(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排ガスを浄化する排ガス浄化装置において、
前記排ガス中の窒素酸化物を還元する還元触媒と、
窒素酸化物の還元に要する還元ガスを前記還元触媒に供給する還元ガス供給装置と
を備え、
前記還元ガス供給装置は、
前記還元ガスを放出可能な固体還元剤を収容する収容室、及び、前記収容室に連通し、前記収容室から前記還元ガスを流出させる流出口を有する容器と、
前記収容室内に収容された前記固体還元剤を圧縮可能な圧縮装置と、
前記収容室内に収容された前記固体還元剤を圧縮する圧縮方向と交差する方向より前記固体還元剤を加熱する加熱装置と、
前記収容室内に設けられた第１圧力センサ及び第１温度センサと、
前記加熱装置及び圧縮装置の作動を制御する制御装置と、を備え、
前記固体還元剤はアンモニア吸蔵塩によって構成され、
前記制御装置は、前記加熱装置の作動中に前記第１圧力センサ及び前記第１温度センサにより検出された前記収容室内の圧力及び温度の上昇速度が所定値よりも低い場合に前記圧縮装置を作動させて前記固体還元剤を圧縮させる
ことを特徴とする排ガス浄化装置。
【請求項２】
内燃機関の排ガスを浄化する排ガス浄化装置において、
前記排ガス中の窒素酸化物を還元する還元触媒と、
窒素酸化物の還元に要する還元ガスを前記還元触媒に供給する還元ガス供給装置と
を備え、
前記還元ガス供給装置は、
前記還元ガスを放出可能な固体還元剤を収容する収容室、及び、前記収容室に連通し、前記収容室から前記還元ガスを流出させる流出口を有する容器と、
前記収容室内に収容された前記固体還元剤を圧縮可能な圧縮装置と、
前記収容室内に収容された前記固体還元剤を圧縮する圧縮方向と交差する方向より前記固体還元剤を加熱する加熱装置と、
前記収容室内に設けられた第１圧力センサ及び第１温度センサと、
前記加熱装置及び圧縮装置の作動を制御する制御装置と、を備え、
前記固体還元剤はアンモニア吸蔵塩によって構成され、
前記制御装置は、前記第１圧力センサ及び前記第１温度センサによって前記収容室内の圧力及び温度をモニターしながら前記収容室の還元ガスの量が所定量になるように前記加熱装置を作動させているときに前記収容室内の温度が所定値以上になると前記圧縮装置を作動させて前記固体還元剤を圧縮させる
ことを特徴とする排ガス浄化装置。
【請求項３】
前記容器は筒状の胴部を有し、前記圧縮装置は、前記胴部の軸線方向にて前記固体還元剤を圧縮し、前記加熱装置は、前記胴部の外周を囲み、前記胴部を介して前記固体還元剤を加熱することを特徴とする請求項１又は２に記載の排ガス浄化装置。
【請求項４】
前記圧縮装置は、前記容器の前記胴部内に配置され、前記胴部の軸線方向に往復動可能な押圧部材と、前記収容室に収容された前記固体還元剤に対し、前記胴部の軸線方向にて前記押圧部材を押圧する電動シリンダとを有することを特徴とする請求項３に記載の排ガス浄化装置。
【請求項５】
前記還元ガス供給装置は、前記流出口を通じて前記収容室に連通する還元ガス貯蔵室を有するバッファ容器を更に備えることを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載の排ガス浄化装置。
【請求項６】
前記還元ガス供給装置は、前記収容室と前記還元ガス貯蔵室との間に設けられた第１制御弁を更に備えたことを特徴とする請求項５に記載の排ガス浄化装置。
【請求項７】
前記還元ガス供給装置は、前記還元ガス貯蔵室から前記還元触媒に前記還元ガスを供給するための還元ガス供給管に設けられた第２制御弁と、前記還元ガス貯蔵室内に設けられた第２圧力センサ及び第２温度センサとを更に備えたことを特徴とする請求項６に記載の排ガス浄化装置。
【請求項８】
前記還元ガス供給装置は、前記流出口に接続された還元ガス流出管の前記流出口側に設けられたろ過装置を更に備えることを特徴とする請求項１乃至７の何れか一項に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、内燃機関の排ガスを浄化する排ガス浄化装置に係わり、より詳しくは、窒素酸化物の還元に供される還元ガスを貯蔵して選択還元触媒に供給する還元ガス供給装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の排ガス中には窒素酸化物が含まれる。特に、ディーゼルエンジンの排ガス中には多くの窒素酸化物が含まれる。このため、ディーゼルエンジンに適用される排ガス浄化装置は、窒素酸化物を触媒で選択的に還元（ＳＣＲ：Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ
