(57)【要約】【課題】  排気ガスの浄化性能の信頼性及び浄化効率を高めた脱硝装置を提供する。【解決手段】  還元剤添加ノズル５から供給される還元剤の還元作用により、エンジン２からの排気ガス８に含まれるＮＯｘをＳＣＲ触媒３において浄化するＳＣＲシステム１において、ヒータ１８により加水分解反応が促進される最適な温度下として、尿素水を加水分解触媒１７により加水分解し、生成した炭酸アンモニウムを還元剤として用いる。【選択図】        図１
2005273509.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気系に設けられ排気ガス中のＮＯｘを選択還元するＮＯｘ触媒と、
前記排気系のうち当該ＮＯｘ触媒よりも上流側に炭酸アンモニウム又は炭酸水素アンモニウムを供給する還元剤供給手段とを有することを特徴とする脱硝装置。
【請求項２】
請求項１に記載する脱硝装置において、
更に、尿素を炭酸アンモニウムに改質する尿素改質手段を備え、
前記還元剤供給手段は、当該尿素改質手段により生成された炭酸アンモニウムを供給することを特徴とする脱硝装置。
【請求項３】
請求項２に記載する脱硝装置において、
前記尿素改質手段は、加水分解触媒により尿素を炭酸アンモニウムに改質することを特徴とする脱硝装置。
【請求項４】
請求項３に記載する脱硝装置において、
前記尿素改質手段は、前記尿素の水溶液を貯蔵するタンクと、当該タンクより排気系側に設けられた前記加水分解触媒と、加水分解を促進する温度制御手段とを有することを特徴とする脱硝装置。
【請求項５】
請求項３に記載する脱硝装置において、
前記尿素改質手段は、前記尿素の水溶液を貯蔵するタンクと、当該タンクの内部に設けられた前記加水分解触媒と、加水分解を促進する温度制御手段とを有することを特徴とする脱硝装置。
【請求項６】
請求項３ないし５のいずれかに記載する脱硝装置において、
前記加水分解触媒は、金属錯体尿素分解樹脂であることを特徴とする脱硝装置。
【請求項７】
請求項３ないし５のいずれかに記載する脱硝装置において、
前記加水分解触媒は、ウレアーゼであることを特徴とする脱硝装置。
【請求項８】
請求項６又は７に記載する脱硝装置において、
前記温度制御手段の制御温度は、３０℃〜５０℃であることを特徴とする脱硝装置。
【請求項９】
請求項７に記載する脱硝装置において、
前記温度制御手段の制御温度は、７０℃以下であることを特徴とする脱硝装置。
【請求項１０】
内燃機関により駆動される移動手段であって、請求項１ないし９のいずれかに記載する脱硝装置を搭載したことを特徴とする移動手段。
【請求項１１】
炭酸アンモニウム又は炭酸水素アンモニウムを添加し、ＮＯｘ触媒により排気ガス中のＮＯｘを選択還元することを特徴とする脱硝方法。
【請求項１２】
請求項１１に記載する脱硝方法において、
前記炭酸アンモニウムは、尿素を改質して得られることを特徴とする脱硝方法。
【請求項１３】
請求項１２に記載する脱硝方法において、
前記改質は、加水分解触媒による前記尿素の加水分解であることを特徴とする脱硝方法。
【請求項１４】
請求項１３に記載する脱硝方法において、
前記改質は、前記加水分解が促進される温度において、前記尿素の水溶液を前記加水分解触媒に供給して行うことを特徴とする脱硝方法。
【請求項１５】
請求項１３に記載する脱硝方法において、
