(57)【要約】  本発明は、エンジン排気処理システムに噴射するための尿素水溶液を調整するための装置に関し、該装置は調整された尿素溶液を噴射システムに運搬するための未調整の尿素溶液を受け入れるための入口と、出口とを有する尿素溶液調整タンクと、タンク内の尿素の濃度を示す信号を生成するセンサーと、前記タンク内の前記尿素溶液を加熱するためのヒーターと、前記タンクから水蒸気を取り除くために前記タンク内の蒸気圧を低下させるための蒸発装置を含む。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジン排気処理システムに噴射するための尿素水溶液を調整するための装置であって、
未調整の尿素溶液を受け入れるための入口と、出口とを有する尿素溶液調整タンクと、
前記尿素溶液から水を除去するためのデバイスとを備える、装置。
【請求項２】
前記尿素溶液から水を除去するための前記デバイスは、前記タンク内の蒸気圧を低下させるためのデバイスからなる、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記蒸気圧を低下させるための前記デバイスは、蒸発線によって前記調整タンクに接続されたベンチュリ管を含む、請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記尿素溶液から水を除去するための前記デバイスは、前記タンク内の前記尿素溶液を加熱するためのヒーターからなる、請求項２に記載の装置。
【請求項５】
前記タンク内の尿素の濃度を示す信号を生成するセンサーと、前記信号を受信するように接続され、更に前記ヒーターと前記タンク内の前記蒸気圧を低下させるための前記デバイスとを制御するように接続及び構成されたコントローラーとを備える、請求項４に記載の装置。
【請求項６】
前記コントローラーは、前記調整タンクへの未調整の尿素溶液の流れを制御するように構成及び接続される、請求項５に記載の装置。
【請求項７】
前記コントローラーは、高濃縮溶液からの尿素の析出を防止するのに十分な高さの温度に前記調整タンク内の溶液を維持するように前記ヒーターを制御するように構成される、請求項５に記載の装置。
【請求項８】
前記尿素溶液から水を除去するための前記デバイスは、前記タンク内の前記尿素溶液を加熱するためのヒーターからなる、請求項１に記載の装置。
【請求項９】
前記尿素溶液から水を除去するための前記デバイスは、前記タンク内の蒸気圧を低下させるためのデバイスからなる、請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
前記蒸気圧を低下させるための前記デバイスは、蒸発線によって前記調整タンクに接続されたベンチュリ管を含む、請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
前記タンク内の尿素の濃度を示す信号を生成するセンサーと、前記信号を受信するように接続され、更に前記ヒーターと前記タンク内の前記蒸気圧を低下させるための前記デバイスとを制御するように接続及び構成されたコントローラーとを備える、請求項９に記載の装置。
【請求項１２】
前記コントローラーは、高濃縮溶液からの尿素の析出を防止するのに十分な高さの温度に前記調整タンク内の溶液を維持するように前記ヒーターを制御するように構成される、請求項８に記載の装置。
【請求項１３】
前記タンク内の尿素の濃度を示す信号を生成するセンサーと、前記信号を受信するように接続され、更に前記尿素溶液から水を除去するための前記デバイスを制御するように接続及び構成されたコントローラーとを備える、請求項１に記載の装置。
【請求項１４】
前記コントローラーは、前記調整タンクへの未調整の尿素溶液の流れを制御するように構成及び接続される、請求項１３に記載の装置。
【請求項１５】
前記タンク上に取付けられた圧力逃し弁を備える、請求項１に記載の装置。
【請求項１６】
車両上の源から加圧空気を供給するために前記タンクに接続された線を備える、請求項１に記載の装置。
【請求項１７】
内燃エンジン排気用の選択接触還元システムにおいて噴射するための尿素水溶液を調整する方法であって、
供給タンク内に初期尿素濃度の尿素水溶液を貯蔵するステップと、
大量の前記尿素水溶液を前記供給タンクから調整タンクへとポンプ輸送するステップと、
前記調整タンク内の前記尿素水溶液から水を除去して前記尿素水溶液中の尿素の濃度を目標濃度に上昇させるステップとからなる、方法。
【請求項１８】
