CN103814206A - 燃料改性器及使用了该燃料改性器的废气净化装置 - Google Patents

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Abstract

本发明构成为从运载气体源供给的运载气体从运载气体喷嘴喷射。从燃料源供给的由烃系液体构成的燃料向运载气体喷嘴的前端供给，由此通过从运载气体喷嘴喷射的运载气体使该燃料微粒化。而且，使上述微粒化了的燃料分解而改性成由氢或含氧烃中的任一方或双方构成的还原气体的改性部的入口与运载气体喷嘴及燃料供给嘴相对设置，将从改性部的出口排出的还原气体向发动机的排气管供给的还原气体供给嘴安装于排气管。

Description

燃料改性器及使用了该燃料改性器的废气净化装置
技术领域
本发明涉及一种使由烃系液体构成的燃料分解而改性成还原气体的改性器、及使用利用该改性器改性后的还原气体作为还原剂而对发动机的废气中的NOx进行净化的装置。
背景技术
以往，作为这种废气净化装置，公开了如下的排气净化装置：将废气中的NO的一部分氧化成NO2的氧化催化剂设于内燃机的排气管，在氢共存下捕捉废气中的NOx的NOx捕捉催化剂设置在排气管中的氧化催化剂的下游，对燃料进行改性而生成至少含有氢的还原性气体并将该还原性气体向排气管中的氧化催化剂与NOx捕捉催化剂之间供给的氢供给单元与排气管另行设置，而且以废气的温度处于规定的范围内的情况为1个条件而控制单元通过氢供给单元来供给还原性气体（例如，参照专利文献1）。在该排气净化装置中，第一催化剂转换器和第二催化剂转换器从上游侧依次设于排气管，在排气管中的第一催化剂转换器与第二催化剂转换器之间设有燃料改性器的供给口。燃料改性器具有：一端侧与供给口连接的改性气体导入通路；设置在该改性气体导入通路内的改性催化剂；从改性气体导入通路的另一端侧向改性催化剂供给燃料气体的燃料气体供给装置。在该燃料改性器重，通过改性催化剂的作用而对发动机的燃料进行改性，生成包含氢（H2）、一氧化碳（CO）及烃（HC）的还原性气体的改性气体。此外，燃料改性器具备包含预热塞或火花塞等的加热器，伴随着燃料改性器的起动，能够对改性催化剂加热。由此，由燃料改性器生成的改性气体的温度大致成为500℃～800℃的高温。
另一方面，改性催化剂包含：从由铑、铂、钯、镍及钴构成的组中选择的至少1种的金属催化剂成分；从由二氧化铈、氧化锆、氧化铝及二氧化钛构成的组中选择的至少1种的氧化物或以它们为基本组成的复合氧化物。该改性催化剂对从燃料气体供给装置供给的燃料气体进行改性，而生成包含氢、一氧化碳及烃的改性气体。而且，由改性催化剂生成的改性气体通过改性气体导入通路而从供给口向排气管供给。此外，在改性气体导入通路的中途设有对通过该改性气体导入通路而被导入到排气管内的改性气体的流量进行控制的改性气体导入阀。该改性气体导入阀经由促动器而与ECU连接，经由改性气体导入通路的改性气体的向排气管内的供给量由ECU控制。
在如此构成的排气净化装置中，在氢共存下捕捉废气中的NOx的NOx捕捉催化剂的上游设有将废气中的NO的一部分氧化成NO2的氧化催化剂，因此能够将富化了NO2的NO与NO2的混合气体向NOx捕捉催化剂供给。其结果是，能够提高内燃机的刚起动之后的低温时的NOx捕捉催化剂对NOx的捕捉性能，更具体而言，即使NOx捕捉催化剂的温度为约50℃以下也能够开始有意的量的NOx的捕捉。对于如此提高了NOx的捕捉性能的NOx捕捉催化剂，以废气的温度处于规定的范围内、更具体而言处于低温区域内的情况为1个条件，通过供给含氢的还原性气体而能够利用NOx捕捉催化剂来捕捉废气中的NOx，因此能够提高内燃机刚起动之后的冷机时的NOx净化率。而且由于将氢供给单元与排气管另行设置，因此即使在冷机时，也不会使内燃机不发火，能够稳定地供给还原性气体。而且，以废气的温度处于低温区域的规定的范围内的情况为1个条件而供给还原性气体，由此，使氢不燃烧而到达NOx捕捉催化剂，从而能够有助于NOx的捕捉。而且，在NOx捕捉催化剂的上游侧设置氧化催化剂，向NOx捕捉催化剂供给NO与NO2的混合气体，因此能够提高内燃机刚起动之后的低温时的NOx捕捉催化剂的NOx捕捉性能。其结果是，无需将NOx捕捉催化剂配置在内燃机的附近。
另一方面，公开了如下的内燃机，在从气缸盖的排气端口排出的废气所通过的排气通路中，以涡轮增压器位于上游侧且废气净化用催化剂位于下游侧的方式设置涡轮增压器及废气净化用催化剂，向废气净化用催化剂气化地供给燃料（例如，参照专利文献2）。在该内燃机中，在比排气通路的涡轮增压器靠上游侧的部位设置利用废气的热量对燃料进行加温而使其气化的气化室，该气化室与比排气通路的涡轮增压器靠下游侧的部位连接。而且，在固定于气缸盖的排气岐管的一部分上，以气化室的内部与排气岐管的内部经由隔壁分隔的方式一体地设有气化室，向气化室喷出少量的废气的连通孔设置在上述隔壁上。
在如此构成的内燃机中，能够利用废气的热量使燃料气化，并且避免将催化剂的还原用燃料向涡轮增压器导入，能够为简单的结构，并能够防止涡轮增压器的涡轮等发生腐蚀、在使废气向气缸回流时废气的性质发生恶化的情况。尤其是燃料暴露在废气下，因此能够使燃料迅速且可靠地气化，并且气化了的燃料在废气的压力（正压）下迅速地向催化剂输送，因此具有响应性高的优点。
另外，公开了如下的柴油机的废气净化装置，在废气排出流路的脱硝用的催化剂部的上游侧设有将还原剂的气化室和避免因废气流动而影响还原剂的气化及燃烧的保护器进行一体化的还原剂的气化燃烧室（例如，参照专利文献3）。在该废气净化装置中，使用磁铁矿（Fe3O4）作为脱硝催化剂，该磁铁矿以与废气的接触面积大的形状，例如粒状物、颗粒、蜂巢形状物等的形状使用。而且，作为还原剂所使用的烃，可使用轻油、重油、挥发油、甲烷、乙烷等。此外，为了提高还原剂的燃烧性或废气的脱硝反应，而将二次空气向废气排出流路导入。
在如此构成的柴油机的废气净化装置中，向废气中添加由烃或醇构成的还原剂和二次空气（氧），当使其与磁铁矿（Fe3O4）接触时，废气中的NOx被还原而成为氮。而且，在柴油机的废气始终流动的部位，当使轻油或重油等还原剂高效率地燃烧时，将催化剂表面的颗粒除去，对催化剂表面进行清洁，并同时有效地实现柴油机的废气的脱硝。因此，在配置于废气排出通路的催化剂部的上游侧设置还原剂的气化燃烧室，在利用该气化燃烧室使还原剂气化时，即使喷出柴油机的废气，保护器也不会妨碍气化燃烧室中的还原剂的气化及燃烧，因此还原剂的气化及燃烧在气化燃烧室内毫无障碍地进行。其结果是，在柴油机的废气流路设置能够可靠地进行废气不会妨碍燃烧的还原剂的气化和还原剂的燃烧的气化燃烧室，由此，能够将催化剂表面的颗粒有效地除去，对催化剂表面进行清洁，并能够有效地实现柴油机的废气的脱硝。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2011-69270号公报（权利要求1、段落[0013]、[0014]、[0024]～[0030]、图1）
专利文献2：日本特开2006-283604号公报（权利要求1及2、段落[0008]、[0009]、图1、图2）
专利文献3：日本特开平06-101454号公报（权利要求1、段落[0012]～[0014]、[0027]、图1）
发明内容
发明要解决的课题
然而，在上述以往的专利文献1所示的排气净化装置中，通过包含预热塞或火花塞等的加热器对改性催化剂加热，向该改性催化剂供给来自燃料气体供给装置的燃料气体，由此，生成约500℃～800℃的温度的改性气体，但未记载具体的结构，存在无法将燃料气体高效率地改性成改性气体的不良情况，而且例如通过预热塞或火花塞等对改性催化剂进行直接加热时，改性催化剂的与预热塞等接触的部分或接近的部分成为极其高温而可能会劣化。另一方面，在上述以往的专利文献2所示的内燃机、专利文献3所示的废气净化装置中，均利用发动机的废气对还原用燃料及还原剂加热而气化，因此在发动机刚起动之后或废气温度比较低时，无法将还原用燃料等充分气化，存在无法高效率地减少废气中的NOx的不良情况。
本发明的第一目的在于提供一种通过运载气体的喷射而能够充分地实现燃料的微粒化，由此能够将燃料高效率地改性成还原气体的燃料改性器。本发明的第二目的在于提供一种使用了预热塞及改性催化剂时，能够防止改性催化剂的劣化的燃料改性器。本发明的第三目的在于提供一种能够将改性器外壳与还原气体供给嘴一起比较容易地安装于排气管的燃料改性器。本发明的第四目的在于提供一种充分确保运载气体加热部中的运载气体流路，由此利用运载气体加热部能够充分地将运载气体加热，并且不使燃料而仅使运载气体向运载气体加热部的运载气体流路流动，由此能够阻止燃料的向运载气体流路内壁的附着，从而运载气体在运载气体流路内顺畅地流动的燃料改性器。本发明的第五目的在于提供一种即使废气温度比较低温，或者废气温度从比较低温到高温的大温度范围内，能够高效率地减少NOx的使用了燃料改性器的废气净化装置。本发明的第六目的在于提供一种对液体的燃料加热而气化或气化及雾，使该气化等的燃料以压力高的状态与改性催化剂接触，由此能够促进燃料的改性催化剂中的改性反应的废气净化装置。
解决方案
本发明的第一观点涉及一种燃料改性器，图1～图3所示，具有：运载气体喷嘴17，喷射从运载气体源14供给的运载气体；燃料供给嘴19，为了通过从运载气体喷嘴17喷射的运载气体使从燃料源37供给的由烃系液体构成的燃料18微粒化，而将上述燃料18向运载气体喷嘴17的前端供给；改性部22，入口与运载气体喷嘴17及燃料供给嘴19相对设置，使上述微粒化了的燃料18分解而改性成由氢或含氧烃中的任一方或双方构成的还原气体；还原气体供给嘴23，为了将从改性部22的出口排出的还原气体21向发动机11的排气管12供给而安装于排气管12。
本发明的第二观点是以第一观点为基础的发明，还如图1所示，其特征在于，改性部22由预热塞22a构成，该预热塞22a通过对上述微粒化了的燃料18加热，使上述微粒化了的燃料18的一部分或大部分分解而改性成由氢或含氧烃中的任一方或双方构成的还原气体21。
本发明的第三观点是以第二观点为基础的发明，还如图4所示，其特征在于，改性部72由上述预热塞22a和改性催化剂72b构成，该改性催化剂72b在预热塞22a与还原气体供给嘴23之间从预热塞22a隔开规定的间隔设置，使上述微粒化了的燃料18的剩余的一部分或大部分分解而改性成由氢或含氧烃中的任一方或双方构成的还原气体。
本发明的第四观点是以第一观点为基础的发明，还如图5所示，其特征在于，在燃料源与燃料供给嘴19之间设有燃料气化器91，该燃料气化器91对燃料18的一部分或大部分加热而使其气化。
本发明的第五观点是以第一观点为基础的发明，还如图8及图11所示，其特征在于，燃料改性器还具有：运载气体加热部116，设置在运载气体源14与运载气体喷嘴17之间，且能够调整对从运载气体源14供给的运载气体加热的发热量；运载气体温度传感器132，检测运载气体加热部116的出口温度；控制器57，基于运载气体温度传感器132的检测输出来控制运载气体加热部116的发热量，并根据流过排气管12的NOx的流量来控制燃料18向燃料供给嘴19的供给流量，改性部122由预热塞或改性催化剂122a中的任一方或双方构成。
本发明的第六观点是以第五观点为基础的发明，还如图8所示，其特征在于，运载气体加热部116、运载气体喷嘴17、燃料供给嘴19及改性部122收容于改性器外壳124，改性器外壳124与还原气体供给嘴23的基端连接。
本发明的第七观点是以第五观点为基础的发明，还如图8及图9所示，其特征在于，运载气体加热部116包括：线圈保持部116a，形成为圆柱状；电热线圈116c，以沿着该线圈保持部116a的外周面且不向线圈保持部116a的外周面露出的方式埋入设置；运载气体流路用线圈116d，通过呈螺旋状地卷绕在线圈保持部116a的外周面，而形成使运载气体沿着线圈保持部116a的外周面呈螺旋状流动的运载气体流路116e。
本发明的第八观点是以第一观点为基础的发明，还如图12及图13所示，其特征在于，设有绕过改性部122的旁通管154，在旁通管154设有使从改性部排出的还原气体21及微粒化了的燃料18向运载气体喷嘴17的正前方返回的循环泵156，改性部122的温度由改性部温度传感器151、152检测，控制器57基于改性部温度传感器151、152的检测输出来控制循环泵156。
本发明的第九观点涉及一种燃料改性器，如图15～图17所示，具有：运载气体加热部116，能够调整对从运载气体源14通过第一运载气体供给管171供给的第一运载气体加热的发热量；第一运载气体喷嘴181，喷射由运载气体加热部116加热后的第一运载气体；第一燃料供给嘴191，为了通过从第一运载气体喷嘴181喷射的第一运载气体使由烃系液体构成的燃料18微粒化，而将燃料18向第一运载气体喷嘴181的前端供给；发热催化剂部174，入口与第一运载气体喷嘴181及第一燃料供给嘴191相对设置，使上述微粒化了的燃料18氧化，对第一运载气体进一步加热而使第一运载气体升温；第二运载气体供给管172，将从运载气体源14供给的第二运载气体与由发热催化剂部174加热后的第一运载气体混合；第二运载气体喷嘴182，喷射第一及第二运载气体的混合运载气体；第二燃料供给嘴192，为了通过从第二运载气体喷嘴182喷射的混合运载气体使由烃系液体构成的燃料18微粒化，而将燃料向第二运载气体喷嘴182的前端供给；改性部122，入口与第二运载气体喷嘴182及第二燃料供给嘴192相对设置，使上述微粒化了的燃料18分解而改性成由氢或含氧烃中的任一方或双方构成的还原气体21；还原气体供给嘴23，为了将从改性部122的出口排出的还原气体21向发动机11的排气管12供给而安装于排气管12；第一运载气体温度传感器271，检测运载气体加热部116的出口温度；第二运载气体温度传感器272，检测发热催化剂部174的出口温度；控制器57，基于第一运载气体温度传感器271的检测输出来控制运载气体加热部116的发热量，并基于第二运载气体温度传感器272的检测输出来控制燃料18向第一燃料供给嘴191的供给流量，而且根据流过排气管12的NOx的流量来控制燃料18向第二燃料供给嘴192的供给流量。
