WO2013114614A1 - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

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WO2013114614A1
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temperature
exhaust
internal combustion
combustion engine
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伊藤　和浩
中山　茂樹
寛真 西岡
佳久 塚本
潤一 松尾
大地 今井
寛 大月
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トヨタ自動車株式会社
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    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Definitions

  • the present invention relates to an exhaust purification device for an internal combustion engine.
  • Patent Document 1 describes that a solid reducing agent is stored, and the solid reducing agent is vaporized by the heat of exhaust gas and then supplied to the selective reduction type NOx catalyst.
  • Patent Document 2 describes that ammonia (NH 3 ) gas is diluted with air and then supplied to the exhaust passage. Patent Document 2 describes that after NH 3 is diluted with air, the NH 3 concentration is detected in the exhaust passage, and the supply amount of NH 3 is calculated based on the detected value. In addition, it is described that NH 3 and air are mixed in a mixer.
  • NH 3 ammonia
  • Patent Document 3 describes that when the pressure in the tank for storing gaseous ammonia is reduced, the reduction of the pressure in the tank is suppressed by shortening the valve opening time of the reducing agent addition valve. Has been.
  • the reducing agent when a reducing agent having a high concentration is supplied into the exhaust gas, the reducing agent is difficult to disperse in the exhaust gas because the volume of the reducing agent is small. Then, since the concentration of the reducing agent varies in the catalyst, the NOx purification rate may be reduced.
  • JP 2010-138883 A Japanese Patent Laid-Open No. 11-235516 JP2011-132919A
  • the present invention has been made in view of the above-described problems, and an object thereof is to appropriately supply additives.
  • An exhaust purification catalyst provided in the exhaust passage of the internal combustion engine;
  • a tank for storing an additive supplied to the exhaust purification catalyst and acting as a reducing agent or an oxidizing agent in a solid or liquid state;
  • a vaporizer for vaporizing the solid or liquid additive by heating;
  • a supply passage that connects the tank and an exhaust passage upstream of the exhaust purification catalyst, and through which the gas additive vaporized by the vaporizer flows;
  • An exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine that supplies an additive of gas vaporized by the vaporization apparatus to an exhaust passage upstream of the exhaust gas purification catalyst, A dilution device for diluting the gaseous additive with another gas in the supply passage;
  • a metering device for adjusting the amount of additive supplied from the supply passage to the exhaust passage in the supply passage after being diluted by the dilution device; Is provided.
  • the dilution device dilutes the additive by supplying a gas different from the additive to the gas additive.
  • the dilution device dilutes the additive using, for example, exhaust gas from the internal combustion engine or air.
  • the diluter dilutes the additive before the additive is supplied from the supply passage to the exhaust passage.
  • concentration of the additive is lowered, so that it is easy to adjust the additive supply amount. That is, since the additive is diluted on the upstream side of the adjusting device, the volume of the additive adjusted in the metering device becomes relatively large, so that the accuracy of adjusting the supply amount can be increased. Further, since the volume of the additive is increased, the additive is easily dispersed into the exhaust after being supplied to the exhaust passage.
  • an adjustment device for adjusting the temperature or pressure of the additive after being diluted by the dilution device can be provided in the supply passage upstream of the metering device.
  • the adjusting device may adjust the temperature or pressure of the gas additive before being diluted, or the temperature or pressure of the gas supplied by the diluting device (hereinafter also referred to as “diluting gas”). That is, the temperature or pressure of the additive after dilution may be adjusted by adjusting the temperature or pressure of the additive or dilution gas before dilution.
  • simply diluting the additive may cause the additive to condense.
  • the additive since the temperature or pressure of the additive is adjusted by the adjusting device, the additive can be prevented from condensing. For example, condensation of the additive can be suppressed by increasing the temperature of the diluted additive. Moreover, even if the additive is condensed, the amount of liquid can be reduced. Thereby, an additive can be disperse
  • the temperature of the additive may be increased by increasing the pressure of the additive. That is, since there is a correlation between temperature and pressure, the adjustment device only needs to adjust at least one of temperature and pressure.
  • the adjusting device can adjust the temperature or pressure of the additive so that the temperature of the additive after being diluted by the diluting device is higher than the dew point temperature.
  • the adjusting device adjusts the temperature of the additive after being diluted by the diluting device, and the adjusting device determines the temperature of the additive after being diluted by the diluting device as a dew point temperature.
  • the pressure of the additive supplied from the supply passage to the exhaust passage may be made lower than in the case where the heat amount is lower than the threshold value.
  • the fuel consumption is deteriorated.
  • the temperature of the entire system is low, such as when the internal combustion engine is cold or when the outside air temperature is low, a large amount of heat is required to raise the temperature of the additive.
  • the pressure of the additive supplied to the exhaust passage is lowered. That is, the amount of heat for increasing the temperature of the additive (which may be electric power or electric power) is decreased. Thereby, deterioration of a fuel consumption can be suppressed or electric power consumption can be reduced.
  • it becomes easy to adjust the supply amount of an additive because the pressure of an additive becomes low.
  • the threshold value here may be a value when the deterioration of fuel consumption exceeds the allowable range, or when the supplied power exceeds the allowable range. Further, for example, when the temperature of the heating medium that heats the solid or liquid additive in the tank is equal to or lower than the threshold value, the pressure of the additive may be lowered. Furthermore, the pressure of the additive may be lowered when the amount of increase in the temperature of the additive is equal to or greater than the threshold.
  • the additive can be properly supplied.
  • FIG. 3 is a flowchart illustrating a flow of mixed gas heating control according to the first embodiment. It is the figure which showed the relationship between the temperature of mixed gas, and a pressure. It is the figure which showed the relationship between the electric power supplied to this heating apparatus when heating with a heating apparatus, and the temperature of the mixed gas after a heating.
  • 6 is a flowchart illustrating a flow of mixed gas heating control according to the second embodiment.
  • FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the present embodiment.
  • the internal combustion engine 1 shown in FIG. 1 may be a diesel engine or a gasoline engine.
