JP2000507665A - ＮＯｘの制御におけるアンモニア注入 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 酸化窒素を減じるように、エンジンの排気ガス内にアンモニア（ＮＨ₃）を注入する際の改良を開示する。単にアンモニアを排気ガス導管内にその側面内の孔を通じて注入するのではなく、排気導管（１６）内に深く突出する、複数の孔（９４）を有するアンモニア注入器（９０）が設けられる。アンモニアは、排気導管内に注入されるのに先立って活性化されて、ＮＨ₂およびＮＨを含む、その反応性成分へと分解される。このような注入に先立つ活性化は、白金族の金属、鉄、ニッケル、または亜鉛等の触媒の存在下、アンモニアを加熱することによって可能となる。電気パルスが燃料の流量を制御するよう燃料注入器に送られる、燃料注入システムを有するエンジンにおいては、これら電気信号の持続時間を使用して、アンモニアの排気ガス導管内への流量を制御するバルブ（７２）の開放が制御される。

Description

【発明の詳細な説明】 ＮＯｘの制御におけるアンモニア注入関連事件の参照 本出願は、１９９６年４月１２日に出願された米国仮特許出願連続番号第６０ ／０１４，６６０号および１９９６年６月１８日に出願された米国仮特許出願連 続番号第６０／０２０，００７号の利益を請求する。発明の背景 本出願人への先の特許番号第５，２２４，３４６号において、エンジン排気ガ ス内の酸化窒素（ＮＯおよびＮＯ₂）またはＮＯｘの量を、酸化窒素と反応して 窒素および水を生成するアンモニア（ＮＨ₃）を注入することによって減じるこ とが可能であることを示す実験について記載した。その特許内で述べたように、 注入されるアンモニアの量は、ＮＯｘの生成量にほぼ比例するように制御するこ とが望ましい。アンモニア注入は通常、暖機されたエンジンがアイドリングして いる等の場合には必要とされない。そのような場合の比較的少量のＮＯｘは、熱 い触媒コンバータによって排除することが可能だからである。その他の場合、生 成されるＮＯｘの量、かつしたがって注入されるべきアンモニアの量は、多数の 現象の増幅によって示される。これらは、排気温度、空気吸込口の吸気圧力、お よび、エンジン内への燃料または空気の流量、を含む。特別なセンサをエンジン 内に設置して、アンモニア注入を制御する制御回路に接続することも可能である が、このようなセンサを設置することは、アンモニア注入システムのコストを増 大させる。特別なセンサの据付けを必要とせずにアンモニア注入システムを制御 できれば、アンモニア注入システムのコストを大いに減ずることができる。 上述の特許番号第５，２２４，３４６号において、本出願人は、アンモニアを 排気ガス流れに沿って下流を指す開口部を有する小さい管を通じて注入する方法 を記載した。このような注入管は、排気ガス導管の上端付近に位置し、そこでは 排気ガスは非常に熱いが、排気ガスは急速に冷却されて、アンモニアは排気ガス と急速に混ざることはなかった。結果として、アンモニアの大半の部分が排気ガ ス内の酸化窒素と有効に結合することはなかった。排気ガス内の酸化窒素と反応 するアンモニアの量を増大させることのできるアンモニア注入システムは、必要 とされるアンモニアの量を低減し、かつ、大気中に排出される酸化窒素の量を減 じるであろう。発明の概要 本発明の一実施例に従えば、エンジンの排気ガス内にアンモニアを注入するた めのシステムが提供される。これは、低コストのシステム内で、排気ガス内の酸 化窒素と結合するアンモニアの量を増大させる。排気ガス流内に単一の孔からア ンモニアを注入するのではなく、本出願では、ガス流内に位置する複数の間隔を おかれた孔からアンモニアを注入する。また、本出願では、排気ガス導管に混合 ブレードを含む混合機部分を設けており、それによって、排気ガスを混合するこ とが可能である。 排気ガス内の酸化窒素とアンモニアとの反応は、アンモニアを排気ガスの流れ 内に注入する前に活性化することによって、大いに強化される。アンモニア（Ｎ Ｈ₃）は活性化すると、まず、ＮＨ₂＋Ｈに分割される。ＮＨ₂は非常に反応性が 高い。このＮＨ₂はさらに、ＮＨ＋Ｈに分解することができる。ＮＨもまた非常 に反応性が高い。注入の直前にアンモニアを活性化することにより、排気ガスの 流れに沿って排気ガスが非常に熱い上流位置に、非常に反応性の高い成分を存在 させることができるようになる。これは、化学反応を強化する。