JP2002155732A - 内燃機関の還元剤供給装置 - Google Patents

内燃機関の還元剤供給装置

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 還元剤の供給命令に対して、遅延することな
く即座に所定量の還元剤を供給し得る内燃機関の還元剤
供給装置を提供することを課題とする。 【解決手段】 内燃機関１の排気管１０に設けられ該内
燃機関１より排出される窒素酸化物を浄化するＮＯx 触
媒９に、還元剤を供給する還元剤供給装置１６であっ
て、固体状の還元剤を貯蔵する主還元剤貯蔵タンク２０
と、主還元剤貯蔵タンク２０に貯蔵された固体状の還元
剤をガス化させる還元ガス発生部３０と、還元ガス発生
部３０によってガス化された還元剤を一時期貯蔵する副
還元剤貯蔵タンク４０と、機関本体の運転状態に基づき
ＮＯx 触媒９に供給する還元剤の供給量を算出するＥＣ
Ｕ１５と、副還元剤貯蔵タンク４０に貯蔵される還元剤
を、ＥＣＵ１５によって算出された供給量に基づき内燃
機関１の排気管１０におけるＮＯx 触媒９上流に添加す
る還元剤添加弁５０と、を有することを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関の還元剤
供給装置に関し、より詳細には、内燃機関より排出され
る窒素酸化物（ＮＯx ）を浄化するＮＯx 触媒に、還元
剤を供給する還元剤供給装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】内燃機関の排気系に設けられ該内燃機関
より排出される窒素酸化物（以下、単にＮＯx と称す
）を浄化するＮＯx 触媒に、還元剤を供給する還元剤
供給装置として、例えば、特開平５−２７２３３１号公
報に開示される還元剤供給装置を例示できる。
【０００３】この特開平５−２７２３３１号公報に開示
される還元剤供給装置では、低温においても高い浄化率
でＮＯx を還元し得る尿素ＣＯ（ＮＨ2 ）2 を還元剤に
採用し、該尿素をＮＯx 触媒に供給して排気中に含まれ
るＮＯx の浄化を促している。
【０００４】より詳しくは、エンジンコントロール用電
子制御ユニット（以下、単にＥＣＵと称す）からの還元
剤供給命令を受けて、収容タンクに収容された固体状の
尿素を炉筒内にて加熱ガス化させた後、該ガス化された
尿素を機関排気通路におけるＮＯx 触媒上流側に供給し
てＮＯx の浄化を促している。
【０００５】ところで、固体状の還元剤は、気体状の還
元剤および液体状の還元剤に比べて体積が小さく車両搭
載性に優れるものの、そのままの状態では粒子が大きく
ＮＯx 触媒に供給できない。そこで、上記した還元剤供
給装置のように固体状の還元剤を炉筒内にて加熱ガス化
して、ＮＯx 触媒に供給できる状態（変態）にする必要
がある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
還元剤供給装置では、ＥＣＵからの還元剤供給命令を受
けた後、還元剤をガス化してＮＯx 触媒に供給するた
め、還元剤供給命令に遅れて還元剤の供給がなされるこ
ともあった。
【０００７】とりわけ、固体状尿素を主成分とする還元
剤は、ガス化に時間がかかるばかりか、適宜のタイミン
グを外してＮＯx 触媒に供給されると、ＮＯx と反応せ
ずに大気に放出され異臭を放つ虞もある。このため還元
剤供給命令に対して即座に対応できる還元剤供給装置の
開発が急がれている。
【０００８】また、要求される還元剤の供給量が、炉筒
内にて生成される還元ガス（還元剤）の生成量を凌ぐ場
合には還元ガスの供給が追いつかず、適量の還元剤をＮ
Ｏx触媒に供給できなかった。従って、ＮＯx 触媒にお
けるＮＯx の浄化率が大幅に低下することになり排気エ
ミッションの低下を招く虞もある。
【０００９】また、従来の還元剤供給装置では、炉筒内
にて生成された還元ガスを直に排気通路に供給するため
還元剤の供給圧力が安定せず、要求された供給量に見合
う適量の還元剤をＮＯx 触媒に供給できなかった。
【００１０】よって本発明は、還元剤の供給命令に対し
て、遅延することなく即座に所定量の還元剤を供給し得
る内燃機関の還元剤供給装置を提供することを課題とす
る。
【００１１】
【課題を解決するための手段】上記した技術的課題を解
決するため、本発明では、以下の手段を採用した。すな
わち、内燃機関の排気系に設けられ該内燃機関より排出
される窒素酸化物を浄化するＮＯx 触媒に、還元剤を供
給する還元剤供給装置であって、固体状の還元剤を貯蔵
する主還元剤貯蔵手段と、前記主還元剤貯蔵手段に貯蔵
された固体状の還元剤を供給可能に流動化させる還元剤
流動化手段と、前記還元剤流動化手段によって流動化さ
れた還元剤を一時期貯蔵する副還元剤貯蔵手段と、機関