  • the exhaust passage 2 is connected to the internal combustion engine 1.
  • An injection valve 3 and a catalyst 4 are provided in the exhaust passage 2 in order from the upstream side in the exhaust flow direction.
  • the injection valve 3 opens when the additive is injected, and closes when the injection of the additive is stopped.
  • the additive may be a reducing agent or an oxidizing agent. What is used as the additive depends on the type of the catalyst 4. The additive reacts with the catalyst 4. In this embodiment, the injection valve 3 corresponds to the metering device in the present invention.
  • the catalyst 4 examples include an occlusion reduction type NOx catalyst, a selective reduction type NOx catalyst, an oxidation catalyst, and a three-way catalyst. Further, the catalyst 4 may be carried on a particulate filter. Further, a particulate filter may be provided upstream or downstream of the catalyst 4.
  • a selective reduction type NOx catalyst for example, gaseous ammonia is used as the reducing agent.
  • HC (propane) gas is used as the reducing agent.
  • an oxidation catalyst or a three-way catalyst for example, HC (propane) gas can be used as the oxidizing agent.
  • hydrogen peroxide can also be used as the oxidizing agent.
  • the catalyst 4 corresponds to the exhaust purification catalyst in the present invention.
  • the catalyst 4 is a selective reduction type NOx catalyst, and the additive supplied from the injection valve 3 is gaseous ammonia as a reducing agent. Then, gaseous ammonia injected from the injection valve 3 is adsorbed on the catalyst 4. This ammonia selectively reduces NOx. Then, ammonia is supplied to the catalyst 4 or adsorbed in advance, and the NOx is reduced when NOx passes through the catalyst 4.
  • a supply passage 31 is connected to the injection valve 3.
  • the other end of the supply passage 31 is connected to a storage tank 32 that stores a solid or liquid reducing agent.
  • the storage tank 32 is provided with a vaporizer 38.
  • a cooling water passage 39 of the internal combustion engine 1 is connected to the vaporizer 38, and the cooling water of the internal combustion engine 1 is circulated. And the temperature of a reducing agent rises by exchanging heat with the cooling water of the internal combustion engine 1. Thereby, a solid or liquid reducing agent changes into gas. Then, the gaseous reducing agent flows out into the supply passage 31.
  • the cooling water passage 39 is provided with an adjustment valve 40 for adjusting the flow rate of the cooling water.
  • the storage tank 32 corresponds to the tank in the present invention.
  • the supply passage 31 includes a sub tank 33, a pressure regulating valve 34, a dilution device 5, a mixing pipe 35, and a heating device 36 in order from the storage tank 32 side.
  • the sub tank 33 stores the gaseous reducing agent flowing out of the storage tank.
  • the sub tank 33 is provided with a heater 37 and can heat and pressurize a gaseous reducing agent.
  • the pressure regulating valve 34 adjusts the pressure of the gaseous reducing agent supplied from the storage tank 32 and the auxiliary tank 33. Moreover, the back flow of the reducing agent can be prevented by closing the pressure regulating valve 34. Note that the sub tank 33 and the pressure regulating valve 34 may be omitted.
  • the dilution device 5 is a device that supplies a gas (dilution gas) for diluting the gaseous reducing agent.
  • the dilution apparatus 5 includes a pump 51 that discharges air and a dilution gas supply pipe 52 that connects an outlet of the pump 51 to the supply passage 31.
  • the dilution gas supply pipe 52 is connected to the supply passage 31 between the pressure regulating valve 34 and the mixing pipe 35.
  • the diluting device 5 may supply a gas compressed by a supercharger provided in the internal combustion engine 1 as a diluting gas.
  • the stored exhaust gas of the internal combustion engine 1 may be supplied as a dilution gas.
  • the exhaust gas of the internal combustion engine 1 may be pumped with a pump.
  • This compressed air may be stored in advance in a tank.
  • the exhaust from the fuel cell may be supplied as a dilution gas.
  • the exhaust from the fuel cell is easy to use because the contained components are limited.
  • the moisture may be supplied after being removed.
  • the mixing tube 35 promotes the mixing of the reducing agent and the dilution gas.
  • the mixing pipe 35 is a part of the supply passage 31 and has a larger cross-sectional area than the upstream side and the downstream side thereof.
  • the mixing tube 35 is provided with a pressure sensor 11 for detecting pressure, a temperature sensor 12 for detecting temperature, and an ammonia sensor 13 for detecting the concentration of ammonia (NH 3 ).
  • the dilution gas supply pipe 52 may be connected to the mixing pipe 35. Further, the mixing tube 35 may not be provided.
  • the pressure sensor 11, the temperature sensor 12, and the ammonia sensor 13 are directly attached to the supply passage 31 on the downstream side of the diluting device 5.
  • a throttle may be provided in the middle of the dilution gas supply pipe 52, and the reducing agent may be supplied into the dilution gas using the venturi effect.
  • the heating device 36 is an electric heater provided around the supply passage 31, for example. By supplying electric power to the heating device 36, the mixed gas of the reducing agent and the dilution gas is heated.
  • the heating device 36 corresponds to the adjusting device in the present invention.
  • the internal combustion engine 1 configured as described above is provided with an ECU 10 that is an electronic control unit for controlling the internal combustion engine 1.
  • the ECU 10 controls the internal combustion engine 1 in accordance with the operating conditions of the internal combustion engine 1 and the driver's request.
  • a pressure sensor 11, a temperature sensor 12, and an ammonia sensor 13 are connected to the ECU 10 through electric wiring, and output signals of these sensors are input to the ECU 10.
  • the injection valve 3, the pressure regulating valve 34, the heating device 36, the heater 37, the adjustment valve 40, and the pump 51 are connected to the ECU 10 through electric wiring, and the ECU 10 controls these devices.