本发明的第十观点是以第九观点为基础的发明，还如图15所示，其特征在于，运载气体加热部116、第一运载气体喷嘴181、第一燃料供给嘴191、发热催化剂部174、第二运载气体喷嘴182、第二燃料供给嘴192及改性部122收容于改性器外壳176，改性器外壳176与还原气体供给嘴23的基端连接。
本发明的第十一观点是以第九观点为基础的发明，还如图15及图16所示，其特征在于，运载气体加热部116包括：线圈保持部116a，形成为圆柱状；电热线圈116c，以沿着该线圈保持部116a的外周面且不向线圈保持部116a的外周面露出的方式埋入设置；运载气体流路用线圈116d，通过呈螺旋状卷绕在线圈保持部116a的外周面，而形成使第一运载气体沿着线圈保持部116a的外周面呈螺旋状地流动的运载气体流路116e。
本发明的第十二观点涉及一种废气净化装置，使用了燃料改性器，如图1～图3所示，具备：选择还原型催化剂31，设于发动机11的排气管12，能够将废气中的NOx还原成N2；燃料改性器13，具有面向比选择还原型催化剂31靠废气上游侧的排气管12的还原气体供给嘴23，从该还原气体供给嘴23将通过选择还原型催化剂31而作为还原剂发挥功能的还原气体21向排气管12供给；废气温度传感器53，检测与选择还原型催化剂31相关的废气温度；控制器57，基于废气温度传感器53的检测输出来控制燃料改性器13，所述废气净化装置的特征在于，燃料改性器13具有：运载气体喷嘴17，喷射从运载气体源14供给的运载气体；燃料供给嘴19，为了通过从运载气体喷嘴17喷射的运载气体使从燃料源37供给的由烃系液体构成的燃料18微粒化，而将上述燃料18向运载气体喷嘴17的前端供给；改性部22，入口与运载气体喷嘴17及燃料供给嘴19相对设置，使上述微粒化了的燃料18分解而改性成由氢或含氧烃中的任一方或双方构成的还原气体；还原气体供给嘴23，为了将从改性部22的出口排出的还原气体向发动机11的排气管供给而安装于排气管12。
本发明的第十三观点涉及一种废气净化装置，使用了燃料改性器，如图15～图18所示，具备：选择还原型催化剂31，设于发动机11的排气管12，能够将废气中的NOx还原成N2；燃料改性器173，具有面向比选择还原型催化剂31靠废气上游侧的排气管12的还原气体供给嘴23，从该还原气体供给嘴23将通过选择还原型催化剂31而作为还原剂发挥功能的还原气体21向排气管12供给；废气温度传感器53，检测与选择还原型催化剂31相关的废气温度；控制器57，基于废气温度传感器53的检测输出来控制燃料改性器173，所述废气净化装置的特征在于，燃料改性器173具有：运载气体加热部116，能够调整对从运载气体源14通过第一运载气体供给管171供给的第一运载气体加热的发热量；第一运载气体喷嘴181，喷射由运载气体加热部116加热后的第一运载气体；第一燃料供给嘴191，为了通过从第一运载气体喷嘴181喷射的第一运载气体使由烃系液体构成的燃料18微粒化，而将燃料18向第一运载气体喷嘴181的前端供给；发热催化剂部174，入口与第一运载气体喷嘴181及第一燃料供给嘴191相对设置，使上述微粒化了的燃料18氧化，对第一运载气体进一步加热而使第一运载气体升温；第二运载气体供给管172，将从运载气体源14供给的第二运载气体与由发热催化剂部174加热后的第一运载气体混合；第二运载气体喷嘴182，喷射第一及第二运载气体的混合运载气体；第二燃料供给嘴192，为了通过从第二运载气体喷嘴182喷射的混合运载气体使由烃系液体构成的燃料18微粒化，而将燃料向第二运载气体喷嘴182的前端供给；改性部122，入口与第二运载气体喷嘴182及第二燃料供给嘴192相对设置，使上述微粒化了的燃料18分解而改性成由氢或含氧烃中的任一方或双方构成的还原气体21；还原气体供给嘴23，为了将从改性部122的出口排出的还原气体21向发动机11的排气管12供给而安装于排气管12；第一运载气体温度传感器271，检测运载气体加热部116的出口温度；第二运载气体温度传感器272，检测发热催化剂部174的出口温度；控制器57，基于第一运载气体温度传感器271的检测输出来控制运载气体加热部116的发热量，并基于第二运载气体温度传感器272的检测输出来控制燃料18向第一燃料供给嘴191的供给流量，而且根据流过排气管12的NOx的流量来控制燃料18向第二燃料供给嘴192的供给流量。
本发明的第十四观点涉及一种废气净化装置，对发动机11的废气进行净化，如图19～图21所示，其特征在于，具备：选择还原型催化剂31，设于发动机11的排气管12，能够将废气中的NOx还原成N2；燃料改性器313，在密闭的改性壳体327内通过加热器331对液体的燃料18加热而使其气化或气化并雾化，而且通过改性催化剂328将该气化或气化并雾化了的燃料改性成烃系气体；燃料供给单元316，向燃料改性器313供给燃料18；喷嘴318，面向比选择还原型催化剂31靠废气上游侧的排气管12，且能够喷射利用改性催化剂328改性后的烃系气体；废气温度传感器53，检测与选择还原型催化剂31相关的废气温度；压力传感器348，检测燃料改性器313的入口压力；控制器57，基于废气温度传感器53及压力传感器348的各检测输出来控制燃料改性器313及燃料供给单元316。
本发明的第十五观点是以第十四观点为基础的发明，还如图20及图21所示，其特征在于，燃料改性器313具有：密闭的筒状的上述改性壳体327；上述改性催化剂328，收容于该改性壳体327；燃料通路329，在改性壳体327的内周面与改性催化剂328的外周面之间呈螺旋状设置；上述加热器331，以包围燃料通路329的方式呈螺旋状配线且埋入设置于改性壳体327的壁。
本发明的第十六观点是以第十四观点为基础的发明，还如图19所示，其特征在于，废气净化装置具有：旁通管343，以绕过燃料改性器313的方式将燃料改性器313的入口部和出口部连通连接；开度调整阀344，设于旁通管343而调整旁通管343的开度。
发明效果
在本发明的第一观点的燃料改性器重，将从运载气体源供给的运载气体从运载气体喷嘴喷射，通过从上述运载气体喷嘴喷射的运载气体使从燃料供给嘴供给的燃料微粒化，该微粒化了的燃料由改性部分解而改性成还原气体。其结果是，能够高效率地将燃料改性成还原气体。
在本发明的第二观点的燃料改性器中，将从运载气体源供给的运载气体从运载气体喷嘴喷射，通过从上述运载气体喷嘴喷射的运载气体使从燃料供给嘴供给的燃料微粒化，由此，该微粒化了的燃料由预热塞加热·分解而改性成还原气体。其结果是，即使不使用改性催化剂，也能够高效率地将燃料改性成还原气体。
在本发明的第三观点的燃料改性器中，将从运载气体源供给的运载气体从运载气体喷嘴喷射，通过从上述运载气体喷嘴喷射的运载气体使从燃料供给嘴供给的燃料微粒化，由此，该微粒化了的燃料的一部分或剩余部分由预热塞加热·分解而改性成还原气体，之后，将上述微粒化了的燃料的其余的一部分或大部分由改性催化剂分解而改性成还原气体。其结果是，能够更高效率地将燃料改性成还原气体，并且，虽然使用预热塞及改性催化剂，但是预热塞与改性催化剂不接触或接近而从改性催化剂分离设置，因此能够防止改性催化剂的劣化。
在本发明的第四观点的燃料改性器中，从燃料源供给的燃料的一部分或大部分由燃料气化器加热而气化之后从燃料供给嘴供给，因此，该气化了的燃料通过从运载气体喷嘴喷射的运载气体而与该运载气体均匀地混合，成为燃料气体，通过从运载气体喷嘴喷射的运载气体使液体的状态的燃料微粒化。其结果是，含有微粒化了的燃料的燃料气体由改性部分解而迅速地改性成还原气体，因此能够更高效率地将燃料改性成还原气体。
在本发明的第五观点的燃料改性器中，运载气体加热部对从运载气体源供给的运载气体加热，该加热后的运载气体从运载气体喷嘴喷射，通过从上述运载气体喷嘴喷射的运载气体使从燃料供给嘴供给的燃料微粒化，由此该微粒化了的燃料由改性部分解而改性成还原气体。其结果是，能够更高效率地将燃料改性成还原气体。
在本发明的第六观点的燃料改性器中，运载气体加热部、运载气体喷嘴、燃料供给嘴及改性部收容于改性器外壳，该改性器外壳与还原气体供给嘴的基端连接，因此能够将改性器外壳与还原气体供给嘴一起比较容易地安装于排气管。
在本发明的第七或第十一观点的燃料改性器中，导热率高的线圈保持部形成为圆柱状，以沿着该线圈保持部的外周面且不向线圈保持部的外周面露出的方式埋入设置电热线圈，导热率高的运载气体流路用线圈在线圈保持部的外周面呈螺旋状卷绕，由此形成使运载气体或第一运载气体沿着线圈保持部的外周面呈螺旋状流动的运载气体流路，因此能够充分确保运载气体加热部中的运载气体流路。其结果是，能够利用运载气体加热部将运载气体等充分地加热。而且，在运载气体流路中，燃料未流过而仅运载气体等流过，因此燃料不会附着于运载气体流路的内壁。其结果是，运载气体等在运载气体流路内顺畅地流动。
在本发明的第八观点的燃料改性器中，控制器基于改性部温度传感器的检测输出来控制循环泵，因此由改性部改性后的还原气体与未由改性部改性而原封不动地通过了改性部的微粒化燃料混合所得到的含微粒化燃料的还原气体的一部分通过旁通管，向燃料喷嘴的正前方返回而再次流入改性部，上述含微粒化燃料的还原气体中的微粒化燃料由改性部改性。其结果是，能够提高燃料向还原气体的改性效率。
在本发明的第九观点的燃料改性器中，运载气体加热部将从运载气体源供给的第一运载气体加热，该加热后的第一运载气体从第一运载气体喷嘴喷射，通过从上述第一运载气体喷嘴喷射的第一运载气体使从第一燃料供给嘴供给的燃料微粒化，该微粒化了的燃料由发热催化剂部氧化，由此读第一运载气体被进一步加热而升温。该进一步加热而升温的第一运载气体与第二运载气体混合而从第二运载气体喷嘴喷射，通过从上述第二运载气体喷嘴喷射的混合运载气体使从第二燃料供给嘴供给的燃料微粒化，由此该微粒化了的燃料由改性部分解而改性成还原气体。如此，使第一运载气体以2阶段进行升温，因此能够减少运载气体加热部的第一运载气体的加热所需的电力。其结果是，能够更高效率地将燃料改性成还原气体。
在本发明的第十观点的燃料改性器中，运载气体加热部、运载气体喷嘴、第一燃料供给嘴、发热催化剂部、第二运载气体喷嘴、第二燃料供给嘴及改性部收容于改性器外壳，该改性器外壳与还原气体供给嘴的基端连接，因此，能够将改性器外壳与还原气体供给嘴一起比较容易地安装于排气管。
在本发明的第十二或第十三观点的废气净化装置中，当运载气体温度传感器检测到废气温度成为规定的温度以上的情况时，控制器驱动燃料改性器。由此，燃料改性器将燃料分解而改性成还原气体之后，将该还原气体从还原气体供给嘴向排气管供给。并且，当还原气体与废气一起向选择还原型催化剂流入时，还原气体作为用于对废气中的NOx进行还原的还原剂发挥功能，将废气中的NOx迅速地还原成N2。其结果是，在废气温度从比较低温到高温的大温度范围内能够高效率地减少NOx。
在本发明的第十四观点的废气净化装置中，在密闭的改性壳体内通过加热器对液体的燃料加热而使其气化或气化并雾化，因此改性壳体内的压力升高，在该压力高的状态下通过改性催化剂将气化等的燃料改性成烃系气体或轻质化的烃系气体。其结果是，能够促进气化等的燃料的由改性催化剂进行的改性反应，因此能够通过燃料改性器将液体的燃料可靠地改性成烃系气体。因此，当将上述改性后的烃系气体从喷嘴喷射到排气管内时，该烃系气体在选择还原型催化剂上作为将废气中的NOx还原成N2的还原剂发挥功能，因此即使在废气温度比较低时，也能够高效率地使废气中的NOx减少。
在本发明的第十五观点的废气净化装置中，液体的燃料在通过燃料通路期间由加热器加热而使其气化等，因此改性壳体内的燃料的体积膨胀，气化等的燃料在其分压升高的状态下流入改性催化剂而与改性催化剂的表面接触。其结果是，能够促进燃料的由改性催化剂进行的改性反应，因此通过燃料改性器能够将液体的燃料可靠地改性成烃系气体或轻质化的烃系气体。因此，与上述同样地，当将改性后的烃系气体从喷嘴喷射到排气管内时，该烃系气体在选择还原型催化剂上作为将废气中的NOx还原成N2的还原剂发挥功能，因此即使在废气温度比较低时，也能够高效率地使废气中的NOx减少。
在本发明的第十六观点的废气净化装置中，当废气温度比较高时，通过开度调整阀将旁通管以规定的开度打开，使液体的燃料未由燃料改性器改性而原封不动地通过旁通管从喷嘴向排气管喷射。该喷射的液体的燃料由比较高温的废气迅速地改性成烃系气体，因此该烃系气体在选择还原型催化剂上作为将废气中的NOx还原成N2的还原剂发挥功能，废气中的NOx高效率地减少。
附图说明
图1是表示本发明第一实施方式的燃料改性器的纵向剖视结构图。
图2是图1的A部放大剖视图。
图3是表示使用了该燃料改性器的废气净化装置的结构图。
图4是表示本发明第二实施方式的燃料改性器的纵向剖视结构图。
图5是表示本发明第三实施方式的燃料改性器的纵向剖视结构图。
图6是该燃料改性器的气化器的放大纵向剖视图。
图7是图6的B-B线剖视图。
图8是表示本发明第四实施方式的燃料改性器的纵向剖视结构图。
图9是图8的C部放大剖视图。
图10是图8的E部放大剖视图。
图11是表示使用了该燃料改性器的废气净化装置的结构图。
图12是表示本发明第五实施方式的燃料改性器的纵向剖视结构图。
图13是表示使用了该燃料改性器的废气净化装置的结构图。
图14是对该燃料改性器的温度进行控制的流程图。
图15是表示本发明第六实施方式的燃料改性器的纵向剖视结构图。
图16是图15的F部放大剖视图。
图17是图15的G部放大剖视图。
图18是表示使用了该燃料改性器的废气净化装置的结构图。
