(57)【要約】  本発明は、燃焼室にアンモニアを供給するためのアンモニア供給用インジェクタおよび該アンモニア供給用インジェクタを制御するための制御装置を備えたアンモニア供給システム（Ｃ）と、排気通路（Ｆ）に設けられてアンモニアが存在している状態でＮＯｘを浄化するための機能を発揮し得る選択的還元触媒を備えたＮＯｘ浄化システム（Ｄ）と、を備える、エンジンの排気浄化装置（Ａ）を提供する。
2010125659.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼室にアンモニアを供給するためのアンモニア供給用インジェクタおよび該アンモニア供給用インジェクタを制御するための制御装置を備えたアンモニア供給システムと、
排気ガスに含まれるＮＯｘを浄化するためのＮＯｘ浄化システムと、
を備えたことを特徴とするエンジンの排気浄化装置。
【請求項２】
前記ＮＯｘ浄化システムは、アンモニアが存在している状態でＮＯｘを浄化するための機能を発揮する選択的還元触媒を備えていることを特徴とする請求項１に記載のエンジンの排気浄化装置。
【請求項３】
前記アンモニア供給システムは、前記アンモニア供給用インジェクタからアンモニアを噴射することを特徴とする請求項２に記載のエンジンの排気浄化装置。
【請求項４】
前記アンモニア供給システムおよび前記ＮＯｘ浄化システムは、アンモニアを収容するための共通のタンクを備え、
前記アンモニア供給システムは、前記アンモニア供給用インジェクタからアンモニアを噴射し、
前記ＮＯｘ浄化システムは、前記選択的還元触媒が配置された排気通路区域よりも上流側の排気通路に、アンモニアを供給することを特徴とする請求項２に記載のエンジンの排気浄化装置。
【請求項５】
前記アンモニア供給システムは、前記アンモニア供給用インジェクタから尿素水を噴射して、前記燃焼室にアンモニアを供給することを特徴とする請求項２に記載のエンジンの排気浄化装置。
【請求項６】
前記アンモニア供給システムおよび前記ＮＯｘ浄化システムは、尿素水を収容するための共通のタンクを備え、
前記アンモニア供給システムは、前記アンモニア供給用インジェクタから尿素水を噴射して、前記燃焼室にアンモニアを供給し、
前記ＮＯｘ浄化システムは、前記選択的還元触媒が配置された排気通路区域よりも上流側の排気通路に、尿素水を供給することを特徴とする請求項２に記載のエンジンの排気浄化装置。
【請求項７】
前記制御装置は、前記選択的還元触媒の配置された排気通路区域に至る排気ガス中のＮＯ成分とＮＯ２成分との比率が１：１になるように、前記アンモニア供給用インジェクタからの噴射を制御することを特徴とする請求項２に記載のエンジンの排気浄化装置。
【請求項８】
前記制御装置は、前記燃焼室の温度が第１所定温度域内の温度であるときに、前記燃焼室にアンモニアを供給するように、前記アンモニア供給用インジェクタを制御することを特徴とする請求項２に記載のエンジンの排気浄化装置。
【請求項９】
前記第１所定温度域は、１０００Ｋ以上１４００Ｋ以下の温度域であることを特徴とする請求項８に記載のエンジンの排気浄化装置。
【請求項１０】
前記アンモニア供給システムは、前記燃焼室の温度を検出するための温度検出手段を備えることを特徴とする請求項８に記載のエンジンの排気浄化装置。
【請求項１１】
前記温度検出手段は、燃焼室の圧力を検出するためのセンサを備えることを特徴とする請求項１０に記載のエンジンの排気浄化装置。
【請求項１２】
前記制御装置は、前記選択的還元触媒の温度が第２所定温度域の温度であるときに、前記燃焼室にアンモニアを供給するように、前記アンモニア供給用インジェクタを制御することを特徴とする請求項８に記載のエンジンの排気浄化装置。
【請求項１３】
前記第２所定温度域は、１５０℃以上３００℃以下の温度域であることを特徴とする請求項１２に記載のエンジンの排気浄化装置。
【請求項１４】
前記選択的還元触媒が配置された排気通路区域よりも下流側の排気通路における温度を検出するための下流側温度検出手段および前記選択的還元触媒が配置された排気通路区域よりも下流側の排気通路におけるＮＯｘ濃度を検出するためのＮＯｘ検出手段の少なくとも一方をさらに備え、
前記制御装置は、前記下流側温度検出手段および前記ＮＯｘ検出手段の少なくとも一方を用いて、前記アンモニア供給用インジェクタからの噴射を制御することを特徴とする請求項２に記載のエンジンの排気浄化装置。
【請求項１５】
前記選択的還元触媒が配置された排気通路区域よりも上流側の排気通路には、ＮＯおよびＮＯ２を含む窒素酸化物の反応を促進する触媒成分を含まない触媒が配置されることを特徴とする請求項２に記載のエンジンの排気浄化装置。
【請求項１６】
請求項１から１５のいずれかに記載のエンジンの排気浄化装置を備えたことを特徴とするエンジン。
【請求項１７】
排気通路に設けられてアンモニアが存在している状態でＮＯｘを浄化するための機能を発揮する選択的還元触媒を備えたＮＯｘ浄化システムを用いて、ＮＯｘを浄化するためのエンジンの排気浄化方法であって、