Ｃａｔａｌｙｔｉｃ Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ）する選択還元触媒（以下、ＳＣＲ触媒とも称する）を備え、ＳＣＲ触媒には、窒素酸化物を還元するための還元剤が供給される。
【０００３】
例えば、特許文献１が開示する排ガス浄化装置では、還元剤として尿素水溶液が用いられている。尿素水溶液は、還元剤タンクに貯蔵され、添加モジュール及び噴射ノズルを通じて、ＤＰＦ（ディーゼル微粒子フィルタ）とＳＣＲ触媒との間に位置する排気通路に供給される。
【０００４】
還元剤としては、還元剤タンクの設置スペースや尿素水溶液の補充作業の煩雑さ等を考慮して、尿素水溶液の外に、アンモニアガスを用いることも検討されている。例えば、特許文献２は、アンモニアガスを発生させる還元性ガス発生装置を開示している。この還元性ガス発生装置は、カルバミン酸アンモニウム等のアンモニア由来の固体還元剤を加熱して分解することにより、アンモニアガスを発生させる。
【０００５】
より詳しくは、固体還元剤は、コンテナの固体還元剤収納部に収容され、固体還元剤の下面に接する発熱部の発熱面によって加熱される。発熱部は、通電により発熱する発熱体と、発熱部を覆う絶縁体とで構成されている。そして、コンテナ内には、固体還元剤押圧手段として、バネ装置又は油圧装置が配置される。固体還元剤の体積は分解によって減少するので、固体還元剤押圧手段は、固体還元剤の下面を発熱面に押圧して接触させる。
【０００６】
また、特許文献３が開示するアンモニア供給装置は、固体還元剤押圧手段に相当する加圧装置として、パンタグラフ、及び、パンタグラフを作動させるための電動機を有する。
【０００７】
一方、特許文献４は、アンモニアガスを放出可能なアンモニア吸収塩を開示している。アンモニア吸収塩は、所定の一般式で表される組成を有し、加熱されるとアンモニアガスを放出して残存化合物に変化する。残存化合物は、再度アンモニアガスを吸収してアンモニア吸収塩に復元可能である。
具体的には、アンモニア吸収塩としてＭｇ（ＮＨ３）６Ｃｌ２が開示されており、Ｍｇ（ＮＨ３）６Ｃｌ２はアンモニアガスを放出すると、残存化合物としてのＭｇＣｌ２に変化する。ＭｇＣｌ２はアンモニアガスに曝されると、アンモニアガスを吸収してＭｇ（ＮＨ３）６Ｃｌ２に戻ることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０１０−１５０９７８号公報
【特許文献２】特許第４４０７７１７号公報
【特許文献３】特表２００６−５１９９５２号公報
【特許文献４】特表２００８−５０８１８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ここで、特許文献４が開示するアンモニア吸収塩を、特許文献２が開示する還元性ガス発生装置に適用することが考えられる。
しかしながら、固体還元剤としてアンモニア吸収塩を用いた場合、アンモニアガス放出後に、残存化合物が分解されずに残る。そして、アンモニア吸収塩は、発熱部に接触している側から加熱されるので、発熱部に近い側からアンモニアガスを放出して残存化合物に変化する。
【００１０】
この場合、ある程度アンモニアガスを放出した後には、発熱部が残存化合物を介してアンモニア吸収塩を加熱することになる。残存化合物の密度は、アンモニアガスの放出によって、アンモニア吸収塩に比べて低下している。このため、残存化合物の熱伝導率は相対的に低く、アンモニア吸収塩を効率的に加熱することが出来ない。特に、アンモニア吸収塩を一端側からのみ加熱する場合、他端側を加熱するには多くの熱が必要になる。
【００１１】
この結果、アンモニアガスを発生させるために、より多くの熱が必要となり、電力消費が増えてしまう。電力消費の増加は、還元ガス発生装置が適用された内燃機関の燃費の低下をもたらすという問題がある。