  • the ECU 10 may feedback control the amount of dilution gas supplied from the diluting device 5 so that the detection value of the ammonia sensor 13 approaches the target value. Further, the amount of reducing agent supplied from the injection valve 3 to the exhaust passage 2 may be adjusted based on the detection value of the ammonia sensor 13. That is, the injection amount from the injection valve 3 may be increased as the ammonia concentration is lower. Thus, the amount of reducing agent supplied to the catalyst 4 can be more accurately controlled by adjusting the injection amount from the injection valve 3 based on the diluted ammonia concentration. Even if the dilution device 5 is abnormal and the ammonia concentration changes, the amount of reducing agent supplied can be controlled by feedback control. Furthermore, by providing the ammonia sensor 13, the ECU 10 can also detect an abnormality such as the dilution device 5.
  • a highly concentrated gaseous reducing agent flows out of the storage tank 32.
  • the high concentration reducing agent is diluted with the dilution gas supplied from the diluting device 5 in the supply passage 31. Thereby, since the concentration of the reducing agent is lowered, it is easy to adjust the concentration of the reducing agent supplied to the catalyst 4.
  • a heating device 36 is provided. That is, if the diluted reducing agent (mixed gas) is heated by the heating device 36, the temperature of the mixed gas increases. Thereby, it can suppress that a reducing agent condenses.
  • the dew point temperature may be obtained based on the ammonia concentration detected by the ammonia sensor 13. That is, the lower the ammonia concentration, the more difficult it is for the ammonia to condense, so the dew point temperature of ammonia decreases. Further, the dew point temperature may be obtained based on the pressure of the mixed gas. That is, when the pressure of the mixed gas is lowered, ammonia is not easily condensed, so that the dew point temperature of ammonia is lowered. These relationships may be obtained in advance and mapped.
  • the reducing agent is diluted by the diluting device 5.
  • concentration of a reducing agent becomes low, it can suppress that a reducing agent condenses.
  • the reducing agent can be uniformly supplied to the catalyst 4.
  • the temperature of the mixed gas may be made higher than the dew point temperature of the reducing agent by previously increasing the temperature of the reducing agent or dilution gas before dilution. Moreover, you may raise temperature by compressing mixed gas or dilution gas.
  • FIG. 2 is a flowchart showing a flow of mixed gas heating control according to the present embodiment. This routine is executed by the ECU 10 when the reducing agent is supplied.
  • step S101 the temperature sensor 12 detects the temperature of the mixed gas.
  • step S102 the dew point temperature of the reducing agent is calculated.
  • This dew point temperature is the temperature at which the reducing agent condenses.
  • the relationship between the concentration of the reducing agent in the mixed gas and the dew point temperature may be obtained in advance and mapped, and the dew point temperature may be calculated based on the reducing agent concentration in the mixed gas and the map.
  • the dew point temperature when it is assumed that the reducing agent is not diluted may be obtained in advance.
  • step S103 it is determined whether or not the detected value of the temperature detected in step S101 is higher than the dew point temperature calculated in step S102. That is, it is determined whether or not the reducing agent does not condense. If an affirmative determination is made in step S103, since the reducing agent does not condense, this routine is terminated. On the other hand, if a negative determination is made in step S103, the process proceeds to step S104.
  • step S104 the heating device 36 is operated to heat the mixed gas. That is, it is difficult to condense the reducing agent.
  • step S105 the temperature is detected by the temperature sensor 12. Thereafter, the process returns to step S103.
  • the volume of the reducing agent can be increased by diluting the reducing agent before the reducing agent is supplied from the injection valve 3 into the exhaust gas. It can be adjusted with high accuracy. Further, the dew point temperature can be lowered by diluting the reducing agent. Therefore, it can suppress that a reducing agent condenses. Moreover, since mixed gas is heated with the heating apparatus 36, it can suppress more that a reducing agent condenses. As a result, the reducing agent can be dispersed in a wider range in the exhaust passage 2, so that the exhaust gas purification efficiency in the catalyst 4 can be increased. Moreover, since it can suppress that a liquid reducing agent adheres to a sensor etc., damage to this sensor etc. can be suppressed. Moreover, it can suppress corroding by a reducing agent adhering to another apparatus.
  • Example 2 when the amount of heat (which may be electric power or electric power) required for heating the reducing agent (which may be a mixed gas) is equal to or greater than a threshold value, the injection valve 3 is more than the case where it is less than the threshold value. Reduce the pressure of the gas mixture injected from And in order to make the pressure of the mixed gas injected from the injection valve 3 low, the temperature of mixed gas is set lower than Example 1. FIG. Thereby, the temperature rise of mixed gas is suppressed and the deterioration of a fuel consumption is suppressed. Since other devices are the same as those in the first embodiment, the description thereof is omitted.
  • FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the temperature of the mixed gas and the pressure.
  • the higher the temperature of the mixed gas the higher the pressure of the mixed gas.
  • the pressure of the mixed gas reaches the target pressure.
  • This target pressure is a target value of the pressure of the mixed gas injected from the injection valve 3.
  • the lower the temperature of the mixed gas before heating the larger the electric power or electric power required to increase the pressure of the mixed gas to the target pressure.
  • the mixed gas passes through the heating device 36 and the power supplied to the heating device 36 is changed according to the temperature of the mixed gas, the lower the temperature of the mixed gas, the larger the supplied power.
  • the lower the temperature of the mixed gas the longer the time for supplying power. The amount of power increases.
  • FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the electric power supplied to the heating device 36 when the heating device 36 performs heating and the temperature of the mixed gas after heating.
  • the solid line indicates the case where the cooling water temperature of the internal combustion engine 1 is relatively high, and the alternate long and short dash line indicates the case where the cooling water temperature of the internal combustion engine 1 is relatively low.
  • the temperature of the reducing agent flowing out from the storage tank 32 is also low. Therefore, even if the same electric power as that when the cooling water temperature of the internal combustion engine 1 is relatively high is supplied. The temperature of the mixed gas after heating is lowered. For this reason, the electric power required to raise the temperature of the mixed gas to the target temperature increases as the cooling water temperature of the internal combustion engine 1 decreases. That is, when the cooling water temperature of the internal combustion engine 1 is low, the electric power required to heat the mixed gas to the required temperature and pressure increases, and the fuel efficiency may deteriorate.
