專利名稱：發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣凈化裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種使用液體還原劑還原凈化排氣中的氮氧化物(NOx)的發(fā)動(dòng)機(jī)排氣凈化裝置(以下稱為“排氣凈化裝置”)，特別是涉及抑制NOx的還原凈化不良的技術(shù)。
背景技術(shù)：
作為去除包含在發(fā)動(dòng)機(jī)排氣中的NOx的排氣凈化裝置，提出有日本特開(kāi)2000-27627號(hào)公報(bào)中記載的裝置。這樣的排氣凈化裝置中，為在氧氣過(guò)量的氣氛下將NOx轉(zhuǎn)化為無(wú)害的氮?dú)?N2)、氧氣(O2)等而在發(fā)動(dòng)機(jī)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凈化效率，采用了在NOx還原催化劑的排氣上游，根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)、從噴嘴噴射供給所需量的液體還原劑的結(jié)構(gòu)。
在這樣的排氣凈化裝置中，存在如下情況 當(dāng)由于排氣熱而使得噴嘴成為高溫時(shí)，液體還原劑的噴射供給停止時(shí)，水分從殘留在噴嘴內(nèi)部的液體還原劑中蒸發(fā)，還原劑成分析出，附著在噴嘴內(nèi)部而引起了堵塞。當(dāng)在噴嘴內(nèi)部發(fā)生堵塞時(shí)，有可能存在如下情況即使后來(lái)再次開(kāi)始噴射供給液體還原劑，也不能向NOx還原催化劑提供對(duì)應(yīng)于發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)的所需量的液體還原劑，從而，排氣中的NOx還沒(méi)有充分地被凈化還原就被排出到大氣中。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明鑒于以上的現(xiàn)有技術(shù)的問(wèn)題點(diǎn)而作出的， 目的在于提供一種排氣凈化裝置，通過(guò)在液體還原劑的噴射供給停止時(shí)向噴嘴內(nèi)部供給高壓空氣，從而防止噴嘴內(nèi)部的堵塞，抑制了因液體還原劑的供給不足而引起的NOx的還原凈化不良。
為此，在本發(fā)明的排氣凈化裝置中，包括氮氧化物還原催化劑，被設(shè)置在發(fā)動(dòng)機(jī)排氣通道中，用于使用液體還原劑來(lái)還原凈化排氣中的氮氧化物；噴嘴，其噴孔向位于該氮氧化物還原催化劑的排氣上游的排氣通道內(nèi)開(kāi)口；運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)檢測(cè)裝置，檢測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)；還原劑噴射供給裝置，根據(jù)通過(guò)該運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)檢測(cè)裝置檢測(cè)出的發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，從上述噴嘴的噴孔向排氣通道內(nèi)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(shí)，向上述噴嘴內(nèi)部供給高壓空氣規(guī)定時(shí)間。
根據(jù)本發(fā)明，當(dāng)從噴嘴的噴孔向發(fā)動(dòng)機(jī)排氣通道內(nèi)噴射供給的液體還原劑的噴射流量為0時(shí)，向噴嘴內(nèi)部供給高壓空氣規(guī)定時(shí)間。由此，在液體還原劑的噴射供給停止時(shí)，即使在噴嘴內(nèi)部殘留了液體還原劑，也能由高壓空氣將其強(qiáng)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(shí)，也不會(huì)從殘留于其內(nèi)部的液體還原劑蒸發(fā)水分而析出還原劑成分，從而可以防止噴嘴的堵塞。并且，通過(guò)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凈化就被原樣排放到大氣中。


圖1是本發(fā)明的排氣凈化裝置的第1實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)圖。
圖2是本發(fā)明的排氣凈化裝置的第2實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)圖。
圖3是本發(fā)明的排氣凈化裝置的第3實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)圖。
圖4是本發(fā)明的排氣凈化裝置的第4實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)圖。
符號(hào)說(shuō)明1發(fā)動(dòng)機(jī)
