【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、還元剤によって活性化されて排気ガス中の窒素酸化物を浄化する窒素酸化物還元触媒を有する排気ガス浄化装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、車両のエンジンから排出される排気ガスには、ＣＯ ₂ ，Ｈ ₂ Ｏ，Ｎの他に、ＣＯ（一酸化炭素），ＨＣ（炭化水素），ＮＯｘ（窒素酸化物）が含まれている。 これらのうち、ＣＯ（一酸化炭素），ＨＣ
（炭化水素），ＮＯｘ（窒素酸化物）は、有害成分としてその排出量が規制されていて、通常、ガソリンエンジンではその排気系に三元触媒が装着され、かつ、空燃比が理論空燃比に調整されることにより、これら有害成分の無害化処理を行っている。

【０００３】これに対してディーゼルエンジンは、酸素過剰下で運転されており、三元触媒などを用いての排気ガス浄化を行えないことから、ディーゼルエンジンの排気系にはリーン（酸素過剰）運転でＮＯｘを還元処理できる窒素酸化物還元触媒（以下、「ＮＯｘ触媒」と記す）を内蔵したＮＯｘ触媒コンバータが装着される傾向にあり、各種提案がなされている。

【０００４】このＮＯｘ触媒は、図６に示すように、活性化温度を上回るとその浄化効率を上げると共に、排気ガス中のＨＣ（炭化水素）／ＮＯｘのモル比が所定量を上回るとその浄化効率を向上させることが知られており、例えば図７に示すようなＮＯｘの活性化領域Ａを有している。 なお、ここでは、一例としてＮＯｘ触媒の活性化領域はＨＣ／ＮＯｘモル比が１以上である場合となっている。 これ故、ＮＯｘ触媒におけるＮＯｘ浄化効率（ηＮＯｘ）を高めるには、ＮＯｘ触媒の上流側に還元用炭化水素ＨＣを添加することが有効であると推測される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述したＮ
Ｏｘ触媒の還元剤である炭化水素（ＨＣ）は、燃料噴射装置、例えばインジェャクター等からＮＯｘ触媒の上流側に噴射されているが、この還元剤の噴射量や噴射時期などは、近年の自動車の電子制御化の傾向からすると、
センサ等の検知手段や制御機器内に新たにプログラム等を設けて定めることが考えられる。

【０００６】しかし、電子制御化すると、新たな制御プログラムやセンサ等が必要となって記憶すべき情報が多くなり、より大きな記憶容量を持つコンピュータに変換する可能性も多く、装置のコスト高を招くおそれがある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】そこで、本発明の排気ガス浄化装置は、ディーゼルエンジンの排気ガスを外部に排出する排気路上に配設され、炭化水素を還元剤として活性化されて上記排気ガス中の窒素酸化物を分解する窒素酸化物還元触媒と、上記窒素酸化物還元触媒に上記還元用の炭化水素を添加する還元剤添加装置と、上記ディーゼルエンジンの各気筒に設けられる燃料噴射装置に供給される燃料の一部を改質して上記還元剤とする改質手段と、上記ディーゼルエンジンと同期して作動して、上記各気筒の圧縮工程において上記燃料噴射装置を駆動すると共に、各気筒の排気工程において上記還元剤噴射装置を駆動する燃料供給手段とを具備する。

【０００８】

【作用】燃料供給手段の作用によって、各気筒が圧縮工程であると燃料噴射装置を駆動して、各気筒が排気工程であると、改質手段によって還元用の炭化水素に改質された燃料が、還元剤添加手段によってＮＯｘ触媒の上流側に添加され、排気ガス中の窒素酸化物（ＮＯｘ）が還元分解される。

【０００９】

【実施例】以下、本発明の実施例を説明する。 図１において、符号１は排気ガス浄化装置を示し、この浄化装置１は、ディーゼルエンジン２（以下「エンジン２」と記す）に装着されていて、エンジン２から排出される排気ガスを浄化して大気中に放出している。

【００１０】エンジン２は直列４気筒であって、各気筒の燃焼室３に連通する吸気ポート４及び排気ポート５
は、吸気弁６及び排気弁７によって開閉される（図１は一気筒のみを示す）。

【００１１】吸気ポート４は、図示しない吸気管やエアクリーナが連結される吸気マニホールド８に連通していて、排気ポート５は、排気マニホールド９と連通している。 排気マニホールド９には、排気管１０を介して窒素酸化物還元触媒１１（以下、「ＮＯｘ触媒１１」と記す）と酸化触媒１２とを収容した触媒コンバータ１３及び図示しないマフラーなどが順次連結されていて、排気路Ｒが構成される。

【００１２】燃焼室３は、燃料噴射装置であるインジェクター１４を備えている。 このインジェクター１４は、
燃料パイプ１５を介して燃料供給手段である燃料噴射ポンプ１６にそれぞれ連結されていて、燃料噴射ポンプ１
６の作動によって燃焼室３内に燃料を噴射する。

