JP2002512666A - 燃料経済を最大限にする一方での、エンジンからのＮＯｘ排出の削減 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 良好な燃料経済およびディーゼルおよびリーンバーンガソリンエンジンからの低排出を可能にするために、尿素またはその他のＮＯ_x削減試薬を用いた排気ガス再循環および選択的接触還元が用いられる。低負荷において、並びに試薬供給またはＳＣＲ装置に問題が発生した場合にＥＧＲが操作される。ＳＣＲは、普通負荷から高負荷の最適操作条件において作動され、ＥＧＲが必要とされる場合の代りになる。正味の効果は、ＮＯ_xと良好でない燃料経済との既知のトレードオフの回避である。ＳＣＲとＥＧＲとの新規組合わせ使用は、現存技術を用いて低発生要件に合致するエンジンを提供するものである。

Description

【発明の詳細な説明】 燃料経済を最大限にする一方での、エンジンからのＮＯ_x排出の削減 発明の技術分野 本発明は、ディーゼルまたは他のリーンバーンエンジンを効率的に操作する一 方で、窒素酸化物（ＮＯ_x）排出の安全かつ確実に削減を可能にする手段および 方法に関する。 ディーゼルおよびリーンバーンガソリンエンジンは、燃料経済において利点を 提供するので、この理由によって有利である。しかしながらこれらは正常な操作 の間、多量のＮＯ_xを排出させるものであり、ＮＯ_x排出という不利益を被らずに これらの経済性を利用するのに有効な既知の技術はない。 リーンバーンエンジンにおいてＮＯ_xを削減させるために第一の手段（燃焼プ ロセスそれ自体に影響を与える方策）が取られた時、通常は燃焼経済も同様に低 下し、微粒子発生が増加する。他方で、微粒子からの汚染を減少させ、かつ良好 な燃料経済を得るために選ばれる燃焼条件は、ＮＯ_xを増加させる傾向がある。 このトレードオフは、高負荷条件において最も厳しく、この場合、燃料経済とＮ Ｏ_x排出とのどちらも最も重要である。 ＮＯ_x排出を低減させるための現在の戦略には次のことが含まれる：すなわち 最適化された燃料／空気混合、燃焼噴射率決定、高噴射圧、インタークーラー、 排気ガス再循環（ＥＧＲ）、およびＮＯ_x還元触媒である。ＮＯ_x削減のこの技術 の状態は、費用および商業的実用性によって制限されている。さらには燃料経済 の目標に合致するためにリーンバーンエンジンを用いる必要がありそうなことか ら、発生目標の達成はさらに一層難しくなる。 排出制御のための触媒系はいくつかの欠点を有する。通常のガソリンエンジン に用いられる触媒は、ディーゼルおよびリーンバーンガソリンエンジンには一般 に効果的ではない。アンモニア、尿素、または炭化水素例えばディーゼル燃料を 含む、試薬ベースのＮＯ_x還元触媒が提案されている。しかしながら例えばアン モニアおよび尿素のような非燃料試薬には、別のフィリング操作が必要である。 同様に試薬のような燃料を用いると燃料経済が低下し、燃料税に関して追加の費 用が含まれる。 特に自動車用ディーゼルまたはその他のリーンバーンエンジンについて、燃料 消費または微粒子発生において大きな不利益を被らずに、ＮＯ_x削減に関連した 問題への経済的および効率的解答を得ることが現在必要とされている。 従来の技術 過去約十年にわたる徹底的な調査によって、いくつかの技術がＮＯ_x削減に有 効なものにされた。しかしながら簡単に前記されているように、燃料経済と汚染 物質の低排出という二重の目標を達成するために効果的であると証明された技術 はひとつもない。この技術では、低ＮＯ_x排出の燃料経済について計画された規 制要求に合致するために、単独、あるいは２つまたはそれ以上の有効な戦略を組 合わせた技術は開発されなかった。 ディーゼルエンジンからのＮＯ_x排出を制限するためにＳＣＲ触媒は有効であ る。しかしながらこの分野で何らかの成功が達成されてはいるが、有意なダウン タイムの問題を誰もいまだに解決していない。排気ガス温度が十分に高く、始動 またはアイドリング中に効果的な温度に達していない場合、ＳＣＲは実際的な意 味で効果的である。さらにはこの有効性は、試薬供給を維持し、かつ触媒の活性 を監視している運転者に依る。これらは、規制者には不利であると考えられる制 限条件である。国家または地域政策は、非常に限定されてはいるが、単に有意数 の運転者が試薬の補給のためまたはこれらの系の手入れのための停止時間を取り 損なうことによって、無効にされうるであろう。従って試薬の補給の問題は、単 純にドライバーまたはその他の運転者の利便性よりも重大になる。 これらの要因に加えて、Ｒ．Ｊ．