JP2004092430A

JP2004092430A - 内燃機関の排気浄化装置

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Publication number: JP2004092430A
Application number: JP2002251840A
Authority: JP
Inventors: Kazuji Tsuruya; 鶴谷　和司; Koichiro Nakatani; 中谷　好一郎; Shinya Hirota; 広田　信也; Toshisuke Toshioka; 利岡　俊祐
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2002-08-29
Filing date: 2002-08-29
Publication date: 2004-03-25
Anticipated expiration: 2022-08-29
Also published as: JP4225012B2

Abstract

【課題】近傍雰囲気がリーン空燃比の時にＮＯ_Ｘを吸収し、理論空燃比又はリッチ空燃比の時にＮＯ_Ｘを放出するＮＯ_Ｘ触媒を担持した触媒装置を具備する内燃機関の排気浄化装置において、再生処理のために触媒装置へ燃料を供給しても、触媒装置の全体的なＳ被毒を防止することである。
【解決手段】触媒装置７０の再生処理のために触媒装置へ燃料を供給する燃料供給装置１００を具備し、燃料供給装置は、燃料タンク内の燃料から低硫黄成分燃料を分離して触媒装置へ供給する。
【選択図】　　　図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の排気浄化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近傍雰囲気がリーン空燃比の時にＮＯ_Ｘを吸収し、理論空燃比又はリッチ空燃比の時にＮＯ_Ｘを放出するＮＯ_Ｘ触媒を担持した触媒装置を機関排気系に配置して、触媒装置にＮＯ_Ｘを吸収させ、ディーゼルエンジンの排気ガス中に含まれるＮＯ_Ｘの大気放出を十分に抑制することが公知である。しかしながら、この触媒装置は無限にＮＯ_Ｘを吸収することはできず、触媒装置のＮＯ_Ｘ吸収能力が飽和する以前に、近傍雰囲気をリッチ空燃比として吸収されたＮＯ_Ｘを放出させると共に、リッチ空燃比とした際の還元物質によって放出させたＮＯ_Ｘを還元浄化する再生処理が必要である。このために、特許第２７９３４１５号では、触媒装置へ直接的に燃料を供給して、触媒装置の近傍雰囲気をリッチ空燃比としている。
【０００３】
ところで、前述のＮＯ_Ｘ触媒は、排気ガス中のＳＯ_ＸもＮＯ_Ｘと同様なメカニズムで吸収してしまう。こうして吸収されたＳＯ_Ｘは、ＮＯ_Ｘのように近傍雰囲気をリッチ空燃比としただけでは放出されないために、触媒装置におけるＳＯ_Ｘの吸収量は増加する一方となる。ＳＯ_Ｘの吸収量が増加すると（以下、Ｓ被毒と称する）、その分ＮＯ_Ｘ吸収能力が低下してしまう。
【０００４】
触媒装置のＳ被毒を回復するための回復処理としては、近傍雰囲気をリッチ空燃比とすると共に触媒装置を高温にすれば良い。特に排気ガス中のＳＯ_Ｘは、ＮＯ_Ｘ触媒と接触すると直ぐに吸収されるために、触媒装置全体をＳ被毒させるのはではなく、主に触媒装置の排気上流部をＳ被毒させる。それにより、回復処理のためには触媒装置の排気上流部だけを高温とすれば良く、比較的容易に回復処理を実施することができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
前述の従来技術において、再生処理のために触媒装置へ供給された燃料は、排気ガス流れと共に蒸発しながら触媒装置全体に分布するために、触媒装置全体の再生処理が可能となる。しかしながら、この一方で、燃料中に含まれるＳ成分も触媒装置全体に分布して貴金属触媒等で酸化されてＳＯ_Ｘとなった後にＮＯ_Ｘ触媒をＳ被毒させることとなり、すなわち、再生処理のために供給された燃料によって、触媒装置全体がＳ被毒されてしまう。こうして触媒装置全体がＳ被毒すると、回復処理には触媒装置全体を高温としなければならず、多量のエネルギ消費が必要となるだけでなく、ＮＯ_Ｘ触媒及び担持されている場合には貴金属触媒が比較的長時間高温に晒されることとなって熱劣化することがある。