【００１２】
一方、特許文献２の還元性ガス発生装置では、発熱部の温度を上昇させることによって、アンモニアガスの発生速度を速くすることができる。しかしながら、発熱部の温度を上昇させるということは、電力消費の増大につながるという問題がある。つまり、アンモニアガスの発生速度を速くすると、内燃機械の燃費の低下を招くという問題がある。
【００１３】
本発明は、これら問題に鑑みてなされたもので、内燃機関の排ガスを浄化する排ガス浄化装置であって、窒素酸化物の還元に供される還元ガスを放出可能な固体還元剤から、還元ガスを効率的に放出させる還元ガス供給装置を備える排ガス浄化装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記課題を解決するために、本発明は、内燃機関の排ガスを浄化する排ガス浄化装置において、前記排ガス中の窒素酸化物を還元する還元触媒と、前記還元ガスを前記還元触媒に供給する還元ガス供給装置とを備え、前記還元ガス供給装置は、前記還元ガスを放出可能な固体還元剤を収容する収容室、及び、前記収容室に連通し、前記収容室から前記還元ガスを流出させる流出口を有する容器と、前記収容室内に収容された前記固体還元剤を圧縮可能な圧縮装置と、前記収容室内に収容された前記固体還元剤を圧縮する圧縮方向と交差する方向より前記固体還元剤を加熱する加熱装置と、前記加熱装置及び圧縮装置の作動を制御する制御装置と、を備えたことを特徴とする。
【００１５】
かかる発明によれば、固体還元剤が圧縮装置によって圧縮される。固体還元剤が圧縮されることによって、還元ガスの放出に伴い固体還元剤の密度が低下することが抑制される。これにより、還元ガスを放出しても、固体還元剤の熱伝導率の低下が抑制され、固体還元剤が効率良く加熱される。
また、加熱装置が、圧縮装置の圧縮方向とは交差する方向にて固体還元剤を加熱しており、固体還元剤が全体的に加熱される。これによっても、固体還元剤が効率良く加熱される。
このため、固体還元剤が効率良く加熱され、還元ガスの放出に伴う固体還元剤の昇温性の低下が抑制される。この結果として、固体還元剤を圧縮した場合、熱のみを加える場合に比べて、固体還元剤からの還元ガスの放出速度を速くすることができる。放出速度の増大は、充分な量の還元ガスの安定供給を可能にし、供給量の制御性の向上をもたらす。そして、制御性向上によって、窒素酸化物の還元効率が向上するとともに、余剰の還元ガスが排ガス浄化装置から外部へ放出されることが抑制される。
【００１６】
また、所定の放出速度を目標とする場合、加熱装置によって固体還元剤に熱のみを加える場合に比べて、加える熱を抑制し、電力消費を抑制することができる。そして、還元ガス供給装置での電力消費の低減により内燃機関の燃費が向上する。
【００１７】
また、本発明において好ましくは、前記容器は筒状の胴部を有し、前記圧縮装置は、前記胴部の軸線方向にて前記固体還元剤を圧縮し、前記加熱装置は、前記胴部の外周を囲み、前記胴部を介して前記固体還元剤を加熱する。
この構成によれば、胴部を介して固体還元剤を加熱することで、胴部の一端側から加熱する場合に比べて、固体還元剤が全体的に加熱される。このため、固体還元剤からの還元ガスの放出が進行しても、還元ガスを吸蔵している固体還元剤の部分が効率的に加熱される。この結果として、還元ガスの放出に伴う放出速度の減少が抑制される。
【００１８】
また、本発明において好ましくは、前記圧縮装置は、前記容器の前記胴部内に配置され、前記胴部の軸線方向に往復動可能な押圧部材と、前記収容室に収容された前記固体還元剤に対し、前記胴部の軸線方向にて前記押圧部材を押圧する電動シリンダとを有する。
この構成によれば、電動シリンダを用いて固体還元剤を圧縮することで、固体還元剤の圧縮量が高精度にて制御される。この結果として、還元ガスの放出速度を高精度にて制御することができる。
【００１９】
また、本発明において好ましくは、前記還元ガス供給装置は、前記流出口を通じて前記収容室に連通する還元ガス貯蔵室を有するバッファ容器を更に備える。