Ｈｕｌｔｅｒｍａｎは、「尿素噴射を用いた ディーゼルエンジンからのＮＯ_xの選択的接触還元（Ａ Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ Ｃａｔａｌｙｔｉｃ Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ Ｏｆ ＮＯ_x ｆｒｏｍ Ｄｉｅｓ ｅｌ Ｅｎｇｉｎｅｓ Ｕｓｉｎｇ Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ Ｏｆ Ｕｒｅａ）」 （Ｐｈ．Ｄ．論文、１９９５年９月）において、尿素−ＳＣＲを実施するための いくつかの技術的研究について記載している。これにはアトマイザーの閉塞、分 解の問題、およびシステム動特性などが含まれる。同様にこの研究者の指摘のよ うに、アンモニア−ＳＣＲを使用しようとする誘因は、これに関連した危険によ つて、より少なくなるであろう。Ｈｕｇらの米国特許第５，４３１，８９３号お よび欧州特許明細書第６１５，７７７Ａ１号のどちらも、さらにＳＣＲの問題に 取組んでいる。これらの問題に関連した費用、および自動車用エンジンの操作サ イクルの有意部分に関してＳＣＲは効果がないという事実は、今日、ＳＣＲに関 して見られる成功が限定されていることにおいて、ある役割を果たしている。 前記のような第一の方策はまた、燃料経済と共にＮＯ_x削減の問題に完全な解 決など与えないことも分かった。固定負荷においてＥＧＲが用いられる時、ブレ ーキ特異性燃焼消費（ｂｓｆｃ）および微粒子発生は増加する。この点に関して はＰｓａｒａｓらの「電子ＥＧＲおよびセリウムベース燃料関連触媒を用いた２ ００４へビーデューティーディーゼル排出の達成(Ａｃｈｉｅｖｉｎｇ ｔｈｅ ２００４ Ｈｅａｖｙ−Ｄｕｔｙ Ｄｉｅｓｅｌ Ｅｍｉｓｓｉｏｎｓ Ｕｓ ｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ ＥＧＲ ａｎｄ ａ Ｃｅｒｉｕｍ Ｂａｓｅ ｄ Ｆｕｅｌ Ｂｏｒｎｅ Ｃａｔａｌｙｓｔ)」、ＳＡＥ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｐａｐｅｒ Ｓｅｒｉｅｓ Ｎｏ．９７０１８９、１９９７年参照のこと。 この技術では、燃料消費または微粒子発生のどちらかにおいて不当な不利益を 被らずにＮＯ_x削減を可能にし、それも簡単に、かつ信頼性があり、経済的、安 全にこれを可能にする方法および装置の開発が待たれている。 発明の開示 良好な燃料経済を可能にしつつ、リーンバーン内燃機関からのＮＯ_x排出を削 減するためのシステムを提供することが本発明の目的である。 エンジンの操作範囲全体にわたってＮＯ_x削減を可能にすることが本発明のも う１つの目的である。 ＮＯ_x、微粒子、未燃炭化水素、および一酸化炭素の排出の削減を達成しつつ 、燃料経済を最適化することが、本発明のさらにもう１つの目的である。 ＳＣＲ操作に必要なＮＯ_x削減試薬の量を減少させることが、本発明のさらに もう１つの目的である。 高負荷において燃料経済もＮＯ_x削減も犠牲にすることなく、軽負荷ＥＧＲお よび高度タイミング（ａｄｖａｎｃｅｄ ｔｉｍｉｎｇ）によって、削減された 微粒子発生を可能にすることが本発明のもう１つの目的である。 燃料経済および低微粒子発生と共にＮＯ_x削減を達成するための既知戦略に関 連したトレードオフの問題を排除することが、本発明の関連目的である。 運転者が、特に自動車用途において、利便性、不注意、あるいは単純な規制遵 守のために、低排出戦略を回避できるような、該規制者にも許容しうるリーンバ ーンエンジン用のシステムを提供することが、本発明のもう１つの目的である。 特に自動車用途において、運転者に、汚染制御システムを維持する経済的動機 を与えるシステムを提供することが、本発明のもう１つの目的である。 軽負荷においてアンモニア発生の問題を伴なわずに、窒素を含むＮＯ_x削減試 薬、例えばアンモニアおよび尿素を用いる排出制御戦略を提供することが、本発 明のさらにもう１つの目的である。 これらの目的およびその他の目的は、本発明によって達成される。本発明は、 燃料経済および微粒子制御を伴なったＮＯ_x削減のための改良方法および装置を 提供する。この方法は、その局面の１つにおいて次のものを含んでいる。