2排氣管3NOx還原催化劑4噴嘴5空氣儲(chǔ)藏罐6電磁開(kāi)關(guān)閥7減壓閥8還原劑添加裝置9還原劑罐；11凈化用空氣罐12電磁開(kāi)關(guān)閥13運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)檢測(cè)傳感器14控制單元20空氣壓縮機(jī)30減壓閥40還原劑添加裝置具體實(shí)施方式
以下，參照附圖詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明。
圖1表示本發(fā)明的排氣凈化裝置的第1實(shí)施方式的整體結(jié)構(gòu)。
在構(gòu)成發(fā)動(dòng)機(jī)1的排氣通道的排氣管2中配置有還原凈化排氣中的NOx的NOx還原催化劑3。NOx還原催化劑3為如下結(jié)構(gòu)在由陶瓷的堇青石或Fe-Cr-Al類的耐熱鋼構(gòu)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(zhuǎn)化為無(wú)害物質(zhì)。
在NOx還原催化劑3的排氣上游配置有從向排氣管2內(nèi)開(kāi)口的噴孔噴射供給液體還原劑的噴嘴4。
空氣儲(chǔ)藏罐5儲(chǔ)存有加壓成700～1000kPa的壓縮空氣。儲(chǔ)存在空氣儲(chǔ)藏罐5中的壓縮空氣依次通過(guò)作為常閉閥的電磁開(kāi)關(guān)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(chǔ)藏罐5也可以與為其他用途而設(shè)置的空氣儲(chǔ)藏罐共用。此外，還原劑罐9中儲(chǔ)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(guò)內(nèi)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(tài)后，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(guò)控制泵的動(dòng)作而成為任意可變的流量。另外，還原劑添加裝置8其內(nèi)部是連通的結(jié)構(gòu)，使得可經(jīng)常向噴嘴4提供被供給的壓縮空氣。
儲(chǔ)存在空氣儲(chǔ)藏罐5中的壓縮空氣在通過(guò)電磁開(kāi)關(guān)閥6后分支，經(jīng)過(guò)止回閥10提供給凈化用空氣罐11。因而，在凈化用空氣罐11中儲(chǔ)存了與空氣儲(chǔ)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凈化用空氣罐11向電磁開(kāi)關(guān)閥6的下游逆流。并且，儲(chǔ)存在凈化用空氣罐11中的壓縮空氣經(jīng)過(guò)作為常閉閥的電磁開(kāi)關(guān)閥12被提供給還原劑添加裝置8。
發(fā)動(dòng)機(jī)1上設(shè)有檢測(cè)其旋轉(zhuǎn)速度及負(fù)載的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)檢測(cè)傳感器13(運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)檢測(cè)裝置)。此處，作為發(fā)動(dòng)機(jī)的負(fù)載，可以利用吸氣流量、吸氣負(fù)壓、節(jié)氣門開(kāi)度、油門開(kāi)度、燃料噴射量、增壓等。另外，內(nèi)置了計(jì)算機(jī)的控制單元14輸入來(lái)自運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)檢測(cè)傳感器13的旋轉(zhuǎn)速度及負(fù)載，通過(guò)ROM(Read Only Memory)中存儲(chǔ)的控制程序，控制還原劑添加裝置8中內(nèi)置的泵、電磁開(kāi)關(guān)閥6及電磁開(kāi)關(guān)閥的12動(dòng)作。
此外，由空氣儲(chǔ)藏罐5、電磁開(kāi)關(guān)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(gòu)成了還原劑噴射供給裝置。另外，由凈化用空氣罐11、電磁開(kāi)關(guān)閥12及控制單元14構(gòu)成了高壓空氣供給裝置。
下面，說(shuō)明這樣的排氣凈化裝置的動(dòng)作。
通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)1運(yùn)轉(zhuǎn)，其排氣被排出到排氣管2。此時(shí)，控制單元14從運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)檢測(cè)傳感器13讀入旋轉(zhuǎn)速度及負(fù)載，運(yùn)算用于還原凈化排氣中的NOx所需的液體還原劑的添加流量?？刂茊卧?4在液體還原劑的添加流量不為0時(shí)，打開(kāi)電磁開(kāi)關(guān)閥6，并且根據(jù)添加流量，控制還原劑添加裝置8中內(nèi)置的泵的動(dòng)作。由此，空氣儲(chǔ)藏罐5內(nèi)儲(chǔ)存的壓縮空氣通過(guò)減壓閥7減壓到規(guī)定壓力后提供給還原劑添加裝置8，使用于還原凈化排氣中的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(tài)，從噴嘴4向排氣管2內(nèi)噴射供給。并且，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被凈化還原。
