(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジン(11)の排ガスを浄化する排ガス浄化装置において、
前記エンジン(11)の排気管(15)に設けられ排ガス中のＮＯｘをＮ2に還元可能な選択還元型触媒(12)と、
尿素水(13)をヒータ(14b,64b,84a)により加熱してアンモニア水に改質する尿素水改質器(14,64,84)と、
前記尿素水改質器(14,64,84)に前記尿素水(13)を供給する尿素水供給手段(16)と、
前記選択還元型触媒(12)より排ガス上流側の排気管(15)に臨み前記尿素水改質器(14,64,84)で改質されたアンモニア水又は前記尿素水改質器(14,64,84)で改質されずにそのまま通過した尿素水のいずれか一方又は双方を噴射可能な噴射ノズル(17)と、
前記選択還元型触媒(12)に関係する排ガス温度を検出する触媒温度センサ(33)と、
前記尿素水改質器(14)の入口圧力を検出する圧力センサ(34)と、
前記触媒温度センサ(33)及び前記圧力センサ(34)の各検出出力に基づいて前記ヒータ(14b,64b,84a)及び前記尿素水供給手段(16)を制御し前記噴射ノズル(17)からアンモニア水又は尿素水のいずれか一方を噴射させるように切換えるコントローラ(38)と
を備えた
ことを特徴とする排ガス浄化装置。
【請求項２】
前記尿素水改質器(14,64)が、筒状の改質ケース(14a,64a)と、この改質ケース(14a,64a)の外周面に螺旋状に巻回されたヒータ(14b,64b)と、この改質ケース(14a,64a)に充填され前記ヒータ(14b,64b)の熱を前記改質ケース(14a,64a)の内部に伝達する複数の無機質多孔質体(14c,64c)とを有する請求項１記載の排ガス浄化装置。
【請求項３】
前記改質ケース(64a)内にこのケースの長手方向に所定の間隔をあけて仕切板(64f)が設けられ、前記仕切板(64f)により前記改質ケース(64a)内が互いに連通する複数の空間に区画され、前記複数の空間に前記複数の無機質多孔質体(64c)が充填され、更に前記改質ケース(64a)に流入した尿素水が前記複数の空間を蛇行しながら通過して前記アンモニア水に改質されるように構成された請求項２記載の排ガス浄化装置。
【請求項４】
前記無機質多孔質体(14c,64c)に前記尿素水(13)の加水分解を促進する触媒が担持された請求項２又は３記載の排ガス浄化装置。
【請求項５】
前記尿素水改質器(84)が、棒状のヒータ(84a)と、前記ヒータ(84a)の外周面に螺旋状に巻回され前記尿素水が流通しかつ前記ヒータ(84a)の熱を内面に伝達する還元剤流通管(84b)と、前記還元剤流通管(84b)の内周面にコーティングされ前記尿素水を吸着する吸着剤層(84c)とを有する請求項１記載の排ガス浄化装置。
【請求項６】
前記吸着剤層(84c)に前記尿素水の加水分解を促進する触媒が担持された請求項５記載の排ガス浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、尿素水改質器で尿素水から改質されたアンモニア水を還元剤としてエンジンの排気管に噴射することにより排ガス中のＮＯｘを浄化する装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、少なくとも１種類の還元剤先駆物質を含む水溶液（例えば、尿素水溶液）の貯蔵槽を有し、この貯蔵槽が蒸発室に接続され、この蒸発室に上記水溶液が供給手段により供給され、少なくとも１種類の還元剤又は少なくとも１種類の還元剤先駆物質の少なくともいずれか１つの物質を含む混合気の供給装置が開示されている（例えば、特許文献１参照。）。この混合気の供給装置では、蒸発室に配置された加熱手段が蒸発室に接触する発熱線により形成され、この加熱手段によって蒸発室内の尿素水溶液が少なくとも部分的に蒸発する臨界温度以上の温度に加熱される。具体的には、蒸発装置は、実質的に密閉された容積を有する上記蒸発室を有し、この蒸発室は、尿素水溶液を搬送する搬送管を接続するための第１開口と、混合気を排出する供給管を接続するための第２開口とを有する。第１開口には、蒸発室の中に尿素水溶液を噴射供給する手段としてノズルが配置され、このノズルによって、尿素水溶液が蒸発室の中に噴射注入される。また蒸発室は、第２開口の部位に、第２開口への液滴の侵入を防止する手段、特に液滴と蒸発室の壁との間に位置する気体膜を壊す手段（壁における突起など）を有するとともに、内部に、尿素水溶液の蒸発のために大きな表面を発生させる１つ或いは複数の構造物を有する。この構造物は、蒸発室の内側表面上への被覆の設置によって得られる構造化された表面でもよい。更に蒸発室は第２開口を介して加水分解触媒コンバータに接続され、この加水分解触媒コンバータは排気管に直結される。この加水分解触媒コンバータは、この加水分解触媒コンバータに巻き付けられた発熱線からなる調温手段を有する。