前記改質は、前記加水分解が促進される温度において、前記尿素の水溶液に前記加水分解触媒を含有させて行うことを特徴とする脱硝方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排気ガスの浄化効率を高めた内燃機関の脱硝装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ディーゼルエンジンから排出される排気ガスには、ＨＣ（炭化水素）、ＣＯ（一酸化炭素）、ＮＯｘ（窒素酸化物）及びＰＭ（Particulate Matter：パティキュレート）等の汚染物質が含まれる。これらの汚染物質の中でもＮＯｘは、酸化触媒やガソリン自動車で実用化されている三元触媒では浄化が難しく、ＮＯｘを浄化することができる有望な触媒として選択還元型ＮＯｘ触媒（以下、ＳＣＲ触媒という）の開発が行われている。
【０００３】
ＳＣＲ触媒はＴｉＯ2あるいはＳｉＯ2−ＴｉＯ2、ＷＯ3−ＴｉＯ2、ＳｉＯ2−ＴｉＯ2などの二元系複合酸化物、または、ＷＯ3−ＳｉＯ2−ＴｉＯ2、Ｍｏ3−ＳｉＯ2−ＴｉＯ2などの三元系複合酸化物などの担体に、Ｖ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｍｎ，Ｆｅ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ａｇ，Ａｕ，Ｐｄ，Ｙ，Ｃｅ，Ｎｄ，Ｗ，Ｉｎ，Ｉｒなどの活性成分を担持してなるハニカム構造を有し、アンモニアなどの還元剤の存在下でＮＯｘを浄化する触媒である。
【０００４】
尿素水タンクからＳＣＲ触媒の上流側の排気系に添加された尿素水は、排気ガスの熱により加水分解されアンモニアを生成する。このアンモニアが還元剤として働き、排気ガス中のＮＯｘと反応することにより排気ガス中のＮＯｘが浄化される（下記脱硝反応（１）〜（３）を参照。）。
【０００５】
４ＮＯ＋４ＮＨ3＋Ｏ2  →  ４Ｎ2＋６Ｈ2Ｏ  ・・・・（１）
ＮＯ＋ＮＯ2＋２ＮＨ3  →  ２Ｎ2＋３Ｈ2Ｏ  ・・・・（２）
６ＮＯ2  ＋  ８ＮＨ3  →  ７Ｎ2＋１２Ｈ2Ｏ  ・・・（３）
【０００６】
ここで、前述するようにＮＯｘがアンモニアと反応することによりＮＯｘ浄化が行われるため、尿素水の供給が途絶えるとＳＣＲ触媒が浄化作用を発揮しなくなる。
【０００７】
尿素水の供給が途絶える場合としては、例えばタンクに貯蔵された尿素水がなくなる場合があり、このような事態のときには、タンクに設置されたレベルセンサによりドライバーに警告し、尿素水の補給を促すような方法が考えられる。
【０００８】
【特許文献１】特開２００２−８９２４１号公報
【特許文献２】特開２００２−１６１７３２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、尿素水の供給が途絶える場合としては前述したほかに、尿素水添加ノズル（噴霧ノズル）等の尿素水添加経路において、尿素水が目詰まりを起こしてしまう場合が挙げられる。
【００１０】
すなわち、尿素水タンクから排気系に添加された尿素水は、急激に加熱されて、シアヌル酸（イソシアヌル酸）とアンモニアとを熱分解により生成し、この後、生成したシアヌル酸は加水分解されてアンモニアと二酸化炭素となる（下記反応（４），（５）を参照。）が、加熱による水分蒸発等によりこのシアヌル酸が析出して尿素水添加経路を閉塞させる場合がある。
【００１１】
３（ＮＨ2）2ＣＯ  →  ３ＮＨ3＋Ｃ3Ｈ3Ｎ3Ｏ3  ・・・（４）
Ｃ3Ｈ3Ｎ3Ｏ3＋３Ｈ2Ｏ  →  ３ＮＨ3＋３ＣＯ2  ・・・（５）
【００１２】
更に、シアヌル酸の析出はマフラー内部等の排気管においても発生する場合があり、排気管に堆積したシアヌル酸は排気管内の温度上昇に伴い分解しアンモニアを生成する。この生成したアンモニアは、ＳＣＲ触媒を効率的に機能させるためのアンモニアの添加コントロールに悪影響を与えたり、ＳＣＲ触媒上でＮＯｘ分解反応に寄与せずにそのまま外部へ流出（いわゆる、スリップ現象）したりする等、様々な問題を引き起こす。
