JP6551002B2 - 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

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 Download PDF

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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置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、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2の運転状態から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31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置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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