【０００６】
従って、本発明の目的は、近傍雰囲気がリーン空燃比の時にＮＯ_Ｘを吸収し、理論空燃比又はリッチ空燃比の時にＮＯ_Ｘを放出するＮＯ_Ｘ触媒を担持した触媒装置を具備する内燃機関の排気浄化装置において、再生処理のために触媒装置へ燃料を供給しても、触媒装置の全体的なＳ被毒を防止することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明による請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置は、近傍雰囲気がリーン空燃比の時にＮＯ_Ｘを吸収し、理論空燃比又はリッチ空燃比の時にＮＯ_Ｘを放出するＮＯ_Ｘ触媒を担持した触媒装置と、前記触媒装置の再生処理のために前記触媒装置へ燃料を供給する燃料供給装置とを具備する内燃機関の排気浄化装置において、前記燃料供給装置は、燃料タンク内の燃料から低硫黄成分燃料を分離して前記触媒装置へ供給することを特徴とする。
【０００８】
また、本発明による請求項２に記載の内燃機関の排気浄化装置は、請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記燃料供給装置は、前記燃料タンク内の燃料を分離膜によって高硫黄成分燃料としての芳香族化合物と前記低硫黄成分燃料とに分離することを特徴とする。
【０００９】
また、本発明による請求項３に記載の内燃機関の排気浄化装置は、請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記燃料供給装置は、前記燃料タンク内の燃料を冷却して高硫黄成分燃料としての低沸点成分燃料と前記低硫黄成分燃料としての高沸点ノルマルパラフィンとに分離することを特徴とする。
【００１０】
また、本発明による請求項４に記載の内燃機関の排気浄化装置は、請求項３に記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記燃料供給装置は、冷却によってワックス析出した前記低硫黄成分燃料を加熱して低沸点側成分と高沸点側成分とに分離して前記低硫黄成分燃料の前記低沸点側成分だけを前記触媒装置へ供給することを特徴とする。
【００１１】
また、本発明による請求項５に記載の内燃機関の排気浄化装置は、請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記燃料タンク内の燃料として、通常燃料へ前記通常燃料の沸点温度範囲より高い沸点又は前記沸点温度範囲内の高沸点側と同じ沸点を有する低硫黄成分燃料が加えられており、前記燃料供給装置は、前記燃料タンク内の燃料を冷却して前記低硫黄成分燃料を分離することを特徴とする。
【００１２】
また、本発明による請求項６に記載の内燃機関の排気浄化装置は、請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記燃料タンク内の燃料として、通常燃料へ前記通常燃料の沸点温度範囲より低い沸点又は前記沸点温度範囲内の低沸点側と同じ沸点を有する低硫黄成分燃料が加えられており、前記燃料供給装置は、前記燃料タンク内の燃料を蒸留して前記低硫黄成分燃料を分離することを特徴とする。
【００１３】
また、本発明による請求項７に記載の内燃機関の排気浄化装置は、請求項６に記載の内燃機関の排気浄化装置において、電気ヒータを利用して前記燃料タンク内の燃料を蒸留することを特徴とする。
【００１４】
また、本発明による請求項８に記載の内燃機関の排気浄化装置は、請求項６に記載の内燃機関の排気浄化装置において、排気ガス温度又は気筒内燃焼温度を利用して前記燃料タンク内の燃料を蒸留することを特徴とする。
【００１５】
また、本発明による請求項９に記載の内燃機関の排気浄化装置は、請求項６に記載の内燃機関の排気浄化装置において、機関冷却水温度を利用して前記燃料タンク内の燃料を蒸留することを特徴とする。
【００１６】
