JP2002242664A

JP2002242664A - 内燃機関の還元剤供給装置

Info

Publication number: JP2002242664A
Application number: JP2001039113A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiro Ito; 和浩伊藤; Toshiaki Tanaka; 俊明田中; Shinya Hirota; 信也広田; Koichiro Nakatani; 好一郎中谷; Shigeki Omichi; 重樹大道; Naohisa Oyama; 尚久大山
Original assignee: Nippon Soken Inc; Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp; Soken Inc
Priority date: 2001-02-15
Filing date: 2001-02-15
Publication date: 2002-08-28
Anticipated expiration: 2021-02-15
Also published as: JP3571660B2

Abstract

(57)【要約】【課題】還元剤供給装置の構造を複雑にすることなく、
保存時や搬送時に互いに固着することがない固体還元剤
を効率的に供給するための還元剤供給装置を提供する。【解決手段】固体還元剤１はアンモニア由来の固体還元
剤物質と非水溶性液体２との混合剤から構成され、固体
還元剤１を内燃機関の排気通路に設置した脱硝触媒１０
の上流に添加する。内燃機関５０の排気通路に脱硝触媒
１０のみを備える場合には、内燃機関５０と脱硝触媒５
０との間の排気通路内に固体還元剤１を添加する。内燃
機関１と脱硝触媒５０との間の排気通路にＮＨ₃をＮＯ
に変換する触媒を備える場合には、この触媒と脱硝触媒
５０との間に固体還元剤を添加する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関から排出
される排気ガス中のＮＯｘを浄化する排気浄化装置にお
いて使用する還元剤に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】酸素過剰の雰囲気で、還元剤により排気
ガス中の有害なＮＯｘを還元または分解する選択還元型
ＮＯｘ触媒は、リーン空燃比で燃焼可能な内燃機関（例
えばディーゼルエンジンやリーンバーンガソリンエンジ
ン）から排出される排気ガス中のＮＯｘを浄化する排気
浄化装置として多用されている。

【０００３】このような選択還元型ＮＯｘ触媒では還元
剤として尿素等、アンモニア由来の還元剤を使用するこ
とが可能である。この場合は、排気ガスに還元剤を添加
した後、これを下流の脱硝触媒と接触させてＮＯｘを還
元し、浄化する。例えば、固体尿素を還元剤として用い
たものとしては、特開平７−３２３２１６号公報に記載
の還元剤供給装置がある。

【０００４】この特開平７−３２３２１６号公報に記載
の還元剤供給装置は、脱硝装置の上流側の排ガス通路に
燃焼触媒層を設置し、燃焼装置起動時に該燃焼触媒層上
流に燃料を噴霧して燃焼させ、該脱硝装置温度が所定の
温度に到達した時点で燃料の供給を停止し、固体または
液体状の還元剤物質を該燃焼触媒層上流に供給するもの
である。この装置では、粉体の還元剤としてメラミン、
尿素シアヌル酸等を用いることが示されている。

【０００５】この還元剤の粉体を燃焼触媒層に噴霧する
ことによって、還元剤を気化させて、排ガス中のＮＯｘ
との間で脱硝反応が行われ、排ガス中のＮＯｘが窒素に
変化することになる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、前記の特開平
７−３２３２１６号公報に記載の排ガスの脱硝装置で
は、固体還元剤等を貯蔵タンクに貯蔵して使用するので
あるが、固体尿素を還元剤として使用する場合には、こ
れを単独で用いようとすると、これが保管時に水分を吸
収することで固まってしまうので搬送性が悪く、また添
加の際に添加量を制御することが困難になる。

【０００７】一方、特開２０００−２７６２６号公報に
記載の還元剤供給装置にように、固体尿素の貯蔵タンク
と、この貯蔵タンクの内部上面に固定されたバネ部材
と、バネ部材の下方先端部に固定された粉砕機構とから
なる粉砕手段が配置されたものがある。これは還元剤で
ある固体尿素の貯蔵装置への供給に際して、ガイド部材
により上下方向に摺動可能に案内された粉砕機構が、車
両振動によってバネ部材を介して上下に振動して、尿素
の塊を貯蔵装置内の全体に亘り粉砕する。

【０００８】しかし、この装置では還元剤を排出させる
ためにバネ部材と粉砕機構等を必要とし、貯蔵タンク内
の構造が複雑化する問題がある。

【０００９】また排気通路にＮＨ₃をＮＯに変換する触
媒装置が存在する場合、かかる触媒の上流に固体尿素等
の還元剤を添加すると、この触媒装置を通過することで
還元剤が酸化されてしまう。すると固体尿素等の還元剤
が、下流の脱硝触媒において排気中のＮＯxの還元、浄
化するために作用しなくなる。よって排気通路における
触媒装置の配置の相違によって、還元剤の添加位置をそ
れぞれ決定する必要がある。

