【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、たとえば、車両のディーゼルエンジンから排出される排気ガスからＮＯｘ（窒素酸化物）を効率良く排除できる排気ガス浄化装置、特にここでは窒素酸化物還元触媒に還元用炭化水素を添加してその浄化効率を向上させる排気ガス浄化装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、車両のエンジンを駆動することにより排出される排気ガス中にはＣＯ ₂ ，Ｈ ₂ Ｏ，Ｎ ₂の他に、ＣＯ（一酸化炭素），ＨＣ（炭化水素），ＮＯｘ
（窒素酸化物）が含まれる。 ここで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おり、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、しかも、空燃比が理論空燃比に調整されることによって、これらの有害成分の無害化処理を行なっている。

【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ることより、空燃比を理論空燃比に合わせることができず、三元触媒を用いての排ガス浄化処理は行なえなかった。 即ち、供給酸素量が多い状態で運転されるディーゼルエンジンではＣＯ，ＨＣの排出量は比較的少なく、これに対して、ＮＯｘの排出量が高レベルと成る。

【０００４】このため、ディーゼルエンジンの排気系には酸素過剰下でＮＯｘを還元処理できる窒素酸化物還元触媒を内蔵したＮＯｘ触媒コンバータが装着される傾向にある。

【０００５】処で、ディーゼルエンジンの排気系にＮＯ
ｘを還元処理できるＮＯｘ触媒が装着された場合、そのＮＯｘ触媒は図６に示すような活性化温度Ｔｓｏを上回るとその浄化効率を高め、しかも排気ガス中の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、図７に示すような触媒活性域Ａを有している。 ここで横軸にはＨＣ／Ｎ
Ｏｘの体積比であるモル比が取られ、縦軸には排気ガスの温度が取られており、ここでの触媒活性域はＨＣ／Ｎ
Ｏｘモル比が１以上ある場合と成っている。

【０００６】これ故にＮＯｘ触媒の浄化効率を高めるべく、排気路の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。 しかし、排気路への添加の場合、燃料である軽油を添加すると、この軽油はＮＯｘ触媒の浄化効率を高めることはできるが、ディーゼルエンジンの出力には全く寄与せず、しかも、一部は、無駄に排出される可能性もあり、実質的に燃費の低下を招いていた。

【０００７】他方、還元用炭化水素ＨＣ（炭化水素）を吸気路側に添加する方式を採ったとする。 この場合、燃焼室内には燃料噴射弁で噴霧される燃料炭化水素の他に還元用炭化水素ＨＣも流入する。 この場合吸気路からの還元用炭化水素ＨＣは周縁壁面の近くに流動し易く、その一部は燃焼し、残りは燃焼熱により炭素数の小さな炭化水素に改質され、排気工程時に排気路のＮＯｘ触媒に向かって流下する。 このため、還元用炭化水素ＨＣはその一部がエンジン出力に寄与することと成り、その分だけ燃料噴射弁で噴霧される主の燃料の量を低減でき実質的な燃費の低下を押さえることができ、しかも、排気路に向かった燃焼熱で改質された炭化水素が還元用炭化水素ＨＣとしてＮＯｘ触媒の浄化効率を向上させることができる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】このように、吸気系に軽油等のＨＣ（炭化水素）を添加した場合、燃費の低下を低減でき、しかも、ＮＯｘ触媒に還元用炭化水素ＨＣ
を供給して、その触媒の浄化効率を向上させることができる。

【０００９】しかし、このように吸気系に主燃料と同一の軽油が添加されると、燃焼室内において軽油を構成するＨＣ（炭化水素）の内、特に高分子化が進んでいるＣ
₁₆ ，Ｃ ₁₇等の成分がシリンダ内壁面とピストンの隙間を通して燃焼室に侵入してくるオイル中に混入し易く、そのオイルが希釈され、クランクケースに戻ったオイルの劣化が早まるという問題があった。 更に、吸気系に添加された軽油中のＨＣ（炭化水素）の内、比較的低分子化されているＣ ₁乃至Ｃ ₄ （ブタン）等の成分は燃焼室で燃焼し易い。 このため、これらＣ ₁乃至Ｃ ₄成分を吸気系に添加してもこれらは燃焼室で燃焼し、還元用炭化水素Ｈ
ＣとしてＮＯｘ触媒に達することはないと推定できる。

