(57)【要約】  ＩＣエンジンの排気ガスに含まれるＮＯｘの選択的な触媒減少に使用するようになったアンモニア含有ガスを発生させるための装置を記載する。装置は尿素の水溶液を収容する加水分解反応器（１０１）を有し、尿素の水溶液は、使用時に、排気ガスとの熱交換により上昇した温度に加熱され、尿素を加水分解し、アンモニア含有ガスを解放する。圧力制御弁（１０５）は、アンモニア含有ガスの圧力が反応器（１０１）内で所定の上昇した圧力を達成するのを可能にするような実質上閉じた位置と、ガスが所定の圧力以上になった場合の開いた位置との間で作動できる。リザーバ（１０６）は、圧力制御弁（１０１）がその開いた位置にあるときに、反応器（１０１）から放出されたすべてのアンモニア含有ガスを受け取り、アンモニア含有ガスを排気ガスへ送るための出口を有する。リザーバ（１０６）はＩＣエンジンの作動中アンモニア含有ガスを貯蔵し、ＩＣエンジンのオフに続いて、アンモニア含有ガスは凝縮する。ＩＣエンジンの冷えた始動時に、アンモニア含有ガスの凝縮物は排気ガスへ送るためのアンモニア含有ガスに変換される。【選択図】図１
2008530447.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＩＣエンジンの排気ガス内に含まれるＮＯｘの選択的な触媒減少に使用するためのアンモニア含有ガスを発生させる装置において、
ａ）（明細書で定義したような）尿素の水溶液を収容するための加水分解反応器と；
ｂ）排気ガスとの熱交換により上記溶液を上昇した温度に加熱し、それによって、尿素を加水分解してアンモニア含有ガスを解放するための手段と；
ｃ）アンモニア含有ガスの圧力が上記反応器内で所定の上昇した圧力を達成するのを可能にするような実質上閉じた位置と、ガスが上記所定の圧力以上になった場合の開いた位置との間で作動できる弁手段と；
ｄ）上記弁がその開いた位置にあるときに上記反応器から放出されたすべてのアンモニア含有ガスを受け取るための入口と、アンモニア含有ガスを排気ガスへ送るための出口とを有し、上記ＩＣエンジンの作動中にアンモニア含有ガスを貯蔵し、当該ＩＣエンジンのオフに続いて、アンモニア含有ガスを凝縮するように作用するリザーバと；
ｅ）上記リザーバを加熱する手段と；
を有し、
上記ＩＣエンジンの冷えた始動時に、上記リザーバを加熱する手段が凝縮物をアンモニア含有ガスに分解するように作動することを特徴とする装置。
【請求項２】
通常の作動中、上記リザーバが排気導管内の圧力以上の圧力に維持されることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３】
上記反応器が排気ガスとの熱交換によってのみ加熱されることを特徴とする請求項１又は２に記載の装置。
【請求項４】
上記反応器は、高温の排気ガスと当該反応器の外表面の一部との間の直接接触が生じるように、上記排気導管内で位置することを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の装置。
【請求項５】
上記反応器が電気加熱手段により部分的に加熱されることを特徴とする請求項１又は２に記載の装置。
【請求項６】
上記反応器が初期には上記排気導管との熱交換及び電気手段の双方により加熱され、当該排気反応器が作動温度及び圧力になった後には、上記電気加熱手段がオフされ、該反応器が排気ガスとの熱交換によってのみ作動温度及び圧力に維持されることを特徴とする請求項５に記載の装置。
【請求項７】
上記反応器は、同反応器が上記ＩＣエンジンの始動時期の実質上直後から上記リザーバから引き出されているガスの補充を開始できるように、当該ＩＣエンジンの始動前に上記電気加熱手段により予め加熱されることを特徴とする請求項５に記載の装置。
【請求項８】
作動中、上記リザーバがその中のガスの凝縮を阻止するように上昇した温度に維持されることを特徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載の装置。
【請求項９】
上記リザーバが実質上一定の温度に維持されることを特徴とする請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
上記リザーバに適用される熱が熱伝達により高温排気ガスから供給されることを特徴とする請求項８又は９に記載の装置。
【請求項１１】