すなわ ち、ＮＯ_x削減に効果がある触媒反応器に繋がっている排気通路を有する排気シ ステムを備えること；前記排気通路から生じた排気ガスと流入空気とを混合し、 結果として生じた混合物をエンジンに供給するための手段を備えること；接触Ｎ Ｏ_x還元に効果のある条件を示す操作パラメーターを感知すること；感知された 操作パラメーターを表す観察信号を発生させること；接触ＮＯ_x還元が効果的に 操作されうるかどうかを決定するために、対照値と観察信号とを比較すること； 比較結果を表す制御信号を発生させること；および前記制御信号に応じて前記触 媒反応器および／または前記ＥＧＲ装置を操作することである。 この方法および装置は、ディーゼルおよびガソリンリーンバーンエンジンに効 果的であり、特にその他のリーンバーンエンジンに効果的である。触媒装置は、 ＳＣＲ装置であってもよく、あるいはリーン−ＮＯ_x触媒を含んでいてもよい。 一般的には触媒反応器、および関連する好ましい試薬供給手段は、触媒にとって 効果的な操作温度において、例えば排気ガスが約２００〜約６５０℃の範囲にあ る時に有効にされる。 １つの実施形態によれば、触媒反応器はＳＣＲ装置であり、反応器が有効にさ れた時にＮＯ_x削減試薬が排気ガス中に導入される。もう１つの形態において、 触媒反応器はリーン−ＮＯ_x触媒を含んでいる。１つの形態において、炭化水素 は有効にされた時にリーン−ＮＯ_x触媒に送られる。 この装置の１つの実施形態は次のものを備えている。すなわち、ＮＯ_x削減に 効果がある触媒反応器に繋がっている排気通路を有する排気システム；前記排気 通路から生じた排気ガスと流入空気とを混合し、この結果として生じた混合物を エンジンに供給するための手段；接触ＮＯ_x還元に効果のある条件を示す操作パ ラメーターを感知し、かつこれを表す操作信号を発生させるための感知手段；接 触ＮＯ_x還元が効果的に操作されうるかどうかを決定するために対照値と操作信 号とを比較するため、およびこれを表す制御信号を発生させるための手段；およ び前記触媒反応器および／または前記ＥＧＲ装置を操作するために前記制御信号 に応える手段である。 図面の簡単な説明 本発明は、下記詳細な説明から、特に添付図面を参照して読まれた場合により よく理解され、その利点がより明白になるであろう。 図１は、排気ガス再循環およびＳＣＲを用いた本発明の１つの実施形態の主な 要素を示すフローダイヤグラムである。 図２は、場合によっては炭化水素（燃料）補給がなされた、排気ガス再循環お よびリーン−ＮＯ_x触媒を用いた本発明のもう１つの実施形態の主な要素を示す フローダイヤグラムである。 発明の実施の形態 この明細書において、「リーンバーンエンジン」という用語は、炭化水素燃料 の完全燃焼に化学量論によって必要とされる量に対して少なくとも１重量％過剰 の酸素で操作しうるエンジンを含むものである。「エンジン」という用語は、広 義には、例えば機械的エネルギーまたは電気エネルギーへの直接または間接的転 換のために熱を供給するために燃料を燃やすすべての燃焼室を含むものである。 オットー、ディーゼル、およびタービン型の内燃機関、並びにバーナーおよび炉 が含まれ、これらは本発明から利益が得られる。しかしながらディーゼルエンジ ンの信頼しうるＮＯ_x削減の達成の成功の問題および利点は非常に顕著なので、 ディーゼルエンジンが例としてこの明細書全体において用いられている。定置エ ンジンおよび自動車用エンジンが考察されている。 「ディーゼルエンジン」という用語は、自動車用（船舶用を含む）エンジンお よび定置発電所用の両方、および２サイクル、４サイクル、およびロータリー型 のすべての圧縮−点火エンジンを含むものである。 「炭化水素燃料」という用語は、「留出物燃料」または「石油」から調製され た燃料のすべてを含むものである。ガソリン、ジェット燃料、ディーゼル燃料、 および種々のその他の留出物燃料が含まれる。「留出物燃料」という用語は、石 油の蒸留または石油留分および残留物によって調製されたこれらの物質すべてを 意味する。「石油」という用語は、その通常の意味において、この用語の意味の 範囲内に通常含まれている源にかかわらず、これらの材料すべてを含むものであ る。これには、粘度にかかわらず化石燃料から回収される炭化水素材料か含まれ る。 「ディーゼル燃料」という用語は、たとえこれらが完全には留出物から構成さ れておらず、アルコール、エーテル、有機ニトロ化合物等（例えばメタノール、 エタノール、ジメチルエーテル、メチルエチルエーテル、ニトロメタン）を含ん でいてもよいが、ディーゼル燃料またはその他のものについてのＡＳＴＭの定義 に合致するディーゼル燃料を含む「留出物燃料」を意味する。同様に植物源また は鉱物源、例えばコーン、アルファルファ、頁岩、および石炭に由来するエマル ジョンおよび液体燃料も本発明の範囲内にある。これらの燃料はまた、当業者に 知られているその他の添加剤を含んでいてもよい。