JP2017025796A - 内燃機関の排気ガス浄化システム、内燃機関、及び内燃機関の排気ガス浄化方法 - Google Patents

Abstract

【課題】尿素水の利用効率を高効率に維持し、かつ、排気通路等への尿素水由来の白色生成物の堆積を抑制し、かつ、選択還元型触媒装置の劣化を抑制でき、さらに、選択還元型触媒装置へのアンモニアの供給量を高精度で制御することができ、アンモニアの目標供給量の急激な変化への対応も容易に行うことができる内燃機関の排気ガス浄化システム、内燃機関、及び内燃機関の排気ガス浄化方法を提供する。
【解決手段】アンモニア冷却装置１３とアンモニア圧送装置１４の間のアンモニア供給流路１１に、ヒーター付のアンモニア吸蔵装置３０を設けるとともに、このアンモニア吸蔵装置３０と選択還元型触媒装置１６の間のアンモニア供給流路１１または排気通路１５に、アンモニア濃度検出装置３１を設け、エンジン１０の運転状態とアンモニア濃度検出装置３１の検出値に基づいて、アンモニア吸蔵装置３０のヒーターを制御する。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関の排気通路に配設した選択還元型触媒装置に、尿素水などのアンモニア源水溶液より分解生成されるアンモニアを供給する内燃機関の排気ガス浄化システム、内燃機関、及び内燃機関の排気ガス浄化方法に関する。

車両に搭載されるディーゼルエンジン等の内燃機関では、気筒（シリンダ）内の燃焼室で空気と燃料の混合気が燃焼することで、車両走行用の動力を発生させている。この燃焼により発生した排気ガスには、炭化水素（ＨＣ）、微粒子状物質（ＰＭ）、窒素酸化物（ＮＯｘ）等の有害物質が含まれているため、内燃機関に接続する排気通路に、炭化水素（ＨＣ）を酸化除去するための酸化触媒装置（ＤＯＣ）、微粒子状物質（ＰＭ）を捕集するための微粒子捕集装置（ＣＳＦ）、窒素酸化物を還元除去するための選択還元型触媒装置（ＳＣＲ）等を備えた排気ガス浄化装置を配設して、この排気ガス浄化装置で排気ガスを浄化処理し、浄化処理した排気ガスをマフラー等を経由して大気へ放出している。

この選択還元型触媒装置では、従来、その前段に尿素水を噴射する尿素水噴射装置等を備えて構成される尿素ＳＣＲシステム（尿素選択還元型触媒システム）を設けて、この尿素ＳＣＲシステムにより選択還元型触媒装置の入口に向けて噴射した尿素水を排気ガスの熱で加水分解してアンモニア（ＮＨ₃）を発生させ、このアンモニアを還元剤として選択還元型触媒装置に供給することで、選択還元型触媒装置内で排気ガスに含まれる窒素酸化物（ＮＯｘ）をアンモニアで還元除去している。

しかしながら、上記の従来の尿素ＳＣＲシステムでは、主に３つの問題がある。第１の問題は、排気ガスの温度が１６０℃以下の低温のときには、噴射した尿素水の加水分解が充分に進行せず、選択還元型触媒装置へのアンモニアの供給効率が悪いことである。第２の問題は、尿素水の加水分解時に生じるビウレットやシアヌル酸等に代表される白色生成物が、排気通路内や選択還元型触媒装置内に堆積して、排気通路（配管）を腐食させたり、選択還元型触媒装置を劣化させたりすることである。第３の問題は、尿素水に大量に含まれる水が選択還元型触媒装置に流入するため、水熱耐久性の低いゼオライト系の触媒を担持した選択還元型触媒装置（ゼオライト系選択還元型触媒装置）では触媒の劣化が進行し易いことである。

上記の従来技術の尿素ＳＣＲシステムの各問題を解決すべく、本発明者は、ディーゼルエンジンの排気管にＳＣＲ装置を接続し、そのＳＣＲ装置にアンモニアガスを供給するに際し、アンモニア源水溶液をヒーターで加熱してアンモニアガスを生成すると共に、冷却器を通してアンモニアガスから水蒸気を分離し、その水蒸気を分離したアンモニアガスをコンプレッサーでＳＣＲ装置に供給するＳＣＲ装置へのアンモニア供給システムを提案している（例えば、特許文献１参照）。

