(57)【要約】【課題】排気ガスの温度が低くても、ＳＣＲ触媒のＮＯｘ浄化率の低下を抑えることのできるほど十分な量のアンモニアを供給できる還元剤供給装置を提供する。【解決手段】添加手段８の内部に、還元剤供給装置２０が設けられている。還元剤供給装置２０は、添加手段８の内部に形成されたチャンバー２１と、チャンバー２１の内周面に塗布された加水分解触媒２２と、チャンバー２１の外部において加水分解触媒２２に対向するように設けられた電熱線２３と、一端が供給管９の端部に接続されると共に他端がチャンバー２１に連通する供給経路２４と、供給経路２４に設けられた逆止弁２５と、チャンバー２１の下方部分に設けられた排出口２６を開閉する開閉装置２７と、チャンバー２１内を摺動するピストン２８とを備えている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関から排出されて排気管を流通する排気ガス中のＮＯｘを還元するＳＣＲ触媒で用いられる還元剤を供給する還元剤供給装置であって、
アンモニア原材料を収容するチャンバーと、
該チャンバーの内部に設けられ該チャンバーに収容された前記アンモニア原材料を加水分解してアンモニアを生成する加水分解触媒と、
該加水分解触媒を加熱する加熱手段と、
前記チャンバー内に前記アンモニア原材料を供給する供給経路と、
該供給経路に設けられた逆止機構と、
前記チャンバー内の前記アンモニア原材料及び加水分解により生成されたアンモニアを前記チャンバーから排出する排出機構と
を備える還元剤供給装置。
【請求項２】
前記チャンバー内に供給された前記アンモニア原材料は、前記排出機構によって全量が前記チャンバーから排出され、前記排出機構による排出終了後に再び、前記チャンバー内に前記アンモニア原材料が供給される、請求項１に記載の還元剤供給装置。
【請求項３】
前記排気管に設けられ前記アンモニア原材料を前記排気管中に添加する添加手段の内部に設けられる、請求項１または２に記載の還元剤供給装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、還元剤供給装置に係り、特に、内燃機関から排出される排気ガス中の窒素酸化物（ＮＯｘ）を選択的に還元するＳＣＲ（Selective Catalytic Reduction）触媒に、還元剤を供給するための還元剤供給装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ディーゼルエンジンの排気ガスに含まれるＮＯｘを低減するために、尿素ＳＣＲシステムが開発されている。尿素ＳＣＲシステムの基本構成は、一酸化窒素（ＮＯ）を酸化して二酸化窒素（ＮＯ２）にするための酸化触媒と、酸化触媒の下流側に設けられ、排気ガス中のパティキュレートマター（ＰＭ）を捕集するディーデルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）と、尿素水から生成したアンモニアとＮＯｘとの化学反応により、ＮＯｘを窒素及び水に還元するためのＳＣＲ触媒と、ＳＣＲ触媒に尿素水を添加するための尿素添加システムと、ＳＣＲ触媒の下流側に設けられ、ＳＣＲ触媒における化学反応で消費されずに残ったアンモニアを酸化するためのＡＳＣ（Ammonia Slip Catalyst）触媒とから構成される。
【０００３】
排気ガスが流れる排気管中に尿素添加システムから添加された尿素水は、排気ガスの熱によって加水分解されてアンモニアとなるが、ディーゼルエンジンの起動時等のように排気ガスの温度が低い場合には、尿素の加水分解の進行が遅いためアンモニアの生成量が少なく、ＳＣＲ触媒のＮＯｘ浄化率が低くなるといった問題点があった。この問題点を解決するために、尿素水を貯蔵するタンクから排気管までの間に、尿素を加水分解する加水分解触媒を設け、排気管内に尿素水を添加する前に、少なくとも一部の尿素をアンモニアに加水分解する技術が、特許文献１に記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特表２００９−５３７７２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載の技術では、タンクから排気管までの間が常時連通されているので、すなわち、生成したアンモニアを隔離することができないので、尿素水を排気管に添加するまでの間に、生成したアンモニアがタンクから排気管までの間を拡散してしまい、排気管に添加される尿素水中のアンモニア濃度の低下や正確な調量ができないといった問題点があった。
【０００６】
