・シャフトに、その負荷センサ
２４は、そのディーゼル・エンジン４０の燃料噴射ポン
プのコントローラ・ラックにそれぞれ配置され、また、
その温度センサ２５は、その還元剤フィード・ノズル１
３よりも上流側でその排気管４２に配置された。

【００１３】次に、上述されたその排ガス浄化装置１０
の動作について、説明する。今、そのディーゼル・エン
ジン４０が運転されてそのトラックが走行されている
と、そのディーゼル・エンジン４０の排ガスは、排気マ
ニホルド４１を経てその排気管４２の上流側に流れ、そ
して、そのケーシング１１に順次に流れ、そのケーシン
グ１１内では、そのＮＯ_x還元触媒１２上に流れ、さら
に、その排気管４２の下流側に流れて大気中に放出され
るので、そのコントローラ２２は、その回転センサ２
３、負荷センサ２４および温度センサ２５から電気信号
を入力し、その信号をその制御パターンに対比させてそ
の還元剤フィード・ポンプ１５、電磁弁１７，２０およ
び流量調整弁１８，２１のための出力電流がその制御パ
ターンから読み取られ、そして、その読み取られた出力
電流をその電動モータ３３およびソレノイド・コイル３
４，３５，３６，３７に流す。

【００１４】そのように、出力電流が、その電動モータ
３３およびソレノイド・コイル３４，３５，３６，３７
に与えられるので、その還元剤フィード・ポンプ１５が
運転され、その電磁弁１７，２０が開かれ、そして、同
時に、その流量調整弁１８，２１がそのディーゼル・エ
ンジン４０の運転状態に適合されて弁開度を絞り調整さ
れるので、その還元剤フィード・ポンプ１５から吐き出
された軽油の一部分であって最適量の軽油がその還元剤
フィード・ノズル１３によってその排ガスに噴射され、
同時に、その軽油の残りの部分は、その還元剤リターン
・パイプ１９を流れてその還元剤タンク１４に戻され
る。そのようにして、その最適量の軽油が混合されたそ
の排ガスは、そのケーシング１１内に流れ込み、そのＮ
Ｏ_x還元触媒１２を通過する際、その排ガスに含まれる
ＮＯ_xは、そのＮＯ_x還元触媒１２上でその軽油によっ
て還元された。その結果、その排ガスはＮＯ_xが低減さ
れ、そのようにして浄化され、その排気管４２の下流側
に流れて大気中に放出された。

【００１５】上述された排ガス浄化装置１０では、ＮＯ
_x還元剤として、軽油が使用されたが、そのＮＯ_x還元
剤には、エンジン・オイル、所謂、潤滑油が使用可能で
あって、この場合、そのディーゼル・エンジン４０の排
ガスに噴霧される潤滑油は少量で効果が得られた。すな
わち、そのＮＯ_x還元触媒１２が銅−ゼオライトで、触
媒温度を４００℃に保ち、そして、そのＮＯ_x還元触媒
１２の入口直前において、そのディーゼル・エンジン４
０の排ガスにその潤滑油を少量づつ噴霧状に供給しなが
らその排ガスをそのＮＯ_x還元触媒１２に通過させたと
ころ、ＮＯ_x除去率が４０％であった。

【００１６】図４は、トラックに搭載されたディーゼル
・エンジン７０の排気系統に使用されたこの発明の排ガ
ス浄化装置の他の具体例５０を示している。この排ガス
浄化装置５０は、ＮＯ_x還元触媒１２を内蔵してそのデ
ィーゼル・エンジン７０の排気管７２の途中に接続され
た触媒コンバータ５１と、そのＮＯ_x還元触媒１２の上
流側でその触媒コンバータ５１内に配置された還元剤フ
ィード・ノズル１３と、その還元剤フィード・ノズル１
３に燃料タンク７３を接続した還元剤フィード・パイプ
５５に配置された還元剤フィード・ポンプ１５と、その
還元剤フィード・ノズル１３および還元剤フィード・ポ
ンプ１５の間でその還元剤フィード・パイプ５５に配置
された還元剤流量調整弁５６と、その還元剤フィード・
ノズル１３にエア・タンク７４を接続したエア・フィー
ド・パイプ５７に配置された空気流量調整弁５８と、エ
ンジン回転数、エンジン負荷、触媒入口側排ガス温度、
および、排ガスの酸素濃度に応じて、その還元剤フィー
ド・ポンプ１５、還元剤流量調整弁５６、および、空気
流量調整弁５８を制御するコントローラ５９とで構成さ
れたところで製造された。

