JP3580163B2 - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents
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Description
【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を浄化する内燃機関の排気浄化装置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の存在下で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】
従来は前記還元剤として炭化水素を用いることが多かったが、近年においては、固体尿素をガス化し、これを還元剤として用いる技術が開発されている。例えば、特開平５−２７２３３１号公報に開示されている排気浄化装置では、還元剤タンクに収容された粉体尿素を加熱炉に導き、この加熱炉内で粉体尿素を加熱しガス化して還元ガスとし、この還元ガスを前記選択還元型ＮＯｘ触媒よりも上流の排気通路に供給している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、粉体尿素をガス化するには多大な熱量が必要であり、熱源の大型化に伴って排気浄化装置が大型化するという不具合があった。
また、前記公報に開示された排気浄化装置では、還元ガスを排気通路に圧送する手段として加圧空気を利用しているが、この加圧空気を貯留するためのエアタンクや、加圧空気を発生させてエアタンクに供給するためのエアコンプレッサなどの機器が必要になり、装置の大型化及び複雑化を招き、車両への搭載性に難があった。
【０００５】
また、還元ガスの供給量を制御するためには、加熱炉に供給される粉体尿素の供給量制御と、加圧空気の流量制御の二つを行わなければならず、制御が複雑で、制御性も悪かった。
【０００６】
さらに、粉体尿素をガス化する際に加えられる熱、排気ガスの熱、又は高温下に車外から入ってくる熱が還元剤タンクに伝えられ、さらにはその熱が還元剤タンクに収容されている固体還元剤に伝えられて、還元剤タンク内で還元ガスが発生し、この還元ガスが還元剤タンクから大気に漏出する虞れがあった。
【０００７】
本発明はこのような従来の技術の問題点に鑑みてなされたものであり、本発明が解決しようとする課題は、固体状の還元剤を加熱液化して選択還元型ＮＯｘ触媒より上流の排気通路に供給することにより、装置の小型化、簡略化、制御性の向上を図ることにある。
【０００８】
また、本発明が解決しようとする別の課題は、還元剤が排気通路に供給されるまでは固体状の還元剤がガス化しないようにし、また、万一にもガス化した場合には、その還元ガスを内燃機関の吸気系に導いて、機関内で消費することにより、装置から還元ガスが大気に漏出するのを防止することにある。
【０００９】
【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。即ち、本発明は、内燃機関の排気通路に設けられ還元剤の存在下でＮＯｘを還元または分解する選択還元型ＮＯｘ触媒と、固体状の還元剤を貯蔵する貯蔵室と、前記貯蔵室から導かれた還元剤を加熱し液化する加熱液化室と、前記加熱液化室で液化された液化還元剤を前記触媒よりも上流の前記排気通路に供給する還元剤供給手段と、前記還元剤供給手段によって前記排気通路に供給される液化還元剤の供給量を制御する供給量制御手段、とを備えることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置である。
【００１０】
貯蔵室に貯蔵された固体状の還元剤は、加熱液化室に導かれて加熱、液化され、液化された還元剤は供給量制御手段によって供給量を制御され、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。液状の還元剤を流量制御するので、装置を小型、簡略化することができ、制御性もよく、還元剤の供給量を高精度に制御することができる。
【００１１】
本発明において、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。
前記選択還元型ＮＯｘ触媒には、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、等が含まれる。
本発明においては、前記還元剤を粉体とすることができる。また、前記還元剤を尿素とすることができる。
【００１２】
本発明においては、前記加熱液化室において固体状の還元剤を加熱液化する熱源を、前記内燃機関から排出される排気ガスとすることができる。このようにすると、他の加熱用エネルギーを減らしたり、あるいは全く不要にすることができる。そして、この場合には、加熱液化室を囲うように通路を設け、この通路に内燃機関から排出される排気ガスの一部または全部を流通させるように構成することができる。ただし、加熱液化用の熱源は排気ガスに限定されるものではなく、電気ヒータとすることもできる。
【００１３】
また、本発明においては、前記加熱液化室内で固体状の還元剤がガス化しないように還元剤の温度を所定温度範囲に制御する温度制御手段を備えるのが好ましい。固体状の還元剤を必要以上の高温に加熱すると還元剤がガス化してしまい、ガス化した還元剤が貯蔵室から外に漏出する虞れがある。温度制御手段を備えることにより、これを防止することができる。
【００１４】
温度制御手段は、例えば、還元剤加熱液化用の熱源を排気ガスとした場合には、排気ガスの流量制御により実現することができる。また、還元剤加熱液化用の熱源を電気ヒータとした場合には、この電気ヒータの作動を制御することにより温度制御手段を実現することができる。
【００１５】
本発明においては、 前記貯蔵室内の還元ガスを内燃機関の吸気系に導く排出手段を備えることができる。このようにすると、吸気系に導かれた還元ガスは吸気とともに内燃機関の燃焼室に流入し、消費される。したがって、還元ガスが直接に大気に漏洩することはない。
【００１６】
本発明において粉体の還元剤を貯蔵室に貯蔵させた場合には、前記貯蔵室の粉体の還元剤を流動化させる流動化手段を備えるのが好ましい。粉体の還元剤は水分を吸水して凝集し流動性が悪くなり、還元剤の供給不良を起こる虞れがあるが、流動化手段はこれを防止して粉体の還元剤の流動性を良好に保持する。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の実施の形態を図１から図３の図面に基いて説明する。尚、以下に記載の各実施の形態は、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に適用した態様である。
【００１８】
