JP3600509B2 - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関から排出される排気ガスを浄化する内燃機関の排気浄化装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
酸素過剰の雰囲気で、還元剤により排気ガス中の有害なＮＯｘを還元または分解する選択還元型ＮＯｘ触媒は、リーン空燃比で燃焼可能な内燃機関（例えばディーゼルエンジンやリーンバーンガソリンエンジン）から排出される排気ガス中のＮＯｘを浄化する排気浄化装置として多用されている。
【０００３】
このような選択還元型ＮＯｘ触媒では還元剤として炭化水素を用いることが多いが、他の還元剤として尿素等、アンモニア由来の還元剤を使用することが検討されている。例えば、固体尿素を還元剤として用いたものとしては特開２０００−２７６２６号公報に記載の還元剤供給装置がある。
【０００４】
この特開２０００−２７６２６号公報に記載の還元剤供給装置は、固体尿素の貯蔵タンクと、この貯蔵タンクの内部上面に固定されたバネ部材と、バネ部材の下方先端部に固定された粉砕機構とからなる粉砕手段が配置されている。この粉砕機構は、垂直棒材から貯蔵装置の側壁近傍まで半径方向に延在する複数の粉砕アームを有し、この垂直棒材の下方先端部は、貯蔵装置の底壁から内側に延在するガイド部材によって上下方向に摺動可能に案内される。
【０００５】
還元剤である固体尿素の貯蔵装置への供給に際して、粉砕手段のバネ部材は自由に伸縮可能なように、かつ固体尿素に埋没しないようにされる。固体尿素は貯蔵装置内で塊状となり易いが、貯蔵装置内に前記のような粉砕手段が配置されているので、ガイド部材により上下方向に摺動可能に案内された粉砕機構は、車両振動によってバネ部材を介して上下に振動するために、尿素の塊を貯蔵装置内の全体に亘り粉砕することができる。したがって貯蔵装置内の粉砕された尿素を連続的に排出できる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、前記の特開２０００−２７６２６号公報に記載の還元剤供給装置では、固体還元剤を貯蔵タンクから排出させるためにバネ部材と粉砕機構を必要とし、貯蔵タンク内の構造が複雑化する問題がある。
【０００７】
またこの装置では、貯蔵タンクから排出された固体還元剤をどのようにして排気ガスの通路に供給するのか、具体的な供給手段については開示されていない。実際には排気通路に設置された選択還元型ＮＯｘ触媒上流の所定位置に、どのようにして所定量の還元剤を確実に供給するのかが問題となり、簡便で制御性に優れた還元剤の供給装置の提供が望まれている。
【０００８】
本発明は、このような事情に鑑みてされたものであり、還元剤の保存と供給がより確実であって、かつ効率的に所定量の還元剤を選択還元型ＮＯｘ触媒の上流の排気ガス通路に供給することができる還元剤供給装置を提供することを課題とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は前記課題を解決するために、以下の手段を採用した。即ち、本発明は、内燃機関の排気ガス通路に設けられ、アンモニア由来の還元剤の存在下でＮＯｘを還元または分解する選択還元型ＮＯｘ触媒と、固体状の還元剤を貯蔵する固体還元剤貯蔵部と、前記固体還元剤貯蔵部から導かれた固体還元剤を加熱液化し貯蔵する溶融還元剤貯蔵部と、前記固体還元剤貯蔵部に貯蔵された固体状の還元剤を前記溶融還元剤貯蔵部に搬送する固体還元剤搬送手段と、前記溶融還元剤貯蔵部で液化された液化還元剤を前記選択還元型ＮＯｘ触媒よりも上流の前記排気ガス通路に供給する溶融還元剤
供給手段と、を備え、前記還元剤の表面は、還元剤が互いに固着することを抑止する固着抑止剤で被覆されていることを特徴とする内燃機関の排気ガス浄化装置である。
【００１０】
固体還元剤貯蔵部に貯蔵された固体状の還元剤は、固体還元剤搬送手段により溶融還元剤貯蔵部に導かれて加熱液化され、液化した還元剤は溶融還元剤供給手段によって選択還元型ＮＯｘ触媒よりも上流の排気通路に供給される。
【００１１】
本発明における内燃機関は、筒内直接噴射式のリーンバーンガソリンエンジンやディーゼルエンジンを例示することができる。
前記選択還元型ＮＯｘ触媒としては、ゼオライトにＣｕ等の遷移金属をイオン交換して担持したものやチタニヤ／バナジウム触媒、ゼオライトまたはアルミナに貴金属を担持した触媒等が例示できる。
【００１２】
また本発明において、前記還元剤の形態は球状とすることができ、これを固体還元剤収納部に多数収納する。この場合、前記固体還元剤搬送手段が前記固体還元剤貯蔵部に形成した傾斜面であれば、固体還元剤はこの傾斜面を転動して連続的に排出される。
【００１３】
また還元剤としては、例えば尿素、またはカルバミン酸アンモニウムを使用することができる。前記貯蔵室の固体還元剤の形状を球状または棒状とすることができる。そして、固体還元剤表面を固着防止剤により被覆することで、還元剤どうしが固着することが防止され、還元剤の搬送を円滑に行うことができる。
【００１４】
前記固体還元剤搬送手段は、モータと、このモータにより駆動される回転体を含み、この回転体が還元剤に接触してこれを固体還元剤貯蔵部から搬出するように構成することができる。
【００１５】
本発明では、前記溶融還元剤貯蔵部において固体状の還元剤を加熱液化する熱源を、電気ヒータとすることができる。
前記溶融還元剤貯蔵部で固体状の還元剤がガス化しないように、還元剤の温度を所定温度範囲に制御する温度制御手段を備えるのが好ましい。固体状の還元剤を必要以上の高温に加熱すると還元剤が変質して凝固し流動性劣化や特性変化が生じる。また、還元剤がガス化してしまい、ガス化した還元剤が貯蔵手段から外に漏出する虞がある。温度制御手段を備えることにより、これを防止することができる。
【００１６】
液化した還元剤は、例えばエンジンコントロール用電子制御ユニット（ＥＣＵ）により作動が制御され、所定量ずつを排気ガス路中に噴射するインジェクタ等の供給量制御手段によって供給することができる。
【００１７】
本発明では、還元剤を固体の状態で保存し、これを加熱液体化して供給するので、装置の小型化、簡略化が実現でき、かつ還元剤の供給量を高精度に制御することが可能である。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の実施の形態を図１から図６の図面に基づいて説明する。なお、以下に記載の各実施形態は、本発明を内燃機関としての車両駆動用ディーゼルエンジンに適用したものである。
［第１の実施の形態］
本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の第１の形態について、図１から図３を参照して説明する。車両用のディーゼルエンジン１の各気筒の燃焼室２にはピストン６が設けられ、かつエアクリーナ３を経て吸気管４から空気が導入されるようになっている。また各燃焼室２には燃料噴射弁５から燃料が噴射され、これはリーン空燃比で燃焼する。