アンモニアは、 加熱することによって活性化することができ、特に、白金族の金属、鉄、ニッケ ル、および亜鉛を含む、触媒作用を及ぼす材料が存在する場合に、反応は強化さ れる。１方法として、触媒作用を及ぼす材料の粒子を詰め込んだ本体を排気ガス 流内に配置することにより、その本体を高温で加熱する方法がある。アンモニア は、その本体を通じて本体内の出口孔へと移動するのに、長く細い通路を通過せ ねばならず、そのため、アンモニアは加熱されて、本体を通じて移動する間に活 性化されるのである。 排気ガス内の酸化窒素の量が増加および減少するのに従ってアンモニアの流量 を増加または減少するよう調節する制御は、特別に据付けられるセンサを必要と はしない。代わりに、本出願では、燃料を空気内に注入して燃焼させるための、 エンジンの注入弁に与えられる電気信号を、排気ガス流内へのアンモニアの流量 を制御するセンサ出力として使用する。 本発明の新規な特徴は、添付の請求の範囲に特に示される。本発明は、添付の 図面を参照して以下の説明を読まれることで、最もよく理解されるであろう。図面の簡単な説明 図１は、本発明の汚染低減装置がその中に据付けられた、エンジンの簡易概略 図である。 図２は、図１のエンジンおよび汚染低減装置の一部分の概略図である。 図３は、図２の排気パイプの一部分および注入器の部分断面等尺図である。 図４は、アンモニアが排気パイプ内に単一のポートを通じて注入された際の、 エンジンの速度における変化量を示す第１のグラフ、および、異なる速度のエン ジンによって生成される酸化窒素のレベルを示す第２のグラフを含む。 図５は、アンモニアが排気パイプの同じ位置内に、しかし図３の注入器を通じ て注入された際の、図４と同じエンジン速度における変化量を示す第１のグラフ 、および、酸化窒素の生成における変化量を示す第２のグラフを含む。 図６は、図５と同じ注入器を使用するが、注入されるアンモニアの量を２５％ 減じた際の、図４および図５と同じエンジン速度における変化量を示す第１のグ ラフ、および、酸化窒素の生成における変化量を示す第２のグラフを含む。 図７は、図３の排気パイプ内に据付けることが可能な、混合機部分の等尺図で ある。 図８は、アンモニアを排気ガス流内に注入する前に活性化するよう構築された 、本発明の別の実施例の注入器の部分断面図である。 図９は、アンモニアを注入前に活性化させる、本発明のまた別の実施例の注入 器の部分断面図である。 図１０は、アンモニアをその注入の前に活性化させる、本発明のさらに別の実 施例の注入器の部分断面図である。 図１１は、図２に示したシステムの電子回路の簡素化された概略図である。 図１２は、本発明の別の実施例のアンモニア注入システムを示す。好ましい実施例の説明 図１は、本発明のシステム１０を示す。システム１０において、エンジン１２ は、クランク軸１４を回転するよう燃料と空気とが中で燃焼されるシリンダを有 する。この燃焼によって熱い排気ガスが生成され、このガスが排気導管１６を通 じて大気中に送られる。排気導管は、いくつかのシリンダに接続されてそれらか ら排気ガスを集めるマニホールド２０と、排気導管に沿って位置付けられて、車 両のエンジン内で汚染を低減するために広く使用される、触媒コンバータ２２と を含む。 図１は、約１５０ｐｓｉの圧力の液体アンモニアを含む圧力容器等の、アンモ ニアのコンテナ３２を含む、アンモニア注入システム３０を示す。このソースの コンテナ３２は、アンモニアを、絞り弁装置３４およびホース３６を通じて、排 気パイプまたは導管１６に沿って位置付けられたアンモニア注入位置４０へと送 る。アンモニアが排気パイプ内に注入される位置４０は、排気マニホールド２０ 内にまたはその付近にあるため、アンモニアは（高いエンジン負荷において通常 １１００°Ｆを超える）非常に熱い排気ガスと相対することになり、それにより 、アンモニアと排気ガスとの反応が促進されて酸化窒素が低減される。触媒コン バータ２２をエンジンの動作の数分後に加熱する場合には、（触媒コンバータに おける排気ガスの温度が排気マニホールド付近における排気ガスの温度よりもは るかに低くとも）その貴金属触媒がアンモニアを酸化窒素とさらに反応させる。 本出願においては、排気ガスがもっとも熱い（しかし開放された炎には近くない ）場所にアンモニアを注入することを望んだが、実際には、注入位置４０は、エ ンジン酸素センサが現代のエンジンにおいて一般的に位置付けられる位置４２の わずかに下流に配置した。これにより、アンモニアの注入が正確な酸素感知を妨 げることはなくなる。 