燃焼室の温度が所定温度域内の温度であるときに、前記燃焼室にアンモニアを供給するステップを含むことを特徴とするエンジンの排気浄化方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンの排気浄化装置に関し、特に、ＮＯｘを浄化するための機能を有する選択的還元触媒を備えたエンジンの排気浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、ディーゼルエンジン等のエンジンの排気系に配置される排気浄化装置として、排気ガスに含まれる窒素酸化物（ＮＯｘ）を浄化するためのＮＯｘ触媒を含む排気浄化装置が知られている。このＮＯｘ触媒としては、還元剤の添加によりＮＯｘを選択的に還元して除去する触媒（ＳＣＲ（Selective Catalytic Reduction）触媒）が公知である。還元剤としてはアンモニアが知られている。一般的には、尿素水（尿素水溶液）が、その触媒が配置された排気通路区域よりも上流側の排気通路に噴射される。排気ガスや触媒からの受熱により尿素水からアンモニアが発生する。そして、このアンモニアにより触媒上でＮＯｘが還元される。このようにＮＯｘの浄化を図るＮＯｘ浄化システムは、ＳＣＲ触媒システムと称され得る。【０００３】
他方、特許文献１は、排気ガスを処理するために、ガス放電区域を備えるモジュールと、触媒区域を備えるモジュールとを排気ガスの流れ方向に順に並べた装置を開示する。特許文献１の１つの実施例に従うと、触媒区域を備えるモジュールは、ＳＣＲ触媒を備え、還元剤が添加される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特表２００１−５２５９０２号公報
【発明の概要】
【０００５】
上記特許文献１の装置は、ガス放電区域を備えるモジュールを備えるので、放電用のバッテリあるいは発電装置を含む放電装置を必要とする。それ故、その装置は、車両のエネルギー消費に関して重大な問題を有し、また、それに伴うコストアップ対策を必要とする。
【０００６】
そこで、本発明は、かかる点に鑑みて創案されたものであり、その目的は、多くのエネルギーを必要とせずに、排気ガス中のＮＯｘを適切に処理することにある。
【０００７】
かかる目的を達成するため、本発明は、燃焼室にアンモニアを供給するためのアンモニア供給用インジェクタおよび該アンモニア供給用インジェクタを制御するための制御装置を備えたアンモニア供給システムと、排気ガスに含まれるＮＯｘを浄化するためのＮＯｘ浄化システムと、を備える、エンジンの排気浄化装置を提供する。
【０００８】
好ましくは、ＮＯｘ浄化システムは、アンモニアが存在している状態でＮＯｘを浄化するための機能を発揮する選択的還元触媒を備えている。
【０００９】
アンモニア供給システムは、アンモニア供給用インジェクタからアンモニアを噴射するとよい。具体的には、アンモニア供給システムおよび前記ＮＯｘ浄化システムは、アンモニアを収容するための共通のタンクを備え、アンモニア供給システムは、アンモニア供給用インジェクタからアンモニアを噴射し、ＮＯｘ浄化システムは、選択的還元触媒が配置された排気通路区域よりも上流側の排気通路に、アンモニアを供給するとよい。
【００１０】
また、アンモニア供給システムは、アンモニア供給用インジェクタから尿素水を噴射して、燃焼室にアンモニアを供給するとよい。具体的には、アンモニア供給システムおよびＮＯｘ浄化システムは、尿素水を収容するための共通のタンクを備え、アンモニア供給システムは、アンモニア供給用インジェクタから尿素水を噴射して、燃焼室にアンモニアを供給し、ＮＯｘ浄化システムは、選択的還元触媒が配置された排気通路区域よりも上流側の排気通路に、尿素水を供給するとよい。
【００１１】
好ましくは、制御装置は、選択的還元触媒の配置された排気通路区域に至る排気ガス中のＮＯ成分とＮＯ２成分との比率が１：１になるように、アンモニア供給用インジェクタからの噴射を制御する。
【００１２】
制御装置は、燃焼室の温度が第１所定温度域内の温度であるときに、燃焼室にアンモニアを供給するように、アンモニア供給用インジェクタを制御するとよい。第１所定温度域は、１０００Ｋ以上１４００Ｋ以上の温度域であるとよい。そして、アンモニア供給システムは、燃焼室の温度を検出するための温度検出手段を備えるとよい。例えば、温度検出手段は、燃焼室の圧力を検出するためのセンサを備える。また、好ましくは、制御装置は、選択的還元触媒の温度が第２所定温度域の温度であるときに、燃焼室にアンモニアを供給するように、アンモニア供給用インジェクタを制御する。そして、第２所定温度域は、１５０℃以上３００℃以下の温度域であるとよい。
【００１３】
また、本発明に係る１つの例示的な、エンジンの排気浄化装置は、選択的還元触媒が配置された排気通路区域よりも下流側の排気通路における温度を検出するための下流側温度検出手段および選択的還元触媒が配置された排気通路区域よりも下流側の排気通路におけるＮＯｘ濃度を検出するためのＮＯｘ検出手段の少なくとも一方をさらに備え、制御装置は、下流側温度検出手段およびＮＯｘ検出手段の少なくとも一方を用いて、アンモニア供給用インジェクタからの噴射を制御するとよい。