【００１０】本発明は、このような事情に鑑みてされた
ものであり、還元剤供給装置の構造を複雑にすることな
く、保存時や搬送時に互いに固着することがない固体還
元剤を効率的に供給するための還元剤供給装置を提供す
ることを技術的課題とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は前記課題を解決
するために、以下の手段を採用した。すなわち、固体還
元剤を脱硝触媒へ供給するための内燃機関の還元剤供給
装置であって、前記固体還元剤はアンモニア由来の固体
還元剤物質と非水溶性液体との混合剤から構成され、前
記固体還元剤を内燃機関の排気通路に設置した脱硝触媒
の上流に添加することを特徴とする。ここで脱硝触媒と
は、ＮＯｘとアンモニア（ＮＨ₃）が反応して、ＮＯｘ
が窒素（Ｎ₂）に変化することを促進するもので、例え
ば、チタニア担持モリブデン酸化物及びパナジウム酸化
物触媒等である。

【００１２】このように、内燃機関の排気通路に脱硝触
媒のみを備える場合には、内燃機関と脱硝触媒との間の
排気通路内に前記固体還元剤を添加する。すると排気中
のＮＯｘとの間で脱硝反応が生じて、ＮＯｘが無害の窒
素に変化する。

【００１３】一方、内燃機関と脱硝触媒との間の排気通
路にＮＨ₃をＮＯに変換する触媒を備える場合には、前
記触媒と脱硝触媒との間に前記固体還元剤を添加する。
このようにすれば、固体還元剤が前記触媒によって酸化
されることなく、下流の脱硝触媒において排気中のＮＯ
ｘとの間で脱硝反応が生じる。

【００１４】ＮＨ₃をＮＯに変換する前記触媒は、排気
通路の前段に設置されるもので、酸化触媒、三元触媒、
吸蔵還元型ＮＯｘ触媒、選択還元型触媒、ＤＰＲ、ＤＰ
ＮＲ、吸着触媒等である。

【００１５】前記の酸化触媒とは、排ガス中のＨＣ、Ｃ
Ｏを酸化して、これらをＨ₂Ｏ及びＣＯ₂に変化させるた
めのものであり、三元触媒とは、これらの機能の他に理
論空燃比にするとＮＯｘの還元を同時に行うことがで
き、排ガス中の有害ガス三成分を無害なＣＯ２、Ｈ２
Ｏ、Ｎ２に清浄化するものである。

【００１６】吸蔵還元型ＮＯｘ触媒とは、流入排気の空
燃比がリーンのときにはＮＯｘを吸収し、流入排気の酸
素濃度が低下すると吸収したＮＯｘを放出し、Ｎ₂に還
元する触媒である。

【００１７】選択還元型ＮＯｘ触媒とは、酸素過剰の雰
囲気でＨＣの存在下でＮＯｘを還元または分解する触媒
である。

【００１８】ＤＰＲ（Diesel Particulate Reactor）ま
たはＤＰＮＲ（Diesel ParticulateNOx Reactor）は、
活性酸素放出剤をパティキュレートフィルター上に担持
し、このフィルタ上に付着したパティキュラーマターを
酸化させるものである。同時に流入排気の空燃比がリー
ン空燃比のときにはＮＯｘを吸収し、流入排気の酸素濃
度が低下すると吸収したＮＯｘを放出し、これをＮ₂に
還元するものである。

【００１９】ここでアンモニア由来の固体還元剤物質と
は、例えば尿素、ビウレット、カルバミン酸アンモニウ
ムを挙げることができる。

【００２０】前記固体還元剤物質の形態は粉体、または
球状とすることができる。その大きさは、これを用いる
システム、調量装置等に適した大きさで３．０ｍｍ以下
が適当である。

【００２１】また非水溶性液体としては、鉱物油、植物
油等を広く用いることができる。鉱物油としては、軽
油、灯油、ケロシン、ガソリン、シリコン油、また植物
油としては菜種油、椰子の実油、ユーカリ油等が例示で
き、これらのうちの少なくとも一つを非水溶性液として
用いることができる。これらは可能な限り二以上を混合
して使用することもできる。

【００２２】また非水溶性液体としては、その液体中に
浸した固体還元剤物質が溶出せず、また固体還元剤物質
を添加すべき触媒に対して悪影響がないものであれば特
に限定されるものではない。内燃機関の排ガスの浄化に
使用する触媒の還元剤として使用する場合は、その内燃
機関の駆動油、例えばガソリン、軽油などが取り扱い上
において好適なことは勿論である。