【００１７】その触媒コンバータ５１は、ガス入口５３
およびガス出口５４を備えたケーシング５２、および、
そのケーシング５２内に配置されたそのＮＯ_x還元触媒
１２で組み立てられ、そして、そのケーシング５２はそ
の排気管７２には、そのガス入口５３およびガス出口５
４をフランジ結合させてその排気管７２の途中に接続さ
れた。

【００１８】そのコントローラ５９は、エンジン回転
数、エンジン負荷、触媒入口側排ガス温度、および、排
ガス酸素濃度に応じてその還元剤フィード・ポンプ１５
を運転および停止し、同時に、その還元剤流量調整弁５
６、および、空気流量調整弁５８の弁開度を調整して、
その触媒コンバータ５１内に流入された排ガスに霧状に
加えられる軽油量をそのディーゼル・エンジン７０の運
転状態に適合させ、その排ガスに含まれるＮＯ_xがその
ＮＯ_x還元触媒１２上で処理されて低減されるように動
作する。

【００１９】すなわち、このコントローラ５９は、マイ
クロ・コンピュータで、入力回路に回転センサ６０、負
荷センサ６１、温度センサ６２、および、酸素センサ６
３を電気的に接続し、一方、出力回路にその還元剤フィ
ード・ポンプ１５の電動モータ３３、還元剤流量調整弁
５６のソレノイド・コイル６４、および、空気流量調整
弁５８のソレノイド・コイル６５に電気的に接続し、そ
して、予めメモリに入力した制御パターンに基づいて、
その還元剤フィード・ポンプ１５を運転および停止し、
その還元剤流量調整弁５６および空気流量調整弁５８を
絞り調整する。勿論、その制御パターンは、そのディー
ゼル・エンジン７０の回転数、負荷、温度に応じて排ガ
スに含まれるＮＯ_xの排出量、および、その排ガスに含
まれる酸素濃度で決定されてある。

【００２０】その回転センサ６０は、そのディーゼル・
エンジン７０のクランク・シャフトに、その負荷センサ
６１は、そのディーゼル・エンジン７０の燃料噴射ポン
プ７１のコントロール・ラックにそれぞれ配置され、ま
た、その温度センサ６２は、その触媒コンバータ５１の
ガス入口５３に、その酸素センサ６３は、その触媒コン
バータ５１よりも上流側でその排気管７２にそれぞれ配
置された。勿論、その温度センサ６２は、その触媒コン
バータ５１よりも上流側でその排気管７２に配置されて
もよい。

【００２１】上述の排ガス浄化装置５０は、前述の排ガ
ス浄化装置１０と同様に動作され、特に、排ガスに供給
される軽油が最適量になって、より微細に霧化され、そ
のディーゼル・エンジン７０の運転状態により適合され
た動作が行なわれた。

【００２２】先のように、図面を参照して説明されたこ
の発明の具体例から明らかであるように、この発明の属
する技術の分野における通常の知識を有する者にとっ
て、この発明の内容は、その発明の課題を成し遂げるた
めにその発明の成立に必須であってその発明の性質であ
るところのその発明の技術的本質に由来し、そして、そ
れを内在させると客観的に認められる態様に容易に具体
化される。

【００２３】

【発明の便益】上述から理解されるように、この発明の
排ガス浄化装置は、ディーゼル・エンジンの排気管の途
中に配置されるＮＯ_x還元触媒と、そのＮＯ_x還元触媒
の上流側でその排気管に配置される還元剤フィード・ノ
ズルと、その還元剤フィード・ノズルに還元剤タンクを
接続する還元剤フィード・パイプに配置される還元剤フ
ィード・ポンプと、その還元剤フィード・ノズルおよび
還元剤フィード・ポンプの間でその還元剤フィード・パ
イプに配置される電磁弁と、その還元剤フィード・ポン
プおよび電磁弁の間でその還元剤フィード・パイプに配
置される流量調整弁とを備え、そして、コントローラ
が、エンジン回転数、エンジン負荷、および、触媒入口
側排ガス温度に応じて、その還元剤フィード・ポンプ、
電磁弁、および、流量調整弁を制御するので、この発明
の排ガス浄化装置では、還元剤がそのディーゼル・エン
ジンの運転状態に適合する最適量で排ガスに供給可能に
なり、その排ガスに含まれるＮＯ_xが効率的に低減処理
され、そのＮＯ_x還元触媒の反応が十分でＮＯ_x浄化率
の低下が抑制され、ディーゼル・エンジンの排ガスが酸
素を多量に含むにもかかわらず、ＮＯ_xが触媒で処理可
能になり、そして、排ガス浄化性能が高められ、それに
伴って、小型軽量化が可能になり、その結果、ディーゼ
ル・エンジンを搭載する自動車にとって非常に有用で実
用的である。