これらの添加剤には、染料、 セタン改良剤、酸化防止剤例えば２，６−ジ一第三−ブチル−４−メチルフェノ ール、腐蝕防止剤、錆止め剤例えばアルキル化コハク酸および無水物、制菌剤、 ガム阻害剤、金属奪活剤、上部シリンダ潤滑剤、着氷防止剤等が含まれる。 ここで用いられている「ＳＣＲ」という用語は、選択的接触還元としてこの技 術で知られている方法のことを言う。これらの方法および本発明は、アンモニア 、あるいは加熱した時にアンモニアガスを発生させうるあらゆるＮＯ_x削減試薬 を用いることができる。これらの物質のうちの好ましいものは、次のものから成 る群から選ばれる１つの要素を含んでいる。すなわち、アメライド（ａｍｍｅｌ ｉｄｅ）；アメリン（ａｍｍｅｌｉｎｅ）；炭酸アンモニウム：炭酸水素アンモ ニウム；カルバミン酸アンモニウム；シアン酸アンモニウム；硫酸およびリン酸 を含む無機酸のアンモア塩；蟻酸および酢酸を含む有機酸のアンモニウム塩；ビ ウレット；シアヌル酸；ヘキサメチレンテトラミン、およびその炭酸塩；イソシ アン酸；低級アルキルアミン、例えばメチルアミン、エチルアミン、ジメチルア ミン；メラミン；トリシアノウレア、尿素、およびこれらのうちのいくつかの混 合物である。「尿素」という用語は、その商品形態のあらゆるものにおける尿素 を包含するものとする。一般的には尿素の商品形態は、本質的に尿素から構成さ れており、９５重量％またはそれ以上の尿素を含んでいる。 尿素、アンモニア（水酸化アンモニウム）、またはその他の試薬のいずれかの 水溶液を、所望の場合用いることができる。水を含むことおよびこれを気化させ ることという犠牲が加わるので、必要に応じてできるだけ少ない水を用いること が好ましい。同様に水の不存在下において、水またはその他の溶媒が揮発されな ければならない場合よりも装置のサイズを小さくして、尿素またはその他の試薬 をガス化するのに必要な時間を最小限にする。しかしながら排気において低い温 度ではあるが効果的な温度を戦略的に維持するために水を用いうることは本発明 の利点である。すなわち、ＳＣＲには通常望ましくない結果であるが、触媒の種 類あるいはその他の装置、例えば関連するバルブ等が利益を得る場合には役にた つ。水はこの技術で知られている濃度、例えば約５％〜約６５％（あるいはスラ リーの場合はこれより高い）で用いることができるか、（用いられた場合）一般 的には試薬溶液の約２５重量％〜約５０重量％の濃度で存在するであろう。 「リーン−ＮＯ_x触媒」という用語はここでは、リーンバーンエンジンの排気 中のＮＯ_xを削減するのに効果的な触媒系を規定するために、この技術における のと同様に用いられている。一般的にこれらの触媒には、炭化水素試薬（例えば 最も都合よくは燃料）の使用が必要である。この点に関しては、Ｈｅｉｍｒｉｃ ｈの「ヘビーデューティディーゼルエンジンに関するリーン−ＮＯ_x接触転化器 技術の証明（Ｄｅｍｏｎｓｔｒａｔｉｏｎ ｏｆ Ｌｅａｎ ＮＯ_x Ｃａｔａ ｌｙｔｉｃ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｏｎ ａ Ｈｅａｖ ｙ Ｄｕｔｙ Ｄｉｅｓｅｌ Ｅｎｇｉｎｅ）」、ＳＡＥ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｐａｐｅｒ Ｓｅｒｉｅｓ Ｎｏ．９７０７５５、１９７７年参照のこと。こ の開示は、参照してここに組込まれる。炭化水素試薬を伴なわずに効果的な触媒 を用いて、何らかの成功が得られた。 「排気ガス再循環（ＥＧＲ）」の技術は十分に発達しているので、この用語は ここではこの技術において用いられているのと同様に用いられる。一般的にエン ジンの１つまたは複数の燃焼室から生じた排気ガスの一部は、燃焼空気と共に燃 焼室の１つまたはそれ以上に再循環される。排気ガスの一部は、排気マニホール ドまたはそれから来るラインから分離され、適切な手段によって流入空気と混合 されてもよい。これらの手段は、例えばＳｈｏｗａｌｔｅｒによって米国特許第 ４，６０９，３４２号に記載されている。この特許の開示は参照してここに組込 まれる。 図１の実施形態の方法は、排気ガス再循環およびＳＣＲシステムを伴なうリー ンバーンエンジンを示している。組合わされたＥＧＲ／ＳＣＲシステムは、低負 荷の時、ウオームアップの間、および／またはＳＣＲシステムが効果的でないよ うな時、排気ガスを再循環するために制御される。従ってＥＧＲシステムは、排 気温度がＳＣＲの最良の使用には低すぎる場合、試薬供給が枯渇した場合、およ び／または機械的問題または触媒の失活が生じた場合、ＮＯ_xを削減するもので ある。 