この構成によれば、収容室から放出された還元ガスを還元ガス貯蔵室に蓄えることで、還元ガス貯蔵室から外部に、還元ガスを必要な量だけ安定して供給することができ、余剰な還元ガスが外部に供給されることを防止できる。また、余剰に発生させた還元ガスを還元ガス貯蔵室に蓄えておくことで、有効に活用することができる。
【００２０】
また、本発明において好ましくは、前記還元ガス供給装置は、前記収容室と前記還元ガス貯蔵室との間に設けられた第１制御弁と、前記収容室内に設けられた第１圧力センサ及び第１温度センサとを更に備える。
この構成によれば、収容室の圧力及び温度に基づいて、収容室内の還元ガスの量が検出される。そして、検出した還元ガスの量に基づいて第１制御弁の開閉又は弁開度の調整を行うことにより、収容室から流出する還元ガスの流出量を高精度にて制御することができる。
【００２１】
また、本発明において好ましくは、前記制御装置は、前記第１温度センサによって検出された前記収容室内の温度が所定値に到達した後に、前記圧縮装置に前記固体還元剤を圧縮させる。
還元ガス供給装置では、収容室内の温度がある程度の温度に到達すると、固体還元剤からの還元ガスの放出が進行し、固体還元剤の密度が低下し始める。そこで、この還元ガス供給装置では、収容室内の温度が所定値に到達した後は、圧縮装置に固体還元剤を圧縮させ、固体還元剤の密度の低下を抑制する。これにより、固体還元剤からの還元ガスの放出が進行しても、固体還元剤の熱伝導率の低下が的確に抑制され、還元ガスの放出速度の低下が抑制される。
【００２２】
また、本発明において好ましくは、前記還元ガス貯蔵室から前記酸化還元触媒に前記還元ガスを供給するための還元ガス供給管に設けられた第２制御弁と、前記還元ガス貯蔵室内に設けられた第２圧力センサ及び第２温度センサとを更に備える。
この構成によれば、還元ガス貯蔵室の圧力及び温度に基づいて、還元ガス貯蔵室内の還元ガスの量が検出される。そして、検出した還元ガスの量に基づいて第２制御弁の開閉又は弁開度の調整を行うことにより、還元ガス貯蔵室から供給する還元ガスの供給量を高精度にて制御することができる。
【００２３】
また、検出した収容室及び還元ガス貯蔵室内における還元ガスの量の多少に基づいて、加熱装置及び圧縮装置の動作を制御し、固体還元剤からの還元ガスの放出速度を的確に調整することができる。一方、還元ガス貯蔵室の圧力が外部よりも低ければ、第２制御弁を閉じておくことにより、不所望の流体が外部から還元ガス貯蔵室に流入することを防止できる。
【００２４】
また、本発明において好ましくは、前記還元ガス供給装置は、前記流出口に接続された還元ガス流出管の前記流出口側に設けられたフィルタの様なろ過装置を更に備える。
この構成によれば、固体還元剤が流出口から外部へと流出することが防止される。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、還元ガスを放出可能な固体還元剤から還元ガスを効率的に放出させる還元ガス供給装置を備える排ガス浄化装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】内燃機関に適用された一実施形態の排ガス浄化装置の構成を概略的に示す図である。
【図２】図１中の還元ガス供給装置の構成を概略的に示す図である。
【図３】図２に相当する図であって、圧縮装置の作動によって固体還元剤が圧縮された状態を示す図である。
【図４】図２中の還元ガス流出管の一端側の端面及び側面を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、本発明を図に示した一実施形態を用いて詳細に説明する。但し、この実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではない。
【００２８】
図１は、車両等の輸送機械の内燃機関１０及び内燃機関１０のための排ガス浄化装置１２の概略的な構成を示している。内燃機関１０はディーゼルエンジンであり、シリンダヘッド１４にはインジェクタ１６及びグロープラグ１７が取り付けられている。インジェクタ１６は、シリンダブロック１８に設けられたシリンダ２０内に燃料としての軽油を噴射する。グロープラグ１７は、低温始動時に点火されて燃料を燃焼させる。