前記水を除去するステップは、前記調整タンク内の圧力を低下させることと、前記調整タンクから蒸発した水を誘導することからなる、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記調整タンク内の前記尿素水溶液を加熱して前記尿素水溶液から水を蒸発させるステップを含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項２０】
前記調整タンク内の前記尿素水溶液を加熱して、前記溶液からの尿素の析出を防止するのに十分な温度を維持するステップを含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項２１】
前記調整タンク内の溶液のレベルを検知するステップと、閾値レベルの検知に応じて、所定量の尿素水を前記調整タンクへとポンプ輸送するステップとを含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項２２】
前記調整された尿素水溶液中の尿素の前記目標濃度は、３２．５％尿素以上である、請求項１７に記載の方法。
【請求項２３】
前記調整された尿素水溶液中の尿素の前記目標濃度は、約７６．９％尿素である、請求項１７に記載の方法。
【請求項２４】
前記調整タンク内の前記尿素水中の尿素の濃度を決定するステップと、前記目標濃度を所定量超えた場合に、前記調整タンクに未調整の尿素溶液を添加するステップとを含む、請求項１７に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジン排気用の選択接触還元システムにおいて噴射するための尿素水反応剤を調製するための方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃焼排気ガスから窒素酸化物（ＮＯｘ）を除去するための選択接触還元（ＳＣＲ）は、長年、例えば固定装置、発電所及びボイラーで使用されてきた。周知のように、ＳＣＲは、アンモニア又は別の試薬とＮＯｘを触媒の存在下で反応させてＮＯｘを窒素ガスと水蒸気とに変換することによって作用する。
【０００３】
更に近年になると、この方法は、モバイルアプリケーションにおける使用、例えば、道路車両、電車、及び船舶におけるエンジン排気での使用に関して関心が抱かれてきた。上述のように、ＳＣＲプロセスの一形式では、アンモニアを使用してＮＯｘを窒素ガスと水とに変換する。アンモニアを運ぶのを避けるために、供給タンク内に車上で貯蔵された尿素水溶液を使用するシステムもある。尿素水溶液は、排気流に導入され、熱と水の存在下でアンモニアとＣＯ２とに分解する。アンモニアは、動作温度まで加熱されたＳＣＲ触媒の存在下で、燃焼ガス内のＮＯｘを窒素と水蒸気とに還元する。
【０００４】
尿素水は、（無水アンモニア等の他の形態とは対照的に）溶液の安定性、排気への供給の容易さ、及び車両への分配と車両での運搬の相対的な容易さのために使用される。尿素水溶液は、一般に３２．５％尿素溶液として運搬、貯蔵、及び使用されるが、その理由はこの濃度が最適凝固点抑制を有するからである。
【０００５】
尿素をアンモニアに分解するプロセスは、吸熱反応である。尿素水溶液が排気ガス流に噴射されると、分解プロセスは、さもなければ触媒の加熱に利用できるであろう排気熱エネルギーを消費する。水は、尿素を分解するために必要である。理論混合比は、尿素３．３３ｇ対水１ｇであり、溶液中では、尿素７６．９重量％と水２３．１％である。市販の３２．５％尿素水溶液は６７．５％の水留分を含むが、これは理論量を上回る。更なる水蒸気が燃焼排気中に存在し、存在する過剰量の水に更に添加して尿素を分解する。３２．５％水溶液中の過剰水は、ＮＯｘ還元反応における希釈剤であって、更に水塊を蒸気状態まで、そしてその後排気システム温度まで加熱するために排気エネルギーを消費する。水の加熱に排気エネルギーを使用することによって排気ガスが冷却されて、ＳＣＲ触媒表面をその動作温度に保持することがより難しくなる。
【発明の概要】
【０００６】
本発明は、ＳＣＲシステムに向かう排気流に噴射するための尿素水溶液を、該溶液から過剰水を除去することによって調製するためのシステム及び方法である。水の濃度が低い溶液は排気熱を吸収する水が少なくなるため、本発明の方法及びシステムは、排気熱エネルギーを有利に節約し、ＳＣＲ性能を向上させる。本発明に係るシステム及び方法は、車両の運転中に能動的に制御することができ、市販の３２．５％尿素溶液を出発原料として便利に利用する。
