Устройство очистки отработавшего газа

Устройство очистки отработавшего газа

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к устройству очистки отработавшего газа, в котором снижается содержание оксидов азота, выбрасываемых из двигателя внутреннего сгорания.

Уровень техники

Газ, выбрасываемый из двигателя внутреннего сгорания, такого как дизельный двигатель, бензиновый двигатель или газовая турбина, то есть отработавший газ, содержит оксиды азота (NOx) и твердые частицы (ТЧ). В частности, поскольку в дизельном двигателе топливо сгорает в избытке кислорода, продукты сгорания топлива содержат большие количества оксидов азота (NOx) и твердых частиц (ТЧ). Поэтому в выхлопной трубе двигателя внутреннего сгорания предусмотрено устройство, которое снижает содержание твердых частиц, и устройство, которое снижает содержание оксидов азота. В качестве примера устройства, которое снижает содержание оксидов азота, существует устройство, которое снижает содержание оксидов азота в отработавшем газе путем впрыскивания мочевины в выхлопную трубу, которое приводит к образованию аммиака из мочевины под действием отработавшего газа в выхлопной трубе, вызывает взаимодействие образовавшегося аммиака с оксидами азота в отработавшем газе, и затем из оксидов азота удаляется кислород для того, чтобы снова получить азот.

Например, в патентной литературе 1 описано устройство очистки отработавшего газа, в котором сажевый фильтр дизельного двигателя (СФД) и устройство селективного каталитического восстановления расположены последовательно от стороны впуска в выхлопном тракте двигателя внутреннего сгорания. В патентной литературе 1 также описано устройство, которое рассчитывает выделение NOx во время обычной эксплуатации на основании карты выделений NOx в течение обычной эксплуатации или во время принудительной регенерации СФД, рассчитывает выделение NOx на основании карты выделений NOx в ходе принудительной регенерации, чтобы рассчитать скорость подачи водного раствора аммиака, которая соответствует рассчитанным выделениям NOx, и подает водный раствор аммиака в отработавший газ на входной стороне устройства селективного каталитического восстановления с целью достижения расчетной скорости подачи.

Кроме того, в патентной литературе 2 описано оборудование для удаления NOx из дымовых газов, выпускаемых мусоросжигательным заводом, как, например, устройства сжигания отходов, хотя это не относится к обезвреживанию отработавших газов из двигателя внутреннего сгорания. В патентной литературе 2 описан способ контроля денитрирования, в котором измеряются: концентрация NOx до обработки газа, концентрация аммиака в очищенном отработавшем газе, концентрация NOx в отработавшем газе, скорость потока отработавшего газа, чтобы рассчитать скорость потока NOx до обработки, концентрацию NOx после обработки; с регистрацией эффективности удаления NOx с помощью оборудования для удаления NOx, концентрация аммиака в очищенном отработавшем газе на основании указанных результатов измерения, соответственно определяются отклонения между рассчитанными значениями и заданными значениями параметров для того, чтобы рассчитать исправленные значения на основании рассчитанных отклонений, и рассчитывается скорректированная скорость потока NOx на основании, по меньшей мере, одного из рассчитанных скорректированных значений, и, таким образом, регулируется скорость потока аммиака, который будет впрыскиваться в отработавший газ до обработки на основании расчетной скорректированной скорости потока NOx.

Цитированные документы

Патентная литература (ПЛ)

ПЛ 1: Выложенная заявка на патент Японии №2007-154849

ПЛ 2: Выложенная заявка на патент Японии №2005-169331

Раскрытие изобретения

Техническая проблема

Как описано в патентной литературе 1, содержание оксидов азота может быть снижено путем регулирования впрыскиваемого количества мочевины на основании карты выбросов, созданной заранее, и количество аммиака также может быть отрегулировано. Кроме того, как описано в патентной литературе 2, содержание оксидов азота также может быть снижено с учетом концентрации, по меньшей мере, одного из оксидов азота, эффективности удаления NOx и концентрации аммиака в очищенном отработавшем газе, чтобы скорректировать отклонение скорости потока оксидов азота, причем количество аммиака также может быть отрегулировано.