【００１０】処が、従来は、単に吸気系に軽油等を適量添加して、その軽油の一部を排気系のＮＯｘ触媒に導いて還元用炭化水素ＨＣとして利用しようとしているだけであり、ＮＯｘ触媒に対していかなる成分構成のものをどの程度の量供給するのが還元用炭化水素ＨＣとして好ましいかを考慮せず、ＨＣ（炭化水素）のカーボン結合状態に関する成分構成を考慮していなかった。 即ち、Ｎ
Ｏｘ触媒の浄化効率を高めるのに適した量の軽油を吸気路に添加したとしても、この吸気路に添加された軽油が燃焼室内でどの程度燃焼され、あるいはオイル中に混入するかが考慮されていなかった。 このため、吸気路に添加される軽油の量に応じて還元用炭化水素ＨＣの量を確実に把握できず、ＮＯｘ触媒の浄化効率を十分に高めることもできず問題と成っていた。

【００１１】本発明の目的は、ＮＯｘ触媒の浄化効率を十分に高めると共に炭化水素がオイルに混入することを防止できる排気ガス浄化装置を提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するために、本発明はディーゼルエンジンの燃焼室に吸気を供給する吸気路上に設けられ同吸気中に還元用炭化水素を添加する還元用炭化水素添加手段と、上記燃焼室から排気を外部に排出する排気路上に設けられ炭化水素を還元剤として活性化され窒素酸化物を分解する窒素酸化物還元触媒とを有し、上記還元用炭化水素添加手段は炭素数が５乃至１２の炭化水素を主成分とした還元用炭化水素を上記吸気路に添加することを特徴とする。

【００１３】

【作用】吸気路に添加される還元用炭化水素はその炭素数が５乃至１２の炭化水素を主成分とするので、燃焼室で燃焼されることが少なく、しかも、オイル中に混入することも少なく、確実に排気路のＮＯｘ触媒に達して還元用炭化水素ＨＣとして触媒の浄化効率を向上させることと成る。

【００１４】

【実施例】図１の排気ガス浄化装置はディーゼルエンジン（以後単にエンジンと記す）１に装着されている。 このエンジン１のエンジンブロック２内には４つの燃焼室３（図１には一気筒のみを示した）が直列に配設され、
各燃焼室３の吸気ポート４は吸気マニホールド５に連通し、同吸気マニホールド５に図示しない吸気管やエアクリーナが連結され、他方、各燃焼室３の排気ポート６は排気マニホールド７に連通し、同排気マニホールド７に排気管８を介して窒素酸化物還元触媒（以後単にＮＯｘ
触媒と記す）９を収容した触媒コンバータ１０や図示しないマフラー等が順次連結されている。

【００１５】各燃焼室３は燃料噴射弁１２をそれぞれ備え、各燃料噴射弁１２は各燃料パイプ１３を介して燃料噴射ポンプ１４に連結されている。 この燃料噴射ポンプ１４はエンジン１の図示しないクランクシャフトの回転力を受けて駆動される列型ポンプであり、燃料タンク２
２より燃料（軽油）供給を受け、図示しないアクセルペダルに連動するロードレバー２３のレバー位置に応じて燃料噴射量を調量し、タイマー２４により調整される噴射時期に各燃料噴射弁１２を駆動させるという周知の構成を採る。 即ち、燃料噴射ポンプ１４は各気筒の圧縮上死点前の噴射時期において各気筒に対応する各燃料噴射弁１２を噴射駆動させ、高圧燃料（軽油）を各気筒の燃焼室に噴霧するように構成されている。 図１中において符号１５は燃料噴射弁１４のレバー位置情報、即ち、負荷情報を後述のＥＣＵ１６に出力する負荷センサを示す。 触媒コンバータ９はそのケーシング１０１内にモノリシス型の触媒担持体を備え、同触媒担持体にはゼオライト系のＮＯｘ触媒９が担持されている。 図１中の符号１１はケーシング１０１に支持され、排気ガス温度Ｔ情報を後述のＥＣＵ１６に出力する排温センサを示す。

【００１６】ここでゼオライト系のＮＯｘ触媒９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、ＨＣの供給を受けることにより、このＨＣ成分を還元剤としてより活性化し、ＮＯｘを効果的にＮ ₂とＯ ₂に分解すると共に、ＨＣ
を効果的にＨ ₂ Ｏ，ＣＯ ₂に分解することができる。 なお、ゼオライト系のＮＯｘ触媒９は上述の図７に示したような触媒活性域Ａを有する。 他方、各吸気マニホールド５には還元用炭化水素ＨＣを添加する還元用炭化水素添加手段Ｍが連結されている。 この還元用炭化水素添加手段ＭはＨＣインジェクタ１７と、ＨＣインジェクタ１
７にＨＣパイプ１８を介して順次連結される改質燃料タンク１９、軽油改質触媒２０を収容する燃料改質手段２
１及びエンジン燃料を供給する燃料タンク２２とで構成されている。