更に、本発明者らは、上記のＳＧＲ装置へのアンモニア供給システムにおける、加熱分解で発生したガスからの回収水に一定濃度のアンモニアが溶解しているため、廃棄が困難であるという問題と、回収水にアンモニアが溶解するため、ＳＣＲ装置へのアンモニア供給効率が悪くなるという問題に対して、図２に示すように、ディーゼルエンジン２の排ガス管１５にＳＣＲコンバータ１６を接続し、アンモニア源供給タンク１０より送出されたアンモニア源水溶液Ｕをヒーター１２を用いて加熱して、重炭酸アンモニウム、炭酸アンモニウムあるいは尿素等のアンモニア発生源となり得る物質を熱分解してアンモニアガスＮを生成した後、このアンモニアガスＮを冷却管１３を通して水蒸気Ｗを凝縮分離し、水蒸気Ｗを分離したアンモニアガスＮａをコンプレッサー１４で昇圧してＳＣＲコンバータ１６に供給するＳＣＲコンバータへのアンモニア供給システムを提案している（例えば、特許文献２参照）。

このＳＣＲコンバータへのアンモニア供給システムでは、冷却管で凝縮分離した凝縮水をアンモニア吸着器に導入し、このアンモニア吸着器で、凝縮水中に溶解したアンモニアを吸着した後、凝縮水をアンモニア吸着器から排出するため、凝縮水をドレインとして系外にそのまま排出でき、また、ＳＣＲコンバータへのアンモニア供給効率も良いという優れた効果を発揮することができる。

一方、自動車業界では、近年、モード走行に加えて実走行での確実なＮＯｘ低減が要求されており、この要求に対応するためには、上記のＳＣＲコンバータへのアンモニア供給システムにおいても、ＳＣＲコンバータへのアンモニア供給量の高い制御性（コントロール性）が必要となってきている。

しかしながら、このＳＣＲコンバータへのアンモニア供給システムでは、アンモニア源供給タンクからＳＣＲコンバータに至るまでの経路に、ＳＣＲコンバータへのアンモニア供給量を緻密に制御することができる機構が存在していない。すなわち、このシステムを用いた場合、ＳＣＲコンバータに到達するアンモニア量は、アンモニア源供給タンクの下流のヒーターにおけるアンモニア源の分解量や、あるいは、コンプレッサーからの吐出ガス流量といった、ガス流量制御には不向きな装置（デバイス）の制御能力に依存するため、このシステムでは、ＳＣＲコンバータへのアンモニア供給量の制御性（コントロール性）、特に、エンジンの運転状態に応じた、アンモニアの目標供給量の急激な変化への対応に改善の余地があった。

特開２０１１−２２６４３４号公報 特開２０１３−１３６９９４号公報

本発明は、上記のことを鑑みてなされたものであり、その目的は、内燃機関の排気通路に配設した選択還元型触媒装置に、アンモニア源水溶液より分解生成されるアンモニアを供給する内燃機関の排気ガス浄化システムに関し、特に、アンモニア源水溶液の利用効率を高効率に維持し、かつ、排気通路等へのアンモニア源水溶液由来の白色生成物の堆積を抑制し、かつ、選択還元型触媒装置の劣化を抑制できるという利点を活かしつつ、さらに、選択還元型触媒装置へのアンモニアの供給量を高精度で制御することができ、アンモニアの目標供給量の急激な変化への対応も容易に行うことができる内燃機関の排気ガス浄化システム、内燃機関、及び内燃機関の排気ガス浄化方法を提供することにある。

上記の目的を達成するための本発明の内燃機関の排気ガス浄化システムは、内燃機関の排気通路に選択還元型触媒装置を配設し、該選択還元型触媒装置より上流側の排気通路にアンモニア供給流路を接続し、該アンモニア供給流路に、上流側より順に、アンモニア源水溶液加熱装置、アンモニア冷却装置、アンモニア圧送装置を配設して構成される内燃機関の排気ガス浄化システムにおいて、前記アンモニア冷却装置と前記アンモニア圧送装置の間の前記アンモニア供給流路に、ヒーター付のアンモニア吸蔵装置を設けるとともに、該アンモニア吸蔵装置より下流側の前記アンモニア供給流路、または、前記アンモニア供給流路との接続点と前記選択還元型触媒装置の間の前記排気通路に、アンモニア濃度検出装置を設け、当該排気ガス浄化システムを制御する制御装置が、エンジンの運転状態と前記アンモニア濃度検出装置の検出値に基づいて、前記アンモニア吸蔵装置のヒーターを制御するように構成される。

