【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リーン運転下で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り、各種提案が成されている。

【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８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、たとえば図９に示すような触媒活性域Ａを有している。 なお、ここで横軸はＨＣ／ＮＯｘの体積比であるモル比で表され、縦軸は排気ガスの温度で、ここでの一例としてのＮＯｘ触媒の触媒活性域はＨＣ／ＮＯｘ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η _NOXを高めるべく、排気系の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、排気系への添加の場合、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、
燃費の低下を招く可能性がある。

【０００７】なお、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ものもあるが、吸気路に添加された還元用炭化水素ＨＣは、実質的にＮＯｘ触媒にどの程度達するか把握しずらく、しかも、添加されたＨＣ（炭化水素）はシリンダ内壁面近傍に達してピストンの隙間からのオイル中に混入し、オイルの劣化を早めるという問題も生じる。

【０００８】処で、軽油等の燃料を成すＨＣ（炭化水素）はその雰囲気、即ち温度や圧力によってその状態を変化させ、特に、炭素数の相違に応じた各成分毎にその特性は変化する。 例えば、軽油はこれが常温常圧の雰囲気下にあると、その生成物の内、炭素数が５乃至１５にあるＨＣ（炭化水素）成分が液状を、炭素数４以下のＨ
Ｃ（炭化水素）成分がガス状を、炭素数１６以上のＨＣ
（炭化水素）成分が固体状を成すが、これら状態は温度や圧力等の雰囲気の変化によって大きく変化する。 しかも、各生成物毎にその特性、特に、ＮＯｘ触媒を活性化して窒素酸化物を分解する還元剤としての特性を異ならせていることが推定されている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】このように、排気系に還元用炭化水素ＨＣとしての軽油等のＨＣ（炭化水素）
を添加する場合は添加量を確実に把握でき、オイル劣化等の問題も生じないという利点があった。

【００１０】しかし、排気系にＨＣ（炭化水素）として軽油等の燃料を供給することによって、ＮＯｘ触媒を活性化出来るとしても、軽油等の燃料を改質して添加する場合、ガス、液体と個別にタンクに充分に貯蔵するようにしておかないと、常に変化するエンジン状態に最適な量を供給することは困難な場合が多い。 即ち、タンク無しに、エンジン運転状態に応じたコントロールによってエンジンの燃料を改質処理し供給するとしても、ＮＯｘ
触媒の浄化効率を充分に高めるだけの量の改質還元用炭化水素ＨＣを添加出来ることは限らず、量確保が困難な場合が多い。

【００１１】このように還元用炭化水素ＨＣとしての軽油等のＨＣ（炭化水素）を必要量だけ常に確保できるとは限らず、従来は、添加量不足や、逆に過剰供給によりＨＣ（炭化水素）の大気排出量が多くなるという問題があった。

【００１２】本発明の目的は、運転状態にかかわらず、
常に、還元用炭化水素ＨＣを適量づつ添加して、ＮＯｘ
浄化効率を高めることのできる排気ガス浄化装置を提供することにある。

【００１３】

【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窒素酸化物を分解する窒素酸化物還元触媒と、上記排気路上で上記窒素酸化物還元触媒の上流側に設けられる還元用炭化水素添加手段とを有し、上記還元用炭化水素添加手段は燃料を改質しタンクに貯蔵した炭化水素を主成分とした還元用炭化水素を上記排気路に添加することを特徴とする。

【００１４】

【作用】燃料を改質してタンクに貯蔵した炭化水素を主成分とした還元用炭化水素が排気路に添加されるので、
運転状態に応じた必要添加量を確保出来ることと成る。

【００１５】

【実施例】図１の排気ガス処理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及び酸化触媒１０を収容した触媒コンバータＣや図示しないマフラー等が順次連結され、排気路Ｒが構成されている。

【００１６】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Ｖ _L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Ｖ _L信号、
即ち、負荷情報を後述のＥＣＵ１６に伝える負荷センサを示す。

【００１７】触媒コンバータＣはそのケーシング１０１
内にモノリス型の触媒担持体を直列状に一対備え、各触媒担持体にはゼオライト系のＮＯｘ触媒９と、パラジュームＰｄ系や、Ｐｔ系などの酸化触媒１０とを装備する。 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。

【００１８】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浄化効率を向上させ、ＮＯｘを効果的にＮ ₂とＯ ₂に分解する。 他方、パラジュームＰｄ系の酸化触媒１０はＨＣ（炭化水素）等を効果的にＨ ₂ Ｏ，ＣＯ ₂に分解する能力を有する。