ＥＧＲ操作の間、吸入部１０から来る燃焼空気（高圧または低圧、加熱または 冷却において）およびライン１２から来る排気ガス（主排気ガス流１６から分離 されたもの）は、混合されて、エンジン１４（例えばディーゼルまたはリーンバ ーンガソリンエンジン）の１つまたはそれ以上のシリンダーに送られる。燃焼空 気混合物を形成するためにエンジンに再循環される排気ガスの割合は、排気ガス を含まない燃焼空気と比べて、燃焼空気混合物を用いているエンジンによって、 ＮＯ_xの生産を低下させるのに効果的であろう。一般的には約０〜約３０％が再 循環されうる。 燃焼空気混合物は、一般的には１つまたは複数のエンジンシリンダーへの導入 前に圧縮される。エンジンシリンダーにおいて、これはさらに圧縮され、加熱を 生じる。ディーゼルエンジンについては圧縮のあとで適切な燃料がシリンダーの 中に注入されるが、スパーク−点火エンジンについてはこれより早く注入しても よい。ついで燃料は燃焼空気混合物と共に燃焼され、排気ガスが生じ、これらの ガスは排気流１６を通って排出される。ここに記載されたばかりのサイクルは、 エンジンがＥＧＲモードで運転が続行されている時は連続的に繰返される。ＥＧ Ｒは、燃焼温度を低下させ、生産されるＮＯ_xの量を減少させるが、観察されて いる通り、これは高負荷において微粒子および未燃炭化水素の生産を増加させる 。ここでもまたＮＯ_xと完全燃焼との間で妥協が生じる。 ＥＧＲは、高負荷において停止されること、および高負荷においてこれが引起 こす燃料消費および排出の問題が避けられることは本発明の利点である。本発明 のもう１つの利点は、ＥＧＲが高負荷において操作されない（試薬が枯渇しない 限り）ので、これらが燃焼または機械的問題を発生させることがある場合、エン ジンにはより少量の微粒子しか再循環されないということである。実際に、ＥＧ Ｒ装置は、費用の節約を実現するであろう。これは、負荷の間中連続的に使用さ れる場合ほどこの装置は頑丈である必要がないからである。 排気流１６の下流にはＳＣＲ装置１８がある。ＳＣＲは、約１８０℃〜約６５ ０℃の比較的狭い温度領域内において効果的である。高負荷条件の間、排気温度 はＳＣＲにとって最も好ましい温度に維持され、これらの温度において、９０％ およびそれ以上のＮＯ_x転換率が現実的なものになり、ＮＯ_x削減試薬は適切な供 給容器２０から供給される。しかしながら温度が十分に高くない時間、例えば始 動およびアイドリングの間のような時間がある。このような時間の間、アンモニ アまたはその他の試薬は、単に通過して空気を汚すので、好ましくは排気中に導 入されない。 図１はまた、ＥＧＲおよびＳＣＲ装置の適切な操作を維持し、試薬導入レベル （すなわち用量）を決定するのに有用な種類の制御システムをも例証している。 コントローラー２２は、所望であれば、パルスインジェクターの使用にもかかわ らず導入率を平滑にするように設計された予め決められた配列で、時間をずらし て噴射が生じるように時間を設定することができる。排気温度（センサー手段２ ６）は、１つの重要なパラメーターである。エンジン負荷がもう１つの重要なパ ラメーター（センサー手段２８）であり、この要因および同様な要因は、排出さ れるＮＯ_xの量、および排気ガスに送られるＮＯ_x削減試薬の必要性を決定するた めに監視することができる。反応容器２０におけるＮＯ_x削減試薬の有効性を決 定するために、好ましくはセンサー手段２９が備えられている。 触媒ＮＯ_x還元に効果的な条件を示す操作パラメーター感知のために備えられ ている感知手段は、適切な操作パラメーターを感知し、これを表わす操作信号を 発生させる。コントローラー２２は、１つまたは複数の適切な対照値と１つまた はそれ以上の操作信号とを比較するための制御手段を提供し、接触ＮＯ_x還元が 効果的に操作されうるかどうかを決定する。このコントローラーはついで、この 比較の結果を表わす適切な制御信号を発生させる。コントローラーによって要求 された時に、前記触媒反応器か、あるいは前記ＥＧＲ装置を操作するための制御 信号に応答するための手段が備えられている。図１は、これらの後者の手段の代 表として、バルブ３０および３２を示している。 ＮＯ_xレベルにおいて通常排出するスパイクまたは不連続性が、適切なプロセ ス形状配置において試薬および／またはＥＧＲの噴射によってよりよく追跡され うることは利点である。ひとたびコントローラーが低負荷操作を感知したら、Ｓ ＣＲ装置が供給システムにおけるあらゆる試薬を使い果たすのに十分なほど長く とどまることはもう１つの利点である。