上記リザーバが上記排気導管内へ部分的に突出することを特徴とする請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
上記リザーバは、始動時に凝縮した液体を排気ガスにより加熱するために、その中で凝縮しているいかなる液体をも上記排気導管内へ突出する上記反応器の部分に対する重力の影響の下に排出させるように、形状づけられることを特徴とする請求項１１に記載の装置。
【請求項１３】
上記リザーバが上記排気導管内に全体的に位置することを特徴とする請求項１０に記載の装置。
【請求項１４】
上記リザーバが空気ギャップにより高温排気ガスとの直接の接触から隔離されることを特徴とする請求項１０に記載の装置。
【請求項１５】
上記空気ギャップが絶縁材料を含むことを特徴とする請求項１４に記載の装置。
【請求項１６】
上記リザーバの内容物を加熱するための電気ヒータを設けたことを特徴とする請求項８ないし１５のいずれかに記載の装置。
【請求項１７】
上記電気ヒータが高温排気ガスからの熱伝達を補足するように始動時に使用されることを特徴とする請求項１６に記載の装置。
【請求項１８】
排気ガスが比較的冷たい場合の低エンジン負荷の期間において、上記電気ヒータが高温排気ガスの加熱効果を補足するために使用されることを特徴とする請求項１６又は１７に記載の装置。
【請求項１９】
上記電気ヒータは、上記エンジンの始動時に排気ガス処理のために直ちに利用できるようにするため、上記リザーバ内の水性カルバミン酸アンモニウムをアンモニア含有ガスに実質上戻されるように、当該ＩＣエンジンの始動前にオフされることを特徴とする請求項１６ないし１８のいずれかに記載の装置。
【請求項２０】
上記リザーバは、熱の連続する入力が当該リザーバを昇温し続けないように、少なくともある作動状態において、熱出力に対する熱入力の平衡が行われるように、環境に対して熱を失わせる手段を有することを特徴とする請求項１４又はこれに従属する任意の請求項に記載の装置。
【請求項２１】
過剰な熱を除去し、排気ガスの温度よりも低い実質上一定の温度に上記リザーバを維持するように作動できる可変の冷却回路を設けたことを特徴とする請求項１０又はこれに従属する任意の請求項に記載の装置。
【請求項２２】
上記冷却回路が同冷却回路との熱交換を有することを特徴とする請求項２１に記載の装置。
【請求項２３】
上記リザーバが１２５ないし２５０℃の温度で維持されることを特徴とする請求項１ないし２２のいずれかに記載の装置。
【請求項２４】
上記リザーバが１８０ないし２２５℃の温度で維持されることを特徴とする請求項２３に記載の装置。
【請求項２５】
上記リザーバが冷却したとき、その中の圧力が実質上大気圧に低下することを特徴とする請求項１ないし２４のいずれかに記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は内燃（ＩＣ）エンジンの排気ガスの窒素酸化物（ＮＯｘ）流出物を減少させるための装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＮＯｘの選択的な触媒減少（ＳＣＲ）を行うために、ガスが触媒を通過する前に、ＩＣエンジンの排気ガスの流れ内へ試薬を導入することは周知である。
現在の産業上の解決策は、液体試薬を高温排気ガス内に射出して排気ガスをアンモニアに分解し、次いでアンモニアをＳＣＲ触媒内でＮＯｘと反応させ、ＮＯｘを無害な物質に変換することである（湿式スプレー装置）。液体試薬は、大気温度では、安定した媒体であるが、上昇した温度では、分解して少なくともアンモニアガスを形成する。液体試薬は好ましくは尿素又はビウレットやカルバミン酸アンモニウムのような関連する物質（ここでは、集合的に「尿素」として参照し定義する）の水溶液である。問題に対するこの解決策は満足な結果を提供するが、更に良好なＮＯｘ減少のためには法令を変える必要があり、湿式スプレーシステムが十分に作動していても、導入地点とＳＣＲ触媒との間の運行距離において尿素を完全に分解するのに十分な最小温度の排気ガスを必要とするため、排気温度が一層低くなることがあるようなエンジン始動又はアイドリング状態に対しては十分に適するものとは言えない。特に、湿式スプレーシステムは約２００℃のその限界で作動し、始動及びアイドリング状態中、排気ガスの温度はこの温度よりもかなり低くなることがある。これは、このようなエンジン状態中に現在のシステムをオフしなければならず、それ故ＮＯｘを除去できないか、または、このような状態に対処するための別の手段を設けなければならないことを意味する。現在、ＮＯｘ出力の制限を満たすために湿式スプレーシステムと組み合わせた排気ガス再循環（「ＥＧＲ」）が提案されているが、この結果としては、車両は共通の問題を解決するために２つの独立のシステムを具備しなければならず、車両に対する費用及び重量を増大させてしまう。更に、ＥＧＲはエンジンの燃料効率を減少させてしまう。