【００１３】触媒コンバータ１３は、そのケーシング１
３ａ内にモノリス型の触媒担持体を直列状に一対に備え、各触媒担持体には、ゼオライト系のＮＯｘ触媒１１
と、パラジュームＰｄ系の酸化触媒１２が塗布されている。 ゼオライト系のＮＯｘ触媒１１としては、例えば、
銅系ゼオライト触媒（ＣＵ／ＺＳＭ−５）が採用される。 この触媒の特性は、炭化水素（ＨＣ）の供給を受けると、この炭化水素を還元剤として窒素酸化物（ＮＯ
ｘ）のＮ ₂ ，Ｏ ₂とに分解して、ＮＯｘ浄化効率を向上させると共に、図６に示す触媒活性化温度Ｔso以上でその浄化効率が向上する。 また、パラジュームＰｄ系の酸化触媒１２は、ＣＯ（一酸化炭素），ＨＣ（炭化水素）等を酸化させてＨ ₂ Ｏ，ＣＯ ₂に分割する特性を有する。 また、触媒コンバータ１３の上流側近傍の排気管１０ａには、排気ガスの温度情報を後述するＥＣＵに出力する排気温度センサ１７が支持されている。

【００１４】排気マニホールド９の近傍には、還元用の炭化水素を排気路Ｒに添加する還元剤添加装置であるインジェクター１８が配設されている。 このインジェクター１８には、ＨＣパイプ１９を介して改質手段２０、開閉弁２１及び燃料噴射ポンプ１６が順次連結されている。

【００１５】改質手段２０は、ヒータ２１を備えた触媒収容器２２に改質触媒２３が充填されており、エンジン２の燃料である軽油を還元用炭化水素に改質する。 ヒータ２１は、ヒータ駆動回路２４を介して後述するＥＣＵ
５０に接続されていて、改質触媒２３を所望する温度に適宣設定できるように構成される。

【００１６】インジェクター１８は図２に示すように、
排気マニホールド９に支持される本体２５と、本体内の先端に形成される噴射孔２６と、噴射孔２６を開閉させる弁体２７と、弁体２７を閉弁付勢するバネ２８と、噴射孔２６に改質触媒２３からの還元用炭化水素を導くガイド部２９とから構成されていて、ガイド部２９に還元用炭化水素が送圧されると弁体２７が開弁される。 なお、このインジェクター１８はインジェクター１４よりも低圧で開弁される。

【００１７】開閉弁２１は常閉型のソレノイド電磁弁であってＥＣＵ５０に接続しており、ＥＣＵ５０からの駆動信号に応じて適時開閉駆動される。

【００１８】一方、燃料噴射ポンプ１６は、一方にエンジン２の図示しないクランクシャフトの回転力を伝達する駆動軸３０と連結するタイマ３１が配設され、他方に燃料噴射量を調整するガバナ３２が配設される列型ポンプであって、送圧ポンプ３３を介して燃料タンク３４と接続している。 そして、燃料タンク３４からの燃料（軽油）を後述するポンプ部に供給する。

【００１９】燃料噴射ポンプ１６内には図３に示すように、インジェクター１４に燃料を送るポンプ部Ｐ１〜Ｐ
４と改質手段２０に燃料を送るポンプ部Ｐ５、ポンプ部１〜４を各気筒の圧縮工程時に作動させるカムＣ１〜Ｃ
４とポンプ部Ｐ５を各気筒の排気工程時に作動させるカムＣ５及び、カムＣ１〜Ｃ５が配設されその両端がタイマー３１，カバナ３１に支持されて回転駆動するカム軸３５がそれぞれ配設されている。

【００２０】ポンプ部Ｐ１〜Ｐ５は、図４に示すよう、
筒体であるプランジャバレル３６と、同バレル内３６にバネ３７を介して摺動可能に支持されるプランジャ３８
とから構成されていて、プランジャ３４の一端に設けられるタペット３９をカムＣ５で押圧することで燃料を加圧して各部に送圧している（図はポンプ部Ｐ５を示す）。 また、プランジャバレル３６には、ガバナ３２に連結するラック４０が噛合してして、プランジャ３８のストローク量を規制している。

【００２１】タイマー３１は、駆動軸３０の回転速度に応じてカムＣ１〜Ｃ５の待機位置を変えて噴射時期を調整し、ガバナ３２は図示しないアクセルペダルに連動するロードレバー３２ａのレバー位置に応じてポンプＰ１
〜Ｐ５に連結するラック３６を移動して各ポンプの噴射量を機械的調整する周知の機構を採っている。

【００２２】カムＣ５には、４つのカム山Ｄ，Ｅ，Ｆ，
Ｇが形成されていて、このカム山は各気筒の排気工程にそれぞれ一致するように形成されている。 また、ポンプ部Ｐ５に連結されるＨＣパイプ１９の一部１９ａは常閉付勢されるリリーフ弁４１を介して燃料タンク３４に連結しており、このリリーフ弁４１はポンプ部Ｐ５からの吐出圧より高圧に設定されている。

【００２３】ここで、ＥＣＵ５０について説明する。 Ｅ
ＵＣ５０は周知のマイクロコンピュータでその要部が構成されていて、一般的なエンジン制御の他に、所定の排気温度情報である例えば、ＮＯｘ触媒１１の活性化温度Ｔsoが設定されており、排気温度センサ１７からの温度情報がその値に達すると開閉弁２１に駆動信号を発する。