另一方面，控制單元14在液體還原劑的添加流量成為0時(shí)，關(guān)閉電磁開(kāi)關(guān)閥6，并且，停止還原劑添加裝置8中內(nèi)置的泵的運(yùn)轉(zhuǎn)，還停止向排氣管2內(nèi)噴射供給液體還原劑。之后，控制單元14打開(kāi)電磁開(kāi)關(guān)閥12規(guī)定時(shí)間，從而將儲(chǔ)存在凈化用空氣罐11內(nèi)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(nèi)噴射。因此，當(dāng)液體還原劑的噴射供給停止了時(shí)，即使噴嘴4的內(nèi)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(nèi)強(qiáng)制排出，所以抑制了在噴嘴4的內(nèi)部液體還原劑成分析出附著的情況。因此，在噴嘴4的內(nèi)部難以發(fā)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還未充分地還原凈化就被原樣排放到大氣中。另外，由于液體還原劑是以噴霧狀態(tài)從噴嘴4噴射供給，因此對(duì)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(jìn)行NOx的還原凈化。
此外，雖然由于儲(chǔ)存在凈化用空氣罐11中的壓縮空氣的消耗，其壓力降低，但是在打開(kāi)了電磁開(kāi)關(guān)閥6時(shí)，儲(chǔ)存在空氣儲(chǔ)藏罐5中的壓縮空氣通過(guò)止回閥10自動(dòng)地向凈化用空氣罐11供給。因此，凈化用空氣罐11內(nèi)的壓縮空氣的壓力保持在規(guī)定范圍內(nèi)。
圖2是表示本發(fā)明的排氣凈化裝置的第2實(shí)施方式的整體結(jié)構(gòu)。此外，對(duì)于與前面的第1實(shí)施方式相同的結(jié)構(gòu)，為了排除重復(fù)說(shuō)明，通過(guò)標(biāo)注相同附圖標(biāo)記，省略其說(shuō)明(以下同樣)。
在本實(shí)施方式中，采用了通過(guò)將大氣加壓到規(guī)定壓力的空氣壓縮機(jī)20、向凈化用空氣罐11提供壓縮空氣的結(jié)構(gòu)。此時(shí)，例如只要根據(jù)來(lái)自安裝在凈化用空氣罐11上的壓力開(kāi)關(guān)的輸出控制空氣壓縮機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，使得凈化用空氣罐11中儲(chǔ)存的壓縮空氣的壓力成為規(guī)定范圍即可。
根據(jù)這樣的結(jié)構(gòu)，可以與空氣儲(chǔ)藏罐5中儲(chǔ)存的壓縮空氣的壓力無(wú)關(guān)地、通過(guò)空氣壓縮機(jī)20向凈化用空氣罐11供給任意壓力的壓縮空氣。因此，只要將通過(guò)空氣壓縮機(jī)20得到的壓縮空氣設(shè)定成可強(qiáng)制排出噴嘴4內(nèi)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(fā)明的排氣凈化裝置的第3實(shí)施方式的整體結(jié)構(gòu)。
在本實(shí)施方式中，采用了如下結(jié)構(gòu)取代先前的第1及第2實(shí)施方式中的減壓閥7，設(shè)置了可切換為使空氣儲(chǔ)藏罐5中儲(chǔ)存的壓縮空氣原樣通過(guò)、或者減壓到規(guī)定壓力后使其通過(guò)的減壓閥30，并由控制單元14對(duì)其進(jìn)行控制切換。
控制單元14在噴射供給液體還原劑時(shí)，打開(kāi)電磁開(kāi)關(guān)閥6，并且，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(guī)定時(shí)間的期間內(nèi)，打開(kāi)電磁開(kāi)關(guān)閥6，并且，切換控制減壓閥30使得壓縮空氣原樣通過(guò)。由此，空氣儲(chǔ)藏罐5中儲(chǔ)存的壓縮空氣在噴射供給液體還原劑時(shí)被減壓并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(guī)定時(shí)間的期間內(nèi)，被原樣提供給還原劑添加裝置8。
因此，可從空氣儲(chǔ)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(shí)施方式比較，電磁開(kāi)關(guān)閥的個(gè)數(shù)減少，并且不需要凈化用空氣罐及止回閥。另外，通過(guò)部件的通用化可以減少部件個(gè)數(shù)，成為簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)，從而可減小空間、降低成本。