【０００３】
車中でアンモニア含有ガスを生じさせ、排気ガスシステム内への導入前にアンモニアを一時的に貯蔵するためにリザーバを組み込んだ、湿式スプレーシステムに対するいくつかの代わりの解決策が提案されている。このようなシステムは米国特許第６，３６１，７５４号明細書に示され、このシステムはアイドリング状態中の投与の問題を克服できるが、システムが短時間作動した場合、始動状態即ち条件を満たす問題に取り組むことができず、そのため、例えばシステムと並列な排気ガス再循環のような別の技術を必要とする。
【０００４】
米国特許第６，３０１，８７９号明細書に開示されたシステムは、低温始動で使用するためにシステムの通常の作動中にカルバミン酸アンモニウムを捕獲するための低温始動アンモニア発生器を有する。しかし、このシステムは極端に複雑であり、すべての部品を暖かい状態に維持するために沢山の加熱を必要とし、始動のためにほんの少量のガスが必要な状況のために設計されている。これは、低温においてはかなり有効ではない旧式のＳＣＲ触媒にとっては十分であるが、一層新式の触媒は冷えた始動サイクル中多量のアンモニアを利用できるようにする必要のある一層低い温度で十分に機能する。更に、冷えた始動をチャージするために作動中の発生したガスの主要な体積を引き出す場合、装置の全体の生産率の増大が必要になる。更に、閉端容器であるようなカルバミン酸アンモニウム捕獲器へガスが入る前に、その捕獲器から空気を空にする手段が必要となる。
【特許文献１】米国特許第６，３６１，７５４号明細書
【特許文献２】米国特許第６，３０１，８７９号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的はＩＣエンジン（特に、これに限定されないが、ディーゼルエンジン）のためのＳＣＲシステムの通常の運転及び冷えた始動サイクルにおいて使用するアンモニアガスの生産のための改善された装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明によれば、ＩＣエンジンの排気ガス内に含まれるＮＯｘの選択的な触媒減少に使用するためのアンモニア含有ガスを発生させる装置が提供され、この装置は、ａ）（ここで定義するような）尿素の水溶液を収容するための加水分解反応器と、ｂ）排気ガスとの熱交換により溶液を上昇した温度に加熱し、それによって、尿素を加水分解してアンモニア含有ガスを解放するための手段と、ｃ）アンモニア含有ガスの圧力が反応器内で所定の上昇した圧力を達成するのを可能にするような実質上閉じた位置と、ガスが所定の圧力以上になった場合の開いた位置との間で作動できる弁手段と、ｄ）弁がその開いた位置にあるときに反応器から放出されたすべてのアンモニア含有ガスを受け取るための入口と、アンモニア含有ガスを排気ガスへ送るための出口とを有し、ＩＣエンジンの作動中にアンモニア含有ガスを貯蔵し、ＩＣエンジンのオフに続いて、アンモニア含有ガスを凝縮するように作用するリザーバと、ｅ）リザーバを加熱する手段と；を有し、ＩＣエンジンの冷えた始動時に、リザーバを加熱する手段が凝縮物をアンモニア含有ガスに分解するように作動することを特徴とする。
【０００７】
凝縮物をアンモニア含有ガスに分解することにより、その源は、加水分解反応器がその通常の上昇した作動温度及び圧力に達する前に、ＮＯｘの減少に使用するためにＩＣエンジンの冷えた始動において提供される。
【０００８】