【００１７】ここで、ＨＣインジェクタ１７は流体噴射装置であり、例えば、図２に示すように吸気マニホールド５に支持される本体２５と、本体２５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、弁体を閉弁付勢するバネ２８と、バネの弾性力に抗して弁体２７を開弁方向に駆動するソレノイド２９と、
噴射孔２６にＨＣパイプ１８からの改質軽油を導くガイド部３０とで構成されている。 ここでソレノイド２９は後述のＥＣＵ１６に接続され、同部のオンオフ信号に応じて噴射孔２６を開閉駆動させることができる。 改質燃料タンク１９はＨＣパイプ１８の途中に逆流防止弁３６
を介して連結され、軽油改質触媒２０からの改質軽油を受け入れ、ＨＣインジェクタ１７に排出可能に貯溜するという構成を採る。

【００１８】燃料改質手段２１は筒状で二重壁の中間部にヒータ３２を備えた改質触媒収容器３１を備え、その内部に軽油改質触媒２０を充填する。 改質触媒収容器３
２の一端の開口は燃料タンク２２側に連通し、他端の開口は改質燃料タンク１９側に連通するように形成されている。 ヒータ３２はヒータ駆動回路３３を介してＥＣＵ
１６に連結されている。 図１中の符号３５はヒータ３２
の熱拡散を防止する断熱層を示す。 軽油改質触媒２０としてはゼオライト系の軽油改質触媒が採用される。 このゼオライト系の軽油改質触媒はＨＣ（炭化水素）を主成分とした軽油の炭素数の相違毎に区分した生成物の分布比率を変化させるものである。 ここで、軽油は、常温常圧において、炭素数が５乃至１５にある液状のＨＣ（炭化水素）や、ブタンＣ ₄及びそれより低分子のガス成分や、炭素数が１６以上の固体成分などを主な成分として生成されているが、この軽油を軽油改質触媒２０によって比較的低温（略２８０℃程度）で生成物の分布比率をより低分子化されたものに変化させることができる。 即ち、軽油改質触媒２０はカーボン結合状態における分子成分比率をより低分子成分比率の高いものに改質するというハイドロクラッキング作用を示す。 なお、このような軽油改質触媒２０として使用できるゼオライト系の軽油改質触媒のハイドロクラッキング作用については特公昭５１−１５０００号公報に開示されている。

【００１９】特にここでは軽油改質触媒２０による軽油のハイドロクラッキング作用と、ヒータ３２による軽油温度を改質を促進できる設定温度（ここでは２８０℃程度）に確保する機能とを用いて、軽油をより低分子成分比率の高いものに、しかも、燃料改質手段２１内の雰囲気温度を過度に上げることを押さえて、Ｃ ₄以下の比較的燃焼室で燃焼し易い還元用炭化水素ＨＣの増加をも押さえるようにヒータ温度の設定値（改質促進温度Ｔｏ）
を実験的に求め、同温度で改質する。 このため、ここでのヒータ３２はヒータ駆動回路３３のオン時において常に改質触媒収容器３２内を通過する軽油を改質促進温度Ｔｏに高めるべく駆動するように設定されている。 なお、ヒータ駆動回路３３は図示しない電源とヒータ３２
との間をオンオフ操作するスイッチ回路と定電流をヒータ３２に供給する定電流回路との両機能を有する様に構成される。

【００２０】燃料タンク２２はエンジン燃料であると共に還元用炭化水素ＨＣの素燃料としての軽油を収容する。 ここでは特に、燃料改質手段２１の改質触媒収容器３２にＨＣパイプ１８を介して連通する燃料改質用ポンプ３４をタンク内に支持しており、同ポンプはＥＣＵ１
６に駆動制御される。 ＥＣＵ１６は周知のマイクロコンピュータで要部が構成され、ここではクランク角情報である各気筒毎の噴射時期θｉ情報をクランク角センサ３
７より取り込み、燃料噴射弁１４のレバー位置Ｖ _L情報を負荷センサ１５より取り込み、排気ガス温度Ｔ情報を排温センサ１１より取り込み、図４乃至図５のプログラムに沿ってＨＣインジェクタ１７を駆動するように機能する。 以下図４乃至図５のプログラムに沿って本装置の作動を説明する。

【００２１】エンジン１が運転に入ると、ＥＣＵ１６は図示しない周知のメインルーチンに沿ってエンジン駆動制御に入る。 特にこのメインルーチンでは、ヒータ駆動回路３３にオン指令が出力され、改質触媒収容器３２内を改質促進温度Ｔｏに高めることができる。 これと同時に燃料改質用ポンプ３４も駆動される。 このため、燃料改質手段２１は常時駆動し、燃料タンク２２からの軽油を軽油改質触媒２０に導き、この軽油をカーボン結合状態における低分子成分比率の高いもの、ここでは炭素数１２以下のＨＣ（炭化水素）を主成分とするように改質して改質燃料タンク１９に貯溜できる。 しかも、改質燃料タンク１９は改質軽油をＨＣインジェクタ１７に常時供給可能に貯溜できる。

