發動機的排氣淨化裝置的製作方法
2023-12-03 21:03:46
專利名稱：發動機的排氣淨化裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種使用液體還原劑還原淨化排氣中的氮氧化物(NOx)的發動機排氣淨化裝置(以下稱為「排氣淨化裝置」)，特別是涉及抑制NOx的還原淨化不良的技術。
背景技術：
作為去除包含在發動機排氣中的NOx的排氣淨化裝置，提出有日本特開2000-27627號公報中記載的裝置。這樣的排氣淨化裝置中，為在氧氣過量的氣氛下將NOx轉化為無害的氮氣(N2)、氧氣(O2)等而在發動機排氣通道上配置了NOx還原催化劑。另外，為了提高NOx還原催化劑中的NOx淨化效率，採用了在NOx還原催化劑的排氣上遊，根據發動機的運轉狀態、從噴嘴噴射供給所需量的液體還原劑的結構。
在這樣的排氣淨化裝置中，存在如下情況 當由於排氣熱而使得噴嘴成為高溫時，液體還原劑的噴射供給停止時，水分從殘留在噴嘴內部的液體還原劑中蒸發，還原劑成分析出，附著在噴嘴內部而引起了堵塞。當在噴嘴內部發生堵塞時，有可能存在如下情況即使後來再次開始噴射供給液體還原劑，也不能向NOx還原催化劑提供對應於發動機運轉狀態的所需量的液體還原劑，從而，排氣中的NOx還沒有充分地被淨化還原就被排出到大氣中。
發明內容
因此，本發明鑑於以上的現有技術的問題點而作出的， 目的在於提供一種排氣淨化裝置，通過在液體還原劑的噴射供給停止時向噴嘴內部供給高壓空氣，從而防止噴嘴內部的堵塞，抑制了因液體還原劑的供給不足而引起的NOx的還原淨化不良。
為此，在本發明的排氣淨化裝置中，包括氮氧化物還原催化劑，被設置在發動機排氣通道中，用於使用液體還原劑來還原淨化排氣中的氮氧化物；噴嘴，其噴孔向位於該氮氧化物還原催化劑的排氣上遊的排氣通道內開口；運轉狀態檢測裝置，檢測發動機的運轉狀態；還原劑噴射供給裝置，根據通過該運轉狀態檢測裝置檢測出的發動機運轉狀態，從上述噴嘴的噴孔向排氣通道內噴射供給液體還原劑；高壓空氣供給裝置，在由該還原劑噴射供給裝置供給的液體還原劑的噴射流量為0時，向上述噴嘴內部供給高壓空氣規定時間。
根據本發明，當從噴嘴的噴孔向發動機排氣通道內噴射供給的液體還原劑的噴射流量為0時，向噴嘴內部供給高壓空氣規定時間。由此，在液體還原劑的噴射供給停止時，即使在噴嘴內部殘留了液體還原劑，也能由高壓空氣將其強制向排氣通道排出。因此，即使在因排氣熱使得噴嘴成為高溫時，也不會從殘留於其內部的液體還原劑蒸發水分而析出還原劑成分，從而可以防止噴嘴的堵塞。並且，通過防止噴嘴的堵塞，也不存在氮氧化物還原催化劑中液體催化劑不足，從而抑制了氮氧化物還未充分地還原淨化就被原樣排放到大氣中。
圖1是本發明的排氣淨化裝置的第1實施方式的結構圖。
圖2是本發明的排氣淨化裝置的第2實施方式的結構圖。
圖3是本發明的排氣淨化裝置的第3實施方式的結構圖。
圖4是本發明的排氣淨化裝置的第4實施方式的結構圖。
符號說明1發動機