【０００３】
このように構成された混合気の供給装置では、蒸発装置によって尿素水溶液から混合気が発生し、この混合気は少なくとも尿素を含み、場合によっては、その尿素の熱分解で生じたアンモニアも既に含む。この混合気は第２開口を通って加水分解触媒コンバータに導入され、この加水分解触媒コンバータにおいて、アンモニアへの尿素のほぼ完全な加水分解が行われ、アンモニアを含む還元剤混合気が生ずる。
【０００４】
一方、尿素を含む水溶液を供給するための少なくとも１つの供給路に加水分解触媒が接続され、ＳＣＲ触媒に排ガスが貫流し、供給路の少なくとも一部と加水分解触媒との少なくとも一方の部品を加熱する棒状加熱要素が配置された内燃機関の排ガス処理装置が開示されている（例えば、特許文献２参照。）。この排ガス処理装置では、棒状加熱要素の周りに、供給路の少なくとも一部と加水分解触媒との少なくとも一方の部品が配置される。また棒状加熱要素が外被管で取り囲まれ、この外被管が棒状加熱要素と一体に形成されるか、棒状加熱要素と材料結合される。そして外被管内に通路が設けられる。ここで、通路は、棒状加熱要素の周りにほぼスパイラル状に形成され、内側が外被管により境界づけられかつ外側がブシュによる境界づけられた環状隙間横断面を持った１つ或いは複数の通路である。尿素水溶液は、通路の第１部位において棒状加熱要素により蒸発され、通路の第２部位に混合気が貫流する。通路の第２部位には、尿素からアンモニアへの加水分解を促進する被覆が設けられ、通路の第２部位は加水分解路及び加水分解触媒として用いられる。上記尿素がアンモニアに加水分解した後、アンモニアを含む蒸気流が還元剤として通路から排気管に供給される。更に外被管の上にブシュが被せられる。このブシュは、例えばそれ自体が発熱線を利用し、これによって、ブシュも加熱され、従って、通路はその内外から加熱される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特表２００９−５３７７２３号公報（請求項１、段落［００６０］〜［００６５］、図５、図６）
【特許文献２】特表２００９−５３７７２５号公報（請求項１、段落［００２７］、［００４７］、［００４８］、図１、図４）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、上記従来の特許文献１に示された混合気の供給装置及び上記従来の特許文献２に示された排ガス処理装置では、いずれも液体である尿素水溶液を蒸発させた後に加水分解することにより、アンモニアを含む混合気又は蒸気流からなる還元剤を生成しているため、圧力の変化により還元剤の排気管への供給量が大きく変化してしまい、還元剤の排気管への供給量を制御することが難しい不具合があった。また上記従来の特許文献１に示された混合気の供給装置では、尿素水溶液が蒸発室に流入すると、この尿素水溶液が蒸発して尿素及びアンモニアを含む混合気が発生し、この混合気が加水分解触媒コンバータに流入すると、混合気中の尿素がほぼ完全に加水分解されて排気管に流入するため、蒸発室内で尿素水溶液中の尿素が蒸発せずに水のみが蒸発して尿素が結晶化する場合があり、この場合、結晶化した尿素が蒸発室内面に堆積するおそれがあった。更に、上記従来の特許文献１に示された混合気の供給装置では、尿素水溶液からアンモニアを含む還元剤混合気を生成するのに、蒸発室と加水分解触媒コンバータとをそれぞれ別個に設けているため、部品点数が増大するとともに、蒸発室及び加水分解触媒コンバータの設置スペースを広く確保しなければならない問題点もあった。
【０００７】
一方、上記従来の特許文献２に示された排ガス処理装置では、尿素水溶液が加水分解触媒の通路に流入すると、この尿素水溶液は通路の第１部位で蒸発した後、通路の第２部位で加水分解し、アンモニアを含む蒸気流となって排気管に流入するため、通路の第１部位で尿素水溶液中の尿素が蒸発せずに水のみが蒸発して尿素が結晶化する場合があり、この場合、結晶化した尿素が通路内に堆積し、この堆積物により通路が詰まるおそれがあった。また、上記従来の特許文献２に示された排ガス処理装置では、加水分解触媒の通路が、棒状加熱要素の周りにほぼスパイラル状に形成され、内側が外被管により境界づけられかつ外側がブシュによる境界づけられた環状隙間横断面を持った１つ或いは複数の通路であるため、外被管及びブシュを精度良く加工する必要があり、これらの部品の加工工数が増大する問題点もあった。
【０００８】