【００２４】また、この発明の排ガス浄化装置は、ガス
入口およびガス出口を有してディーゼル・エンジンの排
気管の途中に接続されるケーシング、および、そのケー
シング内に配置されるＮＯ_x還元触媒で組み立てられる
触媒コンバータと、ＮＯ_x還元触媒の上流側で、そのケ
ーシングおよび排気管の何れか一方に配置される還元剤
フィード・ノズルと、その還元剤フィード・ノズルに還
元剤タンクを接続する還元剤フィード・パイプに配置さ
れる還元剤フィード・ポンプと、その還元剤フィード・
ノズルおよび還元剤フィード・ポンプの間でその還元剤
フィード・パイプに配置される還元剤流量調整弁と、そ
の還元剤フィード・ノズルに空気圧源を接続するエア・
フィード・パイプに配置される空気流量調整弁とを備
え、そして、コントローラが、エンジン回転数、エンジ
ン負荷、触媒入口側排ガス温度、および、排ガスの酸素
濃度に応じて、その還元剤フィード・ポンプ、還元剤流
量調整弁、および、空気流量調整弁を制御するので、こ
の発明の排ガス浄化装置では、還元剤がそのディーゼル
・エンジンの運転状態に適合する最適量で微細に霧化さ
れて排ガスに供給可能になり、その排ガスに含まれるＮ
Ｏ_xが効率的に低減処理され、そのＮＯ_x還元触媒の反
応が十分でＮＯ_x浄化率が向上されて還元剤消費が低減
され、ディーゼル・エンジンの排ガスが酸素を多量に含
むにもかかわらず、ＮＯ_xが触媒で処理可能になり、そ
して、小型軽量化が可能になり、その結果、ディーゼル
・エンジンを搭載する自動車にとって非常に有用で実用
的である。

【図面の簡単な説明】

【図１】トラックに搭載されたディーゼル・エンジンの
排気系統に使用されたこの発明の排ガス浄化装置の具体
例を示す概説図である。

【図２】図１に示された排ガス浄化装置を還元剤フィー
ド・ノズルを配置した排気管の部分断面図である。

【図３】他の還元剤フィード・ノズルを配置した排気管
の部分断面図である。

【図４】トラックに搭載されたディーゼル・エンジンの
排気系統に使用されたこの発明の排ガス浄化装置の他の
具体例を示す概説図である。

【符号の説明】

１２ＮＯ_x還元触媒１３還元剤フィード・ノズル１５還元剤フィード・ポンプ１７電磁弁１８流量調整弁２２コントローラ５１触媒コンバータ５６還元剤流量調整弁５８空気流量調整弁５９コントローラ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者伴野靖幸東京都日野市日野台３丁目１番地１日野自動車工業株式会社日野工場内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ディーゼル・エンジンの排気管の途中に
配置されるＮＯ_x還元触媒と、そのＮＯ_x還元触媒の上
流側でその排気管に配置される還元剤フィード・ノズル
と、その還元剤フィード・ノズルに還元剤タンクを接続
する還元剤フィード・パイプに配置される還元剤フィー
ド・ポンプと、その還元剤フィード・ノズルおよび還元
剤フィード・ポンプの間でその還元剤フィード・パイプ
に配置される電磁弁と、その還元剤フィード・ポンプお
よび電磁弁の間でその還元剤フィード・パイプに配置さ
れる流量調整弁と、エンジン回転数、エンジン負荷、お
よび、触媒入口側排ガス温度に応じて、その還元剤フィ
ード・ポンプ、電磁弁、および、流量調整弁を制御する
コントローラとを含む排ガス浄化装置。
【請求項２】ガス入口およびガス出口を有してディー
ゼル・エンジンの排気管の途中に接続されるケーシン
グ、および、そのケーシング内に配置されるＮＯ_x還元
触媒で組み立てられる触媒コンバータと、ＮＯ_x還元触
媒の上流側で、そのケーシングおよび排気管の何れか一
方に配置される還元剤フィード・ノズルと、その還元剤
フィード・ノズルに還元剤タンクを接続する還元剤フィ
ード・パイプに配置される還元剤フィード・ポンプと、
その還元剤フィード・ノズルおよび還元剤フィード・ポ
ンプの間でその還元剤フィード・パイプに配置される還
元剤流量調整弁と、その還元剤フィード・ノズルに空気
圧源を接続するエア・フィード・パイプに配置される空
気流量調整弁と、エンジン回転数、エンジン負荷、触媒
入口側排ガス温度、および、排ガスの酸素濃度に応じ
て、その還元剤フィード・ポンプ、還元剤流量調整弁、
および空気流量調整弁を制御するコントローラとを含む
排ガス浄化装置。
【請求項３】軽油、エンジン・オイルなどから選択さ
れる還元剤を使用する第１項または第２項記載の排ガス
浄化装置。