また、本発明による請求項１０に記載の内燃機関の排気浄化装置は、請求項１から９のいずれかに記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記触媒装置の排気上流側に配置されて排気ガス中のＳＯ_Ｘを捕集するためのＳＯ_Ｘ捕集装置と、前記ＳＯ_Ｘ捕集装置からＳＯ_Ｘを放出させる時には排気ガスが前記触媒装置をバイパスさせるようにするバイパス手段とを具備することを特徴とする。
【００１７】
また、本発明による請求項１１に記載の内燃機関の排気浄化装置は、請求項１０に記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記触媒装置はパティキュレートフィルタであり、前記バイパス手段は、前記パティキュレートフィルタの排気上流側と排気下流側とを逆転することを可能とする逆転手段と一体に形成されていることを特徴とする。
【００１８】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明による排気浄化装置を備える４ストロークディーゼルエンジンの概略縦断面図を示している。同図において、１は機関本体、２はシリンダブロック、３はシリンダヘッド、４はピストン、５ａはピストン４の頂面上に形成されたキャビティ、５はキャビティ５ａ内に形成された燃焼室、６は電気制御式燃料噴射弁、７は一対の吸気弁、８は吸気ポート、９は一対の排気弁、１０は排気ポートを夫々示す。吸気ポート８は対応する吸気枝管１１を介してサージタンク１２に連結され、サージタンク１２は吸気ダクト１３を介してエアクリーナ１４に連結される。吸気ダクト１３内には電気モータ１５により駆動されるスロットル弁１６が配置される。一方、排気ポート１０は排気マニホルド１７を介して排気管１８へ接続される。
【００１９】
図１に示されるように排気マニホルド１７内には空燃比センサ２１が配置される。排気マニホルド１７とサージタンク１２とはＥＧＲ通路２２を介して互いに連結され、ＥＧＲ通路２２内には電気制御式ＥＧＲ制御弁２３が配置される。また、ＥＧＲ通路２２回りにはＥＧＲ通路２２内を流れるＥＧＲガスを冷却するための冷却装置２４が配置される。図１に示される実施例では機関冷却水が冷却装置２４内に導かれ、機関冷却水によってＥＧＲガスが冷却される。
【００２０】
一方、各燃料噴射弁６は燃料供給管２５を介して燃料リザーバ、いわゆるコモンレール２６に連結される。このコモンレール２６内へは電気制御式の吐出量可変な燃料ポンプ２７から燃料が供給され、コモンレール２６内に供給された燃料は各燃料供給管２５を介して燃料噴射弁６に供給される。コモンレール２６にはコモンレール２６内の燃料圧を検出するための燃料圧センサ２８が取付けられ、燃料圧センサ２８の出力信号に基づいてコモンレール２６内の燃料圧が目標燃料圧となるように燃料ポンプ２７の吐出量が制御される。
【００２１】
３０は電子制御ユニットであり、空燃比センサ２１の出力信号と、燃料圧センサ２８の出力信号とが入力される。また、アクセルペダル４０にはアクセルペダル４０の踏込み量Ｌに比例した出力電圧を発生する負荷センサ４１が接続され、電子制御ユニット３０には、負荷センサ４１の出力信号も入力され、さらに、クランクシャフトが例えば３０°回転する毎に出力パルスを発生するクランク角センサ４２の出力信号も入力される。こうして、電子制御ユニット３０は、各種信号に基づき、燃料噴射弁６、電気モータ１５、ＥＧＲ制御弁２３、及び、燃料ポンプ２７を作動する。
【００２２】
図２は、排気マニホルド１７の下流側に排気管１８を介して接続された触媒装置７０を示している。触媒装置７０の直上流側には、燃料を触媒装置７０へ供給するための燃料供給装置１００が設けられている。触媒装置７０はハニカム構造を成す軸線方向に延在する複数の隔壁を有し、これら隔壁の表面には、アルミナ等を使用して以下に説明するＮＯ_Ｘ吸収剤と白金Ｐｔのような貴金属触媒とが担持されている。
【００２３】
ＮＯ_Ｘ吸収剤は、本実施例では、カリウムＫ、ナトリウムＮａ、リチウムＬｉ、セシウムＣｓのようなアルカリ金属、バリウムＢａ、カルシウムＣａのようなアルカリ土類、ランタンＬａ、イットリウムＹのような希土類から選ばれた少なくとも一つである。このＮＯ_Ｘ吸収剤は、近傍雰囲気中の空燃比（空気と燃料との比であり、ここで、どれだけの燃料が空気中の酸素を使用して燃焼しているかは関係ない）がリーンのときにはＮＯ_Ｘを吸収し、空燃比が理論空燃比又はリッチになると吸収したＮＯ_Ｘを放出するＮＯ_Ｘの吸放出作用を行う。