この発明はこのような問題点を解決するためになされたもので、排気ガスの温度が低くても、ＳＣＲ触媒のＮＯｘ浄化率の低下を抑えることのできるほど十分な量のアンモニアを供給できる還元剤供給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】
【０００７】
この発明に係る還元剤供給装置は、内燃機関から排出されて排気管を流通する排気ガス中のＮＯｘを還元するＳＣＲ触媒で用いられる還元剤を供給する還元剤供給装置であって、アンモニア原材料を収容するチャンバーと、該チャンバーの内部に設けられチャンバーに収容されたアンモニア原材料を加水分解してアンモニアを生成する加水分解触媒と、加水分解触媒を加熱する加熱手段と、チャンバー内にアンモニア原材料を供給する供給経路と、供給経路に設けられた逆止機構と、チャンバー内のアンモニア原材料及び加水分解により生成されたアンモニアをチャンバーから排出する排出機構とを備える。逆止機構及び排出機構によって密閉されたチャンバー内で、加水分解触媒によりアンモニア原材料からアンモニアが生成されるので、アンモニア原材料をチャンバーに供給してからアンモニア原材料をチャンバーから排出するまでの間に、生成されたアンモニアをチャンバーの外に拡散させずに、生成されたアンモニアを含むアンモニア原材料が排気管に供給される。
この還元剤供給装置では、チャンバー内に供給されたアンモニア原材料は、排出機構によって全量がチャンバーから排出され、排出機構による排出終了後に再び、チャンバー内にアンモニア原材料が供給される。
この還元剤供給装置は、排気管に設けられアンモニア原材料を排気管中に添加する添加手段の内部に設けてもよい。
【発明の効果】
【０００８】
この発明によれば、逆止機構及び排出機構によって密閉されたチャンバー内で、加水分解触媒によりアンモニア原材料からアンモニアが生成されることにより、アンモニア原材料をチャンバーに供給してからアンモニア原材料をチャンバーから排出するまでの間に、生成されたアンモニアをチャンバーの外に拡散させずに、生成されたアンモニアを含むアンモニア原材料が排気管に供給されるので、排気ガスの温度が低くても、ＳＣＲ触媒のＮＯｘ浄化率の低下を抑えることのできるほど十分な量のアンモニアを供給することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】この発明の実施の形態に係る還元剤供給装置を備えた排気ガス浄化装置の構成模式図である。
【図２】この実施の形態に係る還元剤供給装置の構成模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、この発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
図１に示されるように、内燃機関であるディーゼルエンジン１から排出された排気ガスが流通する排気管２に、酸化触媒３と、ＤＰＦ４と、ＮＯｘを選択的に還元するＳＣＲ触媒５と、ＳＣＲ触媒５を通過してきた還元剤であるアンモニアを酸化するＡＳＣ触媒６とが設けられている。排気管２には、ＳＣＲ触媒５よりも上流側に、排気ガスの温度を検出する温度センサ７と、アンモニア原材料である尿素水を排気管２内に添加する添加手段８とが設けられている。添加手段８は、供給管９を介して、尿素水を貯留したタンク１０と連通している。温度センサ７は、制御手段であるＥＣＵ１１に電気的に接続されている。尚、ＥＣＵ１１には、温度センサ７に関する上限温度（例えば、３５０℃）が予め設定されている。
【００１１】
図２に示されるように、添加手段８の内部に、還元剤供給装置２０が設けられている。還元剤供給装置２０は、添加手段８の内部に形成されたチャンバー２１と、チャンバー２１の内周面に塗布された加水分解触媒２２と、チャンバー２１の外部において加水分解触媒２２に対向するように設けられた加熱手段である電熱線２３と、一端が供給管９の端部に接続されると共に他端がチャンバー２１に連通する供給経路２４と、供給経路２４に設けられた逆止機構である逆止弁２５と、チャンバー２１の下方部分に設けられた排出口２６を開閉する開閉装置２７と、チャンバー２１内を摺動するピストン２８とを備えている。ピストン２８のチャンバー２１側の部分は加水分解触媒２２が配置されたチャンバー２１の内壁に対応した略円錐形状をしており、ピストン２８が下降した際にチャンバー２１の容積をほぼゼロにすることができるようになっている。ここで、排出口２６と、開閉装置２７と、ピストン２８とは、チャンバー２１内の尿素水を排出する排出機構を構成する。
【００１２】