Однако даже если количество впрыскиваемой мочевины устанавливается на основании созданной заранее карты, как описано в патентной литературе 1, возникают проблемы, такие как утечка оксидов азота и утечка аммиака в соответствии с условиями эксплуатации. Для того чтобы рассчитать скорость потока NOx, как описано в патентной литературе 2, необходимо выполнить вычисления путем определения скорости потока отработавшего газа и концентрации NOx (оксиды азота), что приводит к проблеме, поскольку на это требуется длительное время. Кроме того, поскольку выбросы из двигателя внутреннего сгорания сильно изменяются, существует другая проблема, а именно трудно рассчитать скорость потока NOx. Кроме того, существует еще одна проблема в том, что, даже если добавляемое количество аммиака регулируется на основании скорости потока NOx, невозможно снизить в достаточной степени количество оксидов азота и утечку аммиака.

Настоящее изобретение было выполнено с учетом указанных выше проблем, причем цель настоящего изобретения состоит в разработке устройства очистки отработавшего газа, в котором рассчитывается соответствующее количество мочевины, которое будет впрыскиваться в выхлопную трубу таким образом, чтобы аммиак в незначительной степени просачивался в сторону выпуска, и, таким образом, эффективно снижалось количество оксидов азота в отработавшем газе.

Решение проблемы

Согласно замыслу настоящего изобретения, устройство очистки отработавшего газа, в котором восстанавливаются оксиды азота, содержащиеся в отработавшем газе, выбрасываемом из двигателя внутреннего сгорания, включает:

выхлопную трубу, которая направляет отработавший газ, выбрасываемый из двигателя внутреннего сгорания; блок впрыскивания водной мочевины, который впрыскивает водную мочевину в выхлопную трубу; каталитический блок, который содержит использующий мочевину катализатор селективного восстановления (SCR), который способствует взаимодействию между аммиаком, образовавшимся из впрыскиваемой водной мочевины, и оксидами азота и содержит носитель, расположенный внутри выхлопной трубы для поддержки использующего мочевину катализатора SCR в выхлопной трубе, и который размещен ниже по ходу потока отработавшего газа от точки, где впрыскивается водная мочевина; блок измерения концентрации аммиака, расположенный ниже по ходу потока отработавшего газа от каталитического блока для измерения концентрации аммиака в отработавшем газе, который прошел через использующий мочевину катализатор SCR; блок регулирования, который регулирует впрыскивание водной мочевины с помощью блока впрыскивания водной мочевины на основании данных о концентрации аммиака, измеренной с помощью блока измерения концентрации аммиака.

Таким образом, может быть снижено содержание оксидов азота в отработавшем газе при снижении уровня аммиака в отработавшем газе, выпускаемом из устройства очистки отработавшего газа, путем регулирования впрыскивания водной мочевины с помощью блока впрыскивания водной мочевины с использованием блока регулирования на основании данных о концентрации аммиака, которая определяется с помощью блока измерения концентрации аммиака, содержащегося в отработавшем газе, который прошел через использующий мочевину катализатор SCR. Кроме того, может быть уменьшено количество вычислений за счет регулирования количества впрыскиваемой водной мочевины на основании только измеренной концентрации аммиака, причем конфигурация устройства может быть упрощена.

Предпочтительно, устройство очистки отработавшего газа дополнительно включает в себя блок измерения концентрации оксидов азота в обработанном газе, расположенный ниже по ходу потока отработавшего газа от каталитического блока, с целью измерения концентрации оксидов азота в отработавшем газе, который прошел через использующий мочевину катализатор SCR. Регулирующий блок регулирует впрыскивание водной мочевины с помощью блока впрыскивания водной мочевины также на основании данных о концентрации оксидов азота, измеренной блоком измерения концентрации оксидов азота в обработанном газе.

Таким образом, за счет регулирования впрыскивания водной мочевины также с использованием данных о концентрации оксидов азота, измеренной блоком измерения концентрации оксидов азота в отработавшем газе, который прошел через использующий мочевину катализатор SCR, может быть дополнительно снижено содержание оксидов азота в отработавшем газе.

Предпочтительно, устройство очистки отработавшего газа дополнительно включает в себя блок регенерирования, в котором регенерируется использующий мочевину катализатор SCR, когда как концентрация аммиака, определенная с использованием блока измерения концентрации аммиака, так и концентрация оксидов азота, измеренная блоком измерения концентрации оксидов азота в обработанном газе, обе превышают соответствующие сравнительные концентрации. Предпочтительно, блок регенерирования нагревает использующий мочевину катализатор SCR до предварительно заданной температуры.