好ましくは、通常の作動中、リザーバは排気導管内の圧力以上の圧力に維持される。システムの通常の作動中アンモニア含有ガスの貯蔵を提供することにより、リザーバはエンジンの負荷変化について投与すべきアンモニアのための要求における遷移的な変化に対する迅速応答を可能にする。リザーバ無しでシステムを使用することは比較的容易であるが、システムにおける要求が殆ど変化しないか又はほんの徐々に変化するような状況においてアンモニアが「オンデマンド」で有効に生産される場合は、商業車又は乗用車において見られるような高動的作動状況において、「オンデマンド」で試薬を加水分解するのに要する有限時間のため、通常、エンジン作動状態の変化の時点とアンモニア含有ガスの供給をこのような状態に適合させる時点との間にタイムラグ即ち時間遅れが生じる。
【０００９】
アンモニア含有ガス生成物の発生地点と排気ガス導入地点との間にリザーバを配置することにより、排気ガス内へアンモニア含有ガスを投与すべき要求は実質上リアルタイムに満たすことができる。更に、反応器からのリザーバの分離は、反応器内での作動状態が一定に保たれ、すなわち、反応器内の圧力が排気ガス内へのアンモニア含有ガスの投与の結果として変動しないことを保証し、それ故、反応器を出る実質上一貫したガス生成混合物を生じさせる。
【００１０】
好ましくは、反応器は排気ガスとの熱交換によってのみ加熱され、排気ガス内で利用できる「自由な」エネルギを使用する簡単な加熱システムをもたらす。この目的のため、反応器は好ましくは、高温の排気ガスと反応器の外表面の少なくとも一部との間の直接接触が生じるように、排気導管内で位置する。
【００１１】
代わりに、反応器は電気加熱手段により少なくとも部分的に加熱することができる。好ましくは、反応器は初期には排気導管との熱交換及び電気手段の双方により加熱され、排気反応器が作動温度及び圧力になった後には、電気加熱手段はオフされ、反応器は排気ガスとの熱交換によってのみ作動温度及び圧力に維持される。
【００１２】
別の代わりの好ましい実施の形態においては、反応器は、反応器がＩＣエンジンの始動時期の実質上直後からアンモニア含有ガスを生じさせることができるように、ＩＣエンジンの始動前に電気加熱手段により予め加熱される。
【００１３】
ＩＣエンジンがオフされたとき、ある体積の残留アンモニア含有ガスがリザーバ内に存在し、アンモニア含有ガスは短時間だけ生産され続ける。リザーバが冷えると、リザーバ内のアンモニア含有ガスの圧力は低下し、リザーバの表面上で水が凝縮する。温度及び圧力が更に低下すると、アンモニア及び二酸化炭素の一部が組み合わさってカルバミン酸アンモニウムを発生させ、これは凝縮した水内に溶け出し、カルバミン酸アンモニウムの溶液を形成する。反応器内の圧力及び温度はまた低下し、反応器内に含まれるガス生成物は同じプロセスを受け、水性カルバミン酸アンモニウムは反応器内の水性尿素と混合する。リザーバ内のアンモニア含有ガス生成物が冷えて凝縮すると、反応器内の圧力は実質上大気圧まで（好ましくは、反応器内の圧力のような大気圧よりも僅かに低い圧力まで）低下し、それによって、エンジンが運転していない間に、アンモニアがシステムから逃げるのを実質上排除する。これは特に、例えば加圧されたシステムから逃げたアンモニアが囲われた環境内に存在して囲われたアンモニアを形成するような車庫の如き包囲された空間内に車両を駐車させることがあるような例えば商業車又は乗用車のような自動車のＩＣエンジンにとって、重要である。
【００１４】
冷えた始動中、即ち、ＩＣエンジンが大気温度から始動される場合、反応器がＮＯｘ減少プロセスに使用するためのアンモニア含有ガス生成物を生じさせる前に時間期間が存在し、そのため、ＮＯｘ減少プロセスにアンモニアを利用できる前に、時間遅れが生じる。この時間遅れは次のいくつかの因子の組み合わせの結果である：これらの因子とは、排気ガスが（ＩＣエンジンが通常無負荷又は極めて小さな負荷状態の下で始動され、それ故通常の作動温度に達するのに一層の時間を要するという事実により折り合いをつけられた）その通常の作動温度に達するのに要する時間、排気ガスと反応器内の液体試薬との間の熱伝達係数、及び液体上方の水頭空間に対する反応器内の液体の体積の比である。この結果は、初期の始動中に流出物規格を満たすことが困難になる。流出物規格はますます一層厳しくなっているので、ＮＯｘを処理していないこの期間は許容できない。
【００１５】
冷えた始動時に、熱がリザーバに適用され、これは補助の反応器として作用し、凝縮した水を蒸発させ、その中に溶けたカルバミン酸アンモニウムを熱的に分解してアンモニア及び二酸化炭素を生じさせ、従って、ＩＣエンジンの停止前にリザーバの内容物をその元の状態に戻す。作動しているとき、リザーバは上昇した温度に維持され、その中のガスが凝縮するのを阻止する。好ましくは、リザーバは実質上一定の温度に維持される。