〔第１の実施の形態〕
初めに、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の第１の実施の形態について図１を参照して説明する。車両用ディーゼルエンジン１の各気筒の燃焼室２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、燃料噴射弁５から各燃焼室２に燃料が噴射され、リーン空燃比で燃焼される。尚、図１において、符号６はピストンを示す。
【００１９】
各燃焼室２から排気された排気ガスは、排気管７、ＮＯｘ触媒コンバータ８、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。
【００２０】
選択還元型ＮＯｘ触媒１０によって排気ガス中のＮＯｘを浄化するには還元剤の存在が必要であり、そのために、この排気浄化装置には、ＮＯｘ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（還元剤添加手段）１１が設けられている。
【００２１】
この還元剤添加装置１１は、還元剤としての粉体尿素（固体還元剤）を液化して排気管７内に供給するものであり、粉体尿素Ａを収容する還元剤貯蔵室１２と、還元剤貯蔵室１２の下部に連結された加熱液化室１３と、加熱液化室１３の下部に連なるポンプ部（還元剤供給手段）１４と、ポンプ部１４の下部に連なる調圧部１５と、調圧部１５の下部に連なる添加制御弁（供給量制御手段）１６とからなる。
【００２２】
還元剤貯蔵室１２は上部に還元剤投入口１２ａ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、還元剤貯蔵室１２の下部はロート状になっている。還元剤貯蔵室１２に収容されている粉体尿素Ａは、還元剤貯蔵室１２から加熱液化室１３に送給される。
【００２３】
加熱液化室１３は図示しない電気ヒータ等の加熱源を備え、加熱液化室１３に供給された粉体尿素Ａを加熱して液化し、液体尿素にする。この液体尿素はポンプ部１４によって加圧され調圧部１５に送られる。調圧部１５において液体尿素はプレッシャレギュレータ１７によって所定の一定圧力に調節される。一定圧力に調節された液体尿素は添加制御弁１６により流量制御されて排気管７内に添加される。ポンプ部１４はエンジンコントロール用電子制御ユニット（ＥＣＵ）１８によって運転・停止を制御される。また、添加制御弁１６はその開閉時間をＥＣＵ１８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。
【００２４】
尚、加熱液化室１３に備えられた電気ヒータ等の加熱源は、加熱液化室１３内において粉体尿素Ａが液化するのに最適な温度（約１６０〜２３０゜Ｃ）となるように、ＥＣＵ１８によってその作動が制御される。これは、粉体尿素Ａを前記最適温度以上の高温に加熱すると粉体尿素Ａがガス化する虞れがあるからである。
【００２５】
また、還元剤貯蔵室１２には粉体尿素Ａの残量を検出する残量センサ１９が設けられており、残量センサ１９は検出した粉体尿素Ａの残量に比例した出力信号をＥＣＵ１８に出力する。ＥＣＵ１８は、残量センサ１９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時に、メータパネル３０の警報ランプ３１を点灯し、粉体尿素Ａの残量が少なくなったことを知らせる。また、ＥＣＵ１８は、残量センサ１８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時に、還元剤添加装置１１の稼働を停止して、即ち加熱液化室１３における加熱を停止し、ポンプ部１４を停止し、添加制御弁１６を全閉にして、液体尿素の添加を停止する。
【００２６】
調圧部１５には調圧された液体尿素の液温を検出する温度センサ２０が設けられており、温度センサ２０は検出した液体尿素の液温に比例した出力信号をＥＣＵ１８に出力する。
【００２７】
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圧力を検出する入りガス圧センサ２１と、同排気ガスの温度を検出する入りガス温センサ２２が設けられており、入りガス圧センサ２１は検出した入りガス圧力に比例した出力信号をＥＣＵ１８に出力する。また、入りガス温センサ２２は検出した入りガス温度に比例した出力信号をＥＣＵ１８に出力する。
【００２８】
ＮＯｘ触媒コンバータ８より下流の排気管９には、ＮＯｘ触媒コンバータ８を通過した排気ガスの温度を検出する出ガス温センサ２３が設けられており、出ガス温センサ２３は検出した出ガス温度に比例した出力信号をＥＣＵ１８に出力する。
【００２９】
ＥＣＵ１８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。
【００３０】
これら制御のために、ＥＣＵ１８の入力ポートには、アクセル開度センサ２４からの入力信号と、クランク角センサ２５からの入力信号が入力される。アクセル開度センサ２４はアクセル開度に比例した出力電圧をＥＣＵ１８に出力し、ＥＣＵ１８はアクセル開度センサ２４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２５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ＥＣＵ１８に出力し、ＥＣＵ１８はこの出力パルスに基づいて機関回転速度を演算する。これらエンジン負荷とエンジン回転速度によってエンジン１の運転状態が判別される。さらに、ＥＣＵ１８の入力ポートには、エアフロメータ２６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２６は吸気量に比例した出力信号をＥＣＵ１８に出力し、ＥＣＵ１８はエアフロメータ２６の出力信号に基づいて吸気量を演算する。
【００３１】
また、予め実験により、エンジン負荷とエンジン回転速度とをパラメータとして、これらパラメータと単位時間当たりに排出されるＮＯｘ量との関係を求めてマップ化し、このＮＯｘ排出量マップをＥＣＵ１８のＲＯＭに記憶しておく。
【００３２】
ＥＣＵ１８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ＮＯｘ量を演算する。さらに、ＥＣＵ１８は、このＮＯｘを浄化するのに必要な液体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１６のデューティ比を演算し、添加制御弁１６をデューティ比制御する。尚、添加制御弁１６を流れる液体尿素の流量は、添加制御弁１６のデューティ比が同じであっても液体尿素の液温や添加制御弁１６の出口側の背圧が異なると変わってくるので、添加制御弁１６をデューティ比制御する際に、ＥＣＵ１８は、温度センサ２０により検出した液体尿素の液温と、入りガス圧センサ２１により検出した入りガス圧力に基づいて、目標デューティ比の補正を行う。