【００２２】メインルーチンの途中で吸気ＨＣ噴射制御ルーチンに達すると、図４の処理に入る。 ステップｓ
１、ｓ２では排気ガス温度Ｔを取り込み、同排気ガス温度Ｔｇが予め設定されている触媒活性化温度Ｔｓｏを上回る前は暖機中と見做してステップｓ３に進み、噴射時間Ｉｓをゼロ、即ち無噴射として処理し、メインルーチンにリターンする。 逆に、ステップｓ２で排気ガス温度Ｔｇが触媒活性化温度Ｔｓｏを上回り、触媒が活性化したと見做されると、ステップｓ４に達し、予めメインルーチンで算出されているレバー位置Ｖ _L及びエンジン回転数Ｎｅ情報を取り込む。 その後、ステップｓ５では図３の噴射期間Ｉｓ算出マップに基づき、レバー位置Ｖ _L
及びエンジン回転数Ｎｅに応じた今回の噴射期間Ｉｓを算出し、メインルーチンにリターンする。

【００２３】このステップｓ５で用いる噴射期間Ｉｓ算出マップは、エンジン負荷及びエンジン回転数が大きいほど添加すべき改質軽油の量を増加すべく噴射期間Ｉｓ
を増加させるべく同値を設定する。 他方、メインルーチンでは、クランク角センサ３６よりの噴射時期θｉパルスによる割り込み処理が実行されており、ここでは、所定クランク角毎の噴射時期θｉに達すると、図５に示すステップｍ１において噴射期間Ｉｓを各気筒のＨＣインジェクタ駆動用ドライバにセットする。 更にステップｍ
２ではこれら各ドライバがトリガされ、メインルーチンにリターンする。

【００２４】この時、排気路の触媒コンバータ１０内のＮＯｘ触媒９は活性化温度Ｔｓｏを上回っており、燃焼室側からの還元用炭化水素ＨＣを還元剤としてより活性化し、その浄化効率η _NOXを高レベルに保持できる。 しかも、同時にＨＣを効果的にＨ ₂ Ｏ，ＣＯ ₂に分解することができる。 このように、本発明の装置ではエンジン１
の暖機後の運転時において、エンジン負荷及びエンジン回転数が大きいほど多量の改質軽油が吸気路に添加される。 これによって、燃焼室３では改質軽油中の炭素数が比較的低いＨＣ（炭化水素）成分が燃焼して出力発生に寄与し、炭素数が５乃至１２のＨＣ（炭化水素）の一部が未燃焼のまま排気路側に還元用炭化水素ＨＣとして排出され、この還元用炭化水素ＨＣがＮＯｘ触媒の浄化効率η _NOXを十分に高められる。

【００２５】特に、この時、燃焼室内のシリンダ内壁とピストンとの隙間を通過するオイルに対して燃焼室内の周縁部に流動し易い還元用炭化水素ＨＣの一部が接したとする。 この場合、還元用炭化水素ＨＣの主成分はその炭素数が１２以下のもので、燃焼室内の高温高圧雰囲気下ではその分子運動が活発であり、オイル中に滞留すること無くオイルに接したとしても容易に分離して排気ガスと共に排気路側に排出され、オイルをＨＣ（炭化水素）が希釈してその劣化を早めるという不具合を生じることもない。

【００２６】

【発明の効果】以上のように、本発明の排気ガス浄化装置は、吸気路に炭素数が５乃至１２にある炭化水素を主成分とする還元用炭化水素ＨＣを添加するので、燃焼室でこの還元用炭化水素ＨＣがオイル中に混入することも少なく、確実に排気路のＮＯｘ触媒に達して還元用炭化水素ＨＣとして触媒の浄化効率を向上させ、しかも、燃焼室でのオイルにＨＣ（炭化水素）が混入してこのオイルを希釈し、その劣化を早めるという不具合を防止できる。

【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の装置で用いるＨＣインジェクタの断面図である。

【図３】図１の装置で用いるＨＣインジェクタの噴射時期算出マップの特性線図である。

【図４】図１の装置で用いる吸気ＨＣ噴射制御ルーチンのフローチャートである。

【図５】図１の装置で用いるインジェクタ駆動ルーチンのフローチャートである。

【図６】排気ガス浄化装置で用いるＮＯｘ触媒の浄化効率特性線図である。

【図７】排気ガス浄化装置で用いるＮＯｘ触媒の触媒活性域特性線図である。

【符号の説明】

１ エンジン ３ 燃焼室 ５ 吸気管 ８ 排気管 ７ ＥＣＵ１６ ９ ＮＯｘ触媒 １０ 触媒コンバータ １２ 燃料噴射弁 １７ ＨＣインジェクタ Ｔｓｏ 活性化温度 ２１ 燃料改質手段