图19是本发明第七实施方式的废气净化装置的结构图。
图20是该废气净化装置的燃料改性器的纵向剖视图。
图21是图20的H-H线剖视图。
图22是包含该废气净化装置的喷嘴的主要部分放大剖视图。
图23是表示使用了实施例1～3的燃料改性器时的与废气温度的变化相伴的氢生成量的变化的图。
图24是表示使用了实施例1～3的燃料改性器时的与废气温度的变化相伴的乙醛的生成量的变化的图。
图25是表示使用了实施例1～3的废气净化装置时的与废气温度的变化相伴的NOx减少率的变化的图。
图26是表示使用了实施例3及实施例4的燃料改性器时的与废气温度的变化相伴的氢生成率的变化的图。
图27是表示使用了实施例3及实施例4的燃料改性器时的与废气温度的变化相伴的乙醛的生成率的变化的图。
图28是表示使用了实施例3及实施例4的废气净化装置时的与废气温度的变化相伴的NOx减少率的变化的图。
图29是表示使用了实施例3及实施例5的燃料改性器时的与废气温度的变化相伴的氢生成率的变化的图。
图30是表示使用了实施例3及实施例5的燃料改性器时的与废气温度的变化相伴的乙醛的生成率的变化的图。
图31是表示使用了实施例3、实施例5及比较例1的废气净化装置时的与废气温度的变化相伴的NOx减少率的变化的图。
图32是表示使用了实施例6及比较例2的废气净化装置时的与废气温度的变化相伴的NOx减少率的变化的图。
具体实施方式
接下来，基于附图，说明用于实施本发明的方式。
<第一实施方式>
如图1及图3所示，在柴油发动机11的排气管12上设有燃料改性器13。该燃料改性器13具有：喷射从运载气体源14供给的运载气体的运载气体喷嘴17；以通过从运载气体喷嘴17喷射的运载气体来实现燃料18的微粒化的方式将燃料18向运载气体喷嘴17的前端供给的燃料供给嘴19；使该微粒化了的燃料18分解而改性成还原气体21的改性部22；将从改性部22的出口排出的还原气体21向发动机11的排气管12供给的还原气体供给嘴23。上述运载气体喷嘴17、改性部22及燃料供给嘴19收容在沿着铅垂方向延伸的圆筒状的改性器外壳24内，该改性器外壳24的下端与还原气体供给嘴23的上端连接。由此能够将改性器外壳24与还原气体供给嘴23一起比较容易地安装在排气管12上。而且，在该实施方式中，运载气体源14是对由压缩机（未图示）压缩的运载气体（空气）进行积存的运载气体罐（空气罐）（图2）。需要说明的是，运载气体源也可以不使用运载气体罐（空气罐），而由将大气中的空气、发动机的废气或它们的混合气体向运载气体加热部供给的压缩机构成。而且，向燃料供给嘴19供给的燃料18与向柴油发动机11供给的燃料相同。
上述运载气体喷嘴17形成在向改性器外壳24的上部插入的运载气体流入壳体26的下端。该壳体26的上部形成为圆筒状，壳体26的下部随着朝向下方而形成为尖细的漏斗状。并且，向运载气体流入壳体26流入的运载气体从运载气体喷嘴17的前端（下端）朝向下方喷射。需要说明的是，图1中的符号27是前端与将改性器外壳24的上表面闭锁的盖体连接的运载气体供给管。该运载气体供给管27的基端与运载气体罐14连接（图3）。
如图1及图2所示，燃料供给嘴19具有：从改性器外壳24的铅垂方向中央的外周面到改性器外壳24的中心延伸设置的水平管部19a；与该水平管部19a的前端连通连接，向下方延伸设置且下端被闭锁的垂直管部19b；在垂直管部19b的下部侧面的同一水平面内以规定的角度隔开间隔形成的多个供给孔19c。在该实施方式中，多个供给孔19c在垂直管部19b的下部侧面的同一水平面内每90度形成4个。通过如此构成燃料供给嘴19，利用从运载气体喷嘴17喷射的运载气体，将供给到燃料供给嘴19的供给孔19c内的燃料18吹飞而进行微粒化。
如图2所示，在运载气体流入壳体26的下端形成的运载气体喷嘴17的倾斜角θ设定在相对于水平面为30～60度，优选40～50度的范围内。而且，包含运载气体喷嘴17的下端的水平面与包含燃料供给嘴19的供给孔19c的孔芯的水平面的距离H设定在-10～+10mm，优选0～+5mm的范围内。而且，在燃料供给嘴19的垂直管部19b的外径为d1，运载气体喷嘴17的孔径为d2时，d1/d2设定在0.1～0.98，优选0.5～0.8的范围内。在此，将运载气体喷嘴17的倾斜角θ限定在30～60度的范围内是因为，若小于30度，燃料的微粒化变得不充分，若超过60度，则喷雾未扩展。而且，将上述距离H限定为-10～+10mm的范围内是因为，若小于-10mm，则无法实现燃料的微粒化，而且超过+10mm也无法实现燃料的微粒化。此外，将d1/d2限定为0.1～0.98的范围内是因为，若小于0.1，则燃料的微粒化不充分，若超过0.98，则使运载气体充分流动的间隙消失。需要说明的是，上述距离H以包含运载气体喷嘴17的下端的水平面为基准，在燃料供给嘴19的供给孔19c的孔芯从喷嘴17的前端突出时，设为正（+），在燃料供给嘴19的供给孔19c的孔芯退回到喷嘴17内时，设为负（-）。
返回图1，在该实施方式中，改性部22由预热塞22a构成，通过对上述微粒化了的燃料18加热，将上述微粒化了的燃料18的一部分或大部分分解而改性成由氢或含氧烃的任一方或双方构成的还原气体。该预热塞22a与运载气体喷嘴17及燃料供给嘴19相对，且插入到从运载气体喷嘴17的下端及燃料供给嘴19的垂直管部19b的下端隔开了比较大的间隔的改性器外壳的下部。这是因为，在燃料供给嘴19与预热塞22a之间的比较大的空间内，上述微粒化了的燃料18随着朝向下方而逐渐扩展，从而使该微粒化了的燃料18向预热塞22a周围大致均匀地分散。
如图3所示，燃料改性器13向柴油发动机11的废气净化装置装入。该废气净化装置具备：设置在发动机11的排气管12上的选择还原型催化剂31；具有与比选择还原型催化剂31靠废气上游侧的排气管12面对的还原气体供给嘴23的上述燃料改性器13。上述选择还原型催化剂31收容在比排气管12大径的壳体34内，能够将废气中的NOx还原成N2。选择还原型催化剂31是独石催化剂，通过向堇青石制的蜂巢状载体涂敷沸石或氧化铝而构成。作为沸石，可列举银-沸石、铜-沸石、铁-沸石等。由银-沸石、铜-沸石或铁-沸石构成的选择还原型催化剂31通过将包含对银、铜或铁进行了离子交换的沸石粉末的浆料向蜂巢状载体涂敷而构成。而且，由银-氧化铝、铜-氧化铝或铁-氧化铝构成的选择还原型催化剂31通过将包含载持有银、铜或铁的γ-氧化铝粉末或θ-氧化铝粉末的浆料向蜂巢状载体涂敷而构成。需要说明的是，上述堇青石制的蜂巢状载体可以是由不锈钢形成的金属载体。而且，还原气体供给嘴23安装于发动机11的排气管12（图1及图3）。还原气体供给嘴23包括形成为圆筒状的嘴主体23a和在该嘴主体23a的上端与嘴主体23a一体形成的凸缘部23b（图1）。嘴主体23a的下表面从废气上游侧朝向废气下游侧而形成为嘴主体23a的长度逐渐缩短的倾斜面。凸缘部23b安装在设于排气管12的凸缘部12a上。
另一方面，燃料改性器13还具有：前端与燃料供给嘴19连接的燃料供给管36；与该燃料供给管36的基端连接且积存有燃料18的燃料罐37；将该燃料罐37内的燃料18向燃料供给嘴19压力输送的燃料供给泵38；调整从燃料供给嘴19向运载气体喷嘴17的前端供给的燃料18的供给量的燃料供给量调整阀39；设置在将运载气体罐14与运载气体流入壳体26连接的运载气体供给管27上的运载气体流量调整阀41（图1及图3）。上述燃料供给泵38设置在燃料供给嘴19与燃料罐37之间的燃料供给管36上，燃料供给量调整阀39设置在燃料供给嘴19与燃料供给泵38之间的燃料供给管36上。而且燃料供给量调整阀39包括：设于燃料供给管36并调整向燃料供给嘴19的燃料18的供给压力的燃料压力调整阀42；设置在燃料供给嘴19的基端并对燃料供给嘴19的基端进行开闭的燃料用开闭阀43。
燃料压力调整阀42具有第一～第三端口42a～42c，第一端口42a与燃料供给泵38的喷出口连接，第二端口42b与燃料用开闭阀43连接，第三端口42c通过返回管44而与燃料罐37连接。通过燃料供给泵38被压力输送的燃料18从第一端口42a向燃料压力调整阀42流入，从第二端口42b向燃料用开闭阀43压力输送。而且，当燃料压力调整阀42处的压力成为规定压力以上时，由燃料供给泵38压力输送的燃料18从第一端口42a向燃料压力调整阀42流入之后，从第三端口42c通过返回管44而返回燃料罐37。而且，运载气体流量调整阀41能够调整从运载气体罐14向运载气体流入壳体26供给的运载气体的流量。
另一方面，在柴油发动机11的吸气端口经由吸气岐管46连接有吸气管47，在排气端口经由排气岐管48连接有排气管12（图3）。再吸气管47上分别设有涡轮增压器49的压缩机外壳49a和对由涡轮增压器49压缩后的吸气进行冷却的中间冷却器51，在排气管12上设有涡轮增压器49的涡轮外壳49b。在压缩机外壳49a内收容有能够旋转的压缩机旋转叶片（未图示），在涡轮外壳49b内收容有能够旋转的涡轮旋转叶片（未图示）。压缩机旋转叶片与涡轮旋转叶片由轴（未图示）连结，通过从发动机11排出的废气的能量，经由涡轮旋转叶片及轴而使压缩机旋转叶片旋转，通过该压缩机旋转叶片的旋转来压缩吸气管内的吸入空气。
在选择还原型催化剂31的废气入口侧的壳体34插入有检测选择还原型催化剂31的入口处的废气温度的废气温度传感器53（图3）。而且，发动机11的转速由旋转传感器54检测，发动机11的负载由负载传感器56检测。废气温度传感器53、旋转传感器54及负载传感器56的各检测输出与控制器57的控制输入连接，控制器57的控制输出与预热塞、燃料供给泵38、运载气体流量调整阀41及燃料用开闭阀43分别连接。在控制器57设有存储器58。在该存储器58中预先存储有选择还原型催化剂31的入口处的废气温度、与发动机转速、发动机负载对应的燃料用开闭阀43的每单位时间的开闭次数、燃料供给泵38的工作的有无、运载气体流量调整阀41的开度。而且，基于发动机转速及发动机负载的变化的、从发动机11排出的废气中的NOx的流量的变化分别作为映射而存储在存储器58内。需要说明的是，在该实施方式中，将废气温度传感器向选择还原型催化剂的废气入口侧的壳体插入，但只要能够检测与选择还原型催化剂相关的温度即可，也可以向比选择还原型催化剂靠废气出口侧的壳体插入，或者分别向选择还原型催化剂的废气的入口侧及出口侧的壳体插入。
对具有如此构成的燃料改性器13的废气净化装置的动作进行说明。当发动机11起动时，控制器57将运载气体流量调整阀41以规定的开度打开，并向预热塞22a通电而对预热塞22a加热。并且，当废气温度传感器53检测到选择还原型催化剂31的入口温度上升至例如比较低温的例如200℃时，控制器57取入旋转传感器54及负载传感器56检测到的发动机转速及发动机负载的各检测输出，根据映射来求出相对于发动机转速及发动机负载的各检测输出的废气中的NOx量，将与该NOx量对应的燃料18向燃料供给嘴19的供给孔19c供给。即，控制器57基于旋转传感器54及负载传感器56的各检测输出，来驱动燃料供给泵38，并以规定的占空比而反复进行燃料用开闭阀43的开闭，由此将与NOx量对应的燃料18向燃料供给嘴19的供给孔19c供给。
向燃料供给嘴19的供给孔19c供给的燃料18由从运载气体喷嘴17喷射的运载气体吹飞而进行微粒化，并且其温度因与高温的运载气体的混合而上升。并且，在燃料供给嘴19与预热塞22a之间的比较大的空间内，上述微粒化了的燃料18随着朝向下方而逐渐扩展，在改性器外壳24内大致均匀地分散，因此该大致均匀地分散且微粒化了的燃料18的一部分或大部分由预热塞22a加热，如下式（1）及式（2）所示那样分解，被改性为氢（H2）、含氧烃（HCHO）、一氧化碳（CO）等还原气体21。
CH2+0.5O2→H2+CO……（1）
CH2+0.5O2→HCHO……（2）
上述式（1）及式（2）表示燃料18分解成还原气体21的化学反应式。需要说明的是，由预热塞22a改性后的还原气体21中，氢（H2）为大部分，含氧烃（HCHO）极少。
如此通过预热塞22a将燃料18加热·分解而改性成还原气体21之后，该还原气体21从还原气体供给嘴23向排气管12供给。并且，当氢气（H2）作为还原气体21而与废气一起向选择还原型催化剂31流入时，氢气（H2）作为用于对废气中的NOx（NO、NO2）进行还原的还原剂发挥功能，如下式（3）所示，废气中的NOx迅速地被还原成N2。
NO+NO2+3H2→N2+3H2O……（3）
上述式（3）表示废气中的NO及NO2通过选择还原型催化剂31而与氢气（H2）反应，将NO及NO2还原成N2的化学反应式。其结果是，废气温度在从比较低温到高温的大温度范围内能够高效率地减少NOx。
<第二实施方式>
图4表示本发明的第二实施方式。在图4中，与图1同一符号表示同一部件。在该实施方式中，改性部72包括：与第一实施方式相同的预热塞22a；在该预热塞22a与还原气体供给嘴23之间从预热塞22a隔开规定的间隔而设置的改性催化剂72b。改性催化剂72b的入口与预热塞22a相对，且从预热塞22a隔开规定的间隔而设置在下方。而且，改性催化剂72b是独石催化剂，通过向堇青石制的蜂巢状载体涂敷铑（Rh）或钌（Ru）而构成。由铑构成的改性催化剂72b通过将包含铑粉末的浆料向蜂巢状载体涂敷而构成。而且，由钌构成的改性催化剂72b通过将包含钌粉末的浆料向蜂巢状载体涂敷而构成。需要说明的是，上述堇青石制的蜂巢状载体可以是由不锈钢形成的金属载体。上述改性催化剂72b使未由预热塞22a改性的微粒化燃料18的剩余的一部分或大部分分解，而改性成由氢或含氧烃的任一方或双方构成的还原气体。上述以外与第一实施方式相同。