【００２４】次に本実施例における排ガス浄化装置１の動作を説明する。 先ず、エンジン２が運転に入るとＥＣ
Ｕ４０が作動しヒータ駆動回路２４及び排温センサ１７
等が作動して改質触媒２３が加熱され一定温度に保持されると共に、排気温度センサ１７からの排気温度情報が取り込みれる。

【００２５】他方、図示しないクランクシャフトが回転するとカム軸３０が回転し始め、カムＣ１〜Ｃ４はポンプ部Ｐ１〜Ｐ４のプラジャン３３を押圧する。 そして、
タイマー３１とカバナ３２によって噴射時期と噴射量が調整された燃料が、ポンプ部Ｐ１〜Ｐ４吐出されて各気筒の圧縮工程時にインジェクター１４から噴射される。
また、カムＣ５もカム軸３０と共に回転して各気筒の排気工程時にポンプ部Ｐ５を作動させて同ポンプ部Ｐ５からＨＣパイプ１９に燃料を吐出する。

【００２６】この時、排気路Ｒを流れる排気ガスが設定温度Ｔsoに達していなければ、開閉弁２１は閉状態に保持されたままであり、ポンプ部Ｐ５から吐出される燃料は改質触媒２３に送圧されず、リリーフ弁４１、ＨＣパイプ１９ａを通って燃料タンク３４に戻される。

【００２７】つまり、エンジン暖気時などの低負荷、低回転で排気温度の低いときは、ＮＯｘ触媒１１は活性化されていないので、還元用炭化水素を添加せず、排気ガス中のＣＯとＨＣを酸化触媒１２で酸化し、浄化された排気ガスを大気中に排出する。 また、このような運転状態にあるときは、排気ガスに含まれるＮＯｘの量は非常に少量である。

【００２８】排ガス温度が設定温度Ｔsoに達すると、開閉弁２１が開状態となりポンプ部Ｐ５から吐出される燃料は、改質触媒２３を通って還元用炭化水素に改質されてインジェクター１８に送圧される。 そして、インジェクター１８の弁体２７がバネ２８の付勢力に抗して押し上げられて還元用炭化水素が排気路Ｒに噴射される。

【００２９】噴射された還元用炭化水素は、触媒コンバータ１３内でＮＯｘ触媒１１に添加され、排ガス中のＮ
ＯｘをＮ ₂ ，Ｏ ₂とに効率的に還元分解して浄化する。 Ｎ
Ｏｘを浄化された排気ガスは、下流に位置する酸化触媒１２によってＣＯ（一酸化炭素），ＨＣ（炭化水素）等が酸化されて、Ｈ ₂ Ｏ，ＣＯ ₂に分割された後、図示しないマフラーを通って大気中に排出される。

【００３０】このように、ＮＯｘ触媒１１に還元用炭化水素を添加するインジェクター１８への燃料供給部であるポンプ部Ｐ５を、各気筒毎の排気工程時に一致させたカム山を持つカムＣ５で作動させるので、各気筒の排気工程時に的確に還元用炭化水素がＮＯｘ触媒１１に添加されることになる。

【００３１】燃料噴射ポンプ１６は機械的に噴射量及び噴射時期を調整しているので、電気的にそれらを調整する必要がなく、ＥＣＵ５０に記憶させる情報を抑えることができる。 また、ＨＣパイプ１９はＮＯｘ触媒１１が活性化しているときだけ開くので、効率的に還元用炭化水素解を添加することができる。

【００３２】さらに、ＨＣパイプ１８にはリリーフ弁４
１が配置されているので、開閉弁２１が閉状態で燃料噴射ポンプ１６が作動し、一定以上にパイプ内圧が上昇するとリリーフ弁４１が開状態となり、吐出される燃料は燃料タンク３４に戻される。 すなわち、過大圧力によるポンプ１６やパイプ等の破損を防止できる。

【００３３】

【発明の効果】本発明によれば、窒素酸化物還元触媒へ添加する還元用炭化水素の噴射時期及び噴射量を機械的に制御するので、検知手段や制御プログラム等を新たに設ける必要がなく、排ガス浄化装置のコスト高を抑えることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の排気ガス浄化装置の概略全体構成図である。

【図２】図１に示す排気ガス浄化装置で用いられるインジェクターの部分断面図である。

【図３】燃料供給手段である燃料噴射ポンプの概略構成図である。

【図４】燃料噴射ポンプの部分拡大図である。

【図５】還元剤添加装置を作動させるカムの示す正面図である。

【図６】窒素酸化物還元触媒の浄化効率を示す特性線図である。

【図７】窒素酸化物還元触媒の触媒活性域を示す特性線図である。

【符号の説明】

１ 排気ガス浄化装置。 ２ ディーゼルエンジン Ｒ 排気路 １１ 窒素酸化物還元触媒（ＮＯｘ触媒） １４ 燃料噴射装置 １６ 燃料供給手段 １８ 還元剤添加装置 ２０ 改質手段

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