【００１９】
各燃焼室２から排出された排気ガスは、排気管７、ＮＯｘ触媒コンバータ８、及び排気管９を通って大気中に排気される。ＮＯｘ触媒コンバータ８には、還元剤の存在下で、排気ガス中のＮＯｘを還元または分解するゼオライト・シリカ系やチタニア・バナジウム系の選択還元型ＮＯｘ触媒１０が収容されている。
【００２０】
この選択還元型ＮＯｘ触媒１０により排気ガス中のＮＯｘを浄化するには、これに用いる還元剤の存在が必要である。そのためこの排気浄化装置には、ＮＯｘ触媒コンバータ８よりも上流の排気管７内に還元剤を添加する還元剤添加装置（還元剤添加手段）１１が、排気管７に設けられている。
【００２１】
この還元剤添加装置１１は、固体還元剤として固体尿素Ａを液化して排気管７内に供給するものである。この装置は、固体還元剤貯蔵部であって固体尿素Ａを収容する収納容器１２と、この収納容器１２の下部に連結された溶融還元剤貯蔵部である液体尿素収納室１３と、この液体尿素収納室１３の下部に設けた添加制御弁１４と、からなる。
【００２２】
収納容器１２は、上部に還元剤投入口１２ａを有し、この投入口１２ａは蓋１２ｂによって開閉可能になっており、図２、図３に示すように、その底面１２ｃは傾斜面になっている。底面１２ｃの最低部には排出口１２ｄが形成され、これは連通路１２ｅを介して液体尿素収納室１３に連通している。
【００２３】
図２では、収納容器１２に収容されている固体還元剤は固体尿素Ａであり、この固体尿素Ａは球状に成形され、この固体尿素Ａは底面１２ｃを転がり、排出口１２ｄから液体尿素収納室１３に向かって落下する。
【００２４】
また図３のように固体尿素Ａを棒状に成形して、これを傾斜した底面１２ｃによって排出口１２ｄに誘導することもできる。この固体尿素Ａは底面１２ｃ上を滑り落ち、排出口１２ｄから液体尿素収納室１３に向けて排出される。
【００２５】
なお固体尿素Ａは吸湿して固着し易い性質を有するため、固体還元剤貯蔵部１２には、シリカゲル等による除湿手段１５が備えられる。この除湿手段１５はシリカゲル等を収納した容器であり、 固体尿素Ａが供給される収納容器１２に通路１５ａを介して連通している。
【００２６】
また前記固体尿素Ａは、固着防止剤で被覆されているので互いに固着して塊状になり、排出が困難になる事態が防止される。
次に、前記液体尿素収納室１３は、図示しない電気ヒータ等の加熱源を備え、上部の収納容器１２から連通路１２ｃを介して供給された固体尿素Ａを加熱し、これを液化させて液体尿素とする。この液体尿素は、図７に示す添加制御弁１４により流量制御されて排気管７内に添加される。添加制御弁１４は先端がニードルバルブ１４ａとなっており、軸方向に軸状の弁体１４ｃが貫通した供給路１４ｄに液体尿素収納室１３からの連通路１２ｃが接続され、弁体１４ｃは往復動可能なように支持体１４ｅにより案内されている。添加制御弁１４の後端には、貫通した弁体１４ｃの後部に装着したストッパ１４ｆが設けられ、これは添加制御弁１４の本体の後端面に係止している。このストッパ１４ｆの後方にはソレノイド が配置されており、これが励磁するとストッパ１４ｆを後方に引き寄せるようになっている。また弁体１４ｃの支持体１４ｅの外周面には、供給された液体尿素が漏出しないようにシール１４ｂが設けられている。
【００２７】
この添加制御弁１４は、その開閉時間をＥＣＵ１６によってデューティ比制御され、これによって液体尿素の流量や添加タイミングが制御されるので、ＥＣＵ１６からの命令によってソレノイド３７が通電によって励磁し、ストッパ１４ｆが後方に移動し、弁体１４ｃがこれに伴って後方に移動して先端のニードルバルブ１４ａが開くと、開弁中の所定時間にわたって所定量の尿素が排気通路内に添加される。
【００２８】
ソレノイド３７への通電が停止すると、ストッパ１４ｆはスプリング３８により原位置に戻されてニードルバルブ１４ａが閉じられ、尿素の添加が終了する。なお、この添加制御弁１４と液体尿素収納室１３の間には、液体尿素を加圧してこれを調圧部に送るポンプ（図示せず）と、調圧部において液体尿素を一定圧力に加圧するプレッシャレギュレータ３９を備えている。
【００２９】
前記液体尿素収納室１３に備えられた電気ヒータ等の加熱源は、液体尿素収納室１３内において固体尿素Ａが液化するのに最適な温度（約１６０〜２３０℃）となるように、ＥＣＵ１６によってその作動が制御される。これは固体尿素Ａを前記最適温度以上の高温に加熱すると、固体尿素Ａがガス化してしまう虞があるからである。
【００３０】
また、収納容器１２には固体尿素Ａの残量を検出する残量センサ１７が設けられており、残量センサ１７は検出した固体尿素Ａの残量に比例した出力信号をＥＣＵ１６に出力する。ＥＣＵ１６は、残量センサ１７から所定の残量値（以下、これを警報残量値と称す）を示す入力信号を入力したときに、メータパネル２２の警報ランプ２３を点灯し、固体尿素Ａの残量が少なくなったことを知らせる。また、ＥＣＵ１６は、残量センサ１７から警報残量値よりもさらに少ない下限値を示す入力信号を入力したときに、還元剤添加装置１１の稼動を停止し、添加制御弁１４を全閉にして、液体尿素の添加を停止する。
【００３１】
液体尿素収納室１３には液体尿素の液温を検出する温度センサ１８が設けられており、温度センサ１８は検出した液体尿素の液温に比例した出力信号をＥＣＵ１６に出力する。
【００３２】
一方、ＮＯｘ触媒コンバータ８より上流の排気管７には、ＮＯｘ触媒コンバータ８に流入する排気ガスの温度を検出する触媒入ガス温センサ１９が設けられており、検出した触媒入ガス温度に比例した出力信号をＥＣＵ１６に出力する。
【００３３】
前記触媒入ガス温センサ１９より上流の排気管７には、ＮＯｘセンサ２１が設けられ排気ガス中のＮＯｘ量を計測する。
また前記触媒入ガス温センサ１９より下流の排気管７には、アンモニアガスセンサ３６が設置され、計測されたアンモニアガス量に比例した出力信号をＥＣＵ１６に出力する。
【００３４】
またＥＣＵ１６はデジタルコンピュータからなり、双方向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）、入出力ポート、出力ポートを具備し、エンジン１の燃料噴射量制御等の基本制御を行うほか、この実施の形態では、液体尿素の添加量制御を行っている。
【００３５】
これらの制御のために、ＥＣＵ１６の入力ポートには、エアフロメータ２０からの入力信号がＡ／Ｄコンバータを介して入力される。エアフロメータ２０は吸気量に比例した出力信号をＥＣＵ１６に出力し、ＥＣＵ１６はエアフロメータ２０の出力信号に基づいて吸気量を演算する。
【００３６】
