(57)【要約】アンモニアを貯蔵し、それをエンジンの排気ガス流に注入して窒素酸化物を低減するためのシステムについて記載される。アンモニアは容器（５０）内にアンモニアと水の液体混合物（７０）として貯蔵される。１つのシステムにおいて、混合物を加熱し、水からアンモニアを分離させるために、混合物は排気ガス導管（１６）と接する部分（６２）を有する管を通過し、排気ガス導管の上流部分への注入の前にアンモニアを活性化させるためにアンモニアをさらにノズル（８４）で加熱する。【特許請求の範囲】
【請求項１】
空気中で炭化水素を燃焼させて、ワークを生成する手段（１２）を含み、前記手段はまた、窒素酸化物を含む排気ガスのストリームを生成し、エンジンは排気ガスが大気中に放出される前に排気ガスを通過させる排気管（１６）を有する、エンジンシステム（１０）において、改良点は、
アンモニアの源（３２）と、
前記源と連結され、前記源からアンモニアを受け取り、前記排気管にアンモニアを注入するための注入器装置（３３）と、
前記アンモニアの源はアンモニア（８０）と水（９０）の混合物を含む容器（５０）を具備することから成る、エンジンシステム（１０）。
【請求項２】
前記アンモニアと水の混合物は、水１００グラム当たりアンモニアを２５〜７０グラムの間で含む、請求項１に記載のエンジン。
【請求項３】
前記注入器装置は、前記排気管と熱交換関係にあり、排気ガスの熱を利用してアンモニアと水の混合物を加熱する管部分（６２）を含む、請求項１に記載のエンジン。
【請求項４】
前記加熱された混合物を受け取り、気体アンモニアから液体の水を分離し、それらを異なる経路（９１、８３）に沿って導き、かつ気体アンモニアを前記排気管に注入する分離ステーション（６８）を含む、請求項３に記載のエンジン。
【請求項５】
前記注入器装置は、前記アンモニアと水の混合物を前記源から搬送する管（３６）と、前記管に連結されて前記混合物を前記排気管に注入するノズル（８４）とを含む、請求項１に記載のエンジン。
【請求項６】
空気の存在下で炭化水素を燃焼させ、排気ガスのストリームを生成するエンジンの排気ガスにおける窒素酸化物を低減するための方法であって、
アンモニアと水の混合物（７０）を容器（５０、１１２）の外に進ませ、少なくとも前記アンモニアを前記排気ガスのストリームに注入する工程を含む、方法。
【請求項７】
前記容器の外に進んだ前記混合物の一部に熱を加えて水からアンモニアを分離させる工程と、さらに前記分離されたアンモニアを加熱する工程と、前記加熱されたアンモニアを単独で前記排気ガスのストリームに注入する工程とを含む、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記注入する工程は、前記混合物の水とアンモニアの両方を前記排気ガスのストリームに注入する工程を含む、請求項６に記載の方法。
【請求項９】
アンモニアは混合物の約２０重量％を構成する状態で前記混合物を貯蔵する工程を含む、請求項６に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
（発明の背景）
我々の先願の特許第５，２２４，３４６号および第５，９９２，１４１号において、我々は、窒素酸化物と反応するアンモニア（ＮＨ3）を注入して窒素と水を生成することによりエンジンからの排気ガスにおける窒素酸化物（ＮＯおよびＮＯ2）またはＮＯｘの量を低減させることができることを示す実験について記載した。実用上の問題の１つは、排気ガス流に注入されるアンモニアの貯蔵方法である。アンモニアは約１５０ｐｓｉの圧力で液体として貯蔵され、容器から取り出されて減圧されると、アンモニアは気体になる。かなりの圧力でアンモニアを貯蔵することは、爆発の危険性およびアンモニアの急激な漏れの可能性から望ましくないことが多い。アンモニアを貯蔵する他の方法は、水と溶液中に貯蔵する場合と同様に、アンモニアを尿素（Ｈ2ＮＣＯＮＨ2）として貯蔵し、それを排気ガス流に注入することである。しかしながら、尿素が窒素酸化物と反応して、それらが窒素と水になるのは、アンモニアより長い時間がかかり得る。排気ガスが排気導管を通って大気中に移動すると、排気ガス流の温度は極めて急速に下がるので、反応は極めて急速に発生することが望ましく、従って高い比率の注入材料（アンモニアおよび尿素）が窒素酸化物と反応できるように、反応は排気ガスマニホルド内およびその近くに存在する高温で発生し得る。高圧での貯蔵を必要とせずにアンモニア（ＮＨ3）の貯蔵を可能にし、アンモニアが高温の排気ガスに直接注入されて窒素酸化物と急速に反応し得るシステムは貴重である。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００２】