すなわち、アンモニア吸蔵装置と選択還元型触媒装置の間のアンモニア供給流路または排気通路に設けたアンモニア濃度検出装置（アンモニア濃度センサまたはｐＨセンサ）で、アンモニア吸蔵装置から排出されるアンモニアの放出量を含むアンモニア量をモニタリングしながら、アンモニア吸蔵装置のヒーターを制御することで、アンモニア源水溶液加熱装置から発生するアンモニア量にアンモニア吸蔵装置におけるアンモニアの放出量又は吸蔵量を加減することで、選択還元型触媒装置へ供給されるアンモニア量を調整して、エンジンの運転状態に基づいて算出される選択還元型触媒装置へのアンモニアの目標供給量になるように制御する。

この構成によれば、アンモニア吸蔵装置のヒーターを制御することで、このアンモニア吸蔵装置に吸蔵されるアンモニア量と、このアンモニア吸蔵装置から放出されるアンモニア量とをきめ細かく調整することができるので、アンモニア源水溶液の利用効率を高効率に維持し、かつ、排気通路等へのアンモニア源水溶液由来の白色生成物の堆積を抑制し、かつ、選択還元型触媒装置の劣化を抑制できるという利点を活かしつつ、さらに、選択還元型触媒装置へのアンモニアの供給量を高精度で制御することができる。

また、上記の内燃機関の排気ガス浄化システムにおいて、前記制御装置が、エンジンの運転状態に基づいて算出される前記選択還元型触媒装置へのアンモニアの目標供給量に対して、前記アンモニア濃度検出装置の検出値が、この目標供給量になるように、前記アンモニア源水溶液加熱装置によるアンモニア源水溶液の加熱量の制御と、前記アンモニア吸蔵装置のヒーターの制御を行うように構成される。

この構成によれば、アンモニア源水溶液加熱装置による大雑把なアンモニア発生量の調整に加えて、アンモニア吸蔵装置におけるアンモニアの吸蔵量と放出量をきめ細かく調整できるので、選択還元型触媒装置へのアンモニアの供給量をよりきめ細かく調整できる。

また、上記の内燃機関の排気ガス浄化システムにおいて、前記アンモニア圧送装置と前記アンモニア供給流路の出口の間にアンモニア供給量調整装置を設け、前記制御装置が、前記アンモニア濃度検出装置の検出値と前記選択還元型触媒装置へのアンモニアの目標供給量に対して算出されるアンモニア濃度算出値との差が予め設定された閾値よりも大きいときには前記アンモニア供給量調整装置の制御を加えて、前記選択還元型触媒装置へのアンモニアの供給量を調整する制御を行うように構成される。

つまり、アンモニア源水溶液加熱装置とアンモニア吸蔵装置における加熱、言い換えれば、温度調整には時間遅れが生じ易いので、応答性の高いアンモニア供給量調整装置によるアンモニア通過量の調整で、エンジン運転状態が過渡状態であるような、急激なアンモニアの目標供給量の変化に対応させる。

この構成によれば、エンジンの運転状態が過渡状態になり、選択還元型触媒装置へのアンモニアの目標供給量が急激に変化するような場合に、アンモニア濃度検出装置の検出値の変化量に基づいて、アンモニア供給量調整装置を通過するアンモニアの通過量を制御することで、その変化に、より正確かつ迅速に対応しながらアンモニアを選択還元型触媒装置に供給することができるようになる。

また、上記の内燃機関の排気ガス浄化システムを搭載した内燃機関は、上記の内燃機関の排気ガス浄化システムと同様の作用効果を奏することができる。

また、上記の目的を達成するための本発明の内燃機関の排気ガス浄化方法は、内燃機関の排気通路に選択還元型触媒装置を配設し、該選択還元型触媒装置より上流側の排気通路にアンモニア供給流路を接続し、該アンモニア供給流路に、上流側より順に、アンモニア源水溶液加熱装置、アンモニア冷却装置、アンモニア圧送装置を配設して構成される内燃機関の排気ガス浄化システムで、前記アンモニア源水溶液加熱装置によりアンモニア源水溶液を加熱してアンモニアを分解生成した後、前記アンモニア冷却装置によりアンモニア内に残留する水蒸気を凝縮分離し、さらに、前記アンモニア圧送装置によりアンモニアを昇圧して前記選択還元型触媒装置に供給する内燃機関の排気ガス浄化方法において、エンジンの運転状態から算出される前記選択還元型触媒装へのアンモニアの目標供給量になるように、前記アンモニア冷却装置と前記アンモニア圧送装置の間の前記アンモニア供給流路に設けたヒーター付のアンモニア吸蔵装置のヒーターを、該アンモニア吸蔵装置と前記選択還元型触媒装置の間の前記アンモニア供給流路または前記排気通路に設けたアンモニア濃度検出装置の検出値に基づいて制御することを特徴とする方法である。