開閉装置２７は、排出口２６と連通する収容室３０内に、弁部材３１と、弁部材３１を排出口２６に弾性的に押し付けるばね部材３２とを有している。後述する動作によって弁部材３１が排出口２６から離れると、排出口２６及び収容室３０を介して、チャンバー２１が、添加手段８の先端に形成された噴孔８ａと連通するようになっている。噴孔８ａは、排気管２（図１参照）と連通しているので、チャンバー２１は、排出口２６及び噴孔８ａを介して排気管２と連通するようになる。また、添加手段８の内部には、ピストン２８をチャンバー２１内で摺動させる駆動手段２９が設けられ、駆動手段２９は、ＥＣＵ１１に電気的に接続されている。駆動手段２９ は、図示しないコイル、固定コア、ピストン２８と一体的に結合されている可動コア、スプリング等から構成され、コイルに供給される電力により固定コアを磁化させ、スプリング力に打ち勝って可動コアを動作させることで、ピストン２８を摺動させる。電熱線２３は、電源３３に接続されており、電源３３は、ＥＣＵ１１に電気的に接続されている。
【００１３】
加水分解触媒２２は、例えば、ＷＯ３、ＭｏＯ３、ＳＯ４、Ｎｂ２Ｏ３、Ｔａ２Ｏ３、Ｖ２Ｏ５から選択される少なくとも１つと、ＴｉＯ２、ＺｒＯ２、ＳｎＯ２、Ｆｅ２Ｏ３から選択される少なくとも１つとを含む任意の加水分解触媒であるが、これらに限定するものではなく、尿素水等のアンモニア原材料を加水分解してアンモニアを生成する触媒であれば、任意の触媒であってもよい。
【００１４】
次に、この実施の形態に係る還元剤供給装置の動作を、図１及び２に基づいて説明する。
ディーゼルエンジン１の始動後、排気ガスは排気管２を流通する。排気ガスが酸化触媒３を流通することにより、排気ガス中のＮＯの一部がＮＯ２に酸化される。続いて排気ガスがＤＰＦ４を流通することにより、排気ガス中のＰＭがＤＰＦ４に捕捉される。ＤＰＦ４から流出した排気ガスは、ＳＣＲ触媒５に流入する。後述する動作により、添加手段８から、尿素水が添加される。添加された尿素水は、排気ガスの熱により加水分解されてアンモニアとなり、排気ガスと共にＳＣＲ触媒５に流入する。ＳＣＲ触媒５において、アンモニアと排気ガス中のＮＯｘとが反応して、窒素及び水となる。ＳＣＲ触媒５において消費されずに残ったアンモニアは、ＡＳＣ触媒６において酸化される。このようにしてＮＯｘが浄化された排気ガスは、排気管２を流通して大気中へ排気される。
【００１５】
しかしながら、ディーゼルエンジン１の始動直後のように、排気管２を流通する排気ガスの温度が低い場合には、添加された尿素水が十分に加水分解せず、アンモニアの生成量が少ないため、ＳＣＲ触媒５のＮＯｘ浄化率が低下してしまう。そこで、この場合には、タンク１０から供給された尿素水の少なくとも一部を還元剤供給装置２０によってアンモニアに加水分解し、生成されたアンモニアを含む尿素水を添加手段８から排気管２内へ添加する。これにより、尿素水のみを添加した場合に比べて、ＳＣＲ触媒５へ流入するアンモニアの量が増加するので、ＳＣＲ触媒５のＮＯｘ浄化率の低下を抑えることができる。
【００１６】
次に、還元剤供給装置２０の動作について説明する。
温度センサ７は、排気管２を流通する排気ガスの温度を検出し、検出値をＥＣＵ１１に伝送する。ＥＣＵ１１は、温度センサ７による検出値と、予め設定された上限温度とを比較し、検出値が上限温度以下の場合には、電源３３を起動して電熱線２３に通電する。さらに、ＥＣＵ１１は、駆動手段２９を起動し、チャンバー２１の容積が増加するようにピストン２８を摺動させる（図２において、ピストン２８を上方に摺動させる）。すると、チャンバー２１の負圧により、タンク１０内の尿素水は、供給管９及び供給経路２４を介してチャンバー２１内に流入する。ＥＣＵ１１からの指示により駆動手段２９がピストン２８の摺動を停止すると、チャンバー２１への尿素水の流入が停止し、一定量の尿素水がチャンバー２１に供給される。チャンバー２１内では、加水分解触媒２２が電熱線２３によって加熱されているので、加水分解触媒２２が活性化し、尿素水中の尿素の少なくとも一部がアンモニアに還元される。この際、チャンバー２１は、逆止弁２５によってタンク１０から隔離されていると共に、弁部材３１によって排気管２から隔離されているので、生成したアンモニアがチャンバー２１の外部へ拡散するのを防ぐことができる。
【００１７】
添加手段８から尿素水を添加するためには、ＥＣＵ１１からの指示により駆動手段２９が、チャンバー２１の容積が減少するようにピストン２８を摺動させる（図２では、ピストン２８を下方に摺動させる）。すると、チャンバー２１内の圧力が上昇し、その圧力により、弁部材３１がばね部材３２の弾性力に打ち勝って排出口２６から離れ、排出口２６と、収容室３０と、噴孔８ａとを介して、チャンバー２１と排気管２とが連通する。これにより、チャンバー２１内の尿素水が全量、排出口２６と、収容室３０と、噴孔８ａとを介して、排気管２内へ添加される。
【００１８】