本発明の第１の目的は、尿素水改質器で尿素水を蒸発させずにアンモニア水に改質することにより、排気管へのアンモニア水の供給量を容易に制御できるとともに、排ガス温度が比較的低いときであっても排ガス中のＮＯｘを効率良く低減できる、排ガス浄化装置を提供することにある。本発明の第２の目的は、尿素水改質器で尿素水を蒸発させずにアンモニア水に改質することにより、水のみが蒸発して尿素が結晶化することを防止できる、排ガス浄化装置を提供することにある。本発明の第３の目的は、尿素水改質器で液体の尿素水を液体のアンモニア水に改質することにより、尿素水改質器の部品点数を増大させずに、尿素水改質器の小型化を図ることができる、排ガス浄化装置を提供することにある。本発明の第４の目的は、棒状のヒータの外周面に還元剤流通管を螺旋状に巻回することにより、還元剤流通管を比較的低い精度で加工工数を増大せずに比較的容易に作製できる、排ガス浄化装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の第１の観点は、図１及び図２に示すように、エンジン１１の排ガスを浄化する排ガス浄化装置において、エンジン１１の排気管１５に設けられ排ガス中のＮＯｘをＮ2に還元可能な選択還元型触媒１２と、尿素水１３をヒータ１４ｂにより加熱してアンモニア水に改質する尿素水改質器１４と、尿素水改質器１４に尿素水１３を供給する尿素水供給手段１６と、選択還元型触媒１２より排ガス上流側の排気管１５に臨み尿素水改質器１４で改質されたアンモニア水又は尿素水改質器１４で改質されずにそのまま通過した尿素水のいずれか一方又は双方を噴射可能な噴射ノズル１７と、選択還元型触媒１２に関係する排ガス温度を検出する触媒温度センサ３３と、尿素水改質器１４の入口圧力を検出する圧力センサ３４と、触媒温度センサ３３及び圧力センサ３４の各検出出力に基づいてヒータ１４ｂ及び尿素水供給手段１６を制御し噴射ノズル１７からアンモニア水又は尿素水のいずれか一方を噴射させるように切換えるコントローラ３８とを備えたことを特徴とする。
【００１０】
本発明の第２の観点は、第１の観点に基づく発明であって、更に図２に示すように、尿素水改質器１４が、筒状の改質ケース１４ａと、この改質ケース１４ａの外周面に螺旋状に巻回されたヒータ１４ｂと、この改質ケース１４ａに充填されヒータ１４ｂの熱を改質ケース１４ａの内部に伝達する複数の無機質多孔質体１４ｃとを有することを特徴とする。
【００１１】
本発明の第３の観点は、第２の観点に基づく発明であって、更に図５に示すように、改質ケース６４ａ内にこのケースの長手方向に所定の間隔をあけて仕切板６４ｆが設けられ、仕切板６４ｆにより改質ケース６４ａ内が互いに連通する複数の空間に区画され、複数の空間に複数の無機質多孔質体６４ｃが充填され、更に改質ケース６４ａに流入した尿素水が複数の空間を蛇行しながら通過してアンモニア水に改質されるように構成されたことを特徴とする。
【００１２】
本発明の第４の観点は、第２又は第３の観点に基づく発明であって、更に図２に示すように、無機質多孔質体１４ｃに尿素水１３の加水分解を促進する触媒が担持されたことを特徴とする。
【００１３】
本発明の第５の観点は、第１の観点に基づく発明であって、更に図７及び図１０に示すように、尿素水改質器８４が、棒状のヒータ８４ａと、ヒータ８４ａの外周面に螺旋状に巻回され尿素水が流通しかつヒータ８４ａの熱を内面に伝達する還元剤流通管８４ｂと、還元剤流通管８４ｂの内周面にコーティングされ尿素水を吸着する吸着剤層８４ｃとを有することを特徴とする。
【００１４】
本発明の第６の観点は、第５の観点に基づく発明であって、更に図１０に示すように、吸着剤層８４ｃに尿素水の加水分解を促進する触媒が担持されたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の第１の観点の排ガス浄化装置では、尿素水改質器で尿素水を蒸発させずにアンモニア水に改質し、この圧力が変化しても容積が殆ど変化しないアンモニア水又は尿素水のいずれか一方又は双方を噴射ノズルから排気管内に噴射するので、排気管へのアンモニア水又は尿素水の供給量を容易に制御できる。また噴射ノズルから排気管内に噴射されたアンモニア水は排ガス温度が比較的低温であっても速やかに気化してアンモニアガスになるとともに、このアンモニアガスは選択還元型触媒上で排ガス中のＮＯｘをＮ2に還元する還元剤として機能するので、排ガス温度が比較的低いときであっても排ガス中のＮＯｘを効率良く低減できる。なお、排ガス温度が比較的高いときには、尿素水を尿素水改質器で改質せずにそのまま通過させて噴射ノズルから排気管に噴射する。この噴射された尿素水は比較的高温の排ガスによりアンモニアガスに改質されるので、このアンモニアガスは選択還元型触媒上で排ガス中のＮＯｘをＮ2に還元する還元剤として機能する。
【００１６】