また、上記の内燃機関の排気ガス浄化方法において、エンジンの運転状態に基づいて算出される前記選択還元型触媒装置へのアンモニアの目標供給量に対して、前記アンモニア濃度検出装置の検出値が、この目標供給量に対して算出されるアンモニア濃度算出値になるように、前記アンモニア源水溶液加熱装置によるアンモニア源水溶液の加熱量の制御と、前記アンモニア吸蔵装置のヒーターの制御を行う。

また、上記の内燃機関の排気ガス浄化方法において、前記アンモニア濃度検出装置の検出値と前記選択還元型触媒装置へのアンモニアの目標供給量に対して算出されるアンモニア濃度算出値との差が予め設定された閾値よりも大きいときには、前記アンモニア圧送装置と前記アンモニア供給流路の出口の間に設けたアンモニア供給量調整装置で、前記選択還元型触媒装置へのアンモニアの供給量を調整する制御を行う。

これらの内燃機関の排気ガス浄化方法によれば、上記の内燃機関の排気ガス浄化システムと同様の効果を得ることができる。

本発明の内燃機関の排気ガス浄化システム、内燃機関、及び内燃機関の排気ガス浄化方法によれば、アンモニア吸蔵装置のヒーターを制御することで、このアンモニア吸蔵装置に吸蔵されるアンモニア量と、このアンモニア吸蔵装置から放出されるアンモニア量とをきめ細かく調整することができるので、アンモニア源水溶液の利用効率を高効率に維持し、かつ、排気通路等へのアンモニア源水溶液由来の白色生成物の堆積を抑制し、かつ、選択還元型触媒装置の劣化を抑制できるという利点を活かしつつ、さらに、選択還元型触媒装置へのアンモニアの供給量を高精度で制御することができる。

本発明に係る実施の形態の内燃機関の排気ガス浄化システムの構成を示す図である。 従来技術に係る実施の形態の内燃機関の排気ガス浄化システムの構成を示す図である。

以下、本発明に係る実施の形態の内燃機関の排気ガス浄化システム、内燃機関、及び内燃機関の排気ガス浄化方法について、図面を参照しながら説明する。なお、本発明に係る実施の形態の内燃機関２は、本発明に係る実施の形態の内燃機関の排気ガス浄化システム１を搭載して構成され、後述する内燃機関の排気ガス浄化システム１が奏する作用効果と同様の作用効果を奏することができる。

図１に示すように、本発明に係る実施の形態の内燃機関の排気ガス浄化システム１は、エンジン（内燃機関）２の排気通路１５に選択還元型触媒装置１６を配設し、この選択還元型触媒装置１６より上流側の排気通路１５にアンモニア供給流路１１を接続し、このアンモニア供給流路１１に、上流側より順に、アンモニア源供給タンク１０、ヒーター（アンモニア源水溶液加熱装置）１２、冷却管（アンモニア冷却装置）１３、コンプレッサー（アンモニア圧送装置）１４、噴射ノズル１７を備えたシステムである。

アンモニア源供給タンク１０は、アンモニア源（例えば、尿素）を水溶液として貯蔵すると共に、エンジン２の排気ガスＧに含まれる窒素酸化物（ＮＯｘ）の量（濃度）に基づいて、アンモニア源水溶液Ｕ（例えば、尿素水）をアンモニア供給流路１１に供給する装置である。

ヒーター１２は、アンモニア源供給タンク１０より供給されるアンモニア源水溶液Ｕを１６０℃〜１８０℃の温度範囲に加熱して、アンモニア源水溶液Ｕを加水分解して、水蒸気を含んだアンモニアＮを生成する装置である。冷却管１３は、ヒーター１２で生成された水蒸気を含んだアンモニアＮを、１００℃以下、好ましくは５０〜８０℃に冷却して、アンモニアＮ内に残留する水蒸気を凝縮分離する装置である。コンプレッサー１４は、冷却管１３で水蒸気を凝縮分離されたアンモニアＮａを、排気ガスＧａの圧力よりも高圧になるように昇圧する装置である。噴射ノズル１７は、アンモニア供給流路１１の出口（先端、排気通路１５とアンモニア供給流路１１の接続点）に設けられ、選択還元型触媒装置１６の入口に向けて、コンプレッサー１４により昇圧されたアンモニアＮａを噴射する装置である。