【００１４】
そして、好ましくは、選択的還元触媒が配置された排気通路区域よりも上流側の排気通路には、ＮＯおよびＮＯ２を含む窒素酸化物の反応を促進する触媒成分を含まない触媒が配置される。
【００１５】
なお、本発明は、上記したような種々のエンジンの排気浄化装置を備えたエンジンにも存する。
【００１６】
また、本発明は、排気通路に設けられてアンモニアが存在している状態でＮＯｘを浄化するための機能を発揮する選択的還元触媒を備えたＮＯｘ浄化システムを用いて、ＮＯｘを浄化するためのエンジンの排気浄化方法であって、燃焼室の温度が所定温度域内の温度であるときに、燃焼室にアンモニアを供給するステップを含むことを特徴とするエンジンの排気浄化方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１は、本発明に係るエンジンの排気浄化装置の構成要素を説明するための模式図である。
【図２】図２は、ＳＣＲ触媒でのＮＯｘ浄化率特性の一例を示すグラフである。
【図３】図３は、ＳＣＲ触媒でのＮＯｘ浄化率特性の一例を示すグラフである。
【図４】図４は、実施形態のエンジンの排気浄化装置が適用されたエンジンの概略的なシステム図である。
【図５】図５は、実施形態に関するフローチャートである。
【図６】図６は、燃焼室にアンモニアを供給するタイミングに関するフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
まず、本発明に係るエンジンの排気浄化装置（排気浄化装置）Ａの本質的な構成要素を図１に基づき説明する。図１のエンジンＢは、排気浄化装置Ａが適用されている。排気浄化装置Ａは、燃焼室にアンモニアを供給するためのアンモニア供給システムＣと、排気ガスに含まれるＮＯｘを浄化するためのＮＯｘ浄化システムＤとを備えている。
【００１９】
アンモニア供給システムＣは、排気ガス中のＮＯとＮＯ２との比率を要求比率にするために設けられるので、比率調整手段と称されてもよい。アンモニア供給システムＣは、アンモニアを燃焼室に供給するべく、アンモニアそのもの、あるいは、化学反応によりアンモニアを生成する物質（例えば尿素水）を燃焼室に噴射するように構成されている。具体的には、アンモニア供給システムＣは、エンジンＢの本体Ｅの気筒内すなわち燃焼室にアンモニアを供給するために、燃焼室に臨んで設けられるアンモニア供給用インジェクタ、および、このアンモニア供給用インジェクタを制御するための制御装置を備える。
【００２０】
ＮＯｘ浄化システムＤは、排気通路に設けられてアンモニアが存在している状態でＮＯｘを浄化するための機能を発揮することができる選択的還元触媒（ＳＣＲ触媒）を備えている。具体的には、ＮＯｘ浄化システムＤは、本体Ｅから延出する排気通路Ｆに、ＳＣＲ触媒を有するＳＣＲ触媒コンバーターＧを備えると共に、ＳＣＲ触媒コンバーターＧのＳＣＲ触媒にアンモニアを供給するための排気系アンモニア供給システムＨを備える。なお、排気系アンモニア供給システムＨは、アンモニアそのものを供給するための、あるいは、化学反応によりアンモニアを生成する物質（例えば尿素水）を供給して、結果としてアンモニアを供給するための構成を備えることができる。あるいは、排気系アンモニア供給システムＨは、排気ガス中の炭化水素成分等の化学反応を促してアンモニアを生成するように構成された触媒コンバーターを備えてもよい。
【００２１】
ここで、図２および図３に表されたＳＣＲ触媒でのＮＯｘ浄化率特性が参照される。図２および図３には、排気通路に設けられたＳＣＲ触媒コンバーターへ導入される排気ガスの温度と、ＮＯｘ浄化率との関係が示されている。ただし、図２には、ＳＣＲ触媒コンバーターへ導入される排気ガス中のＮＯｘ成分のうちの、ＮＯとＮＯ２との比率を３：１とした場合の、実験結果が示されている。また、図３には、ＳＣＲ触媒コンバーターへ導入される排気ガス中のＮＯｘ成分のうちの、ＮＯとＮＯ２との比率を１：１とした場合の、実験結果が示されている。なお、図２および図３における「実測」値は実験設備を用いて得られた値であり、「計算」値はコンピュータによる演算により得られた値である。
【００２２】
図２から、ＳＣＲ触媒コンバーターへ導入される排気ガスの温度が３００℃以下のとき、ＮＯｘ浄化率が低下することが導かれる。これに対して、図３から、ＳＣＲ触媒コンバーターへ導入される排気ガスの温度が３００℃以下１８０℃以上のとき、ＮＯｘ浄化率は低下しないということが導かれる。これらより、ＳＣＲ触媒コンバーターへ導入される排気ガス中のＮＯとＮＯ２との比率を１：１に近づけた方が、広い温度域において、高いＮＯｘ浄化率が得られることが導かれる。なお、図示しない実験結果より、ＮＯとＮＯ２との比率を１：１から、１：２、１：３というように、ＮＯ２の割合がさらに高くなるように変化させた場合にも、広い温度域において、ＮＯｘの高い浄化率を得られることが導かれた。
【００２３】