ＥＣＵ１１からの指示により駆動手段２９がピストン２８の摺動を停止すると、弁部材３１はばね部材３２の弾性力によって再び排出口２６に押し付けられ、チャンバー２１を排気管２から隔離する。その後、ＥＣＵ１１からの指示により、駆動手段２９が再びチャンバー２１の容積が増加するようにピストン２８を摺動させると、同様の原理でチャンバー２１に一定量の尿素水が供給される。温度センサ７による検出値が上限温度以下である限り、上記動作を繰り返す。
【００１９】
温度センサ７による検出値が上限温度を上回ったら、ＥＣＵ１１は、電源３３の稼働を停止する。すると、電熱線２３による加水分解触媒２２の加熱が停止し、加水分解触媒２２の温度が低下した後は、チャンバー２１に尿素水が供給されても、チャンバー２１内で尿素の加水分解反応はほとんど起こらなくなる。その結果、既に説明された同様の動作で添加手段８から排気管２内へ添加される尿素水にはアンモニアはほとんど含まれていなくなるが、排気管２を流通する排気ガスの温度が、尿素の加水分解反応が生じるほど十分高いので、排気管２内で尿素がアンモニアに加水分解されて、アンモニアが排気ガスと共にＳＣＲ触媒５に流入する。
【００２０】
このように、逆止弁２５及び開閉装置２７によって密閉されたチャンバー２１内で、加水分解触媒２２により尿素水からアンモニアが生成されることにより、尿素水をチャンバー２１に供給してから尿素水をチャンバー２１から排出するまでの間に、生成されたアンモニアをチャンバー２１の外に拡散させずに、生成されたアンモニアを含む尿素水が排気管２に供給されるので、排気ガスの温度が低くても、ＳＣＲ触媒のＮＯｘ浄化率の低下を抑えることのできるほど十分な量のアンモニアを供給することができる。
また、チャンバー２１内で排出口２６周囲の排出口２６へ傾斜した内壁に加水分解触媒２２が配置されているので、生成したアンモニアをより確実に排気管２内へ供給できる。
また、ピストン２８の動作を制御することにより、添加する還元剤の量を調整するとともに、噴射圧を制御することもできる。
また添加手段８は、ピストン２８の駆動と逆止弁２５の構成によりポンプ機能を持っているので、タンク１０や供給管９に別途ポンプを設けなくても動作が可能である。
【００２１】
この実施の形態では、還元剤供給装置２０が添加手段８の内部に設けられて一体化されていたが、この形態に限定するものではない。還元剤供給装置２０と添加手段８とを別体にし、還元剤供給装置２０を、タンク１０と添加手段８との間の供給管９に設けてもよい。この場合でも、チャンバー２１内の尿素水は全量、添加手段８に排出され、添加手段８によって排気管２内に添加される。またこの場合、添加手段８を小さくできる。
【００２２】
この実施の形態では、アンモニア原材料として尿素水を使用していたが、これに限定するものではない。加水分解反応によってアンモニアが生成する物質であれば任意の物質の水溶液を使用することができ、例えば、カルバミン酸アンモニウム、イソシアン酸、炭酸アンモニウム等の水溶液でもよい。
この実施の形態では開閉装置を弁部材３１とばね部材３２によって構成し、チャンバー２１の圧力に応じて開閉させたが、弁部材を電磁弁等で構成し、開閉を制御してもよい。
またこの実施の形態では、加水分解触媒２２の加熱に電熱線２３に通電させて加熱したが、例えば加水分解触媒２２の周囲の導電体に対して渦電流を発生させるようにコイルを配置して誘導加熱させてもよい。
【００２３】
この実施の形態では、温度センサ７の検出値によって排気ガスの温度を直接検出しているが、ディーゼルエンジン１の運転状況、例えば、回転数、吸気量、アクセル開度等を利用したり、併用したりして、排気ガスの温度を推定するようにしてもよい。尚、この実施の形態における上限温度の３５０℃はあくまでも例示に過ぎず、アンモニア原材料や加水分解触媒２２の種類等、様々な条件に基づいて適宜変更が可能である。
【００２４】
この実施の形態では、ＤＰＦ４をＳＣＲ触媒５と別体にしてＳＣＲ触媒５の上流に設けていたが、この形態に限定するものではない。多孔質性の基材の表面にＰＭを捕集する捕集層をコーティングすると共に基材の細孔内にＳＣＲ触媒を担持したものを設けてもよい。
【符号の説明】
【００２５】
１  ディーゼルエンジン（内燃機関）、２  排気管、５  ＳＣＲ触媒、８  添加手段、２０  還元剤供給装置、２１  チャンバー、２２  加水分解触媒、２３  電熱線（加熱手段）、２４  供給経路、２５  逆止弁（逆止機構）、２６  排出口（排出機構）、２７  開閉装置（排出機構）、２８  ピストン（排出機構）。
【図１】
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【図２】
2013170481.tif 000004