また尿素水改質器で尿素水を蒸発させずにアンモニア水に改質するので、水のみが蒸発して尿素が結晶化することを防止できる。この結果、尿素水改質器内に結晶化した尿素が堆積するのを防止できる。更に尿素水溶液からアンモニアを含む還元剤混合気を生成するのに、蒸発室と加水分解触媒コンバータとをそれぞれ別個に設けているため、部品点数が増大するとともに、蒸発室及び加水分解触媒コンバータの設置スペースを広く確保しなければならない従来の混合気の供給装置と比較して、本発明では、単一の尿素水改質器で液体の尿素水を液体のアンモニア水に改質するので、尿素水改質器の部品点数を増大させずに、尿素水改質器の小型化を図ることができる。この結果、尿素水改質器を比較的狭いスペースに設置できる。
【００１７】
本発明の第２の観点の排ガス浄化装置では、改質ケースに充填された無機質多孔質体が、ヒータの熱を改質ケースの内部に伝達する熱媒体としての機能と、尿素水を染み込むように吸着する吸着剤としての機能とを有するので、尿素水を効率良くアンモニア水に改質できる。
【００１８】
本発明の第３の観点の排ガス浄化装置では、改質ケースに流入した尿素水が複数の空間を蛇行しながら通過するので、尿素水の無機質多孔質体との接触率が高くなり、尿素水をより効率良くアンモニア水に改質できる。
【００１９】
本発明の第４の観点の排ガス浄化装置では、無機質多孔質体に担持された触媒により尿素水の加水分解が促進されるので、尿素水を更に効率良くアンモニア水に改質できる。
【００２０】
本発明の第５の観点の排ガス浄化装置では、還元剤流通管がヒータの熱を還元剤流通管の内面に伝達し、吸着剤層が尿素水を染み込むように吸着するので、尿素水が還元剤流通管内を通過することにより、効率良くアンモニア水に改質できる。また外被管及びブシュを精度良く加工する必要があり、これらの部品の加工工数が増大する従来の排ガス処理装置と比較して、本発明では、棒状のヒータの外周面に還元剤流通管を螺旋状に巻回するだけで済むので、還元剤流通管を比較的低い精度で加工工数を増大せずに比較的容易に作製できる。
【００２１】
本発明の第６の観点の排ガス浄化装置では、吸着剤層に担持された触媒により尿素水の加水分解が促進されるので、尿素水を更に効率良くアンモニア水に改質できる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明第１実施形態の排ガス浄化装置を示す構成図である。
【図２】その排ガス浄化装置の尿素水改質器を示す図３のＡ−Ａ線断面図である。
【図３】図２のＢ−Ｂ線断面図である。
【図４】尿素水改質器の温度変化及び尿素水改質器の入口圧力の変化に対する尿素水改質器でのアンモニア水発生率の変化を示す図である。
【図５】本発明第２実施形態の尿素水改質器を示す図６のＣ−Ｃ線断面図である。
【図６】図５のＤ−Ｄ線断面図である。
【図７】本発明第３実施形態の尿素水改質器を示す図８のＥ−Ｅ線断面図である。
【図８】図７のＦ−Ｆ線断面図である。
【図９】尿素水改質器の断熱ケース及び断熱材を取外した状態を示す尿素水改質器の側面図である。
【図１０】図９のＧ−Ｇ線断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
次に本発明を実施するための形態を図面に基づいて説明する。
【００２４】
＜第１の実施の形態＞
図１に示すように、排ガス浄化装置は、ディーゼルエンジン１１から排出された排ガス中のＮＯｘをＮ2に還元可能な選択還元型触媒１２と、尿素水１３をアンモニア水に改質する尿素水改質器１４と、尿素水改質器１４に尿素水１３を供給する尿素水供給手段１６と、選択還元型触媒１２より排ガス上流側の排気管１５に臨みアンモニア水又は尿素水のいずれか一方又は双方を噴射可能な噴射ノズル１７とを備える。ディーゼルエンジン１１の吸気ポートには吸気マニホルド１８を介して吸気管１９が接続され、排気ポートには排気マニホルド２１を介して排気管１５が接続される。吸気管１９には、ターボ過給機２３のコンプレッサハウジング２３ａと、ターボ過給機２３により圧縮された吸気を冷却するインタクーラ２４とがそれぞれ設けられ、排気管１５にはターボ過給機２３のタービンハウジング２３ｂが設けられる。コンプレッサハウジング２３ａにはコンプレッサ回転翼（図示せず）が回転可能に収容され、タービンハウジング２３ｂにはタービン回転翼（図示せず）が回転可能に収容される。コンプレッサ回転翼とタービン回転翼とはシャフト（図示せず）により連結され、エンジン１１から排出される排ガスのエネルギによりタービン回転翼及びシャフトを介してコンプレッサ回転翼が回転し、このコンプレッサ回転翼の回転により吸気管内の吸入空気が圧縮されるように構成される。
【００２５】