【００２３】前記混合剤の温度は、固体還元剤物質が溶
融しない範囲の温度とすることが好ましい。これは添加
制御を実施し易くし、固体還元剤物質のみを効率的に添
加することが望ましいためである。具体的には、貯蔵時
または搬送時には非水溶性液体の沸点以下、または固体
還元剤物質が溶融しない温度以下のうち、いずれか低い
温度以下とする。例えば、固体還元剤として尿素を使用
し、非水溶性液体として軽油を用いた場合は、軽油の沸
点が２５０℃から３５０℃であり、他方、固体尿素の溶
融温度の１３０℃程度であるので、後者の温度以下とす
る。

【００２４】前記非水溶性液体の比重は、前記固体還元
剤物質の比重よりも軽くすることが好適である。その理
由は、固定還元剤が非水溶性液体の表面に浮くように偏
って存在することなく、固体還元剤物質が非水溶性液体
中に分散していることが固着防止上、または使用上にお
いて望ましいからである。

【００２５】また固体還元剤貯蔵部に貯蔵された固体状
の還元剤は、固体還元剤搬送手段により溶融還元剤貯蔵
部に導かれて加熱液化され、液化した還元剤は溶融還元
剤供給手段によって選択還元型ＮＯｘ触媒よりも上流の
排気通路に供給される。

【００２６】本発明における内燃機関は、筒内直接噴射
式のリーンバーンガソリンエンジンやディーゼルエンジ
ンを例示することができる。

【００２７】前記脱硝触媒としては、ゼオライトにＣｕ
等の遷移金属をイオン交換して担持した触媒、ゼオライ
トまたはアルミナに貴金属を担持した触媒等が例示でき
る。

【００２８】固体還元剤は、例えばエンジンコントロー
ル用電子制御ユニット（ＥＣＵ）により作動が制御さ
れ、所定量ずつを排気ガス路中に噴射するインジェクタ
等の供給量制御手段によって供給することができる。

【００２９】なお、固体還元剤は供給時に液化または気
化させる必要はなく、例えば粉体のまま供給することが
可能である。

【００３０】また、内燃機関と脱硝触媒との間の排気通
路に、前述のＮＨ₃をＮＯに変換する触媒を備える場合
には、前記触媒と脱硝触媒との間に前記固体還元剤を添
加する。

【００３１】以上のように本発明では、固体還元剤が非
水溶性液体との混合状態で保存されるので、固体還元剤
が空気中の水分を吸収することがなく、固体還元剤どう
しの固着が防止される。また非水溶性液体の存在により
固体還元剤の流動性が確保できるので添加が容易にな
る。

【００３２】

【発明の実施の形態】次に、本発明に係る還元剤の実施
の形態を図面に基づいて説明する。なお、この実施の形
態は、本発明を内燃機関としての車両駆動用ディーゼル
エンジン用の固体還元剤としたものである。

【００３３】図１は、アンモニア由来の還元剤物質とし
て固体尿素１を使用した例を示す。この固体尿素１は粉
末状で、粒径約５μｍとしてある。これは収納容器１２
内において非水溶性液体である軽油２との混合体として
保存される。

【００３４】非水溶性液体としては、固体尿素１の比重
（約１．２）よりも小さい比重のものを使用することが
好ましく、ここでは比重の小さい軽油２を使用してい
る。よって固体尿素１は軽油２の表面に浮かぶことな
く、軽油２中に散在するので、全体に均一な尿素１と軽
油２の混合体が形成される。

【００３５】なお、アンモニア由来の還元剤物質として
は、固体尿素の他、ビウレット、カルバミン酸アンモニ
ウム等を使用できるが、これらと組み合わせる非水溶性
液体の比重は、これらの還元剤物質よりも軽いものを選
択することが好ましい。

【００３６】次に、このような還元剤を使用する排気浄
化装置の例について、図２及図３を参照して説明する。
ディーゼルエンジン５０の各気筒の燃焼室５１にはピス
トン６が設けられ、この燃焼室２内には、エアクリーナ
３を経て吸気管４から空気が導入されるようになってい
る。また各燃焼室５１には燃料噴射弁５から燃料が噴射
され、これはリーン空燃比で燃焼する。

【００３７】各燃焼室５１から排出された排気ガスは、
排気管７、ＮＯｘ触媒コンバータ８、及び排気管９を通
って大気中に排気される。ＮＯｘ触媒コンバータ８に
は、還元剤の存在下で、排気ガス中のＮＯｘを還元また
は分解するゼオライト・シリカ系の選択還元型ＮＯｘ触
媒１０が収容されている。

【００３８】この選択還元型ＮＯｘ触媒１０により排気
ガス中のＮＯｘを浄化するには、これに用いる還元剤の
存在が必要である。そのためこの排気浄化装置には、Ｎ
Ｏｘ触媒コンバータ８よりも上流の排気管７内に還元剤
を添加する還元剤添加装置１１が、排気管７に近接して
設けられている。