2排氣管3NOx還原催化劑4噴嘴5空氣儲藏罐6電磁開關閥7減壓閥8還原劑添加裝置9還原劑罐；11淨化用空氣罐12電磁開關閥13運轉狀態檢測傳感器14控制單元20空氣壓縮機30減壓閥40還原劑添加裝置具體實施方式
以下，參照附圖詳細說明本發明。
圖1表示本發明的排氣淨化裝置的第1實施方式的整體結構。
在構成發動機1的排氣通道的排氣管2中配置有還原淨化排氣中的NOx的NOx還原催化劑3。NOx還原催化劑3為如下結構在由陶瓷的堇青石或Fe-Cr-Al類的耐熱鋼構成的、具有蜂窩狀橫截面的整體式(monolith)催化劑承載體上，承載了例如沸石類的活性成分。另外，在催化劑承載體上承載的催化劑成分接受尿素水溶液、汽油、輕油、乙醇等液體還原劑的供給而活化，有效地將NOx轉化為無害物質。
在NOx還原催化劑3的排氣上遊配置有從向排氣管2內開口的噴孔噴射供給液體還原劑的噴嘴4。
空氣儲藏罐5儲存有加壓成700～1000kPa的壓縮空氣。儲存在空氣儲藏罐5中的壓縮空氣依次通過作為常閉閥的電磁開關閥6、及減壓閥7(減壓裝置)，供給到還原劑添加裝置8。此外，空氣儲藏罐5也可以與為其他用途而設置的空氣儲藏罐共用。此外，還原劑罐9中儲存的液體還原劑供給到還原劑添加裝置8。
還原劑添加裝置8通過內置的泵的工作，向壓縮空氣添加液體還原劑，在成為噴霧狀態後，提供給噴嘴4。此外，液體還原劑的添加流量即液體還原劑的噴射流量，通過控制泵的動作而成為任意可變的流量。另外，還原劑添加裝置8其內部是連通的結構，使得可經常向噴嘴4提供被供給的壓縮空氣。
儲存在空氣儲藏罐5中的壓縮空氣在通過電磁開關閥6後分支，經過止回閥10提供給淨化用空氣罐11。因而，在淨化用空氣罐11中儲存了與空氣儲藏罐5大致相同的氣壓的壓縮空氣。此外，止回閥10配置成阻止壓縮空氣從淨化用空氣罐11向電磁開關閥6的下遊逆流。並且，儲存在淨化用空氣罐11中的壓縮空氣經過作為常閉閥的電磁開關閥12被提供給還原劑添加裝置8。
發動機1上設有檢測其旋轉速度及負載的運轉狀態檢測傳感器13(運轉狀態檢測裝置)。此處，作為發動機的負載，可以利用吸氣流量、吸氣負壓、節氣門開度、油門開度、燃料噴射量、增壓等。另外，內置了計算機的控制單元14輸入來自運轉狀態檢測傳感器13的旋轉速度及負載，通過ROM(Read Only Memory)中存儲的控制程序，控制還原劑添加裝置8中內置的泵、電磁開關閥6及電磁開關閥的12動作。
此外，由空氣儲藏罐5、電磁開關閥6、減壓閥7、還原劑添加裝置8、還原劑罐9及控制單元14構成了還原劑噴射供給裝置。另外，由淨化用空氣罐11、電磁開關閥12及控制單元14構成了高壓空氣供給裝置。
下面，說明這樣的排氣淨化裝置的動作。
通過發動機1運轉，其排氣被排出到排氣管2。此時，控制單元14從運轉狀態檢測傳感器13讀入旋轉速度及負載，運算用於還原淨化排氣中的NOx所需的液體還原劑的添加流量。控制單元14在液體還原劑的添加流量不為0時，打開電磁開關閥6，並且根據添加流量，控制還原劑添加裝置8中內置的泵的動作。由此，空氣儲藏罐5內儲存的壓縮空氣通過減壓閥7減壓到規定壓力後提供給還原劑添加裝置8，使用於還原淨化排氣中的NOx所需流量的液體還原劑與被減壓的壓縮空氣混合成為噴霧狀態，從噴嘴4向排氣管2內噴射供給。並且，從噴嘴4噴射供給的液體還原劑一邊與排氣混合，一邊被提供給NOx還原催化劑3，在NOx還原催化劑3中排氣中的NOx被淨化還原。