また、選択還元型触媒装置１６は、排気ガスＧａに含まれる窒素酸化物（ＮＯｘ）を、噴射ノズル１７より噴射されたアンモニアＮａを還元剤として還元除去する装置である。なお、排気ガスＧａは、選択還元型触媒装置１６に流入する排気ガスであり、エンジン２より排気通路１５に排出された排気ガスＧの内、後述するアンモニア吸着器２０側のドレイン通路２２に流れる排気ガスＧｂを除いた排気ガス（＝Ｇ−Ｇｂ）である。また、図示しないが、一般に、排気通路１５には、酸化触媒装置（ＤＯＣ）や微粒子捕集装置（ＣＳＦ）等も選択還元型触媒装置１６と共に配設され、これらの装置で構成される排気ガス浄化装置により排気ガスＧａを浄化処理している。また、排気ガスＧａは、選択還元型触媒装置１６等で構成される排気ガス浄化装置で浄化処理された後、浄化処理された排気ガスＧｃとして、マフラー（図示しない）等を経由して大気へ放出される。

また、アンモニア吸着器２０は、冷却管１３に接続して設けられ、その内部に収容したアンモニア吸着体２１で、凝縮水Ｗ内に残留するアンモニアを吸着除去する装置である。このアンモニア吸着体２１としては、ゼオライトなどの吸着材をハニカムあるいはスポンジ状に形成したものを用いるのが通常であるが、気孔率の高い構成であれば、この構成に限定する必要はなく、ゼオライト等の固体酸系の材料をバインダーを用いて成型するか、あるいは上記の構成の担体に担持して用いることが好ましい。

アンモニア吸着器２０の出口側（排気通路１５側）には、ドレイン通路２２が接続される。ドレイン通路２２は、排気ガスバルブ２３を介して、アンモニア供給流路１１との接続点より上流側の排気通路１５に接続される。

このドレイン通路２２には、ドレインバルブ２４とドレインセンサ２５が設けられる。ドレインバルブ２４は、アンモニア吸着体２１によりアンモニアを吸着除去された凝縮水（ドレイン）Ｗａの内、アンモニアの濃度が規定値未満、或いは、ｐＨが７未満の凝縮水を外部に放出するためのバルブである。ドレインセンサ２５は、凝縮水Ｗａに含まれるアンモニアの濃度或いはｐＨを検出するセンサである。

そして、ドレインセンサ２５が規定値以上のアンモニア濃度、或いは、７以上のｐＨを検出したときには、ドレインバルブ２４を閉状態に制御して、ドレインＷａが外部に放出されないようにするとともに、排ガスバルブ２３を開状態に制御して、高温の排気ガスＧｂを、ドレイン通路２２を介してアンモニア吸着器２０内に導入させ、アンモニア吸着体２１を排気ガスＧｂで昇温して、保持したアンモニアを脱着（放出）させる。アンモニア吸着体２１より脱着（放出）したアンモニアは、排気ガスＧｂとともに冷却管１３を通って冷却され、コンプレッサー１４で昇圧されて、選択還元型触媒装置１６に供給される。一方、ドレインセンサ２５が上記の規定値未満のアンモニア濃度、或いは、７未満のｐＨを検出したときには、排ガスバルブ２３を閉状態に制御して、排気ガスＧｂがドレイン通路２２に流入しないようにするとともに、ドレインバルブ２４を開状態に制御して、無害化したドレインＷａを外部に放出する。

また、図１に示すように、本発明の内燃機関の排気ガス浄化システム１を制御する制御装置４０を設ける。この制御装置４０は、エンジン２の運転状態全般を制御するエンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）に組み込んでもよいし、独立して設けてもよい。

そして、本発明の内燃機関の排気ガス浄化システム１では、冷却管１３とコンプレッサー１４の間のアンモニア供給流路１１に、ヒーター付のアンモニア吸蔵装置３０を設ける。それとともに、このアンモニア吸蔵装置３０より下流側のアンモニア供給流路１１（図１ではこの位置に設けられる）、または、アンモニア供給流路１１との接続点と選択還元型触媒装置１６の間の排気通路１５に、アンモニア濃度センサ（アンモニア濃度検出装置）３１を設ける。このアンモニア濃度センサ３１は噴射ノズル１７の下流側に設けてもよい。なお、アンモニア濃度センサ３１の代わりにｐＨセンサを用いてもよい。さらに、コンプレッサー１４とアンモニア供給流路１１の出口（噴射ノズル１７）の間にアンモニア供給バルブ（アンモニア供給量調整装置）３２を設ける。