【００３９】この還元剤添加装置１１は、還元剤として
固体尿素１と軽油２の流動体である混合体を排気管７内
に供給するものである。この装置は、固体還元剤貯蔵部
であって固体尿素１を収容する収納容器１２と、この収
納容器１２の下部に連結された還元剤貯蔵部である尿素
収納室１３と、この尿素収納室１３の下部に設けた添加
制御弁１４と、からなる。

【００４０】収納容器１２は、上部に還元剤投入口１２
ａを有し、この投入口１２ａは蓋１２ｂによって開閉可
能になっており、図２に示すように、その底面１２ｃは
傾斜面になっている。底面１２ｃの最低部には排出口１
２ｄが形成され、これは連通路１２ｅを介して尿素収納
室１３に連通している。

【００４１】図２では、収納容器１２に収容されている
固体尿素１は、軽油２と共に混合体を形成し、この固体
尿素１は軽油２との混合体で流動性があるので、排出口
１２ｄから尿素収納室１３に向かって流下する。

【００４２】この液体尿素は、図３に示す添加制御弁１
４により流量制御されて排気管７内に添加される。添加
制御弁１４は先端がニードルバルブ１４ａとなってお
り、軸方向に軸状の弁体１４ｃが貫通した供給路１４ｄ
に尿素収納室１３からの連通路１２ｃが接続され、弁体
１４ｃは往復動可能なように支持体１４ｅにより案内さ
れている。この添加制御弁１４の後端には、貫通した弁
体１４ｃの後部に装着したストッパ１４ｆが設けられ、
これは添加制御弁１４の本体の後端面に係止している。
このストッパ１４ｆの後方にはソレノイド３７が配置さ
れており、これが励磁するとストッパ１４ｆを後方に引
き寄せるようになっている。

【００４３】また弁体１４ｃの支持体１４ｅの外周面に
は、供給された液体尿素が漏出しないようにシール１４
ｂが設けられている。

【００４４】この添加制御弁１４は、その開閉時間をＥ
ＣＵ１６によってデューティ比制御され、これによって
液体尿素の流量や添加タイミングが制御されるので、Ｅ
ＣＵ１６からの命令によってソレノイド３７が通電によ
って励磁し、ストッパ１４ｆが後方に移動し、弁体１４
ｃがこれに伴って後方に移動して先端のニードルバルブ
１４ａが開くと、開弁中の所定時間にわたって所定量の
尿素が排気通路内に添加される。

【００４５】ソレノイド３７への通電が停止すると、ス
トッパ１４ｆはスプリング３８により原位置に戻されて
ニードルバルブ１４ａが閉じられ、尿素の添加が終了す
る。

【００４６】なお、この添加制御弁１４と尿素収納室１
３の間には、尿素を加圧してこれを調圧部に送るポンプ
（図示せず）と、調圧部において尿素を一定圧力に加圧
するプレッシャレギュレータ３９を備えている。

【００４７】前記尿素収納室１３に備えられた電気ヒー
タ等の加熱源は、尿素収納室１３内において固体尿素１
が液化するのに最適な温度（約１６０〜２３０℃）とな
るように、ＥＣＵ１６によってその作動が制御される。
これは固体尿素１を前記最適温度以上の高温に加熱する
と、固体尿素１がガス化してしまう虞があるからであ
る。

【００４８】また、収納容器１２には固体尿素１と軽油
２の混合体の残量を検出する残量センサ１７が設けられ
ており、残量センサ１７は検出した混合体の残量に比例
した出力信号をＥＣＵ１６に出力する。ＥＣＵ１６は、
残量センサ１７から所定の残量値（以下、これを警報残
量値と称す）を示す入力信号を入力したときに、メータ
パネル２２の警報ランプ２３を点灯し、尿素１の残量が
少なくなったことを知らせる。

【００４９】ＥＣＵ１６は、残量センサ１７から警報残
量値よりもさらに少ない下限値を示す入力信号を入力し
たときに、還元剤添加装置１１の稼動を停止し、添加制
御弁１４を全閉にして、尿素の添加を停止する。

【００５０】尿素収納室１３には尿素の液温を検出する
温度センサ１８が設けられており、温度センサ１８は検
出した尿素の液温に比例した出力信号をＥＣＵ１６に出
力する。

【００５１】一方、ＮＯｘ触媒コンバータ８より上流の
排気管７には、ＮＯｘ触媒コンバータ８に流入する排気
ガスの温度を検出する触媒入ガス温センサ１９が設けら
れており、検出した触媒入ガス温度に比例した出力信号
をＥＣＵ１６に出力する。