本体の運転状態に基づき前記ＮＯx 触媒に供給する還元
剤の供給量を算出する還元剤供給量算出手段と、前記副
還元剤貯蔵手段に貯蔵される還元剤を、前記還元剤供給
量算出手によって算出された供給量に基づき前記内燃機
関の排気系におけるＮＯx 触媒上流に添加する還元剤添
加手段と、を有することを特徴とする。
【００１２】このような手段を採用する本発明によれ
ば、還元剤流動化手段によって添加可能に流動性を持た
された還元剤を、副還元剤貯蔵手段に予め準備、貯蔵し
ているため、還元剤の供給命令に対して即座に還元剤を
供給できる。また、副還元剤貯蔵タンク４０内に還元ガ
スを常時貯蔵しているため、大量の還元剤を要する場合
においても安定した還元剤の供給を行える。尚、還元剤
の流動化とは、還元剤添加手段による還元剤の添加時
に、該添加された還元剤の拡散を容易にするための行為
である。すなわち、本発明で流動化とは、ガス化、液
化、ゲル化、粉体化などの行為を総称して流動化と称し
ている。
【００１３】なお、還元剤流動化手段は、固体状の還元
剤をガス化して該還元剤に流動性を持たせるのが望まし
い。すなわち、固体状の還元剤をガス化して、還元剤添
加手段による添加時に、該添加された還元剤の拡散を良
好にしている。
【００１４】また、前記副還元剤貯蔵手段は、該副還元
剤貯蔵手段に貯蔵されている還元剤の残量を算出する残
量算出手段を備え、前記還元剤流動化手段は、前記残量
算出手段によって算出される残量が所定値未満になった
ことを受けて、前記主還元剤貯蔵手段に貯蔵される固体
状の還元剤を流動化して副還元剤貯蔵手段に補給するよ
うにしていもよい。
【００１５】すなわち、この手段では、副還元剤貯蔵手
段に貯蔵される還元剤の残量が少なくなったとき、固体
状の還元剤を新たに流動化させて副還元剤貯蔵手段に補
給している。よって、固体状の還元剤を不必要に流動化
させることなく、常に、副還元剤貯蔵手段に還元剤を確
保できる。なお、固体状の還元剤は、通常、ガス化、液
化などに伴い体積が増加する。従って、固体状の還元剤
を不必要に流動化させると、その分、装置内における還
元剤の貯蔵手段の容量を増やす必要があり、装置の大型
化につながる。このため上記したように必要量のみを流
動化させることによって、装置の大型化を最小限にとど
めることができる。尚、所定値とは、ゼロを除く数値で
あり、経験則などに基づき任意に設定可能な値である。
【００１６】また、前記副還元剤貯蔵手段は、前記流動
化された還元剤を一時期貯蔵する副還元剤貯蔵室と、こ
の副還元剤貯蔵室内の圧力を検知する圧力検知手段と、
を備え、前記残量算出手段は、前記圧力検知手段によっ
て検知される圧力が高いとき、還元剤の残量を多いと判
断し、前記圧力検知手段によって検知される圧力が低い
とき、還元剤の残量を少ないと判断するようにしてもよ
い。すなわち、副還元剤貯蔵室内の圧力変化に基づい
て、副還元剤貯蔵室内に貯蔵される還元剤の残量を把握
するようにしている。
【００１７】また、前記副還元剤貯蔵手段は、前記流動
化された還元剤を一時期貯蔵する副還元剤貯蔵室と、こ
の副還元剤貯蔵室内の圧力を検知する圧力検知手段と、
を備え、前記還元剤添加手段は、前記ＮＯx 触媒上流の
排気系に設けられ開弁時に前記副還元剤貯蔵室に貯蔵さ
れる還元剤を前記ＮＯx 触媒上流に添加する還元剤添加
弁と、前記圧力検知手段によって検知される圧力に基づ
いて前記還元剤添加弁の開弁時間を制御する添加弁制御
手段と、を有する構成としてもよい。
【００１８】すなわち、この手段では、副還元剤貯蔵室
内の圧力を圧力検知手段によって検知することにより、
還元剤添加弁に作用する還元剤の供給圧力を把握してい
る。そして、還元剤添加弁からＮＯx 触媒に供給される
還元剤の供給量を常に目標値になるように制御してい
る。したがって、副還元剤貯蔵室内の圧力が変動して
も、要求された供給量に見合う還元剤をＮＯx 触媒に供
給できる。
【００１９】なお、前記添加弁制御手段は、前記副還元
剤貯蔵室内の圧力が高いとき、前記還元剤添加弁の開弁
時間を短くし、前記副還元剤貯蔵内の圧力が低いとき、
前記還元剤添加弁の開弁時間を長くするようにしてもよ
い。
【００２０】即ち、副還元剤貯蔵室内の圧力が高いとき
には、単位時間当たりにおける還元剤の供給量が増加す
るため開弁時間を短くし、逆に、副還元剤貯蔵室内の圧
力が低いときには、単位時間当たりにおける還元剤の供
給量が減少するため開弁時間を長くして、還元剤添加弁
より添加される還元剤の供給量を目標値となるように維
持している。
【００２１】また、前記ＮＯx 触媒は、還元剤の存在下
で、窒素酸化物を分解又は還元せしめる選択還元型ＮＯ
x 触媒とするのが望ましい。また、固体状の還元剤は、
前記還元剤流動化手段によるガス化時に、アンモニアを