選択還元型触媒１２は排気管１５に設けられる。具体的には、排気管１５の途中に排気管１５より大径の触媒ケース２６が設けられ、この触媒ケース２６に選択還元型触媒１２が収容される。選択還元型触媒１２はモノリス触媒であって、コージェライト製のハニカム担体に、ゼオライト又はジルコニアをコーティングして構成される。ゼオライトとしては、銅ゼオライト、鉄ゼオライト、亜鉛ゼオライト、銀ゼオライト等が挙げられる。銅ゼオライトからなる選択還元型触媒１２は、銅をイオン交換したゼオライト粉末を含むスラリーをハニカム担体にコーティングして構成される。また鉄ゼオライト、亜鉛ゼオライト又は銀ゼオライトからなる選択還元型触媒１２は、鉄、亜鉛又は銀をイオン交換したゼオライト粉末を含むスラリーをハニカム担体にそれぞれコーティングして構成される。更にジルコニアからなる選択還元型触媒１２は、ジルコニアを担持させたγ−アルミナ粉末又はθ−アルミナ粉末を含むスラリーをハニカム担体にコーティングして構成される。この選択還元型触媒１２にアンモニアガスが供給されると、アンモニアガスが選択還元型触媒１２上でＮＯｘをＮ2に還元する還元剤として機能するようになっている。
【００２６】
一方、図２及び図３に示すように、尿素水改質器１４は、筒状の改質ケース１４ａと、この改質ケース１４ａの外周面に螺旋状に巻回されたヒータ１４ｂと、この改質ケース１４ａに充填された複数の無機質多孔質体１４ｃとを有する。改質ケース１４ａは、一端が開放されかつ他端が閉止された円筒状のケース本体１４ｄと、ケース本体１４ｄの開放端に取外し可能に取付けられケース本体１４ｄの開放端を開放可能に閉止するフランジ１４ｅとからなる。フランジ１４ｅの中央には改質ケース１４ａ内に尿素水１３を供給するための供給用短管１４ｆが接続され、ケース本体１４ｄの閉止端の中央には改質ケース１４ａ内からアンモニア水又は尿素水を排出するための排出用短管１４ｇが接続される。上記改質ケース１４ａは、ＳＵＳ３１６、ＳＵＳ３０４、インコネル（ハンティントン  アロイズ  カナダ  リミテッド社製の登録商標）等の熱伝導率が１５〜１７Ｗ／(ｍ・Ｋ)と比較的高い金属により形成される。またヒータ１４ｂとしては、金属シース（金属製極細管）の中にニクロム線等の発熱体を遊挿し、金属シースと発熱体との隙間に、高純度の無機絶縁物の粉末を充填して構成された、いわゆるシーズヒータを用いることが好ましい。
【００２７】
更に無機質多孔質体１４ｃは、粒径０．２〜１０ｍｍの多孔質のゼオライト粒子やモレキュラーシーブ（ユニオン・カーバイト社の開発した合成ゼオライトの商品名）粒子等を用いることが好ましい。この無機質多孔質体１４ｃは、ヒータ１４ｂの熱を改質ケース１４ａの内部に伝達する熱媒体としての機能と、尿素水１３を染み込むように吸着する吸着剤としての機能とを有する。なお、無機質多孔質体１４ｃには、チタニアやジルコニア等の触媒を担持することができる。無機質多孔質体１４ｃに触媒を担持することにより、尿素水１３の加水分解を促進できる。また無機質多孔質体１４ｃの形態は、この実施の形態では、球状であるが、楕円体、円柱状、円板状等でもよい。
【００２８】
尿素水改質器１４は断熱材１４ｈが充填された断熱ケース１４ｉにより覆われる。これによりヒータ１４ｂの発生した熱の放散を抑制できる。また図２中の符号１４ｊ，１４ｊは無機質多孔質体１４ｃが改質ケース１４ａ内から供給用短管１４ｆ内や排出用短管１４ｇ内に転がり出るのを阻止する網体である。更にヒータ１４ｂをオンした状態で尿素水改質器１４に尿素水１３を供給すると、尿素水改質器１４で全ての尿素水１３がアンモニア水に改質されて、このアンモニア水が噴射ノズル１７に供給されるか、或いは尿素水改質器１４で一部の尿素水１３がアンモニア水に改質され、残部の尿素水１３が改質されずにそのまま尿素水改質器１４を通過して、アンモニア水及び尿素水の混合液が噴射ノズル１７に供給されるように構成される。一方、ヒータ１４ｂをオフした状態で尿素水改質器１４に尿素水１３を供給すると、尿素水改質器１４で尿素水１３が全く改質されず、尿素水１３がそのまま尿素水改質器１４を通過して噴射ノズル１７に供給されるようになっている。
【００２９】
図１に戻って、尿素水供給手段１６は、尿素水１３が貯留された尿素水タンク１６ａと、この尿素水タンク１６ａを上記尿素水改質器１４の供給用短管１４ｆに接続する第１供給管１６ｂと、第１供給管１６ｂに設けられ尿素水タンク１６ａ内の尿素水１３を尿素水改質器１４に圧送するポンプ１６ｃとを有する。上記ポンプ１６ｃは、図示しないポンプ駆動モータにより駆動される。このポンプ駆動モータの速度を連続的又は段階的に変化させることによりポンプ１６ｃから吐出される尿素水１３の圧力を調整できるように構成される。また尿素水改質器１４の排出用短管１４ｇは第２供給管３２を介して噴射ノズル１７に接続され、第２供給管３２には、この第２供給管３２を開閉することにより噴射ノズル１７から噴射されるアンモニア水又は尿素水の流量を調整する流量調整弁３１が設けられる。この流量調整弁３１は、単位時間当たりの開閉回数、開時間、閉時間を制御することにより、噴射ノズル１７から噴射されるアンモニア水又は尿素水の流量を調整できるようになっている。
【００３０】