【００１９】更に、排気マニホールド７の合流部近傍には改質した炭化水素を主成分とした還元用炭化水素を排気路Ｒに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１７にＨＣパイプ１８を介して順次連結される開閉弁２１、レギュレータ２０及び軽油等の燃料を改質して得た改質ガスとしてのエチレンＣ ₂ Ｈ ₄を充填したＨＣタンク１９とで構成されている。

【００２０】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に示すように排気マニホールド７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からのエチレンＣ ₂ Ｈ ₄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（デューティー比）に応じて弁体２７が噴射孔２６を開閉駆動させ、そのデューティー比がゼロでは無噴射を、デューティー比が１００％では最大噴射量を確保することができる。

【００２１】開閉弁２１は後述のＥＣＵ１６からのオンオフ信号によって切り換えられ、適時にエチレンＣ ₂ Ｈ ₄
をＨＣインジェクタ１７に供給する。 レギュレータ２０
はＨＣタンク１９からのガスであるエチレンＣ ₂ Ｈ ₄の圧力を所望値に減圧して開閉弁２１に供給する。 ＨＣタンク１９は予め軽油等の燃料の改質処理によって得られたエチレンＣ ₂ Ｈ ₄を充填した高圧タンクであり、予め個別にタンクに貯蔵して工場生産され、適時に交換して車載される。 なお、このＨＣタンク１９に燃料を改質した改質ガスに代えて、燃料を改質した改質液体である炭化水素を主成分とした還元用炭化水素を貯蔵し、供給するようにしても良い。

【００２２】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３７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。

【００２３】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。

【００２４】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。

【００２５】メインルーチンではエンジン始動と共に開閉弁２１をオン作動し、両タンク３３，３９の貯蔵量が所定値を上回るか否か判断し下回るとタンク交換指令を発っし、その途中でＨＣ噴射制御ルーチンに達すると、
図４の制御に進む。

【００２６】ここでステップｓ１、ｓ２では排気ガス温度Ｔｇ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、デューティー比ＤＵｓ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ＨＣ噴射量相当デューティー比算出マップに基づき、ＨＣ噴射量相当デューティー比ＤＵｓを算出し、メインルーチンにリターンする。

【００２７】このステップｓ５で用いるＨＣ噴射量相当デューティー比算出マップは、レバー位置Ｖ _L及びエンジン回転数Ｎｅに応じたエチレンＣ２Ｈ４の目標量（全筒相当分）相当のＨＣ噴射量相当デューティー比ＤＵｓ
を算出することができるように予め設定される。

【００２８】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において最新のＨＣ噴射量相当デューティー比ＤＵｓを取り込む。 更にステップｍ２では同デューティー比ＤＵｓでＨ
Ｃインジェクタ１７を駆動し、排気路Ｒ下流に全筒相当量のエチレンＣ ₂ Ｈ ₄を添加し、メインルーチンにリターンする。

【００２９】このように、この装置ではエンジン１のＮ
Ｏｘ触媒９が活性化温度Ｔｓｏを上回った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エチレンＣ ₂ Ｈ ₄ガスを還元剤として排気路ＲよりＮＯｘ触媒に添加する。 このためＮＯｘをＮ ₂とＯ ₂に確実に分解でき、同時にＨＣをＨ ₂ Ｏ，ＣＯ ₂に分解し、しかも、ＮＯｘ触媒９を通過したＨＣを酸化触媒１０が確実にＨ ₂ Ｏ，ＣＯ ₂に分解するので、ＨＣをそのまま大気放出することを確実に防止できる。

【００３０】ここで、図７に還元用炭化水素ＨＣとしてエチレンＣ ₂ Ｈ ₄を用いた際のＮＯｘ触媒９のＮＯｘ、Ｈ
Ｃ、ＣＯの排気ガス温度に応じた各浄化効率ηを示した。 なお、図６には還元用炭化水素ＨＣとして軽油を用い、他は同一条件で得られたＮＯｘ、ＨＣ、ＣＯの排気ガス温度に応じた各浄化効率ηを示した。

【００３１】これらより明らかなように、還元用炭化水素ＨＣとしてエチレンＣ ₂ Ｈ ₄をＮＯｘ触媒に添加した場合の浄化効率（図７中の排気ガス温度３００℃の点での浄化効率η _G ）のほうが、軽油添加の場合の浄化効率（図６中の排気ガス温度３００℃の点での浄化効率η _L ）より明確に高められており、特に、ＮＯｘ触媒の排気ガス温度が比較的低温域にあっても、高効率でＮＯ
ｘを浄化処理できる。 この結果、エチレンＣ ₂ Ｈ ₄添加によって、この添加量の割に、高効率でＮＯｘを浄化処理でき、無駄なＨＣ（炭化水素）の添加を防止し、燃費の低下を低減できるる。