【００３３】
また、エンジン１の燃料である軽油を収容する燃料タンク３２はベーパ管３３を介してキャニスタ３４に連結されている。キャニスタ３４は内部に活性炭Ｂが収容された周知の蒸発燃料捕集手段であり、燃料タンク３２内の蒸発燃料はベーパ管３３を介してキャニスタ３４に導入され、活性炭Ｂに吸着される。
【００３４】
また、還元剤貯蔵室１２の上端は還元ガス導出管３５を介してベーパ管３３に連結されており、還元剤貯蔵室１２内に充満する還元ガスは、還元ガス導出管３５及びベーパ管３３を介してキャニスタ３４に導入され、キャニスタ３４の活性炭Ｂに吸着される。
【００３５】
そして、キャニスタ３４の活性炭Ｂに吸着された蒸発燃料及び還元ガスは所定のタイミングでキャニスタ３４からパージ管３６を介して吸気管４に吸引される。即ち、この実施の形態では、キャニスタ３４と、還元ガス導出管３５とパージ管３６は、還元ガスの排出手段を構成する。
【００３６】
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、ＥＣＵ１８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１６のデューティ比制御を行い、排気管７内に適正量の液体尿素を添加する。排気管７内に添加された液体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ＮＯｘ触媒コンバータ８に流入する。
【００３７】
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を通って大気に放出される。
【００３８】
尚、この選択還元型ＮＯｘ触媒１０は排気ガス温がある所定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ＮＯｘ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、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触媒コンバータ８を素通りし、大気に放出されてしまう。そこで、この実施の形態では、入りガス温センサ２２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、ＥＣＵ１８がポンプ部１４の運転を停止するとともに添加制御弁１６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。尚、入りガス温センサ２２の出力信号の代わりに出ガス温センサ２３の出力信号に基づいて、上述の制御を実行してもよい。
【００３９】
また、還元剤貯蔵室１２に収容されている粉体尿素Ａが加熱されて還元ガスが発生すると、この還元ガスは還元剤貯蔵室１２内を上昇してその上部空間に溜まり、さらに還元ガス導出管３５及びベーパ管３３を介してキャニスタ３４に吸着される。前述したようにキャニスタ３４には燃料タンク３２内の蒸発燃料も吸着されており、この蒸発燃料と共に前記還元ガスは所定のタイミングでキャニスタ３４からパージ管３６を介して吸気管４に吸引される。
【００４０】
吸気管４に吸引された還元ガスは吸気と共にエンジン１の燃焼室２に導かれ、ここで消費される。したがって、還元剤貯蔵室１２で発生した還元ガスが蓋１２ｂにおける隙間等から大気に漏洩することがなくなる。
また、吸気管４に吸引された蒸発燃料は吸気と共にエンジン１の燃焼室２に導かれ、燃料噴射弁５から噴射される燃料と共に燃焼される。
【００４１】
尚、上述した実施の形態では、エンジン１の運転状態とＮＯｘ排出量との関係を予めマップ化しておき、このマップを参照して実際の個々のエンジン運転状態におけるＮＯｘ排出量を推定算出しているが、これに代えて、ＮＯｘ触媒コンバータ８の上流側の排気管７に、排気ガスのＮＯｘ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２６で検出した吸気量から、ＮＯｘ排出量を演算するようにしてもよい。
【００４２】
この実施の形態の排気浄化装置では、粉体尿素を加熱液化して液体尿素にし、この液体尿素を添加制御弁１６で流量制御して排気管７内に添加している。このように粉体尿素を液化するのに必要な熱量は、粉体尿素を気化するのに必要な熱量よりも小さくて済むので、従来よりも加熱源（電気ヒータ等）が小さくて済む。
【００４３】
また、液体尿素は、粉体尿素を直接に加熱液化して生成しているため１００％濃度になり、高精度の添加量制御が必要になるが、制御対象が気体ではなく液体であるため、添加制御弁１６により高精度の流量制御が十分可能である。
【００４４】
〔第２の実施の形態〕
次に、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の第２の実施の形態について図２及び図３を参照して説明する。
この第２の実施の形態は、以下の点で第１の実施の形態と相違する。第２の実施の形態における還元剤添加装置１１の還元剤貯蔵室１２には撹拌機（流動化手段）４０が設置されており、この撹拌機４０の撹拌羽根４１ａ，４１ｂを還元剤貯蔵室１２内で回転することにより還元剤貯蔵室１２内の粉体尿素Ａを撹拌可能にしている。粉体尿素Ａは水分を含むと凝集して流動性が悪くなるため、そのままにしておくと還元剤の供給不良を起こる虞れがある。そこで、第２の実施の形態では、粉体尿素Ａの凝集を防止して流動性を良好に保つために、必要に応じて撹拌機４０を運転して撹拌羽根４１ａ，４１ｂで粉体尿素Ａを撹拌するようにしている。
【００４５】
撹拌機４０の運転・停止はＥＣＵ１８によって制御される。撹拌機４０の運転時期及び期間については、エンジン１の始動時のみ所定時間運転するか、エンジン１の運転中連続運転とするか、エンジン１の運転中に間欠運転とするかなど、種々考えられるが、エンジン１が使用される場所における環境や季節的な要因などを考慮して適宜に設定することができる。
【００４６】
第２の実施の形態では、還元剤貯蔵室１２に撹拌機４０を設置することから、還元剤投入口１２ａ及び蓋１２ｂの設置位置を周縁側にずらしている。また、還元剤貯蔵室１２の中央部分において撹拌機４０の撹拌羽根４１ａ，４１ｂが回転することから、粉体尿素Ａの残量を検出する残量センサ１９の設置位置を還元剤貯蔵室１２の下部側方に移している。
【００４７】