【０００７】
本発明に係る装置は、未調整の尿素溶液を受け入れる入口と、出口とを有する尿素溶液調整タンクと、尿素溶液から水を除去するためのデバイスとを含む。
【０００８】
本発明によれば、尿素溶液から水を除去するためのデバイスは、タンク内の蒸気圧を低下させるためのデバイス、又はタンク内の尿素溶液を加熱するためのヒーターを含む。好適な実施形態によれば、タンク内の蒸気圧を低下させるためのデバイスもヒーターも尿素溶液から水を除去するために使用される。
【０００９】
本発明の別の態様によれば、蒸気圧を低下させるためのデバイスは、蒸発線によって調整タンクに接続されたベンチュリ管を含む。
【００１０】
本発明に係る装置は、タンク内の尿素の濃度を示す信号を生成するセンサーと、信号を受信するように接続され、更にヒーターとタンク内の蒸気圧を低下させるためのデバイスとを制御するように接続及び構成されたコントローラーとを含む。コントローラーは、調整タンクへの未調整の尿素溶液の流れを制御するように構成及び接続される。コントローラーは、更に高濃縮溶液からの尿素の析出を防止するのに十分な高さの温度に調整タンク内の溶液を維持するようにヒーターを制御するように構成される。
【００１１】
本発明に係る装置及び方法は、尿素水溶液を反応剤として用いるＳＣＲシステムと共に有利に使用することができる。例えば、本発明は、トラック又は乗用車等の車両用のＳＣＲシステムに組み込むことができる。本発明は、例えばガスタービン、ボイラー、コジェネレーションなど、多くの構成の固定燃焼装置と共に使用することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
本発明は、添付図面に関連して以下の詳細な説明を参照することでより良く理解されるであろう。
【００１３】
【図１】選択接触還元システムを備えた内燃エンジンの概略図である。
【図２】本発明に係る調整装置の概略図である。
【図３】本発明に係る調整装置の代替実施形態の概略図である。
【図４】図２又は図３の装置の調整タンク及びコントローラーの概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
図１は、大型トラックに見られるような、ディーゼルエンジン装置に組み込まれたＳＣＲシステムを概略的に示す。ディーゼルエンジン１０内の燃焼により排気ガスが発生し、この排気ガスは排気導管１２によってエンジンから運ばれて出口１４で空気中に放出される。排気後処理システムは、環境への放出前に排気ガスの特定の成分を除去する。そのようなシステムの一例として、図示の後処理システムは、排気から粒子状物質（例えば、すす）を除去するための粒子フィルター１６を含む。選択接触還元（ＳＣＲ）装置は、粒子フィルターの下流の排気導管１２に接続されたＳＣＲ触媒２２を含んでおり、排気ガス中の窒素酸化物を窒素と水とに変換する。ＳＣＲ装置は、液体形態の反応剤、今回の使用時は、尿素水溶液反応剤を保持するための貯蔵タンク２４を含む。ポンプ２６は、尿素水溶液をインジェクター２８へ移動させ、このインジェクター２８が溶液をＳＣＲ触媒２２の上流の排気ガス流に導入する。溶液中の尿素は、アンモニアと二酸化炭素とに分解し、排気ガスと混合して触媒２２に流入し、そこでアンモニアが触媒に吸着される。触媒の存在下で、アンモニアは、窒素酸化物と酸素を窒素と水とに還元する。還元反応は温度依存性であって、約３５０℃〜４５０℃で最も効果的に作用するが、触媒材料、構造、触媒体中の反応剤の滞留時間等の要因によって約２５０℃程度の温度でも起こり得る。従って、効果的な結果を得るために触媒を動作温度で維持する必要がある。
【００１５】
貯蔵タンク２４内の尿素水溶液は、尿素分解に必要とされる以上の水を含有しており、周囲温度又はその付近の温度である。尿素溶液が排気ガス流に噴射されると、尿素をアンモニアに分解するため（吸熱反応）、水留分を周囲温度から（又はヒーターが利用されている場合は噴射温度から）水の沸点まで加熱するため、水の蒸発潜熱を克服するため、並びに更に混合した排気ガス、水、及び尿素を最終混合温度まで加熱するために、排気ガスのエネルギーが消費される。これは、ＳＣＲ触媒の温度を加熱及び／又は維持するためには利用できないエネルギーである。現行方式では、この失われた熱エネルギーを埋め合わせるために、エンジンをより高い排気ガス温度が生じるように作動させたり、いわゆる第７インジェクターを設けて炭化水素を排気ガスに噴射したりする場合がある。両方とも、燃料消費及びＣＯ２排出量を増加させるので望ましくない。