（発明の概要）
本発明の１つの実施形態によると、アンモニアを貯蔵し、エンジンの排気ガスに注入するためのシステムが提供され、これによりアンモニアを安全に貯蔵し、窒素酸化物との急速な反応のために排気ガスにアンモニアを注入することが可能となる。アンモニアはアンモニアと水の液体混合物として貯蔵される。アンモニアは、好ましくは、水１００グラム当たりアンモニアが３０〜７０グラムの混合物として貯蔵される。液体混合物は容器から導かれる管を通じて流し出される。１つのシステムにおいて、管は排気ガスによって加熱され、アンモニアを水から分離する。他のシステムにおいて、アンモニアと水の混合物は、直接、排気ガスに注入される。
【０００３】
本発明の新規特徴は、添付の請求項において詳細に述べる。本発明は、添付の図面と共に読むことで、以下の説明から最もよく理解される。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００４】
（好ましい実施例の説明）
図１は、エンジン１２が燃料と空気を燃焼させてクランクシャフト１４を回転させるシリンダを有する、本発明のシステム１０を示す。燃焼により、排気管１６から大気に排出される高温の排気ガスが生成される。排気管は、そこから排気ガスを回収する数個のシリンダに接続されるマニホルド２０を含む。排気管に沿って横たわる触媒コンバータ２２は汚染を低減するために、車両エンジンに広く使用される。
【０００５】
図１はアンモニアの源３２を含むアンモニア注入システム３０を示す。注入器装置３３は絞り弁３４と、管部分６２を有する管３６と、４０に注入ノズルとを含む。絞り弁３４は、アンモニアを源から管３６を介して、アンモニアが排気管１６に注入されて高温の排気ガスと混合するアンモニア注入位置４０へと通過させる。位置４０は排気ガスマニホル
ド２０内またはそれに近接しており、アンモニアは極めて高温の排気ガス（通常、高エンジン負荷で１１００°Ｆを超える）と出会い、アンモニアと排気ガスの反応を促進し、それにより窒素酸化物を低減する。
【０００６】
本発明によると、アンモニア用の源３２は水におけるアンモニアの混合物７０を含む容器５０である。図２は、異なる温度で、１００グラムの水を含む溶液において飽和状態のアンモニアの質量を示すグラフ５２を含む。図３はアンモニアと水の溶液におけるアンモニアの飽和質量パーセントを示す同様のグラフ５４を含む。アンモニアの（質量）パーセントは３２°Ｆで約４７％から７２°Ｆで３３％に、２１２°Ｆで０％まで下がる範囲であることが理解される。実際には、出願人は天候に応じてアンモニアのパーセントを変えることができるが、約２５％のアンモニアを確立することが好ましく、それにより混合物の温度が約１０５°Ｆを超えない限り、アンモニアが混合物から出ることはない。また、容器の加熱を避けるために、容器はエンジンから離されており、空冷される。容器が加熱され、気体アンモニアが加圧下で蓄積し始め、圧力がある程度の限界をこえると（例えば、２ｐｉ）、安全弁６０（図１）は大気中に気体アンモニアをゆっくりと放出する。放出されるアンモニアの速度は非常に遅いので、危険ではない。逆止弁６１（図１）により、液体が退く際に空気が入り、液体の上の真空を避けることができる。
【０００７】
アンモニア−水混合物を搬送する管３６は、管３６を通過するアンモニア−水混合物を急速に加熱して、そのアンモニア部分を注入位置４０に搬送するために、排気管１６回りに巻かれる部分６２を有する。
【０００８】
図４は、アンモニアが排気管に注入される前に、アンモニアが分離ステーション６８で水から分離される様子を示す。最初に、７５°Ｆ等の温度の混合物７０は管３６を介して、排気管と熱交換関係にある管部分６２に通過するので、管部分６２内の材料は急速に加熱される。アンモニアの最初のパーセントが約２５％の状態で、混合物が約１０５°Ｆである位置７２に達するまでは、アンモニアは気体として放出されない。混合物の温度が次第に上がるにつれて、より多くのアンモニアが次第に放出される。位置７４で、混合物は約２００°Ｆの温度を有し、混合物内にはほんの数パーセントのアンモニアしか残っていない。８０で示される残りのアンモニアは、アンモニアを経路８３に沿って図４の８４に示される注入器へと搬送する管端部８２に沿って続く。注入器は我々の先願の特許第５，９９２，１４１号に記載されるタイプのものであり得、この結果、極めて高温の排気ガス中への注入に先立って気体アンモニアの急速な加熱を行い、排気ガス流への注入のためにアンモニアを活性化する（アンモニアの一部を構成成分に分解する）。
【０００９】