【００１３】
また、車載スペースの制約から、排気管における尿素水添加位置からＳＣＲ触媒までの距離を十分確保することができずに、効率よくアンモニアをＳＣＲ触媒に供給することができない場合もある。例えば、尿素水を排気管に噴霧してから０．０９秒後の反応追跡を行った結果、低温（約３３０℃以下）では約８０％以上、高温（約４３０℃）でも約４０％が反応せずに尿素のままであるとの報告がある。
【００１４】
これに対し、あらかじめ尿素水を加水分解触媒によりアンモニアに分解した後、このアンモニアを直接に排気系に添加する方法が考案されている（上記、特許文献１を参照。）。
【００１５】
しかしながら、この加水分解反応は、反応温度領域が約９０℃〜１００℃と極めて狭い上に、反応速度も遅いため、この方法をＳＣＲ触媒に適用することは事実上困難である。また、アンモニアは有害物質であるため、尿素水添加経路における経路外への漏洩が問題となる。
【００１６】
本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、配管の目詰まりのおそれをなくし、また還元剤を速やかに生成させることにより、排気ガスの浄化性能の信頼性及び排気ガスの浄化効率を高めた脱硝装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上記課題を解決する本発明に係る脱硝装置は、
排気系に設けられ排気ガス中のＮＯｘを選択還元するＮＯｘ触媒と、
前記排気系のうち当該ＮＯｘ触媒よりも上流側に炭酸アンモニウム又は炭酸水素アンモニウムを供給する還元剤供給手段とを有することを特徴とする脱硝装置である。
【００１８】
排気系に尿素や直接にアンモニアを供給するのではなく、水に対して高い溶解性を有し、また熱分解により比較的低温で速やかにアンモニアを生成する炭酸アンモニウム又は炭酸水素アンモニウムを供給することで、固体物質析出による配管の目詰まりやＮＯｘ触媒に供給するアンモニア量のコントロール不良、アンモニアのスリップ現象のおそれを抑制又はなくすと共に、有害物質であるアンモニアの漏洩のおそれを解消する。また、代表的な析出物質であるシアヌル酸の生成自体のおそれもなくす。
【００１９】
また、上記脱硝装置において、
更に、尿素を炭酸アンモニウムに改質する尿素改質手段を備え、
前記還元剤供給手段は、当該尿素改質手段により生成された炭酸アンモニウムを供給することを特徴とする脱硝装置である。
【００２０】
現在、車両に搭載するＳＣＲシステム等の脱硝装置では、尿素水から還元剤であるアンモニアを得る仕様が主となっており、尿素を炭酸アンモニウムに改質する手段を備えることで、市場において提供されやすい尿素を利用する。
【００２１】
また、上記脱硝装置において、
前記尿素改質手段は、加水分解触媒により尿素を炭酸アンモニウムに改質することを特徴とする脱硝装置である。
【００２２】
改質方法の中でも、加水分解触媒を用いた方法とすることにより、比較的低温で効率よく尿素を炭酸アンモニウムに改質する。
【００２３】
また、上記脱硝装置において、
前記尿素改質手段は、前記尿素の水溶液を貯蔵するタンクと、当該タンクより排気系側に設けられた前記加水分解触媒と、加水分解を促進する温度制御手段とを有することを特徴とする脱硝装置である。
【００２４】