【００１６】
好ましくは、熱は通常の作動中及び冷えた始動中の双方において高温排気ガスからの熱伝達によりリザーバに供給される。この目的のため、リザーバは好ましくは、その一部が排気導管を通して突出するか又は排気導管の一部を形成するように、位置する。リザーバ内での冷えた始動反応にとって必要な熱及び時間が反応器内での加水分解反応を駆動するのに必要なものより一層小さい場合、リザーバからのガスは排気ガスへの導入のために一層早く利用することができる。
【００１７】
しかし、好ましくは、リザーバの内容物を初期に加熱するための電気加熱素子が設けられ、この素子は高温排気ガスにより供給される熱に対して隔離して又は組み合わせて使用することができる。
【００１８】
別の好ましい構成においては、電気ヒータが高温排気ガスからの熱伝達を補足するように始動時に使用され、それによって、水性カルバミン酸アンモニウムの一層速い反応を可能にする。好ましくは、システムが作動温度まで達した後、電気加熱素子は使用されなくなり、リザーバの温度は排気ガスにより実質上維持される。排気ガスが比較的冷たい場合の低エンジン負荷の期間においては、高温排気ガスの加熱効果を補足するために電気ヒータを使用することができる。冷えた始動中に電気ヒータが使用されるとき、エンジンの始動時に直ちに利用できるようにするため、リザーバ内の水性カルバミン酸アンモニウムがアンモニア含有ガスに実質上熱的に分解されるように、ＩＣエンジンが始動する前に、好ましくはヒータがオンされる。
【００１９】
１つの好ましい構成においては、リザーバは、随意には絶縁材料を含む空気ギャップにより高温排気ガスとの直接の接触から隔離され、電気加熱素子を具備する。空気ギャップを横切る熱伝達は作動状態の下でリザーバを上昇した温度に維持するのに必要な熱の大半を生じさせるのに十分なものであり、排気ガスとの熱伝達の加熱効果を補足するために、必要なら、電気ヒータが始動において使用される。
【００２０】
好ましくは、熱の継続する入力がリザーバを昇温し続けなくするために、熱出力に対する熱入力のバランスがほぼその作動温度において達成できるように、リザーバは環境へ熱を解放する手段を有する。
【００２１】
排気ガス温度とは独立にリザーバの温度を制御することが好ましいような別の構成においては、リザーバは排気導管の完全に外部に配置され、好ましくは、排気導管のその近傍部分により加熱される。好ましくは、上述のように水性カルバミン酸アンモニウムを熱的に分解するために始動時に使用するようになった電気ヒータを設ける。電気ヒータ又は付加的なヒータはまた、随意には、始動中にガスの凝縮が生じないことを保証するように、リザーバの全外表面を加熱することができる。好ましくは、システムが作動温度に達した後には、電気加熱素子（単数又は複数）は使用されず、リザーバへの熱入力は排気ガスからの放射及び伝導熱により提供される。リザーバの温度の一層精確な制御が必要な場合、過剰な熱を除去し、排気ガスの温度よりも低い実質上一定の温度でリザーバを維持するように作動できる可変の冷却回路を設ける。好ましくは、この冷却回路はエンジン冷却回路の一部であるか又はエンジンの冷却又は循環回路に熱を伝達するための熱交換器を有する。好ましくは、リザーバは１２５ないし２５０℃の温度、好ましくは１８０ないし２２５℃の温度に維持される。
【００２２】
１つの好ましい構成においては、リザーバは排気導管から外部に実質上位置するが、熱交換のために排気導管内へ延びる区分を有し、この区分は、リザーバ内のいかなる液体もが排気導管内へ延びる区分の方に向かって排水されるように、配列される。始動時に、この区分内のいかなる液体もが高温排気ガスにより作用を受け、これをアンモニア含有ガスに変換する。好ましくは、排気導管内へ延びるリザーバの部分は熱パイプを有する。
【００２３】
本発明のシステムは上述した好ましい特徴の任意の１つ以上を含む。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
単なる例として、添付図面を参照しながら、ここで本発明を説明する。