他方、燃焼温度に応じて、ＮＯの生成比率およびＮＯ２の生成比率が変化することが知られている。さらに、燃焼環境にアンモニアが存在する場合、そのアンモニアにより、ＮＯ２の生成が助長されることが得られた。例えば、燃料とアンモニアとの混合燃料の燃焼では、その燃焼温度が１０００Ｋ（７２６．８５℃）〜１４００Ｋ（１１２６．８５℃）付近であるときＮＯ２の生成割合は高くなり、その燃焼温度が１４００Ｋを越える温度であるときＮＯの生成割合は高くなった。そして、これらの生成割合は、燃料とアンモニアとの比率に応じて変化し得た。
【００２４】
これらを関係付けることで、ＳＣＲ触媒コンバーターへ導入される排気ガスの温度が低いとき、燃焼室にアンモニアを供給して、排気ガス中のＮＯ２の割合を高くすることで、ＮＯｘの浄化率を高めることが可能であることが導かれる。
【００２５】
上記したように、排気浄化装置Ａは、燃焼室にアンモニアを供給して、排気ガス中のＮＯｘの浄化率を高めることを可能にする構成を、上記の如く備える。そして、排気浄化装置Ａでは、排気ガス中のＮＯ２の割合を高くするように、燃焼室へのアンモニアの供給が制御される。
【００２６】
以下、より詳細に、本発明に係る排気浄化装置の実施形態が説明される。
【００２７】
図４は、本発明に係る実施形態の排気浄化装置１が適用されたエンジン１０の一部の概略的なシステム図である。エンジン１０は、自動車に搭載された圧縮着火式エンジンすなわちディーゼルエンジンである。エンジン１０は、直列４気筒形式のエンジンとして構成されている。
【００２８】
エンジン１０は、筒内噴射形式を有し、その形式に適合した燃料供給システム１２を有する。燃料供給システム１２は、燃料タンク１４と、第１送出通路１６を定める第１送出管１８と、第１ポンプ２０と、第１デリバリパイプ２２と、第１インジェクタ２４とを有している。燃料タンク１４内には、燃料としての軽油が補給可能に蓄えられている。燃料タンク１４内の燃料は、第１ポンプ２０によって第１送出通路１６を介して第１デリバリパイプ２２に送られる。なお、第１インジェクタ２４は燃料用インジェクタであり、気筒２６毎に、燃焼室２８に臨んで設けられている。
【００２９】
エンジン１０の吸気系（一部図示）を介して、燃焼室２８に空気が吸入される。圧縮行程にある気筒２６に対しては、燃料が、第１インジェクタ２４からピストン頂部のピストンキャビティに向けて噴射される。なお、図１では、エンジン１０の吸気系のうちの、吸気マニホールド２７のみが表されている。
【００３０】
さらに、エンジン１０には、燃焼室２８にアンモニアを供給するためのアンモニア供給システム３０が備えられている。アンモニア供給システム３０は、排気浄化装置１に含まれる。アンモニア供給システム３０は、尿素水タンク３２と、第２送出通路３４を定める第２送出管３６と、第２ポンプ３８と、第２デリバリパイプ４０と、第２インジェクタ４２とを有している。尿素水タンク３２内には、尿素水が補給可能に蓄えられている。尿素水タンク３２内の尿素水は、第２ポンプ３８によって第２送出通路３６を介して第２デリバリパイプ４０に送られる。なお、第２インジェクタ４２は、燃焼室２８にアンモニアを供給するためのアンモニア供給用インジェクタとして設けられていて、かつ、気筒２６毎に、燃焼室２８に臨んで設けられている。
【００３１】
このように、ここでは、アンモニア供給システム３０は、燃焼室２８に尿素水を噴射するように構成されている。燃焼室２８に噴射された尿素水は、燃焼室２８の熱を受けて、化学反応を起こす。その結果、燃焼室２８内で、アンモニアが生成される。このように、アンモニア供給システム３０は、尿素水を燃焼室２８に噴射することで、結果的には、アンモニアを燃焼室２８に供給することができる。
【００３２】
他方、エンジン１０の排気系は、排気ポートに接続された排気マニホールド４４と、排気マニホールド４４下流側に接続された排気管４６とを含んでいる。そして、排気ポート、排気マニホールド４４、および排気管４６は、それぞれ、排気通路４８の一部を定める。
【００３３】
排気通路４８には、第１触媒コンバーター５２と、第２触媒コンバーター５４と、第２アンモニア供給システム５５とが設けられている。なお、第１触媒コンバーター５２、および、第２触媒コンバーター５４は、それぞれ、排気通路４８の一部区域を定める。
【００３４】
排気通路４８には、上流側から順に、第１触媒コンバーター５２と、そして第２触媒コンバーター５４とが直列に設けられている。そして、第１触媒コンバーター５２には、排気ガス中の未燃成分（特にＨＣ）を酸化して浄化するための酸化触媒コンバーター５６と、排気ガス中の粒子状物質（ＰＭ）を捕集して燃焼除去するためのＤＰＲ（Diesel Particulate Reduction）触媒コンバーター５８とが上流側から順に配置されている。また、第２触媒コンバーター５４には、排気ガス中のＮＯｘを還元して浄化するためのＳＣＲ触媒コンバーター６０と、ＳＣＲ触媒コンバーター６０を通過したアンモニアを処理するための酸化触媒コンバーター６２とが配置されている。
【００３５】