【００１６】
尿素水溶液は、３２．５重量％尿素濃度の水溶液としてディーゼル排気流体という名称で市販されている。尿素をアンモニアに完全に分解するために必要な尿素の水に対する理論混合比は、水のグラムに対して３．３３グラムの尿素である。３２．５％尿素溶液は、６７．５％の水、尿素１グラムにつき６．９２グラムの水の比率である。この水の量は、ディーゼル燃焼の排気流に通常存在する水蒸気を考えた場合は特に、必要とされる量をはるかに上回っている。過剰水は、完全分解を確実にするために必要であって、尿素の結晶化の防止にとって有益であるが、上記のように、欠点がある。
【００１７】
本発明の方法及び装置によれば、市販されているままの３２．５％尿素溶液は、ＳＣＲ反応に向かう排気ガスへの噴射前に少なくとも一部の過剰水を除去するように調整される。噴射前の溶液から水を除去することにより、過剰水を加熱するために消費される排気熱エネルギーが少なくなって、そのエネルギーを触媒の加熱に利用できるようになり、結果として排気ガスにエネルギーを追加する必要が減ることになる。
【００１８】
調整された溶液は水のグラムに対して３．３３グラムの尿素を有し、これが分解反応の理論混合比であるため、７６．９％尿素濃度が好適な目標濃度である。この目標濃度付近に調製された溶液では、排気ガス中に存在する水蒸気に依存する必要がなく、調整プロセスの制御において無視してもよい。
【００１９】
溶液から水を除去する際の本発明の利点は、溶液中の水に対する尿素の理論混合比を得るために必要な量よりも少ない量の水を除去することによって得ることができる。従って、溶液は３２．５％以上の目標尿素濃度になるように調整してもよい。実際の目標濃度は、特定の制限要因を考慮して設定してもよい。１つの要因は、エンジン排気ガスは尿素分解プロセスにおいて使用することができる水蒸気を含有しているため、溶液を理論混合比で維持することが厳密には必要ないことである。別の考慮すべき問題は、高濃度に調整された溶液中の尿素が溶液から析出するのを防止するため、溶液を適温で保持する必要があることである。表１は、様々な濃度の溶液中の尿素の溶解度を大気圧下で維持するのに必要な最低温度を示す。
【００２０】
【表１】
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【００２１】
尿素濃度が上昇するにつれて、溶液中の尿素を維持するために必要な温度が上昇する。１グラムの水につき約３．３３グラムの尿素濃度では、尿素の溶解度を維持するために必要な最低温度が約７３℃である。従って、別の考慮すべき事柄は、容器内の溶液の溶解温度を維持する能力である。市販の尿素水溶液であるディーゼル排気流体は、様々な出典により、大気圧下で１００℃〜１０４℃の沸点を有することが報告されている。別の考慮すべき事柄は、容器内の温度及び蒸気圧によるものである、溶液の沸騰或いは連続又は長時間沸騰を回避することであり得る。別の考慮すべき事柄は、濃縮溶液が結晶を形成することによってインジェクターを詰まらせることになるかどうかである。
【００２２】
図２は、本発明の一実施形態に従った尿素溶液調整装置の概略図である。本装置は、未調整の（市販のままの）尿素水溶液を受け入れ、溶液から水を除去して噴射品質溶液を調製する調整タンク３０を含む。調整タンク３０は、貯蔵タンク３３から未調整の溶液を受け入れる供給導管３１によって接続される。貯蔵タンク３３は、未調整の溶液を燃料ステーション等の供給源から受け入れたまま保持する。供給導管３１上に配置されたポンプ３５は、貯蔵タンク３３から調整タンク３０へと溶液をポンプ輸送する。制御弁３７は、未調整の溶液の流れを制御する。コントローラー３９は、ポンプ３５及び制御弁３７の動作を制御するように適切にプログラムされる。
【００２３】
調整された溶液は、インジェクターポンプ５０及びインジェクターノズル５２によって、通常は導管（図示せず）を流れている排気ガスに噴射される。
【００２４】
未調整の尿素水溶液は、該溶液から水を除去することによって調整タンク３０内で噴射用に調製される。本発明によれば、水の蒸気相への蒸発とタンク３０からの水蒸気の除去とによって水が除去される。水は、溶液の加熱、タンク内の蒸気圧の低下、又は加熱と蒸気圧の低下の組み合わせによって蒸発し得る。
【００２５】