基調とする還元ガスを生成する還元剤とするのが望まし
い。
【００２２】
【発明の実施の形態】以下、本発明の還元剤供給装置に
係わる好適な実施の形態について図面を参照して説明す
る。なお、以下に説明する実施の形態は、本発明の還元
剤供給装置を車両用ディーゼルエンジンに適用した形態
である。
【００２３】＜内燃機関の概要＞初めに、本発明の還元
剤供給装置を説明するに先立ち、この還元剤供給装置が
装備されるディーゼルエンジンについて図１を参照して
説明する。
【００２４】ディーゼルエンジン１（以下、単にエンジ
ンと称す）は、ピストン３、シリンダ４、シリンダヘッ
ド５などにて構成される燃焼室２と、該燃焼室２に機関
燃料を供給する燃料噴射弁６と、を有する。また、燃焼
室２には、空気吸入量を測定するエアフローメータ７を
備えた吸気管８が接続されて、燃焼室２内では、該吸気
管８を経て導入された空気と、燃料噴射弁６により供給
される機関燃料と、が混合されて自己着火による機関燃
焼が行われている。
【００２５】一方、燃焼室２内での機関燃焼に伴い生成
される排気ガスは、燃焼室２に接続され経路途中に選択
還元型ＮＯx 触媒９、および消音器（図示せず）を備え
る排気管１０を経て大気に排気される。なお、以下の説
明では、選択還元型ＮＯx 触媒を単にＮＯx 触媒と称す
ることもある。
【００２６】排気管１０に設けられる選択還元型ＮＯx
触媒９は、主として排気中の窒素酸化物（以下、単にＮ
Ｏxと称す ）を効果的に浄化せしめる触媒であり、還元
剤の存在下で、ＮＯx を還元または分解して浄化する触
媒である。
【００２７】なお、選択還元型ＮＯx 触媒９としては、
ゼオライトにＣｕ等の遷移金属をイオン交換にて担持さ
せてなる触媒、ゼオライト又はアルミナに貴金属を担持
させてなる触媒、チタニウムにバナジウムを担持させて
なる触媒、等を例示できる。
【００２８】また、排気管１０におけるＮＯx 触媒９上
流側には、ＮＯx センサ１１、入りガス圧センサ１２、
排気温度センサ１３等が設けられ、また、ＮＯx 触媒９
下流側には、還元剤センサ１４が設けられている。ＮＯ
x センサ１１は、排気ガス中のＮＯx 濃度を測定するセ
ンサである。入りガス圧センサ１２は、排気管１０内の
管内圧力（排圧）を測定するセンサである。また、排気
温度センサ１３は、ＮＯx 触媒９に流入する排気ガスの
温度を測定するセンサである。還元剤センサ１４は、排
気ガス中における還元剤の濃度を測定するセンサであ
る。そして、各種センサは、後述するエンジンコントロ
ール用電子制御ユニット１５の入力ポートに接続されて
いる。
【００２９】また、エンジン１は、エンジンコントロー
ル用電子制御ユニット１５（以下、単にＥＣＵ１５と称
する）によって、運転状態に見合った制御がなされてい
る。ＥＣＵ１５は、双方向性バスによって相互に接続さ
れたＲＯＭ（リード・オンリ・メモリ）、ＲＡＭ（ラン
ダム・アクセス・メモリ）、ＣＰＵ（セントラルプロセ
ッサユニット）、入力ポート、出力ポート、Ａ／Ｄコン
バータ等を有してなり、入力ポートに入力される各種セ
ンサからの出力信号に基づき、ＲＯＭ上に展開された各
種制御マップを参照して、例えば、燃料噴射弁５におけ
る燃料噴射制御などを行っている。また、本発明では、
還元剤供給装置１６の制御をも同時に行っている。
【００３０】そして、本発明では、エンジン１の機関燃
焼に伴い排出される排気ガス中のＮＯx をＮＯx 触媒９
にて浄化せしめるために、該ＮＯx 触媒９に対して還元
剤たるアンモニアガス（ＮＨ３ ）を供給する還元剤供
給装置１６を設けている。以下、本発明の主旨となる還
元剤添加装置１６について、図２を参照して詳細に説明
する。
【００３１】＜還元剤供給装置の構造＞まず初めに、還
元剤供給装置１６の構造について説明する。還元剤供給
装置１６は、固体状の還元剤を内部に貯蔵する主還元剤
貯蔵タンク２０（主還元剤貯蔵手段）と、この主還元剤
貯蔵タンク２０に貯蔵された固体状の還元剤を加熱して
還元ガスを生成する還元ガス生成部３０（還元剤流動化
手段）と、還元ガス生成部３０によって生成された還元
ガスを一時期貯蔵する副還元剤貯蔵タンク４０（副還元
剤貯蔵手段）と、副還元剤貯蔵タンク４０に貯蔵された
還元ガスをＥＣＵ１５からの還元剤供給命令に応じてＮ
Ｏx 触媒９に添加する還元剤添加弁５０（還元剤添加手
段）と、を有してなる。
【００３２】主還元剤貯蔵タンク２０は、還元剤たる固
体状のカルバミン酸アンモニウムを内部に収容するタン
ク本体２１と、タンク本体２１を取り囲むように設けら
れた断熱部材２２と、を有してなり、後述する還元ガス
生成部３０に対して着脱自在に設けられている。
【００３３】なお、カルバミン酸アンモニウムは、アン
モニアを基調とする還元剤の一種であり、常温で固体状