在具有如此构成的燃料改性器73的废气净化装置中，将从运载气体源供给的运载气体从运载气体喷嘴17喷射，通过从上述运载气体喷嘴17喷射的运载气体使从燃料供给嘴19供给的燃料18微粒化，由此，该微粒化了的燃料18的一部分或剩余部分由预热塞22a加热·分解而改性成还原气体之后，上述微粒化了的燃料18的剩余的一部分或大部分由改性催化剂72b分解而改性成还原气体。其结果是，能够将燃料18更高效地改性成还原气体。而且，预热塞22a未与改性催化剂72b接触或接近而从改性催化剂72b分离设置，因此能够防止改性催化剂72b的劣化。上述以外的动作与第一实施方式大致同样，因此省略重复的说明。
<第三实施方式>
图5～图7示出本发明的第三实施方式。在图5中，与图1同一符号表示同一部件。在该实施方式中，在燃料罐与燃料供给嘴19之间，设有对燃料18的一部分或大部分加热而使其气化的燃料气化器91。如图6及图7所示，该燃料气化器91具有：密闭的筒状的气化壳体92；收容在该气化壳体92内的氧化催化剂95；在气化壳体92的内周面与氧化催化剂95的外周面之间呈螺旋状设置的燃料通路94；以将燃料通路94包围的方式呈螺旋状配线且埋入设置于气化壳体92的壁的加热器96。气化壳体92包括：上端敞开且下端闭锁的方筒状的壳体主体97；以能够拆卸的方式安装于壳体主体97的敞开端，并将壳体主体97的敞开端以能够打开的方式闭锁的方板状的盖体98；安装于壳体主体97的上部外周面并将流入气化壳体92的液体的燃料18暂时积存的燃料积存部99。
在壳体主体97的内部形成有收容氧化催化剂95的催化剂收容部97a，在该催化剂收容部97a的底面形成有比催化剂收容部97a的内径小的直径的比较浅的下凹部97b。而且，在气化壳体92的内周面上形成有从气化壳体92的上部朝向下部呈螺旋状延伸的凹槽97c。在催化剂收容部97a内收容有氧化催化剂95的状态下，通过壳体主体97的凹槽97c和氧化催化剂95的外周面，形成上述燃料通路94。上述凹槽97c的上端与形成在壳体主体97的上部外周面上的入口孔97d连接，凹槽97c的下端与面向上述下凹部97b的出口槽97e连接。而且，燃料积存部99以其内部与入口孔97d连通的方式安装于壳体主体97的上部外周面，在燃料积存部99的外侧面上连接有用于使液体的燃料18通过燃料积存部99及入口孔97d向燃料通路94流入的供给用短管104。
另一方面，氧化催化剂95是独石催化剂，通过向堇青石制的蜂巢状载体涂敷沸石或氧化铝而构成。作为沸石，可列举铑-沸石、铂-沸石、钯-沸石等。由铑-沸石、铂-沸石或钯-沸石构成的氧化催化剂95通过将包含对铑、铂或钯进行了离子交换的沸石粉末的浆料向蜂巢状载体涂敷而构成。而且，由铑-氧化铝、铂-氧化铝或钯-氧化铝构成的氧化催化剂95通过将包含载持有铑、铂或钯的γ-氧化铝粉末或θ-氧化铝粉末的浆料向蜂巢状载体涂敷而构成。当向该氧化催化剂95供给气化了的燃料及雾化了的燃料时，该气化了的燃料的一部分通过氧化催化剂95进行燃烧，从而上述雾化了的燃料发生气化。而且，在盖体98的下表面形成有比催化剂收容部97a的内径小的直径的比较浅的上凹部98a，在盖体98的侧面上形成有与上凹部98a连通的出口孔98b。在该出口孔98b连接有用于将由氧化催化剂95气化后的燃料或保持液体的状态的燃料排出的排出用短管105。
上述气化壳体92通过SUS316、SUS304、因科镍合金（HuntingtonAlloys Canada Limited公司制的注册商标）等的导热率为15～17W/（m·K）的比较高的金属形成。而且，作为加热器96，优选使用向金属鞘（金属制极细管）之中游隙插入镍铬合金线等发热体，向金属鞘与发热体的间隙填充高纯度的无机绝缘物的粉末而构成的、所谓护套加热器。而且，气化壳体92的壳体主体97及盖体98由填充有隔热材料106的隔热壳体107覆盖。由此能够抑制加热器96产生的热量的放散。需要说明的是，图6及图7中的符号96a、96b是加热器96的端子。而且，在燃料气化器91的燃料积存部99设有对燃料气化器91的入口压力及入口温度即向燃料通路94即将流入之前的燃料18的压力及温度分别进行检测的压力传感器103及第一温度传感器101。而且，在燃料气化器91的气化壳体92的下凹部97b设有对从燃料通路94排出的燃料18即由加热器96加热而气化了的燃料18及雾化了的燃料18的温度进行检测的第二温度传感器102。而且，在发动机设有对发动机的转速进行检测的旋转传感器和对发动机的负载进行检测的负载传感器。压力传感器103、第一温度传感器101、第二温度传感器102、废气温度传感器（检测选择还原型催化剂的入口处的废气温度的传感器）、旋转传感器及负载传感器的各检测输出与控制器的控制输入连接，控制器的控制输出与预热塞22a、加热器96、燃料供给泵、运载气体流量调整阀及燃料用开闭阀分别连接。
另外，在控制器设有存储器。在该存储器中预先存储有选择还原型催化剂的入口处的废气温度、与发动机转速、发动机负载对应的燃料用开闭阀的每单位时间的开闭次数、燃料供给泵的工作的有无、运载气体流量调整阀的开度。而且，基于发动机转速及发动机负载的变化的、从发动机排出的废气中的NOx的流量的变化分别作为映射而存储在存储器中。此外，与燃料气化器91的入口压力、燃料通路94内的温度、从氧化催化剂95排出的燃料气体（气化了的燃料18）的流量对应的燃料气体（气化了的燃料18）的生成率的变化作为映射而存储在存储器中。由加热器96加热而气化了的燃料18的分压高的一方能够促进氧化催化剂95中的燃料18的进一步的气化，因此燃料气化器91的入口压力设定为30～100kPa比较高。因此，气化壳体92以具有耐压性的方式制作。需要说明的是，通过第一及第二温度传感器101、102的各检测输出的温度差，能够检测加热器96对燃料18的加热效率。上述以外与第一实施方式相同。
对具有如此构成的燃料改性器93的废气净化装置的动作进行说明。当发动机起动时，控制器基于废气温度传感器、旋转传感器及负载传感器的各检测输出，将加热器96设为ON，并使燃料供给泵的转速逐渐上升。当压力传感器103检测到燃料气化器91的入口压力成为了规定的压力（例如，30kPa）时，以此时的转速使燃料供给泵旋转而将燃料气化器91的入口压力维持成上述规定的压力。在此状态下，当第一及第二温度传感器101、102检测到燃料通路94内的燃料18的温度成为了规定的温度的情况时，控制器以规定的每单位时间的开闭次数、规定的开时间及规定的闭时间对燃料用开闭阀进行开闭。由此，向燃料通路94流入的液体的燃料18的一部分或大部分由加热器96加热而气化或雾化，气化了的燃料18的一部分由氧化催化剂95燃烧而雾化了的燃料18发生气化。该气化了的燃料18通过从运载气体喷嘴17喷射的运载气体，均匀地混合于该运载气体而成为燃料气体，通过从运载气体喷嘴17喷射的运载气体使液体的状态的燃料18微粒化。其结果是，包含微粒化了的燃料18的燃料气体由改性部72分解而迅速地改性成还原气体，因此能够将燃料18高效率地改性成还原气体。上述以外的动作与第一实施方式大致同样，因此省略重复的说明。
<第四实施方式>
图8～图11示出本发明的第四实施方式。在图8、图10及图11中，与图1～图3同一符号表示同一部件。在该实施方式中，燃料改性器113具有：对从运载气体源14供给的运载气体加热的运载气体加热部116；喷射由运载气体加热部116加热后的运载气体的运载气体喷嘴17；为了通过从运载气体喷嘴17喷射的运载气体来实现燃料18的微粒化而将燃料18向运载气体喷嘴17的前端供给的燃料供给嘴19；使该微粒化了的燃料18分解而改性成还原气体21的改性部122；将从改性部122的出口排出的还原气体21向发动机11的排气管12供给的还原气体供给嘴23。上述运载气体加热部116、运载气体喷嘴17、改性部122及燃料供给嘴19收容在沿铅垂方向延伸的圆筒状的改性器外壳124内，该改性器外壳124的下端与还原气体供给嘴23的上端连接。该改性器外壳124形成为比第一实施方式的改性器外壳大径且长的圆筒状。
另一方面，运载气体加热部116包括：在上端一体地设有带台阶凸缘116b且形成为沿着铅垂方向延伸的圆柱状的线圈保持部116a；以沿着该线圈保持部116a的外周面且不向线圈保持部116a的外周面露出的方式埋入设置的电热线圈116c；在线圈保持部116a的外周面上呈螺旋状卷绕的运载气体流路用线圈116d（图8）。线圈保持部116a由SUS316、因科镍合金（Special Metals公司制的注册商标）等的导热率为15～17W/（m·K）比较高的金属形成。而且，电热线圈116c虽然未图示，但通过向金属鞘（金属制极细管）之中游隙插入镍铬合金线等发热体，并向金属鞘与发热体的间隙填充高纯度的无机绝缘物的粉末而构成。在此，作为将电热线圈116c埋入设置于线圈保持部116a的方法，虽然未图示，但是可使用：准备比线圈保持部116a稍小径的圆柱状的第一保持部，在该第一保持部的外周面形成能够收容电热线圈的螺旋状的凹槽，在向该螺旋状的凹槽内收容了电热线圈之后，将具有与线圈保持部同一外径的圆筒状的第二保持部向第一保持部嵌合的方法等。而且，运载气体流路用线圈116d通过将SUS316、SUS304、因科镍合金等的导热率为15～17W/（m·K）比较高的金属线材在线圈保持部116a的外周面上呈螺旋状卷绕而形成。上述运载气体流路用线圈116d在彼此相邻的金属线材间隔开规定的间隔D（图9）而呈螺旋状卷绕，由此形成使运载气体沿着线圈保持部116a的外周面呈螺旋状流动的运载气体流路116e。即，通过隔开规定的间隔D而形成的空间成为运载气体流动的运载气体流路116e。
上述运载气体加热部116收容在加热部壳体126的上部，该加热部壳体126上部形成为圆筒状且下部随着朝向下方而形成为尖细的漏斗状，该加热部壳体126向改性器外壳124的上部插入。而且，在将运载气体加热部116收容于加热部壳体126时，在运载气体流路用线圈116d的外周面与加热部壳体126的内周面之间形成0.4～0.5mm的范围内的间隙T（图9）。在此，将上述间隙T限定为0.4～0.5mm的范围内是因为，若小于0.4mm，则由电热线圈116c产生、通过线圈保持部116a而沿着运载气体流路用线圈116d的热量顺着加热部壳体126放散，若超过0.5mm，则运载气体的大部分未流过螺旋状的运载气体流路116e内而通过间隙T，从而未能利用运载气体加热部116充分地加热运载气体。而且，运载气体喷嘴17形成在加热部壳体126的下端，从该运载气体喷嘴17的前端（下端）将由运载气体加热部116加热后的运载气体朝向下方喷射。需要说明的是，图8的符号127是前端与改性器外壳124及加热部壳体126的上部连接的运载气体供给管。该运载气体供给管127的基端与运载气体罐14连接。
燃料供给嘴19与第一实施方式的燃料供给嘴同样构成。而且，如图8及图10所示，在加热部壳体126的下端形成的运载气体喷嘴17的倾斜角θ与第一实施方式同样地设定在相对于水平面为30～60度，优选40～50度的范围内。而且，包含运载气体喷嘴17的下端的水平面与包含燃料供给嘴19的供给孔19c的孔芯的水平面的距离H与第一实施方式同样地设定在-10～+10mm，优选0～+5mm的范围内。而且，燃料供给嘴19的垂直管部19b的外径为d1，运载气体喷嘴17的孔径为d2时，d1/d2与第一实施方式同样地设定在0.1～0.98，优选为0.5～0.8的范围内。
如图8所示，改性部122由改性催化剂122a构成。改性催化剂122a的入口与运载气体喷嘴17及燃料供给嘴19相对，且从运载气体喷嘴17的下端及燃料供给嘴19的垂直管部19b的下端隔开比较大的间隔而设置在下方。这是因为，在燃料供给嘴19与改性催化剂122a之间的比较大的空间内，上述微粒化了的燃料18随着朝向下方而逐渐扩展，从而使该微粒化了的燃料18大致均匀地分散于改性催化剂122a的整个入口面（上表面）。而且，改性催化剂122a是独石催化剂，通过向堇青石制的蜂巢状载体涂敷铑（Rh）或钌（Ru）而构成。由铑构成的改性催化剂122a通过将包含铑粉末的浆料向蜂巢状载体涂敷而构成。而且由钌构成的改性催化剂122a通过将包含钌粉末的浆料向蜂巢状载体涂敷而构成。需要说明的是，上述堇青石制的蜂巢状载体可以是由不锈钢形成的金属载体。而且，还原气体供给嘴23与第一实施方式同样地安装于发动机11的排气管12。
燃料改性器113向柴油发动机11的废气净化装置装入。该废气净化装置与第一实施方式的废气净化装置相同。另一方面，向运载气体加热部116的出口侧的改性器外壳124插入对运载气体加热部116的出口处的运载气体的温度进行检测的运载气体温度传感器132（图8）。运载气体温度传感器132、废气温度传感器53、旋转传感器54及负载传感器56的各检测输出与控制器57的控制输入连接，控制器57的控制输出与电热线圈116c、燃料供给泵38、运载气体流量调整阀41及燃料用开闭阀43分别连接。在控制器57设有存储器58。在该存储器58中预先存储有运载气体加热部116的出口处的运载气体温度、选择还原型催化剂31的入口处的废气温度、与发动机转速、发动机负载对应的燃料用开闭阀43的每单位时间的开闭次数、燃料供给泵38的工作的有无、运载气体流量调整阀41的开度。而且，基于发动机转速及发动机负载的变化的、从发动机11排出的废气中的NOx的流量的变化分别作为映射而存储在存储器58中。上述以外与第一实施方式相同。
对具有如此构成的燃料改性器113的废气净化装置的动作进行说明。当使发动机11起动时，控制器57对于运载气体加热部116的电热线圈116c每一定时间反复进行通电及非通电，并将运载气体流量调整阀41以规定的开度打开。在发动机11的刚起动之后，运载气体加热部116的出口温度为室温程度极低的温度，当运载气体温度传感器132检测到该室温程度的温度时，控制器57基于运载气体温度传感器132的检测输出来调节向电热线圈116c的通电时间及非通电时间的占空比，使向电热线圈116c的通电时间比非通电时间长。当运载气体流量调整阀41打开且向电热线圈116c的通电及非通电反复进行时，运载气体罐14内的运载气体向运载气体加热部116的运载气体流路116e供给。该运载气体在流过运载气体流路116e期间，由电热线圈116c产生，一边夺取向线圈保持部116a或运载气体流路用线圈116d传递的热量，一边到达运载气体喷嘴17。由于上述运载气体流路116e充分长，因此通过运载气体加热部116能够将运载气体充分地加热。而且，在运载气体流路116e中，燃料18未流过而仅运载气体流过，因此燃料18不会附着于运载气体流路116e的内壁，运载气体在运载气体流路116e内顺畅地流动。由此运载气体加热部116的出口温度逐渐上升。