図２は、エンジン１２およびアンモニア注入システム３０の細部を示す。エン ジンシリンダ５０は、空気マニホールド５２および入口弁５４を通じて空気を受 取る。燃料注入器６０は、燃料ライン６２から燃料を受取って、その燃料を入口 弁５４を通じてシリンダ内へと注入する。シリンダ内では、スパークプラグ等が 燃料と空気の混合物を点火して、クランク軸に接続されたピストン６４を駆動す る。シリンダ内に発生した排気ガスは、排気弁６６を通じて排気され、排気導管 １６の一部である排気マニホールド２０へ、さらに最終的には環境内へと排気さ れる。 アンモニア注入システムの絞り弁装置３４は、加圧された気体状アンモニアを ソレノイドバルブ７２に供給する、圧力調整器７０を含む。ライン７４にわたっ てソレノイドバルブへと搬送される電気パルスが、ソレノイド７６を励磁して、 バルブ部材７８を収縮させる。これにより、チャンバまたは導管８０内に位置す る気体状アンモニア７８は、ホース３６を通じて位置４０における注入器９０へ と送られる。注入器９０はアンモニアまたはその成分を排気ガスの流れ９２内に 、好ましくは４２における空気センサのわずかに下流の位置に注入する。 図３は、本出願人が構築しかつ満足な試験結果を得た、拡散アンモニア注入器 ９０を示す。注入器９０は、直径６ｍｍおよび長さ５０ｍｍの管であり、直径Ｄ が約６０ｍｍである排気導管内に突出する。本出願においては、この管に８個の 孔９４をあけた。これらの孔の２個ずつが、それぞれ、上流、下流、および対向 する側面方向に面する。（最高１０ｐｓｉまたは７０ｋＰａ等の）加圧されたア ンモニアを搬送するホース３６は、図示したようにこの管に取付けられた。本出 願人は、排気パイプへの単一のポート開口部の代わりに注入器９０の拡散構造を 使用することによって、排気ガス内の酸化窒素が大いに減じられることを発見し た。本出願人は、この酸化窒素の減少が、排気ガスがまだ非常に熱いうちにでき るだけ素早くアンモニアを排気ガスと混合したためであると考える。１または複 数の注入器は、主に排気導管の軸Ａの両側に孔９４を有することが望ましい。 図４および図５は、（８シリンダ、３０５立方インチ排気量の）エンジンを含 む自動車（１９９１ シボレー（Chevrolet））を連邦標準の駆動サイクルと同 じ速度サイクルで駆動する際の、自動車のエンジンの排気ガスにおける酸化窒素 のレベルの変化量を示すグラフである。時間あたりのキロメートルで示すエンジ ンの速度は、グラフの右側の縦軸に示し、テスト中の時間を、グラフの水平軸に 沿って、秒単位で示す。ｐｐｍ（百万分率）で示した酸化窒素の排出量は、各グ ラフの左側の縦軸に沿って示した。図４および図５における第１のライン１００ 、 １０２は、時間の経過に伴った車両の速度の変化量を示す。これによれば、車両 は、０ｋｐｈから８０ｋｐｈ（５０マイル／時間）へと、かつその後０へと、繰 返し加速および減速され、その期間は各々約４４秒であって、その期間と期間の 間でエンジンはアイドリングされる。グラフ１０４および１０６は、酸化窒素の 排出量の変化量を示す。図４および図５におけるアンモニア注入の割合（１０ｍ ｐｈの一定速度で大気圧でアンモニア０．５１リットル／分、この割合は、燃料 の流量に比例する）は、各テストの間、（単位燃料当り）実質的に同じであった 。図４と図５との違いは、図４においてはアンモニアが（米国特許番号第５，２ ２４，３４６号で示すように）下流を向いた単一のポートを通じて注入されたの に対し、図５においては、アンモニアが図３に９０で示した構造の拡散注入器を 通じて注入されたことである。図５からわかるように、図３の拡散注入器を使用 した際の、生成された結果としての酸化窒素の量は、図４で生成された酸化窒素 の量よりもはるかに少なくかった。 図６は、図４および図５に示したのと同じ種類の車両動作サイクル（速度はグ ラフ１１２で示される）中に、図５に示したのと同じ注入器を使用し、ただし、 図６においては注入されるアンモニアの量を２５％だけ減じた場合の、酸化窒素 の変化量を示すグラフ１１０を含む。これによれば、アンモニアの量が少なすぎ ずまた多すぎることのないように、アンモニアの量を厳密に制御しなければなら ないことが示される。アンモニアを注入しなかった場合の酸化窒素の量は、図４ に示される量の約２倍であった。 図７は、排気パイプ内に（注入器のわずか上流または下流のいずれかに）据付 けることが可能な混合機部分１２０を示す。