Таким образом, за счет регенерации использующего мочевину катализатора SCR с помощью блока регенерирования, можно подавить утечку аммиака и оксидов азота. Кроме того, состояние использующего мочевину катализатора SCR может быть установлено более точно путем определения производительности использующего мочевину катализатора SCR на основании концентрации аммиака, а также концентрации оксидов азота, что может предотвратить проведение ненужного процесса регенерации. В ходе процесса регенерации путем нагревания использующего мочевину катализатора SCR производительность использующего мочевину катализатора SCR можно легко регенерировать.

Предпочтительно, устройство очистки отработавшего газа дополнительно включает в себя блок уведомления, который оповещает, что необходимо заменить использующий мочевину катализатор SCR, когда концентрация аммиака, определенная с помощью блока измерения концентрации аммиака, а также концентрация оксидов азота, измеренная с помощью блока измерения концентрации оксидов азота в обработанном газе, обе превышают соответствующие сравнительные концентрации.

Таким образом, путем уведомления о том, что снизилась производительность использующего мочевину катализатора SCR с помощью блока уведомления, чтобы убедить оператора заменить использующий мочевину катализатор SCR, можно пресечь непрерывное использование использующего мочевину катализатора SCR, который обладает пониженной производительностью, может быть дополнительно подавлена утечка аммиака и оксидов азота. Путем определения производительности использующего мочевину катализатора SCR на основании данных о концентрации аммиака, а также концентрации оксидов азота, состояние использующего мочевину катализатора SCR может быть установлено более точно, и можно предотвратить ненужную замену катализатора.

Предпочтительно, устройство очистки отработавшего газа дополнительно включает в себя блок измерения концентрации оксидов азота до обработки газа, расположенный между блоком впрыскивания водной мочевины и каталитическим блоком по ходу потока отработавшего газа, чтобы измерить концентрацию оксидов азота в отработавшем газе. Блок регулирования регулирует впрыскивание водной мочевины с использованием блока впрыскивания водной мочевины также на основании данных о концентрации оксидов азота, измеренной с помощью блока измерения концентрации оксидов азота до обработки газа.

Таким образом, путем регулирования впрыскивания водной мочевины с помощью блока впрыскивания водной мочевины, также на основании данных о концентрации оксидов азота, измеренной с помощью блока измерения концентрации оксидов азота до обработки газа, впрыскивание водной мочевины можно регулировать при установлении количества аммиака, необходимого для восстановления оксидов азота. Кроме того, содержание оксидов азота в отработавшем газе может быть дополнительно снижено при одновременном дополнительном снижении содержания аммиака в отработавшем газе, выпускаемом из устройства очистки отработавшего газа.

Предпочтительно, устройство очистки отработавшего газа дополнительно включает: блок измерения концентрации изоциановой кислоты, расположенный между блоком впрыскивания водной мочевины и каталитическим блоком по ходу потока отработавшего газа для того, чтобы измерять концентрацию изоциановой кислоты в отработавшем газе; и блок регулирования температуры, который регулирует температуру потока отработавшего газа на пути между блоком впрыскивания водной мочевины и каталитическим блоком по ходу потока отработавшего газа. Температура потока отработавшего газа устанавливается блоком регулирования температуры на основании данных о концентрации изоциановой кислоты, измеренной с помощью блока измерения концентрации изоциановой кислоты.

Таким образом, путем регулирования температуры потока отработавшего газа, на основании данных о концентрации изоциановой кислоты в отработавшем газе, впрыскиваемая водная мочевина с большой вероятностью может превращаться в аммиак, причем концентрацию аммиака в отработавшем газе можно легче регулировать.

Предпочтительно, устройство очистки отработавшего газа дополнительно включает: блок измерения концентрации аммиака до обработки газа, расположенный между блоком впрыскивания водной мочевины и каталитическим блоком по ходу потока отработавшего газа с целью измерения концентрации аммиака в отработавшем газе; и блок регулирования температуры, который регулирует температуру потока отработавшего газа между блоком впрыскивания водной мочевины и каталитическим блоком по ходу потока отработавшего газа. Температура потока отработавшего газа устанавливается блоком регулирования температуры на основании данных о концентрации аммиака, измеренной с помощью блока измерения концентрации аммиака до обработки газа.