をなし摂氏４０度前後でガス化する特性を有している。
また、従来から使用されている炭化水素（ＨＣ）や一酸
化炭素（ＣＯ）などの還元剤に比べて遙かに強い還元作
用を有するため、比較的低温度でもＮＯx を高い浄化効
率で浄化できるといった利点を備えている。
【００３４】なお、主還元剤貯蔵タンク２０を還元ガス
生成部３０に対して着脱自在に設ける理由としては、内
部に貯蔵されるカルバミン酸アンモニウムを使い尽くし
たとき、新規カルバミン酸アンモニウムを貯蔵した新品
の主還元剤貯蔵タンク２０と使用後の空の主還元剤貯蔵
タンクとを容易に交換できるようにするためである。即
ち、主還元剤貯蔵タンク２０は、カートリッジ式になっ
ている。
【００３５】還元ガス生成部３０は、主還元剤貯蔵タン
ク２０に連結し主還元剤貯蔵タンク２０内に貯蔵される
還元剤のガス化を促す加熱室３１と、該加熱室３１を取
り囲むように設けられた外壁３２と、を有する。また、
加熱室３１と外壁３２との間には、機関冷却水の循環経
路となるウォータジャケット（図示せず）に通じた空間
３３が形成され、機関燃焼により暖められた機関冷却水
がこの空間３３内に流れ込むことにより、加熱室３１内
の室内温度が昇温する仕組みとなっている。
【００３６】また、ウォータジャケットと還元ガス生成
部３０（空間３３）との間には、該還元ガス生成部３０
に対する機関冷却水の流れ込みを規制する機関冷却水制
御弁３４が設けられている（図１参照）。そして、この
機関冷却水制御弁３４の開閉動作をＥＣＵ１５にて制御
することにより、加熱室３１内に流れ込む機関冷却水の
流量を制御して加熱室３１内の室内温度を任意に調節で
きるようにしている。
【００３７】そして、機関冷却水制御弁３４を開弁し
て、機関燃焼により暖められた機関冷却水を還元ガス生
成部３０（空間３３）に導くと、該加熱室３１内の室内
温度が昇温するため加熱室３１に連通した主還元剤貯蔵
タンク２０内のカルバミン酸アンモニウムがガス化す
る。なお、以下の説明では、ガス化されたカルバミン酸
アンモニウムを単に還元ガスと称することもある。
【００３８】副還元剤貯蔵タンク４０は、還元剤たるガ
ス状のカルバミン酸アンモニウムを貯蔵するタンク本体
４１と、該タンク本体４１を取り囲むように設けられた
断熱部材４２と、タンク本体４１内の圧力を検知する圧
力センサ４３（圧力検知手段）と、を有し、タンク本体
４１と上記した還元ガス生成部３０とは、連結管６０を
介して互いに連結されている。したがって、還元ガス生
成部３０でガス化されたカルバミン酸アンモニウムは、
連結管６０を経て副還元剤貯蔵タンク４０に流れ込み、
副還元剤貯蔵タンク４０に一旦貯蔵される。
【００３９】還元剤添加弁５０は、ＮＯx 触媒９上流側
の排気管１０に設けられ、ＥＣＵ１５からの還元剤供給
命令を受けて、前記副還元剤貯蔵タンク４０に貯蔵され
た還元ガスを、ＮＯx 触媒９上流側の排気管１０に添加
する。
【００４０】還元剤添加弁５０は、弁体５１、及び弁体
５１を支持するガイド５２などにて構成されるノズル部
５３と、該ノズル部５３に設けられる弁体５１の開閉を
行うソレノイド５４と、前記連結管６０に接続し副還元
剤貯蔵タンク４０に貯蔵される還元ガスをノズル部５３
に導く導入通路５５と、を有してなり、副還元剤貯蔵タ
ンク４０に貯蔵される還元ガスは、導入通路５５を流下
してノズル部５３に導かれる。そして、還元ガスは、ソ
レノイド５４による弁体５１の開閉制御によって、適切
量且つ適宜のタイミングにて排気管１０に添加される仕
組みとなっている。
【００４１】また、弁体５１を開閉させるソレノイド５
４は、ＥＣＵ１５によってデューティ比制御され、開弁
電圧の印可時に弁体５１を開弁させて副還元剤貯蔵タン
ク４０内の還元ガスを排気管１０に添加するようにして
いる。なお、副還元剤貯蔵タンク４０の内部圧力は、常
時、排気管１０内の排圧に比べて高く維持されており、
還元ガスの添加時には、この圧力差を利用して還元ガス
の添加をなし得るようにしている。副還元剤貯蔵タンク
４０の圧力調節に関しては、次の還元剤供給制御の説明
において詳述する。
【００４２】＜還元剤供給装置の制御＞以下、上記した
還元剤供給装置に係る還元剤供給制御について説明す
る。エンジン１の運転開始（機関燃焼の開始）に伴い機
関冷却水の温度が摂氏４０度前後に達すると、ＥＣＵ１
５では、主還元剤貯蔵タンク２０に貯蔵される還元剤の
ガス化を図るために、まず、機関冷却水制御弁３４を開
弁して還元ガス生成部３０に機関冷却水を導き入れる。
【００４３】そして、機関冷却水によって加熱室３１内
の空間温度が、摂氏４０度前後に達すると還元ガス生成
部３０に連通した主還元剤貯蔵タンク２０内のカルバミ
ン酸アンモニウムが一部ガス化して、連結路６０を経て
副還元剤貯蔵タンク４０に充填される。