図２に示す本発明の一実施形態によれば、真空蒸着法が用いられる。真空蒸着によりタンク３０内の蒸気圧を低下させることで、水を低温で蒸発させる。本発明のある実施形態によれば、ベンチュリ管４０は、タンク３０に接続された蒸発線４２にそのスロートが接続される。源４４からの空気は、ベンチュリ管４０を通って流れるように案内されて、蒸発線４２、従ってタンク３０内の圧力を低下させる。源４４は、ターボチャージャー圧縮機の圧縮機や、加圧空気がそこから迂回することになる、ＳＣＲ触媒の下流の排気流であってよい。蒸発線４２が接続するベンチュリ管４０内の低下した圧力は、タンク３０から空気と水蒸気を引き込んで、タンク圧力を大気圧以下、例えば、約８０〜９０ｋＰａに低下させる。比例弁４６は、蒸発線４２上に接続されて、調整タンクからの水蒸気流を制御する。抽出された水蒸気は、エンジン装置内の別の場所、例えば、圧縮機出口で導入されるように収集タンク４８内で収集されて、シリンダ内又はＳＣＲシステムの下流のサーマルＮＯｘを低減することができる。もちろん、調整タンク３０から除去された水蒸気は、効率を上げるために排気エネルギーを保存する利点をなくすので、ＳＣＲの上流の排気に導入すべきではない。トラックで使用しない場合、収集タンク４８内に収集された水は、燃料補給地で、又は車両の保守中に排水してもよい。或いは、抽出された水蒸気は空気に排気してもよい。
【００２６】
或いは、タンク３０内の蒸気圧を低下させるためのその他のデバイス、例えば、調整タンクから水蒸気と空気を引き込むファン又はポンプを使用してもよい。
【００２７】
蒸発は、溶液を加熱することによって促進することもできる。溶液を加熱するためのヒーター３２を調整タンク３０内に設けて、蒸発を加速又は増加させてもよい。ヒーター３２は、電動ヒーター、エンジン冷却液等の作動流体を誘導する熱交換器、又は別の適切なデバイスであってよい。
【００２８】
或いは、上記したように、蒸発はタンクを加熱することによるものであってよい。図３は、水分蒸発する温度まで溶液を加熱するためにヒーター３２が調整タンク３０内に位置付けられる、本装置の代替的実施形態を示す。水蒸気は、蒸発線４２によってタンク３０から収集タンク４８へと除去してもよい。除去される水蒸気の量は、上記のようにヒーターの動作（例えば、ヒーター出力の制御）や弁４６の動作によって制御されることになる。
【００２９】
上記したように、高濃度に調整された溶液中の尿素が溶液から析出するのを防止するため、溶液を適温で保持する必要があり、この目的のためにヒーターが設けられる。溶液を加熱して過剰水の蒸発を促進するための上記したヒーター３２は、溶液を加熱して溶液中の尿素を維持するために便利に使用することができる。ヒーター３２は、上記の表１で参照することができる適温まで流体を加熱するように制御される。調整タンク３０は、溶解温度の維持を補助すると共に、ヒーターへの加熱負荷を軽減するために絶縁してもよい。
【００３０】
調整された溶液の溶解度の維持は、調整タンク３０を大気圧以上に保持することによって促進することができる。これは、調整プロセスがバッチで実行される場合、即ち、溶液の量が調整され、調製された溶液が消費された時にプロセスが停止する（タンク３０内の量が閾値レベルに減少した時に開始される）場合に有利となる。車両上の加圧空気源に接続され、弁４９によって制御される加圧空気線４７は、加圧空気を供給するために調整タンク３０に接続してもよい。コントローラー３９は、それに応じて、調整プロセス及び内圧を監視すると共に、調整プロセスが停止した時にタンク３０の中に加圧空気を入れさせるように制御してもよい。大型トラックは、加圧空気源、例えば、加圧空気源として便利に利用することができる空気圧縮機とタンクを持っている。
【００３１】
本発明によれば任意で、溶液の加熱によって圧力がタンク又はその他の構成部品に損傷を与える可能性があるレベルまで上昇する場合には、圧力逃し弁３４を調整タンク３０上に設けてもよい。圧力上昇は、例えば、蒸発弁４６が閉鎖した後に生じることがある。
【００３２】
本発明の別の態様によれば、蒸発弁４６が閉鎖した後にタンク圧力を大気圧に戻すために、ベント３６をタンク上に設けてもよい。ベント３６は、蒸発プロセス、特に、蒸気圧降下が行われている時はタンクが通気されないように電子制御してもよい。コントローラー３９は、弁４６と連動してベント３６を制御すると共に、更に圧力を監視し、調整タンク３０内が過度の低圧になるのを回避すべく通気させるように構成される。
【００３３】