前記ＮＯｘセンサ２１は、ＮＯｘ触媒コンバータ８より上流の排気管７に設置されているので、ＮＯｘ触媒コンバータ８に流入するＮＯｘ量を検出することができ、検出したＮＯｘ濃度に比例した出力信号をＥＣＵ１６に出力する。ＥＣＵ１６は、このＮＯｘセンサで検出したＮＯｘ濃度と、エアフロメータ２０で検出した吸気量からＮＯｘ排出量を演算する。
【００３７】
ＥＣＵ１６は、上記のＮＯｘ排出量を基にＮＯｘを浄化するのに必要な液体尿素の目標添加量を演算し、この目標添加量に対応する流量が得られる添加制御弁１４のデューティ比を演算し、添加制御弁１４をデューティ比制御する。
【００３８】
なお、添加制御弁１４を流れる液体尿素の流量は、添加制御弁１６のデューティ比が同じであっても液体尿素の液温や添加制御弁１４の出口側の背圧が異なると変化するので、添加制御弁１４をデューティ比制御する際に、ＥＣＵ１６は、温度センサ１８により検出した液体尿素の液温と、入りガス圧センサ１９により検出したガス圧力に基づいて、目標デューティ比の補正を行う。
【００３９】
次に、この内燃機関の排気浄化装置の作用を説明する。前述したように、ＥＣＵ１６は、エンジン１の運転状態に応じて、即ちＮＯｘ排出量に応じて、添加制御弁１４のデューティ比制御を行い、排気管７内に適正量の液体尿素を添加する。排気管７内に添加された液体尿素は排気ガスによって加熱される結果、直ちに気化して還元ガス（アンモニアガス）となり、排気ガスと共にＮＯｘ触媒コンバータ８に流入する。
【００４０】
還元ガスは、選択還元型ＮＯｘ触媒１０上において排気ガスに含まれるＮＯｘを還元あるいは分解する。浄化された排気ガスは排気管９を通って大気中に放出される。
【００４１】
なお、この選択還元型ＮＯｘ触媒１０は排気ガス温がある所定の温度以下のときにはＮＯｘ浄化率が低く、排気ガス温が前記所定温度を越えると急激にＮＯｘ浄化率が高くなる性質がある。そのため、排気ガス温が低いときに還元ガスを添加しても、その添加された還元ガスはＮＯｘの還元反応に利用されないままＮＯｘコンバータ８を素通りし、大気に放出されてしまう。そこで、この実施の形態では、入りガス温センサ１９で検出した入りガス温度が前記所定温度以下のときには、ＥＣＵ１６が添加制御弁１４を全閉に制御し、これにより液体尿素の添加を停止して、還元ガスのリークを未然に防止するようにしている。
【００４２】
なお、上述した実施の形態では、ＮＯｘ触媒コンバータ８の上流側の排気管７に、排気ガスのＮＯｘ濃度を検出するＮＯｘセンサを設け、このＮＯｘセンサで検出したＮＯｘ濃度とエアフロメータ２０で検出した吸気量から、ＮＯｘ排出量を演算するようにしているが、これに代えて次のような方法を採用していもよい。
すなわち、エンジン負荷とエンジン回転数に基づいてエンジン１から排出されるＮＯｘ量との関係を求めて予めマップ化し、このＮＯｘ排出量マップをＥＣＵ１６に記憶しておく。ＥＣＵ１６は、このＮＯｘ排出量マップを参照し、エンジン負荷とエンジン回転速度に基づいてエンジン１から排出されるるＮＯｘ排出量を推定算出する。この場合、ＥＣＵ１６の入力ポートには、図示しないアクセル開度センサからの入力信号と、クランク角センサからの入力信号が入力されるようにする。この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ＥＣＵ１６に出力し、ＥＣＵ１６はアクセル開度センサからの出力信号に基づいて機関負荷を演算する。クランク角センサはエンジン１のクランクシャフトが一定角度回転する毎に主力パルスをＥＣＵ１６に出力し、ＥＣＵ１６はこの出力パルスに基づいて機関回転速度を演算する。
【００４３】
この実施の形態の排気浄化装置では、固体尿素を加熱液化して液体尿素とし、この液体尿素を添加制御弁１４で流量制御して排気管７内に添加している。このように固体尿素を液化するのに必要な熱量は、固体尿素を気化するのに必要な熱量よりも小さいので、従来よりも加熱源（電気ヒータ）を小さくできる利点がある。
【００４４】
また、液体尿素は、固体尿素を直接に加熱液化して生成するため、１００％濃度となり高濃度の添加量制御が必要になるが、制御対象が気体ではなく液体であるため、添加制御弁１４により高精度の流量制御が十分可能である。
［第２の実施の形態］
本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の第２の実施の形態について図４を参照して説明する。
【００４５】
この第２の実施の形態では、固体還元剤貯蔵部１２の底面に固体尿素Ａの強制的な搬送機構を設けている。
固体還元剤貯蔵部１２は、第１の実施の形態のものと同様である。すなわち図４に示すように、固体還元剤貯蔵部１２の下部は傾斜面１２ｃになっており、この傾斜面１２ｃの最低部には排出口１２ｄがあり、この排出口１２ｄは液体尿素収納室１３に連通している。
【００４６】
ここでは収納容器１２に収容されている固体尿素Ａは棒状であり、複数の棒状の固定尿素Ａが、一本ずつ排出口１２ｄから排出されるようになっている。排出口１２ｄの周縁には、モータ２５に連結されて回転する歯車状の回転体２６が２個対向するように設けられている。これらの回転体２６は、固体尿素Ａの搬出路に臨み、その外周の一部が搬出路に突出している。したがって回転体２６は固体尿素Ａに接触することが可能で、斜面を摺動する固体尿素Ａを下方に強制的に移動させることができる。
【００４７】
固体尿素Ａは排出口１２ｄ下方の連通路１２ｅを介して、液体尿素収納室１３に送られる。第１の実施の形態と同様に液体尿素収納室１３に到達した固体尿素Ａは液化されて排気通路７中に、一定量ずつ供給される。
【００４８】
前記モータ２５の運転・停止はＥＣＵ１６によって制御される。モータ２５の運転時期及び期間については、エンジン１が使用される場所における環境や季節的な要因などを考慮して適宜に設定することができる。
【００４９】
この実施の形態によれば固体尿素Ａを、連続的に確実に収納容器１２から取り出すことができる。
［第３の実施の形態］
本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の第３の実施の形態について、図５を参照して説明する。
【００５０】
この第３の実施の形態では、固体還元剤は回転自在に支持された円筒形の容器内に収納されている。この容器に隣接するように、モータ２５により回転する駆動歯車２８が設けられている。また固体尿素Ａを収納した固体還元剤貯蔵部１２である容器の外壁には、前記駆動歯車２８に噛み合い、この駆動歯車２８の回転に従って回転する被駆動歯車２９が形成されている。
【００５１】
一方、円筒形の収納容器１２の底面１２ａは開放されており、収納容器１２と一体に回転せずに固定された円形の受板３２に対向している。収納容器１２は受板３２に対して回転し、かつ受板３２に接触しないように支持される。
【００５２】
また容器と一体に回転する加圧手段３３が設けられ、この加圧手段３３は前記固体尿素Ａの上面を押圧し、これを矢印Ｘ方向に加圧する。