另一方面，控制單元14在液體還原劑的添加流量成為0時，關閉電磁開關閥6，並且，停止還原劑添加裝置8中內置的泵的運轉，還停止向排氣管2內噴射供給液體還原劑。之後，控制單元14打開電磁開關閥12規定時間，從而將儲存在淨化用空氣罐11內的壓縮空氣提供給到還原劑添加裝置8，使壓縮空氣從噴嘴4的噴孔向排氣管2內噴射。因此，當液體還原劑的噴射供給停止了時，即使噴嘴4的內部還殘留有液體還原劑，該殘留的液體還原劑也可被壓縮空氣向排氣管2內強制排出，所以抑制了在噴嘴4的內部液體還原劑成分析出附著的情況。因此，在噴嘴4的內部難以發生堵塞，確保了液體還原劑的噴射供給，不存在向NOx還原催化劑3提供的液體還原劑的供給不足，從而抑制了NOx還未充分地還原淨化就被原樣排放到大氣中。另外，由於液體還原劑是以噴霧狀態從噴嘴4噴射供給，因此對NOx還原催化劑3大致均勻地供給液體還原劑，因此能夠高效率地進行NOx的還原淨化。
此外，雖然由於儲存在淨化用空氣罐11中的壓縮空氣的消耗，其壓力降低，但是在打開了電磁開關閥6時，儲存在空氣儲藏罐5中的壓縮空氣通過止回閥10自動地向淨化用空氣罐11供給。因此，淨化用空氣罐11內的壓縮空氣的壓力保持在規定範圍內。
圖2是表示本發明的排氣淨化裝置的第2實施方式的整體結構。此外，對於與前面的第1實施方式相同的結構，為了排除重複說明，通過標註相同附圖標記，省略其說明(以下同樣)。
在本實施方式中，採用了通過將大氣加壓到規定壓力的空氣壓縮機20、向淨化用空氣罐11提供壓縮空氣的結構。此時，例如只要根據來自安裝在淨化用空氣罐11上的壓力開關的輸出控制空氣壓縮機運轉，使得淨化用空氣罐11中儲存的壓縮空氣的壓力成為規定範圍即可。
根據這樣的結構，可以與空氣儲藏罐5中儲存的壓縮空氣的壓力無關地、通過空氣壓縮機20向淨化用空氣罐11供給任意壓力的壓縮空氣。因此，只要將通過空氣壓縮機20得到的壓縮空氣設定成可強制排出噴嘴4內部殘留的液體還原劑的壓力，就能夠有效地防止噴嘴4的堵塞。
圖3表示本發明的排氣淨化裝置的第3實施方式的整體結構。
在本實施方式中，採用了如下結構取代先前的第1及第2實施方式中的減壓閥7，設置了可切換為使空氣儲藏罐5中儲存的壓縮空氣原樣通過、或者減壓到規定壓力後使其通過的減壓閥30，並由控制單元14對其進行控制切換。
控制單元14在噴射供給液體還原劑時，打開電磁開關閥6，並且，切換控制減壓閥30使得壓縮空氣減壓。另外，控制單元14在從液體還原劑的噴射停止起的規定時間的期間內，打開電磁開關閥6，並且，切換控制減壓閥30使得壓縮空氣原樣通過。由此，空氣儲藏罐5中儲存的壓縮空氣在噴射供給液體還原劑時被減壓並提供給還原劑添加裝置8，另一方面，從液體還原劑的噴射停止起的規定時間的期間內，被原樣提供給還原劑添加裝置8。