  • the supplied power is limited to the threshold.
  • An upper limit may be provided for the supplied power.
  • This threshold is a value when the electric power is at the boundary of whether or not it exceeds the allowable range.
  • the threshold is electric power that can heat the reducing agent to a temperature sufficient to suppress the condensation of the reducing agent when the temperature of the internal combustion engine 1 is relatively high.
  • the threshold is electric power that is not sufficient to suppress the condensation of the reducing agent when the temperature of the internal combustion engine 1 is relatively low.
  • the electric power required to raise the temperature of the mixed gas to the target temperature it may be determined whether or not to limit the electric power by comparing with the threshold value. It may be determined whether to limit power based on the temperature of the gas. For example, when the coolant temperature of the internal combustion engine 1 is equal to or lower than the threshold value, or when the temperature of the mixed gas is equal to or lower than the threshold value, the supplied power is limited to the threshold value. In addition, when the amount of increase in the temperature of the mixed gas is equal to or greater than the threshold, the supply power is limited to the threshold. Thereby, the temperature and pressure of the mixed gas supplied from the injection valve 3 are reduced.
  • FIG. 5 is a flowchart showing a flow of mixed gas heating control according to the present embodiment. This routine is executed by the ECU 10 when the reducing agent is supplied.
  • step S201 the temperature sensor 12 detects the temperature of the mixed gas. Note that the temperature of the cooling water of the internal combustion engine 1 may be detected.
  • step S202 it is determined whether or not the temperature detected in step S201 is equal to or lower than a threshold value.
  • the threshold value here is set as a value at which the power supplied to heat the mixed gas to the required temperature exceeds the allowable range. That is, it is set to a value when the deterioration of fuel consumption exceeds the allowable range. This value is obtained in advance by experiments or the like and stored in the ECU 10. If a positive determination is made in step S202, the process proceeds to step S203.
  • step S203 the power supply is limited.
  • the supplied power is set to be the threshold shown in FIG.
  • the reducing agent may be condensed.
  • the supplied power may be set to a value lower than the threshold value.
  • the supply power set at this time may be determined based on the temperature of the cooling water of the internal combustion engine 1 or the temperature of the mixed gas.
  • the threshold value may be determined according to how much priority is given to suppression of deterioration of fuel consumption and suppression of condensation of the reducing agent.