【００４４】また、このときＥＣＵ１５では、副還元剤
貯蔵タンク４０に充填された還元ガスの充填量を圧力セ
ンサ４３の出力値を基づき把握しており、圧力センサ４
３にて検出される副還元剤貯蔵タンク４０内の圧力が所
定値に達したとき、還元ガスの充填量が規定量に達した
とみなし、前記機関冷却水制御弁３４を閉弁して、カル
バミン酸アンモニウムのガス化を一時中断するようにし
ている。
【００４５】ここで所定値とは、各種予備実験により求
められた値であり、例えば、副還元剤貯蔵タンク４０の
最大許容圧力、排気管１０内の平均排圧、単位時間当た
りにおける還元ガスの消費量等を考慮して任意に設定さ
れる値である。
【００４６】またなお、ＥＣＵ１５では、圧力センサ４
３にて検出される副還元剤貯蔵タンク４０の圧力が、所
定時間経過した後においても上昇しないときに主還元剤
貯蔵タンク２０内に貯蔵されているカルバミン酸アンモ
ニウムが尽きたとして、車内に設けられるインジケータ
パネル１８に警告ランプ１９を点灯させ、運転者にその
旨を伝える。
【００４７】また、ＥＣＵ１５では、ＮＯx の浄化を促
すべく還元剤の供給制御を行うために、機関負荷、機関
回転数、ＮＯx 濃度、触媒温度、還元ガスの充填圧力、
などに基づいて還元剤の目標供給量を算出し、該算出さ
れた目標供給量に見合う還元剤を適宜のタイミングにて
ＮＯx 触媒９に添加するように還元剤添加弁５０におけ
るソレノイド５４の制御を行っている。
【００４８】還元剤添加弁５０の制御について詳述する
と、ＥＣＵ１５には、上記の如くエアフロメータ７から
の出力信号、及びＮＯx センサ１１からの出力信号が入
力ポート及びＡ／Ｄ変換器を介して入力されている。そ
して、ＥＣＵ１５では、エアフロメータ７にて検出され
る空気吸入量と、ＮＯx センサ１１にて検出されるＮＯ
x 濃度から、単位時間当たりに排出されるＮＯx の排出
量を演算して、該演算されたＮＯx 排出量に見合う還元
剤の目標供給量を設定している（還元剤供給量算出手
段）。
【００４９】また、ＥＣＵ１５には、副還元剤貯蔵タン
ク４０に設けられた圧力センサ４３からの出力信号、お
よび排気管１０に設けられた入りガス圧センサ１２から
の出力信号が入力されている。圧力センサ４３は、副還
元剤貯蔵タンク４０の内部圧力に比例した出力電圧を出
力し、入りガス圧センサ１２は、排気管１０内の排圧に
比例した出力電圧を出力する。そして、ＥＣＵ１５で
は、これら各圧力センサ４３，１２からの出力値に基づ
いて、副還元剤貯蔵タンク４０の圧力と、排気管１０内
の圧力（排圧）と、の間における圧力差を求めて、排気
管１０に対する還元ガスの供給圧力を算出している。
【００５０】また、ＥＣＵ１５では、この算出された還
元ガスの供給圧力を考慮して、単位時間当たりにおける
還元ガスの供給量が目標供給量となるように還元剤添加
弁５０における弁体５１のデューティ比を演算し、該算
出されたデューティ比に基づく還元剤添加弁５０のデュ
ーティ比制御を行う（添加弁制御手段）。尚、ここでデ
ューティ比とは、単位時間当たりにおける弁体５１の開
閉回数を意味している。したがって、デューティ比制御
では、単位時間当たりにおける弁体５１の開閉回数を増
加させるほど、より多くの還元ガスが排気管１０に供給
されることとなる。
【００５１】すなわち、還元ガスの供給圧力が高いとき
には、単位時間当たりにおける還元ガスの供給量が必然
的に増加するためデューティ比を小さく設定し、逆に還
元ガスの供給圧力が低いときには、単位時間当たりにお
ける還元ガスの供給量が減少するためデューティ比を大
きく設定している。
【００５２】また、ＥＣＵ１５には、排気温度センサ１
３からの出力信号が入力されている。排気温度センサ１
３は、排気ガスの温度に比例した出力電圧を出力し、Ｎ
Ｏx触媒９の触媒温度の把握に用いられる。そして、Ｅ
ＣＵ１５では、排気温度センサ１３にて把握される触媒
温度が、ＮＯx を浄化し得る活性化温度に達したことを
受けて、算出された目標供給量に見合う還元剤添加弁５
０のデューティ制御を行い還元ガスをＮＯx 触媒９に添
加する。
【００５３】また、ＥＣＵ１５には、還元剤センサ１４
からの出力信号が入力されている。そして、ＥＣＵ１５
では、還元剤供給装置１６の故障などにより大量の還元
剤が不本意に供給された場合、その還元剤を還元剤セン
サ１４にて感知して還元剤の供給を直ちに強制的に停止
させる制御を行う。
【００５４】一方、副還元剤貯蔵タンク４０に貯蔵され
る還元ガスは、還元剤添加弁５０からの添加によって消
費され、時間の経過と共にその残量は減少していく。そ
こでＥＣＵ１５では、副還元剤貯蔵タンク４０に貯蔵さ
れる還元ガスを切らさないように、副還元剤貯蔵タンク
４０内における還元ガスの残量を常時把握して、その残