温度制御手段は、例えばタンク、タンクと加水分解触媒との間または加水分解触媒に設けられる。タンクに設けて（又はあらかじめ別用途で設けられたタンクヒータを用いて）、加水分解触媒に供給する尿素水をあらかじめ適正な温度としておいてもよいし、タンクと加水分解触媒との間に設けて、供給する尿素水のみを温度制御し制御効率を向上させてもよい。また、加水分解触媒に設けて、供給する尿素水の温度をあらかじめ適正温度とすると共に触媒を適正温度に温度制御しておいてもよい。
【００２５】
また、上記脱硝装置において、
前記尿素改質手段は、前記尿素の水溶液を貯蔵するタンクと、当該タンクの内部に設けられた前記加水分解触媒と、加水分解を促進する温度制御手段とを有することを特徴とする脱硝装置である。
【００２６】
排気系に供給する際に、尿素を改質して炭酸アンモニウムを得るのではなく、あらかじめ供給する炭酸アンモニウムを貯蔵タンク内に準備しておくことで、脱硝反応に必要とされる炭酸アンモニウム量に対して供給不足となるおそれをさらになくす。なお、温度制御手段は例えばタンクに設けられる。タンクに設けて（又はあらかじめ別用途で設けられたタンクヒータを用いて）、タンク内の尿素を加水分解触媒により炭酸アンモニウムに改質する。
【００２７】
また、上記脱硝装置において、
前記加水分解触媒は、金属錯体尿素分解樹脂であることを特徴とする脱硝装置である。
【００２８】
加水分解触媒として金属錯体尿素分解樹脂を適用することで、効果的に尿素を炭酸アンモニウムに改質する。金属錯体尿素分解樹脂については、特開昭６３−６１００７号公報に記載されている。簡単に説明すれば、カルボキシル基と、水素又は炭化水素の置換基を有するイミダゾール基を構成成分として含有し、必要に応じて架橋剤により架橋したエチレン性不飽和単量体の重合体であって、カルボキシル基の数とイミダゾール基の数との比（カルボキシル基／イミダゾール基）が０．１〜８．０である重合体と遷移金属二価塩とを反応せしめることによって得られる金属錯体尿素分解樹脂である。遷移金属としては、ニッケル、コバルト、銅、亜鉛等である。
【００２９】
また、上記脱硝装置において、
前記加水分解触媒は、ウレアーゼであることを特徴とする脱硝装置である。
【００３０】
加水分解触媒としてウレアーゼを適用することで、効果的に尿素を炭酸アンモニウムに改質する。また、酵素を用いることにより室温等の比較的低温における加水分解反応を可能とする。
【００３１】
また、上記脱硝装置において、
前記温度制御手段の制御温度は、３０℃〜５０℃であることを特徴とする脱硝装置である。
【００３２】
金属錯体尿素分解樹脂またはウレアーゼによる加水分解反応の効率を更に高め、効率よく尿素を改質する。
【００３３】
また、上記脱硝装置において、
前記温度制御手段の制御温度は、７０℃以下であることを特徴とする脱硝装置である。
【００３４】
ウレアーゼによる加水分解反応の効率を更に高め、効率よく尿素を改質する。なお、酵素ウレアーゼが変質し、失活する温度は約７０℃より高い温度であるため、上限を７０℃とする。
【００３５】
また、上記課題を解決する本発明に係る移動手段は、
内燃機関により駆動される移動手段であって、上記脱硝装置を搭載したことを特徴とする移動手段である。
【００３６】
上述する様々な問題を解決する脱硝装置を、自動車（特にディーゼルエンジンの自動車）、各種建設機械等の移動手段に適用することで、排出する排気ガスを高い信頼性かつ効率で浄化しながら移動するクリーンな移動手段とする。
【００３７】
また、上記課題を解決する本発明に係る脱硝方法は、
炭酸アンモニウム又は炭酸水素アンモニウムを添加し、ＮＯｘ触媒により排気ガス中のＮＯｘを選択還元することを特徴とする脱硝方法である。
【００３８】
また、上記脱硝方法において、
前記炭酸アンモニウムは、尿素を改質して得られることを特徴とする脱硝方法である。
【００３９】