一方、触媒ケース２６のうち選択還元型触媒１２より排ガス入口側には、選択還元型触媒１２に関係する排ガス温度を検出する触媒温度センサ３３が設けられる。また尿素水改質器１４の供給用短管１４ｆには、尿素水改質器１４の入口圧力を検出する圧力センサ３４が設けられる。また尿素水改質器１４の改質ケース１４ａの入口側には、改質ケース１４ａの入口側の尿素水１３の温度を検出する第１温度センサ４１が設けられ、尿素水改質器１４の改質ケース１４ａの出口側には、改質ケース１４ａの出口側のアンモニア水又は尿素水の温度を検出する第２温度センサ４２が設けられる。更にエンジン１１には、エンジン１１の回転速度を検出する回転センサ３６と、エンジン１１の負荷を検出する負荷センサ３７とが設けられる。触媒温度センサ３３、圧力センサ３４、第１温度センサ４１、第２温度センサ４２、回転センサ３６及び負荷センサ３７の各検出出力はコントローラ３８の制御入力に接続され、コントローラ３８の制御出力はヒータ１４ｂ、ポンプ駆動モータ及び流量調整弁３１にそれぞれ接続される。
【００３１】
コントローラ３８にはメモリ３９が設けられる。このメモリ３９には、エンジン回転速度、エンジン負荷、選択還元型触媒１２の入口側の排ガス温度に応じた、ポンプ駆動モータの速度、流量調整弁３１の単位時間当たりの開閉回数、開時間及び閉時間が予め記憶される。またメモリ３９には、エンジン回転速度及びエンジン負荷の変化に応じた、排ガス中のＮＯｘ流量の変化がマップとして記憶される。更にメモリ３９には、尿素水改質器１４の入口圧力、尿素水改質器１４内の温度、尿素水改質器１４から排出されるアンモニア水又は尿素水の流量に応じた、アンモニア生成率の変化が例えば図４に示すようなマップとして記憶される。尿素水改質器１４で尿素水１３をアンモニア水に改質するときの尿素水改質器１４の運転領域は、尿素水改質器１４の形状やアンモニア水等の流量により変化するけれども、尿素水改質器１４内の温度（第１及び第２温度センサ４１，４２の各検出出力の平均温度）をヒータ１４ｂにより１００℃以上１２０℃未満の範囲内に制御することが好ましい。このときの尿素水改質器１４の入口圧力は比較的高いため、尿素水改質器１４は耐圧性を有するように作製される。また第１及び第２温度センサ４１，４２の各検出出力の温度差により、ヒータ１４ｂによる尿素水１３の加熱効率を検出できる。
【００３２】
なお、図１中の符号４３は、排気マニホルド２１及び吸気管１５をエンジン１１をバイパスして連通接続するＥＧＲ管である。このＥＧＲ管４３は排気マニホルド２１の枝管部から分岐し、インタクーラ２４より吸気下流側の吸気管１９に合流する。また、図１中の符号４４は、ＥＧＲ管４３に設けられこのＥＧＲ管４３から吸気管１９に還流される排ガス（ＥＧＲガス）の流量を調整するＥＧＲバルブである。更に、図１中の符号４６は、ＥＧＲ管４３を通る排ガス（ＥＧＲガス）を冷却するＥＧＲクーラである。
【００３３】
このように構成された排ガス浄化装置の動作を説明する。エンジン１１の始動直後やエンジン１１の軽負荷運転時には、排ガス温度が１００〜１８０℃と低い。この温度範囲の排ガス温度を触媒温度センサ３３が検出し、回転センサ３６及び負荷センサ３７がエンジンの無負荷運転又は軽負荷運転を検出すると、コントローラ３８は触媒温度センサ３３、回転センサ３６及び負荷センサ３７の各検出出力に基づいて、ヒータ１４ｂをオンするとともに、ポンプ駆動モータの速度を徐々に上昇させる。そして圧力センサ３４が尿素水改質器１４の入口圧力が所定の圧力になったことを検出すると、このときの速度でポンプ駆動モータを作動させる。この状態で第１及び第２温度センサ４１，４２が尿素水改質器１４内の尿素水１３の温度が所定の温度（例えば、平均温度１１０℃）になったことを検出すると、コントローラ３８は流量調整弁３１を所定の単位時間当たりの開閉回数、所定の開時間及び所定の閉時間で開閉する。
【００３４】
これにより尿素水改質器１４に供給された尿素水１３は蒸発せずに全てアンモニア水に改質された後に、噴射ノズル１７から排気管１５に噴射される。このときの尿素水改質器１４において次の式（１）及び式（２）のように反応して尿素水１３がアンモニア水に改質される。
【００３５】
ＮＨ2-ＣＯ-ＮＨ2 ＋ Ｈ2Ｏ → ＮＨ3 ＋ ＨＮＣＯ ＋ Ｈ2Ｏ    ……（１）
ＨＮＣＯ  ＋  Ｈ2Ｏ  →  ＮＨ3  ＋  ＣＯ2             ……（２）
上記式（１）は尿素水１３の熱分解式であり、この反応に水は寄与しない。また式（２）はイソシアン酸（ＨＮＣＯ）からアンモニア（ＮＨ3）への加水分解式である。この加水分解により生成されたアンモニア（ＮＨ3）は水に溶け易いため、アンモニア水（飽和水蒸気圧以上）になり、二酸化炭素（ＣＯ2）は水に溶け難く、一部が加熱によりアンモニア水に溶け込み、大部分がアンモニア水に分散した状態になる。
【００３６】