また、シリンダヘッド１４には、吸気ポート２２及び排気ポート２４が設けられ、吸気ポート２２及び排気ポート２４は、吸気弁２６及び排気弁２８によってそれぞれ開閉される。
【００２９】
排気ポート２４から延びる排気通路３０には、ターボチャージャ３２、ＤＯＣ（Ｄｉｅｓｅｌ
Ｏｘｉｄａｔｉｏｎ Ｃａｔａｌｙｓｔ：ディーゼル酸化触媒）３４、ＤＰＦ（Ｄｉｅｓｅｌ Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ｆｉｌｔｅｒ：ディーゼルパティキュレートフィルタ）３６、及び、選択還元触媒３８が、排気ガスの流動方向でみてこの順序で介挿されている。
また、ＤＰＦ３６と選択還元触媒３８の間を延びる排気通路３０の部分には、圧縮機能付きの還元ガス供給装置４０が接続されている。なお、排気通路３０は排気管によって構成されている。
【００３０】
ＤＯＣ３４、ＤＰＦ３６、選択還元触媒３８及び還元ガス供給装置４０は、排ガス浄化装置１２を構成している。
ＤＯＣ３４は、例えば、多孔質セラミックからなる担体と、担体に保持された貴金属等の触媒成分とを有する。ＤＯＣ３４は、排ガスに含まれるＣＯやＨＣを酸化して分解するとともに窒素酸化物（ＮＯｘ）を酸化する。
【００３１】
ＤＰＦ３６は、例えば、多孔質セラミックからなるフィルタ本体と、フィルタ本体に保持された貴金属等の触媒成分とを有する。ＤＰＦ３６は、排ガスに含まれるＰＭ（Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ
Ｍａｔｔｅｒ：粒子状物質）を捕集しており、捕集されたＰＭは再生処理によって酸化分解される。再生処理では、例えば、未燃焼の燃料がＤＯＣ３４に供給されて高温の雰囲気が作り出され、高温雰囲気下でＰＭが酸化分解される。
【００３２】
選択還元触媒３８は、ＮＯｘを触媒で選択的に還元浄化するための触媒（ＳＣＲ触媒）であり、例えば、セラミックからなる担体と、担体に保持された貴金属成分、或いは貴金属以外の触媒成分とを有する。選択還元触媒３８は、排ガス中の窒素酸化物（ＮＯｘ）を還元ガスと反応させて還元する。具体的には、選択還元触媒３８には、窒素酸化物が吸着する一方、還元ガス供給装置４０から還元ガスが供給される。還元ガスは、選択還元触媒３８に吸着している窒素酸化物を還元して分解する。
【００３３】
図２は、還元ガスを選択還元触媒３８に供給する還元ガス供給装置４０の構成を概略的に示す図である。
還元ガス供給装置４０は容器４２を有し、容器４２は、例えば円筒形状等の筒状をなす金属製の胴部４４と、胴部４４の端をそれぞれ気密に閉塞する金属製の蓋４６，４８とからなる。
容器４２の内側には圧縮装置５０が配置されている。圧縮装置５０は、金属製の押圧部材５２とアクチュエータ５４とを有する。押圧部材５２は、容器４２の内部を収容室５６と機械室５８とに気密に仕切り、且つ、容器４２の軸線方向則ち胴部４４の軸線方向にて往復動可能である。
【００３４】
アクチュエータ５４は、機械室５８に配置されており、外部に設けられた制御装置６０に電気的に接続されている。アクチュエータ５４は、制御装置６０からの命令に基づいて、押圧部材５２を動作させる。アクチュエータ５４は、好ましくは、電動シリンダであり、本実施形態ではガイド付きの電動シリンダである。
【００３５】
電動シリンダは、例えば、ハウジング６２、螺子溝付きのロッド６４、ボールを介してロッド６４に螺合されたナット、及び、電動モータを有する。電動モータがナットに対してロッド６４を相対的に回転させることにより、ハウジング６２からのロッド６４の延出量が変化する。ロッド６４の軸線方向及び延出方向は容器４２の軸線方向に一致しており、図３に示したように、ハウジング６２からロッド６４が延び出るほど、押圧部材５２は蓋４６に向けて移動し、収容室５６の容積が縮小する。
【００３６】
収容室５６には、固体還元剤６６が収容されている。固体還元剤６６としては、一例として、特表２００８−５０８１８６号公報に開示されている、アンモニア吸蔵塩を用いることができる。アンモニア吸蔵塩は、一般式：Ｍａ（ＮＨ３）ｎＸｚで示される組成を有する。ただし式中、Ｍは、アルカリ土類金属、並びに、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ及びＺｎ等の遷移金属から選択される一種以上のカチオンであり、Ｘはアニオンであり、添字ｎは２〜１２である。