図１を参照すると、図示の本発明のシステムは入口１０２を通して加圧された水性尿素溶液を供給される反応器１０１を有する。尿素は体積比にしてほぼ３２％の尿素であり、理想的には、グリーンチェム・ホールディングスＢ．Ｖ．(GreenChem Holdings B.V.)から入手できるＡｄＢｌｕｅである。供給率はポンプ１０３により規制され、このポンプは反応器１０１を部分的に充填された状態に維持するために反応器１０１内に位置する液体レベルインジケータ（図示せず）に応答して制御される。反応器１０１は、高温排気ガスの流れが反応器１０１上を通過してその中の尿素を加熱するように、ＩＣエンジンの排気導管１０４内に位置する。温度が上昇すると、尿素は加水分解により分解を開始してアンモニア含有ガスを生じさせ、従って液体レベルの上方の反応器１０１内の水頭空間内の圧力を上昇させる。圧力制御弁１０５は反応器１０１の頂部の方に位置し、反応器１０１内の圧力が設定圧力好ましくは約２０バールに達した後は、発生した過剰な圧力は圧力制御弁１０５を通過し、それによって、反応器１０１内の圧力を実質上一定に維持する。温度もまた実質上一定に維持されて、加水分解プロセスのための実質上一定の作動状態を与える。圧力制御弁を通過した後、アンモニア含有ガスは、排気導管１０４の部分的に内部及び部分的に外部に位置するリザーバ１０６に入る。リザーバ１０６は、その上を通過する排気ガスにより加熱されてエンジンの通常の作動中にアンモニア含有ガスの凝縮又は結晶化を阻止する、排気導管１０４内の１つの区分、及び、排気ガスの流れに対して外部に位置し、その温度が反応器１０１の温度よりも低くなるように、リザーバ１０６からの熱損失を許容する第２の区分を有する。しかし、アンモニア含有ガスは排気ガス以上の上昇した温度及び圧力に依然として維持される。弁１０７は、リザーバ１０６からノズル１０８を介して導管１０４中を流れる排気ガス内へガスを解放するように制御される。次いで、アンモニア含有ガスは排気ガスと一緒にＳＣＲ触媒（図示せず）を通過し、そこで、アンモニア含有ガスはＳＣＲ触媒の表面上で排気ガス内のＮＯｘと反応し、減少したＮＯｘ流出物を生じさせる。ＩＣエンジンが停止し、それ故排気ガスの流れが停止したとき、熱は環境に吸収され、システムは徐々に冷却する。そのため、加水分解プロセスが停止し、リザーバ１０６内のアンモニア含有ガスは凝縮し始め、最終的に、リザーバの底部において（少量のアンモニア及び二酸化炭素をも含むことのある）カルバミン酸アンモニウムの水溶液のプールを形成する。凝縮が生じると、リザーバ１０６内の圧力が低下し、最終的には、ほぼ大気圧又は僅かにそれ以下の圧力に達する。ＩＣエンジンが再始動すると、高温排気ガスは反応器１０１及びリザーバ１０６上を流れ始め、それによって、これらを加熱する。しかし、反応器１０１は、一層のアンモニア含有ガスを生産できるようになる前にその作動温度及び圧力に達するために有限量の時間を要する。その間に、リザーバ１０６内の水性カルバミン酸アンモニウムのプールは熱的に分解され、その先のガスの形に逆戻りし、反応器１０１により生じる新たなアンモニア含有ガスよりも一層短い時間において使用するために利用で��る。これは、アンモニア含有ガスがエンジンの始動のすぐ後にＳＣＲのために高温排気ガスに適用されるのを許容し、反応器がアンモニア含有ガスを発生させる前の初期の期間においてＮＯｘ流出物を減少させる。
【００２５】
図２を参照すると、反応器２０１が導管２０２及びポンプ２０３により図１と同じ方法で供給を受けるような本発明の別の実施の形態を示す。この実施の形態においては、反応器２０１は排気導管２０４に隣接してその外部に位置する背圧弁２０５で終端する。リザーバ２０６の大半の部分は排気導管２０４の外部に位置し、そこを通る高温排気ガスと混合するようにノズル２０８を介してリザーバ２０６から排気導管２０４内へのアンモニア含有ガスの流れを制御するための弁２０７を有する。リザーバは小さな熱パイプ２０９を有し、このパイプは排気導管２０４を通って延び、排気ガスと直接接触する。システムの一般的な作動は図１を参照して説明したようなものである。リザーバ２０１は、ＩＣエンジンが停止し、システムの冷却がアンモニア含有ガスを凝縮させたときに、凝縮物が熱パイプ２０９内に収集されるように、形状づけられる。それ故、始動時に、凝縮物はすべて高温排気ガスと接触する。更に、補足的な電気ヒータ２１０が設けられ、それによって、付加的な熱を凝縮物に付加することができ、ガスの形へのその再変換を加速し、ＩＣエンジンとＳＣＲにおいて使用するためにシステムへ付加するためのアンモニア含有ガスの用意との間の時間遅れを更に減少させることにより、ＮＯｘ流出物を減少させる。システムの通常の運転中、電気ヒータ２１０がオフされるような温度まで達した後、排気ガスと排気導管２０４内のリザーバ２０６の部分との間の熱伝達伝導により、リザーバは上昇した温度に維持される。