そして、第１触媒コンバーター５２と第２触媒コンバーター５４との間の、すなわちＤＰＲ触媒コンバーター５８下流側かつＳＣＲ触媒コンバーター６０上流側の排気通路４８ｍに、ＳＣＲ触媒コンバーター６０にアンモニアを添加可能にするべく、還元剤としての尿素水を選択的に添加するための弁６４が設けられている。尿素水は、弁６４から下流側のＳＣＲ触媒コンバーター６０に向かって排気通路４８に噴射される。弁６４には、これに尿素水を供給するために、尿素水供給通路６５を定める尿素水供給管６６を介して、尿素水を貯留する上記尿素水タンク３２が接続されている。そして、尿素水タンク３２から尿素水を弁６４に向けて送るべく第３ポンプ６８が設けられている。ここでは、弁６４、尿素水供給管６６、尿素水タンク３２、第３ポンプ６８を含んで上記第２アンモニア供給システム５５が構成されている。
【００３６】
なお、第１触媒コンバーター５２および第２触媒コンバーター５４とは、一体にされてもよい。また、アンモニア供給システム３０と、第２アンモニア供給システム５５とは、それぞれ、別個の尿素水タンクを備えてもよい。
【００３７】
ＳＣＲ触媒コンバーター６０におけるＳＣＲ触媒は、ここでは、Ｓｉ、Ｏ、Ａｌを主成分として有すると共にＦｅイオンを含むゼオライトから構成されている。ＳＣＲ触媒が特定の温度域の温度を有しているとき、第２アンモニア供給システム５５からＳＣＲ触媒に向けて尿素水が添加される。尿素水は、排気通路４８の熱で加水分解および熱分解される。この結果、アンモニアが生成する。すなわち、尿素水がＳＣＲ触媒に向けて添加されることで、ＳＣＲ触媒上にアンモニアが供給される。このアンモニアがＳＣＲ触媒上でＮＯｘと反応して、ＮＯｘが還元される。なお、ＳＣＲ触媒は、バナジウム触媒（Ｖ２Ｏ５）であってもよい。本発明では種々のＳＣＲ触媒が許容される。なお、ＳＣＲ触媒は、担体、例えばアルミナ基材上に備えられることができる。ここでは、ＳＣＲ触媒コンバーター６０は、担体と、この担体に担持されたＳＣＲ触媒とを有する。
【００３８】
ディーゼルパティキュレートフィルタ（Diesel Particulate Filter；ＤＰＦ）の一種であるＤＰＲ触媒コンバーター５８は、フィルタ構造体と、その表面に担持された貴金属とを有する。つまり、ＤＰＲ触媒コンバーター５８は、フィルタで捕集した粒子状物質（ＰＭ）を、貴金属の触媒作用を利用して連続的に酸化（燃焼）させることができる。
【００３９】
酸化触媒コンバーター５６と、酸化触媒コンバーター６２とはここでは同じ構成を有する。それら酸化触媒コンバーター５６、６２は、ハニカム構造体と、ハニカム構造体に担持された白金（Ｐｔ）等の貴金属とを有する。なお、酸化触媒コンバーター５６と、酸化触媒コンバーター６２とは、このような構成とは異なる構成を備えてもよく、また、それぞれ異なる構成を備えてもよい。酸化触媒コンバーター６２は、上記したように、ＳＣＲ触媒コンバーター６０を漏れでたアンモニアを酸化して浄化するために設けられる。
【００４０】
なお、酸化触媒コンバーター５６およびＤＰＲ触媒コンバーター５８は、それぞれ、ＮＯおよびＮＯ２を含む窒素酸化物の化学反応を促進する触媒成分を含んでいない。しかし、酸化触媒コンバーター５６およびＤＰＲ触媒コンバーター５８が、そのような触媒成分を含んでもよい。
【００４１】
上記したように、排気通路４８には、ＳＣＲ触媒コンバーター６０および第２アンモニア供給システム５５が備えられている。ＳＣＲ触媒コンバーター６０および第２アンモニア供給システム５５は、排気浄化装置１に含まれるＮＯｘ浄化システム５０に含まれる。
【００４２】
第１アンモニア供給システム３０およびＮＯｘ浄化システム５０を含む排気浄化装置１を備えたエンジン１０全体の制御を司る制御手段としての電子制御ユニット（ＥＣＵ）７０が設けられる。ＥＣＵ７０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、入力ポート、出力ポート、および記憶装置等を含む。ＥＣＵ７０は、各種センサ類を用いて得られた検出値等に基づいて、所望のエンジン制御が実行されるように、第１ポンプ２０、第１インジェクタ２４等を制御する。またＥＣＵ７０は、所望の排気浄化制御が実行されるように、第２ポンプ３８、第２インジェクタ４２、弁６４、第３ポンプ６８等を制御する。このように、ＥＣＵ７０は、アンモニア供給用インジェクタとしての第２インジェクタ４２を制御するための制御装置としての機能を有する。
【００４３】
ＥＣＵ７０に接続されるセンサ類には、エンジン１０の回転速度を検出するための回転速度センサ７２、エンジン１０の負荷を検出するための負荷センサ７４、排気ガスの温度を検出するための排気温センサ７６、排気ガス中のＮＯｘ濃度を検出するためのＮＯｘセンサ７８、燃焼室２８の温度を検出するための圧力センサ８０が含まれる。回転速度センサ７２は、エンジン１０のクランク角を検出するためのクランク角センサであり得る。負荷センサ７４は、吸気系に設けられるエアフローメーターや、アクセル開度センサであり得る。排気温センサ７６は、ここでは、第２触媒コンバーター５４下流側の排気通路４８ｄに設けられている。また、ＮＯｘセンサ７８は、ここでは、第２触媒コンバーター５４下流側の排気通路４８ｄに設けられている。しかし、排気温センサ７６の個数および設置位置、および、ＮＯｘセンサ７８の個数および設置位置は、種々変更されてもよい。例えば、ＮＯｘセンサは、ＳＣＲ触媒コンバーター６０の上流側に設けられると共に、ＳＣＲ触媒コンバーター６０の下流側に設けられてもよい。圧力センサ８０は、気筒２６内の圧力を検出するための圧力センサである。ここでは、圧力センサ８０は、対応する燃焼室に受圧面が臨むように設けられている。なお、圧力センサ８０は、ここでは、燃焼室の温度を検出するための温度検出手段に含まれるが、温度センサに代えられてもよい。