当运载气体温度传感器132检测到运载气体加热部116的出口温度到达例如600℃的情况时，控制器57调节向电热线圈116c的通电时间及非通电时间的占空比，将运载气体加热部116的出口温度维持成600℃以上的规定的温度。而且，当废气温度传感器53检测到选择还原型催化剂31的入口温度上升到例如比较低温的例如200℃的情况时，控制器57取入旋转传感器54及负载传感器56检测到的发动机转速及发动机负载的各检测输出，根据映射来求出与发动机转速及发动机负载的各检测输出相对的废气中的NOx量，并将与该NOx量对应的燃料18向燃料供给嘴19的供给孔19c供给。即，控制器57基于旋转传感器54及负载传感器56的各检测输出，驱动燃料供给泵38，并以规定的占空比反复进行燃料用开闭阀43的开闭，由此将与NOx量对应的燃料18向燃料供给嘴19的供给孔19c供给。
向燃料供给嘴19的供给孔19c供给的燃料18由从运载气体喷嘴17喷射的运载气体吹飞而微粒化，并且其温度因与高温的运载气体的混合而上升。并且，在燃料供给嘴19与改性催化剂122a之间的比较大的空间内，上述微粒化了的燃料18随着朝向下方而逐渐扩展，并向改性催化剂122a的整个入口面（上表面）大致均匀地分散，因此该大致均匀地分散且微粒化了的燃料18的大部分因改性催化剂122a而如下式（1）及式（2）所示那样分解，改性成氢（H2）、含氧烃（HCHO）、一氧化碳（CO）等还原气体21。
CH2+0.5O2→H2+CO……（1）
CH2+0.5O2→HCHO……（2）
上述式（1）及式（2）表示燃料18分解成还原气体21的化学反应式。在此，向改性催化剂122a即将流入之前的微粒化了的燃料18的温度维持为600℃以上的规定的温度，因此能够提高微粒化了的燃料18的向改性催化剂122a中的还原气体21的改性效率。需要说明的是，由改性催化剂122a改性后的还原气体21中，氢（H2）为大部分，含氧烃（HCHO）极少。
在如此通过燃料改性器113将燃料18分解而改性成还原气体21之后，该还原气体21从还原气体供给嘴23向排气管12供给。并且，当氢气（H2）作为还原气体21而与废气一起向选择还原型催化剂31流入时，氢气（H2）作为用于对废气中的NOx（NO、NO2）进行还原的还原剂发挥功能，如下式（3）所示，废气中的NOx被迅速地还原成N2。
NO+NO2+3H2→N2+3H2O……（3）
上述式（3）表示废气中的NO及NO2通过选择还原型催化剂31而与氢气（H2）反应，将NO及NO2还原成N2的化学反应式。其结果是，废气温度在从比较低温到高温的大温度范围内能够使NOx高效率地减少。
<第五实施方式>
图12～图14表示本发明的第五实施方式。在图12及图13中，与图8及图11同一符号表示同一部件。在该实施方式中，设有绕过改性部122的旁通管154，在旁通管154设有使从改性部122排出的还原气体及微粒化了的燃料18向运载气体喷嘴17的正前面返回的循环泵156。旁通管154的一端（下端）与改性催化剂122a的下方的改性器外壳124连接，旁通管154的另一端（上端）水平地向运载气体加热部116与运载气体喷嘴17之间的改性器外壳124及加热部壳体126的下部（漏斗状的部分）插入。而且，改性部122的入口侧的温度由第一改性部温度传感器151检测，改性部122的出口侧的温度由第二改性部温度传感器152检测。而且，改性部的入口侧的氧浓度由第一λ传感器检测，改性部的出口侧的氧浓度由第二λ传感器检测。而且，第一改性部温度传感器151、第二改性部温度传感器152、第一λ传感器161、第二λ传感器162、运载气体温度传感器132、废气温度传感器53、旋转传感器54及负载传感器56的各检测输出与控制器57的控制输入连接，控制器57的控制输出与循环泵156、电热线圈116c、燃料供给泵38、运载气体流量调整阀41及燃料用开闭阀43分别连接。
在控制器57设有存储器58。该存储器58中预先存储有运载气体加热部116的出口处的运载气体温度、选择还原型催化剂31的入口处的废气温度、与发动机转速、发动机负载对应的燃料用开闭阀43的每单位时间的开闭次数、燃料供给泵38的工作的有无、运载气体流量调整阀41的开度。而且，基于发动机转速及发动机负载的变化的、从运载气体喷嘴17喷射的运载气体的流量的变化、从燃料供给嘴19向运载气体喷嘴17的前端供给的燃料18的流量的变化、及流过旁通管154的包含微粒化燃料的还原气体的循环流量的变化作为映射而存储在存储器58中。此外，基于发动机转速及发动机负载的变化的、从发动机11排出的废气中的NOx的流量的变化分别作为映射而存储在存储器58中。上述以外与第四实施方式相同。
基于图14的流程图，说明具有如此构成的燃料改性器153的废气净化装置的动作。当使发动机11起动时，控制器57基于旋转传感器54检测的发动机转速及负载传感器56检测的发动机负载，从映射取入从运载气体喷嘴17喷射的运载气体的流量、从燃料供给嘴19向运载气体喷嘴17的前端供给的燃料18的流量、及流过旁通管154的含微粒化燃料的还原气体的循环流量。并且，控制器57以成为上述运载气体的流量、燃料18的流量及含微粒化燃料的还原气体的循环流量的方式分别控制运载气体流量调整阀17的开度、燃料用开闭阀43的每单位时间的开闭次数、及循环泵156。接下来，控制器57通过第一及第二改性部温度传感器151、152的检测输出而分别取入改性催化剂122a的入口侧的温度T1及出口侧的温度T2，计算T2-T1而求出其温度差ΔT。并且，在改性催化剂122a的出口侧的温度T2处于TMIN<T2<TMAX的范围内时，不校正流过旁通管154的含微粒化燃料的还原气体的循环流量。在此，TMIN是通过改性催化剂122a能够将微粒化燃料改性成还原气体的最低温度（例如600℃），TMAX是改性催化剂122a的耐热温度（例如700℃～900℃的范围内的规定温度）。
另一方面，在改性催化剂122a的出口侧的温度T2处于TMIN<T2<TMAX的范围外时，控制器57根据上述温度差ΔT来算出目标氧浓度，根据目标氧浓度和运载气体的流量，算出向旁通管154流动的含微粒化燃料的还原气体的循环流量。并且，控制器57通过第一及第二λ传感器161、162的各检测输出而取入改性催化剂122a的入口侧的氧浓度λ1及出口侧的氧浓度λ2，在根据这些氧浓度λ1、λ2校正了通过循环泵156向旁通管154流动的含微粒化燃料的还原气体的循环流量之后，以成为该校正后的循环流量的方式控制循环泵156。其结果是，通过改性催化剂122a能得到最佳的流量的还原气体，并且能够抑制改性催化剂122a的热量引起的劣化。如此控制器57基于第一及第二改性部温度传感器151、152的各检测输出来控制循环泵156，因此，由改性部122的改性催化剂122a改性后的还原气体与未由改性催化剂122a改性而原封不动地通过了改性催化剂122a的微粒化燃料混合所得到的含微粒化燃料的还原气体的一部分通过旁通管154向运载气体喷嘴17的正前方返回，再次向改性催化剂122a流入，上述含微粒化燃料的还原气体中的微粒化燃料由改性催化剂122a改性。其结果是，能够提高燃料的向还原气体的改性效率。上述以外的动作与第四实施方式的动作大致同样，因此省略重复的说明。
<第六实施方式>
图15～图18表示本发明的第六实施方式。在图15～图18中，与图8～图11同一符号表示同一部件。在该实施方式中，燃料改性器173具有：对从运载气体罐14通过第一运载气体供给管171而供给的第一运载气体加热的运载气体加热部116；喷射由运载气体加热部116加热后的第一运载气体的第一运载气体喷嘴181；为了通过该喷射的第一运载气体实现燃料18的微粒化而将燃料18向第一运载气体喷嘴181的前端供给的第一燃料供给嘴191；使该微粒化了的燃料18氧化，对第一运载气体进一步加热而使其升温的发热催化剂部174；将积存于运载气体罐14的运载气体作为第二运载气体，在发热催化剂部174的出口侧与第一运载气体混合的第二运载气体供给管172；喷射第一及第二运载气体的混合运载气体的第二运载气体喷嘴182；为了通过该喷射的混合运载气体实现燃料18的微粒化而将燃料18向第二运载气体喷嘴182的前端供给的第二燃料供给嘴192；使该微粒化了的燃料18分解而改性成还原气体21的改性部122；将从改性部122的出口排出的还原气体21向发动机11的排气管12供给的还原气体供给嘴23。
运载气体加热部116除了长度比第四实施方式的运载气体加热部短的情况之外相同（图15）。因此，运载气体加热部116使用了与第四实施方式的运载气体加热部同一符号。而且，第一加热部壳体201除了长度比第四实施方式的加热部壳体短的情况之外相同。此外，在第一加热部壳体201的下端形成的第一运载气体喷嘴181与在第四实施方式的加热部壳体的下端形成的运载气体喷嘴相同（图12及图14）。
另一方面，第一燃料供给嘴191与第四实施方式的燃料供给嘴相同。即，如图15及图17所示，第一燃料供给嘴191具有：从改性器外壳176的上外壳部176a的铅垂方向的下部外周面到上外壳部176a的中心延伸设置的水平管部191a；与该水平管部191a的前端连通连接，向下方延伸设置且下端被闭锁的垂直管部191b；在垂直管部191b的下部侧面的同一水平面内每规定的角度隔开间隔而形成的多个供给孔191c。
发热催化剂部174的入口与第一运载气体喷嘴181及第一燃料供给嘴191相对，且从第一运载气体喷嘴181的下端及第一燃料供给嘴191的垂直管部191b的下端隔开比较大的间隔而设置在下方（图15）。这是因为，在第一燃料供给嘴191与发热催化剂部174之间的比较大的空间内，上述微粒化了的燃料18随着朝向下方而逐渐扩展，使该微粒化了的燃料18向发热催化剂部174的整个入口面（上表面）大致均匀地分散。而且，发热催化剂部174是独石催化剂，通过向堇青石制的蜂巢状载体涂敷铂（Pt）或钯（Pd）而构成。由铂构成的发热催化剂部174通过将包含铂粉末的浆料向蜂巢状载体涂敷而构成。而且，由钯构成的发热催化剂部174通过将包含钯粉末的浆料向蜂巢状载体涂敷而构成。需要说明的是，上述堇青石制的蜂巢状载体可以是由不锈钢形成的金属载体。
上述发热催化剂部174收容于上部形成为圆筒状且下部随着朝向下方而形成为尖细的漏斗状的第二加热部壳体202的上部，该第二加热部壳体202向改性器外壳176的下外壳部176b的上部插入（图15）。而且，第二运载气体供给管172以位于发热催化剂部174的出口侧的方式沿着水平方向延伸而向改性器外壳176的下外壳部176b及第二加热部壳体202的下部插入。此外，第二运载气体喷嘴182形成在第二加热部壳体202的下端，并从该第二运载气体喷嘴182的前端（下端）将第一及第二运载气体的混合运载气体朝向下方喷射。
第二燃料供给嘴192与第四实施方式的燃料供给嘴相同。即，如图15及图17所示，第二燃料供给嘴192具有：从改性器外壳176的下外壳部176b的铅垂方向中央的外周面到下外壳部176b的中心延伸设置的水平管部192a；与该水平管部192a的前端连通连接，向下方延伸设置且下端被闭锁的垂直管部192b；在垂直管部192b的下部侧面的同一水平面内每规定的角度每隔开间隔而形成的多个供给孔192c。而且，改性部122的入口与第二运载气体喷嘴182及第二燃料供给嘴192相对，且从第二运载气体喷嘴182的下端及第二燃料供给嘴192的垂直管部192b的下端隔开比较大的间隔而设置在下方。这是因为，在第二燃料供给嘴192与改性部122之间的比较大的空间内，上述微粒化了的燃料18随着朝向下方而逐渐扩展，使该微粒化了的燃料18向改性部122的整个入口面（上表面）大致均匀地分散。
另一方面，燃料改性器173还具有：前端与第一燃料供给嘴191连接的第一燃料供给管211；与该第一燃料供给管211的基端连接且积存有燃料18的燃料罐37；将该燃料罐37内的燃料18向第一燃料供给嘴191压力输送的燃料供给泵38；调整从第一燃料供给嘴191向第一运载气体喷嘴181的前端供给的燃料18的供给量的第一燃料供给量调整阀221；设置在将运载气体罐14与运载气体加热部116的运载气体流路116e连接的第一运载气体供给管171上的第一运载气体流量调整阀231；前端与第二燃料供给嘴192连接且基端与燃料供给泵38的喷出口附近的第一燃料供给管211连接的第二燃料供给管212；调整从第二燃料供给嘴192向第二运载气体喷嘴182的前端供给的燃料18的供给量的第二燃料供给量调整阀222；设置在将运载气体罐14与第二加热部壳体202的下部连接的第二运载气体供给管172上的第二运载气体流量调整阀232（图15及图18）。需要说明的是，第一运载气体是用于将为了通过发热催化剂部174使燃料18氧化所需的氧向发热催化剂部174供给的气体，第二运载气体是用于将通过改性部122使燃料18改性所需的氧向改性部122供给的气体。而且，第二运载气体设定为比第一运载气体少的流量。