具体的には、アンモニア吸蔵塩としてＭｇ（ＮＨ３）６Ｃｌ２を用いることができる。この場合、固体還元剤６６から還元ガスとして放出されるのは、アンモニアガスである。
【００３７】
固体還元剤６６は、Ｍｇ（ＮＨ３）６Ｃｌ２等のアンモニア吸蔵塩の粉末を、収容室５６の形状に合わせて、例えば円柱形状に圧縮成形したものであり、軸線を揃えて収容室５６に配置される。固体還元剤６６の一端は蓋４６に対向し、他端は押圧部材５２に対向する。そして、固体還元剤６６の外周面は、胴部４４の内周面と対向し、好ましくは接触する。圧縮装置５０が押圧部材５２を蓋４６に向けて移動させることにより、押圧部材５２によって固体還元剤６６に一軸性の圧縮応力が加えられ、これにより固体還元剤６６は軸線方向にて圧縮される。
なお、収容室５６には、粉末状のアンモニア吸蔵塩が充填されていてもよい。
【００３８】
一方、容器４２には、固体還元剤６６を加熱するための加熱装置６８が取り付けられている。加熱装置６８は、好ましくは、抵抗発熱式ヒータであって、且つ、容器４２の胴部４４の外周を密接して覆う。従って、胴部４４の形状が円筒形状であれば、抵抗発熱式ヒータの形状も円筒形状である。ただし、抵抗発熱式のリボンヒータを巻回することによって、全体として円筒形状をなしていてもよい。加熱装置６８は、制御装置６０に電気的に接続されており、制御装置６０からの命令に基づいて発熱し、容器４２を通じて固体還元剤６６を加熱する。特に、加熱装置６８は、容器４２の胴部４４を介して、胴部４４の径方向にて、則ち圧縮方向とは交差する方向にて、固体還元剤６６を加熱する。
【００３９】
容器４２の蓋４６には、収容室５６に連通する流出口７０が設けられ、流出口７０には、還元ガス流出管７２の一端が接続されている。好ましくは、還元ガス供給装置４０は、容器４２と別体のバッファ容器７４を備え、還元ガス流出管７２の他端がバッファ容器７４に接続されている。バッファ容器７４は、例えば容器４２に固定されており、還元ガスを一時的に蓄える還元ガス貯蔵室７６を有している。バッファ容器７４は、排気通路３０を構成する排気管に還元ガス供給管７８を通じて接続され、還元ガス貯蔵室７６内の還元ガスは、還元ガス供給管７８を通じて選択還元触媒３８に供給される。
【００４０】
ここで、制御装置６０は、例えば電子制御ユニット（ＥＣＵ）からなり、内燃機関１０のための制御装置と一体に設けられていてもよい。制御装置６０は、加熱装置６８による固体還元剤６６の加熱を制御するとともに、固体還元剤６６からの還元ガスの放出速度が速くなるように、圧縮装置５０による固体還元剤６６の圧縮を制御する。
【００４１】
好ましい態様として、還元ガス流出管７２には、第１制御弁８０が取り付けられ、還元ガス供給管７８には、第２制御弁８２が取り付けられている。また、好ましい態様として、収容室５６内には、第１圧力センサ８４及び第１温度センサ８６が設置され、還元ガス貯蔵室７６内には、第２圧力センサ８８及び第２温度センサ９０が設置されている。
【００４２】
第１圧力センサ８４及び第１温度センサ８６は、制御装置６０に電気的に接続されている。制御装置６０は、第１圧力センサ８４及び第１温度センサ８６の出力に基づいて、収容室５６の圧力及び温度を検出し、検出した温度及び圧力に基づいて、収容室５６内の還元ガスの量を検出することができる。
【００４３】
同様に、第２圧力センサ８８、及び、第２温度センサ９０は、制御装置６０に電気的に接続されている。制御装置６０は、第２圧力センサ８８及び第２温度センサ９０の出力に基づいて、還元ガス貯蔵室７６内の圧力及び温度を検出し、検出した温度及び圧力に基づいて、還元ガス貯蔵室７６内の還元ガスの量を検出することができる。
【００４４】
そして、制御装置６０は、第１制御弁８０及び第２制御弁８２に電気的に接続されている。従って、制御装置６０は、収容室５６の圧力及び温度、還元ガス貯蔵室７６の圧力及び温度、並びに、排ガス浄化装置１２の運転側の要求に基づいて、圧縮装置５０による圧縮量、加熱装置６８による加熱量、並びに、第１制御弁８０及び第２制御弁８２の開閉若しくは弁開度の調整をすることができる。