【００４４】
アンモニア供給システム３０および第２アンモニア供給システム５５における尿素水の添加に関して、図５のフローチャートに基づいて説明する。ただし、図５のフローは、所定時間毎に繰り返される。
【００４５】
以下に詳しく述べるが、アンモニア供給システム３０からの尿素水の添加は、ＳＣＲ触媒コンバーター６０内のＳＣＲ触媒の温度および燃焼室２８の温度に基づいて制御される。また、第２アンモニア供給システム５５からの尿素水の添加は、ＳＣＲ触媒コンバーター６０内のＳＣＲ触媒の温度に基づいて制御される。
【００４６】
エンジン１０が作動されると、まず、ステップＳ５０１が実行される。ステップＳ５０１では、ＳＣＲ触媒コンバーター６０内の温度、すなわちそこに備えられたＳＣＲ触媒の温度（ＳＣＲ温度）が所定温度域内の温度であるか否かが判定される。ＳＣＲ温度は、ここでは推定することで検出される。具体的には、ＥＣＵ７０が、排気温センサ７６からの出力信号に基づいて検出された排気温度に基づき、予め実験により定められて記憶保存するデータを検索して、ＳＣＲ温度を推定する。なおＳＣＲ温度の推定方法はこのような例に限られない。ＳＣＲ温度は、ＳＣＲ触媒コンバーター６０に埋設した温度センサを用いて直接的に検出されてもよい。あるいは、ＳＣＲ温度は、回転速度センサ７２や負荷センサ７４からの出力信号に基づいて定まる運転状態に基づいて推定されてもよい。ステップＳ５０１で判定基準とされる所定温度域は、ＳＣＲ触媒がＮＯｘを浄化するための機能を発揮することができる状態か否かを判断するために規定されている。つまり、ＳＣＲ温度が所定温度域内の温度であるとき、ＳＣＲ触媒は活性状態にあるとみなされ得る。それ故、ステップＳ５０１での所定温度域は、ＳＣＲ触媒の活性温度域である。具体的には、この所定温度域は、１５０℃以上の温度域である。ここでは、所定温度域の上限温度は定められていないが、定められてもよい。例えば、所定温度域は、１８０℃以上の温度域とされたり、１５０℃以上、６００℃以下の温度域とされたり、１８０℃以上、６００℃以下の温度域とされたりしてもよい。
【００４７】
ステップＳ５０１で、ＳＣＲ温度が所定温度域の温度でないので否定される場合、ステップＳ５０３で、アンモニアの供給を停止するように、尿素水の添加が停止される。これにより、アンモニア供給システム３０における尿素水の添加および第２アンモニア供給システム５５における尿素水の添加は、共に停止される。こうして該ルーチンは終了する。
【００４８】
他方、ステップＳ５０１で、ＳＣＲ温度が所定温度域の温度であるので肯定される場合、ステップＳ５０５が実行される。ステップＳ５０５では、ＳＣＲ温度が低温であるか否かが判定される。具体的には、ＳＣＲ温度が所定温度以下か否かが判定される。ここでは、ステップＳ５０５での所定温度は、３００℃に定められているが、他の温度に定められてもよい。この判定は、ＳＣＲ触媒コンバーター６０のＳＣＲ触媒における触媒作用のみで、ＮＯｘの浄化を十分に行うことができるか否かを判定するために行われる。なお、ここでは、ＳＣＲ温度は、ステップＳ５０１で得られたＳＣＲ温度が用いられる。ただし、ＳＣＲ温度は、ステップＳ５０５で新たに検出されてもよい。
【００４９】
ステップＳ５０５で、ＳＣＲ温度が所定温度以下であるので肯定される場合、ステップＳ５０７が実行される。ステップＳ５０７では、燃焼室２８に且つＳＣＲ触媒に向けてアンモニアを供給するように、アンモニア供給システム３０における尿素水の添加および第２アンモニア供給システム５５における尿素水の添加が、共に、行われる。なお、ステップＳ５０７を経ることで、該ルーチンは終了する。
【００５０】
アンモニア供給システム３０における尿素水の添加量および添加時期は、ＳＣＲ触媒コンバーター６０に入る排気ガス中のＮＯとＮＯ２との比率が等しくなるように（ＮＯ：ＮＯ２＝１：１）、予め実験に基づいて定められているデータに基づいて設定される。ただし、このデータの検索に際しては、燃料噴射量、回転速度、負荷、燃焼室の温度、排気温、ＳＣＲ温度、排気ガスにおけるＮＯｘ濃度のうちの少なくとも１つが用いられ得る。ここでは、燃焼室の温度、ＳＣＲ温度、ＮＯｘ濃度が用いられる。特に、ここでは、排気温センサ７６からの出力信号に基づいて検出される排気温度ここではつまりＳＣＲ温度、および、ＮＯｘセンサ７８からの出力信号に基づいて検出されるＮＯｘ濃度に基づいて、ＳＣＲ触媒コンバーター６０に入る排気ガス中のＮＯとＮＯ２との比率が推定される。そして、この推定された比率に基づいて、アンモニア供給システム３０における尿素水の添加量および添加時期はその都度、定められ得る。
【００５１】