上述燃料供给泵38设置在第一燃料供给嘴191与燃料罐37之间的第一燃料供给管211上（图15及图18）。而且，第一燃料供给量调整阀221包括：设于第一燃料供给管211并调整向第一燃料供给嘴191的燃料18的供给压力的第一燃料压力调整阀241；设于第一燃料供给嘴191的基端并对第一燃料供给嘴191的基端进行开闭的第一燃料用开闭阀251。第一燃料压力调整阀241具有第一～第三端口241a～241c，第一端口241a与燃料供给泵38的喷出口连接，第二端口241b与第一燃料用开闭阀251连接，第三端口241c通过第一返回管261而与燃料罐37连接。由燃料供给泵38压力输送的燃料18从第一端口241a向第一燃料压力调整阀241流入，从第二端口241b向第一燃料用开闭阀251压力输送。而且，当第一燃料压力调整阀241处的压力成为设定压力以上时，通过燃料供给泵38压力输送的燃料18从第一端口241a向第一燃料压力调整阀241流入之后，从第三端口241c通过第一返回管261而向燃料罐37返回。此外，第一运载气体流量调整阀231能够调整从运载气体罐14向运载气体加热部116的运载气体流路116e供给的第一运载气体的流量。
第二燃料供给量调整阀221包括：设于第二燃料供给管212并调整向第二燃料供给嘴192的燃料18的供给压力的第二燃料压力调整阀242；设于第二燃料供给嘴192的基端并对第二燃料供给嘴192的基端进行开闭的第二燃料用开闭阀252（图15及图18）。第二燃料压力调整阀242具有第一～第三端口242a～242c，第一端口242a与燃料供给泵38的喷出口连接，第二端口242b与第二燃料用开闭阀252连接，第三端口242c通过第二返回管262而与燃料罐37连接。通过燃料供给泵38压力输送的燃料从第一端口242a向第二燃料压力调整阀242流入，从第二端口242b向第二燃料用开闭阀252压力输送。而且，当第二燃料压力调整阀242处的压力成为设定压力以上时，由燃料供给泵38压力输送的燃料18从第一端口242a向第二燃料压力调整阀242流入之后，从第三端口242c通过第二返回管262而返回燃料罐37。此外，第二运载气体流量调整阀232能够调整从运载气体罐14向第二加热部壳体202的下部供给的第二运载气体的流量。
另一方面，向运载气体加热部116的出口侧的第一加热部壳体201插入对运载气体加热部116的出口处的第一运载气体的温度进行检测的第一运载气体温度传感器271，向发热催化剂部174的出口侧的第二加热部壳体202插入对发热催化剂部174的出口处的第一运载气体或第一及第二运载气体的混合运载气体的温度进行检测的第二运载气体温度传感器272（图15）。第一运载气体温度传感器271、第二运载气体温度传感器272、废气温度传感器53、旋转传感器54及负载传感器56的各检测输出与控制器57的控制输入连接，控制器57的控制输出与电热线圈116c、燃料供给泵38、第一运载气体流量调整阀231、第二运载气体流量调整阀232、第一燃料用开闭阀251及第二燃料用开闭阀252分别连接（图18）。在控制器57设有存储器58。在该存储器58中存储有运载气体加热部116的出口处的第一运载气体温度、发热催化剂部174的出口处的第一运载气体温度、选择还原型催化剂31的入口处的废气温度、与发动机转速、发动机负载对应的第一及第二燃料用开闭阀251、252的每单位时间的开闭次数、燃料供给泵38的工作的有无、第一及第二运载气体流量调整阀231、232的开度。而且，基于发动机转速及发动机负载的变化的、从发动机11排出的废气中的NOx的流量的变化分别作为映射而存储在存储器58中。上述以外与第四实施方式相同。
对使用了如此构成的燃料改性器173的废气净化装置的动作进行说明。当使发动机11起动时，控制器57对于运载气体加热部116的电热线圈116c每一定时间反复进行通电及非通电，并将第一运载气体流量调整阀231以规定的开度打开。在发动机11的刚起动之后，运载气体加热部116的出口温度为室温程度极低的温度，当第一运载气体温度传感器271检测到该室温程度的温度时，控制器57基于第一运载气体温度传感器271的检测输出来调节向电热线圈116c的通电时间及非通电时间的占空比，向电热线圈116c的通电时间比非通电时间长。当打开第一运载气体流量调整阀231且反复进行向电热线圈116c的通电及非通电时，运载气体罐14内的运载气体作为第一运载气体而向运载气体加热部116的运载气体流路116e供给。该第一运载气体在流过运载气体流路116e期间，一边夺取由电热线圈116c产生并沿着线圈保持部116a或运载气体流路用线圈116d的热量，一边到达第一运载气体喷嘴181。由于上述运载气体流路116e充分长，因此能够通过运载气体加热部116将第一运载气体充分地加热。而且，在运载气体流路116e中，燃料18未流过而仅第一运载气体流过，因此燃料18不会附着于运载气体流路116e的内壁，第一运载气体在运载气体流路116e内顺畅地流动。由此，运载气体加热部116的出口温度逐渐上升。
当第一运载气体温度传感器271检测到运载气体加热部116的出口温度达到例如250℃时，控制器57调节向电热线圈116c的通电时间及非通电时间的占空比，将运载气体加热部116的出口温度维持为250℃，并驱动燃料供给泵38，以规定的占空比反复进行第一燃料用开闭阀251的开闭，而将燃料罐37内的燃料18向第一燃料供给嘴191的供给孔191c供给。向第一燃料供给嘴191的供给孔191c供给的燃料18由从第一运载气体喷嘴181喷射的第一运载气体吹飞而微粒化，并且其温度因与比较高温的第一运载气体的混合而上升。并且，在第一燃料供给嘴191与发热催化剂部174之间的比较大的空间内，上述微粒化了的燃料18随着朝向下方而逐渐扩展，向发热催化剂部174的整个入口面（上表面）大致均匀地分散，该大致均匀地分散且微粒化了的燃料18的大部分由发热催化剂部174氧化，将第一运载气体进一步加热而使其升温。并且，当第二运载气体温度传感器272检测到发热催化剂部174的出口温度达到例如600℃的情况时，控制器57分别调整第一燃料用开闭阀251的开闭，将发热催化剂部174的出口温度维持成600℃以上的规定的温度。
并且，当废气温度传感器53检测到选择还原型催化剂31的入口温度上升至例如比较低温的200℃时，控制器57取入旋转传感器54及负载传感器56检测到的发动机转速及发动机负载的各检测输出，根据映射求出与发动机转速及发动机负载的各检测输出相对的废气中的NOx量，并将与该NOx量对应的燃料18向第二燃料供给嘴192的供给孔供给。即，控制器57基于旋转传感器54及负载传感器56的各检测输出，以规定的占空比反复进行第二燃料用开闭阀252的开闭，由此将与NOx量对应的燃料18向第二燃料供给嘴192的供给孔供给。
同时，控制器57将第二运载气体流量调整阀231以规定的开度打开而将运载气体罐14内的运载气体作为第二运载气体从第二运载气体供给管172向第二加热壳体部202的下部供给。由此进一步升温的第一运载气体与第二运载气体混合而成为高温的混合运载气体。向第二燃料供给嘴192的供给孔192c供给的燃料18由从第二运载气体喷嘴182喷射的混合运载气体吹飞而微粒化，并且其温度因与高温的混合运载气体的混合而上升。并且，在第二燃料供给嘴192与改性催化剂122a之间的比较大的空间内，上述微粒化了的燃料18随着朝向下方而逐渐扩展，并向改性催化剂122a的整个入口面（上表面）大致均匀地分散，因此该大致均匀地分散且微粒化了的燃料18的大部分由改性催化剂122a如下式（1）及式（2）所示分解，改性成氢（H2）、含氧烃（HCHO）、一氧化碳（CO）等还原气体21。
CH2+0.5O2→H2+CO……（1）
CH2+0.5O2→HCHO……（2）
上述式（1）及式（2）表示燃料18分解成还原气体21的化学反应式。在此，向改性催化剂122a即将流入之前的微粒化了的燃料18的温度维持成600℃以上的规定的温度，因此能够提高微粒化了的燃料18的向改性催化剂122a中的还原气体21的改性效率。需要说明的是，由改性催化剂122a改性的还原气体21中，氢（H2）为大部分，含氧烃（HCHO）极少。
如此通过燃料改性器173将燃料18分解而改性成还原气体21之后，该还原气体21从还原气体供给嘴23向排气管12供给。并且，当氢气（H2）作为还原气体21而与废气一起向选择还原型催化剂31流入时，氢气（H2）作为用于对废气中的NOx（NO、NO2）进行还原的还原剂发挥功能，如下式（3）所示，废气中的NOx迅速地被还原成N2。
NO+NO2+3H2→N2+3H2O……（3）
上述式（3）表示废气中的NO及NO2通过选择还原型催化剂31而与氢气（H2）反应，将NO及NO2还原成N2的化学反应式。其结果是，在废气温度从比较低温到高温的大温度范围内能够高效率地减少NOx。而且如上所述，第一运载气体以2阶段进行升温，因此能够减少运载气体加热部116的第一运载气体的加热所需的电力。其结果是，能够比第四实施方式更高效率地将燃料18改性成还原气体21。
<第七实施方式>
图19～图22表示本发明的第七实施方式。在图19中，与图3同一符号表示同一部件。在该实施方式中，废气净化装置具备：将从柴油发动机11排出的废气中的NOx能够还原成N2的选择还原型催化剂31；将液体的燃料18改性成烃系气体的燃料改性器313；向燃料改性器313供给燃料18的燃料供给单元316；面向比选择还原型催化剂31靠废气上游侧的排气管12，且能够喷射烃系气体的喷嘴318。在此，通过燃料供给单元316向燃料改性器313供给的燃料与向柴油发动机11供给的燃料相同。而且，选择还原型催化剂31与第一实施方式的选择还原型催化剂相同。
另一方面，如图20及图21所示，燃料改性器313与第三实施方式的燃料气化器大致同样地构成。具体而言，燃料改性器313具有：密闭的筒状的改性壳体327；收容于该改性壳体327的改性催化剂328；在改性壳体327的内周面与改性催化剂328的外周面之间呈螺旋状设置的燃料通路329；以包围燃料通路329的方式呈螺旋状配线且埋入设置于改性壳体327的壁的加热器331。改性壳体327包括：上端敞开且下端闭锁的方筒状的壳体主体332；以能够拆卸的方式安装于壳体主体332的敞开端，且以能够敞开的方式将壳体主体332的敞开端闭锁的方板状的盖体333；安装在壳体主体332的上部外周面，并将流入改性壳体327的液体的燃料18（图19）暂时积存的燃料积存部334。在壳体主体332的内部形成有收容改性催化剂328的催化剂收容部332a，在该催化剂收容部332a的底面形成有比催化剂收容部332a的内径小的直径的比较浅的下凹部332b。而且，在改性壳体327的内周面形成有从改性壳体327的上部朝向下部呈螺旋状地延伸的凹槽332c。在催化剂收容部332a内收容有改性催化剂328的状态下，通过壳体主体332的凹槽332和改性催化剂328的外周面来形成上述燃料通路329。上述凹槽332c的上端与形成在壳体主体332的上部外周面上的入口孔332d连接，凹槽332c的下端与面向上述下凹部332b的出口槽332e连接。而且，燃料积存部334以其内部与入口孔332d连通的方式安装于壳体主体332的上部外周面，在燃料积存部334的外侧面上连接有用于使液体的燃料18（图19）通过燃料积存部334及入口孔332d向燃料通路329流入的供给用短管336。
另一方面，改性催化剂328为独石催化剂，通过向堇青石制的蜂巢状载体涂敷沸石或氧化铝而构成。作为沸石，可列举铑-沸石、铂-沸石、钯-沸石等。由铑-沸石、铂-沸石或钯-沸石构成的改性催化剂328通过将包含对铑、铂或钯进行了离子交换的沸石粉末的浆料向蜂巢状载体涂敷而构成。另外，由铑-氧化铝、铂-氧化铝或钯-氧化铝构成的改性催化剂328通过将包含载持有铑、铂或钯的γ-氧化铝粉末或θ-氧化铝粉末的浆料向蜂巢状载体涂敷而构成。当向该改性催化剂328供给气化或气化并雾化了的燃料时，该气化等的燃料在改性催化剂328上被分解而改性成烃系气体。而且，在盖体333的下表面形成有比催化剂收容部332a的内径小的直径的比较浅的上凹部333a，在盖体333的侧面形成有与上凹部333a连通的出口孔333b。在该出口孔333b上连接有用于将由改性催化剂328改性后的烃系气体排出的排出用短管337。
上述改性壳体327由SUS316、SUS304、因科镍合金（HuntingtonAlloys Canada Limited公司制的注册商标）等的导热率为15～17W/（m·K）比较高的金属形成。而且，作为加热器331，优选使用向金属鞘（金属制极细管）之中游隙插入镍铬合金线等发热体，并向金属鞘与发热体的间隙内填充高纯度的无机绝缘物的粉末而构成的所谓护套加热器。而且，改性壳体327的壳体主体332及盖体333由填充有隔热材料338的隔热壳体339覆盖。由此，能够抑制加热器331产生的热量的放散。需要说明的是，图20及图21中的符号331a、331b是加热器331的端子。
如图19及图20所示，燃料供给单元316具有：积存有液体的燃料18的燃料罐37；将该燃料罐37与上述燃料改性器313的供给用短管336连接的第一供给管316a；设于第一供给管316a并将燃料罐37内的燃料18向燃料改性器313压力输送的燃料供给泵38；一端与燃料供给泵38及供给用短管336间的第一供给管316a连接且另一端与燃料罐37连接的返回管316b；设于该返回管316b的泵流量调整阀316c。上述燃料供给泵38由未图示的马达驱动。使该燃料供给泵38的转速连续地或阶段地变化，并且调整泵流量调整阀316c的开度，由此能够调整从燃料供给泵38喷出的燃料18的压力。而且，燃料改性器313的排出用短管337经由第二供给管342而与喷嘴318连接，在第二供给管342设有通过对该第二供给管342进行开闭而调整从喷嘴318喷射的烃系气体的流量的流量调整阀341。该流量调整阀341通过控制每单位时间的开闭次数、开时间、闭时间，而能够调整从喷嘴318喷射的烃系气体的流量。此外，以将燃料改性器313设为旁路的方式通过旁通管343将燃料改性器313的入口部与出口部连通连接，在该旁通管343设有调整旁通管343的开度而调整流过旁通管343的燃料的流量的开度调整阀344。具体而言，旁通管343的一端与第一供给管316a连接，旁通管343的另一端与第二供给管342连接。需要说明的是，图19中的符号346是止回阀。该止回阀346具有容许从燃料18的第一供给管316a向第二供给管342的流动，并阻止燃料或烃系气体的从第二供给管342向第一供给管316a的流动的功能。