第２の実施の形態では、加熱液化室１３において粉体尿素Ａを加熱液化するための熱源として排気ガスの熱を利用している。図３は、加熱装置４２を説明するための概略構成を示す図である。この図に示すように、第２の実施の形態では、加熱液化室１３の周囲に加熱ガス通路４３が設けられており、この加熱ガス通路４３の始端は排気ガス導入管４４を介して排気管７に接続され、加熱ガス通路４３の終端は排気ガス戻し管４５を介して排気管７に接続されている。尚、排気管７における排気ガス導入管４４の接続点は、排気管７における排気ガス戻り管４５の接続点よりも、排気管７において上流側に位置している。また、排気ガス導入管４４には、ＥＣＵ１８によって開閉時間をデューティ比制御される加熱ガス流量制御弁（温度制御手段）４６が設けられている。
【００４８】
この加熱装置４２は次のように作用する。加熱ガス流量制御弁４６が全閉になっていないときには、排気ガス導入管４４には、加熱ガス流量制御弁４６のデューティ比に応じて所定流量の排気ガスが排気管７から流入し、加熱ガス通路４３を通った後、排気ガス戻し管４５を通って排気管７に戻る。そして、加熱ガス通路４３を通る排気ガスの熱によって加熱液化室１３が加熱され、さらに加熱液化室１３内の粉体尿素Ａが加熱され液化されることになる。このように粉体尿素Ａの加熱源として排気ガスの熱エネルギを利用すれば、他の加熱エネルギが不要であるため、装置を簡略化することができる。
【００４９】
なお、加熱ガス流量制御弁４６は、加熱液化室１３内において粉体尿素Ａを加熱し過ぎてガス化しないように、即ち、粉体尿素Ａが液化するのに最適な温度（例えば、１６０〜２３０゜Ｃ）となるように加熱ガス流量を制御するためのものであり、温度センサ２０により検出される調圧部１５の液体尿素の液温に基づいて、ＥＣＵ１８が加熱ガス流量制御弁４６をデューティ比制御する。これにより、加熱液化室１３内での粉体尿素Ａのガス化を防止することができる。
【００５０】
また、粉体尿素Ａの加熱源として排気ガスを利用した場合、エンジン１を低温始動させた時など排気ガス温度が低いときには、粉体尿素Ａの温度上昇が遅く、粉体尿素Ａを液化するのに時間がかかることがある。そこで、この実施の形態では、ＥＣＵ１８は、温度センサ２０により検出される液体尿素の液温が所定温度（例えば、１６０゜Ｃ）未満のときには、ポンプ部１４の運転を停止するとともに添加制御弁１６を全閉に制御し、温度センサ２０により検出される液体尿素の液温が所定温度以上になってから、ポンプ部１４を運転開始するとともに添加制御弁１６のデューティ比制御を開始することとした。これにより、粉体尿素Ａを確実に液化してから排気管７に添加することができる。
【００５１】
また、第１の実施の形態では、還元剤貯蔵室１２の粉体尿素Ａの残量が警報残量値になると、メータパネル３０の警報ランプ３１を点灯することにより、運転者に粉体尿素Ａの残量が少なくなったことを知らせるようにしているが、第２の実施の形態では、これに加えて、あるいは、これに代えて、次のようにして運転者に警告を発するようにしている。
【００５２】
第１の方法は、粉体尿素Ａの残量が警報残量値になると、ＥＣＵ１８が、車速を低下させるようにエンジン１の運転を制御する。運転者は所望する車速が得られないことから粉体尿素Ａの残量不足を知る。
【００５３】
第２の方法は、粉体尿素Ａの残量が警報残量値になると、ＥＣＵ１８が、エンジン１の再始動時にエンジン１が始動しにくくなるように、始動制御を行う。運転者はエンジン１が始動しにくいことから粉体尿素Ａの残量不足を知る。
第２の実施の形態におけるその他の構成及び作用については第１の実施の形態と同じであるので、図中、同一態様部分に同一符号を付して説明を省略する。
【００５４】
【発明の効果】
本発明に係る内燃機関の排気浄化装置によれば、内燃機関の排気通路に設けられ還元剤の存在下でＮＯｘを還元または分解する選択還元型ＮＯｘ触媒と、固体状の還元剤を貯蔵する貯蔵室と、前記貯蔵室から導かれた還元剤を加熱し液化する加熱液化室と、前記加熱液化室で液化された液化還元剤を前記触媒よりも上流の前記排気通路に供給する還元剤供給手段と、前記還元剤供給手段によって前記排気通路に供給される液化還元剤の供給量を制御する供給量制御手段、とを備えることにより、装置を小型、簡略化することができ、還元剤の供給量を高精度に制御することができるという優れた効果が奏される。
【００５５】
本発明において、固体状の還元剤を加熱液化する熱源を内燃機関から排出される排気ガスとした場合には、熱エネルギの有効利用を図ることができるとともに、装置を簡略化することができる。
【００５６】
本発明において、前記加熱液化室内で固体状の還元剤がガス化しないように還元剤の温度を所定温度範囲に制御する温度制御手段を備えた場合には、還元剤のガス化を防止することができる。
【００５７】
本発明において、前記貯蔵室内の還元ガスを内燃機関の吸気系に導く排出手段を備えた場合には、万が一、貯蔵室内等で還元ガスが発生しても、発生した還元ガスを直接に大気に放出されるのを防止することができる。
【００５８】
本発明において、前記貯蔵室の粉体の還元剤を流動化させる流動化手段を備えた場合には、粉体の還元剤が凝集するのを防止して還元剤の流動性を良好に保持することができ、ひいては、還元剤の供給不良を防止し、良好な供給を保証する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の第１の実施の形態における概略構成図である。
【図２】本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の第２の実施の形態における概略構成図である。
【図３】前記第２の実施の形態における還元剤加熱装置の概略構成を示す図である。
【符号の説明】
１ ディーゼルエンジン（内燃機関）
４ 吸気管（吸気系）
７，９ 排気管（排気通路）
８ ＮＯｘ触媒コンバータ
１０ 選択還元型ＮＯｘ触媒
１１ 還元剤添加装置
１２ 還元剤貯蔵室
１３ 加熱液化室
１４ ポンプ部（還元剤供給手段）
１５ 調圧部
１６ 添加制御弁（供給量制御手段）
１８ ＥＣＵ
３４ キャニスタ（排出手段）
３５ 還元ガス導出管（排出手段）
３６ パージ管（排出手段）
４０ 撹拌機（流動化手段）
４６ 加熱ガス流量制御弁（温度制御手段）
【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を浄化する内燃機関の排気浄化装置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の存在下で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】
従来は前記還元剤として炭化水素を用いることが多かったが、近年においては、固体尿素をガス化し、これを還元剤として用いる技術が開発されている。例えば、特開平５−２７２３３１号公報に開示されている排気浄化装置では、還元剤タンクに収容された粉体尿素を加熱炉に導き、この加熱炉内で粉体尿素を加熱しガス化して還元ガスとし、この還元ガスを前記選択還元型ＮＯｘ触媒よりも上流の排気通路に供給している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、粉体尿素をガス化するには多大な熱量が必要であり、熱源の大型化に伴って排気浄化装置が大型化するという不具合があった。