このように尿素水改質器１４で尿素水１３を蒸発させずにアンモニア水に改質するので、水のみが蒸発して尿素が結晶化することを防止できる。この結果、尿素水改質器１４内に結晶化した尿素が堆積するのを防止できる。また尿素水改質器１４で改質されたアンモニア水は、ガス状の二酸化炭素を含むけれども、大部分が液体であり、圧力が変化しても容積があまり変化しないため、排気管１５へのアンモニア水の供給量は最適な流量に容易に制御できる。この噴射ノズル１７から排気管１５内に噴射されたアンモニア水は排ガス温度が比較的低温であっても速やかに気化してアンモニアガスになり、このアンモニアガスは排ガスとともに選択還元型触媒１２に流入する。この排ガスとともに選択還元型触媒１２に流入したアンモニアガスは排ガス中のＮＯｘ（ＮＯ、ＮＯ2）を還元するための還元剤として機能する。即ち、選択還元型触媒１２で、次の式（３）で示すように、排ガス中のＮＯｘが速やかにＮ2に還元される。
【００３７】
ＮＯ＋ＮＯ2＋２ＮＨ3 → ２Ｎ2＋３Ｈ2Ｏ         ……（２）
上記式（３）は、排ガス中のＮＯ及びＮＯ2が選択還元型触媒１２でアンモニアガスと反応して、ＮＯ及びＮＯ2がＮ2に還元される化学反応式を示す。この結果、排ガス温度が比較的低いときであっても排ガス中のＮＯｘを効率良く低減できる。
【００３８】
一方、排ガス温度が１８０℃を越えると、コントローラ３８は、触媒温度センサ３３の検出出力に基づいて、ヒータ１４ｂをオフする。但し、コントローラ３８は、ポンプ駆動モータを所定の速度で作動させ、流量調整弁３１を所定の開閉回数（単位時間当たり）、所定の開時間及び所定の閉時間で開閉する。これにより尿素水１３は尿素水改質器１４でアンモニア水に改質されずに、そのまま尿素水改質器１４を通過して、噴射ノズル１７から排気管１５に噴射される。この噴射された尿素水は比較的高温の排ガスによりアンモニアガスに改質されるので、このアンモニアガスは選択還元型触媒１２上で排ガス中のＮＯｘをＮ2に還元する還元剤として機能し、排ガス中のＮＯｘが効率良く低減される。
【００３９】
＜第２の実施の形態＞
図５及び図６は本発明の第２の実施の形態を示す。図５及び図６において図２及び図３と同一符号は同一部品を示す。この実施の形態では、尿素水改質器６４は、筒状の改質ケース６４ａと、この改質ケース６４ａの外周面に螺旋状に巻回されたヒータ６４ｂと、この改質ケース６４ａに充填された複数の無機質多孔質体６４ｃとを有する。改質ケース６４ａは、両端が開放された四角筒状のケース本体６４ｄと、ケース本体６４ｄの両端面に取外し可能に取付けられケース本体６４ｄの両端面をそれぞれ開放可能に閉止する一対の四角板状のフランジ６４ｅ，６４ｅと、ケース本体６４ｄ内にこのケース本体６４ｄの長手方向に所定の間隔をあけて設けられた複数の仕切板６４ｆとからなる。これらの仕切板６４ｆによりケース本体６４ｄ内が互いに連通する複数の空間に区画され、これらの空間に複数の無機質多孔質体６４ｃが充填される。上記改質ケース６４ａは、第１の実施の形態の改質ケースと同一の材料により形成され、無機質多孔質体６４ｃは、第１の実施の形態の無機質多孔質体と同一材料により同一形状に形成される。
【００４０】
一方、ケース本体６４ｄの入口側端面を閉止するフランジ６４ｅの下部には改質ケース６４ａ内に尿素水を供給するための供給用短管６４ｇが接続され、ケース本体６４ｄの出口側端面を閉止するフランジ６４ｅの上部には改質ケース６４ａ内からアンモニア水又は尿素水を排出するための排出用短管６４ｈが接続される。また尿素水改質器６４は断熱材６４ｉが充填された断熱ケース６４ｊにより覆われる。これによりヒータ６４ｂの発生した熱の放散を抑制できる。更に図５中の符号６４ｋ，６４ｋは無機質多孔質体６４ｃが改質ケース６４ａ内から供給用短管６４ｇ内や排出用短管６４ｈ内に転がり出るのを阻止する網体である。上記以外は第１の実施の形態と同一に構成される。
【００４１】
このように構成された排ガス浄化装置では、改質ケース６４ａに流入した尿素水が複数の空間を蛇行しながら通過するので、尿素水の無機質多孔質体６４ｃとの接触率が高くなり、尿素水をより効率良くアンモニア水に改質できる。上記以外の動作は第１の実施の形態の動作と略同様であるので、繰返しの説明を省略する。
【００４２】
＜第３の実施の形態＞
図７〜図１０は本発明の第３の実施の形態を示す。図７〜図９において図２及び図３と同一符号は同一部品を示す。この実施の形態では、尿素水改質器８４は、棒状のヒータ８４ａと、ヒータ８４ａの外周面に螺旋状に巻回され尿素水が流通する還元剤流通管８４ｂと、還元剤流通管８４ｂの内周面にコーティングされ尿素水を吸着する吸着剤層８４ｃ（図１０）とを有する。ヒータ８４ａとしては、金属シース（金属製極細管）の中にニクロム線等の発熱体８４ｄを遊挿し、金属シースと発熱体８４ｄとの隙間に、高純度の無機絶縁物の粉末を充填して構成された、いわゆるシーズヒータを用いることが好ましい。また還元剤流通管８４ｂは、ＳＵＳ３１６、ＳＵＳ３０４、インコネル（ハンティントン  アロイズ  カナダ  リミテッド社製の登録商標）等の熱伝導率が１５〜１７Ｗ／(ｍ・Ｋ)と比較的高い金属により形成される。これによりヒータ８４ａの熱が還元剤流通管８４ｂの内面に効率良く伝達される。