【００５２】前記触媒入ガス温センサ１９より上流の排
気管７には、ＮＯｘセンサ２１が設けられ排気ガス中の
ＮＯｘ量を計測する。

【００５３】また前記触媒入ガス温センサ１９より下流
の排気管７には、アンモニアガスセンサ３６が設置さ
れ、計測されたアンモニアガス量に比例した出力信号を
ＥＣＵ１６に出力する。該センサ３６は、アンモニアリ
ークを抑制するために使用するもので、センサ出力値を
フィードバックして制御することにより、アンモニアリ
ークを感知し、尿素の添加量を調整して、リークを抑制
する。

【００５４】またＥＣＵ１６はデジタルコンピュータか
らなり、双方向バスによって相互に接続されたＲＯＭ
（リードオンリメモリ）、ＲＡＭ（ランダムアクセスメ
モリ）、ＣＰＵ（セントラルプロセッサユニット）、入
出力ポート、出力ポートを具備し、エンジン１の燃料噴
射量制御等の基本制御を行うほか、この実施の形態で
は、液体尿素の添加量制御を行っている。

【００５５】これらの制御のために、ＥＣＵ１６の入力
ポートには、エアフロメータ２０からの入力信号がＡ／
Ｄコンバータを介して入力される。エアフロメータ２０
は吸気量に比例した出力信号をＥＣＵ１６に出力し、Ｅ
ＣＵ１６はエアフロメータ２０の出力信号に基づいて吸
気量を演算する。

【００５６】前記ＮＯｘセンサ２１は、ＮＯｘ触媒コン
バータ８より上流の排気管７に設置されているので、Ｎ
Ｏｘ触媒コンバータ８に流入するＮＯｘ量を検出するこ
とができ、検出したＮＯｘ濃度に比例した出力信号をＥ
ＣＵ１６に出力する。ＥＣＵ１６は、このＮＯｘセンサ
で検出したＮＯｘ濃度と、エアフロメータ２０で検出し
た吸気量からＮＯｘ排出量を演算する。

【００５７】ＥＣＵ１６は、上記のＮＯｘ排出量を基に
ＮＯｘを浄化するのに必要な尿素の目標添加量を演算
し、この目標添加量に対応する流量が得られる添加制御
弁１４のデューティ比を演算し、添加制御弁１４をデュ
ーティ比制御する。

【００５８】なお、添加制御弁１４を流れる尿素の流量
は、添加制御弁１６のデューティ比が同じであっても尿
素の温度や添加制御弁１４の出口側の背圧が異なると変
化するので、添加制御弁１４をデューティ比制御する際
に、ＥＣＵ１６は、温度センサ１８により検出した液体
尿素の液温と、入りガス圧センサ１９により検出したガ
ス圧力に基づいて、目標デューティ比の補正を行う。

【００５９】次に、この内燃機関の排気浄化装置の作用
を説明する。前述したように、ＥＣＵ１６は、エンジン
１の運転状態に応じて、即ちＮＯｘ排出量に応じて、添
加制御弁１４のデューティ比制御を行い、排気管７内に
適正量の尿素を添加する。排気管７内に添加された尿素
は排気ガスによって加熱される結果、直ちに気化して還
元ガス（アンモニアガス）となり、排気ガスと共にＮＯ
ｘ触媒コンバータ８に流入する。

【００６０】還元ガスは、選択還元型ＮＯｘ触媒１０上
において排気ガスに含まれるＮＯｘを還元あるいは分解
する。浄化された排気ガスは排気管９を通って大気中に
放出される。

【００６１】なお、この選択還元型ＮＯｘ触媒１０は排
気ガス温がある所定の温度以下のときにはＮＯｘ浄化率
が低く、排気ガス温が前記所定温度を越えると急激にＮ
Ｏｘ浄化率が高くなる性質がある。そのため、排気ガス
温が低いときに還元ガスを添加しても、その添加された
還元ガスはＮＯｘの還元反応に利用されないままＮＯｘ
コンバータ８を素通りし、大気に放出されてしまう。

【００６２】そこで、この実施の形態では、入りガス温
センサ１９で検出した入りガス温度が前記所定温度以下
のときには、ＥＣＵ１６が添加制御弁１４を全閉に制御
し、これにより液体尿素の添加を停止して、還元ガスの
リークを未然に防止するようにしている。

【００６３】なお、上述した実施の形態では、ＮＯｘ触
媒コンバータ８の上流側の排気管７に、排気ガスのＮＯ
ｘ濃度を検出するＮＯｘセンサを設け、このＮＯｘセン
サで検出したＮＯｘ濃度とエアフロメータ２０で検出し
た吸気量から、ＮＯｘ排出量を演算するようにしている
が、これに代えて次のような方法を採用していもよい。