貯蔵タンク３３及び調整タンク３０は、エンジン（図示せず）が長時間停止した時に調整された流体を調整タンクから貯蔵タンクに流入させるように有利に配設してもよい。エンジンが停止し、ヒーターに利用できる動力がないと、調整された溶液が冷えることになり、尿素が溶液から析出することになる。弁３７は、調整された溶液を貯蔵タンク３３に戻って流入させると共に、析出を防止するためにより薄い溶液と混合するように制御される。調整タンク３０及び貯蔵タンク３３が調整タンクを貯蔵タンクに重力排水できるように位置付けられていない場合、ポンプ３５は、調整された溶液を貯蔵タンクにポンプ輸送するように作動することができる。コントローラー３９は、調整タンク３０を排水するように弁３７の開放を制御するために、エンジン停止後の所定時間間隔を測定するタイマーを含んでもよい。或いは、コントローラー３９は、品質センサーに関連する温度センサー又はヒーター３２（図３に関する以下の説明を参照）を介して調整タンク３０内の溶液の温度を監視すると共に、尿素が溶液から析出し得るところまで温度が低下する前に弁３５を開放して流体を貯蔵タンク３３に排水するように構成される。調整タンク３０の絶縁は、エンジン停止後に溶液を溶解温度に維持するのに役立つであろう。
【００３４】
調整された溶液はバッチ処理する、即ち、車両の作動時間、例えば、毎日又は数時間の間は十分な量で調製することができる。エンジンの始動時、エンジンの予想動作時間に十分な量の未調整の溶液が、貯蔵タンク３３から調整タンク３０へとポンプ輸送されて、調整プロセスが開始される。溶液が一旦所望の尿素濃度に調整されると、調整プロセスは停止する。蒸発線４２上の弁４６は、より多くの水が溶液から除去されるのを防止するために閉鎖する。
【００３５】
バッチ処理システムでは、調整タンク３０は、調整された溶液の消費率によって決まる適当な寸法になるように選択することができ、例えば、一日の動作には約２ガロンであってよい。
【００３６】
或いは、本システムは、噴射の必要に応じて尿素を生成するための連続処理を行うように構成してもよい。連続処理には、例えば、定常状態のエンジン動作条件に関して計算された少量の調整された溶液と、過渡条件に順応するような追加量のみを調製することを含む。従って、およそ１リットル程度の適切な寸法の調整タンクが選択される。小さな調整タンクは、加熱要件を低く保ち、車両の停止時に調整タンク内の未使用の調整された溶液が貯蔵タンクへと排水されることの影響を最小限に抑える。或いは、大きなバッチを大きな調整タンク内で製造し、噴射用に作動デイタンク内に貯蔵することもできるが、作動タンクをメインタンクへと大量に排水する必要がある場合、メインタンクの尿素濃度を大幅に上昇させることになる。
【００３７】
本発明に係るシステムは、コントローラー３９を含む。コントローラー３９は、本システムを作動させるようにプログラムされたマイクロプロセッサベースデバイスであってよい。図２を参照すると、コントローラー３９は、エンジン始動時又は要求に応じて、調整タンクに流入する尿素を制御するために比例ポンプ３５及び比例制御弁３７に接続されて、未使用の調整された溶液をエンジン停止時に貯蔵タンク３３へと排水できるように弁を制御する。コントローラー３９は、更に調整タンクからの水蒸気除去のプロセスを制御するために蒸発線４２上の比例弁４６に接続される。コントローラー３９は、インジェクターポンプ５０及びインジェクターノズル５２への調整された溶液の流れを制御する比例弁５４に接続されると共に、排気ガスへの溶液の噴射を制御するためにインジェクターポンプ５０に接続される。インジェクターポンプ５０及びインジェクター５２を制御するために、コントローラー３９は、当業者には周知であるように、車両上のその他のシステム又はセンサー、例えば排気導管（図示せず）内に配置されたＮＯｘセンサーからの信号を受信するように接続される。便宜上、コントローラー３９は、車両のエンジン制御ユニットであってよい。
【００３８】
図４を参照すると、コントローラー３９は、調整タンク内に位置付けられたヒーター３２に接続されてヒーター機能を制御する。ヒーター３２は抵抗加熱ヒーターであり、例えば、コントローラーはヒーターへの電力を制御する。熱交換器がヒーターとして使用される場合、コントローラー３９は、ヒーターを通る高温の作動流体の流れを制御する弁を作動するように接続される。ヒーター３２は、ヒーター制御の入力として温度信号をコントローラー３９に提供する温度センサーを含む。
【００３９】