また、上記脱硝方法において、
前記改質は、加水分解触媒による前記尿素の加水分解であることを特徴とする脱硝方法である。
【００４０】
また、上記脱硝方法において、
前記改質は、前記加水分解が促進される温度において、前記尿素の水溶液を前記加水分解触媒に供給して行うことを特徴とする脱硝方法である。
【００４１】
また、上記脱硝方法において、
前記改質は、前記加水分解が促進される温度において、前記尿素の水溶液に前記加水分解触媒を含有させて行うことを特徴とする脱硝方法である。
【発明の効果】
【００４２】
上記本発明に係る脱硝装置によれば、
排気系に設けられ排気ガス中のＮＯｘを選択還元するＮＯｘ触媒と、
前記排気系のうち当該ＮＯｘ触媒よりも上流側に炭酸アンモニウム又は炭酸水素アンモニウムを供給する還元剤供給手段とを有することとしたので、
排気系に尿素や直接にアンモニアを供給するのではなく、水に対して高い溶解性を有し、また熱分解により比較的低温で速やかにアンモニアを生成する炭酸アンモニウム又は炭酸水素アンモニウムを供給することで、固体物質析出による配管の目詰まりやＮＯｘ触媒に供給するアンモニア量のコントロール不良、アンモニアのスリップ現象のおそれを抑制又はなくすと共に、有害物質であるアンモニアの漏洩のおそれを解消することができる。また、代表的な析出物質であるシアヌル酸の生成自体のおそれもなくすことができる。
【００４３】
また、上記脱硝装置において、
更に、尿素を炭酸アンモニウムに改質する尿素改質手段を備え、
前記還元剤供給手段は、当該尿素改質手段により生成された炭酸アンモニウムを供給することとしたので、
現在、車両に搭載するＳＣＲシステム等の脱硝装置では、尿素水から還元剤であるアンモニアを得る仕様が主となっている状況において、市場において提供されやすい尿素を利用することができる。
【００４４】
また、上記脱硝装置において、
前記尿素改質手段は、加水分解触媒により尿素を炭酸アンモニウムに改質することとしたので、
比較的低温で効率よく尿素を炭酸アンモニウムに改質することができる。
【００４５】
また、上記脱硝装置において、
前記尿素改質手段は、前記尿素の水溶液を貯蔵するタンクと、当該タンクより排気系側に設けられた前記加水分解触媒と、加水分解を促進する温度制御手段とを有することとしたので、
温度制御手段を、例えばタンクに設けて（又はあらかじめ別用途で設けられたタンクヒータを用いて）、加水分解触媒に供給する尿素水をあらかじめ適正な温度とすることができ、例えばタンクと加水分解触媒との間に設けて、供給する尿素水のみを温度制御し制御効率を向上させることができ、例えば加水分解触媒に設けて、供給する尿素水の温度をあらかじめ適正温度とすると共に触媒を適正温度に温度制御しておくことができ、上述する効果をより高めることができる。
【００４６】
また、上記脱硝装置において、
前記尿素改質手段は、前記尿素の水溶液を貯蔵するタンクと、当該タンクの内部に設けられた前記加水分解触媒と、加水分解を促進する温度制御手段とを有することとしたので、
排気系に供給する際に、尿素を改質して炭酸アンモニウムを得るのではなく、あらかじめ供給する炭酸アンモニウムを貯蔵タンク内に準備しておいて、脱硝反応に必要とされる炭酸アンモニウム量に対して供給不足となるおそれをさらになくすことができる。
【００４７】
また、上記脱硝装置において、
前記加水分解触媒は、金属錯体尿素分解樹脂であることとしたので、
効果的に尿素を炭酸アンモニウムに改質することができる。
【００４８】
また、上記脱硝装置において、
前記加水分解触媒は、ウレアーゼであることとしたので、