【００２４】
ＮＯ_Ｘ吸収剤の吸放出作用のメカニズムを、触媒装置７０の隔壁上に白金ＰｔおよびバリウムＢａを担持させた場合を例にとって説明するが、他の貴金属、アルカリ金属、アルカリ土類、希土類を用いても同様なメカニズムとなる。
【００２５】
空燃比がリーンの状態で燃焼が行われている場合には、排気ガス中の酸素濃度は高く、この時には、酸素Ｏ_２がＯ_２ ⁻又はＯ^２−の形で白金Ｐｔの表面に付着する。一方、排気ガス中のＮＯは白金Ｐｔの表面上でＯ_２ ⁻又はＯ^２−と反応し、ＮＯ_２となる（２ＮＯ＋Ｏ_２→２ＮＯ_２）。次いで生成されたＮＯ_２の一部は白金Ｐｔ上で酸化されつつ吸収剤内に吸収されて酸化バリウムＢａＯと結合しながら硝酸イオンＮＯ_３ ⁻の形で吸収剤内に拡散する。このようにしてＮＯ_ＸがＮＯ_Ｘ吸収剤内に吸収される。近傍雰囲気の酸素濃度が高い限り白金Ｐｔの表面でＮＯ_２が生成され、吸収剤のＮＯ_Ｘ吸収能力が飽和しない限り、ＮＯ_２が吸収剤内に吸収されて硝酸イオンＮＯ_３ ⁻が生成される。
【００２６】
一方、近傍雰囲気の空燃比がリッチにされると酸素濃度が低下し、その結果白金Ｐｔの表面でのＮＯ_２の生成量が低下する。ＮＯ_２の生成量が低下すると反応が逆方向（ＮＯ_３ ⁻→ＮＯ_２）に進み、斯くして吸収剤内の硝酸イオンＮＯ_３ ⁻がＮＯ_２の形で吸収剤から放出される。このときＮＯ_Ｘ吸収剤から放出されたＮＯ_Ｘは近傍雰囲気中に含まれるＨＣ及びＣＯ等と反応して還元せしめられる。このようにして白金Ｐｔの表面上にＮＯ_２が存在しなくなると吸収剤から次から次へとＮＯ_２が放出される。従って近傍雰囲気の空燃比がリッチにされると短時間のうちにＮＯ_Ｘ吸収剤からＮＯ_Ｘが放出され、しかもこの放出されたＮＯ_Ｘは還元浄化されるために大気中にＮＯ_Ｘが排出されることはない。
【００２７】
なお、この場合、近傍雰囲気の空燃比を理論空燃比にしてもＮＯ_Ｘ吸収剤からＮＯ_Ｘが放出される。しかしながら、この場合にはＮＯ_Ｘ吸収剤からＮＯ_Ｘが徐々にしか放出されないためにＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒装置に吸収されている全ＮＯ_Ｘを放出させるには若干長い時間を要する。
【００２８】
ところでＮＯ_Ｘ吸収剤のＮＯ_Ｘ吸収能力には限度があり、ＮＯ_Ｘ吸収剤のＮＯ_Ｘ吸収能力が飽和する前にＮＯ_Ｘ吸収剤からＮＯ_Ｘを放出させる必要がある。すなわち、触媒装置７０に吸収されているＮＯ_Ｘ量がＮＯ_Ｘ貯蔵可能量に達する以前に、ＮＯ_Ｘを放出させ還元浄化する再生処理の必要があり、そのためには、このＮＯ_Ｘ量を推定する必要がある。例えば、単位時間当りのＮＯ_Ｘ吸収量を要求負荷及び機関回転数の関数としてマップの形で予め求めておき、この単位時間当りのＮＯ_Ｘ吸収量を積算することにより、触媒装置７０に吸収されているＮＯ_Ｘ量を推定することができる。
【００２９】
本実施例ではこのＮＯ_Ｘ吸収量が予め定められた許容値を越えた時に触媒装置を再生するために、燃料供給装置１００を使用して燃料を供給することにより、触媒装置７０の近傍雰囲気を理論空燃比又リッチ空燃比とし、少なくとも再生が完了するまでの時間（近傍雰囲気の空燃比が小さいほど短くなる）だけこの状態を維持するようになっている。燃料供給装置１００から供給される液状燃料は、排気ガスと共に触媒装置７０へ流入し、触媒装置７０内に全体的に分布して気化する。それにより、触媒装置７０の全体的な近傍雰囲気を理論空燃比又はリッチ空燃比とすることができ、触媒装置７０を全体的に再生することができる。
【００３０】
ところで、内燃機関の燃料には硫黄が含まれており、こうして触媒装置７０内に全体的に再生処理のための燃料を分布させると、燃料気化と共に燃料中の硫黄は貴金属触媒によって酸化されてＳＯ_Ｘが生成される。ＳＯ_Ｘは、触媒装置７０へＮＯ_Ｘと同様なメカニズムにより硫酸塩の形で吸収される。硫酸塩は、安定な物質であるために、近傍雰囲気をリッチ空燃比としても触媒装置７０から放出され難く、吸蔵量が徐々に増加する。触媒装置７０への硝酸塩又は硫酸塩の吸蔵可能量は有限であり、触媒装置７０における硫酸塩の吸蔵量が増加すれば（以下、ＳＯ_Ｘ被毒と称する）、その分、硝酸塩の吸蔵可能量が減少し、遂には、全くＮＯ_Ｘを吸収することができなくなる。