前記固体尿素Ａは収納容器１２と共に回転するが、加圧により受板３２に当接する。
この受板３２の表面には、その中心部から外周方向にわたって扇形の開口部３４が設けられ、この開口部３４にはカッタ３０が取り付けられている。このカッタ３０は、固体尿素Ａに接触してこれを切削することが可能である。
【００５３】
このような構成であるので、モータ２５を駆動させることにより収納容器１２が回転し、これと一体に固体尿素Ａが回転する。このとき固体尿素Ａは受板３２に接触するのでカッタ３０により切削される。切削された固体尿素Ａは一時的に還元剤収納部３５に落下し、この還元剤収納部３５に設けたヒータ４０により熱せられて溶融し、連通路１２ｅを介して液体尿素収納室１３に送られる。
【００５４】
前記モータ２５の作動及び停止はＥＣＵ１６によって制御される。モータ２５の運転時期及び時間については、エンジン１が使用される場所における環境や季節的な要因などを考慮して適宜に設定することができる。
【００５５】
なおこの実施の態様では、収納容器１２を円筒状のものとし、これは加圧手段Ｘと共に回転する構成としたが、次のような構成としてもよい。
前記収納容器１２を回転可能な有底のものとし、その底面の一部に上述したような開口部とカッタを設置して、回転しない加圧手段により固体尿素Ａを加圧可能とする。この場合、固体尿素Ａは加圧手段により収納容器１２の底面に向けて加圧される。すると固体尿素Ａと収納容器１２との間に速度差が生じるので、固体尿素Ａがカッタにより切削される。
【００５６】
この実施の形態によれば固体尿素Ａを、連続的に確実に、かつ所定量を収納容器１２から取り出すことができる。
［第４の実施の形態］
本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の第４の実施の形態について、図６を参照して説明する。
【００５７】
この第４の実施の形態では、固体還元剤は回転自在に支持された円筒形の容器内に収納されている。この容器に隣接するように、モータ２５により回転する駆動歯車２８が設けられている。また固体尿素Ａを収納した固体還元剤貯蔵部１２である容器の外壁には、前記駆動歯車２８に噛み合い、この駆動歯車２８の回転に従って回転する被駆動歯車２９が形成されている。
【００５８】
一方、円筒形の収納容器１２の底面１２ａは開放されており、この底面１２ａは、固定された円形の受板３２に対向している。収納容器１２は前記モータ２５の駆動によって回転可能であり、かつ受板３２に接触しないように支持される。
【００５９】
また収納容器１２の上部には固体尿素Ａの加圧手段３３が設けられている。この加圧手段３３は、前記固体尿素Ａの上面を押圧しこれを矢印Ｘ方向に加圧し、かつ収納容器１２と一体に回転する。
【００６０】
前記固体尿素Ａは収納容器１２と共に回転するが、加圧手段３３による加圧により受板３２に当接する。
この受板３２の表面には、その中心部から外周方向にわたって扇形の開口部３４が設けられ、この開口部３４の周囲にはヒータ３１が取り付けられている。このヒータ３１は固体尿素Ａに接触して、ヒータ３１から発生する熱により固体尿素Ａを溶融させる。
【００６１】
このような構成であるので、モータ２５を駆動させることで収納容器１２が回転し、これと一体に固体尿素Ａが回転する。このとき固体尿素Ａは受板３２に接触し溶融して一時的に還元剤収納部３４内に落下し、液化した尿素は液体尿素収納室１３に向かい流出する。
【００６２】
前記モータ２５の運転・停止はＥＣＵ１６によって制御される。モータ２５の運転時期及び期間については、エンジン１が使用される場所における環境や季節的な要因などを考慮して適宜に設定することができる。
【００６３】
なおこの発明の実施の形態では、収納容器１２を円筒状のものとし、これを加圧手段と共に回転する構成としたが、これに替えて次のような構成としてもよい。
【００６４】
前記収納容器１２を回転可能な有底のものとし、その底面の一部に上述したような開口部及びヒータを設置して、回転しない加圧手段により固体尿素Ａを加圧可能とする。この場合、固体尿素Ａは加圧手段により収納容器１２の底面に向けて加圧される。すると固体尿素Ａと収納容器１２との間に速度差が生じ、固体尿素Ａの下面全体が順次ヒータにより加熱され、均一に溶融し開口部から流出する。
【００６５】
この実施の形態によれば固体尿素Ａを、連続的に確実に、かつ所定量を液化しつつ収納容器１２から取り出すことができる。
【００６６】
【発明の効果】
本発明に係る内燃機関の排気浄化装置によれば、固体還元剤貯蔵部で還元剤を固体の状態で保存し、これを取り出して溶融還元剤貯蔵部に貯蔵してから供給する構成としたので、装置の小型化、簡略化が実現でき、かつ還元剤の供給量を高精度に制御することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る排気浄化装置の第１の実施の形態における概略構成図である。
【図２】球状の固体尿素を収納した収納容器の概略構成を示す図である。
【図３】棒状の固体尿素を収納した収納容器の概略構成を示す図である。
【図４】収納容器に固体尿素の搬出機構を設けた状態を示す概略構成図である。
【図５】収納容器に別の固体尿素の搬出機構を設けた状態を示す概略構成図である。
【図６】収納容器にさらに別の固体尿素の搬出機構を設けた状態を示す概略構成図である。
【図７】還元剤を供給する添加制御弁の構造を示す図である。
【符号の説明】
１・・・ディーゼルエンジン（内燃機関）
２・・・燃焼室
３・・・エアクリーナ
４・・・吸気管
５・・・燃料噴射弁
６・・・ピストン
７・・・排気管（吸気系）
８・・・ＮＯｘ触媒コンバータ
９・・・排気管（排気通路）
１０・・・選択還元型ＮＯｘ触媒
１１・・・還元剤添加装置
１２・・・収納容器
１３・・・液体尿素収納室
１４・・・添加制御弁（供給量制御手段）
１５・・・除湿手段
１６・・・ＥＣＵ
１７・・・残量センサ
１８・・・温度センサ
１９・・・触媒入りガス温センサ
２０・・・エアフロメータ
２１・・・ＮＯｘセンサ
２２ ・・・メータパネル
２３・・・警報ランプ
２５・・・モータ
２６・・・歯車
２８・・・駆動歯車
２９・・・被駆動歯車
３０・・・カッタ
３１・・・ヒータ
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関から排出される排気ガスを浄化する内燃機関の排気浄化装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
酸素過剰の雰囲気で、還元剤により排気ガス中の有害なＮＯｘを還元または分解する選択還元型ＮＯｘ触媒は、リーン空燃比で燃焼可能な内燃機関（例えばディーゼルエンジンやリーンバーンガソリンエンジン）から排出される排気ガス中のＮＯｘを浄化する排気浄化装置として多用されている。
【０００３】