【００４５】
また好ましくは、図４に示したように、還元ガス流出管７２には、流出口７０側の一端に、フィルタ９２が設けられている。フィルタ９２は、固体還元剤６６の粒子が収容室５６から流出するのを防止する機能を有する。
【００４６】
以下、上述した還元ガス供給装置４０の動作の一例について説明する。
内燃機関１０の始動にあわせて、制御装置６０は、収容室５６及び還元ガス貯蔵室７６の温度及び圧力を検出する。そして、制御装置６０は、収容室５６の還元ガスの量が所定量になるように、加熱装置６８を作動させ、固体還元剤６６を加熱する。この間、制御装置６０は、収容室５６の圧力及び温度の上昇速度をモニターし、上昇速度が所定値よりも低い場合には、還元ガス圧縮材６６からの還元ガスの放出速度を速めるために圧縮装置５０を作動させ、固体還元剤６６を圧縮する。
あるいは制御装置６０は、収容室５６内の温度が所定値以上になると、還元ガス圧縮材６６からの還元ガスの放出速度を速めるために圧縮装置５０を作動させ、固体還元剤６６を圧縮してもよい。
【００４７】
この後、収容室５６内の還元ガスの量が所定量に到達すると、制御装置６０は第１制御弁８０を開き、還元ガス貯蔵室７６に還元ガスを流入させる。かくして、制御装置６０は、還元ガス貯蔵室７６内の還元ガスの量が所定量以上に保たれるよう、収容室５６で還元ガスを発生させ、還元ガス貯蔵室７６に還元ガスを流入させる。
そして、還元ガス貯蔵室７６内の還元ガスの量が所定量以上に保たれているときに、排ガス浄化装置１２の運転側から要求を受けると、制御装置６０は、第２制御弁８２を開いて、選択還元触媒３８に還元ガスを供給する。供給された還元ガスは、選択還元触媒３８において、吸着している窒素酸化物を還元して分解する。
【００４８】
上述した一実施形態の還元ガス供給装置４０では、固体還元剤６６が、圧縮装置５０によって圧縮される。固体還元剤６６が圧縮されることによって、還元ガスの放出に伴い固体還元剤６６の密度が低下することが抑制される。これにより、還元ガスを放出しても、固体還元剤６６の熱伝導率の低下が抑制され、固体還元剤６６が効率良く加熱される。
また、加熱装置６８が、圧縮装置５０の圧縮方向とは交差する方向にて固体還元剤６６を加熱しており、固体還元剤６６が全体的に加熱される。これによっても、固体還元剤６６が効率良く加熱される。
【００４９】
かくして、固体還元剤６６が効率良く加熱され、還元ガスの放出に伴う固体還元剤６６の昇温性の低下が抑制される。この結果として、固体還元剤６６を圧縮した場合、熱のみを加える場合に比べて、固体還元剤６６からの還元ガスの放出速度を速くすることができる。放出速度の増大は、充分な量の還元ガスの安定供給を可能にし、供給量の制御性の向上をもたらす。そして、制御性向上によって、窒素酸化物の還元効率が向上するとともに、余剰の還元ガスが外部へ放出されることが抑制される。
なお、固体還元剤６６に対し圧縮によって圧力が加えられることによって、還元ガスを放出させるのに必要な熱が少なくなり、この結果としても放出速度が速くなると考えられる。
【００５０】
また、所定の放出速度を目標とする場合、加熱装置６８によって固体還元剤６６に熱のみを加える場合に比べて、固体還元剤６６を圧縮することで加える熱を抑制し、電力消費を抑制することができる。そして、還元ガス供給装置４０での電力消費の低減により、内燃機関１０の燃費が向上する。
【００５１】
上述した一実施形態の還元ガス供給装置４０では、加熱装置６８が、胴部４４を介して固体還元剤６６を加熱することで、胴部４４の一端側から加熱する場合に比べて、固体還元剤６６が全体的に加熱される。このため、固体還元剤６６からの還元ガスの放出が進行しても、還元ガスを吸蔵している固体還元剤６６の部分が効率的に加熱される。この結果として、還元ガスの放出に伴う放出速度の減少が抑制される。
【００５２】
上述した一実施形態の還元ガス供給装置４０では、アクチュエータ５４としての電動シリンダを用いて固体還元剤６６を圧縮することで、固体還元剤６６の圧縮量が高精度にて制御される。この結果として、還元ガスの放出速度を高精度にて制御することができる。
【００５３】