【００２６】
図３を参照すると、リザーバ３０１、導管３０２、ポンプ３０３及び圧力制御弁３０５が図２における対応する素子と同じ方法で作動するようなシステムの別の実施の形態を示す。リザーバ３０６は排気導管３０４の完全に外部に位置し、そのため、高温排気ガスによって直接加熱されない。リザーバは弁３０７及びノズル３０８を介して排気導管に結合され、リザーバ内におけるようなアンモニア含有ガスが、ＳＣＲ触媒（図示せず）を通って一緒に流れる前に、排気ガスに適用されるのを許容する。リザーバ３０６は電気ヒータ３１１により加熱され、このヒータはリザーバ３０６の温度をその中のガスの凝縮開始温度以上の温度に上昇させ、リザーバをその温度に維持させる。ヒータはリザーバを２００℃の領域において実質上一定の温度に維持させるように制御される。
【００２７】
図４を参照すると、図２、３の組み合わせであって、素子が同じ方法で作用するようなシステムを示す。リザーバ４０６は、リザーバ４０６の底部において排気導管４０４の外部に位置する小さな熱パイプ４０９を具備する。ＩＣエンジンがオフされ、リザーバ４０６内のアンモニア含有ガスが凝縮すると、結果としての溶液は熱パイプ４０９内に収集される。熱パイプは溶液を投与の準備のためのアンモニア含有ガスに迅速に再変換するように高動力形式の電気ヒータ４１０を具備する。リザーバ４０６はまたリザーバ４０６の一般的な加熱のための低動力形式とすることのできる一般的なヒータ４１１を具備する。
【００２８】
図５を参照すると、入口５０２を介して加圧水性尿素の供給を受ける反応器５０１を有するような本発明のシステムを示す。供給の流れはポンプ５０３により規制され、このポンプは、反応器５０１を部分的に充填された状態に維持するように、反応器５０１内に位置する液体レベルインジケータ５１２に応答して制御される。反応器５０１は、高温排気ガスの流れが反応器５０１上を通過し、その中の尿素を加熱してこれを加水分解し、アンモニアと水と二酸化炭素との混合物である反応ガスを生じさせるように、ＩＣエンジンの排気導管５０４内に位置する。圧力制御弁５０５は反応器５０１の頂部に向いて位置し、反応器５０１内の圧力が設定圧力好ましくは約２０バール以上に達した後、発生したいかなるガスもが圧力制御弁５０５を通過し、それによって、反応器５０１内の圧力を実質上一定に維持する。圧力制御弁を通過した後、アンモニア含有ガスは排気導管４０４の部分的内部及び部分的外部に位置するリザーバ５０６へ入る。リザーバ５０６は、その上を通過する排気ガスにより加熱されてアンモニア含有ガスの凝縮又は結晶化を阻止する、排気導管５０４内の１つの区分、及び、排気ガスの流れに対して外部に位置し、その温度が反応器５０１の温度よりも低くなるように、リザーバ５０６からの熱損失を許容する第２の区分を有する。リザーバ５０６が上昇した温度を有する環境内に位置することができるので、リザーバ５０６を通してのその環境への自然の温度損失が十分でなくなることがあり、周囲温度に依存するような最終温度を制御する可能性は存在しない。それ故、リザーバ５０６は可変速度ポンプ５１４により熱交換器５１５を通してポンピングされる冷却コイル５１３により取り囲まれる。熱交換器５１５はＩＣエンジンの冷却システムとの熱交換により冷却され、典型的にはだいたい一定の温度に維持される。ポンプ５１４の速度はリザーバ５０６内で実質上一定の温度を維持するように制御することができる。弁５０７はリザーバ５０６からノズル５０８を介して導管５０４を通って流れる排気ガス内へアンモニア含有ガスを解放するように制御される。次いで、アンモニア含有ガスは排気ガスと一緒にＳＣＲ触媒（図示せず）を通り、そこで、これらのガスは排気物内のＮＯｘを変換する。ＩＣエンジンが停止し、それ故排気ガスが流れを停止したときに、熱が環境へ失われるので、システムは徐々に冷却する。これが生じると、加水分解プロセスは停止し、リザーバ５０６内のアンモニア含有ガスは凝縮し始め、最終的にはリザーバのベースにおいて（少量のアンモニア及び二酸化炭素をも含むことのある）カルバミン酸アンモニウムの水溶液のプールを形成する。