このような選択還元型ＮＯｘ触媒では還元剤として炭化水素を用いることが多いが、他の還元剤として尿素等、アンモニア由来の還元剤を使用することが検討されている。例えば、固体尿素を還元剤として用いたものとしては特開２０００−２７６２６号公報に記載の還元剤供給装置がある。
【０００４】
この特開２０００−２７６２６号公報に記載の還元剤供給装置は、固体尿素の貯蔵タンクと、この貯蔵タンクの内部上面に固定されたバネ部材と、バネ部材の下方先端部に固定された粉砕機構とからなる粉砕手段が配置されている。この粉砕機構は、垂直棒材から貯蔵装置の側壁近傍まで半径方向に延在する複数の粉砕アームを有し、この垂直棒材の下方先端部は、貯蔵装置の底壁から内側に延在するガイド部材によって上下方向に摺動可能に案内される。
【０００５】
還元剤である固体尿素の貯蔵装置への供給に際して、粉砕手段のバネ部材は自由に伸縮可能なように、かつ固体尿素に埋没しないようにされる。固体尿素は貯蔵装置内で塊状となり易いが、貯蔵装置内に前記のような粉砕手段が配置されているので、ガイド部材により上下方向に摺動可能に案内された粉砕機構は、車両振動によってバネ部材を介して上下に振動するために、尿素の塊を貯蔵装置内の全体に亘り粉砕することができる。したがって貯蔵装置内の粉砕された尿素を連続的に排出できる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、前記の特開２０００−２７６２６号公報に記載の還元剤供給装置では、固体還元剤を貯蔵タンクから排出させるためにバネ部材と粉砕機構を必要とし、貯蔵タンク内の構造が複雑化する問題がある。
【０００７】
またこの装置では、貯蔵タンクから排出された固体還元剤をどのようにして排気ガスの通路に供給するのか、具体的な供給手段については開示されていない。実際には排気通路に設置された選択還元型ＮＯｘ触媒上流の所定位置に、どのようにして所定量の還元剤を確実に供給するのかが問題となり、簡便で制御性に優れた還元剤の供給装置の提供が望まれている。
【０００８】
本発明は、このような事情に鑑みてされたものであり、還元剤の保存と供給がより確実であって、かつ効率的に所定量の還元剤を選択還元型ＮＯｘ触媒の上流の排気ガス通路に供給することができる還元剤供給装置を提供することを課題とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は前記課題を解決するために、以下の手段を採用した。即ち、本発明は、内燃機関の排気ガス通路に設けられ、アンモニア由来の還元剤の存在下でＮＯｘを還元または分解する選択還元型ＮＯｘ触媒と、固体状の還元剤を貯蔵する固体還元剤貯蔵部と、前記固体還元剤貯蔵部から導かれた固体還元剤を加熱液化し貯蔵する溶融還元剤貯蔵部と、前記固体還元剤貯蔵部に貯蔵された固体状の還元剤を前記溶融還元剤貯蔵部に搬送する固体還元剤搬送手段と、前記溶融還元剤貯蔵部で液化された液化還元剤を前記選択還元型ＮＯｘ触媒よりも上流の前記排気ガス通路に供給する溶融還元剤
供給手段と、を備え、前記還元剤の表面は、還元剤が互いに固着することを抑止する固着抑止剤で被覆されていることを特徴とする内燃機関の排気ガス浄化装置である。
【００１０】
固体還元剤貯蔵部に貯蔵された固体状の還元剤は、固体還元剤搬送手段により溶融還元剤貯蔵部に導かれて加熱液化され、液化した還元剤は溶融還元剤供給手段によって選択還元型ＮＯｘ触媒よりも上流の排気通路に供給される。
【００１１】
本発明における内燃機関は、筒内直接噴射式のリーンバーンガソリンエンジンやディーゼルエンジンを例示することができる。
前記選択還元型ＮＯｘ触媒としては、ゼオライトにＣｕ等の遷移金属をイオン交換して担持したものやチタニヤ／バナジウム触媒、ゼオライトまたはアルミナに貴金属を担持した触媒等が例示できる。
【００１２】
また本発明において、前記還元剤の形態は球状とすることができ、これを固体還元剤収納部に多数収納する。この場合、前記固体還元剤搬送手段が前記固体還元剤貯蔵部に形成した傾斜面であれば、固体還元剤はこの傾斜面を転動して連続的に排出される。
【００１３】
また還元剤としては、例えば尿素、またはカルバミン酸アンモニウムを使用することができる。前記貯蔵室の固体還元剤の形状を球状または棒状とすることができる。そして、固体還元剤表面を固着防止剤により被覆することで、還元剤どうしが固着することが防止され、還元剤の搬送を円滑に行うことができる。
【００１４】
前記固体還元剤搬送手段は、モータと、このモータにより駆動される回転体を含み、この回転体が還元剤に接触してこれを固体還元剤貯蔵部から搬出するように構成することができる。
【００１５】
本発明では、前記溶融還元剤貯蔵部において固体状の還元剤を加熱液化する熱源を、電気ヒータとすることができる。
前記溶融還元剤貯蔵部で固体状の還元剤がガス化しないように、還元剤の温度を所定温度範囲に制御する温度制御手段を備えるのが好ましい。固体状の還元剤を必要以上の高温に加熱すると還元剤が変質して凝固し流動性劣化や特性変化が生じる。また、還元剤がガス化してしまい、ガス化した還元剤が貯蔵手段から外に漏出する虞がある。温度制御手段を備えることにより、これを防止することができる。
【００１６】
液化した還元剤は、例えばエンジンコントロール用電子制御ユニット（ＥＣＵ）により作動が制御され、所定量ずつを排気ガス路中に噴射するインジェクタ等の供給量制御手段によって供給することができる。
【００１７】
本発明では、還元剤を固体の状態で保存し、これを加熱液体化して供給するので、装置の小型化、簡略化が実現でき、かつ還元剤の供給量を高精度に制御することが可能である。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の実施の形態を図１から図６の図面に基づいて説明する。なお、以下に記載の各実施形態は、本発明を内燃機関としての車両駆動用ディーゼルエンジンに適用したものである。
［第１の実施の形態］
本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の第１の形態について、図１から図３を参照して説明する。車両用のディーゼルエンジン１の各気筒の燃焼室２にはピストン６が設けられ、かつエアクリーナ３を経て吸気管４から空気が導入されるようになっている。また各燃焼室２には燃料噴射弁５から燃料が噴射され、これはリーン空燃比で燃焼する。
【００１９】
各燃焼室２から排出された排気ガスは、排気管７、ＮＯｘ触媒コンバータ８、及び排気管９を通って大気中に排気される。ＮＯｘ触媒コンバータ８には、還元剤の存在下で、排気ガス中のＮＯｘを還元または分解するゼオライト・シリカ系やチタニア・バナジウム系の選択還元型ＮＯｘ触媒１０が収容されている。
【００２０】
この選択還元型ＮＯｘ触媒１０により排気ガス中のＮＯｘを浄化するには、これに用いる還元剤の存在が必要である。そのためこの排気浄化装置には、ＮＯｘ触媒コンバータ８よりも上流の排気管７内に還元剤を添加する還元剤添加装置（還元剤添加手段）１１が、排気管７に設けられている。