  • step S202 the mixed gas is heated as in the first embodiment.
  • the heating device 36 is required to heat the mixed gas.
  • the power or amount of power increases.
  • the energy for heating the mixed gas can be reduced by limiting the electric power or the electric energy.
  • the adjustment accuracy of the supply amount of the mixed gas can be increased. For this reason, the increase in the reducing agent consumption by excessive supply of a reducing agent can be suppressed. Further, it is possible to suppress the reducing agent from passing through the catalyst 4.

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Abstract

　添加剤を適正に供給する。内燃機関（１）の排気通路（２）に設けられる排気浄化触媒（４）と、添加剤を固体または液体の状態で貯蔵するタンク（３２）と、添加剤を加熱することで気化させる気化装置（３８）と、タンク（３２）と排気浄化触媒（４）よりも上流側の排気通路（２）とを接続し気体の添加剤が流通する供給通路（３１）と、を備えた内燃機関の排気浄化装置において、気体の添加剤を供給通路（３１）において他のガスで希釈する希釈装置（５）と、供給通路（３１）から排気通路（２）へ供給する添加剤の量を、希釈装置（５）により希釈された後に供給通路（３１）において調整する調量装置（３）と、を備える。

Description

内燃機関の排気浄化装置
　本発明は、内燃機関の排気浄化装置に関する。
　特許文献１には、固体の還元剤を貯蔵しておき、該固体の還元剤を排気の熱で気化させた後に選択還元型ＮＯx触媒へ供給することが記載されている。
　また、特許文献２には、アンモニア（ＮＨ３）ガスを空気で希釈してから排気通路へ供給することが記載されている。この特許文献２には、ＮＨ３を空気で希釈した後に排気通路にてＮＨ３濃度を検出して、この検出値に基づいてＮＨ３の供給量を演算することが記載されている。また、ＮＨ３と空気とを混合器において混合させることが記載されている。
　また、特許文献３には、気体のアンモニアを貯蔵するタンク内の圧力が低下したときに、還元剤添加弁の開弁時間を短縮することで、タンク内の圧力の低下を抑制することが記載されている。
　ところで、気体の還元剤を供給する場合には、還元剤の濃度が高いと供給量の調整が困難な場合があった。例えば、気体の還元剤を貯蔵するときには、容積を減らすために、高圧で貯蔵される。このため、還元剤添加弁の開弁時間を変化させたときの還元剤の供給量の変化が大きくなるので、供給量の調整が難しくなる。
　また、濃度の高い還元剤を排気中に供給すると、該還元剤の体積が小さいために、還元剤が排気中に分散し難くなる。そうすると、触媒において還元剤の濃度にばらつきが生じるため、ＮＯxの浄化率が低下する虞がある。
特開２０１０－１３８８８３号公報 特開平１１－２３５５１６号公報 特開２０１１－１３２９１９号公報
　本発明は、上記したような問題点に鑑みてなされたものであり、添加剤を適正に供給することを目的とする。
　上記課題を達成するために、
　内燃機関の排気通路に設けられる排気浄化触媒と、
　前記排気浄化触媒に供給されて還元剤または酸化剤として作用する添加剤を固体または液体の状態で貯蔵するタンクと、
　前記固体または液体の添加剤を加熱することで気化させる気化装置と、
　前記タンクと前記排気浄化触媒よりも上流側の排気通路とを接続し、前記気化装置により気化された気体の添加剤が流通する供給通路と、
を備え、前記気化装置により気化された気体の添加剤を前記排気浄化触媒よりも上流側の排気通路へ供給する内燃機関の排気浄化装置において、
　前記気体の添加剤を前記供給通路において他のガスで希釈する希釈装置と、
　前記供給通路から前記排気通路へ供給する添加剤の量を、前記希釈装置により希釈された後に前記供給通路において調整する調量装置と、
　を備える。
　希釈装置は、気体の添加剤に、添加剤とは異なる気体を供給することで添加剤を希釈する。希釈装置は、たとえば、内燃機関の排気、又は、空気を用いて添加剤を希釈する。
　希釈装置は、供給通路から排気通路へ添加剤が供給される前に該添加剤を希釈する。希釈装置により添加剤を希釈することで、添加剤の濃度が低下するので、添加剤供給量の調整が容易になる。すなわち、調整装置よりも上流側で添加剤が希釈されるため、調量装置において調整される添加剤の体積が相対的に大きくなるので、供給量を調整する精度を高めることができる。また、添加剤の体積が大きくなるので、排気通路へ供給された後に、排気中へ分散しやすくなる。
　また、本発明においては、前記調量装置よりも上流側の前記供給通路において、前記希釈装置により希釈された後の添加剤の温度または圧力を調整する調整装置を備えることができる。
　調整装置は、希釈される前の気体の添加剤の温度若しくは圧力、または、希釈装置が供給するガス（以下、希釈ガスともいう。）の温度若しくは圧力を調整してもよい。すなわち、希釈される前の添加剤または希釈ガスの温度または圧力を調整することにより、希釈された後の添加剤の温度または圧力を調整してもよい。
　ここで、添加剤を単に希釈するだけでは、添加剤が凝縮する虞がある。これに対して、調整装置により添加剤の温度または圧力を調整するため、添加剤が凝縮することを抑制できる。例えば、希釈された後の添加剤の温度を高くすることにより、添加剤の凝縮を抑制できる。また、添加剤が凝縮したとしても、液体になる量を少なくすることができる。これにより、排気中の広い範囲に添加剤を分散させることができる。
　なお、添加剤の圧力を上昇させることにより、添加剤の温度を上昇させてもよい。すなわち、温度と圧力とには相関関係があるため、調整装置は、温度または圧力の少なくとも一方を調整できればよい。
　また、本発明においては、前記調整装置は、前記希釈装置により希釈された後の添加剤の温度が露点温度よりも高くなるように、前記添加剤の温度または圧力を調整することができる。
　希釈された後の添加剤の温度が露点温度よりも高ければ、添加剤が凝縮することをより確実に抑制することができる。