これは、注入位置付近に排気ガスの 渦流を発生させる。このような渦流は、排気ガスがまだ熱いうちに排気ガス中に くまなく、注入されたアンモニアを急速に分散させるのに役立つ。その特別の混 合機部分１２０は、ガスを渦流内に導く固定混合ブレード１２２を含む。注入器 が排気マニホールドに近接して位置付けられるように、混合機部分１２２の長さ は最小限であってよい。種々の混合機が使用可能であるが、回転するファンのブ レードを有する混合機、および、乱流が注入器のすぐ下流で生じる混合機、等が 挙げられる。これらすべてにおいて、排気ガスの流出を大きく遮ることのないよ うに、注意せねばならない。 アンモニアを酸化窒素と反応させるために、アンモニアをまず分解し始めなけ ればならないことは、知られている。アンモニア（ＮＨ₃）は、まず、ＮＨ₂＋Ｈ に分割される。このＮＨ₂は、非常に反応性の高い形であって、酸化窒素と容易 に反応する。ＮＨ₂はさらにＮＨ＋Ｈに分解することができ、ＮＨもまた反応性 が高い。アンモニアのＮＨ₂および／またはＮＨ、＋Ｈへの分解は、（触媒が不 在の場合には）９００〜１０００°Ｆの範囲の温度で開始され、１８００°Ｆで 実質的に完了する。現代の自動車において使用される種類（白金族）の触媒の存 在下では、この分解はより低い温度で行なわれるが、通常これは約５００°Ｆで 開始して、１１００°Ｆで実質的に完了する。ＮＨ₃の分解が、白金族の金属に 加えて、鉄、ニッケルおよび亜鉛を含む材料が存在する場合に行なわれる傾向に あることもまた知られている。アンモニアが成分ＮＨ₂および／またはＮＨ、＋ Ｈに分割された場合、これらの成分は、分解のための環境がもはや存在しなくな れば、結合してアンモニアに戻る。 本発明の別の局面に従えば、本出願ではアンモニア（ＮＨ₃）を分解または活 性化して、その相当な部分（少なくとも１０％、および好ましくはすなくとも２ ０％）を、エンジン排気ガスの流れ内にアンモニアを注入する直前または注入中 に、その活性成分ＮＨ₂および／またはＮＨへと変換させる。注入の直前または 注入中にアンモニアを活性化することにより、本出願では、非常に反応性の高い アンモニア成分（ＮＨ₂および／またはＮＨ）を、エンジン排気ガスの流れ内に 直接注入する。排気ガスが燃料を燃焼する位置（通常シリンダ内）から排気パイ プの環境に開放する反対側の端部へと急速に移動するにつれて、排気ガスの温度 は急速に低下するので、これら反応成分は、できろだけ上流に（しかし開放され た炎がない位置に）存在することが望ましい。上述の方法によれば、注入される アンモニアのうち、予めその反応性成分へと分解されることのないまたは後に分 解されるであろう相当量の部分が無駄になることが防がれる。後に（おそらくは 注入の１秒後に）排気パイプに沿って相当距離を移動した後に成分が分解される 場合、反応性成分は低温でのみ利用可能となり、したがって、排気ガス内の酸化 窒素と反応する量が低減する。本出願においては、「アンモニアを注入する」と いう表現は、分解されていないアンモニアの注入、および、分解されたアンモニ アの注入を含む。 図８は、アンモニア注入器１３０の一例を示す。これは、注入の直前または注 入中にアンモニアを活性化するよう構築されている。注入器１３０は、入口１３ ４と、排気導管１６内に位置する６つの孔１３６によって形成される出口を有す る、ハウジング１３２を含む。白金族の金属、鉄、ニッケルまたは亜鉛等の（Ｎ Ｈ₃に対して触媒作用を及ぼす）触媒材料の多数の粒子１４０が、ハウジング内 に保持され、スクリーン１４２がそれらの損失を防ぐために使用される。注入さ れたアンモニアはこれら粒状物の間を通過して、その後孔１３６から出る。これ ら粒状物は、ガスが排気ガス流９２内へと出ていく前に、アンモニア（ＮＨ₃） の一部分を反応性成分へと分割することによってアンモニアを活性化させる。活 性化は、粒状物１４０が注入器にわたって流れる排気ガスにより高温に加熱され ることによって、強化される。エンジンの始動後短期間、粒状物は電流源１４８ に接続されたヒータエレメント１４６によって加熱することが可能である。アン モニア自身は、注入器に到達する前に予熱することが可能である。 図８の注入器１３０のハウジング１３２は、図３の注入器９０と幾分似ており 、アンモニアを排気ガス中へと分散する複数の孔１３６（６個が示される）を含 む。本出願では小さいサイズの粒状物が使用されることが望ましく、約２ｍｍ以 下の直径を有するもの、好ましくはそれよりはるかに小さいサイズが望ましい。 