このアンモニア吸蔵装置３０は、例えば、アンモニア吸着体２１と同様の構成（ゼオライトなどの吸着材をハニカムあるいはスポンジ状に形成したもの）であり、アンモニア吸蔵装置３０の温度に基づいて、アンモニア吸蔵装置３０へのアンモニアＮａの吸着または放出が行われる。アンモニア吸蔵装置３０の温度は、このアンモニア吸蔵装置３０に付いている加熱量を制御できるヒーターにより変化させることができる。すなわち、アンモニア吸蔵装置３０のヒーターによる加熱量を制御することで、アンモニア吸蔵装置３０の温度を変化させ、アンモニア吸蔵装置３０の温度が低いとアンモニア吸蔵装置３０に吸着されるアンモニアＮａの量（吸着量）が増加し、高いとアンモニア吸蔵装置３０から放出されるアンモニアＮａの量（放出量）が増加する。

そして、制御装置４０は、エンジン２の運転状態とアンモニア濃度センサ３１の検出値Ｄに基づいて、アンモニア吸蔵装置３０のヒーターを制御する。より詳細には、制御装置４０は、エンジン２の運転状態に基づいて算出される選択還元型触媒装置１６へのアンモニアの目標供給量Ｓｔに対して、アンモニア濃度センサ３１の検出値Ｄが、この目標供給量Ｓｔになるように、ヒーター１２によるアンモニア源水溶液Ｕの加熱量の制御と、アンモニア吸蔵装置３０のヒーターの制御を行う。

また、制御装置４０は、アンモニア濃度センサ３１の検出値Ｄと選択還元型触媒装置１６へのアンモニアの目標供給量Ｓｔに対して算出されるアンモニア濃度算出値との差が予め設定された閾値よりも大きいときにはアンモニア供給バルブ３２の弁開度の制御を加えて、選択還元型触媒装置１６へのアンモニアの供給量を調整する制御を行う。

これにより、ヒーター１２とアンモニア吸蔵装置３０のヒーターによる加熱、言い換えれば温度調整には時間遅れが生じ易いので、応答性の高いアンモニア供給バルブ３２によるアンモニアＮｃの通過量の調整で、エンジン運転状態が過渡状態であるような、急激なアンモニアの目標供給量Ｓｔの変化に対応させる。この対応により、選択還元型触媒装置１６より大気に放出されるアンモニアの量（アンモニアスリップ量）を抑制しつつ、選択還元型触媒装置１６でのＮＯｘの浄化処理をより高効率で行うことができるようになる。

次に、上記の内燃機関の排気ガス浄化システム１を用いた、本発明の内燃機関の排気ガス浄化方法について説明する。この方法は、上記の内燃機関の排気ガス浄化システム１で、ヒーター１２によりアンモニア源水溶液Ｕを加熱してアンモニアを分解生成した後、アンモニア冷却装置１３によりアンモニアＮ内に残留する水蒸気を凝縮分離し、さらに、アンモニア圧送装置１４によりアンモニアＮａを昇圧して選択還元型触媒装置１６に供給する内燃機関の排気ガス浄化方法である。

この方法において、エンジン１０の運転状態から算出される選択還元型触媒装１６へのアンモニアＮｃの目標供給量になるように、アンモニア冷却装置１３とアンモニア圧送装置１４の間のアンモニア供給流路１１に設けたヒーター付のアンモニア吸蔵装置３０のヒーターを、このアンモニア吸蔵装置３０と選択還元型触媒装置１６の間の排気通路１７に設けたアンモニア濃度センサ３１の検出値Ｄに基づいて制御する。

より詳細には、エンジン２の運転状態に基づいて算出される選択還元型触媒装置１６へのアンモニアＮｃの目標供給量Ｓｔに対して、アンモニア濃度センサ３０の検出値Ｄが、この目標供給量Ｓｔに対して算出されるアンモニア濃度算出値Ｄｃになるように、ヒーター１２によるアンモニア源水溶液Ｕの加熱量の制御と、アンモニア吸蔵装置３０のヒーターの制御を行う。

また、アンモニア濃度センサ３１の検出値Ｄと選択還元型触媒装置１６へのアンモニアＮｃの目標供給量Ｓｔに対して算出されるアンモニア濃度算出値Ｄｃとの差が予め設定された閾値よりも大きいときには、アンモニア圧送装置１４とアンモニア供給流路１１の出口の間に設けたアンモニア供給量バルブ３２で、選択還元型触媒装置１６へのアンモニアＮｃの供給量を調整する制御を行う。