　また、本発明においては、前記調整装置は、前記希釈装置により希釈された後の添加剤の温度を調整し、該調整装置は、前記希釈装置により希釈された後の添加剤の温度を露点温度よりも高くするために必要となる熱量が閾値以上の場合には、閾値未満の場合よりも、前記供給通路から排気通路へ供給する添加剤の圧力を低くしてもよい。
　ここで、添加剤を加熱するためには、燃費の悪化が伴う。例えば、内燃機関の冷間時または外気温度が低い場合など、システム全体の温度が低い場合には、添加剤の温度を上昇させるために多くの熱を必要とする。このように損失が大きいと判断される場合には、排気通路へ供給する添加剤の圧力を低くする。すなわち、添加剤の温度を上昇するための熱量（電力量または電力としてもよい。）を減少させる。これにより、燃費の悪化を抑制したり、電力消費量を低減したりすることができる。また、添加剤の圧力が低くなることにより、添加剤の供給量が調整しやすくなる。なお、ここでいう閾値は、燃費の悪化が許容範囲を超えるとき、または、供給電力が許容範囲を超えるときの値としてもよい。また、例えば、タンクにおいて固体または液体の添加剤を加熱する加熱媒体の温度が閾値以下の場合に、添加剤の圧力を低くしてもよい。さらに、添加剤の温度の上昇量が閾値以上の場合に、添加剤の圧力を低くしてもよい。
　本発明によれば、添加剤を適正に供給することができる。
実施例に係る内燃機関の排気浄化装置の概略構成を示す図である。 実施例１に係る混合ガスの加熱制御のフローを示したフローチャートである。 混合ガスの温度と、圧力との関係を示した図である。 加熱装置により加熱が行われるときに該加熱装置に供給される電力と、加熱後の混合ガスの温度との関係を示した図である。 実施例２に係る混合ガスの加熱制御のフローを示したフローチャートである。
　以下、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の具体的な実施態様について図面に基づいて説明する。
＜実施例１＞
　図１は、本実施例に係る内燃機関の排気浄化装置の概略構成を示す図である。図１に示す内燃機関１は、ディーゼルエンジンであってもよく、ガソリンエンジンであってもよい。
　内燃機関１には、排気通路２が接続されている。排気通路２には、排気の流れ方向で上流側から順に、噴射弁３及び触媒４が設けられている。
　噴射弁３は、添加剤を噴射するときに開き、添加剤の噴射を停止させるときに閉じる。添加剤は、還元剤または酸化剤としてもよい。添加剤に何を用いるのかは、触媒４の種類に応じて決まる。そして、添加剤は、触媒４にて反応する。なお、本実施例においては噴射弁３が、本発明における調量装置に相当する。
　触媒４には、例えば、吸蔵還元型ＮＯx触媒、選択還元型ＮＯx触媒、酸化触媒、または三元触媒を挙げることができる。また、触媒４はパティキュレートフィルタに担持されていてもよい。また、触媒４よりも上流側または下流側にパティキュレートフィルタを備えていても良い。触媒４に選択還元型ＮＯx触媒を用いた場合には、還元剤として、例えば気体のアンモニアが用いられる。また、触媒４に吸蔵還元型ＮＯx触媒を用いた場合には、還元剤として、例えばＨＣ（プロパン）ガスが用いられる。さらに、触媒４に酸化触媒または三元触媒を用いた場合には、酸化剤として、例えばＨＣ（プロパン）ガスを用いることができる。また、酸化剤として過酸化水素を用いることもできる。なお、本実施例においては触媒４が、本発明における排気浄化触媒に相当する。
　なお、本実施例では、触媒４は選択還元型ＮＯx触媒とし、噴射弁３から供給する添加剤は、還元剤としての気体のアンモニアとする。そうすると、噴射弁３から噴射された気体のアンモニアは、触媒４に吸着する。このアンモニアがＮＯxを選択的に還元させる。そして、触媒４にアンモニアを供給し、又は予め吸着させておき、触媒４をＮＯxが通過するときに該ＮＯxを還元させる。
　噴射弁３には、供給通路３１の一端が接続されている。供給通路３１の他端は、固体または液体の還元剤を貯蔵する貯蔵タンク３２に接続されている。この貯蔵タンク３２には、気化装置３８が備わる。気化装置３８には、内燃機関１の冷却水通路３９が接続されており、内燃機関１の冷却水が循環している。そして、内燃機関１の冷却水と熱交換をすることで、還元剤の温度が上昇する。これにより、固体または液体の還元剤が気体に変化する。そして、気体の還元剤が供給通路３１に流出する。冷却水通路３９には、冷却水の流量を調整する調整弁４０が備わる。なお、本実施例においては貯蔵タンク３２が、本発明におけるタンクに相当する。
　供給通路３１には、貯蔵タンク３２側から順に、副タンク３３、調圧弁３４、希釈装置５、混合管３５、加熱装置３６が備わる。副タンク３３は、貯蔵タンクから流出した気体の還元剤を蓄える。副タンク３３には、ヒータ３７が備わり、気体の還元剤を加熱及び加圧することができる。調圧弁３４は、貯蔵タンク３２及び副タンク３３から供給される気体の還元剤の圧力を調整する。また、調圧弁３４を閉じることにより、還元剤の逆流を防止することもできる。なお、副タンク３３及び調圧弁３４は、無くてもよい。
　希釈装置５は、気体の還元剤を希釈するためのガス（希釈ガス）を供給する装置である。希釈装置５は、空気を吐出するポンプ５１と、ポンプ５１の出口を供給通路３１に接続する希釈ガス供給管５２と、を備えて構成されている。なお、希釈ガス供給管５２は、調圧弁３４と、混合管３５と、の間の供給通路３１に接続される。
　なお、希釈装置５は、内燃機関１に備わる過給機により圧縮されたガスを希釈ガスとして供給してもよい。さらに、貯蔵しておいた内燃機関１の排気を希釈ガスとして供給してもよい。この場合、内燃機関１の排気をポンプで圧送してもよい。さらに、車両のブレーキに用いられる圧縮空気を流用して希釈ガスとしてもよい。この圧縮空気を予めタンクに貯蔵しておいてもよい。また、燃料電池からの排気を希釈ガスとして供給してもよい。この燃料電池からの排気は、含まれている成分が限られているため、利用し易い。なお、燃料電池からの排気に水分が含まれている場合には、この水分が供給通路３１において凝縮するのを抑制するために、水分を除去した後に希釈ガスとして供給してもよい。
　混合管３５は、還元剤と希釈ガスとの混合を促進させる。混合管３５は、供給通路３１の一部であり、その上流側及び下流側よりも断面積が大きくなっている。混合管３５には、圧力を検出するための圧力センサ１１と、温度を検出するための温度センサ１２と、アンモニア（ＮＨ３）の濃度を検出するアンモニアセンサ１３と、が設けられている。なお、希釈ガス供給管５２は、混合管３５に接続されていてもよい。また、混合管３５を備えなくてもよい。この場合、圧力センサ１１、温度センサ１２、及びアンモニアセンサ１３は、希釈装置５よりも下流側の供給通路３１に直接取り付ける。また、希釈ガス供給管５２の途中に絞りを設け、ベンチュリ効果を利用して希釈ガス中に還元剤を供給してもよい。