これによって、通常ＳＣＲ装置に関連す るアンモニアスリップの問題が排除されるか、あるいは大幅に減少する。 ＳＣＲ試薬は、いくつかの測定されたパラメーターに応じて、フィードフォワ ードコントローラーに従って排気ガス中に送ることができる。これらのパラメー ターには次のものが含まれる。すなわち、様々な機械的または電子的手段によっ て表わされるエンジン負荷、例えば燃料流量、タックまたはパルス幅、エンジン 速度、吸入空気温度；気圧；吸入空気湿度；排気ガス温度および／または特定の エンジンに対して効果的なその他のパラメーターである。さらにはセンサーが有 効である限りは、トリムまたはフィードバックコントロールが、触媒による残留 ガス種、例えばＮＯ_x、ＨＣ、またはＣＯのレベルをベースとして与えられる。 所望であれば、アンモニア、その他のガス種の残留レベル、あるいはその他のあ らゆる測定可能なエンジンまたは排気ガス特性に応じて、このシステムを調整す るために、フィードバックコントロールを用いることができる。 尿素またはその他の試薬あるいは活性種が、所望のＮＯ_x削減の程度を生じる のに十分な量で排気ガス中に導入される。所望量は、規制、エンジン設計要件、 あるいはその他の基準によって決定することができる。一般的には、少なくとも 約０．３：１の活性種／ベースライン窒素酸化物レベル（これは流出物中におけ るＮＯ_xの処理前レベルを意味する）のモル比が用いられるであろう。より狭義 には、約０．５：１〜約１：１の活性種／ベースライン窒素酸化物のモル比を生 じるために供給される。排気中の試薬レベルまたは目標ＮＯ_x濃度は、ある一定 の燃料流量および関連するパラメーターに対するテスト値をベースとしてコント ローラーへ予めプログラムすることができる。あるいはリアルタイム読出しを生 じるために、センサーおよび関連するコントロールが備えられてもよい。フィー ドバックコントロールによって予めプログラムされた値を修正するために、セン サー手段が備えられてもよいであろう。 用いられるＳＣＲ触媒は、アンモニアの存在下、流出物の窒素酸化物濃度を低 下させることができるものである。これらの触媒には、例えば活性炭、木炭また はコークス、ゼオライト、酸化バナジウム、酸化タングステン、酸化チタン、酸 化鉄、酸化銅、酸化マンガン、酸化クロム、貴金属例えば白金族金属、例えば白 金、パラジウム、ロジウム、およびイリジウム、またはこれらの混合物が含まれ る。この技術で通常であって、かつ当業者によく知られているその他のＳＣＲ触 媒物質も用いることができる。これらのＳＣＲ触媒物質は、一般的には担体、例 えば金属、セラミック、ゼオライト、または均質モノリス上に担持されている。 但しその他のこの技術で知られている担体も用いることができる。 有用なＳＣＲ触媒のうちには、下記の代表的な先行技術の方法もある。ＮＯ_x を削減するための選択的接触還元方法はよく知られており、これらは多様な触媒 剤を利用している。例えば欧州特許出願第ＷＯ２１０，３９２号において、Ｅｉ ｃｈｈｏｌｔｚおよびＷｅｉｌｅｒは、アンモニアを触媒として添加して、活性 化木炭または活性化コークスを用いた、窒素酸化物の接触除去について考察して いる。Ｋａｔｏらは米国特許第４，１３８，４６９号において、およびＨｅｎｋ ｅは米国特許第４，３９３，０３１号において、所望の接触還元を得るために、 アンモニアを添加して、白金族金属および／またはその他の金属、例えばチタン 、銅、モリブデン、バナジウム、タングステン、ゼオライト、またはこれらの酸 化物を用いた、ＮＯ_xの接触還元を開示している。 もう１つの接触還元方法は、Ｋｎｉｇｈｔのカナダ特許第１，１００，２９２ 号に開示されている。これは、耐火酸化物上に担持された白金族金属、金、およ び／または銀触媒の使用に関するものである。Ｍｏｒｉらは、米国特許第４，１ ０７，２７２号において、アンモニアガスを添加して、バナジウム、クロム、マ ンガン、鉄、銅、およびニッケルのオキシ硫黄、硫酸塩、または亜硫酸塩化合物 を用いた、ＮＯ_xの接触還元について考察している。 多層触媒系において、Ｇｉｎｇｅｒは米国特許第４，２６８，４８８号で、流 出物を含む窒素酸化物を、アンモニアの存在下に、例えば硫酸銅のような銅化合 物を含む第一触媒、および担体上の例えばバナジウムと鉄、またはタングステン と鉄の硫酸塩のような金属の組合わせを含む第二触媒に暴露することを開示して いる。 ガス化されたＳＣＲ試薬を含む流出物は最も好ましくは、この流出物が約１０ ０℃〜約６５０℃、好ましくは少なくとも１８０℃の温度である間にＳＣＲ触媒 上に通される。