【００２１】
この還元剤添加装置１１は、固体還元剤として固体尿素Ａを液化して排気管７内に供給するものである。この装置は、固体還元剤貯蔵部であって固体尿素Ａを収容する収納容器１２と、この収納容器１２の下部に連結された溶融還元剤貯蔵部である液体尿素収納室１３と、この液体尿素収納室１３の下部に設けた添加制御弁１４と、からなる。
【００２２】
収納容器１２は、上部に還元剤投入口１２ａを有し、この投入口１２ａは蓋１２ｂによって開閉可能になっており、図２、図３に示すように、その底面１２ｃは傾斜面になっている。底面１２ｃの最低部には排出口１２ｄが形成され、これは連通路１２ｅを介して液体尿素収納室１３に連通している。
【００２３】
図２では、収納容器１２に収容されている固体還元剤は固体尿素Ａであり、この固体尿素Ａは球状に成形され、この固体尿素Ａは底面１２ｃを転がり、排出口１２ｄから液体尿素収納室１３に向かって落下する。
【００２４】
また図３のように固体尿素Ａを棒状に成形して、これを傾斜した底面１２ｃによって排出口１２ｄに誘導することもできる。この固体尿素Ａは底面１２ｃ上を滑り落ち、排出口１２ｄから液体尿素収納室１３に向けて排出される。
【００２５】
なお固体尿素Ａは吸湿して固着し易い性質を有するため、固体還元剤貯蔵部１２には、シリカゲル等による除湿手段１５が備えられる。この除湿手段１５はシリカゲル等を収納した容器であり、 固体尿素Ａが供給される収納容器１２に通路１５ａを介して連通している。
【００２６】
また前記固体尿素Ａは、固着防止剤で被覆されているので互いに固着して塊状になり、排出が困難になる事態が防止される。
次に、前記液体尿素収納室１３は、図示しない電気ヒータ等の加熱源を備え、上部の収納容器１２から連通路１２ｃを介して供給された固体尿素Ａを加熱し、これを液化させて液体尿素とする。この液体尿素は、図７に示す添加制御弁１４により流量制御されて排気管７内に添加される。添加制御弁１４は先端がニードルバルブ１４ａとなっており、軸方向に軸状の弁体１４ｃが貫通した供給路１４ｄに液体尿素収納室１３からの連通路１２ｃが接続され、弁体１４ｃは往復動可能なように支持体１４ｅにより案内されている。添加制御弁１４の後端には、貫通した弁体１４ｃの後部に装着したストッパ１４ｆが設けられ、これは添加制御弁１４の本体の後端面に係止している。このストッパ１４ｆの後方にはソレノイド が配置されており、これが励磁するとストッパ１４ｆを後方に引き寄せるようになっている。また弁体１４ｃの支持体１４ｅの外周面には、供給された液体尿素が漏出しないようにシール１４ｂが設けられている。
【００２７】
この添加制御弁１４は、その開閉時間をＥＣＵ１６によってデューティ比制御され、これによって液体尿素の流量や添加タイミングが制御されるので、ＥＣＵ１６からの命令によってソレノイド３７が通電によって励磁し、ストッパ１４ｆが後方に移動し、弁体１４ｃがこれに伴って後方に移動して先端のニードルバルブ１４ａが開くと、開弁中の所定時間にわたって所定量の尿素が排気通路内に添加される。
【００２８】
ソレノイド３７への通電が停止すると、ストッパ１４ｆはスプリング３８により原位置に戻されてニードルバルブ１４ａが閉じられ、尿素の添加が終了する。なお、この添加制御弁１４と液体尿素収納室１３の間には、液体尿素を加圧してこれを調圧部に送るポンプ（図示せず）と、調圧部において液体尿素を一定圧力に加圧するプレッシャレギュレータ３９を備えている。
【００２９】
前記液体尿素収納室１３に備えられた電気ヒータ等の加熱源は、液体尿素収納室１３内において固体尿素Ａが液化するのに最適な温度（約１６０〜２３０℃）となるように、ＥＣＵ１６によってその作動が制御される。これは固体尿素Ａを前記最適温度以上の高温に加熱すると、固体尿素Ａがガス化してしまう虞があるからである。
【００３０】
また、収納容器１２には固体尿素Ａの残量を検出する残量センサ１７が設けられており、残量センサ１７は検出した固体尿素Ａの残量に比例した出力信号をＥＣＵ１６に出力する。ＥＣＵ１６は、残量センサ１７から所定の残量値（以下、これを警報残量値と称す）を示す入力信号を入力したときに、メータパネル２２の警報ランプ２３を点灯し、固体尿素Ａの残量が少なくなったことを知らせる。また、ＥＣＵ１６は、残量センサ１７から警報残量値よりもさらに少ない下限値を示す入力信号を入力したときに、還元剤添加装置１１の稼動を停止し、添加制御弁１４を全閉にして、液体尿素の添加を停止する。
【００３１】
液体尿素収納室１３には液体尿素の液温を検出する温度センサ１８が設けられており、温度センサ１８は検出した液体尿素の液温に比例した出力信号をＥＣＵ１６に出力する。
【００３２】
一方、ＮＯｘ触媒コンバータ８より上流の排気管７には、ＮＯｘ触媒コンバータ８に流入する排気ガスの温度を検出する触媒入ガス温センサ１９が設けられており、検出した触媒入ガス温度に比例した出力信号をＥＣＵ１６に出力する。
【００３３】
前記触媒入ガス温センサ１９より上流の排気管７には、ＮＯｘセンサ２１が設けられ排気ガス中のＮＯｘ量を計測する。
また前記触媒入ガス温センサ１９より下流の排気管７には、アンモニアガスセンサ３６が設置され、計測されたアンモニアガス量に比例した出力信号をＥＣＵ１６に出力する。
【００３４】
またＥＣＵ１６はデジタルコンピュータからなり、双方向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）、入出力ポート、出力ポートを具備し、エンジン１の燃料噴射量制御等の基本制御を行うほか、この実施の形態では、液体尿素の添加量制御を行っている。
【００３５】
これらの制御のために、ＥＣＵ１６の入力ポートには、エアフロメータ２０からの入力信号がＡ／Ｄコンバータを介して入力される。エアフロメータ２０は吸気量に比例した出力信号をＥＣＵ１６に出力し、ＥＣＵ１６はエアフロメータ２０の出力信号に基づいて吸気量を演算する。
【００３６】
前記ＮＯｘセンサ２１は、ＮＯｘ触媒コンバータ８より上流の排気管７に設置されているので、ＮＯｘ触媒コンバータ８に流入するＮＯｘ量を検出することができ、検出したＮＯｘ濃度に比例した出力信号をＥＣＵ１６に出力する。ＥＣＵ１６は、このＮＯｘセンサで検出したＮＯｘ濃度と、エアフロメータ２０で検出した吸気量からＮＯｘ排出量を演算する。
【００３７】
ＥＣＵ１６は、上記のＮＯｘ排出量を基にＮＯｘを浄化するのに必要な液体尿素の目標添加量を演算し、この目標添加量に対応する流量が得られる添加制御弁１４のデューティ比を演算し、添加制御弁１４をデューティ比制御する。
【００３８】