これにより、隣接する粒状物の間には細い通路が形成され、この細い通路が、約 １平方ミリメートル以下の、好ましくは０．１ｍｍ²以下の平均断面積を有する ようになる。入口１３４から出口孔１３６のうちの１つへと、アンモニアはその 平均幅の１０倍以上の（好ましくはその幅の５０倍以上の）長さを有する熱い通 路（粒状物の間の空間）に沿って移動する。それにより、アンモニアはかなり加 熱されて、活性化されることになる。このように細く長い通路はまた、アンモニ アを（好ましくは少なくとも５００°Ｆまたは２６０℃に）加熱することに加え て、アンモニアをそれら粒状物の触媒材料と接触させて活性化を促進するのに役 立つ。 図９は、別の注入器１５０を示す。これは図８の注入器に似ているが、図９の 注入器は、触媒材料の焼結粒子から形成され、アンモニアはその焼結注入器内の 細孔を通じてガス流９２に出ていく。通路１５２は、アンモニアの分散をより均 一にするために、注入器の中央に形成されている。 図１０は、アンモニアを活性化するよう１６２にアークが設けられている、別 の注入器１６０を示す。この注入器は、電極１６４、１６６、および、それら電 極の間に接続されてアンモニアがそれを通じて流れる活性アークを作る、高電圧 （たとえば２０キロボルト）源１６８を含む。アンモニア注入の直前（好ましく は１分以下およびより好ましくは１０秒以下であり、その間にアンモニアは注入 器の方向へまたは注入器を通じて移動する）に、レーザビーム、電子ビーム等か らアンモニアにエネルギを入力することで、アンモニアの活性化を促進すること が可能である。 再び図２を参照して、燃料をシリンダ５０内に注入する燃料注入器６０は、回 路１７２から受取る電気パルス１７０によって励磁されることがわかる。各パル スの幅は、各サイクル中にバルブが開放される期間を決定し、それにより、エン ジンのシリンダへと搬送される燃料の量を決定する。ワイヤ１７６（実際には少 なくとも２本のワイヤが必要である）は、燃料注入器へと搬送されるのと同じ出 力パルス１７０を、９０等のアンモニア注入器へのアンモニアの流れを計量制御 するソレノイドバルブ７２の動作を制御する、回路１８０へと搬送する。気体状 アンモニアは、バルブ導管８０のバルブ部材７８に供給されるが、ここで、気体 状アンモニアは圧力調整器７０で調整されるように通常１０ｐｓｉ以下（エンジ ンによってたとえば２ｐｓｉから５ｐｓｉ）の、予め定められた圧力を有する。 パルス１８２が回路１８０によってソレノイド７６に搬送されるたびに、ソレノ イドはバルブ部材７８を引張って、それを短期間開放し、アンモニアをホース３ ６へと搬送する。ホース３６はアンモニアを注入器へと搬送する。パルス１１８ ２の幅によって、バルブ部材７８が開放位置に置かれる期間が決定され、それに より、与えられるアンモニアの量が決定される。ただし、ホース３６から注入器 ９０を通じて排気パイプまたは導管１６に至るアンモニアの流れは、実質的に連 続的であってうねりがないと理解されたい。 一例において、自動車は４０ｍｐｈで移動し、かつそのエンジンは、１８００ ｒｐｍまたは３０ｒｐｓ（回転／秒）で回転する。回路１７２は電気パルスを燃 料注入器に搬送するが、これは、８個のシリンダの各々に、１秒当り１５パルス を搬送する。本出願においては、８本のラインのうち１本のライン上の電気出力 を利用する。これは１秒当り１５パルス、または、または６７ｍｓ（ミリセカン ド）のパルスを搬送する。回路１８０は、単にこれらのパルスを増幅するもので あってもよいが、好ましくは、これらを分割して、ライン７４上により周波数の 低いパルス、たとえば６７０ｍｓごとに１パルスを生成するようにする。 図１１は、回路１８０の一例を示す。これは、１／１５秒ごとに、または６７ ｍｓごとに、ライン１７６上でパルス１７０を受取る。ある例において、燃料注 入器への各パルスが、８ｍｓの持続時間を有して、予め定められた燃料流れおよ び電力出力を生成するものと仮定する。ライン１７６上の燃料注入用パルスはカ ウンタ２００に送られる。このカウンタは、例示しやすくするために、本出願で は１０ずつ数えるものと仮定する。ライン２０２上のカウンタの出力は、２０４ 、２０６における正に向かうエッジを有する。これらは６７０ミリセカンド、ま たはオリジナルのパルスの間隔の１０倍の間隔をおかれている。ライン２０２上 の出力はパルス発生器２１０に送られ、パルス発生器２１０はライン７４上にパ ルスを送る。