効果的に尿素を炭酸アンモニウムに改質することができる。また、酵素を用いることにより室温等の比較的低温における加水分解反応を可能となる。
【００４９】
また、上記脱硝装置において、
前記温度制御手段の制御温度は、３０℃〜５０℃であることとしたので、
金属錯体尿素分解樹脂またはウレアーゼによる加水分解反応の効率を更に高め、効率よく尿素を改質することができる。
【００５０】
また、上記脱硝装置において、
前記温度制御手段の制御温度は、７０℃以下であることとしたので、
ウレアーゼによる加水分解反応の効率を更に高め、効率よく尿素を改質することができる。
【００５１】
また、本発明に係る移動手段によれば、
内燃機関により駆動される移動手段であって、上記脱硝装置を搭載したこととしたので、
排出する排気ガスを高い信頼性かつ効率で浄化しながら移動するクリーンな移動手段とすることができる。
【００５２】
また、本発明に係る脱硝方法によれば、
炭酸アンモニウム又は炭酸水素アンモニウムを添加し、ＮＯｘ触媒により排気ガス中のＮＯｘを選択還元することとしたので、
固体物質析出による配管の目詰まりやＮＯｘ触媒に供給するアンモニア量のコントロール不良、アンモニアのスリップ現象のおそれを抑制又はなくすと共に、有害物質であるアンモニアの漏洩のおそれを解消することができる。また、代表的な析出物質であるシアヌル酸の生成自体のおそれもなくすことができる。
【００５３】
また、上記脱硝方法において、
前記炭酸アンモニウムは、尿素を改質して得られることとしたので、
現在、車両に搭載するＳＣＲシステム等の脱硝装置では、尿素水から還元剤であるアンモニアを得る仕様が主となっている状況において、市場において提供されやすい尿素を利用することができる。
【００５４】
また、上記脱硝方法において、
前記改質は、加水分解触媒による前記尿素の加水分解であることとしたので、
比較的低温で効率よく尿素を炭酸アンモニウムに改質することができる。
【００５５】
また、上記脱硝方法において、
前記改質は、前記加水分解が促進される温度において、前記尿素の水溶液を前記加水分解触媒に供給して行うこととしたので、
加水分解が促進される温度とすることができ、上述する効果をより高めることができる。
【００５６】
また、上記脱硝方法において、
前記改質は、前記加水分解が促進される温度において、前記尿素の水溶液に前記加水分解触媒を含有させて行うこととしたので、
排気系に供給する際に、尿素を改質して炭酸アンモニウムを得るのではなく、あらかじめ供給する炭酸アンモニウムを準備しておいて、脱硝反応に必要とされる炭酸アンモニウム量に対して供給不足となるおそれをさらになくすことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５７】
＜第１の実施形態＞
以下、図面に基づいて本発明の実施形態を具体的に説明するが、以下の実施形態は本発明を限定するものではない。図１は、本発明の第１の実施形態に係る内燃機関のＳＣＲシステムを示した構成図である。
【００５８】
同図に示すように、ＳＣＲシステム１は、エンジン２の排気系に設けられたＮＯｘ触媒であるＳＣＲ触媒３と、尿素水を貯蔵する尿素水タンク４と、尿素水タンク４から供給された尿素水を炭酸アンモニウムに加水分解する加水分解触媒１７と、加水分解触媒１７及び当該触媒に供給される尿素水を加水分解に最適な温度に制御する温度制御手段であるヒータ１８と、還元剤である炭酸アンモニウムの水溶液を供給管１４に供給する還元剤供給部１６と、供給管１４により送液される炭酸アンモニウムの水溶液を排気系に供給する還元剤添加ノズル５（還元剤供給手段）と、エンジン２の回転数、燃料噴射量等を制御するエンジンＥＣＵ６と、ＳＣＲ触媒３を通過する前後の排気ガス８の温度を検出する温度センサ７と、これらの装置を制御するコントロールユニット１０とからなる。