また、前記公報に開示された排気浄化装置では、還元ガスを排気通路に圧送する手段として加圧空気を利用しているが、この加圧空気を貯留するためのエアタンクや、加圧空気を発生させてエアタンクに供給するためのエアコンプレッサなどの機器が必要になり、装置の大型化及び複雑化を招き、車両への搭載性に難があった。
【０００５】
また、還元ガスの供給量を制御するためには、加熱炉に供給される粉体尿素の供給量制御と、加圧空気の流量制御の二つを行わなければならず、制御が複雑で、制御性も悪かった。
【０００６】
さらに、粉体尿素をガス化する際に加えられる熱、排気ガスの熱、又は高温下に車外から入ってくる熱が還元剤タンクに伝えられ、さらにはその熱が還元剤タンクに収容されている固体還元剤に伝えられて、還元剤タンク内で還元ガスが発生し、この還元ガスが還元剤タンクから大気に漏出する虞れがあった。
【０００７】
本発明はこのような従来の技術の問題点に鑑みてなされたものであり、本発明が解決しようとする課題は、固体状の還元剤を加熱液化して選択還元型ＮＯｘ触媒より上流の排気通路に供給することにより、装置の小型化、簡略化、制御性の向上を図ることにある。
【０００８】
また、本発明が解決しようとする別の課題は、還元剤が排気通路に供給されるまでは固体状の還元剤がガス化しないようにし、また、万一にもガス化した場合には、その還元ガスを内燃機関の吸気系に導いて、機関内で消費することにより、装置から還元ガスが大気に漏出するのを防止することにある。
【０００９】
【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。即ち、本発明は、内燃機関の排気通路に設けられ還元剤の存在下でＮＯｘを還元または分解する選択還元型ＮＯｘ触媒と、固体状の還元剤を貯蔵する貯蔵室と、前記貯蔵室から導かれた還元剤を加熱し液化する加熱液化室と、前記加熱液化室で液化された液化還元剤を前記触媒よりも上流の前記排気通路に供給する還元剤供給手段と、前記還元剤供給手段によって前記排気通路に供給される液化還元剤の供給量を制御する供給量制御手段、とを備えることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置である。
【００１０】
貯蔵室に貯蔵された固体状の還元剤は、加熱液化室に導かれて加熱、液化され、液化された還元剤は供給量制御手段によって供給量を制御され、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。液状の還元剤を流量制御するので、装置を小型、簡略化することができ、制御性もよく、還元剤の供給量を高精度に制御することができる。
【００１１】
本発明において、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。
前記選択還元型ＮＯｘ触媒には、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、等が含まれる。
本発明においては、前記還元剤を粉体とすることができる。また、前記還元剤を尿素とすることができる。
【００１２】
本発明においては、前記加熱液化室において固体状の還元剤を加熱液化する熱源を、前記内燃機関から排出される排気ガスとすることができる。このようにすると、他の加熱用エネルギーを減らしたり、あるいは全く不要にすることができる。そして、この場合には、加熱液化室を囲うように通路を設け、この通路に内燃機関から排出される排気ガスの一部または全部を流通させるように構成することができる。ただし、加熱液化用の熱源は排気ガスに限定されるものではなく、電気ヒータとすることもできる。
【００１３】
また、本発明においては、前記加熱液化室内で固体状の還元剤がガス化しないように還元剤の温度を所定温度範囲に制御する温度制御手段を備えるのが好ましい。固体状の還元剤を必要以上の高温に加熱すると還元剤がガス化してしまい、ガス化した還元剤が貯蔵室から外に漏出する虞れがある。温度制御手段を備えることにより、これを防止することができる。
【００１４】
温度制御手段は、例えば、還元剤加熱液化用の熱源を排気ガスとした場合には、排気ガスの流量制御により実現することができる。また、還元剤加熱液化用の熱源を電気ヒータとした場合には、この電気ヒータの作動を制御することにより温度制御手段を実現することができる。
【００１５】
本発明においては、 前記貯蔵室内の還元ガスを内燃機関の吸気系に導く排出手段を備えることができる。このようにすると、吸気系に導かれた還元ガスは吸気とともに内燃機関の燃焼室に流入し、消費される。したがって、還元ガスが直接に大気に漏洩することはない。
【００１６】
本発明において粉体の還元剤を貯蔵室に貯蔵させた場合には、前記貯蔵室の粉体の還元剤を流動化させる流動化手段を備えるのが好ましい。粉体の還元剤は水分を吸水して凝集し流動性が悪くなり、還元剤の供給不良を起こる虞れがあるが、流動化手段はこれを防止して粉体の還元剤の流動性を良好に保持する。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の実施の形態を図１から図３の図面に基いて説明する。尚、以下に記載の各実施の形態は、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に適用した態様である。
【００１８】
〔第１の実施の形態〕
初めに、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の第１の実施の形態について図１を参照して説明する。車両用ディーゼルエンジン１の各気筒の燃焼室２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、燃料噴射弁５から各燃焼室２に燃料が噴射され、リーン空燃比で燃焼される。尚、図１において、符号６はピストンを示す。
【００１９】
各燃焼室２から排気された排気ガスは、排気管７、ＮＯｘ触媒コンバータ８、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。
【００２０】
選択還元型ＮＯｘ触媒１０によって排気ガス中のＮＯｘを浄化するには還元剤の存在が必要であり、そのために、この排気浄化装置には、ＮＯｘ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（還元剤添加手段）１１が設けられている。
【００２１】