このようにして、試薬溶液の加水分解およびガス化によって流出 物中に存在する活性種は、窒素酸化物の接触還元を最も効果的に促進する。前記 ＳＣＲ触媒（これらの開示は特に参照してここに組込まれる）のどれかと共に本 発明を利用することによって、多量のアンモニアまたはアンモニア水の輸送、貯 蔵、および取扱いの必要条件が少なくなる。 図２は、図１と同様なフロー図であるが、場合によっては炭化水素（燃料）供 給で補われた排気ガス再循環およびリーン−ＮＯ_x触媒を用いた本発明のもう１ つの実施形態の主要要素を示している。ここではＮＯ_x削減試薬用に別な容器は 必要でなく、タンク２４内の燃料を用いることができる。バルブ３４、例えば図 １のバルブ３２は、コントローラー２２によって制御されるように作動され、触 媒１８、この場合は例えば次の文献に記載されているようなリーン−ＮＯ_x触媒 が必要とする燃料を供給する。この文献とは、Ｈｅｉｍｒｉｃｈの「ヘビーデュ ーティディーゼルエンジンに関するリーン−ＮＯ_x触媒転化器技術の証明（Ｄｅ ｍｏｎｓｔｒａｔｉｏｎ ｏｆ Ｌｅａｎ ＮＯ_x Ｃａｔａｌｙｔｉｃ Ｃｏ ｎｖｅｒｔｅｒ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｏｎ ａ Ｈｅａｖｙ Ｄｕｔｙ Ｄ ｉｅｓｅｌ Ｅｎｇｉｎｅ）」、ＳＡＥ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｐａｐｅｒ Ｓ ｅｒｉｅｓ Ｎｏ．９７０７５５、１９７７年である。少なくとも負荷サイクル の一部の間、試薬（燃料またはその他の炭化水素）供給無しで操作を行なうため にいくつかの触媒が有効である。同様に、エンジン負荷の指標として燃料流量を 感知するために用いられるセンサー３６にも注目のこと。 本発明は、エンジン性能を改良し、排出を削減し、および／または接触排気処 理装置または微粒子トラップの操作を改良しうる燃焼触媒の使用に適合しうる。 例えば燃料は、適切な白金族金属添加剤、および／またはナトリウム、リチウム 、カリウム、カルシウム、マグネシウム、セリウム、鉄、銅、マンガンの化合物 、およびこれらの混合物から成る群から選ばれる補助触媒組成物で触媒されうる 。これらの化合物には、次の特許に開示されているもののすべてが含まれる。す なわち、例えば先行技術のＢｏｗｅｒｓおよびＳｐｒａｇｕｅの米国特許第４， ８９２，５６２号および第４，８９１，０５０号、ＥｐｐｅｒｌｙおよびＳｐｒ ａｇｕｅの米国特許第５，０３４，０２０号、Ｅｐｐｅｒｌｙ、Ｓｐｒａｇｕｅ 、Ｋｅｌｓｏ、およびＢｏｗｅｒｓの第５，２１５，６５２号、およびＰｅｔｅ ｒ−Ｈｏｂｌｙｎ、Ｅｐｐｅｒｌｙ、Ｋｅｌｓｏ、およびＳｐｒａｇｕｅの第５ ，２６６，０８３号、Ｅｐｐｅｒｌｙ、Ｓｐｒａｇｕｅ、ＫｅｌｓｏＮおよびBo ｗｅｒｓの第ＷＯ９０／０７５６１号、およびＰｅｔｅｒ−Ｈｏｂｌｙｎ、Ｖａ ｌｅｎｔｉｎｅおよびＳｐｒａｇｕｅによって１９９６年１月３１日に出願され た米国特許出願番号第０８／５９７，５１７号である。これらは参照してここに 組込まれる。用途によっては、１つまたはそれ以上の他の白金族金属化合物、例 えばソープ、アセチルアセトネート、アルコラート、β−ジケトネート、および スルフォネート、例えば次により詳細に記載される種類のものと、これらの化合 物とのブレンドを用いることができる。 白金族金属触媒および／またはその他の触媒は、意図された目的に効果的なあ らゆる方法で添加することができる。例えば大量貯蔵タンク中の燃料、すなわち エンジンと組合わされたタンク中の燃料にこれを添加することによって、あるい は適切な計量供給装置によって、エンジンに繋がっている燃料ラインに、あるい は蒸気、ガスまたはエーロゾルの形態で空気吸入口に、あるいはトラップ前の排 気ガス、トラップ後であるが、エンジンへの再循環、あるいは排気ガスが流入空 気と混合される混合室または同等の手段への再循環前の排気ガスに、連続または 断続的に添加する方法などである。 白金族金属触媒組成物は、特に微粒子トラップと組合わせて用いられる場合、 好ましくは燃料容積あたり白金族金属１重量ｐｐｍ未満の濃度で用いられる。こ の明細書の目的としては、「ｐｐｍ」の数字はすべて重量／容積ベースのもので ある。すなわち、グラム／百万立方センチメートル（これはまたミリグラム／リ ットルとして表すこともできる）であり、他の表示がなければパーセントは重量 パーセントである。補助触媒は、その意図された目的に対して効果的なレベルで 用いられる。好ましくは使用される燃料の１〜１００ｐｐｍ、例えば１０〜６０ ｐｐｍのレベルである。 