これらの立上がりエッジ２１４、２１６は、６７０ミリセカンドの 間隔をおかれている。各パルスの持続時間は、パルス幅検出回路２２０によって 決定される。これはライン１７６上の各燃料注入パルス１７０の持続時間（たと えば８ｍｓ）を検出し、その出力２２２は、所望のパルスの持続時間を表わすカ ウントである。出力２２２はパルス発生器２１０に送られて、各パルスの持続時 間を決定する。特定のパルス出力２２４は８０ｍｓの持続時間を有する。したが って、燃料注入信号の持続時間、またはそれらが存在する時間の割合（たとえば ６７ｍｓごとに８ｍｓ、またはその時間の１２％）は、排気導管へのアンモニア の流量を制御するのに使用される。 エンジンの燃料注入システム３０（図２）は非常に高速で反応しなければなら ないが、分割回路１８０を備えることで、はるかに低速の反応時間を有しかつし たがって低コストであるソレノイドバルブを使用することが可能となる。本出願 ではＮＯｘの生成量を示す既に利用可能な電気信号を使用するため、センサを提 供しかつ据付ける（および、センサを据付けるための孔を封止する）必要がなく なる。燃料注入パルスを増幅しかつそれらを分割する電子機器は、空気マニホー ルド、燃料ライン、または排気マニホールドに沿って別個のセンサを提供し、セ ンサを据付け、かつ信号を処理する回路を提供するコストと比較すれば、低コス トである。なお、熱いエンジンのアイドリング中にパルスが搬送されることのな いようパルス発生器を制御するために、および、さもなければエンジンの動作に 従ってアンモニアの流量を変化させるように、付加的な回路２２６（図１１）が 提供されるが、アンモニアの流量は、通常、燃料バルブパルスの持続時間が増加 および減少するにつれ、それぞれ増加および減少される。 図１２は、英国特許出願番号第２，２７４，４１２Ａ号に記載されたシステム に基づくシステム２３０を示す。この特許出願は、チタン酸バリウム等の高誘電 率および強誘電特性を有する、ペレット２３４のベッド２３２について記載して いる。１対の金属グリッド２４０、２４２はそのベッドの両端に位置付けられて 、高電圧源（たとえば２０キロボルト）２４４に接続されている。このベッドは 、（アンモニアが存在しない場合にも）酸化窒素を減少するのに役立ち、かつ、 すすの粒子を酸化させるのに役立つ。ここで、排気ガス流９２は単にベッドの側 （すなわち近く）を通過するのではなく、ベッド２３２を通じて流れると理解さ れたい。 本発明の一局面に従えば、出願人は（タンク、絞り弁および制御部を含む）ア ンモニアソース２４６を、ベッド２３４の上流端部付近の入口２５０に接続する 。チタン酸バリウムの粒子の存在および高電圧源２４４からのイオン化エネルギ によって、アンモニアの活性化が促進され、また、ベッドが排気ガス内へのアン モニアの混合を助ける。上述の英国特許出願に記載されている、高電圧源２４４ が接続されたベッド２３２と本出願人のアンモニア注入とを組合せることにより 、ＮＯｘは大いに減じられ、しかもすすもまた減じられる。 以上のように、本発明はアンモニアまたはその成分をエンジンからの排気ガス の流れ内に注入するためのシステムを提供する。このシステムは、アンモニアを 有効に使用して酸化窒素の排出量を低減する。アンモニアは排気ガス導管内へと 複数の間隔をおかれた位置で注入され、それにより、排気ガスが未だ非常に熱い うちに排気ガスを通じてアンモニアを分散させる。アンモニアは活性化され、し たがってアンモニアの少なくとも１０％がＮＨ₂および／またはＮＨへと分割さ れ、それにより、これらの非常に反応性の高い成分が排気ガス流内に注入されて 、排気ガスが非常に熱いうちに反応を開始する。アンモニアは、加熱することに よって分解することが可能であり、特に、壁部が白金族の金属、鉄、ニッケル、 または亜鉛等の触媒作用を及ぼす材料から形成された、長く細い通路にアンモニ アを通すことによって、分解することができる。アンモニアをそれを通じて排気 ガス流内へと注入するための孔を有する注入器は、好ましくは、排気ガス流内に 位置付けられる本体を含む。この本体はそこで高温（少なくとも５００°Ｆ）に 加熱され、それを通じて流れるアンモニアを加熱する。アンモニアの量は、発生 する酸化窒素の量とほぼ比例するよう制御されるが、この制御は、エンジンの燃 料注入器に送られる信号の持続時間を使用してアンモニアの流量を制御すること によって簡素化される。 以上に、本発明の特定の実施例を記載しかつ説明したが、当業者には、修正案 および変形案が容易に思いつかれるであろう。