【００３１】
硫酸塩は、近傍雰囲気をリッチ空燃比とすると共に高温（約６００°Ｃ以上）とされれば、ＳＯ_Ｘとして放出させることはできる。しかしながら、触媒装置７０が全体的にＳ被毒していたのでは、触媒装置７０を全体的に高温にする必要があり、多量のエネルギを必要とするだけでなく、比較的長い加熱時間が必要とされ、この長い加熱時間によってＮＯ_Ｘ吸収剤及び貴金属触媒が熱劣化することがある。
【００３２】
それにより、触媒装置７０の全体的なＳ被毒を防止する必要があり、本実施例では、燃料供給装置１００は、気筒内へ噴射されるのと同じ燃料タンク内の燃料から、硫黄成分を全く又は僅かしか含まない低硫黄成分燃料を分離して触媒装置７０へ供給するようにしている。そのために、燃料供給装置１００は燃料分離装置を有しており、図２において１０９は燃料分離装置によって分離された低硫黄成分燃料を機関排気系の触媒装置７０の直上流側に噴射するための燃料供給装置１００の一部を成す噴射弁である。
【００３３】
燃料分離装置は、燃料中のベンゾチオフェン及びジベンゾチオフェン等の芳香族化合物を通過させない分離膜を有するものであれば良い。燃料中の芳香族化合物は、硫黄成分を多く含む高硫黄成分燃料であり、これを分離膜によって分離させて燃料タンクへ戻せば、分離膜を通過するそれ以外の低硫黄成分燃料だけを噴射弁１０９によって触媒装置７０へ供給することが可能となる。
【００３４】
また、ディーゼルエンジンの燃料である通常の軽油は、図３にＡで示すような沸点温度範囲における沸点毎の成分含有率を有している。燃料タンク内の燃料として、このような通常燃料へその沸点温度範囲より低い沸点を有して硫黄成分が除去された低硫黄成分燃料Ｂを加えるようにすれば、燃料分離装置としては加熱手段を有するものであれば良い。
【００３５】
例えば、燃料分離装置は、図４のように構成することができる。図４において、１０１は、加熱手段１０４内を通過させるように燃料タンク内の燃料を導く液体燃料通路であり、そのための燃料ポンプ１０２が設けられている。１０３は加熱手段１０４内を通過する際に気化した燃料を液体燃料通路１０１から取り出すための気体燃料通路である。１０５は気体燃料通路１０３内を通過する気体燃料を冷却して液化するための冷却装置である。この冷却装置としては、外気温又は車両走行風等を利用することができる。また、１０６は液化した燃料を蓄えるリザーバである。１０７はリザーバ１０６内の燃料を前述した噴射弁１０９へ導くための燃料噴射通路であり、そのための加圧ポンプ１０８が設けられている。
【００３６】
ここで加熱手段１０４は、燃料タンク内へ加えた低硫黄成分燃料だけが気化するように液体燃料通路１０１内の燃料を加熱する。そのための加熱温度は、例えば、低硫黄成分燃料の沸点範囲における最大温度又はこの最大温度と通常燃料の沸点範囲における最小温度（例えば、１５０°Ｃ）との間の温度とすれば良い。
【００３７】
加えられた低硫黄成分燃料の沸点範囲が比較的低いものであり、加熱温度が１００°Ｃ未満の比較的低い温度に設定される場合には、ラジエタへ流入する以前の機関冷却水温度を利用することができる。
【００３８】
一方、加熱温度が１００°Ｃ以上に設定される場合には、機関排気系における排気ガス温度が利用可能である。また、図５は、加熱手段として機関燃焼熱を利用する場合を示している。図５において、４はピストンであり、液体燃料通路１０１はシリンダブロック２内に形成されている。この場合において、液体燃料通路１０１は、シリンダボアに沿っての距離が異なる四つの通路１０１ａ，１０１ｂ，１０１ｃ，１０１ｄに分岐している。各分岐通路には、閉鎖弁Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４が設けられている。
【００３９】
機関低負荷時のように燃焼温度が低い時には閉鎖弁Ｖ１のみを開放する。それにより、燃料は、液体燃料通路１０１及び分岐通路１０１ａを通過し、シリンダブロック２内においてシリンダボアに長く沿うこととなるために、機関燃焼熱を十分に受熱することができ、燃焼温度が低くても燃料を設定温度に加熱することができる。