【００６４】すなわち、エンジン負荷とエンジン回転数
に基づいてエンジン１から排出されるＮＯｘ量との関係
を求めて予めマップ化し、このＮＯｘ排出量マップをＥ
ＣＵ１６に記憶しておく。ＥＣＵ１６は、このＮＯｘ排
出量マップを参照し、エンジン負荷とエンジン回転速度
に基づいてエンジン１から排出されるるＮＯｘ排出量を
推定算出する。この場合、ＥＣＵ１６の入力ポートに
は、図示しないアクセル開度センサからの入力信号と、
クランク角センサからの入力信号が入力されるようにす
る。このアクセル開度センサはアクセル開度に比例した
出力電圧をＥＣＵ１６に出力し、ＥＣＵ１６はアクセル
開度センサからの出力信号に基づいて機関負荷を演算す
る。クランク角センサはエンジン１のクランクシャフト
が一定角度回転する毎に出力パルスをＥＣＵ１６に出力
し、ＥＣＵ１６はこの出力パルスに基づいて機関回転速
度を演算することができる。

【００６５】還元剤の供給は、固体還元剤と非水溶性液
体との混合状態のまま行うことができる。この場合は制
御対象が気体ではなく液体であるため、添加制御弁１４
により高精度の流量制御が十分可能である。（実施例２）図４は内燃機関から排出される排ガスの排
気通路に、前段触媒が設置され、その下流に脱硝酸触媒
が配置されている例を示している。前段触媒とは、一般
には、脱硝触媒の上流に位置し、脱硝触媒の活性温度よ
りも低い温度でＨＣ、ＣＯを酸化することができるもの
である。

【００６６】このような触媒は脱硝触媒をより早く活性
化する作用も有し、排気路の上流に設置されているた
め、仮に、尿素である還元剤をこの酸化触媒等よりも上
流に添加すると、ＮＨ₃が酸化触媒等を通過する際に酸
化されこれがＮＯに変化することになる。

【００６７】したがって所期のＮＯｘ浄化が達成されな
いことになるので、この実施例のように触媒が配置され
ている場合は、前段触媒と脱硝触媒の間に還元剤を添加
する。（実施例３）図５は内燃機関から排出される排ガスの排
気通路に、ＤＰＲまたはＤＰＮＲが設置されている例を
示している。ＤＰＲまたはＤＰＮＲは、活性酸素放出剤
をパティキュレートフィルター上に担持し、このフィル
タ上に付着したパティキュラーマターを酸化させるもの
である。同時に流入排気の空燃比がリーン空燃比のとき
にはＮＯｘを吸収し、流入排気の酸素濃度が低下すると
吸収したＮＯｘを放出し、これをＮ₂に還元するもので
ある。

【００６８】仮に、尿素である還元剤をこの酸化触媒等
よりも上流に添加すると、ＮＨ₃が酸化触媒等を通過す
る際に酸化されこれがＮＯに変化することになる。

【００６９】したがって所期のＮＯｘ浄化が達成されな
いことになるので、この実施例のように触媒が配置され
ている場合は、前段触媒と脱硝触媒の間に還元剤を添加
する。（実施例４）図６は内燃機関から排出される排ガスの排
気通路に、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒が設置され、その下流
に脱硝酸触媒が配置されている例を示している。吸蔵還
元型ＮＯｘ触媒とは、例えば、アルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）を
担体とし、この担体上に例えばカリウム（Ｋ）、ナトリ
ウム（Ｎａ）、リチウム（Ｌｉ）、セシウム（Ｃｓ）の
ようなアルカリ金属と、バリウム（Ｂａ）、カルシウム
（Ｃａ）、のようなアルカリ土類と、ランタン（Ｌａ）
イットリウム（Ｙ）のような希土類との中から選ばれた
少なくとも１つと、白金（Ｐｔ）のような貴金属とを坦
持してなる。これは、流入する排気の空燃比がリーン空
燃比であるときは排気中の窒素酸化物（ＮＯx）を吸蔵
し、流入排気の酸素濃度が低下し且つ還元剤が存在する
ときは吸蔵していた窒素酸化物（ＮＯx）を放出しつつ
還元及び浄化する。

【００７０】このような吸蔵還元型ＮＯｘ触媒が排気路
の上流に設置されているため、仮に尿素である還元剤を
この触媒等よりも上流に添加すると、ＮＨ₃が上記触媒
等を通過する際に酸化される場合があり、これがＮＯに
変化することになる。

【００７１】したがって所期のＮＯｘ浄化が達成されな
いので、この実施例のように触媒が配置されている場合
は、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒と脱硝触媒の間に還元剤を添
加する。（実施例５）図７は内燃機関から排出される排ガスの排
気通路に、酸化触媒が設置され、その下流に脱硝酸触媒
が配置されている例を示している。酸化触媒とは、排ガ
ス中のＣＯ、ＨＣを酸化させ、これを無害な二酸化炭素
及び水蒸気とするものである。