したがって、請求の範囲がそのよ うな修正案および均等物を網羅するものと解釈されるべきである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，Ｌ Ｕ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＡＵ，ＢＲ，ＣＡ，Ｃ Ｎ，ＪＰ，ＫＲ，ＭＸ (72)発明者 ザブスキー，ジョン・エム アメリカ合衆国、92707 カリフォルニア 州、サンタ・アナ、サウス・メイン・スト リート、3640・シィ (72)発明者 ワード，ウイリアム・エイチ アメリカ合衆国、92626 カリフォルニア 州、コスタ・メサ、ハノーバー・ドライ ブ、273

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．アンモニア（７８）を受取りかつ少なくともその成分をエンジン（１２）の 排気ガス（９２）の流れ内に注入するための装置における改良であって、 前記アンモニアを活性化して、前記活性化されたアンモニアを前記排気ガスの 流れ内に注入するのに先立って、その少なくとも一部分をアンモニア成分に分解 するための手段（１３０、１５０、１６４、１６６、２３２）を含む、改良。 ２．前記活性化するための手段は、前記排気ガスの流れ内に位置するよう構築さ れて前記排気ガスによって加熱される本体（１４０、１５０）を含み、前記本体 は、各々が１ｍｍ²以下の断面積を有してそれを通じて流れるアンモニアを加熱 する、複数のアンモニア搬送通路を有する、請求項１に記載の改良。 ３．前記本体は、アンモニアに触媒作用を及ぼしてそれを分解する材料を含む、 請求項２に記載の改良。 ４．前記活性化するための手段は、各々が１ｍｍ²より小さい断面積を有する複 数のアンモニア搬送通路、および、前記本体を加熱するようそれに結合された電 動ヒータ（１４６）を有する本体（１４０、１５０）を含む、請求項１に記載の 改良。 ５．前記活性化するための手段は、微細通路を形成する焼結された粒子の本体（ １５０）を含み、前記本体は前記排気ガスによって加熱されるように位置付けら れる、請求項１に記載の改良。 ６．空気中の炭化水素を燃焼して作動するための手段（５０、６４）を含み、前 記手段はまた酸化窒素を含む排気ガス（９２）の流れを生成し、エンジンは排気 ガスが大気中に排出される前にそれを通じて流れる排気導管（１６）を有する、 エンジン（１２）における改良であって、 アンモニアのソース（３２、２４６）と、 前記ソースに結合されてそれからアンモニアを受取りかつそれを前記排気ガス 導管内に注入するための注入器装置（３０、２３０）とを含み、 前記注入器装置は、注入器（９０、１３０、１５０、１６０、２５０）が前記 排気導管内に位置付けられるアンモニア搬送導管（３６）を含み、前記注入器は 前記アンモニアがそれを通じて前記排気ガスの流れ内に注入される複数の間隔を おいて配された出口開口部（９４、１３６）を有する、改良。 ７．前記アンモニアが前記ソースから出た後に前記排気導管内へと注入される前 に、前記アンモニアを加熱しかつそれを触媒作用を及ぼす材料（１４０）に通し て、アンモニアを活性化させるための手段（１３０、１５０）を含む、請求項６ に記載のエンジン。 ８．前記注入部分は、複数の通路部分を有する本体（１４０、１５０）を含み、 複数の通路部分は、前記排気導管内に位置付けられ、その各々は１ｍｍ以下の厚 さおよびその平均厚さの１０倍より長い長さを有し、よって、前記本体は排気ガ スによって加熱され、今度は、前記通路部分を通じて移動するアンモニアを加熱 して前記アンモニアを活性化させる、請求項６に記載のエンジン。 ９．前記燃焼するための手段は、燃料注入弁（６０）と、前記炭化水素を前記空 気内に注入して燃焼するための燃料と空気の混合物を生成するように位置付けら れた注入器（１３０、１５０、１６０）と、その持続期間が、前記空気内に注入 される燃料の平均流量を少なくとも部分的に決定する、電流（１７０）を生成す る燃料注入器電子回路（１７２）とを含む、請求項６に記載のエンジンにおける 改良であって、 前記注入器と、燃料注入器電子回路および前記バルブに結合されて、前記電流 の平均持続時間が増加および減少するにつれ前記排気導管内に前記注入器によっ て注入されるアンモニアの流量をそれぞれ増加および減少させるように前記バル ブの動作を制御する制御部（１８０）とを有する、アンモニア注入装置（３０） を含む、改良。 １０．