量が少なくなった時には、副還元剤貯蔵タンク４０に還
元ガスを補給する還元ガス補給制御を行っている。
【００５５】ＥＣＵ１５にて還元ガスの残量を把握する
には、上記した圧力センサ４３の出力信号を利用して残
量を把握している。すなわち、副還元剤貯蔵タンク４０
内の還元ガスが消費されると、副還元剤貯蔵タンク４０
の内部圧力も低下する。したがって、圧力センサ４３の
出力値を監視することにより副還元剤貯蔵タンク４０内
の残量を把握できる（残量検出手段）。
【００５６】そして、ＥＣＵ１５では、圧力センサ４３
にて検知される副還元剤貯蔵タンク４０内の圧力（還元
ガスの充填圧力）が所定値未満になったことを受けて、
前記機関冷却水制御弁３４を開弁して加熱室３１を加熱
し、主還元剤貯蔵タンク２０に貯蔵されるカルバミン酸
アンモニウムを新たにガス化させる。その結果、新たに
ガス化されたカルバミン酸アンモニウムが副還元剤貯蔵
タンク４０内に流れ込み副還元剤貯蔵タンク４０内に還
元ガスが補給されることになる。
【００５７】なお、ここで所定値とは任意に設定可能な
値であるが、好ましくは、排圧に対して十分に大きい値
とするのが望ましい。即ち、還元ガスの充填圧力を高く
しておくことにより、排気管１０に対する還元ガスの拡
散が良好になる他、排圧の変化に対する単位時間当たり
の供給量も安定する。
【００５８】なお、副還元剤貯蔵タンク４０の内部圧力
が所定値以上になった場合には、上記したように機関冷
却水制御弁３４を閉弁して、カルバミン酸アンモニウム
のガス化を停止させる。
【００５９】このように本発明の還元剤供給装置１６で
は、還元剤添加弁５０からの添加をなし得るように固体
状の還元剤をガス化して副還元剤貯蔵タンク４０に予め
貯蔵・準備しておき、ＥＣＵ１５からの還元剤添加命令
に対して即座に対応できるようにしている。
【００６０】なお、上記した各説明は、あくまでも本発
明の一実施形態にすぎず、詳細は任意に変更可能であ
る。例えば、ＥＣＵ１５にてＮＯx の排出量を算出する
場合には、ＥＣＵ１５にＮＯx 排出量マップを準備して
おき、該マップを利用してＮＯx 排出量の算出を行わせ
てもよい。
【００６１】なお、ＮＯx 排出量マップは、機関負荷と
機関回転数とをパラメータとして、これらパラメータと
各種予備実験により求められた単位時間当たりにおける
ＮＯx 排出量との関係をマップ化したものである。従っ
て、図示しないアクセル開度センサの出力信号、及びク
ランク角センサからの出力信号をＥＣＵ１５に入力して
ＮＯx 排出量マップに照らし合わせると、単位時間当た
りにおけるＮＯx 排出量を算出できる。
【００６２】尚、アクセル開度センサは、アクセル開度
に比例した出力電圧をＥＣＵ１５に出力し、その出力電
圧は機関負荷の演算に用いられる。一方、クランク角セ
ンサは、エンジン１の図示しないクランクシャフトが一
定角度回転する毎に出力パルスをＥＣＵ１５に出力し、
その出力パルスは機関回転数の演算に用いられている。
【００６３】また、上記した例では、還元剤添加弁５０
に作用する還元剤の供給圧力を、入りガス圧センサ１２
の出力値と圧力センサ４３の出力値とによって求めてい
るが、排気管１０内の圧力は、機関負荷及び機関回転数
をパラメータとして作成した排圧マップにより推測でき
る。従って、圧力センサ４３の出力値と排圧マップ上で
算出された排圧とによって、還元剤の供給圧力を算出す
るようにしてもよい。
【００６４】また、上記した例では、入りガス圧センサ
１２の出力値と圧力センサ４３の出力値とを考慮して、
還元剤添加弁５０におけるデューティ比制御を行ってい
るが、副還元剤貯蔵タンク４０に対する還元ガスの貯蔵
圧力を排気管１０内の圧力に対して十分に大きくする
と、排圧の影響による単位時間当たりの還元剤供給量の
変動を相対的に小さくできる。即ち、副還元剤貯蔵タン
ク４０に対する還元ガスの貯蔵圧力を十分に大きく設定
した場合には、副還元剤貯蔵タンク４０の圧力のみを考
慮して還元剤添加弁５０のデューティ比制御を行っても
よい。
【００６５】また、上記した例では、ガス化された還元
剤をそのままの形態で副還元剤貯蔵タンク４０内に貯蔵
しているが、生成された還元剤を圧縮及び冷却して体積
を減少させ副還元剤貯蔵タンク４０に貯蔵しても構わな
い。すなわち、還元ガスを圧縮して副還元剤貯蔵タンク
４０に貯蔵することにより、さらなる装置の小型化を図
れる。例えばこの場合、副還元剤貯蔵タンク４０の容積
を機械的に減少させて還元ガスの圧縮を行い、還元剤貯
蔵タンク４０の周囲に冷却フィンなどを設けて還元ガス
の冷却を図るなどの方法を例示できる。
【００６６】また、副還元剤貯蔵タンク４０内にアンモ
ニア吸蔵合金を収容しておき、該アンモニア吸蔵合金に
還元ガスを吸蔵させた状態で、副還元剤貯蔵タンク４０
内に還元ガスを貯蔵してもよい。なお、アンモニア吸蔵