因此，可從空氣儲藏罐5任意地提供壓縮空氣及高壓空氣，與前面的第1及第2實施方式比較，電磁開關閥的個數減少，並且不需要淨化用空氣罐及止回閥。另外，通過部件的通用化可以減少部件個數，成為簡單的結構，從而可減小空間、降低成本。
圖4表示本發明的排氣淨化裝置的第4實施方式的整體結構。
在本實施方式中，採用了噴射供給液體還原劑時不使用壓縮空氣，通過還原劑添加裝置40對液體還原劑加壓進行噴射供給的結構。
根據這樣的結構，如前面的第1～第3實施方式，由於不必從空氣儲藏罐向還原劑添加裝置供給壓縮空氣，因此電磁開關閥的個數減少，並且不需要減壓閥，從而可以減小空間、降低成本。另外，由於不需要還原劑添加用的壓縮空氣，因此也不會導致為其他用途而設置的空氣儲藏罐的大型化。
如上所述，本發明的排氣淨化裝置在停止液體還原劑的噴射供給時，強制排出噴嘴內部殘留的液體還原劑，因此防止了在噴嘴內部發生堵塞，從而抑制了因液體還原劑的供給不足而導致的NOx的還原淨化不良，是極為有用的裝置。
權利要求
1.一種發動機排氣淨化裝置，其特徵在於，包括氮氧化物還原催化劑，為使用液體還原劑來還原淨化排氣中的氮氧化物而被設置在發動機排氣通道中；噴嘴，其噴孔向位於該氮氧化物還原催化劑的排氣上遊的排氣通道內開口；運轉狀態檢測裝置，檢測發動機的運轉狀態；還原劑噴射供給裝置，根據由該運轉狀態檢測裝置檢測出的發動機運轉狀態，從上述噴嘴的噴孔向排氣通道內噴射供給液體還原劑；高壓空氣供給裝置，當由該還原劑噴射供給裝置供給的液體還原劑的噴射流量成為O時，向上述噴嘴內部供給高壓空氣規定時間。
2.根據權利要求1所述的發動機排氣淨化裝置，其特徵在於，上述還原劑噴射供給裝置將空氣儲藏罐中儲存的壓縮空氣減壓到規定壓力，在將被減壓後的壓縮空氣與液體還原劑混合成為噴霧狀態後，從上述噴嘴的噴孔向排氣通道內噴射供給。
3.根據權利要求2所述的發動機排氣淨化裝置，其特徵在於，上述高壓空氣是上述空氣儲藏罐中儲存的壓縮空氣。
4.根據權利要求2所述的發動機排氣淨化裝置，其特徵在於，具有將大氣加壓到規定壓力的空氣壓縮機；上述高壓空氣是由上述空氣壓縮機加壓而成的壓縮空氣。
5.根據權利要求2所述的發動機排氣淨化裝置，其特徵在於，具有減壓裝置，該減壓裝置可遙控切換為使上述空氣儲藏罐中儲存的壓縮空氣原樣通過、或者使上述空氣儲藏罐中儲存的壓縮空氣減壓到規定壓力後使其通過；上述還原劑噴射供給裝置及高壓空氣供給裝置，排他地分別使用由上述減壓裝置減壓到規定壓力的壓縮空氣、以及使其原樣通過的壓縮空氣。
全文摘要
本發明提供一種發動機的排氣淨化裝置，從噴孔向位於氮氧化物還原催化劑的排氣上遊的排氣通道內開口的噴嘴，噴射供給對應於發動機運轉狀態的所需量的液體還原劑，另一方面，當液體還原劑的噴射流量為0時，向噴嘴內部供給淨化用空氣罐中儲存的壓縮空氣規定時間。因此，噴嘴內部殘留的液體還原劑由壓縮空氣強制排出，即使在因排氣熱使得噴嘴成為高溫時，也不會析出還原劑成分，從而可以防止噴嘴內部的堵塞。
文檔編號F01N3/08GK1839252SQ200480021758
公開日2006年9月27日 申請日期2004年7月23日 優先權日2003年7月30日
發明者平田公信 申請人:日產柴油機車工業株式會社