この還元剤添加装置１１は、還元剤としての粉体尿素（固体還元剤）を液化して排気管７内に供給するものであり、粉体尿素Ａを収容する還元剤貯蔵室１２と、還元剤貯蔵室１２の下部に連結された加熱液化室１３と、加熱液化室１３の下部に連なるポンプ部（還元剤供給手段）１４と、ポンプ部１４の下部に連なる調圧部１５と、調圧部１５の下部に連なる添加制御弁（供給量制御手段）１６とからなる。
【００２２】
還元剤貯蔵室１２は上部に還元剤投入口１２ａ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、還元剤貯蔵室１２の下部はロート状になっている。還元剤貯蔵室１２に収容されている粉体尿素Ａは、還元剤貯蔵室１２から加熱液化室１３に送給される。
【００２３】
加熱液化室１３は図示しない電気ヒータ等の加熱源を備え、加熱液化室１３に供給された粉体尿素Ａを加熱して液化し、液体尿素にする。この液体尿素はポンプ部１４によって加圧され調圧部１５に送られる。調圧部１５において液体尿素はプレッシャレギュレータ１７によって所定の一定圧力に調節される。一定圧力に調節された液体尿素は添加制御弁１６により流量制御されて排気管７内に添加される。ポンプ部１４はエンジンコントロール用電子制御ユニット（ＥＣＵ）１８によって運転・停止を制御される。また、添加制御弁１６はその開閉時間をＥＣＵ１８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。
【００２４】
尚、加熱液化室１３に備えられた電気ヒータ等の加熱源は、加熱液化室１３内において粉体尿素Ａが液化するのに最適な温度（約１６０〜２３０゜Ｃ）となるように、ＥＣＵ１８によってその作動が制御される。これは、粉体尿素Ａを前記最適温度以上の高温に加熱すると粉体尿素Ａがガス化する虞れがあるからである。
【００２５】
また、還元剤貯蔵室１２には粉体尿素Ａの残量を検出する残量センサ１９が設けられており、残量センサ１９は検出した粉体尿素Ａの残量に比例した出力信号をＥＣＵ１８に出力する。ＥＣＵ１８は、残量センサ１９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時に、メータパネル３０の警報ランプ３１を点灯し、粉体尿素Ａの残量が少なくなったことを知らせる。また、ＥＣＵ１８は、残量センサ１８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時に、還元剤添加装置１１の稼働を停止して、即ち加熱液化室１３における加熱を停止し、ポンプ部１４を停止し、添加制御弁１６を全閉にして、液体尿素の添加を停止する。
【００２６】
調圧部１５には調圧された液体尿素の液温を検出する温度センサ２０が設けられており、温度センサ２０は検出した液体尿素の液温に比例した出力信号をＥＣＵ１８に出力する。
【００２７】
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圧力を検出する入りガス圧センサ２１と、同排気ガスの温度を検出する入りガス温センサ２２が設けられており、入りガス圧センサ２１は検出した入りガス圧力に比例した出力信号をＥＣＵ１８に出力する。また、入りガス温センサ２２は検出した入りガス温度に比例した出力信号をＥＣＵ１８に出力する。
【００２８】
ＮＯｘ触媒コンバータ８より下流の排気管９には、ＮＯｘ触媒コンバータ８を通過した排気ガスの温度を検出する出ガス温センサ２３が設けられており、出ガス温センサ２３は検出した出ガス温度に比例した出力信号をＥＣＵ１８に出力する。
【００２９】
ＥＣＵ１８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。
【００３０】
これら制御のために、ＥＣＵ１８の入力ポートには、アクセル開度センサ２４からの入力信号と、クランク角センサ２５からの入力信号が入力される。アクセル開度センサ２４はアクセル開度に比例した出力電圧をＥＣＵ１８に出力し、ＥＣＵ１８はアクセル開度センサ２４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２５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ＥＣＵ１８に出力し、ＥＣＵ１８はこの出力パルスに基づいて機関回転速度を演算する。これらエンジン負荷とエンジン回転速度によってエンジン１の運転状態が判別される。さらに、ＥＣＵ１８の入力ポートには、エアフロメータ２６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２６は吸気量に比例した出力信号をＥＣＵ１８に出力し、ＥＣＵ１８はエアフロメータ２６の出力信号に基づいて吸気量を演算する。
【００３１】
また、予め実験により、エンジン負荷とエンジン回転速度とをパラメータとして、これらパラメータと単位時間当たりに排出されるＮＯｘ量との関係を求めてマップ化し、このＮＯｘ排出量マップをＥＣＵ１８のＲＯＭに記憶しておく。
【００３２】
ＥＣＵ１８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ＮＯｘ量を演算する。さらに、ＥＣＵ１８は、このＮＯｘを浄化するのに必要な液体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１６のデューティ比を演算し、添加制御弁１６をデューティ比制御する。尚、添加制御弁１６を流れる液体尿素の流量は、添加制御弁１６のデューティ比が同じであっても液体尿素の液温や添加制御弁１６の出口側の背圧が異なると変わってくるので、添加制御弁１６をデューティ比制御する際に、ＥＣＵ１８は、温度センサ２０により検出した液体尿素の液温と、入りガス圧センサ２１により検出した入りガス圧力に基づいて、目標デューティ比の補正を行う。
【００３３】
また、エンジン１の燃料である軽油を収容する燃料タンク３２はベーパ管３３を介してキャニスタ３４に連結されている。キャニスタ３４は内部に活性炭Ｂが収容された周知の蒸発燃料捕集手段であり、燃料タンク３２内の蒸発燃料はベーパ管３３を介してキャニスタ３４に導入され、活性炭Ｂに吸着される。
【００３４】
また、還元剤貯蔵室１２の上端は還元ガス導出管３５を介してベーパ管３３に連結されており、還元剤貯蔵室１２内に充満する還元ガスは、還元ガス導出管３５及びベーパ管３３を介してキャニスタ３４に導入され、キャニスタ３４の活性炭Ｂに吸着される。
【００３５】
そして、キャニスタ３４の活性炭Ｂに吸着された蒸発燃料及び還元ガスは所定のタイミングでキャニスタ３４からパージ管３６を介して吸気管４に吸引される。即ち、この実施の形態では、キャニスタ３４と、還元ガス導出管３５とパージ管３６は、還元ガスの排出手段を構成する。
【００３６】