喷嘴318如图22详细所示，向排气管12中的弯曲成大致90度的弯曲管部12b插入。具体而言，排气管12具有：上述弯曲管部12b；以能够拆卸的方式安装于向该弯曲管部12b的废气入口且呈一直线状地延伸的上游侧直管部12c；以能够拆卸的方式安装于弯曲管部12b的废气出口且在一直线上延伸的下游侧直管部12d。在弯曲管部12b以筒状的喷嘴安装部12e向弯曲管部12b的外表面突出的方式与弯曲管部12b一体设置。喷嘴安装部12e的朝向设定为，在向该喷嘴安装部12e安装喷嘴318时，喷嘴318的喷射口的中心线与下游侧直管部12d的孔心一致，即喷嘴318喷射的烃系气体或液体的燃料朝向下游侧直管部12d内的中央。而且，在弯曲管部12b内，以与喷嘴安装部12e呈同心状地朝向下游侧直管部12d的引导管12f与弯曲管部12b一体设置。该引导管12f的长度及内径分别设定为，减少从喷嘴318喷射的烃系气体或液体的燃料与引导管12f的内壁的接触，并能够将烃系气体或液体的燃料有效地与废气混合。
另一方面，在壳体34中的比选择还原型催化剂31靠废气入口侧的位置设有检测与选择还原型催化剂31相关的废气温度的废气温度传感器53（图19）。而且，在燃料改性器313的燃料积存部334设有对燃料改性器313的入口压力及入口温度，即向燃料通路329即将流入之前的燃料的压力及温度分别检测的压力传感器348及第一温度传感器351（图20）。而且，在燃料改性器313的改性壳体327的下凹部332b设有对从燃料通路329排出的燃料，即由加热器331加热而气化或气化并雾化了的燃料的温度进行检测的第二温度传感器352。此外，在发动机11设有对发动机11的转速进行检测的旋转传感器54和对发动机11的负载进行检测的负载传感器56（图19）。废气温度传感器53、压力传感器348、第一温度传感器351、第二温度传感器352、旋转传感器54及负载传感器56的各检测输出与控制器57的控制输入连接，控制器57的控制输出与加热器331、燃料供给泵38、泵流量调整阀316c、流量调整阀341及开度调整阀344分别连接。
在控制器57设有存储器58。在该存储器58中预先存储有与发动机转速、发动机负载、选择还原型催化剂31的入口侧的废气温度对应的燃料供给泵的转速、泵流量调整阀316c的开度、流量调整阀341的每单位时间的开闭次数、开时间及闭时间。而且，与发动机转速及发动机负载的变化对应的废气中的NOx流量的变化作为映射而存储在存储器58中。此外，燃料改性器313的入口压力、燃料通路329内的温度、与从改性催化剂328排出的烃系气体的流量对应的烃系气体的生成率的变化作为映射而存储在存储器58中。由加热器331加热而气化等的燃料的分压高的情况能够促进改性催化剂328的燃料的改性反应，因此燃料改性器313的入口压力设定为30～100kPa比较高。因此，改性壳体327以具有耐压性的方式制作。需要说明的是，通过第一及第二温度传感器351、352的各检测输出的温度差，能够检测加热器331对燃料的加热效率。
对具有如此构成的燃料改性器313的废气净化装置的动作进行说明。在发动机11的刚起动之后或发动机11的轻负载运转时，废气温度为100～180℃，比较低。废气温度传感器53检测该温度范围的废气温度，当旋转传感器54及负载传感器56检测到发动机11的无负载运转或轻负载运转时，控制器57基于废气温度传感器53、旋转传感器54及负载传感器56的各检测输出，将加热器331设为ON，并使燃料供给泵的转速逐渐上升。但是，控制器57控制开度调整阀344，将旁通管343保持关闭的状态。并且，当压力传感器348检测到燃料改性器313的入口压力成为规定的压力（例如，30kPa）的情况时，以此时的转速使燃料供给泵旋转，并调整泵流量调整阀316c的开度，将燃料改性器313的入口压力维持成上述规定的压力。在此状态下，当第一及第二温度传感器351、352检测到燃料通路329内的燃料的温度成为规定的温度的情况时，控制器57将流量调整阀341以规定的每单位时间的开闭次数、规定的开时间及规定的闭时间进行开闭。
由此，向燃料通路329流入的液体的燃料由加热器331加热而迅速地气化或雾化，该气化等的燃料由改性催化剂328分解，被改性成气体状的HC、轻质化的HC（例如，部分氧化的烃、裂化的烃等）等烃系气体、一氧化碳、氢等。具体而言，液体的燃料18在密闭的改性壳体327的燃料通路329中由加热器331加热而发生气化等，因此改性壳体327内的压力升高，在该压力高的状态下发生了气化等的燃料由改性催化剂328改性成烃系气体。即，液体的燃料18在通过燃料通路329期间由加热器331加热而发生气化等，因此改性壳体327内的燃料的体积膨胀，发生了气化等的燃料在其分压升高的状态下流入改性催化剂328而与其表面进行接触。其结果是，能够促进发生了气化等的燃料的通过改性催化剂328的改性反应，因此能够通过燃料改性器313将液体的燃料18可靠地改性成烃系气体。
从喷嘴318喷射到排气管12内的烃系气体与废气一起向选择还原型催化剂31流入。该与废气一起向选择还原型催化剂31流入的烃系气体作为用于对废气中的NOx（NO、NO2）进行还原的还原剂发挥功能。即，通过选择还原型催化剂31将废气中的NOx迅速地还原成N2。其结果是，即使在废气温度比较低时，也能够高效率地减少废气中的NOx。
另一方面，当废气温度超过180℃时，控制器57基于废气温度传感器53的检测输出，将加热器331设为OFF，并控制开度调整阀344而将旁通管343以规定的开度打开。但是，控制器57使燃料供给泵38以规定的转速旋转，将流量调整阀341以规定的开闭次数（每单位时间）、规定的开时间及规定的闭时间进行开闭，并调整泵流量调整阀316c的开度，从而将燃料改性器313的入口压力维持成上述规定的压力。由此，液体的燃料18未通过燃料改性器313而通过旁通管344，直接从喷嘴318向排气管12喷射。该喷射的液体的燃料18通过比较高温的废气改性成烃系气体，因此该烃系气体在选择还原型催化剂31上作为将废气中的NOx还原成N2的还原剂发挥功能，从而高效率地减少废气中的NOx。
需要说明的是，在上述第一～第七实施方式中，将本发明的废气净化装置适用于柴油发动机，但也可以将本发明的废气净化装置适用于汽油发动机。而且，在上述第一～第七实施方式中，将本发明的废气净化装置适用于带涡轮增压器的柴油发动机，但也可以将本发明的废气净化装置适用于自然吸气型柴油发动机或自然吸气型汽油发动机。而且，在上述第一～第六实施方式中，通过作为三通阀的燃料压力调整阀进行了燃料压力的调整，但也可以不使用燃料压力调整阀而通过燃料用开闭阀的开闭时间的调整和燃料供给泵的驱动的有无来进行。而且，在上述第四实施方式中，通过改性催化剂构成改性部，但也可以通过预热塞构成改性部，或者通过预热塞及改性催化剂构成改性部。而且，在上述第七实施方式中，通过在改性壳体的壳体主体的内周面形成螺旋状的凹槽且在壳体主体的催化剂收容部收容改性催化剂而形成了燃料通路，但也可以通过在改性催化剂的外周面形成凹槽并在壳体主体的催化剂收容部收容改性催化剂来形成燃料通路。而且，在上述第七实施方式中，将催化剂温度传感器设置在催化剂壳体中的比选择还原型催化剂靠废气入口侧的位置，但是只要能够检测与选择还原型催化剂相关的温度即可，也可以将催化剂温度传感器设置在催化剂壳体中的比选择还原型催化剂靠废气出口侧的位置，或者将催化剂温度传感器设置在催化剂壳体中的比选择还原型催化剂靠废气入口侧及废气出口侧这双方的位置。
实施例
接下来，将本发明的实施例与比较例一起进行详细说明。
<实施例1>
如图3所示，在排气量为8000cc的串列6气缸的带涡轮增压器的柴油发动机11的排气管12上设置了选择还原型催化剂31。该选择还原型催化剂31是通过将包含对铜进行了离子交换后的沸石粉末的浆料向蜂巢状载体涂敷而制作的铜系的催化剂。而且，在比选择还原型催化剂31靠废气上游侧的排气管12上连接有将燃料18分解而改性成还原气体21的燃料改性器13，并将燃料改性器13的还原气体供给嘴23向排气管12插入。如图1及图2所示，该燃料改性器13具有：喷射从运载气体罐14（空气罐）供给的运载气体（空气）的运载气体喷嘴17；为了通过从运载气体喷嘴17喷射的运载气体来实现燃料18的微粒化而将燃料18向运载气体喷嘴17的前端供给的燃料供给嘴19；使该微粒化了的燃料18分解而改性成还原气体21的改性部22；将从改性部22的出口排出的还原气体21向发动机11的排气管12供给的上述还原气体供给嘴23。改性部22由预热塞22a构成。该废气净化装置为实施例1。
<实施例2>
如图4所示，改性部72除了包括预热塞22a和在该预热塞22a与还原气体供给嘴23之间从预热塞22a隔开规定的间隔而设置的改性催化剂72b以外，与实施例1的具有燃料改性器的废气净化装置相同。该废气净化装置为实施例2。
<实施例3>
如图11～图13所示，燃料改性器13具有：对从运载气体罐14（空气罐）供给的运载气体（空气）加热的运载气体加热部116；喷射由运载气体加热部116加热后的运载气体的运载气体喷嘴17；为了通过从运载气体喷嘴17喷射的运载气体实现燃料18的微粒化而将燃料18向运载气体喷嘴17的前端供给的燃料供给嘴19；使该微粒化了的燃料18分解而改性成还原气体21的改性部122；将从改性部122的出口排出的还原气体21向发动机11的排气管12供给的上述还原气体供给嘴23。改性部122通过将包含铑（Rh）粉末的浆料向蜂巢状载体涂敷而制作出的改性催化剂122a构成。除此以外与第一实施方式的具有燃料改性器的废气净化装置相同。该废气净化装置为实施例3。
<比较试验1及评价>
测定了通过实施例1～3的燃料改性器生成的氢及乙醛的量。氢及乙醛的生成量以相对于供给燃料的量的比来表示。其结果如图23及图24所示。
从图23可知，在实施例1中，氢的最大生成量为约110ppm，相对于此，在实施例3中，氢的最大生成量增多为约180ppm，在实施例2中，氢的最大生成量进一步增多为约190ppm。而且，从图24可知，在实施例1中，乙醛的最大生成量为约20ppm，相对于此，在实施例3中，乙醛的最大生成量增多为约22ppm，在实施例2中，乙醛的最大生成量进一步增多为约37ppm。
<比较试验2及评价>
使发动机的转速及负载变化，分别测定了实施例1～3的从发动机的排气管排出的废气的温度从100℃逐渐上升至400℃时的NOx减少率。其结果如图25所示。
从图25可知，在实施例1～3中，废气温度为约250℃时，NOx减少率变得最大，其NOx减少率也大致为约46～49%。另一方面，在实施例1中，当废气温度上升至约400℃时，NOx减少率降低为约11%，相对于此，在实施例3中，废气温度即使上升至约400℃，NOx减少率也仅下降至约13%，在实施例2中，即使废气温度上升至约400℃，NOx减少率也仅降低至约28%。
<实施例4>
如图12所示，在改性器外壳124上设置绕过改性部122的改性催化剂122a，在该旁通管154上设置使从改性催化剂122a排出的还原气体及微粒化了的燃料18向运载气体喷嘴17的正前方返回的循环泵156。除此以外，与实施例3的具有燃料改性器的废气净化装置相同。该废气净化装置为实施例4。
<比较试验3及评价>
测定了通过实施例3及4的燃料改性器生成的氢及乙醛的量。氢及乙醛的生成量以相对于供给燃料的量的比来表示。其结果如图26及图27所示。
从图26可知，在实施例3中，氢的最大生成量为约180ppm，相对于此，在实施例4中，氢的最大生成量增多为约200ppm。而且，从图27可知，在实施例3中，乙醛的最大生成量为约22ppm，相对于此，在实施例4中，乙醛的最大生成量增多为约24ppm。
<比较试验4及评价>
使发动机的转速及负载变化，分别测定了实施例3及4的从发动机的排气管排出的废气的温度从100℃逐渐上升至400℃时的NOx减少率。其结果如图28所示。
从图28可知，在实施例3及4中，废气温度为约250℃时，NOx减少率变得最大，其NOx减少率也大致为约48%。另一方面，在实施例3中，当废气温度上升至约400℃时，NOx减少率下降至约13%，相对于此，在实施例4中，即使废气温度上升至约400℃，NOx减少率也仅下降至约16%。
<实施例5>
如图15～图17所示，燃料改性器173具有：对从运载气体罐14（空气罐）供给的第一运载气体（空气）加热的运载气体加热部116；喷射由运载气体加热部116加热后的第一运载气体的第一运载气体喷嘴181；为了通过从第一运载气体喷嘴181喷射的第一运载气体实现燃料18的微粒化而将燃料18向第一运载气体喷嘴181的前端供给的第一燃料供给嘴191；使上述微粒化了的燃料18氧化，对第一运载气体进一步加热而使其升温的发热催化剂部174；喷射从运载气体罐14供给的第二运载气体（空气）与由发热催化剂部174加热后的第一运载气体混合而得到的混合运载气体的第二运载气体喷嘴182；为了通过从第二运载气体喷嘴182喷射的混合运载气体实现燃料18的微粒化而将燃料18向第二运载气体喷嘴182的前端供给的第二燃料供给嘴192；使该微粒化了的燃料18分解而改性成还原气体21的改性部122；将从改性部122的出口排出的还原气体21向发动机11的排气管12供给的上述还原气体供给嘴23。发热催化剂部174是通过将包含铂（Pt）粉末的浆料向蜂巢状载体涂敷而制作的催化剂。而且，改性部122通过将包含铑（Rh）粉末的浆料向蜂巢状载体涂敷而制作的改性催化剂122a构成。除此以外与实施例3的具有燃料改性器的废气净化装置相同。该废气净化装置为实施例5。
<比较试验5及评价>