上述した一実施形態の還元ガス供給装置４０では、収容室５６から放出された還元ガスを還元ガス貯蔵室７６に蓄えることで、還元ガス貯蔵室７６から外部に、還元ガスを必要な量だけ安定して供給することができ、余剰な還元ガスが外部に供給されることを防止できる。また、余剰に発生させた還元ガスを還元ガス貯蔵室７６に蓄えておくことで、有効に活用することができる。
【００５４】
上述した一実施形態の還元ガス供給装置４０では、収容室５６の圧力及び温度に基づいて、収容室５６内の還元ガスの量が検出される。そして、検出した還元ガスの量に基づいて第１制御弁８０の開閉又は弁開度の調整を行うことにより、収容室５６から流出する還元ガスの流出量を高精度にて制御することができる。
【００５５】
上述した一実施形態の還元ガス供給装置４０では、収容室５６内の温度がある程度の温度に到達すると、固体還元剤６６からの還元ガスの放出が進行し、固体還元剤６６の密度が低下し始める。そこで、この還元ガス供給装置４０では、収容室５６内の温度が所定値に到達した後は、圧縮装置５０に固体還元剤６６を圧縮させ、固体還元剤６６の密度の低下を抑制する。これにより、固体還元剤６６からの還元ガスの放出が進行しても、固体還元剤の熱伝導率の低下が的確に抑制され、還元ガスの放出速度の低下が抑制される。
【００５６】
上述した一実施形態の還元ガス供給装置４０では、還元ガス貯蔵室７６の圧力及び温度に基づいて、還元ガス貯蔵室７６内の還元ガスの量が検出される。そして、検出した還元ガスの量に基づいて第２制御弁８２の開閉又は弁開度の調整を行うことにより、還元ガス貯蔵室７６から供給する還元ガスの供給量を高精度にて制御することができる。
【００５７】
また、検出した収容室５６及び還元ガス貯蔵室７６内における還元ガスの量の多少に基づいて、加熱装置６８及び圧縮装置５０の動作を制御し、固体還元剤６６からの還元ガスの放出速度を的確に調整することができる。一方、還元ガス貯蔵室７６の圧力が外部よりも低ければ、第２制御弁８２を閉じておくことにより、不所望の流体が外部から還元ガス貯蔵室７６に流入することを防止できる。
【００５８】
上述した一実施形態の還元ガス供給装置４０では、フィルタ９２によって、固体還元剤６６が流出口７０から外部へと流出することが防止される。
【００５９】
本発明は、上述した実施形態に限定されることはなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、圧縮装置５０は、好ましくは電動シリンダであるが、油圧装置等によって構成されていてもよい。また、加熱装置６８は、好ましくは通電によって発熱する抵抗発熱式ヒータであるが、温水やオイル等の熱媒体を用いた熱交換器を用いてもよい。
そして、還元ガス供給装置４０は、加熱装置６８の外に、蓋４６を介して固体還元剤６６を加熱する他の加熱装置を含んでいてもよい。
また、固体還元剤６６は、固体尿素等であってもよい。この場合でも、圧縮方向とは交差する方向から加熱することで、固体還元剤６６全体を効率的に加熱し、還元ガスを効率的に発生させることができる。
【００６０】
更に、排ガス浄化装置１２は、選択還元触媒３８の下流に更に後段酸化触媒を備えていても良い。後段酸化触媒は、選択還元触媒３８で消費されなかったアンモニアガスを酸化して分解し、排ガス浄化装置１２から外部へのアンモニアガスの放出を防止する。
【産業上の利用可能性】
【００６１】
本発明の排ガス浄化装置によれば、還元ガスを放出可能な固体還元剤を圧縮装置によって圧縮することで、固体還元剤から還元ガスを効率的に放出させることができる。このため、電力消費を抑えながら、選択還元触媒への還元ガスの供給量を高精度にて制御可能であり、窒素酸化物を効率的に還元して排ガスを浄化できる。
【符号の説明】
【００６２】
１０  内燃機関
１２  排ガス浄化装置
４０  還元ガス供給装置
４２  容器
５０  圧縮装置
５２  押圧部材
５４  アクチュエータ
５６  収容室
６６  固体還元剤
６８  加熱装置
７０  流出口
７４  バッファ容器
７６  還元ガス貯蔵室
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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