【００４３】
一方、吸着剤層８４ｃは、多孔質のゼオライトやモレキュラーシーブ（ユニオン・カーバイト社の開発した合成ゼオライトの商品名）等を用いて、厚さ０．０１〜０．１ｍｍに形成されることが好ましい（図１０）。また吸着剤層８４ｃは、還元剤流通管８４ｂに伝わったヒータ８４ａの熱を還元剤流通管８４ｂの内方に伝達する熱媒体としての機能と、尿素水を染み込むように吸着する吸着剤としての機能とを有する。なお、吸着剤層８４ｃには、チタニアやジルコニア等の触媒を担持することができる。吸着剤層８４ｃに触媒を担持することにより、尿素水の加水分解を促進できる。また尿素水改質器８４は断熱材８４ｅが充填された断熱ケース８４ｆにより覆われる（図７及び図８）。これによりヒータ８４ａの発生した熱の放散を抑制できる。
【００４４】
一方、尿素水改質器８４の入口圧力を検出する圧力センサ８６は、ヒータ８４ａに巻回される直前の還元剤流通管８４ｂに設けられ、この還元剤流通管８４ｂ内の尿素水の圧力を検出する（図７及び図９）。またヒータ８４ａへの還元剤流通管８４ｂの巻き始め部近傍のヒータ８４ａ表面温度が第１温度センサ９１により検出され、ヒータ８４ａへの還元剤流通管８４ｂの巻き終わり部近傍のヒータ８４ａ表面温度が第２温度センサ９２により検出される。即ち、ヒータ８４ａをオンした状態で、第１温度センサ９１によりヒータ８４ａで加熱され始めた還元剤流通管８４ｂ内の尿素水の温度が間接的に検出され、第２温度センサ９２によりヒータ８４ａで加熱され終わった還元剤流通管８４ｂ内のアンモニア水の温度が間接的に検出される。更に還元剤流通管８４ｂの一端（尿素水改質器８４への尿素水の供給側端部）は第１供給管１６ｂに接続され、還元剤流通管８４ｂの他端（尿素水改質器８４からのアンモニア水又は尿素水の排出側端部）は第２供給管３２に接続される。上記以外は第１の実施の形態と同一に構成される。
【００４５】
このように構成された排ガス浄化装置では、尿素水がヒータ８４ａに螺旋状に巻回された還元剤流通管８４ｂ内を流通しているときに、還元剤流通管８４ｂがヒータ８４ａの熱を還元剤流通管８４ｂの内面に伝達し、吸着剤層８４ｃが尿素水を染み込むように吸着するので、尿素水を螺旋状の還元剤流通管８４ｂ内で効率良くアンモニア水に改質できる。また棒状のヒータ８４ａの外周面に還元剤流通管８４ｂを螺旋状に巻回するだけで済むので、還元剤流通管８４ｂを比較的低い精度で加工工数を増大せずに比較的容易に作製できる。上記以外の動作は第１の実施の形態の動作と略同様であるので、繰返しの説明を省略する。
【００４６】
なお、上記第１〜第３の実施の形態では、本発明の排ガス浄化装置をディーゼルエンジンに適用したが、本発明の排ガス浄化装置をガソリンエンジンに適用してもよい。また、上記第１〜第３の実施の形態では、本発明の排ガス浄化装置をターボ過給機付ディーゼルエンジンに適用したが、本発明の排ガス浄化装置を自然吸気型ディーゼルエンジン又は自然吸気型ガソリンエンジンに適用してもよい。更に、上記第１〜第３の実施の形態では、触媒温度センサを触媒ケースのうち選択還元型触媒より排ガス入口側に設けたが、選択還元型触媒に関係する温度を検出できれば、触媒温度センサを触媒ケースのうち選択還元型触媒より排ガス出口側に設けたり、或いは触媒温度センサを触媒ケースのうち選択還元型触媒より排ガス入口側及び排ガス出口側の双方に設けてもよい。
【符号の説明】
【００４７】
１１  ディーゼルエンジン（エンジン）
１２  選択還元型触媒
１３  尿素水
１４，６４，８４  尿素水改質器
１４ａ，６４ａ  改質ケース
１４ｂ，６４ｂ，８４ａ  ヒータ
１４ｃ，６４ｃ  無機質多孔質体
１６  尿素水供給手段
１７  噴射ノズル
１５  排気管
３３  触媒温度センサ
３４，８６  圧力センサ
３８  コントローラ
６４ｆ  仕切板
８４ｂ  還元剤流通管
８４ｃ  吸着剤層
【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】
0005865074.tif 000007
【図７】
0005865074.tif 000008
【図８】
0005865074.tif 000009
【図９】
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【図１０】
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