すなわち、アンモニア吸蔵装置３０と選択還元型触媒装置１６の間のアンモニア供給流路１１または排気通路１５に設けたアンモニア濃度センサ３１で、アンモニア吸蔵装置３０から排出されるアンモニアＮｂの放出量を含むアンモニア量をモニタリングしながら、アンモニア吸蔵装置３０のヒーターを制御することで、ヒーター１２から発生するアンモニア量にアンモニア吸蔵装置３０におけるアンモニアの放出量又は吸蔵量を加減することで、選択還元型触媒装置１６へ供給されるアンモニア量を調整して、エンジン２の運転状態に基づいて算出される選択還元型触媒装置１６へのアンモニアの目標供給量になるように制御する。

これにより、アンモニア吸蔵装置３０のヒーターを制御することで、このアンモニア吸蔵装置３０に吸蔵されるアンモニア量と、このアンモニア吸蔵装置３０から放出されるアンモニア量とをきめ細かく調整することができるので、アンモニア源水溶液Ｕの利用効率を高効率に維持し、かつ、排気通路１４等へのアンモニア源水溶液Ｕ由来の白色生成物の堆積を抑制し、かつ、選択還元型触媒装置１６の劣化を抑制できるという利点を活かしつつ、さらに、選択還元型触媒装置１６へのアンモニアＮｃの供給量を高精度で制御することができる。

また、ヒーター１２によるアンモニア源水溶液Ｕの加熱量の制御と、アンモニア吸蔵装置３０のヒーターの制御を行うので、ヒーター１２による大雑把なアンモニア発生量の調整に加えて、アンモニア吸蔵装置３０におけるアンモニアの吸蔵量と放出量をきめ細かく調整できるので、選択還元型触媒装置１６へのアンモニアＮｃの供給量をよりきめ細かく調整できる。

また、アンモニア供給バルブ３２の制御を加えて、選択還元型触媒装置１６へのアンモニアＮｃの供給量を調整する制御を行うと、ヒーター１２とアンモニア吸蔵装置３０のヒーターにおける加熱、言い換えれば、温度調整で生じやすい時間遅れに対して、応答性の高いアンモニア供給バルブ３２の弁開度の装置によるアンモニア通過量の調整で、エンジン運転状態が過渡状態であるような、急激なアンモニアＮｃの目標供給量Ｓｔの変化に対応させることができる。つまり、エンジン２の運転状態が過渡状態になり、選択還元型触媒装置１６へのアンモニアＮｃの目標供給量Ｓｔが急激に変化するような場合に、アンモニア濃度センサ３０の検出値Ｄの変化量に基づいて、アンモニア供給バルブ３２を通過するアンモニアＮｂ（Ｎｃ）の通過量を制御することで、その変化に、より正確かつ迅速に対応しながらアンモニアＮｃを選択還元型触媒装置１６に供給することができる。

以上をまとめると、本発明の内燃機関の排気ガス浄化システム１、内燃機関、及び内燃機関の排気ガス浄化方法によれば、アンモニア吸蔵装置３０のヒーターを制御することで、このアンモニア吸蔵装置３０に吸蔵されるアンモニア量と、このアンモニア吸蔵装置３０から放出されるアンモニア量とをきめ細かく調整することができるので、アンモニア源水溶液Ｕの利用効率を高効率に維持し、かつ、排気通路１５等へのアンモニア源水溶液Ｕ由来の白色生成物の堆積を抑制し、かつ、選択還元型触媒装置１６の劣化を抑制できるという利点を活かしつつ、さらに、選択還元型触媒装置１６へのアンモニアＮｃの供給量を高精度で制御することができ、かつ、選択還元型触媒装置１６へのアンモニアＮｃの目標供給量Ｓｔの急激な変化への対応も容易かつ確実に行うことができる。

１、１Ｘ 内燃機関の排気ガス浄化システム
２ エンジン（内燃機関）
１０ アンモニア源供給タンク
１１ アンモニア供給流路
１２ ヒーター（アンモニア源水溶液加熱装置）
１３ 冷却管（アンモニア冷却装置）
１４ コンプレッサー（アンモニア圧送装置）
１５ 排気通路
１６ 選択還元型触媒装置
１７ 噴射ノズル
２０ アンモニア吸着器
２１ アンモニア吸着体
２２ ドレイン通路
２３ 排ガスバルブ
２４ ドレインバルブ
２５ ドレインセンサ
３０ アンモニア吸蔵装置
３１ アンモニア濃度センサ（アンモニア濃度検出装置）
３２ アンモニア供給バルブ（アンモニア供給量調整装置）
４０、４０Ｘ 制御装置
Ｕ アンモニア源水溶液
Ｎ、Ｎａ、Ｎｂ、Ｎｃ アンモニア
Ｗ 凝縮水
Ｗａ ドレイン
Ｇ、Ｇａ、Ｇｂ、Ｇｃ 排気ガス