【００３２】上述の処において、ガス化したＨＣ（炭化水素）としてエチレンＣ ₂ Ｈ ₄を説明したが、これに代えて、プロピレンＣ ₃ Ｈ ₆その他のガス化したＨＣ（炭化水素）を用いることもできる。

【００３３】上述の処において、還元用炭化水素添加手段ＭはエチレンＣ ₂ Ｈ ₄を排気路Ｒに添加していたが、これに代えて、図８に示すように還元用炭化水素添加手段Ｍ１が燃料タンク２２の軽油を軽油改質触媒３１で改質して改質ガス及び改質液体を生成し、これらをエンジン運転状態に応じ、排気路Ｒに添加しても良い。 なお、軽油を改質した改質液体を還元用炭化水素として排気路Ｒ
に添加するとより効果的にＮＯ _Xを浄化出来る場合がある。

【００３４】この場合の還元用炭化水素添加手段Ｍ１
は、軽油の燃料タンク２２に軽油改質手段３４、気液分離器３５を順次接続し、気液分離器３５の改質ガスを逆流防止弁３２を介し改質燃料タンク３３に、改質液体を改質燃料液体タンク３９及び余剰分を燃料タンク２２に戻すように接続される。 ここで、改質燃料タンク３３及び改質燃料液体タンク３９が図示しない切換え弁を介しＨＣインジェクタ１７に接続される。 ここで、図示しない切換え弁及びＨＣインジェクタ１７はＥＣＵ１６により駆動制御される。

【００３５】軽油改質手段３４はヒータ３６を備えた改質触媒収容器３７に軽油改質触媒３１を充填する。 ヒータ３６はヒータ駆動回路３８を介してＥＣＵ１６に連結されている。 軽油改質触媒３１としてはゼオライト系の軽油改質触媒が採用される。

【００３６】このゼオライト系の軽油改質触媒は供給された軽油をガス状及び液状のＨＣ（炭化水素）成分、即ち、還元用炭化水素ＨＣに変化させる。 ここで、軽油改質手段３４からの生成物は気液分離器３５で比較的低分子の改質ガスであるＨＣ（炭化水素）成分とその他の改質液体であるＨＣ（炭化水素）成分に分離され、改質ガスが改質燃料タンク３３に、その他の改質液体が改質燃料液体タンク３９に、その余剰分が燃料タンク２２にそれぞれ戻される様に構成される。

【００３７】なお、軽油改質触媒３１はヒータ３６による加熱処理を受けて、軽油の成分比率を低分子成分比率の高い生成物（ガス状生成物）に改質するというハイドロクラッキング作用を示すものであり、このような軽油改質触媒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５１−１
５０００号公報に開示されている。

【００３８】この場合、ＥＣＵ１６は図示しないメインルーチンにおいて両タンク３３，３９の貯蔵量が所定値を上回るまで改質ガス及び改質液体を継続的に生成する処理を行ない、所定量上回ると改質処理を停止するという制御を繰り返す。 そして、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ガスあるいは改質液体を車載のタンク１７，３９よりＨＣインジェクタ１７に選択的に導き、ＮＯｘ触媒９に添加する制御を行ない、これによって、エンジンの広範囲の運転域でＮＯｘ触媒の浄化効率η _NOXを十分に高められる。

【００３９】

【発明の効果】以上のように、本発明の排気ガス浄化装置は、排気路に予めタンクに貯蔵されている燃料を改質しタンクに貯蔵した炭化水素を主成分とした還元用炭化水素を添加するので、運転状態にかかわらず、常に、還元用炭化水素ＨＣを適量づつ添加して、ＮＯｘ浄化効率を高めることが出来る。

【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噴射量相当デューティー比算出マップの特性線図である。

【図４】図１の装置で用いる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】軽油添加時の浄化効率の一例を示す特性線図である。

【図７】本装置にエチレンＣ２Ｈ４添加した際の浄化効率の一例を示す特性線図である。

【図８】本発明の他の実施例で用いる還元用炭化水素添加手段の概略構成線図である。

【図９】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１０】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 ８ 排気管 ９ ＮＯｘ触媒 １０ 酸化触媒 １２ 燃料噴射弁 １６ ＥＣＵ １７ ＨＣインジェクタ Ｃ 触媒コンバータ Ｒ 排気路 Ｍ 還元用炭化水素添加手段 ２１ 燃料改質手段

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