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、ＥＣＵ１８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１６のデューティ比制御を行い、排気管７内に適正量の液体尿素を添加する。排気管７内に添加された液体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ＮＯｘ触媒コンバータ８に流入する。
【００３７】
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を通って大気に放出される。
【００３８】
尚、この選択還元型ＮＯｘ触媒１０は排気ガス温がある所定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ＮＯｘ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、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触媒コンバータ８を素通りし、大気に放出されてしまう。そこで、この実施の形態では、入りガス温センサ２２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、ＥＣＵ１８がポンプ部１４の運転を停止するとともに添加制御弁１６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。尚、入りガス温センサ２２の出力信号の代わりに出ガス温センサ２３の出力信号に基づいて、上述の制御を実行してもよい。
【００３９】
また、還元剤貯蔵室１２に収容されている粉体尿素Ａが加熱されて還元ガスが発生すると、この還元ガスは還元剤貯蔵室１２内を上昇してその上部空間に溜まり、さらに還元ガス導出管３５及びベーパ管３３を介してキャニスタ３４に吸着される。前述したようにキャニスタ３４には燃料タンク３２内の蒸発燃料も吸着されており、この蒸発燃料と共に前記還元ガスは所定のタイミングでキャニスタ３４からパージ管３６を介して吸気管４に吸引される。
【００４０】
吸気管４に吸引された還元ガスは吸気と共にエンジン１の燃焼室２に導かれ、ここで消費される。したがって、還元剤貯蔵室１２で発生した還元ガスが蓋１２ｂにおける隙間等から大気に漏洩することがなくなる。
また、吸気管４に吸引された蒸発燃料は吸気と共にエンジン１の燃焼室２に導かれ、燃料噴射弁５から噴射される燃料と共に燃焼される。
【００４１】
尚、上述した実施の形態では、エンジン１の運転状態とＮＯｘ排出量との関係を予めマップ化しておき、このマップを参照して実際の個々のエンジン運転状態におけるＮＯｘ排出量を推定算出しているが、これに代えて、ＮＯｘ触媒コンバータ８の上流側の排気管７に、排気ガスのＮＯｘ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２６で検出した吸気量から、ＮＯｘ排出量を演算するようにしてもよい。
【００４２】
この実施の形態の排気浄化装置では、粉体尿素を加熱液化して液体尿素にし、この液体尿素を添加制御弁１６で流量制御して排気管７内に添加している。このように粉体尿素を液化するのに必要な熱量は、粉体尿素を気化するのに必要な熱量よりも小さくて済むので、従来よりも加熱源（電気ヒータ等）が小さくて済む。
【００４３】
また、液体尿素は、粉体尿素を直接に加熱液化して生成しているため１００％濃度になり、高精度の添加量制御が必要になるが、制御対象が気体ではなく液体であるため、添加制御弁１６により高精度の流量制御が十分可能である。
【００４４】
〔第２の実施の形態〕
次に、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の第２の実施の形態について図２及び図３を参照して説明する。
この第２の実施の形態は、以下の点で第１の実施の形態と相違する。第２の実施の形態における還元剤添加装置１１の還元剤貯蔵室１２には撹拌機（流動化手段）４０が設置されており、この撹拌機４０の撹拌羽根４１ａ，４１ｂを還元剤貯蔵室１２内で回転することにより還元剤貯蔵室１２内の粉体尿素Ａを撹拌可能にしている。粉体尿素Ａは水分を含むと凝集して流動性が悪くなるため、そのままにしておくと還元剤の供給不良を起こる虞れがある。そこで、第２の実施の形態では、粉体尿素Ａの凝集を防止して流動性を良好に保つために、必要に応じて撹拌機４０を運転して撹拌羽根４１ａ，４１ｂで粉体尿素Ａを撹拌するようにしている。
【００４５】
撹拌機４０の運転・停止はＥＣＵ１８によって制御される。撹拌機４０の運転時期及び期間については、エンジン１の始動時のみ所定時間運転するか、エンジン１の運転中連続運転とするか、エンジン１の運転中に間欠運転とするかなど、種々考えられるが、エンジン１が使用される場所における環境や季節的な要因などを考慮して適宜に設定することができる。
【００４６】
第２の実施の形態では、還元剤貯蔵室１２に撹拌機４０を設置することから、還元剤投入口１２ａ及び蓋１２ｂの設置位置を周縁側にずらしている。また、還元剤貯蔵室１２の中央部分において撹拌機４０の撹拌羽根４１ａ，４１ｂが回転することから、粉体尿素Ａの残量を検出する残量センサ１９の設置位置を還元剤貯蔵室１２の下部側方に移している。
【００４７】
第２の実施の形態では、加熱液化室１３において粉体尿素Ａを加熱液化するための熱源として排気ガスの熱を利用している。図３は、加熱装置４２を説明するための概略構成を示す図である。この図に示すように、第２の実施の形態では、加熱液化室１３の周囲に加熱ガス通路４３が設けられており、この加熱ガス通路４３の始端は排気ガス導入管４４を介して排気管７に接続され、加熱ガス通路４３の終端は排気ガス戻し管４５を介して排気管７に接続されている。尚、排気管７における排気ガス導入管４４の接続点は、排気管７における排気ガス戻り管４５の接続点よりも、排気管７において上流側に位置している。また、排気ガス導入管４４には、ＥＣＵ１８によって開閉時間をデューティ比制御される加熱ガス流量制御弁（温度制御手段）４６が設けられている。
【００４８】
この加熱装置４２は次のように作用する。加熱ガス流量制御弁４６が全閉になっていないときには、排気ガス導入管４４には、加熱ガス流量制御弁４６のデューティ比に応じて所定流量の排気ガスが排気管７から流入し、加熱ガス通路４３を通った後、排気ガス戻し管４５を通って排気管７に戻る。そして、加熱ガス通路４３を通る排気ガスの熱によって加熱液化室１３が加熱され、さらに加熱液化室１３内の粉体尿素Ａが加熱され液化されることになる。このように粉体尿素Ａの加熱源として排気ガスの熱エネルギを利用すれば、他の加熱エネルギが不要であるため、装置を簡略化することができる。