経路９１に沿って移動する図４に示す液体９０は、極めて低いパーセントのアンモニアしか含まず、廃棄される。図１に示すその廃棄の１つの方法は、極めて低いパーセントのアンモニアを有する液体を、９４における注入用の管９２に沿って排気管内に搬送することである。位置９４は排気ガスの温度がおそらく２５０°Ｆに低減された位置であり、この場合、少量の注入された水は蒸発し、大気中に出される排気ガス流の一部となる。なお、圧力増加が必要とされる注入システム３０に複数の小型のポンプを設置してもよい。図１では、絞り弁３４は、燃料を燃料ライン１０４からエンジンシリンダ内に注入する燃料注入器１０２をも制御する回路１００によって制御される。先願の特許第５，９９２，１４１号に述べたように、これはエンジンへの負荷に応じてアンモニアの量を変化させ、より効果的に窒素酸化物を中和する。
【００１０】
図６はアンモニア（ＮＨ3）および水（ＨＯ2）の混合物７０を含む容器１１２を含むシステム１１０を示す。他の成分を混合物７０に付加できるが、出願人は混合物の大部分が水およびアンモニアであることを好む。アンモニアは窒素酸化物を低減する必要があり、水はアンモニアを保持するのに有用であり、その良性の特質ゆえに容易に廃棄される液体
である。システム１１０において、出願人は、おそらく２５重量％のアンモニアおよび水を有し得る混合物７０を、排気マニホルドの近傍の上流位置またはその中で、排気ガス管１６内に延びるノズル８４を直接通過させる。このシステムは、水がアンモニアと共に高温の排気ガスに注入されて排気ガスがより急速に冷却される傾向にあるという不都合を有する。しかしながら、水およびアンモニアの量は極めて少ないので、水の冷却効果は極めて小さい。このシステムはまた、アンモニアは排気ガス流への注入に先立ってさほど加熱されず、注入前にアンモニアをその構成成分（ＮＨ2およびＮＨ）に分解するために、たとえあったとしても、アンモニアのほんの低いパーセントしか活性化されないという不都合もまた有している。しかしながら、たとえ窒素酸化物を低減する効果が同じように大きくなくても、システム１１０の簡素性によりシステム１１０は有用となり得る。
【００１１】
このように、本発明は、排気ガスへのアンモニアの注入によってエンジンの排気ガスにおける窒素酸化物を低減するためのシステムを提供し、これによりアンモニアの貯蔵を容易にする。アンモニアは、アンモニアと水（他の液体が存在し得る）の混合物として貯蔵され、加圧されたアンモニアガスの発生をさけるためにアンモニアの割合は、好ましくは約１５％〜５０％である。１つのシステムにおいて、混合物を加熱して大部分のアンモニアを気体に変換し、それをなお液体のままである水から分離し、そして気体アンモニアをさらに加熱して少なくともその一部を活性化して、その後排気ガスマニホルドの近くまたはその中で高温の排気ガスに注入する。より簡単なシステムにおいて、アンモニアと水の混合物１５が排気ガス管に向かって流れ、アンモニアと水の両方が排気管に注入される。
【００１２】
本明細書では、本発明の特定の実施形態について記載し、例証したが、変型例および変更例は当業者にとって容易に発生し得ることが認識され、その結果請求項はこのような変型例及び均等物を網羅するように解釈されることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の汚染低減装置が設置されるエンジンの簡略化された概略図である。
【図２】温度の関数として水におけるアンモニアの飽和質量の変化を示すグラフである。
【図３】温度の関数としてアンモニアと水の混合物におけるアンモニアの飽和（質量）パーセントの変化を示す以外は図２と同様のグラフである。
【図４】アンモニアと水の液体混合物の、気体アンモニアと水蒸気への分離を示す、図１のシステムの部分拡大図である。
【図５】図２の装置の一部を示す断面図である。
【図６】本発明の他の実施形態のシステムの簡略化された概略図である。
【図１】
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【図４】
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【図５】
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【図２】
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【図３】
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【図６】
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【国際調査報告】
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