なお、添加制御弁１４を流れる液体尿素の流量は、添加制御弁１６のデューティ比が同じであっても液体尿素の液温や添加制御弁１４の出口側の背圧が異なると変化するので、添加制御弁１４をデューティ比制御する際に、ＥＣＵ１６は、温度センサ１８により検出した液体尿素の液温と、入りガス圧センサ１９により検出したガス圧力に基づいて、目標デューティ比の補正を行う。
【００３９】
次に、この内燃機関の排気浄化装置の作用を説明する。前述したように、ＥＣＵ１６は、エンジン１の運転状態に応じて、即ちＮＯｘ排出量に応じて、添加制御弁１４のデューティ比制御を行い、排気管７内に適正量の液体尿素を添加する。排気管７内に添加された液体尿素は排気ガスによって加熱される結果、直ちに気化して還元ガス（アンモニアガス）となり、排気ガスと共にＮＯｘ触媒コンバータ８に流入する。
【００４０】
還元ガスは、選択還元型ＮＯｘ触媒１０上において排気ガスに含まれるＮＯｘを還元あるいは分解する。浄化された排気ガスは排気管９を通って大気中に放出される。
【００４１】
なお、この選択還元型ＮＯｘ触媒１０は排気ガス温がある所定の温度以下のときにはＮＯｘ浄化率が低く、排気ガス温が前記所定温度を越えると急激にＮＯｘ浄化率が高くなる性質がある。そのため、排気ガス温が低いときに還元ガスを添加しても、その添加された還元ガスはＮＯｘの還元反応に利用されないままＮＯｘコンバータ８を素通りし、大気に放出されてしまう。そこで、この実施の形態では、入りガス温センサ１９で検出した入りガス温度が前記所定温度以下のときには、ＥＣＵ１６が添加制御弁１４を全閉に制御し、これにより液体尿素の添加を停止して、還元ガスのリークを未然に防止するようにしている。
【００４２】
なお、上述した実施の形態では、ＮＯｘ触媒コンバータ８の上流側の排気管７に、排気ガスのＮＯｘ濃度を検出するＮＯｘセンサを設け、このＮＯｘセンサで検出したＮＯｘ濃度とエアフロメータ２０で検出した吸気量から、ＮＯｘ排出量を演算するようにしているが、これに代えて次のような方法を採用していもよい。
すなわち、エンジン負荷とエンジン回転数に基づいてエンジン１から排出されるＮＯｘ量との関係を求めて予めマップ化し、このＮＯｘ排出量マップをＥＣＵ１６に記憶しておく。ＥＣＵ１６は、このＮＯｘ排出量マップを参照し、エンジン負荷とエンジン回転速度に基づいてエンジン１から排出されるるＮＯｘ排出量を推定算出する。この場合、ＥＣＵ１６の入力ポートには、図示しないアクセル開度センサからの入力信号と、クランク角センサからの入力信号が入力されるようにする。この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ＥＣＵ１６に出力し、ＥＣＵ１６はアクセル開度センサからの出力信号に基づいて機関負荷を演算する。クランク角センサはエンジン１のクランクシャフトが一定角度回転する毎に主力パルスをＥＣＵ１６に出力し、ＥＣＵ１６はこの出力パルスに基づいて機関回転速度を演算する。
【００４３】
この実施の形態の排気浄化装置では、固体尿素を加熱液化して液体尿素とし、この液体尿素を添加制御弁１４で流量制御して排気管７内に添加している。このように固体尿素を液化するのに必要な熱量は、固体尿素を気化するのに必要な熱量よりも小さいので、従来よりも加熱源（電気ヒータ）を小さくできる利点がある。
【００４４】
また、液体尿素は、固体尿素を直接に加熱液化して生成するため、１００％濃度となり高濃度の添加量制御が必要になるが、制御対象が気体ではなく液体であるため、添加制御弁１４により高精度の流量制御が十分可能である。
［第２の実施の形態］
本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の第２の実施の形態について図４を参照して説明する。
【００４５】
この第２の実施の形態では、固体還元剤貯蔵部１２の底面に固体尿素Ａの強制的な搬送機構を設けている。
固体還元剤貯蔵部１２は、第１の実施の形態のものと同様である。すなわち図４に示すように、固体還元剤貯蔵部１２の下部は傾斜面１２ｃになっており、この傾斜面１２ｃの最低部には排出口１２ｄがあり、この排出口１２ｄは液体尿素収納室１３に連通している。
【００４６】
ここでは収納容器１２に収容されている固体尿素Ａは棒状であり、複数の棒状の固定尿素Ａが、一本ずつ排出口１２ｄから排出されるようになっている。排出口１２ｄの周縁には、モータ２５に連結されて回転する歯車状の回転体２６が２個対向するように設けられている。これらの回転体２６は、固体尿素Ａの搬出路に臨み、その外周の一部が搬出路に突出している。したがって回転体２６は固体尿素Ａに接触することが可能で、斜面を摺動する固体尿素Ａを下方に強制的に移動させることができる。
【００４７】
固体尿素Ａは排出口１２ｄ下方の連通路１２ｅを介して、液体尿素収納室１３に送られる。第１の実施の形態と同様に液体尿素収納室１３に到達した固体尿素Ａは液化されて排気通路７中に、一定量ずつ供給される。
【００４８】
前記モータ２５の運転・停止はＥＣＵ１６によって制御される。モータ２５の運転時期及び期間については、エンジン１が使用される場所における環境や季節的な要因などを考慮して適宜に設定することができる。
【００４９】
この実施の形態によれば固体尿素Ａを、連続的に確実に収納容器１２から取り出すことができる。
［第３の実施の形態］
本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の第３の実施の形態について、図５を参照して説明する。
【００５０】
この第３の実施の形態では、固体還元剤は回転自在に支持された円筒形の容器内に収納されている。この容器に隣接するように、モータ２５により回転する駆動歯車２８が設けられている。また固体尿素Ａを収納した固体還元剤貯蔵部１２である容器の外壁には、前記駆動歯車２８に噛み合い、この駆動歯車２８の回転に従って回転する被駆動歯車２９が形成されている。
【００５１】
一方、円筒形の収納容器１２の底面１２ａは開放されており、収納容器１２と一体に回転せずに固定された円形の受板３２に対向している。収納容器１２は受板３２に対して回転し、かつ受板３２に接触しないように支持される。
【００５２】
また容器と一体に回転する加圧手段３３が設けられ、この加圧手段３３は前記固体尿素Ａの上面を押圧し、これを矢印Ｘ方向に加圧する。
前記固体尿素Ａは収納容器１２と共に回転するが、加圧により受板３２に当接する。
この受板３２の表面には、その中心部から外周方向にわたって扇形の開口部３４が設けられ、この開口部３４にはカッタ３０が取り付けられている。このカッタ３０は、固体尿素Ａに接触してこれを切削することが可能である。
【００５３】
このような構成であるので、モータ２５を駆動させることにより収納容器１２が回転し、これと一体に固体尿素Ａが回転する。このとき固体尿素Ａは受板３２に接触するのでカッタ３０により切削される。切削された固体尿素Ａは一時的に還元剤収納部３５に落下し、この還元剤収納部３５に設けたヒータ４０により熱せられて溶融し、連通路１２ｅを介して液体尿素収納室１３に送られる。