そして、特に、アンモニア供給システム３０における尿素水の添加時期は、燃焼室の温度が１０００Ｋ（約７２７℃）以上１４００Ｋ（約１１２７℃）以下の所定温度域の温度であるときに、定められる。これは、上記の如く、ＮＯ２割合を適切に高めるためである。この添加のタイミングに関する流れが簡単に図６に示されている。ステップＳ６０１で燃焼室２８の温度が所定温度域の温度であるので肯定される場合、ステップＳ６０３で、アンモニアが供給されるように、尿素水が噴射される。他方、ステップＳ６０１で否定されるときには、ステップＳ６０５で、アンモニアが供給されないように、尿素水の添加が停止される。このような切り替えは、上記ステップＳ５０７に至るフローが続く限り、実質的に続けられる。つまり、上記ステップＳ５０７に至るフローが続く限り、燃焼室２８への尿素水の添加は、１回の燃焼サイクルあたり、１回、行われる。なお、燃焼室内の温度が１０００Ｋ以上１４００Ｋ以下であるときは、圧縮上死点後、排気弁開弁前の期間に含まれ、例えば、圧縮上死点後１０°から４０°の間に相当し得る。そして、これらに基づいて第２インジェクタ４２が制御される。
【００５２】
また、第２アンモニア供給システム５５における尿素水の添加量や添加時期は、ＮＯｘセンサ７８からの出力信号に基づいて検出される排気ガス中のＮＯｘ濃度（あるいはこのＮＯｘ濃度と関係のあるＮＯｘ量）に基づき制御される。具体的には、そのＮＯｘ濃度で、予め実験に基づいて定められて記憶保存されているデータを検索することで、尿素水添加量や添加時期が定められる。これらに基づいて、ＳＣＲ触媒コンバーター６０でＮＯｘの浄化が適切に行われるように、かつ、ＳＣＲ触媒コンバーター６０からアンモニアが漏れ出ないように、すなわちアンモニアスリップが生じないように、弁６４が制御される。なお、弁６４からの尿素水の添加は、連続的にあるいは断続的に行われ得る。
【００５３】
なお、アンモニア供給システム３０の第２インジェクタからの尿素水の添加と、第２アンモニア供給システム５５の弁６４からの尿素水の添加とは、関係付けられて、制御されるとよい。
【００５４】
他方、ステップＳ５０５で、ＳＣＲ温度が所定温度以下でないので否定されるとき、ステップＳ５０９が実行される。ステップＳ５０９では、排気系にのみアンモニアを供給するように、アンモニア供給システム３０における尿素水の添加は停止され、第２アンモニア供給システム５５における尿素水の添加のみが行われる。なお、第２アンモニア供給システム５５における尿素水の添加は、実質的に、上記ステップＳ５０７に関して述べた通りであるので、ここでのその説明は省略される。なお、ステップＳ５０９を経ることで、該ルーチンは終了する。
【００５５】
以上述べたように、ＳＣＲ温度が所定温度域の温度であるとき、アンモニアがＳＣＲ触媒に供給されて、ＳＣＲ触媒コンバーター６０でＮＯｘの浄化が行われる。そして、ＳＣＲ温度が低温であるので、ＳＣＲ触媒コンバーター６０でのＮＯｘの浄化の能力が低いとき、アンモニアが燃焼室に供給される。これにより、燃焼室から排気通路に排出される排気ガス中のＮＯ２の割合を高めることができる。その結果、ＳＣＲ触媒コンバーター６０でのＮＯｘ浄化を助長することができる。
【００５６】
以上、本発明を実施形態に基づいて説明したが、本発明は種々の変更を許容する。例えば、上記エンジン１０は４気筒形式のエンジンであるので、気筒２６毎に圧力センサ８０が設けられている。つまり、気筒２６毎に、燃焼室２８の温度が検出されて、上記の如く、燃焼室にアンモニアが供給可能にされている。これは、ＥＧＲ装置が備えられているエンジンにおいて特に有効である。ＥＧＲガスの分配に関して、気筒間でバラツキが生じ得るからである。しかし、そのような気筒間のバラツキがない場合には、特定の１つの燃焼室の温度を用いて、他の燃焼室へのアンモニアの供給を制御してもよい。
【００５７】
また、上記実施形態では、ＳＣＲ温度が所定温度域内の温度であるが、その温度が低いときに、燃焼室２８にアンモニアを供給した。しかし、ＳＣＲ温度が低くないときにも、燃焼室２８にアンモニアが供給されてもよい。また、アンモニア供給システム３０から供給される物質と、第２アンモニア供給システム５５から供給される物質とは、異なってもよい。例えば、いずれか一方のシステムから供給される物質は、アンモニアであり、他方のシステムから供給される物質は、尿素水であり得る。
【００５８】
また、本発明は圧縮着火式エンジン以外のエンジンにも適用可能であり、例えば火花点火式エンジンにも適用可能である。本発明は、種々の形式、種々の気筒数、種々の気筒配列形式を有する内燃機関に適用可能である。
【００５９】
以上、本発明を実施形態等に基づいて説明したが、本発明はこれらに限定されない。本発明には、特許請求の範囲によって規定される本発明の思想に包含されるあらゆる変形例や応用例、均等物が含まれる。したがって本発明は、限定的に解釈されるべきではなく、本発明の思想の範囲内に帰属する他の任意の技術にも適用することが可能である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【手続補正書】