コントローラー３９は、更にタンク内に取り付けられたセンサーに接続されて、排気導管内の溶液の調整プロセス及び噴射を制御するための信号を受信する。タンク圧力センサー６２は、タンクに付与される真空を監視及び制御するために設けられる。この信号は、調整タンク３０内の所望の蒸気圧を維持するように蒸発線４２上の弁４６を制御するために使用される。レベルセンサー６４は、ポンプ３５及び弁３７の制御によって、調整タンク３０の充填及び排出を制御するために設けられる。尿素品質センサー６６は、調整プロセスの制御用に調整タンク３０内の溶液中の尿素の濃度を検知するために設けられており、この調整プロセスには、上記のように、溶液の加熱と、所望の目標濃度に達するための水の排出とが含まれる。コントローラー３９は、所望の尿素濃度を超えた場合に、供給タンク３３から未調整の３２．５％尿素溶液を添加するためのフィードバック制御を含む。
【００４０】
本発明に係る方法は、供給タンク内に、３２．５重量％尿素濃度であり得る、未調整の尿素水を貯蔵するステップと、大量の未調整の尿素水を供給タンクから調整タンクへとポンプ輸送するステップと、調整タンク内の尿素水から水を除去して尿素水中の尿素の濃度を目標濃度に上昇させるステップとを含む。
【００４１】
本方法は、調整タンク内の尿素水中の尿素の濃度を決定するステップと、目標濃度を超えた場合に、調整タンクに未調整の尿素溶液を添加するステップとを更に含んでもよい。
【００４２】
水を除去するステップは、調整タンク内の圧力を低下させることと、溶液を加熱して溶液から水を蒸発させることと、調整タンクから蒸発した水を抽出することを含む。
【００４３】
本方法の好適な実施形態によれば、調整タンク内の溶液を加熱するステップは、溶液を少なくとも７３℃まで加熱することを含む。
【００４４】
本発明の一実施形態によれば、本方法は、調整タンク内の所定量の未調整の尿素水を供給タンクにポンプ輸送するステップと、所定量を目標の尿素濃度まで調整するステップを含んでおり、未調整の尿素水の所定量は、所定時間の間のＳＣＲシステムの動作に十分であるように計算される。
【００４５】
本方法の代替的実施形態によれば、調整方法は、選択接触還元システムに関連するエンジンが動作している時に連続的に機能する。
【００４６】
本発明によれば、目標尿素濃度は３２．５％尿素以上、好ましくは約７６．９％尿素である。
【００４７】
本発明は、市販されている３２．５％尿素溶液に関連して説明してきた。しかしながら、本発明は、過剰の水を含有する排気ガス処理用の任意の反応剤の調整に適用できるものとして理解すべきであり、排気流への噴射前の水の除去から恩恵を受けることになる。
【００４８】
本発明は好適な構成部品、実施形態及び方法ステップに関して説明したが、本発明の技術的範囲は添付の特許請求の範囲によって決定される。
【図１】
2015537148.tif 000004
【図２】
2015537148.tif 000005
【図３】
2015537148.tif 000006
【図４】
2015537148.tif 000007
【手続補正書】
【提出日】平成26年9月9日(2014.9.9)
【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】
車両エンジン排気処理システムに噴射するための尿素水溶液を車上で調整するための装置であって、
市販の尿素水溶液を未調整の尿素溶液として受け入れて貯蔵するための第１のタンクと、前記第１のタンクからの未調整の尿素溶液を受け入れるための入口を有すると共に、出口を有する尿素溶液調整タンクと、
前記尿素溶液調整タンク内で前記尿素溶液から水を除去するためのデバイスと、
前記尿素溶液調整タンクからの尿素溶液を受け入れると共に、前記受け入れた尿素溶液を車両排気流に噴射するように接続されたインジェクターとを備える、装置。
【請求項２】
前記尿素溶液から水を除去するための前記デバイスは、前記調整タンク内の蒸気圧を低下させるためのデバイスからなる、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記蒸気圧を低下させるための前記デバイスは、蒸発線によって前記調整タンクに接続されたベンチュリ管を含む、請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記尿素溶液から水を除去するための前記デバイスは、前記調整タンク内の前記尿素溶液を加熱するためのヒーターからなる、請求項２に記載の装置。
【請求項５】
前記タンク内の尿素の濃度を示す信号を生成するセンサーと、前記信号を受信するように接続され、更に前記ヒーターと前記調整タンク内の前記蒸気圧を低下させるための前記デバイスとを制御するように接続及び構成されたコントローラーとを備える、請求項４に記載の装置。