Таким образом, путем регулирования температуры потока отработавшего газа на основании данных о концентрации аммиака в отработавшем газе до обработки, впрыскиваемая водная мочевина с большой вероятностью может превращаться в аммиак, причем концентрацию аммиака в отработавшем газе можно легче регулировать.

В соответствии с другим аспектом настоящего изобретения устройство очистки отработавшего газа, в котором восстанавливаются оксиды азота, содержащиеся в отработавшем газе, выбрасываемом из двигателя внутреннего сгорания, включает: выхлопную трубу, которая направляет отработавший газ, выбрасываемый из двигателя внутреннего сгорания; блок впрыскивания водной мочевины, который впрыскивает водную мочевину в выхлопную трубу; каталитический блок, который содержит использующий мочевину катализатор SCR, который способствует взаимодействию между аммиаком, образовавшимся из впрыскиваемой водной мочевины, и оксидами азота и содержит носитель, расположенный внутри выхлопной трубы, для поддержки использующего мочевину катализатора SCR в выхлопной трубе, и который размещен ниже по ходу потока отработавшего газа от точки, где впрыскивается водная мочевина; блок измерения концентрации оксидов азота до обработки газа, размещенный между блоком впрыскивания водной мочевины и каталитическим блоком по ходу потока отработавшего газа, для измерения концентрации оксидов азота в отработавшем газе; блок измерения концентрации оксидов азота в обработанном газе, размещенный ниже по ходу потока отработавшего газа от каталитического блока, для измерения концентрации оксидов азота в отработавшем газе, который прошел через использующий мочевину катализатор SCR; и блок регулирования, который рассчитывает концентрацию аммиака в отработавшем газе, который прошел через каталитический блок, на основании разности между концентрацией оксидов азота, измеренной с помощью блока измерения концентрации оксидов азота до обработки газа, и концентрацией оксидов азота, измеренной с помощью блока измерения концентрации оксидов азота в обработанном газе, и регулирует впрыскивание водной мочевины с помощью блока впрыскивания водной мочевины на основании рассчитанной концентрации аммиака.

Таким образом, с использованием блока измерения концентрации оксидов азота до обработки газа и блока измерения концентрации оксидов азота в обработанном газе для того, чтобы рассчитать концентрацию аммиака в отработавшем газе, и регулирования количества впрыскиваемой водной мочевины на основании рассчитанной концентрации аммиака, можно снизить содержание оксидов азота в отработавшем газе при одновременном снижении содержания аммиака в отработавшем газе, выпускаемом из устройства очистки отработавшего газа. Кроме того, может быть упрощена конфигурация устройства за счет регулирования впрыскиваемой водной мочевины только на основании рассчитанного количества аммиака.

Преимущества изобретения

Согласно настоящему изобретению устройство очистки отработавшего газа может снижать содержание оксидов азота в отработавшем газе при одновременном снижении содержания аммиака в отработавшем газе, выпускаемом из устройства очистки отработавшего газа, путем регулирования количества впрыскиваемой водной мочевины на основании концентрации аммиака, содержащегося в отработавшем газе, который прошел через использующий мочевину катализатор SCR. Кроме того, это расчетное количество может быть снижено и упрощена конфигурация устройства путем регулирования количества впрыскиваемой водной мочевины только на основании найденного количества аммиака.

Краткое описание чертежей

Фигура 1 представляет собой структурную схему принципиальной конфигурации транспортного средства, имеющего дизельный двигатель, оборудованный устройством очистки отработавшего газа согласно варианту осуществления настоящего изобретения.

Фигура 2 представляет собой структурную схему принципиальной конфигурации блока измерения концентрации в устройстве очистки отработавшего газа для дизельного двигателя, показанного на фигуре 1.

Фигура 3 представляет собой блок-схему примера способа регулирования количества впрыскиваемой водной мочевины, который осуществляется с помощью блока регулирования.

Фигура 4A представляет собой график изменения концентрации оксидов азота (NOx) во времени.