【００５４】
前記モータ２５の作動及び停止はＥＣＵ１６によって制御される。モータ２５の運転時期及び時間については、エンジン１が使用される場所における環境や季節的な要因などを考慮して適宜に設定することができる。
【００５５】
なおこの実施の態様では、収納容器１２を円筒状のものとし、これは加圧手段Ｘと共に回転する構成としたが、次のような構成としてもよい。
前記収納容器１２を回転可能な有底のものとし、その底面の一部に上述したような開口部とカッタを設置して、回転しない加圧手段により固体尿素Ａを加圧可能とする。この場合、固体尿素Ａは加圧手段により収納容器１２の底面に向けて加圧される。すると固体尿素Ａと収納容器１２との間に速度差が生じるので、固体尿素Ａがカッタにより切削される。
【００５６】
この実施の形態によれば固体尿素Ａを、連続的に確実に、かつ所定量を収納容器１２から取り出すことができる。
［第４の実施の形態］
本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の第４の実施の形態について、図６を参照して説明する。
【００５７】
この第４の実施の形態では、固体還元剤は回転自在に支持された円筒形の容器内に収納されている。この容器に隣接するように、モータ２５により回転する駆動歯車２８が設けられている。また固体尿素Ａを収納した固体還元剤貯蔵部１２である容器の外壁には、前記駆動歯車２８に噛み合い、この駆動歯車２８の回転に従って回転する被駆動歯車２９が形成されている。
【００５８】
一方、円筒形の収納容器１２の底面１２ａは開放されており、この底面１２ａは、固定された円形の受板３２に対向している。収納容器１２は前記モータ２５の駆動によって回転可能であり、かつ受板３２に接触しないように支持される。
【００５９】
また収納容器１２の上部には固体尿素Ａの加圧手段３３が設けられている。この加圧手段３３は、前記固体尿素Ａの上面を押圧しこれを矢印Ｘ方向に加圧し、かつ収納容器１２と一体に回転する。
【００６０】
前記固体尿素Ａは収納容器１２と共に回転するが、加圧手段３３による加圧により受板３２に当接する。
この受板３２の表面には、その中心部から外周方向にわたって扇形の開口部３４が設けられ、この開口部３４の周囲にはヒータ３１が取り付けられている。このヒータ３１は固体尿素Ａに接触して、ヒータ３１から発生する熱により固体尿素Ａを溶融させる。
【００６１】
このような構成であるので、モータ２５を駆動させることで収納容器１２が回転し、これと一体に固体尿素Ａが回転する。このとき固体尿素Ａは受板３２に接触し溶融して一時的に還元剤収納部３４内に落下し、液化した尿素は液体尿素収納室１３に向かい流出する。
【００６２】
前記モータ２５の運転・停止はＥＣＵ１６によって制御される。モータ２５の運転時期及び期間については、エンジン１が使用される場所における環境や季節的な要因などを考慮して適宜に設定することができる。
【００６３】
なおこの発明の実施の形態では、収納容器１２を円筒状のものとし、これを加圧手段と共に回転する構成としたが、これに替えて次のような構成としてもよい。
【００６４】
前記収納容器１２を回転可能な有底のものとし、その底面の一部に上述したような開口部及びヒータを設置して、回転しない加圧手段により固体尿素Ａを加圧可能とする。この場合、固体尿素Ａは加圧手段により収納容器１２の底面に向けて加圧される。すると固体尿素Ａと収納容器１２との間に速度差が生じ、固体尿素Ａの下面全体が順次ヒータにより加熱され、均一に溶融し開口部から流出する。
【００６５】
この実施の形態によれば固体尿素Ａを、連続的に確実に、かつ所定量を液化しつつ収納容器１２から取り出すことができる。
【００６６】
【発明の効果】
本発明に係る内燃機関の排気浄化装置によれば、固体還元剤貯蔵部で還元剤を固体の状態で保存し、これを取り出して溶融還元剤貯蔵部に貯蔵してから供給する構成としたので、装置の小型化、簡略化が実現でき、かつ還元剤の供給量を高精度に制御することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る排気浄化装置の第１の実施の形態における概略構成図である。
【図２】球状の固体尿素を収納した収納容器の概略構成を示す図である。
【図３】棒状の固体尿素を収納した収納容器の概略構成を示す図である。
【図４】収納容器に固体尿素の搬出機構を設けた状態を示す概略構成図である。
【図５】収納容器に別の固体尿素の搬出機構を設けた状態を示す概略構成図である。
【図６】収納容器にさらに別の固体尿素の搬出機構を設けた状態を示す概略構成図である。
【図７】還元剤を供給する添加制御弁の構造を示す図である。
【符号の説明】
１・・・ディーゼルエンジン（内燃機関）
２・・・燃焼室
３・・・エアクリーナ
４・・・吸気管
５・・・燃料噴射弁
６・・・ピストン
７・・・排気管（吸気系）
８・・・ＮＯｘ触媒コンバータ
９・・・排気管（排気通路）
１０・・・選択還元型ＮＯｘ触媒
１１・・・還元剤添加装置
１２・・・収納容器
１３・・・液体尿素収納室
１４・・・添加制御弁（供給量制御手段）
１５・・・除湿手段
１６・・・ＥＣＵ
１７・・・残量センサ
１８・・・温度センサ
１９・・・触媒入りガス温センサ
２０・・・エアフロメータ
２１・・・ＮＯｘセンサ
２２ ・・・メータパネル
２３・・・警報ランプ
２５・・・モータ
２６・・・歯車
２８・・・駆動歯車
２９・・・被駆動歯車
３０・・・カッタ
３１・・・ヒータ
Claims (3)
- 内燃機関の排気ガス通路に設けられ、アンモニア由来の還元剤の存在下でＮＯｘを還元または分解する選択還元型ＮＯｘ触媒と、固体状の還元剤を貯蔵する固体還元剤貯蔵部と、前記固体還元剤貯蔵部から導かれた固体還元剤を加熱液化し貯蔵する溶融還元剤貯蔵部と、前記固体還元剤貯蔵部に貯蔵された固体状の還元剤を前記溶融還元剤貯蔵部に搬送する固体還元剤搬送手段と、前記溶融還元剤貯蔵部で液化された液化還元剤を前記選択還元型ＮＯｘ触媒よりも上流の前記排気ガス通路に供給する溶融還元剤供給手段と、を備え、
前記還元剤の表面は、還元剤が互いに固着することを抑止する固着抑止剤で被覆されていることを特徴とする内燃機関の排気ガス浄化装置。 - 前記固体還元剤搬送手段は、モータと、このモータにより駆動される回転体を含み、この回転体が還元剤に接触してこれを固体還元剤貯蔵部から搬出することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気ガス浄化装置。
- 前記溶融還元剤貯蔵部では、固体状の還元剤を加熱液化する熱源が電気ヒータであることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の内燃機関の排気ガス浄化装置。
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