　加熱装置３６は、例えば供給通路３１の周りに備わる電気ヒータである。この加熱装置３６に電力を供給することにより、還元剤と希釈ガスとの混合ガスを加熱する。なお、本実施例においては加熱装置３６が、本発明における調整装置に相当する。
　以上述べたように構成された内燃機関１には、該内燃機関１を制御するための電子制御ユニットであるＥＣＵ１０が併設されている。このＥＣＵ１０は、内燃機関１の運転条件や運転者の要求に応じて内燃機関１を制御する。
　また、ＥＣＵ１０には、圧力センサ１１及び温度センサ１２、アンモニアセンサ１３が電気配線を介して接続され、これらセンサの出力信号がＥＣＵ１０に入力される。一方、ＥＣＵ１０には、噴射弁３、調圧弁３４、加熱装置３６、ヒータ３７、調整弁４０、ポンプ５１が電気配線を介して接続されており、該ＥＣＵ１０はこれらの機器を制御する。
　また、例えば、ＥＣＵ１０は、アンモニアセンサ１３の検出値が目標値に近づくように、希釈装置５から供給する希釈ガスの量をフィードバック制御してもよい。また、アンモニアセンサ１３の検出値に基づいて、噴射弁３から排気通路２へ供給する還元剤の量を調整してもよい。すなわち、アンモニアの濃度が低いほど、噴射弁３からの噴射量を多くしてもよい。このように、希釈後のアンモニア濃度に基づいて噴射弁３からの噴射量を調整することにより、触媒４に供給する還元剤の量をより正確に制御することができる。また、希釈装置５に異常があってアンモニア濃度が変化しても、フィードバック制御により還元剤の供給量を制御することができる。さらに、アンモニアセンサ１３を備えることにより、ＥＣＵ１０が希釈装置５などの異常を検知することもできる。
　ところで、本実施例では、貯蔵タンク３２から、高濃度の気体の還元剤が流出する。そして、この高濃度の還元剤は、供給通路３１において希釈装置５から供給される希釈ガスにより希釈される。これにより、還元剤の濃度が低くなるので、触媒４に供給する還元剤の濃度を調整し易くなる。
　また、還元剤を希釈したときの温度低下により、供給通路３１内で還元剤が凝縮する虞がある。これに対して本実施例では、加熱装置３６を備えている。すなわち、希釈された還元剤（混合ガス）を加熱装置３６にて加熱すれば、混合ガスの温度が高くなる。これにより、還元剤が凝縮することを抑制できる。なお、混合ガスの温度が、還元剤の露点温度よりも高くなるように加熱装置３６を制御してもよい。このときには、温度センサ１２により検出される温度が、還元剤の露点温度よりも高くなるように、加熱装置３６をフィードバック制御してもよい。また、アンモニアセンサ１３により検出されるアンモニア濃度に基づいて、露点温度を求めてもよい。すなわち、アンモニア濃度が低くなるほど、アンモニアが凝縮し難くなるので、アンモニアの露点温度は低くなる。また、混合ガスの圧力に基づいて露点温度を求めてもよい。すなわち、混合ガスの圧力が低くなると、アンモニアが凝縮し難くなるので、アンモニアの露点温度は低くなる。これらの関係を予め求めてマップ化しておいてもよい。
　また、本実施例では、希釈装置５により還元剤を希釈している。これにより、還元剤の濃度が低くなるので、還元剤が凝縮することを抑制できる。以上より、触媒４へ還元剤を均一に供給することができる。
　なお、希釈前の還元剤または希釈ガスの温度を予め高くしておくことで、混合ガスの温度を還元剤の露点温度よりも高くしてもよい。また、混合ガスまたは希釈ガスを圧縮することで温度を高めてもよい。
　図２は、本実施例に係る混合ガスの加熱制御のフローを示したフローチャートである。本ルーチンは、還元剤供給時にＥＣＵ１０により実行される。
　ステップＳ１０１では、温度センサ１２により混合ガスの温度が検出される。
　ステップＳ１０２では、還元剤の露点温度が算出される。この露点温度は、還元剤が凝縮する温度である。たとえば、混合ガス中の還元剤の濃度と、露点温度と、の関係を予め求めてマップ化しておき、混合ガス中の還元剤濃度とマップに基づいて露点温度を算出してもよい。また、還元剤を希釈していないと仮定した場合の露点温度を予め求めておいてもよい。
　ステップＳ１０３では、ステップＳ１０１で検出される温度の検出値が、ステップＳ１０２で算出される露点温度よりも高いか否か判定される。すなわち、還元剤が凝縮しないか否か判定される。ステップＳ１０３で肯定判定がなされた場合には、還元剤が凝縮しないため、本ルーチンを終了させる。一方、ステップＳ１０３で否定判定がなされた場合には、ステップＳ１０４へ進む。
　ステップＳ１０４では、加熱装置３６を作動させて、混合ガスを加熱する。すなわち、還元剤を凝縮し難くする。
　ステップＳ１０５では、温度センサ１２により温度が検出される。その後、ステップＳ１０３へ戻る。
　以上説明したように、本実施例によれば、噴射弁３から排気中に還元剤を供給する前に、還元剤を希釈することで体積を大きくすることができるため、還元剤の供給量を精度よく調整することができる。また、還元剤を希釈することにより、露点温度を低くすることができる。したがって、還元剤が凝縮することを抑制できる。また、加熱装置３６により混合ガスを加熱するため、還元剤が凝縮することをより抑制できる。これらにより、排気通路２内において還元剤をより広い範囲に分散させることができるため、触媒４における排気の浄化効率を高めることができる。また、液体の還元剤がセンサ等に付着することを抑制できるため、該センサ等の破損を抑制できる。また、他の機器に還元剤が付着することにより腐食することを抑制できる。
＜実施例２＞
　本実施例では、還元剤（混合ガスとしてもよい）を加熱するために必要となる熱量（電力量または電力としてもよい）が閾値以上の場合には、閾値未満の場合よりも、噴射弁３から噴射する混合ガスの圧力を低くする。そして、噴射弁３から噴射する混合ガスの圧力を低くするために、混合ガスの温度を実施例１よりも低く設定する。これにより、混合ガスの温度の上昇を抑制して、燃費の悪化を抑制する。その他の装置などは実施例１と同じため、説明を省略する。
　ここで、図３は、混合ガスの温度と、圧力との関係を示した図である。混合ガスの温度が高くなるほど、混合ガスの圧力が高くなる。そして、混合ガスの温度がある程度の値になると、混合ガスの圧力は目標圧力に達する。この目標圧力は、噴射弁３から噴射する混合ガスの圧力の目標値である。ここで、加熱前の混合ガスの温度が低いほど、混合ガスの圧力を目標圧力まで高めるのに必要となる電力または電力量が大きくなる。例えば、混合ガスが加熱装置３６を通過するときに、混合ガスの温度に応じて加熱装置３６へ供給する電力を変化させるときには、混合ガスの温度が低いほど、供給する電力が大きくなる。また、加熱装置３６へ供給する電力を一定として供給する時間を調整することで、混合ガスの温度を調整する場合には、混合ガスの温度が低いほど、電力を供給する時間が長くなるため、電力量が大きくなる。