圖4表示本發(fā)明的排氣凈化裝置的第4實(shí)施方式的整體結(jié)構(gòu)。
在本實(shí)施方式中，采用了噴射供給液體還原劑時(shí)不使用壓縮空氣，通過(guò)還原劑添加裝置40對(duì)液體還原劑加壓進(jìn)行噴射供給的結(jié)構(gòu)。
根據(jù)這樣的結(jié)構(gòu)，如前面的第1～第3實(shí)施方式，由于不必從空氣儲(chǔ)藏罐向還原劑添加裝置供給壓縮空氣，因此電磁開(kāi)關(guān)閥的個(gè)數(shù)減少，并且不需要減壓閥，從而可以減小空間、降低成本。另外，由于不需要還原劑添加用的壓縮空氣，因此也不會(huì)導(dǎo)致為其他用途而設(shè)置的空氣儲(chǔ)藏罐的大型化。
如上所述，本發(fā)明的排氣凈化裝置在停止液體還原劑的噴射供給時(shí)，強(qiáng)制排出噴嘴內(nèi)部殘留的液體還原劑，因此防止了在噴嘴內(nèi)部發(fā)生堵塞，從而抑制了因液體還原劑的供給不足而導(dǎo)致的NOx的還原凈化不良，是極為有用的裝置。
權(quán)利要求
1.一種發(fā)動(dòng)機(jī)排氣凈化裝置，其特征在于，包括氮氧化物還原催化劑，為使用液體還原劑來(lái)還原凈化排氣中的氮氧化物而被設(shè)置在發(fā)動(dòng)機(jī)排氣通道中；噴嘴，其噴孔向位于該氮氧化物還原催化劑的排氣上游的排氣通道內(nèi)開(kāi)口；運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)檢測(cè)裝置，檢測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)；還原劑噴射供給裝置，根據(jù)由該運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)檢測(cè)裝置檢測(cè)出的發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，從上述噴嘴的噴孔向排氣通道內(nèi)噴射供給液體還原劑；高壓空氣供給裝置，當(dāng)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(shí)，向上述噴嘴內(nèi)部供給高壓空氣規(guī)定時(shí)間。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)動(dòng)機(jī)排氣凈化裝置，其特征在于，上述還原劑噴射供給裝置將空氣儲(chǔ)藏罐中儲(chǔ)存的壓縮空氣減壓到規(guī)定壓力，在將被減壓后的壓縮空氣與液體還原劑混合成為噴霧狀態(tài)后，從上述噴嘴的噴孔向排氣通道內(nèi)噴射供給。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的發(fā)動(dòng)機(jī)排氣凈化裝置，其特征在于，上述高壓空氣是上述空氣儲(chǔ)藏罐中儲(chǔ)存的壓縮空氣。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的發(fā)動(dòng)機(jī)排氣凈化裝置，其特征在于，具有將大氣加壓到規(guī)定壓力的空氣壓縮機(jī)；上述高壓空氣是由上述空氣壓縮機(jī)加壓而成的壓縮空氣。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的發(fā)動(dòng)機(jī)排氣凈化裝置，其特征在于，具有減壓裝置，該減壓裝置可遙控切換為使上述空氣儲(chǔ)藏罐中儲(chǔ)存的壓縮空氣原樣通過(guò)、或者使上述空氣儲(chǔ)藏罐中儲(chǔ)存的壓縮空氣減壓到規(guī)定壓力后使其通過(guò)；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(guī)定壓力的壓縮空氣、以及使其原樣通過(guò)的壓縮空氣。
全文摘要
本發(fā)明提供一種發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣凈化裝置，從噴孔向位于氮氧化物還原催化劑的排氣上游的排氣通道內(nèi)開(kāi)口的噴嘴，噴射供給對(duì)應(yīng)于發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)的所需量的液體還原劑，另一方面，當(dāng)液體還原劑的噴射流量為0時(shí)，向噴嘴內(nèi)部供給凈化用空氣罐中儲(chǔ)存的壓縮空氣規(guī)定時(shí)間。因此，噴嘴內(nèi)部殘留的液體還原劑由壓縮空氣強(qiáng)制排出，即使在因排氣熱使得噴嘴成為高溫時(shí)，也不會(huì)析出還原劑成分，從而可以防止噴嘴內(nèi)部的堵塞。
文檔編號(hào)F01N3/08GK1839252SQ200480021758
公開(kāi)日2006年9月27日 申請(qǐng)日期2004年7月23日 優(yōu)先權(quán)日2003年7月30日
發(fā)明者平田公信 申請(qǐng)人:日產(chǎn)柴油機(jī)車工業(yè)株式會(huì)社