合金は、還元ガスと結合して還元ガスを貯蔵するため、
副還元剤貯蔵タンク４０内に、より高密度に還元ガスを
貯蔵できる。
【００６７】また、上記した例では固体状の還元剤をガ
ス化させ副還元剤貯蔵タンク４０に貯蔵しているが、還
元ガス発生部３０の温度を還元剤の液化に抑える程度ま
で低下せしめ、固体状の還元剤を液化した状態にて副還
元剤貯蔵タンク４０内に貯蔵するようにしてもよい。す
なわち、副還元剤貯蔵タンク４０に貯蔵される還元剤の
形態は、還元剤添加弁５０より即座に添加可能な形態で
あればよい。
【００６８】また、上記した例では、固体状の還元剤と
してカルバミン酸アンモニウムを適用したが、勿論、尿
素ＣＯ（ＮＨ2 ）2などの他の物質を還元剤として採用
してもよい。なお、尿素など比較的高温にてガス化する
還元剤を採用した場合には、還元ガス発生部３０を電気
ヒータなどにて構成して、還元剤のガス化を行ってもよ
い。また、機関潤滑油の熱を利用して加熱してもよい。
【００６９】次に、このような構成の還元剤供給装置を
採用したエンジンの作用効果について述べる。前述した
ように、ＥＣＵ１５は、ＮＯx の排出量に応じた還元剤
添加弁５０のデューティ比制御を行い、目標供給量に見
合った還元剤を適宜のタイミングにてＮＯx 触媒９に添
加する。このとき本発明の還元剤供給装置１６では、固
体状のカルバミン酸アンモニウムを還元ガス発生部３０
にて加熱ガス化して、予め副還元剤貯蔵タンク４０内に
貯蔵・準備しているため、還元剤の添加命令に即座に対
応できる。また、副還元剤貯蔵タンク４０内に還元ガス
を常時貯蔵しているため、大量の還元剤を要する場合に
おいても、安定した還元剤の供給を行える。
【００７０】また、還元剤添加弁５０におけるデューテ
ィ比制御は、還元剤の供給圧力を考慮して制御されてい
る。しかも、ガス化された還元剤は、副還元剤貯蔵タン
ク４０内に一時期貯蔵された後に添加されるため、還元
剤添加弁５０に対する還元ガスの供給圧力は常に安定し
ている。従って、ＥＣＵ１５では、還元剤添加弁５０に
おけるデューティ比制御を容易になしえ、目標供給量に
見合った還元剤を確実にＮＯx 触媒９に供給できる。
【００７１】また、還元ガスの残量は、副還元剤貯蔵タ
ンク４０内の圧力変化を利用してＥＣＵ１５にて把握さ
れている。このためＥＣＵ１５では、還元ガスの残量に
基づいて固体状還元剤のガス化を制御でき、必要以上に
還元剤をガス化させることもない。従って、還元剤供給
装置１６内に大きな容積を確保せずとも安定した還元剤
の供給をなし得る。
【００７２】このように本発明の還元剤供給装置１６を
採用したエンジンでは、適切量、且つ適宜のタイミング
にて還元剤の供給がなされるため、ＮＯx 触媒９におけ
るＮＯx の浄化効率を飛躍的に高めることができる。ま
た、還元剤供給装置１６内に大きな容積を確保せずとも
安定した還元剤の添加をなし得るため、装置本体を小型
化に製作でき車両への搭載性を大幅に向上させることが
できる。
【００７３】なお、上記したエンジン１では、ＮＯx を
浄化する触媒として、選択還元型ＮＯx 触媒を適用して
いるが、本発明の還元剤供給装置１６は、勿論、吸蔵還
元型ＮＯx 触媒にも有用である。なお、吸蔵還元型ＮＯ
x 触媒とは、酸素過剰雰囲気下でＮＯx を吸蔵し、酸素
濃度が低下したときに吸蔵したＮＯx を放出して還元浄
化せしめる触媒である。
【００７４】また、上記した実施の形態では、ディーゼ
ルエンジンを例として説明したが、本発明の還元剤供給
装置１６は、ディーゼルエンジンのみならず、希薄燃焼
可能なリーンバーンガソリンエンジンなどにおいても、
極めて有用である。
【００７５】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、還元剤の
供給命令に対して、遅延することなく即座に所定量の還
元剤を供給し得る内燃機関の還元剤供給装置を提供でき
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本実施の形態に係る還元剤供給装置を採用し
たディーゼルエンジンの概略構成図である。
【図２】 本実施の形態に係る還元剤供給装置の概略構
成図。
【符号の説明】
１ ディーゼルエンジン（エンジン） ２ 燃焼室 ３ ピストン ４ シリンダ ５ シリンダヘッド ６ 燃料噴射弁 ７ エアフローメータ ８ 吸気管 ９ 選択還元型ＮＯx 触媒（ＮＯx 触媒） １０ 排気管 １１ ＮＯx センサ １２ 入りガス圧センサ １３ 排気温度センサ １４ 還元剤センサ １５ エンジンコントロール用電子制御ユニット（ＥＣ