【００７２】このような酸化触媒が排気路の上流に設置
されているため、仮に尿素である還元剤をこの酸化触媒
等よりも上流に添加すると、ＮＨ₃が上記触媒等を通過
する際に酸化され、これがＮＯに変化することになる。

【００７３】したがって所期のＮＯｘ浄化が達成されな
いことになるので、この実施例のように触媒が配置され
ている場合は、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒と脱硝触媒の間に
還元剤を添加する。（実施例６）図８は内燃機関から排出される排ガスの排
気通路に、三元触媒が設置され、その下流に脱硝酸触媒
が配置されている例を示している。三元触媒とは、排ガ
ス中のＣＯ、ＨＣの酸化と、ＮＯｘの還元を同時に行う
触媒であり、これらを二酸化炭素、水蒸気及び窒素に変
化させて、排気浄化をするものである。

【００７４】このような三元触媒が排気路の上流に設置
されているため、仮に尿素である還元剤をこの酸化触媒
等よりも上流に添加すると、ＮＨ₃が上記触媒等を通過
する際に酸化され、これがＮＯに変化することになる。

【００７５】したがって所期のＮＯｘ浄化が達成されな
いことになるので、この実施例のように触媒が配置され
ている場合は、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒と脱硝触媒の間に
還元剤を添加する。（実施例７）図９は内燃機関から排出される排ガスの排
気通路に、酸化触媒とその後段にあるＤＰＦ（Diesel P
aticulate Filter）が設置され、さらにその下流に脱硝
酸触媒が配置されている例を示している。この場合、酸
化触媒をＤＰＦに担持したものとすることが可能であ
る。このようにすればＤＰＦ内での還元剤と酸素の反応
が活発化し、ＤＰＦの床温度が早期に上昇して、Paticu
late matterの燃焼が促進される。

【００７６】しかし、このような酸化触媒の上流におい
て、仮に尿素である還元剤を添加すると、ＮＨ₃が上記
触媒等を通過する際に酸化され、これがＮＯに変化する
ことになる。

【００７７】したがって所期のＮＯｘ浄化が達成されな
いことになるので、この実施例のようにな触媒が配置さ
れている場合は、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒と脱硝触媒の間
に還元剤を添加する。（実施例８）図１０は内燃機関から排出される排ガスの
排気通路に、ＨＣ、ＮＯｘの吸着触媒が設置され、その
下流に脱硝酸触媒が配置されている例を示している。Ｈ
Ｃ、ＮＯｘの吸着触媒は、少なくともその後段の脱硝触
媒が活性化するまでの間、排ガス中のＨＣ、ＮＯｘが脱
硝触媒をすり抜け大気中に放出されないように、これら
を吸着しておくものである。

【００７８】この吸着触媒をＮＨ₃が通過すると、これ
をＮＯに変化させることになるので、期のＮＯｘ浄化が
達成されないことになるので、この実施例のようにな触
媒が配置されている場合は、吸着触媒と脱硝触媒の間に
還元剤を添加する。（実施例９）図１１は内燃機関から排出される排ガスの
排気通路に、上流側に低温型脱硝触媒が設置され、その
下流に高温型脱硝酸触媒が配置されている例を示してい
る。

【００７９】したがって低温型脱硝触媒を使用するとき
はその上流に還元剤を添加し、さらに高温型脱硝酸触媒
を使用するときはその上流に還元剤を添加する。また両
方を使用するときは両者のそれぞれの上流に、還元剤を
添加する。（実施例１０）図１２は内燃機関から排出される排ガス
の排気通路に、ＤＰＦが設置され、その下流に脱硝酸触
媒が配置されている例を示している。一般のＤＰＦは排
ガス中のパティキュラーマターを取り除くだけであり、
ＮＨ₃を酸化することはないので、この場合は、内燃機
関と脱硝触媒の間の排気通路のいずれの場所においても
還元剤の添加が可能である。

【００８０】

【発明の効果】以上のように、本発明の排気浄化装置用
の還元剤によれば、固体の還元剤が非水溶性液体と混合
された混合体として保存されるので、固体還元剤どうし
の固着が防止され、保存されている固体還元剤の搬送が
容易になる。これは液体の還元剤と同様に取り扱うこと
ができ、固体還元剤であっても流動性が確保されるため
に添加量の制御が容易になる。排気路における還元剤の
添加の場所を触媒の配置に応じて適切に選択することに
より、ＮＨ₃をＮＯに変化させずに脱硝触媒に到達させ
てＮＯｘ浄化を実施することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかる固体還元剤を収納容器に収納し
た状態を示す図である。