ＩＣエンジンが再始動したとき、高温排気ガスは反応器５０１及びリザーバ５０６上を流れ始め、これらを加熱する。ポンプ５１４は、リザーバがその作動温度に達するまで、コイル５１３内での冷却流体の循環を開始させない。リザーバ５０１は上述のように機能し、一層のアンモニア含有ガスを生じさせることができるようになる前に、その作動圧力及び温度に達するために有限量の時間を要する。その間、反応器５０６内の水性カルバミン酸アンモニウムのプールは熱的に分解され、その元のガス状の形に逆戻りし、反応器５０１により形成されている新たなアンモニア含有ガスよりも一層短い時間において使用するために利用できる。これは、エンジンの始動後まもなく、アンモニア含有ガスが高温排気ガスに適用されるのを許容し、反応器によるアンモニア含有ガスの発生前の初期の期間においてＮＯｘ流出物を減少させる。反応器５０１内の補助のヒータ５１６は、始動中に、反応器が作動温度に達するのに要する時間を減少させるように、排気ガスからの熱を補足するために、使用することができる。
【００２９】
図４、５を参照すると、図４のシステム内への図５のヒータ５１６の導入はシステムをイネーブル化し、ＩＣエンジンの始動前に、ヒータ５１６、４０９、４１１がシステムを作動温度にさせるように作動できるようにし、そのため、システムはＩＣエンジンの始動の直後にアンモニア含有ガスを排気ガスに適用する準備が整い、それによって、エンジンの始動それ故ＮＯｘの生産と本発明のシステムによるその減少との間のいかなる遅れをも排除する。
【００３０】
図６を参照すると、排気導管６０４に隣接して室６１７内に位置するシステムのリザーバ６０６の断面図を示す。空気ギャップ６１８は導管からリザーバ６０６を隔離し、空気ギャップ６１８を横切る熱伝達はリザーバ６０６を加熱する。このギャップを横切る熱伝達率は空気ギャップ６１８内に絶縁材料を付加することにより制御することができる。リザーバ６０６は入口及び出口と、関連する投与弁（図示せず）とを有する。リザーバ６０６はこれに関連する加熱素子６１１を有する。ヒータ６１１は、リザーバ６０６内の凝縮物を加熱し、導管６０４を通って流れる排気ガス内への投与の用意のためにそのガス状の状態に戻すように、始動前又は始動中に使用することができる。
【００３１】
図７を参照すると、図６の頂面図を示す。リザーバ７０６は排気導管７０４に隣接して室７１７内に位置し、これを取り囲む空気ギャップ７１８を有する。室７１７の表面の第１の部分７１９は高温排気ガスとの接触部を形成し、室７１７の表面の残りの部分は大気に曝され、熱はこの部分を通して失われる。好ましくは、上面の残りの部分に対する第１の部分７１９の比率は、リザーバ７０６が実質上一定の温度で維持されるように、ある作動状態において、熱損失に対する熱入力の平衡が達成されるようなものである。
【００３２】
本発明の要旨内で、１つの又は他の実施の形態を参照してここで説明した種々の素子は相互交換できることを認識されたい。例えば、本発明の要旨内に入るシステムは任意の特定の実施の形態に関して明白に述べていない特徴の組合せを含むことができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明に係るシステムの実施の形態を示す図である。
【図２】熱パイプを組み込んだ、本発明の別の実施の形態を示す図である。
【図３】電気加熱を組み込んだ、本発明の別の実施の形態を示す図である。
【図４】電気加熱及び熱パイプを組み込んだ、本発明の別の実施の形態を示す図である。
【図５】冷却システムを組み込んだ、本発明の別の実施の形態を示す図である。
【図６】排気導管に隣接するリザーバを示す、垂直断面図である。
【図７】図６に示す構成を通る水平断面図である。
【図１】
2008530447.tif 000003
【図２】
2008530447.tif 000004
【図３】
2008530447.tif 000005
【図４】
2008530447.tif 000006
【図５】
2008530447.tif 000007
【図６】
2008530447.tif 000008
【図７】
2008530447.tif 000009
【国際調査報告】
2008530447.tif 000010
2008530447.tif 000011
2008530447.tif 000012