　図４は、加熱装置３６により加熱が行われるときに該加熱装置３６に供給される電力と、加熱後の混合ガスの温度との関係を示した図である。実線は、内燃機関１の冷却水温度が比較的高い場合を示し、一点鎖線は、内燃機関１の冷却水温度が比較的低い場合を示している。
　内燃機関１の冷却水温度が比較的低い場合には、貯蔵タンク３２から流出する還元剤の温度も低くなるので、内燃機関１の冷却水温度が比較的高い場合と同じ電力を供給しても、加熱後の混合ガスの温度は低くなる。このため、混合ガスの温度を目標温度まで高めるのに必要となる電力は、内燃機関１の冷却水温度が低いほど大きくなる。すなわち、内燃機関１の冷却水温度が低い場合には、要求される温度や圧力まで混合ガスを加熱するために要する電力が大きくなるため、燃費が悪化する虞がある。
　これに対し本実施例では、混合ガスの温度を目標温度まで上昇させるのに要する電力が閾値以上となるときには、供給する電力を該閾値に制限する。なお、供給電力に上限を設けるとしてもよい。この閾値は、電力が許容範囲を超えるか否かの境にあるときの値である。そして、閾値は、内燃機関１の温度が比較的高い場合には、還元剤の凝縮を抑制するのに十分な温度まで還元剤を加熱することが可能な電力である。また、閾値は、内燃機関１の温度が比較的低い場合には、還元剤の凝縮を抑制するのには十分でない電力である。なお、電力の代わりに、電力量を用いてもよい。このようにして、混合ガスの温度を目標温度まで上昇させないようにする。そうすると、混合ガスの温度が低くなるので、噴射弁３から噴射する混合ガスの圧力が低くなる。
　なお、混合ガスの温度を目標温度まで上昇させるのに要する電力を実際に算出した後に閾値と比較して電力を制限するか否か判断してもよいが、内燃機関１の冷却水温度または混合ガスの温度に基づいて電力を制限するか否か判断してもよい。例えば、内燃機関１の冷却水温度が閾値以下の場合、または、混合ガスの温度が閾値以下の場合に、供給電力を閾値に制限する。また、混合ガスの温度の上昇量が閾値以上の場合に、供給電力を閾値に制限する。これにより、噴射弁３から供給する混合ガスの温度及び圧力を低下させる。
　図５は、本実施例に係る混合ガスの加熱制御のフローを示したフローチャートである。本ルーチンは、還元剤供給時にＥＣＵ１０により実行される。
　ステップＳ２０１では、温度センサ１２により混合ガスの温度が検出される。なお、内燃機関１の冷却水の温度を検出してもよい。
　ステップＳ２０２では、ステップＳ２０１で検出された温度が閾値以下であるか否か判定される。ここでいう閾値は、要求される温度まで混合ガスを加熱するために供給する電力が許容範囲を超える値として設定される。すなわち、燃費の悪化が許容範囲を超えるときの値に設定される。この値は、予め実験等により求めてＥＣＵ１０に記憶させておく。ステップＳ２０２で肯定判定がなされた場合には、ステップＳ２０３へ進む。
　そして、ステップＳ２０３では、供給電力が制限される。ここでは、供給電力を図４に示した閾値となるように設定する。この場合には、混合ガスの温度が高くならないために還元剤が凝縮する虞がある。しかし、凝縮を抑制するためには、電力消費量が大きくなりすぎるため、還元剤の凝縮の抑制よりも燃費の悪化の抑制を優先させている。なお、供給電力を閾値よりも低い値に設定してもよい。このときに設定する供給電力は、内燃機関１の冷却水の温度または混合ガスの温度に基づいて決定してもよい。閾値は、燃費の悪化の抑制と、還元剤の凝縮の抑制とで、どちらをどれだけ優先するのかに応じて決定してもよい。
　一方、ステップＳ２０２で否定判定がなされた場合には、実施例１と同じように混合ガスが加熱される。
　ここで、極低温下など、混合ガスを加熱するために供給する熱量が大きくなる場合には、要求される熱量を供給できなかったり、電力消費量の増加により燃費の悪化やバッテリの残量不足を招いたりする虞がある。特に、副タンク３３を備えていないか、または、副タンク３３を備えていても副タンク３３がヒータ３７を備えていない場合には、加熱装置３６にて混合ガスを加熱するために必要となる電力または電力量が大きくなる。これに対し、電力または電力量を制限することで、混合ガスを加熱するためのエネルギを低減できる。
　また、混合ガスの圧力を低くすることにより、混合ガスの供給量の調整精度を高くすることができる。このため、還元剤の過剰供給による還元剤消費量の増加を抑制することができる。また、還元剤が触媒４を通り抜けることを抑制できる。
１     内燃機関
２     排気通路
３     噴射弁
４     触媒
５     希釈装置
１０   ＥＣＵ
１１   圧力センサ
１２   温度センサ
１３   アンモニアセンサ
３１   供給通路
３２   貯蔵タンク
３３   副タンク
３４   調圧弁
３５   混合管
３６   加熱装置
３７   ヒータ
３８   気化装置
３９   冷却水通路
４０   調整弁
５１   ポンプ
５２   希釈ガス供給管

Claims (4)

  1. 　内燃機関の排気通路に設けられる排気浄化触媒と、
    　前記排気浄化触媒に供給されて還元剤または酸化剤として作用する添加剤を固体または液体の状態で貯蔵するタンクと、
    　前記固体または液体の添加剤を加熱することで気化させる気化装置と、
    　前記タンクと前記排気浄化触媒よりも上流側の排気通路とを接続し、前記気化装置により気化された気体の添加剤が流通する供給通路と、
    を備え、前記気化装置により気化された気体の添加剤を前記排気浄化触媒よりも上流側の排気通路へ供給する内燃機関の排気浄化装置において、
    　前記気体の添加剤を前記供給通路において他のガスで希釈する希釈装置と、
    　前記供給通路から前記排気通路へ供給する添加剤の量を、前記希釈装置により希釈された後に前記供給通路において調整する調量装置と、
    　を備える内燃機関の排気浄化装置。
  2. 　前記調量装置よりも上流側の前記供給通路において、前記希釈装置により希釈された後の添加剤の温度または圧力を調整する調整装置を備える請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
  3. 　前記調整装置は、前記希釈装置により希釈された後の添加剤の温度が露点温度よりも高くなるように、前記添加剤の温度または圧力を調整する請求項２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
  4. 　前記調整装置は、前記希釈装置により希釈された後の添加剤の温度を調整し、該調整装置は、前記希釈装置により希釈された後の添加剤の温度を露点温度よりも高くするために必要となる熱量が閾値以上の場合には、閾値未満の場合よりも、前記供給通路から排気通路へ供給する添加剤の圧力を低くする請求項２または３に記載の内燃機関の排気浄化装置。
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