【図２】本発明の固体還元剤を適用する排気浄化装置の
一例の概略構成図である。

【図３】尿素の添加制御弁の概略を示す断面図である。

【図４】排気通路に前段触媒が設置され、その下流に脱
硝酸触媒が配置されている例を示す図である。

【図５】排気通路にＤＰＲまたはＤＰＮＲが設置され、
その下流に脱硝酸触媒が配置されている例を示す図であ
る。

【図６】排気通路に吸蔵還元型ＮＯｘ触媒が設置され、
その下流に脱硝酸触媒が配置されている例を示す図であ
る。

【図７】排気通路に酸化触媒が設置され、その下流に脱
硝酸触媒が配置されている例を示す図である。

【図８】排気通路に三元触媒が設置され、その下流に脱
硝酸触媒が配置されている例を示す図である。

【図９】排気通路に酸化触媒とその後段にあるＤＰＦ
（Diesel Paticulate Filter）が設置され、さらにその
下流に脱硝酸触媒が配置されている例を示す図である。

【図１０】排気通路にＨＣ、ＮＯｘの吸着触媒が設置さ
れ、その下流に脱硝酸触媒が配置されている例を示す図
である。

【図１１】排気通路の上流側に低温型脱硝触媒が設置さ
れ、その下流に高温型脱硝酸触媒が配置されている例を
示す図である。

【図１２】排気通路に、ＤＰＦが設置され、その下流に
脱硝酸触媒が配置されている例を示す図である。

【符号の説明】

１・・・固体尿素２・・・軽油３・・・エアクリーナ４・・・吸気管５・・・燃料噴射弁６・・・ピストン７・・・排気管（吸気系）８・・・ＮＯｘ触媒コンバータ９・・・排気管（排気通路）１０・・・選択還元型ＮＯｘ触媒１１・・・還元剤添加装置１２・・・収納容器１３・・・液体尿素収納室１４・・・添加制御弁（供給量制御手段）１５・・・除湿手段１６・・・ＥＣＵ１７・・・残量センサ１９・・・触媒入りガス温センサ２０・・・エアフロメータ２１・・・ＮＯｘセンサ２２・・・メータパネル２３・・・警報ランプ５０・・・ディーゼルエンジン（内燃機関）５１・・・燃焼室

フロントページの続き (72)発明者田中俊明愛知県豊田市トヨタ町１番地トヨタ自動車株式会社内 (72)発明者広田信也愛知県豊田市トヨタ町１番地トヨタ自動車株式会社内 (72)発明者中谷好一郎愛知県豊田市トヨタ町１番地トヨタ自動車株式会社内 (72)発明者大道重樹愛知県西尾市下羽角町岩谷14番地株式会社日本自動車部品総合研究所内 (72)発明者大山尚久愛知県西尾市下羽角町岩谷14番地株式会社日本自動車部品総合研究所内Ｆターム(参考） 3G091 AA02 AA18 AA28 AB02 AB03 AB05 AB06 AB09 AB10 AB13 BA00 BA14 BA15 BA19 BA32 CA13 CA17 CA18 CB02 DA01 DA02 DA08 DB10 DC05 EA00 EA01 EA07 EA15 EA17 EA32 EA33 FB10 GA06 GB01X GB09X GB10X GB16X HA01 HA08 HA10 HA14 HA15 HA16 HA18 HA20 HA36 HA38 HB03 4D048 AA06 AB02 AC03 AC04 BA02X BA03X BA07X BA11X BA14X BA15X BA18X BA23X BA26X BA30X BA31Y BA32Y BA33Y BA35X BA41X CC32 CC38 CC47 CC61 CD05 DA01 DA02 DA06 DA07 DA08 DA10 EA04

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】固体還元剤を脱硝触媒へ供給するための内
燃機関の還元剤供給装置であって、前記固体還元剤はア
ンモニア由来の固体還元剤物質と非水溶性液体との混合
剤から構成され、前記固体還元剤を内燃機関の排気通路
に設置した脱硝触媒の上流に添加することを特徴とする
内燃機関の還元剤供給装置。
【請求項２】固体還元剤を脱硝触媒へ供給するための内
燃機関の還元剤供給装置であって、前記固体還元剤はア
ンモニア由来の固体還元剤物質と非水溶性液体との混合
剤から構成され、内燃機関の排気通路に脱硝触媒のみを
備える場合には、内燃機関と脱硝触媒との間の排気通路
内に前記固体還元剤を添加することを特徴とする内燃機
関の還元剤供給装置。
【請求項３】固体還元剤を脱硝触媒へ供給するための内
燃機関の還元剤供給装置であって、前記固体還元剤はア
ンモニア由来の固体還元剤物質と非水溶性液体との混合
剤から構成され、内燃機関と脱硝触媒との間の排気通路
にＮＨ₃をＮＯに変換する触媒を備える場合には、前記
触媒と脱硝触媒との間に前記固体還元剤を添加すること
を特徴とする内燃機関の還元剤供給装置。