На фигуре 4B представлен график изменения измеренной концентрации аммиака во времени.

Фигура 4C представляет собой график изменения температуры использующего мочевину катализатора SCR во времени.

Фигура 4D представляет собой график изменения количества аммиака, содержащегося в использующем мочевину катализаторе SCR, во времени.

На фигуре 5 представлена структурная схема принципиальной конфигурации транспортного средства, имеющего устройство очистки отработавшего газа согласно другому варианту осуществления настоящего изобретения.

Фигура 6 представляет собой блок-схему примера способа регулирования количества впрыскиваемой водной мочевины, который осуществляется с помощью блока регулирования.

Фигура 7 является структурной схемой принципиальной конфигурации транспортного средства, имеющего устройство очистки отработавшего газа согласно другому варианту осуществления настоящего изобретения.

Осуществление изобретения

Иллюстративные варианты осуществления устройства очистки отработавшего газа согласно настоящему изобретению будут подробно рассмотрены ниже со ссылкой на сопровождающие чертежи. Настоящее изобретение не ограничивается этими вариантами осуществления. В следующих вариантах осуществления предполагается, что двигатель внутреннего сгорания, имеющий смонтированное устройство очистки отработавшего газа, представляет собой дизельный двигатель, причем описывается транспортное средство, использующее дизельный двигатель. Однако двигатель внутреннего сгорания не ограничивается указанным, и настоящее изобретение применимо для различных двигателей внутреннего сгорания, таких как бензиновый двигатель и газовая турбина. Кроме того, устройство, имеющее двигатель внутреннего сгорания, не ограничивается транспортным средством, устройство может быть использовано в качестве двигателя внутреннего сгорания в различных устройствах, таких как морское судно и генератор мощности.

Фигура 1 представляет собой структурную схему принципиальной конфигурации транспортного средства, имеющего дизельный двигатель, оборудованный устройством очистки отработавшего газа согласно варианту осуществления настоящего изобретения. Фигура 2 является структурной схемой принципиальной конфигурации блока измерения концентрации в устройстве очистки отработавшего газа для дизельного двигателя, показанного на фигуре 1. Как показано на фигуре 1, транспортное средство 10 включает в себя дизельный двигатель 12, выхлопную трубу 14, которая направляет отработавший газ, выпускаемый из дизельного двигателя 12, и устройство 16 очистки отработавшего газа, в котором очищается отработавший газ, поступающий в выхлопную трубу 14. Транспортное средство 10 также включает в себя различные элементы, необходимые для транспортного средства, такие как колеса, кузов, рабочие детали, трансмиссия, отличающиеся от составных элементов, показанных на фигуре 1.

Дизельный двигатель 12 является двигателем внутреннего сгорания, в котором используется легкое или тяжелое масло в качестве топлива, причем топливо сжигается с целью получения энергии. Выхлопная труба 14 соединяется с дизельным двигателем 12 на выходе из двигателя, чтобы направить отработавший газ, выпускаемый из дизельного двигателя 12.

Устройство 16 очистки отработавшего газа включает катализатор 18 окисления, сажевый фильтр 20, блок 22 впрыскивания водной мочевины, емкость 24 водной мочевины, блок 26 использующего мочевину катализатора SCR, блок 28 измерения концентрации и блок 30 регулирования, причем устройство размещается в выпускном тракте для отработавшего газа, то есть в выхлопной трубе 14 или рядом с выхлопной трубой 14.

Катализатор 18 окисления является катализатором, таким как платина, который предусмотрен в выпускном тракте для отработавшего газа, конкретно, внутри части выхлопной трубы 14, расположенной ниже по ходу отработавшего газа от выпускного окна дизельного двигателя 12. Часть твердых частиц (ТЧ) в отработавшем газе, прошедших в выхлопную трубу 14 и через катализатор 18 окисления, удаляется с помощью катализатора 18 окисления. Здесь термин твердые частицы означает загрязнения в воздухе, выпускаемом из дизельного двигателя, и представляет собой смесь твердых углеродистых частиц, несгоревших углеводородов (растворимая органическая фракция: РОФ), состоящую из полимерных молекул, и сульфатов, образовавшихся при окислении серы, содержащейся в топливе. Катализатор 18 окисления окисляет монооксид азота, содержащийся в отработавшем газе, поступающем в выхлопную трубу 14, до диоксида азота.