【００４９】
なお、加熱ガス流量制御弁４６は、加熱液化室１３内において粉体尿素Ａを加熱し過ぎてガス化しないように、即ち、粉体尿素Ａが液化するのに最適な温度（例えば、１６０〜２３０゜Ｃ）となるように加熱ガス流量を制御するためのものであり、温度センサ２０により検出される調圧部１５の液体尿素の液温に基づいて、ＥＣＵ１８が加熱ガス流量制御弁４６をデューティ比制御する。これにより、加熱液化室１３内での粉体尿素Ａのガス化を防止することができる。
【００５０】
また、粉体尿素Ａの加熱源として排気ガスを利用した場合、エンジン１を低温始動させた時など排気ガス温度が低いときには、粉体尿素Ａの温度上昇が遅く、粉体尿素Ａを液化するのに時間がかかることがある。そこで、この実施の形態では、ＥＣＵ１８は、温度センサ２０により検出される液体尿素の液温が所定温度（例えば、１６０゜Ｃ）未満のときには、ポンプ部１４の運転を停止するとともに添加制御弁１６を全閉に制御し、温度センサ２０により検出される液体尿素の液温が所定温度以上になってから、ポンプ部１４を運転開始するとともに添加制御弁１６のデューティ比制御を開始することとした。これにより、粉体尿素Ａを確実に液化してから排気管７に添加することができる。
【００５１】
また、第１の実施の形態では、還元剤貯蔵室１２の粉体尿素Ａの残量が警報残量値になると、メータパネル３０の警報ランプ３１を点灯することにより、運転者に粉体尿素Ａの残量が少なくなったことを知らせるようにしているが、第２の実施の形態では、これに加えて、あるいは、これに代えて、次のようにして運転者に警告を発するようにしている。
【００５２】
第１の方法は、粉体尿素Ａの残量が警報残量値になると、ＥＣＵ１８が、車速を低下させるようにエンジン１の運転を制御する。運転者は所望する車速が得られないことから粉体尿素Ａの残量不足を知る。
【００５３】
第２の方法は、粉体尿素Ａの残量が警報残量値になると、ＥＣＵ１８が、エンジン１の再始動時にエンジン１が始動しにくくなるように、始動制御を行う。運転者はエンジン１が始動しにくいことから粉体尿素Ａの残量不足を知る。
第２の実施の形態におけるその他の構成及び作用については第１の実施の形態と同じであるので、図中、同一態様部分に同一符号を付して説明を省略する。
【００５４】
【発明の効果】
本発明に係る内燃機関の排気浄化装置によれば、内燃機関の排気通路に設けられ還元剤の存在下でＮＯｘを還元または分解する選択還元型ＮＯｘ触媒と、固体状の還元剤を貯蔵する貯蔵室と、前記貯蔵室から導かれた還元剤を加熱し液化する加熱液化室と、前記加熱液化室で液化された液化還元剤を前記触媒よりも上流の前記排気通路に供給する還元剤供給手段と、前記還元剤供給手段によって前記排気通路に供給される液化還元剤の供給量を制御する供給量制御手段、とを備えることにより、装置を小型、簡略化することができ、還元剤の供給量を高精度に制御することができるという優れた効果が奏される。
【００５５】
本発明において、固体状の還元剤を加熱液化する熱源を内燃機関から排出される排気ガスとした場合には、熱エネルギの有効利用を図ることができるとともに、装置を簡略化することができる。
【００５６】
本発明において、前記加熱液化室内で固体状の還元剤がガス化しないように還元剤の温度を所定温度範囲に制御する温度制御手段を備えた場合には、還元剤のガス化を防止することができる。
【００５７】
本発明において、前記貯蔵室内の還元ガスを内燃機関の吸気系に導く排出手段を備えた場合には、万が一、貯蔵室内等で還元ガスが発生しても、発生した還元ガスを直接に大気に放出されるのを防止することができる。
【００５８】
本発明において、前記貯蔵室の粉体の還元剤を流動化させる流動化手段を備えた場合には、粉体の還元剤が凝集するのを防止して還元剤の流動性を良好に保持することができ、ひいては、還元剤の供給不良を防止し、良好な供給を保証する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の第１の実施の形態における概略構成図である。
【図２】本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の第２の実施の形態における概略構成図である。
【図３】前記第２の実施の形態における還元剤加熱装置の概略構成を示す図である。
【符号の説明】
１ ディーゼルエンジン（内燃機関）
４ 吸気管（吸気系）
７，９ 排気管（排気通路）
８ ＮＯｘ触媒コンバータ
１０ 選択還元型ＮＯｘ触媒
１１ 還元剤添加装置
１２ 還元剤貯蔵室
１３ 加熱液化室
１４ ポンプ部（還元剤供給手段）
１５ 調圧部
１６ 添加制御弁（供給量制御手段）
１８ ＥＣＵ
３４ キャニスタ（排出手段）
３５ 還元ガス導出管（排出手段）
３６ パージ管（排出手段）
４０ 撹拌機（流動化手段）
４６ 加熱ガス流量制御弁（温度制御手段）
Claims (7)
- 内燃機関の排気通路に設けられ還元剤の存在下でＮＯｘを還元または分解する選択還元型ＮＯｘ触媒と、固体状の還元剤を貯蔵する貯蔵室と、前記貯蔵室から導かれた還元剤を加熱し液化する加熱液化室と、前記加熱液化室で液化された液化還元剤を前記触媒よりも上流の前記排気通路に供給する還元剤供給手段と、前記還元剤供給手段によって前記排気通路に供給される液化還元剤の供給量を制御する供給量制御手段、とを備えることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
- 前記還元剤が粉体であることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
- 前記還元剤が尿素であることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
- 前記加熱液化室において固体状の還元剤を加熱液化する熱源が、前記内燃機関から排出される排気ガスであることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
- 前記加熱液化室内で固体状の還元剤がガス化しないように還元剤の温度を所定温度範囲に制御する温度制御手段を備えることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
- 前記貯蔵室内の還元ガスを内燃機関の吸気系に導く排出手段を備えることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
- 前記貯蔵室の粉体の還元剤を流動化させる流動化手段を備えることを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
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