【請求項６】
前記コントローラーは、前記調整タンクへの未調整の尿素溶液の流れを制御するように構成及び接続される、請求項５に記載の装置。
【請求項７】
前記コントローラーは、高濃縮溶液からの尿素の析出を防止するのに十分な高さの温度に前記調整タンク内の溶液を維持するように前記ヒーターを制御するように構成される、請求項５に記載の装置。
【請求項８】
前記尿素溶液から水を除去するための前記デバイスは、前記調整タンク内の前記尿素溶液を加熱するためのヒーターからなる、請求項１に記載の装置。
【請求項９】
前記尿素溶液から水を除去するための前記デバイスは、前記調整タンク内の蒸気圧を低下させるためのデバイスからなる、請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
前記蒸気圧を低下させるための前記デバイスは、蒸発線によって前記調整タンクに接続されたベンチュリ管を含む、請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
前記タンク内の尿素の濃度を示す信号を生成するセンサーと、前記信号を受信するように接続され、更に前記ヒーターと前記調整タンク内の前記蒸気圧を低下させるための前記デバイスとを制御するように接続及び構成されたコントローラーとを備える、請求項９に記載の装置。
【請求項１２】
前記コントローラーは、高濃縮溶液からの尿素の析出を防止するのに十分な高さの温度に前記調整タンク内の溶液を維持するように前記ヒーターを制御するように構成される、請求項８に記載の装置。
【請求項１３】
前記調整タンク内の尿素の濃度を示す信号を生成するセンサーと、前記信号を受信するように接続され、更に前記尿素溶液から水を除去するための前記デバイスを制御するように接続及び構成されたコントローラーとを備える、請求項１に記載の装置。
【請求項１４】
前記コントローラーは、前記調整タンクへの未調整の尿素溶液の流れを制御するように構成及び接続される、請求項１３に記載の装置。
【請求項１５】
前記調整タンク上に取付けられた圧力逃し弁を備える、請求項１に記載の装置。
【請求項１６】
車両上の源から加圧空気を供給するために前記調整タンクに接続された線を備える、請求項１に記載の装置。
【請求項１７】
内燃エンジン排気用の選択接触還元システムにおいて噴射するための尿素水溶液を調整する方法であって、
供給タンク内に初期尿素濃度の尿素水溶液を貯蔵するステップと、
大量の前記尿素水溶液を前記供給タンクから調整タンクへとポンプ輸送するステップと、前記調整タンク内の前記尿素水溶液から水を除去して前記尿素水溶液中の尿素の濃度を目標濃度に上昇させるステップと、
選択接触還元システムに向かうエンジン排気流に前記目標濃度の尿素水を噴射するステップとからなる、方法。
【請求項１８】
前記水を除去するステップは、前記調整タンク内の圧力を低下させることと、前記調整タンクから蒸発した水を誘導することからなる、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記調整タンク内の前記尿素水溶液を加熱して前記尿素水溶液から水を蒸発させるステップを含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項２０】
前記調整タンク内の前記尿素水溶液を加熱して、前記溶液からの尿素の析出を防止するのに十分な温度を維持するステップを含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項２１】
前記調整タンク内の溶液のレベルを検知するステップと、閾値レベルの検知に応じて、所定量の尿素水を前記調整タンクへとポンプ輸送するステップとを含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項２２】
前記調整された尿素水溶液中の尿素の前記目標濃度は、３２．５％尿素以上である、請求項１７に記載の方法。
【請求項２３】
前記調整された尿素水溶液中の尿素の前記目標濃度は、約７６．９％尿素である、請求項１７に記載の方法。
【請求項２４】
前記調整タンク内の前記尿素水中の尿素の濃度を決定するステップと、前記目標濃度を所定量超えた場合に、前記調整タンクに未調整の尿素溶液を添加するステップとを含む、請求項１７に記載の方法。
【国際調査報告】
2015537148.tif 000008