Сажевый фильтр 20 дизельного двигателя (СФД) представляет собой фильтр, предусмотренный в выпускном тракте отработавшего газа, конкретно, внутри части выхлопной трубы 14, расположенной ниже по ходу потока отработавшего газа от катализатора 18 окисления, чтобы улавливать твердые частицы, содержащиеся в отработавшем газе, которые прошли через катализатор 18 окисления. В качестве сажевого фильтра 20 желательно использовать непрерывно регенерируемый сажевый фильтр, который может сохранять характеристики улавливания, таким образом, что регенерация осуществляется путем удаления захваченных ТЧ путем сгорания или тому подобным способом.

Использующая мочевину система 21 SCR (Селективного каталитического восстановления) представляет собой систему удаления NOx, в которой снижается содержание оксидов азота (NO, NO₂), содержащихся в отработавшем газе, причем система включает в себя блок 22 впрыскивания водной мочевины (в последующем просто "блок 22 впрыскивания"), емкость 24 с водной мочевиной и использующий мочевину каталитический блок 26 SCR. Блок 22 впрыскивания представляет собой устройство впрыскивания, которое впрыскивает водную мочевину в выхлопную трубу 14, причем отверстие для впрыскивания предусмотрено в части выхлопной трубы 14, находящейся ниже по ходу потока отработавшего газа от сажевого фильтра 20. Блок 22 впрыскивания впрыскивает водную мочевину в выхлопную трубу 14 из отверстия для впрыскивания. В емкости 24 с водной мочевиной хранится водная мочевина, которая подается в блок 22 впрыскивания. В емкости 24 с водной мочевиной предусмотрено подпиточное отверстие для подпитки водной мочевины из внешнего устройства, которое подает водную мочевину, и водная мочевина подпитывается в соответствии с потребностью из подпиточного отверстия. Использующий мочевину каталитический блок 26 SCR включает в себя использующий мочевину катализатор SCR, который представляет собой использующий мочевину катализатор селективного восстановления, который способствует взаимодействию между аммиаком, образовавшимся из мочевины, и оксидами азота, и носитель, предусмотренный внутри части выхлопной трубы 14, расположенной ниже по ходу потока от блока 22 впрыскивания, для поддержки использующего мочевину катализатора SCR. В качестве использующего мочевину катализатора SCR может быть использован цеолитный катализатор. Кроме того, носитель расположен внутри выхлопной трубы 14, и в нем имеется отверстие для аэрирования отработавшего газа, причем использующий мочевину катализатор SCR опирается на поверхность этого механизма.

Использующая мочевину система 21 SCR имеет описанную выше конфигурацию, и с использованием блока 22 впрыскивания водная мочевина впрыскивается внутрь выхлопной трубы 14. Впрыскиваемая водная мочевина выделяет аммиак (NH₃) под действием теплоты в выхлопной трубе 14. Конкретно, аммиак образуется из водной мочевины согласно следующей химической реакции:

(NH₂)₂CO+H₂O→2NH₃+CO₂

Затем образовавшийся аммиак поступает в выхлопную трубу 14 вместе с отработавшим газом и поступает в использующий мочевину каталитический блок 26 SCR. Часть водной мочевины, не прореагировавшая с образованием аммиака, входит в использующий мочевину каталитический блок 26 SCR в состоянии водной мочевины. Следовательно, даже в использующем мочевину каталитическом блоке 26 SCR, аммиак образуется из водной мочевины согласно указанной выше реакции. Аммиак, поступивший в использующий мочевину каталитический блок 26 SCR, взаимодействует с оксидами азота, содержащимися в отработавшем газе, удаляя кислород из оксидов азота, которые восстанавливаются до азота. Конкретно, оксиды азота восстанавливаются согласно следующей химической реакции:

4NH₃+4NO+O₂→4N₂+6H₂O

4NH₃+2NO₂+O₂→3N₂+6H₂O

Блок 28 измерения концентрации размещается в выхлопной трубе 14, ниже по ходу потока отработавшего газа от использующего мочевину каталитического блока 26 SCR, для измерения концентрации аммиака в отработавшем газе, который прошел через использующий мочевину каталитический блок 26 SCR. Как показано на фигуре 2, блок измерения концентрации 28 включает корпус 40 блока измерения, волоконный световод 42, измерительную ячейку 44 и приемник 46 света.