【提出日】平成23年2月28日(2011.2.28)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼室にアンモニアまたはアンモニアを生成する物質を供給するためのアンモニア供給用インジェクタおよび該アンモニア供給用インジェクタを制御するための制御装置を備えたアンモニア供給システムと、
排気ガスに含まれるＮＯｘを浄化するためのＮＯｘ浄化システムであって、アンモニアが存在している状態でＮＯｘを浄化するための機能を発揮する選択的還元触媒と、該選択的還元触媒が配置された排気通路区域よりも上流側の排気通路にアンモニアまたはアンモニアを生成する物質を供給する排気系アンモニア供給システムとを備えた、ＮＯｘ浄化システムと
を備え、
前記アンモニア供給システムは、前記選択的還元触媒の配置された前記排気通路区域に至る排気ガス中のＮＯ成分とＮＯ２成分との比率が要求比率になるように、アンモニアまたはアンモニアを生成する物質を前記燃焼室に供給する
ことを特徴とするエンジンの排気浄化装置。
【請求項２】
前記制御装置は、前記燃焼室の温度が第１所定温度域内の温度であるときに、前記燃焼室にアンモニアまたはアンモニアを生成する物質を供給するように、前記アンモニア供給用インジェクタを制御することを特徴とする請求項１に記載のエンジンの排気浄化装置。
【請求項３】
前記アンモニア供給システムは、前記燃焼室へのアンモニアまたはアンモニアを生成する物質の供給により前記燃焼室から前記排気通路に排出される排気ガス中のＮＯ２の割合を高めるように前記燃焼室の温度が前記第１所定温度域内にあるときに、アンモニアまたはアンモニアを生成する物質を前記燃焼室に供給することを特徴とする請求項２に記載のエンジンの排気浄化装置。
【請求項４】
前記第１所定温度域は、１０００Ｋ以上１４００Ｋ以下の温度域であることを特徴とする請求項２または３に記載のエンジンの排気浄化装置。
【請求項５】
前記アンモニア供給システムは、前記燃焼室の温度を検出するための温度検出手段を備えることを特徴とする請求項２から４のいずれかに記載のエンジンの排気浄化装置。
【請求項６】
前記温度検出手段は、燃焼室の圧力を検出するためのセンサを備えることを特徴とする請求項５に記載のエンジンの排気浄化装置。
【請求項７】
前記制御装置は、前記選択的還元触媒の温度が第２所定温度域の温度であるときに、前記燃焼室にアンモニアまたはアンモニアを生成する物質を供給するように、前記アンモニア供給用インジェクタを制御することを特徴とする請求項２から６のいずれかに記載のエンジンの排気浄化装置。
【請求項８】
前記第２所定温度域は、１５０℃以上３００℃以下の温度域であることを特徴とする請求項７に記載のエンジンの排気浄化装置。
【請求項９】
前記制御装置は、前記選択的還元触媒の配置された前記排気通路区域に至る排気ガス中のＮＯ成分とＮＯ２成分との比率が１：１になるように、前記アンモニア供給用インジェクタからの噴射を制御することを特徴とする請求項１から８のいずれかに記載のエンジンの排気浄化装置。
【請求項１０】
前記選択的還元触媒が配置された排気通路区域よりも下流側の排気通路における温度を検出するための下流側温度検出手段および前記選択的還元触媒が配置された排気通路区域よりも下流側の排気通路におけるＮＯｘ濃度を検出するためのＮＯｘ検出手段の少なくとも一方をさらに備え、
前記制御装置は、前記下流側温度検出手段および前記ＮＯｘ検出手段の少なくとも一方を用いて、前記アンモニア供給用インジェクタからの噴射を制御することを特徴とする請求項１から９のいずれかに記載のエンジンの排気浄化装置。
【請求項１１】
前記選択的還元触媒が配置された排気通路区域よりも上流側の排気通路には、ＮＯおよびＮＯ２を含む窒素酸化物の反応を促進する触媒成分を含まない触媒が配置されることを特徴とする請求項１から１０のいずれかに記載のエンジンの排気浄化装置。
【請求項１２】
前記アンモニア供給システムおよび前記ＮＯｘ浄化システムは、アンモニアを収容するための共通のタンクを備えることを特徴とする請求項１から１１のいずれかに記載のエンジンの排気浄化装置。
【請求項１３】
前記アンモニア供給システムおよび前記ＮＯｘ浄化システムは、尿素水を収容するための共通のタンクを備えることを特徴とする請求項１から１１のいずれかに記載のエンジンの排気浄化装置。
【請求項１４】
請求項１から１３のいずれかに記載のエンジンの排気浄化装置を備えたことを特徴とするエンジン。
【請求項１５】
請求項１に記載のエンジンの排気浄化装置における、エンジンの排気浄化方法であって、
前記選択的還元触媒の温度が該選択的還元触媒の活性温度域にあるか否かを判定するステップと、
該ステップにより前記選択的還元触媒の温度が前記活性温度域にあると判定されたとき、前記燃焼室の温度が所定温度域内の温度であるときに前記アンモニア供給システムにより前記燃焼室にアンモニアを供給するステップと
を含むことを特徴とするエンジンの排気浄化方法。
【国際調査報告】
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