测定了通过实施例3及5的燃料改性器生成的氢及乙醛的量。氢及乙醛的生成量以相对于供给燃料的量的比来表示。其结果如图29及图30所示。
从图29可知，在实施例3中，氢的最大生成量为约180ppm，相对于此，在实施例5中氢的最大生成量增多为约270ppm。而且，从图30可知，在实施例3中乙醛的最大生成量为约22ppm，相对于此，在实施例5中乙醛的最大生成量增多为约37ppm。
<比较例1>
除了未设置燃料改性器以外与实施例3相同。该废气净化装置为比较例1。
<比较试验6及评价>
使发动机的转速及负载变化，分别测定了实施例3、实施例5及比较例1的从发动机的排气管排出的废气的温度从200℃逐渐上升至400℃时的NOx减少率。其结果如图31所示。
从图31可知，在比较例1的废气净化装置中，NOx的减少率最大降低为约42%，相对于此，在实施例3及5的废气净化装置中，NOx的减少率最大升高为约48～49%。另一方面，在比较例1中，当废气温度上升至约400℃时，NOx减少率降低至约6%，相对于此，在实施例3中，即使废气温度上升至约400℃，NOx减少率也仅降低至约13%，在实施例5中，即使废气温度上升至约400℃，NOx减少率也仅降低至约32%。
<实施例6>
如图20及图21所示，燃料改性器313具有：密闭的筒状的改性壳体327；收容于该改性壳体327的改性催化剂328；在改性壳体327的内周面与改性催化剂328的外周面之间呈螺旋状设置的燃料通路329；以包围燃料通路329的方式呈螺旋状配线且埋入设置在改性壳体327的壁的加热器331。通过SUS316形成改性壳体327，并使用了护套加热器作为加热器331。而且，改性催化剂328是通过将包含对铑进行了离子交换后的沸石粉末的浆料向蜂巢状载体涂敷而制作的铑系的催化剂。
如图19所示，上述燃料改性器313的入口端经由第一供给管316a而与燃料罐37连接，燃料改性器313的出口端经由第二供给管342而与喷嘴318连接，喷嘴318以面向比选择还原型催化剂31靠废气上游侧的排气管12的方式设置。而且，在第一供给管316a设置燃料供给泵38，在第二供给管342设置了对该第二供给管342进行开闭的流量调整阀341。而且，在改性壳体326中的比选择还原型催化剂31靠废气入口侧设置了废气温度传感器53。除此以外与实施例1的具有燃料改性器的废气净化装置相同。该废气净化装置为实施例6。
<比较例2>
除了未使用燃料改性器以外与实施例6相同。该废气净化装置为比较例2。
<比较试验7及评价>
使发动机的转速及负载变化，分别测定了实施例6及比较例2的从发动机的排气管排出的废气的温度从100℃逐渐上升至550℃时的NOx减少率。其结果如图32所示。需要说明的是，在实施例6的废气净化装置中，在废气温度为100～180℃时，将加热器设为ON而从喷嘴将烃系气体向排气管供给，在废气温度超过了180℃时，将加热器设为OFF而从喷嘴将液体的燃料向排气管供给。而且，在比较例2的废气净化装置中，在废气温度为100～550℃时，驱动燃料供给单元而从喷嘴将液体的燃料向排气管供给。
从图32可知，在比较例2的废气净化装置中，在废气温度为100～180℃比较低时，几乎无法对废气中的NOx进行净化，相对于此，在实施例6的废气净化装置中，在废气温度为100～180℃比较低时，伴随着温度的上升而废气中的NOx的净化率急剧上升。需要说明的是，当废气温度超过200℃时，可知比较例2的废气净化装置对NOx的净化率与实施例6的废气净化装置对NOx的净化率大致相同。
产业上的可利用性
本发明的燃料改性器及使用了该燃料改性器的废气净化装置能够利用于如下情况：燃料改性器使由烃系液体构成的燃料分解而改性成还原气体，使用由该燃料改性器改性后的还原气体作为废气净化装置的还原剂而对发动机的废气中的NOx进行净化。
需要说明的是，本国际申请主张基于2011年9月14日提出申请的日本国专利申请第200371号（特愿2011-200371）及2012年1月16日提出申请的日本国专利申请第005805号（特愿2012-005805）的优先权，并将日本特愿2011-200371及日本特愿2012-005805的全部内容援引于本国际申请。

Claims (16)

1.一种燃料改性器，具有：
运载气体喷嘴，喷射从运载气体源供给的运载气体；
燃料供给嘴，为了通过从所述运载气体喷嘴喷射的运载气体使从燃料源供给的由烃系液体构成的燃料微粒化，而将所述燃料向所述运载气体喷嘴的前端供给；
改性部，入口与所述运载气体喷嘴及所述燃料供给嘴相对设置，使所述微粒化了的燃料分解而改性成由氢或含氧烃中的任一方或双方构成的还原气体；
还原气体供给嘴，为了将从所述改性部的出口排出的还原气体向发动机的排气管供给而安装于所述排气管。
2.根据权利要求1所述的燃料改性器，其中，
所述改性部由预热塞构成，所述预热塞通过对所述微粒化了的燃料加热，而使所述微粒化了的燃料的一部分或大部分分解而改性成由氢或含氧烃中的任一方或双方构成的还原气体。
3.根据权利要求2所述的燃料改性器，其中，
所述改性部由所述预热塞和改性催化剂构成，所述改性催化剂在所述预热塞与所述还原气体供给嘴之间从所述预热塞隔开规定的间隔设置，使所述微粒化了的燃料的剩余的一部分或大部分分解而改性成由氢或含氧烃中的任一方或双方构成的还原气体。
4.根据权利要求1所述的燃料改性器，其中，
在所述燃料源与所述燃料供给嘴之间设有燃料气化器，所述燃料气化器对所述燃料的一部分或大部分加热而使其气化。
5.根据权利要求1所述的燃料改性器，其中，
所述燃料改性器还具有：运载气体加热部，设置在所述运载气体源与所述运载气体喷嘴之间，能够调整对从所述运载气体源供给的运载气体加热的发热量；运载气体温度传感器，检测所述运载气体加热部的出口温度；控制器，基于所述运载气体温度传感器的检测输出来控制所述运载气体加热部的发热量，并根据流过所述排气管的NOx的流量来控制燃料向所述燃料供给嘴的供给流量，
所述改性部由所述预热塞或所述改性催化剂中的任一方或双方构成。
6.根据权利要求5所述的燃料改性器，其中，
所述运载气体加热部、所述运载气体喷嘴、所述燃料供给嘴及所述改性部收容于改性器外壳，所述改性器外壳与所述还原气体供给嘴的基端连接。
7.根据权利要求5所述的燃料改性器，其中，
所述运载气体加热部包括：线圈保持部，形成为圆柱状；电热线圈，以沿着所述线圈保持部的外周面且不向所述线圈保持部的外周面露出的方式埋入设置；运载气体流路用线圈，通过呈螺旋状地卷绕在所述线圈保持部的外周面，而形成使所述运载气体沿着所述线圈保持部的外周面呈螺旋状流动的运载气体流路。
8.根据权利要求1所述的燃料改性器，其中，
设有绕过所述改性部的旁通管，在所述旁通管设有使从所述改性部排出的所述还原气体及所述微粒化了的燃料向所述运载气体喷嘴的正前方返回的循环泵，所述改性部的温度由改性部温度传感器检测，控制器基于所述改性部温度传感器的检测输出来控制所述循环泵。
9.一种燃料改性器，具有：
运载气体加热部，能够调整对从运载气体源通过第一运载气体供给管供给的第一运载气体加热的发热量；
第一运载气体喷嘴，喷射由所述运载气体加热部加热后的第一运载气体；
第一燃料供给嘴，为了通过从所述第一运载气体喷嘴喷射的第一运载气体使由烃系液体构成的燃料微粒化，而将所述燃料向所述第一运载气体喷嘴的前端供给；
发热催化剂部，入口与所述第一运载气体喷嘴及所述第一燃料供给嘴相对设置，使所述微粒化了的燃料氧化，对所述第一运载气体进一步加热而使其升温；
第二运载气体供给管，使从所述运载气体源供给的第二运载气体与由所述发热催化剂部加热后的第一运载气体混合；
第二运载气体喷嘴，喷射所述第一及第二运载气体的混合运载气体；
第二燃料供给嘴，为了通过从所述第二运载气体喷嘴喷射的混合运载气体使由烃系液体构成的燃料微粒化，而将所述燃料向所述第二运载气体喷嘴的前端供给；
改性部，入口与所述第二运载气体喷嘴及所述第二燃料供给嘴相对设置，使所述微粒化了的燃料分解而改性成由氢或含氧烃中的任一方或双方构成的还原气体；
还原气体供给嘴，为了将从所述改性部的出口排出的还原气体向发动机的排气管供给而安装于所述排气管；
第一运载气体温度传感器，检测所述运载气体加热部的出口温度；
第二运载气体温度传感器，检测所述发热催化剂部的出口温度；
控制器，基于所述第一运载气体温度传感器的检测输出来控制所述运载气体加热部的发热量，基于所述第二运载气体温度传感器的检测输出来控制燃料向所述第一燃料供给嘴的供给流量，而且根据流过所述排气管的NOx的流量来控制燃料向所述第二燃料供给嘴的供给流量。
10.根据权利要求9所述的燃料改性器，其中，
所述运载气体加热部、所述第一运载气体喷嘴、所述第一燃料供给嘴、发热催化剂部、第二运载气体喷嘴、第二燃料供给嘴及所述改性部收容于改性器外壳，所述改性器外壳与所述还原气体供给嘴的基端连接。
11.根据权利要求9所述的燃料改性器，其中，
所述运载气体加热部包括：线圈保持部，形成为圆柱状；电热线圈，以沿着所述线圈保持部的外周面且不向所述线圈保持部的外周面露出的方式埋入设置；运载气体流路用线圈，通过呈螺旋状卷绕在所述线圈保持部的外周面，而形成使第一运载气体沿着所述线圈保持部的外周面呈螺旋状地流动的运载气体流路。
12.一种废气净化装置，使用了燃料改性器，具备：
选择还原型催化剂，设于发动机的排气管，能够将废气中的NOx还原成N2；
燃料改性器，具有面向比所述选择还原型催化剂靠废气上游侧的排气管的所述还原气体供给嘴，从所述还原气体供给嘴将利用所述选择还原型催化剂而作为还原剂发挥功能的还原气体向所述排气管供给；
废气温度传感器，检测与所述选择还原型催化剂相关的所述废气温度；
控制器，基于所述废气温度传感器的检测输出来控制所述燃料改性器，
所述废气净化装置的特征在于，
所述燃料改性器具有：
运载气体喷嘴，喷射从运载气体源供给的运载气体；
燃料供给嘴，为了通过从所述运载气体喷嘴喷射的运载气体使从燃料源供给的由烃系液体构成的燃料微粒化，而将所述燃料向所述运载气体喷嘴的前端供给；
改性部，入口与所述运载气体喷嘴及所述燃料供给嘴相对设置，使所述微粒化了的燃料分解而改性成由氢或含氧烃中的任一方或双方构成的还原气体；
还原气体供给嘴，为了将从所述改性部的出口排出的还原气体向发动机的排气管供给而安装于所述排气管。
13.一种废气净化装置，使用了燃料改性器，具备：
选择还原型催化剂，设于发动机的排气管，能够将废气中的NOx还原成N2；
燃料改性器，具有面向比所述选择还原型催化剂靠废气上游侧的排气管的所述还原气体供给嘴，从所述还原气体供给嘴将利用所述选择还原型催化剂而作为还原剂发挥功能的还原气体向所述排气管供给；
废气温度传感器，检测与所述选择还原型催化剂相关的所述废气温度；
控制器，基于所述废气温度传感器的检测输出来控制所述燃料改性器，
所述废气净化装置的特征在于，
所述燃料改性器具有：
运载气体加热部，能够调整对从运载气体源通过第一运载气体供给管供给的第一运载气体加热的发热量；
第一运载气体喷嘴，喷射由所述运载气体加热部加热后的第一运载气体；
第一燃料供给嘴，为了通过从所述第一运载气体喷嘴喷射的第一运载气体使由烃系液体构成的燃料微粒化，而将所述燃料向所述第一运载气体喷嘴的前端供给；
发热催化剂部，入口与所述第一运载气体喷嘴及所述第一燃料供给嘴相对设置，使所述微粒化了的燃料氧化，对所述第一运载气体进一步加热而使其升温；
第二运载气体供给管，使从所述运载气体源供给的第二运载气体与由所述发热催化剂部加热后的第一运载气体混合；
第二运载气体喷嘴，喷射所述第一及第二运载气体的混合运载气体；
第二燃料供给嘴，为了通过从所述第二运载气体喷嘴喷射的混合运载气体使由烃系液体构成的燃料微粒化，而将所述燃料向所述第二运载气体喷嘴的前端供给；
改性部，入口与所述第二运载气体喷嘴及所述第二燃料供给嘴相对设置，使所述微粒化了的燃料分解而改性成由氢或含氧烃中的任一方或双方构成的还原气体；
还原气体供给嘴，为了将从所述改性部的出口排出的还原气体向发动机的排气管供给而安装于所述排气管；
第一运载气体温度传感器，检测所述运载气体加热部的出口温度；
第二运载气体温度传感器，检测所述发热催化剂部的出口温度；
控制器，基于所述第一运载气体温度传感器的检测输出来控制所述运载气体加热部的发热量，基于所述第二运载气体温度传感器的检测输出来控制燃料向所述第一燃料供给嘴的供给流量，而且根据流过所述排气管的NOx的流量来控制燃料向所述第二燃料供给嘴的供给流量。
14.一种废气净化装置，对发动机的废气进行净化，其特征在于，具备：
选择还原型催化剂，设于所述发动机的排气管，能够将废气中的NOx还原成N2；
燃料改性器，在密闭的改性壳体内通过加热器对液体的燃料加热而使其气化或气化并雾化，而且利用改性催化剂将所述气化或气化并雾化了的燃料改性成烃系气体；
燃料供给单元，向所述燃料改性器供给所述燃料；
喷嘴，面向比所述选择还原型催化剂靠废气上游侧的排气管，能够喷射利用所述改性催化剂改性后的烃系气体；
催化剂温度传感器，检测与所述选择还原型催化剂相关的所述废气温度；
压力传感器，检测所述燃料改性器的入口压力；
控制器，基于所述催化剂温度传感器及所述压力传感器的各检测输出来控制所述燃料改性器及所述燃料供给单元。
15.根据权利要求14所述的废气净化装置，其中，
所述燃料改性器具有：密闭的筒状的所述改性壳体；所述改性催化剂，收容于所述改性壳体；燃料通路，在所述改性壳体的内周面与所述改性催化剂的外周面之间呈螺旋状设置；所述加热器，以包围所述燃料通路的方式呈螺旋状配线且埋入设置于所述改性壳体的壁。
16.根据权利要求14所述的废气净化装置，其中，
所述废气净化装置具有：旁通管，以绕过所述燃料改性器的方式将所述燃料改性器的入口部和出口部连通连接；开度调整阀，设于所述旁通管而调整所述旁通管的开度。
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