Корпус 40 блока измерения (корпус измерительного устройства) содержит источник светового излучения, который испускает лазерный луч в диапазоне длин волн, поглощаемых аммиаком, и вычислительный блок, который рассчитывает концентрацию аммиака по сигналу поглощения. Корпус 40 блока измерения выпускает лазерный луч в волоконный световод 42 и принимает сигнал, полученный приемником 46 света.

Волоконный световод 42 направляет лазерный луч, выпускаемый из корпуса 40 блока измерения, так чтобы он поступал в измерительную ячейку 44.

Измерительная ячейка 44 расположена в части выхлопной трубы 14 и включает в себя блок падающего излучения, который обеспечивает поступление света, испускаемого волоконным световодом 42, внутрь измерительной ячейки 44, и выходное устройство, которое выпускает лазерный луч, проходящий по заранее определенному маршруту в измерительном модуле.

Приемник 46 света принимает лазерный луч, который прошел внутри измерительной ячейки 44 и выпускается из выходного устройства, и выдает данные об интенсивности принятого лазерного луча в корпус 40 блока измерения в виде принятого светового сигнала.

Блок 28 измерения концентрации 28 имеет описанную выше конфигурацию, причем лазерный луч, выпущенный из корпуса 40 блока измерения, проходит по заранее определенному маршруту в измерительной ячейке 44 из волоконного световода 42 и выходит из выходного устройства. В этот момент, если аммиак содержится в отработавшем газе в измерительной ячейке 44, то лазерный луч, проходящий через измерительную ячейку 44, поглощается. Следовательно, выходной сигнал лазерного луча, достигающий выходного устройства, изменяется в соответствии с концентрацией аммиака в отработавшем газе. Приемник 46 света превращает лазерный луч, выходящий из выходного устройства, в принятый световой сигнал, и выпускает принятый световой сигнал в корпус 40 блока измерения. В корпусе 40 блока измерения сравниваются интенсивности выходного лазерного луча с интенсивностью, рассчитанной по принятому световому сигналу, с целью расчета концентрации аммиака в отработавшем газе, входящем в измерительную ячейку 44, на основании степени уменьшения интенсивности. Таким образом, в блоке 28 измерения концентрации используется лазерная абсорбционная спектроскопия с настраиваемым диодом (TDLAS) для того, чтобы рассчитать или измерить концентрацию аммиака в отработавшем газе, проходящем в заранее определенное положение в измерительной ячейке 44, то есть в положение измерения, на основании интенсивности выходного лазерного луча и принятого светового сигнала, детектированного приемником 46 света. Кроме того, с использованием блока измерения концентрации 28 согласно настоящему изобретению можно непрерывно рассчитывать или измерять концентрацию аммиака.

Только блок падающего излучения и выходное устройство измерительной ячейки 44 могут быть выполнены из материала, пропускающего свет, или вся измерительная ячейка 44 может быть выполнена из пропускающего свет материала. Кроме того, по меньшей мере, два оптических зеркала могут быть предусмотрены в измерительной ячейке 44, так что лазерный луч, поступающий из блока падающего излучения, многократно отражается оптическими зеркалами и выходит из выходного устройства. С помощью многократного отражения лазерного луча лазерные лучи могут проходить через множество областей измерительной ячейки 44. Следовательно, может быть снижено влияние концентрационного разбавления отработавшего газа, поступающего в измерительную ячейку 44, и, таким образом, обеспечивается точное определение концентрации.

Блок 30 регулирования регулирует количество водной мочевины, которая будет впрыскиваться из блока 22 впрыскивания, и распределение впрыскивания во времени в соответствии с ПИД-регулированием на основании результата определения в блоке 28 измерения концентрации. Конкретно, когда концентрация аммиака ниже заранее заданного значения, увеличивается количество водной мочевины, которое будет впрыскиваться за раз, или уменьшается интервал впрыскивания водной мочевины. Когда концентрация аммиака выше заранее заданного значения, уменьшается количество водной мочевины, которое будет впрыскиваться за раз, или увеличивается интервал концентрации впрыскиваемого аммиака.