【００５９】
尿素水タンク４には尿素水の量を検出するレベルセンサ１１が設けられている。また、尿素水タンク４内の尿素水は、加水分解触媒１７により炭酸アンモニウムの水溶液に加水分解（改質）された後、当該炭酸アンモニウムの水溶液は、還元剤供給部１６にて添加量が制御され供給管１４を通過後、還元剤添加ノズル５からＳＣＲ触媒３の上流側の排気系に添加される。
【００６０】
尿素改質手段は、尿素水タンク４と、加水分解触媒１７と、ヒータ１８とから構成され、加水分解触媒としては、金属錯体尿素分解樹脂やウレアーゼ等が挙げられる。ヒータ１８の設定温度としては、加水分解触媒１７による加水分解反応を促進することができる温度であればよく、金属錯体尿素分解樹脂の場合は、約３０℃〜５０℃であり、ウレアーゼの場合は、約７０℃以下、好ましくは３０℃〜５０℃である。ウレアーゼの場合、設定温度を７０℃以下とする理由は、約７０℃より高い温度で変質し、活性が失われるからである。
【００６１】
ＳＣＲシステム１の作動方法に関しては、コントロールユニット１０が統括制御を行う。まず、エンジンＥＣＵ６が管理するエンジン２の運転状態（回転数、燃料噴射量等）、エンジンＥＣＵ６にプログラムされたマップからのＮＯｘ推定排出量、ＳＣＲ触媒３の前後における排気ガス温度および前記マップからのＮＯｘ浄化率等に基づいて炭酸アンモニウムの添加量を算出する。
【００６２】
次に、算出された添加量に基づいて還元剤供給部１６を駆動制御することにより炭酸アンモニウムの水溶液と圧縮エア１３とを混合し、還元剤添加ノズル５から炭酸アンモニウムの水溶液を噴霧する。
【００６３】
排気系に供給された炭酸アンモニウムの水溶液は、排気ガスの熱で加水分解されアンモニアとなる。このアンモニアがＳＣＲ触媒３上において還元剤として働くことで、排気ガス中のＮＯｘを浄化する。
【００６４】
＜第２の実施形態＞
図２は、本発明の第２の実施形態に係る内燃機関のＳＣＲシステムを示した構成図である。なお、本実施形態は、第１の実施形態の変形例であり、同様の機能を有する部材には同じ符号を付し、重複する説明は省略する。
【００６５】
同図に示すように、ＳＣＲシステム１は、エンジン２の排気系に設けられたＮＯｘ触媒であるＳＣＲ触媒３と、尿素水および当該尿素水を炭酸アンモニウムに加水分解する加水分解触媒を貯蔵する尿素水タンク４と、当該尿素水タンク４内を加水分解に最適な温度に制御する温度制御手段である電気ヒータ１２と、当該尿素水タンク４内で加水分解されて生成した還元剤である炭酸アンモニウムの水溶液を供給管１４に供給する還元剤供給部１６と、供給管１４により送液される炭酸アンモニウムの水溶液を排気系に供給する還元剤添加ノズル５（還元剤供給手段）と、エンジン２の回転数、燃料噴射量等を制御するエンジンＥＣＵ６と、ＳＣＲ触媒３を通過する前後の排気ガス８の温度を検出する温度センサ７と、これらの装置を制御するコントロールユニット１０とからなる。
【００６６】
尿素水タンク４内において加水分解反応により生成した炭酸アンモニウムは、還元剤供給部１６にて添加量が制御され供給管１４を通過後、還元剤添加ノズル５からＳＣＲ触媒３の上流側の排気系に添加される。
【００６７】
尿素改質手段は、尿素水タンク４と、尿素水タンク４内の加水分解触媒と、電気ヒータ１２とから構成され、加水分解触媒としては、金属錯体尿素分解樹脂やウレアーゼ等が挙げられる。加水分解触媒の使用方法としては、金属錯体尿素分解樹脂やウレアーゼを尿素水タンク４内の尿素水に添加すればよい。
【００６８】