Ｕ） １６ 還元剤供給装置 １８ インジケータパネル １９ 警告ランプ ２０ 主還元剤貯蔵タンク ２１ タンク本体 ２２ 断熱部材 ３０ 還元ガス生成部 ３１ 加熱室 ３２ 外壁 ３３ 空間 ３４ 機関冷却水制御弁 ４０ 副還元剤貯蔵タンク ４１ タンク本体 ４２ 断熱部材 ４３ 圧力センサ ５０ 還元剤添加弁 ５１ 弁体 ５２ ガイド ５３ ノズル部 ５４ ソレノイド ５５ 導入通路 ６０ 連結管
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大道 重樹 愛知県西尾市下羽角町岩谷14番地 株式会 社日本自動車部品総合研究所内 (72)発明者 大山 尚久 愛知県西尾市下羽角町岩谷14番地 株式会 社日本自動車部品総合研究所内 Ｆターム(参考） 3G091 AA18 AB04 BA01 BA14 CA17 DA08 DC05 EA00 EA01 EA03 EA05 EA07 EA16 EA18 EA32 EA33 GB05W GB09W GB09X GB10X GB17X HA36

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】内燃機関の排気系に設けられ該内燃機関よ
    り排出される窒素酸化物を浄化するＮＯx 触媒に、還元
    剤を供給する還元剤供給装置であって、 固体状の還元剤を貯蔵する主還元剤貯蔵手段と、 前記主還元剤貯蔵手段に貯蔵された固体状の還元剤を供
    給可能に流動化させる還元剤流動化手段と、 前記還元剤流動化手段によって流動化された還元剤を一
    時期貯蔵する副還元剤貯蔵手段と、 機関本体の運転状態に基づき前記ＮＯx 触媒に供給する
    還元剤の供給量を算出する還元剤供給量算出手段と、 前記副還元剤貯蔵手段に貯蔵される還元剤を、前記還元
    剤供給量算出手によって算出された供給量に基づき前記
    内燃機関の排気系におけるＮＯx 触媒上流に添加する還
    元剤添加手段と、 を有することを特徴とする内燃機関の還元剤供給装置。
  2. 【請求項２】前記還元剤流動化手段は、前記固体状の還
    元剤をガス化して該還元剤に流動性を持たせることを特
    徴とする請求項１に記載の内燃機関の還元剤供給装置。
  3. 【請求項３】前記副還元剤貯蔵手段は、該副還元剤貯蔵
    手段に貯蔵されている還元剤の残量を算出する残量算出
    手段を備え、 前記還元剤流動化手段は、前記残量算出手段によって算
    出される残量が所定値未満になったことを受けて、前記
    主還元剤貯蔵手段に貯蔵される固体状の還元剤を流動化
    して副還元剤貯蔵手段に補給することを特徴とする請求
    項１又は２に記載の内燃機関の還元剤供給装置。
  4. 【請求項４】前記副還元剤貯蔵手段は、前記流動化され
    た還元剤を一時期貯蔵する副還元剤貯蔵室と、この副還
    元剤貯蔵室内の圧力を検知する圧力検知手段と、を備
    え、 前記残量算出手段は、前記圧力検知手段によって検知さ
    れる圧力が高いとき、還元剤の残量を多いと判断し、前
    記圧力検知手段によって検知される圧力が低いとき、還
    元剤の残量を少ないと判断することを特徴とする請求項
    ３に記載の内燃機関の還元剤供給装置。
  5. 【請求項５】前記副還元剤貯蔵手段は、前記流動化され
    た還元剤を一時期貯蔵する副還元剤貯蔵室と、この副還
    元剤貯蔵室内の圧力を検知する圧力検知手段と、を備
    え、 前記還元剤添加手段は、前記ＮＯx 触媒上流の排気系に
    設けられ開弁時に前記副還元剤貯蔵室に貯蔵される還元
    剤を前記ＮＯx 触媒上流に添加する還元剤添加弁と、前
    記圧力検知手段によって検知される圧力に基づいて前記
    還元剤添加弁の開弁時間を制御する添加弁制御手段と、
    を有することを特徴とする請求項１から４の何れかに記
    載の内燃機関の還元剤供給装置。
  6. 【請求項６】前記添加弁制御手段は、前記副還元剤貯蔵
    室内の圧力が高いとき、前記還元剤添加弁の開弁時間を
    短くし、前記副還元剤貯蔵内の圧力が低いとき、前記還
    元剤添加弁の開弁時間を長くすることを特徴とする請求
    項５に記載の内燃機関の還元剤供給装置。
  7. 【請求項７】前記ＮＯx 触媒は、還元剤の存在下で、窒
    素酸化物を分解又は還元せしめる選択還元型ＮＯx 触媒
    であることを特徴とする請求項１から６の何れかに記載
    の内燃機関の還元剤供給装置。
  8. 【請求項８】前記固体状の還元剤は、前記還元剤流動化
    手段によるガス化時に、アンモニアを基調とする還元ガ
    スを生成することを特徴とする請求項１から７の何れか
    に記載の内燃機関の還元剤供給装置。
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