Фигура 3 представляет собой блок-схему примера способа регулирования количества впрыскиваемой водной мочевины, который осуществляется с использованием блока 30 регулирования. Блок-схема, показанная на фигуре 3, выполняется, когда концентрация аммиака устанавливается в соответствии с количеством водной мочевины, впрыскиваемой из блока 22 впрыскивания. Когда концентрация аммиака, измеренная блоком 28 измерения концентрации, вводится в блок 30 регулирования, этот блок 30 регулирования определяет, является ли измеренная концентрация аммиака выше заданного значения, на стадии S12. Когда установлено, что концентрация аммиака, измеренная на стадии S12, превышает заданное значение (ДА), блок 30 регулирования действует на стадии S14, снижая заданное в настоящее время количество впрыскиваемой водной мочевины на некоторое количество. То есть блок 30 регулирования уменьшает количество водной мочевины, которая будет впрыскиваться из блока 22 впрыскивания, на некоторое количество. Затем блок 30 регулирования действует на стадии S20.

Когда уже установлено, что измеренная концентрация аммиака ниже заданного значения на стадии S12 (НЕТ), блок 30 регулирования действует на стадии S16 для того, чтобы определить, является ли измеренная концентрация аммиака ниже, чем заданное значение. Когда уже установлено, что измеренная на стадии S16 концентрация аммиака ниже, чем заданное значение (ДА), блок 30 регулирования действует на стадии S18 для того, чтобы увеличить установленное в настоящее время количество впрыскиваемой водной мочевины на некоторое количество. То есть блок 30 регулирования увеличивает количество водной мочевины, которая будет впрыскиваться из блока 22 впрыскивания, на некоторое количество. Затем блок 30 регулирования действует на стадии S20. Когда уже установлено, что концентрация аммиака, измеренная на стадии S16, выше заданного значения (НЕТ), блок 30 регулирования действует на стадии S20. Блок 30 регулирования определяет, выключен ли двигатель (дизельный двигатель 12), на стадии S20. Когда установлено, что двигатель не выключен, то есть двигатель работает (НЕТ), блок 30 регулирования действует на стадии S12 с целью повторения указанного выше процесса. Когда установлено, что двигатель выключен на стадии S20 (ДА), блок 30 регулирования завершает процесс. Таким образом, блок 30 регулирования регулирует количество впрыскиваемой водной мочевины с помощью блока 22 впрыскивания. При регулировании количество впрыскиваемой водной мочевины увеличивается или снижается на некоторое количество; однако регулирование не ограничивается указанным. Например, когда концентрация аммиака ниже, чем заданное значение, количество впрыскиваемой водной мочевины может представлять собой заранее установленное стандартное значение, или когда концентрация аммиака выше, чем заданное значение, количество впрыскиваемой водной мочевины может быть установлено равным 0. Количество впрыскиваемой водной мочевины может регулироваться числом впрыскиваний или может быть установлено однократным впрыскиваемым количеством. Верхний предел заданного значения и нижний предел заданного значения концентрации аммиака могут иметь различные значения. То есть заданное значение, используемое на стадии S12, и заданное значение, используемое на стадии S16, могут быть различными. Устанавливая верхний предел заданного значения и нижний предел заданного значения концентрации аммиака на различных уровнях, может быть задан определенный диапазон концентраций аммиака, в котором количество впрыскиваемой водной мочевины не изменяется.

Транспортное средство 10 и устройство 16 очистки отработавшего газа в основном имеют конфигурацию, как описано выше. Устройство 16 очистки отработавшего газа улавливает ТЧ, содержащиеся в отработавшем газе, и снижает содержание ТЧ в отработавшем газе за счет принудительного пропускания отработавшего газа, выпускаемого из дизельного двигателя 12, через катализатор 18 окисления и сажевый фильтр 20. Отработавший газ, прошедший через сажевый фильтр 20, поступает в выхлопную трубу 14, и затем водная мочевина впрыскивается из блока 22 впрыскивания, отработавший газ проходит через использующий мочевину каталитический блок 26 SCR вместе с водной мочевиной, причем из водной мочевины образуется аммиак. Поскольку отработавший газ проходит чере