触媒の形態としては、粉末状とした触媒ではなく、ある程度の大きさの塊となった触媒形状が好ましい。これは、粉末状の触媒では、配管の目詰まりのおそれがあるためである。しかし、粉体状であっても、粉体状の触媒を濾過する手段を尿素水タンク４の出口に設けることにより、このおそれをなくすことができる。
【００６９】
電気ヒータ１２の設定温度としては、加水分解触媒による加水分解反応を促進することができる温度であればよく、金属錯体尿素分解樹脂の場合は、約３０℃〜５０℃であり、ウレアーゼの場合は、約７０℃以下、好ましくは３０℃〜５０℃である。
【００７０】
なお、尿素水タンク４内において、加水分解反応の当初は、尿素と炭酸アンモニウムとの混合水溶液であるが、１分子の尿素が加水分解して１分子の炭酸アンモニウムとなり、また、１分子の尿素及び炭酸アンモニウムから生成するアンモニアは共に２分子であるため、排気管へ添加する還元剤のモル濃度のコントロールに影響を及ぼすことはない。
【００７１】
＜実施形態の効果＞
次に、第１及び第２の実施形態に係るＳＣＲシステム１の効果について説明する。
【００７２】
還元剤供給部１６内の還元剤通路は径が細く、また還元剤添加ノズル５の噴孔径も小さい。このため、従来、尿素水を使用していたシステムでは、これらの通路径が小さい部分で固体物質が析出し目詰まりが起こるというおそれがあった。そして、従来のシステムでは、尿素水が適切に供給されなくなる結果、前述するように、ＳＣＲ触媒３のＮＯｘ浄化機能が低下したり、浄化することができなくなってしまっていた。また、排気系外において、あらかじめ尿素水をアンモニアとし、このアンモニアを直接、排気系に添加する場合には、有害物質であるアンモニアの漏洩の問題があった。
【００７３】
そこで、第１及び第２の実施形態では、排気系に尿素や直接にアンモニアを供給するのではなく、水に対して高い溶解性を有し、また熱分解により比較的低温で速やかにアンモニアを生成する炭酸アンモニウムを供給するシステムとしている。
【００７４】
この結果、固体物質析出による配管の目詰まりやＮＯｘ触媒に供給するアンモニア量のコントロール不良、アンモニアのスリップ現象のおそれを抑制又はなくすと共に、有害物質であるアンモニアの漏洩のおそれを解消することができる。また、代表的な析出物質であるシアヌル酸の生成自体のおそれもなくすことができる。
【００７５】
なお、炭酸アンモニウムは、約７０℃でアンモニアと二酸化炭素に分解されるので、尿素水を添加するよりも低温の排ガスにおいてアンモニアを得ることができる。この結果、ＳＣＲ触媒３の低温活性を向上させることができる。
【００７６】
なお、上記各実施形態の説明においては、炭酸アモニウムについて記載したが、これと同様の性質を有する炭酸水素アンモニウムであってもよく、炭酸水素アンモニウムでも同様の効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００７７】
【図１】第１の実施形態に係る内燃機関の排気浄化装置を示した概略構成図である。
【図２】第２の実施形態に係る内燃機関の排気浄化装置を示した概略構成図である。
【符号の説明】
【００７８】
１  ＳＣＲシステム
２  エンジン
３  ＳＣＲ触媒
４  尿素水タンク
５  還元剤添加ノズル
６  エンジンＥＣＵ
７  温度センサ
８  排ガス
１０  コントロールユニット
１１  レベルセンサ
１２  電気ヒータ
１３  圧縮エア
１４  供給管
１６  還元剤供給部
１７  加水分解触媒
１８  ヒータ
【図１】
2005273509.tif 000003
【図２】
2005273509.tif 000004