Claims (7)

1. 内燃機関の排気通路に選択還元型触媒装置を配設し、該選択還元型触媒装置より上流側の排気通路にアンモニア供給流路を接続し、該アンモニア供給流路に、上流側より順に、アンモニア源水溶液加熱装置、アンモニア冷却装置、アンモニア圧送装置を配設して構成される内燃機関の排気ガス浄化システムにおいて、
   前記アンモニア冷却装置と前記アンモニア圧送装置の間の前記アンモニア供給流路に、ヒーター付のアンモニア吸蔵装置を設けるとともに、該アンモニア吸蔵装置より下流側の前記アンモニア供給流路、または、前記アンモニア供給流路との接続点と前記選択還元型触媒装置の間の前記排気通路に、アンモニア濃度検出装置を設け、
   当該排気ガス浄化システムを制御する制御装置が、エンジンの運転状態と前記アンモニア濃度検出装置の検出値に基づいて、前記アンモニア吸蔵装置のヒーターを制御するように構成されたことを特徴とする内燃機関の排気ガス浄化システム。
2. 前記制御装置が、エンジンの運転状態に基づいて算出される前記選択還元型触媒装置へのアンモニアの目標供給量に対して、前記アンモニア濃度検出装置の検出値が、この目標供給量になるように、前記アンモニア源水溶液加熱装置によるアンモニア源水溶液の加熱量の制御と、前記アンモニア吸蔵装置のヒーターの制御を行うように構成された請求項１に記載の内燃機関の排気ガス浄化システム。
3. 前記アンモニア圧送装置と前記アンモニア供給流路の出口の間にアンモニア供給量調整装置を設け、
   前記制御装置が、前記アンモニア濃度検出装置の検出値と前記選択還元型触媒装置へのアンモニアの目標供給量に対して算出されるアンモニア濃度算出値との差が予め設定された閾値よりも大きいときには前記アンモニア供給量調整装置の制御を加えて、前記選択還元型触媒装置へのアンモニアの供給量を調整する制御を行うように構成された請求項１または請求項２に記載の内燃機関の排気ガス浄化システム。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の内燃機関の排気ガス浄化システムを搭載したことを特徴とする内燃機関。
5. 内燃機関の排気通路に選択還元型触媒装置を配設し、該選択還元型触媒装置より上流側の排気通路にアンモニア供給流路を接続し、該アンモニア供給流路に、上流側より順に、アンモニア源水溶液加熱装置、アンモニア冷却装置、アンモニア圧送装置を配設して構成される内燃機関の排気ガス浄化システムで、前記アンモニア源水溶液加熱装置によりアンモニア源水溶液を加熱してアンモニアを分解生成した後、前記アンモニア冷却装置によりアンモニア内に残留する水蒸気を凝縮分離し、さらに、前記アンモニア圧送装置によりアンモニアを昇圧して前記選択還元型触媒装置に供給する内燃機関の排気ガス浄化方法において、
   エンジンの運転状態から算出される前記選択還元型触媒装へのアンモニアの目標供給量になるように、前記アンモニア冷却装置と前記アンモニア圧送装置の間の前記アンモニア供給流路に設けたヒーター付のアンモニア吸蔵装置のヒーターを、該アンモニア吸蔵装置と前記選択還元型触媒装置の間の前記アンモニア供給流路または前記排気通路に設けたアンモニア濃度検出装置の検出値に基づいて制御することを特徴とする内燃機関の排気ガス浄化方法。
6. エンジンの運転状態に基づいて算出される前記選択還元型触媒装置へのアンモニアの目標供給量に対して、前記アンモニア濃度検出装置の検出値が、この目標供給量に対して算出されるアンモニア濃度算出値になるように、前記アンモニア源水溶液加熱装置によるアンモニア源水溶液の加熱量の制御と、前記アンモニア吸蔵装置のヒーターの制御を行う請求項５に記載の内燃機関の排気ガス浄化方法。
7. 前記アンモニア濃度検出装置の検出値と前記選択還元型触媒装置へのアンモニアの目標供給量に対して算出されるアンモニア濃度算出値との差が予め設定された閾値よりも大きいときには、前記アンモニア圧送装置と前記アンモニア供給流路の出口の間に設けたアンモニア供給量調整装置で、前記選択還元型触媒装置へのアンモニアの供給量を調整する制御を行う請求項５または６に記載の内燃機関の排気ガス浄化方法。

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