前記注入器は微細通路を形成する焼結された粒子の本体（１５０）を含む 、請求項６に記載のエンジン。 １１．空気の存在下で炭化水素を燃焼しかつ排気ガスの流れを生成する、エンジ ンの排気ガス内の酸化窒素を減少するための方法であって、 ソース（３２、２４６）からのアンモニアを注入器（９０、１３０、１５０、 １６０、２５０）へと送って前記注入器からのアンモニアの少なくとも成分を排 気ガスの前記流れ内に注入するステップと、 前記アンモニアを前記排気ガスの流れ内に注入する前に前記アンモニアを活性 化するステップとを含む、方法。 １２．前記活性化するステップは、少なくとも１つの長い通路を形成する通路壁 部を有する本体（９０、１３０、１５０、１６０）を、前記排気ガスの流れ内に 位置付けて、前記排気ガスの熱が前記通路壁部を加熱するようにし、かつ、前記 アンモニアを前記排気ガスの流れ内に注入するのに先だって、前記アンモニアを 前記少なくとも１つの通路を通じて送って、前記通路壁部が前記アンモニアを少 なくとも５００°Ｆに加熱するようにするステップを含む、請求項１０に記載の 方法。 １３．前記活性化するステップは、アンモニアを前記排気ガスの流れ内に注入し て１０秒以内に、前記アンモニアを活性化してそのアンモニアの１０％以上を、 ＮＨ₂およびＮＨならびに水素に分解するステップを含む、請求項１０に記載の 方法。 １４．前記活性化するステップは、前記注入するステップに先立って、触媒の存 在下で前記アンモニアを加熱するステップを含む、請求項１１に記載の方法。 １５．空気の存在下で炭化水素を燃焼して排気ガス（９２）の流れを生成するエ ンジン（１２）の排気ガス内の酸化窒素を減じるための方法であって、 ソース（３２、２４６）からのアンモニア（１７８）を注入器（９０、１３０ 、１５０、１６０）に送って前記注入器からのアンモニアの少なくとも成分を含 むガスを前記排気ガスの流れ内に注入するステップを含み、 前記ガスを注入するステップは、前記排気ガスの流れ内に間隔をおかれた位置 に存在する複数のポート（９４、１３６）からガスを注入するステップを含む、 方法。 １６．前記注入するステップの前に触媒の存在下で少なくとも５００°Ｆの温度 に前記アンモニアを加熱するステップを含む、請求項１５に記載の方法。 １７．炭化水素燃料を空気のかたまり内に注入してそれらを燃焼して作業し、か つ、酸化窒素を含む排気ガスの流れを生成するよう位置付けられた燃料注入器装 置（６０、１７２）を有するエンジン（１２）であって、該エンジンは前記排気 ガスの流れが環境内に排出される前にそれを通じて流れる排気導管（１６）を有 し、前記燃料注入器装置は、その時間期間が、前記空気のかたまり内に注入され る燃料の平均流量を少なくとも部分的に決定する、電流（１７０）を生成する燃 料注入器電子回路（１７２）を含む、エンジン（１２）における改良であって、 前記排気導管に結合されてアンモニアを前記排気ガスの流れ内に注入する注入 器（９６、１３０、１５０、１６０）と、前記燃料注入器電子回路に結合されて 、前記電流の平均時間期間が増加および減少するにつれて前記排気導管内への前 記注入器によって注入されるアンモニアの流量をそれぞれ増加および減少するよ うに前記注入器装置の動作を制御する回路（１８０）とを含む、アンモニア注入 装置（３０）を含む、改良。 １８．前記アンモニア注入装置は、加圧アンモニアのソース（３２）と、電動バ ルブ（７２）と、前記ソースから前記バルブを通じて前記注入器に延びるアンモ ニア搬送通路（３６）を形成する壁部とを含み、 前記制御部は、各々の持続期間が前記燃料注入器電子回路によって生成される 前記電流の１より大きい予め定められた倍数である制御信号（１８２）と、前記 制御信号を前記バルブに搬送してそれを前記制御信号のうち１つの時間期間に等 しい時間期間だけ開放する導電体（７４）とを含む、請求項１７に記載のエンジ ン。 １９．電動バルブ（７２）を通じたエンジン（１６）の排気ガス導管内へのアン モニアの注入を制御するための方法であって、前記エンジンは燃料注入器（６６ ）と、時間単位当りのその平均持続時間が前記燃料注入器を通じる燃料の流量を 決定する、燃料注入制御電流（１７０）を生成する燃料注入器電子回路（１７２ ）とを含み、前記方法は、 前記燃料注入制御電流（１８２）を使用して、前記注入制御電流の単位時間当 りの持続時間にほぼ比例する流量で前記バルブを通じてアンモニアが流れるよう に前記バルブ（７２）の開口を制御するステップを含む、方法。