前記記載は、通常の当業者に本発明の実施方法を教示することを目的としてお り、この記載を読めば当業者には明らかであるような明白なこれの修正および変 形例のすべてを詳細に記載するものではない。しかしながらこのような明白な修 正および変形例はすべて、添付クレームによって規定されている本発明の範囲内 に含まれるものとする。これらのクレームは、前後関係によってそうではないこ とが特に示されていない限り、本発明の目的に合うようにするために有効なすべ ての配置および配列において示されている要素および工程をカバーする。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ， ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，ＫＥ，Ｌ Ｓ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ， ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，Ｅ Ｅ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＧＷ，ＨＵ ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ， ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，Ｍ Ｄ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ， ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，Ｕ Ｚ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＷ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．良好な燃料経済、およびＮＯ_x、微粒子、気体炭化水素、および一酸化炭素 の削減された発生を伴なうリーンバーンエンジンの操作方法であって、 ＮＯ_x削減に効果がある触媒反応器に繋がっている排気通路を有する排気シス テムを備えること； 前記排気通路から生じた排気ガスと流入空気とを混合し、結果として生じた混 合物をエンジンに供給するための手段を備えること； 接触ＮＯ_x還元に効果のある条件を示す操作パラメーターを感知すること； 感知された操作パラメータを表す操作信号を発生させること； 接触ＮＯ_x還元が効果的に操作されうるかどうかを決定するために、対照値と 操作信号とを比較すること； 比較の結果を表す制御信号を発生させること；および 前記制御信号に応じて前記触媒反応器および／または前記ＥＧＲ装置を操作す ること、 を含む方法。 ２．触媒反応器は、排気ガスの温度が約２００〜約６５０℃の範囲にある時に有 効にされる、請求項１に記載の方法。 ３．触媒反応器がＳＣＲ装置であり、ＮＯ_x削減試薬は、反応器が有効にされた 時に排気ガス中に導入される、請求項２に記載の方法。 ４．固体ＮＯ_x削減試薬は、アメライド（ａｍｍｅｌｉｄｅ）；アメリン（ａｍ ｍｅｌｉｎｅ）；炭酸アンモニウム：炭酸水素アンモニウム；カルバミン酸アン モニウム；シアン酸アンモニウム；硫酸およびリン酸を含む無機酸のアンモニア 塩；蟻酸および酢酸を含む有機酸のアンモニウム塩；ビウレット；シアヌル酸； ヘキサメチレンテトラミン；イソシアン酸；低級アルキルアミン；メラミン；ト リシアノウレア、および尿素から成る群から選ばれる１つの要素を含んでいる、 請求項３に記載の方法。 ５．触媒反応器がリーン−ＮＯ_x触媒を含んでいる、請求項２に記載の方法。 ６．炭化水素は、有効にされた時にリーン−ＮＯ_x触媒に送られる、請求項５に 記載の方法。 ７．良好な燃料経済、およびＮＯ_x、および微粒子低発生を得るためのリーンバ ーンエンジンの操作の制御装置であって、 ＮＯ_x削減に効果がある触媒反応器に繋がっている排気通路を有する排気シス テム； 前記排気通路から生じた排気ガスと流入空気とを混合し、結果として生じた混 合物をエンジンに供給するための手段； 接触ＮＯ_x還元に効果のある条件を示す操作パラメーターを感知し、かつこれ を表す操作信号を発生させる感知手段； 接触ＮＯ_x還元が効果的に操作されうるかどうかを決定するために対照値と操 作信号とを比較するため、およびこれを表す制御信号を発生させるための手段； および 前記触媒反応器および／または前記ＥＧＲ装置を操作するために前記制御信号 に応える手段 を備えた装置。