【００４０】
機関負荷の上昇に伴って燃焼温度が高まると、閉鎖弁Ｖ２のみを開放する。それにより、燃料は、液体燃料通路１０１及び分岐通路１０１ｂを通過し、分岐通路１０１ａを通過する場合に比較してシリンダブロック２内においてシリンダボアに若干短く沿うこととなる。こうして、燃焼温度が高まった分だけ機関燃焼熱の受熱が若干不十分となり、燃料を設定温度に加熱することができる。
【００４１】
機関負荷の上昇に伴って燃焼温度がさらに高まると、閉鎖弁Ｖ３のみを開放し、機関燃焼熱の受熱をさらに不十分とし、また、機関高負荷時のように、さらに燃焼温度が高まれば、閉鎖弁Ｖ４のみを開放して機関燃焼熱の受熱をさらに不十分とする。こうして、いずれの燃焼温度に対しても燃料タンク内の燃料を設定温度が加熱することができる。
【００４２】
図６も加熱手段として機関燃焼熱を利用する場合を示している。図６において、４はピストンであり、液体燃料通路１０１はシリンダブロック２内に形成されている。また、シリンダブロック２内には、液体燃料通路１０１に隣接して冷却水通路２００が設けられ、冷却水通路２００が液体燃料通路１０１に沿っての距離が異なる四つの通路２００ａ，２００ｂ，２００ｃ，２００ｄに分岐している。各分岐通路には、閉鎖弁Ｖ４，Ｖ５，Ｖ６，Ｖ７が設けられている。
【００４３】
機関低負荷時のように燃焼温度が低い時には閉鎖弁Ｖ８のみを開放する。それにより、冷却水は、分岐通路２００ｄを通過し、シリンダブロック２内において液体燃料通路１０１に短く沿うこととなるために、液体燃料通路１０１を通過する燃料を僅かしか冷却せず、燃焼温度が低くても燃料を設定温度にすることができる。
【００４４】
機関負荷の上昇に伴って燃焼温度が高まると、閉鎖弁Ｖ７のみを開放する。それにより、冷却水は、分岐通路２００ｃを通過し、分岐通路２００ｄを通過する場合に比較してシリンダブロック２内において液体燃料通路１０１に若干長く沿うこととなる。こうして、燃焼温度が高まった分だけ冷却水による冷却力を上昇させ、燃料を設定温度にすることができる。
【００４５】
機関負荷の上昇に伴って燃焼温度がさらに高まると、閉鎖弁Ｖ６のみを開放し、冷却水による冷却力をさらに上昇させ、また、機関高負荷時のように、さらに燃焼温度が高まれば、閉鎖弁Ｖ５のみを開放して冷却水による冷却力をさらに上昇させる。こうして、いずれの燃焼温度に対しても燃料タンク内の燃料を設定温度が加熱することができる。
【００４６】
図７は、加熱手段によって燃料タンク内の燃料を低沸点成分燃料が気化する設定温度まで加熱できない又は加熱しない場合に付加される減圧沸騰装置を示している。図７において、１１０は減圧シリンダであり、１１０ａは減圧シリンダ１１０内を往復運動するピストンである。１１１はポンプシリンダであり、１１１ａはポンプシリンダ１１１内を往復運動するピストンである。減圧シリンダ１１０とポンプシリンダ１１１とは連通路１１３によって連通され、この連通路１１３にはポンプシリンダ１１１内への気体燃料流れのみを許容する逆止弁が配置されている。１１４は、図４の１０３に相当する気体燃料通路である。
【００４７】
設定温度未満の燃料が通路１１２によって減圧シリンダ１１０内へ導かれると、閉鎖弁１１２ａによって通路１１２は閉鎖される。ピストン１１０ａの動作によって減圧シリンダ１１０内の容積が拡大されると減圧シリンダ１１０内に導かれた燃料は減圧沸騰して気化する。次いで、ピストン１１０ａの動作によって減圧シリンダ１１０内の容積が減少されると同時にポンプシリンダ１１１の容積は、ピストン１１１ａの動作によって拡大されるために、減圧シリンダ１１０内で気化した燃料はポンプシリンダ１１１内へ吸入される。次いで、ポンプシリンダ１１１内の容積がピストン１１１ａの動作によって減少されると、気体燃料通路１１４を介して、気化燃料とポンプシリンダ１１１内で液化した燃料とが排出される。通路１１２の閉鎖弁１１２ａは、減圧シリンダ１１０内で減圧沸騰しない液体燃料が、連通路１１３を介してポンプピストン１１１へ流入しないように、ピストン１１０ａの動作によって閉鎖時より減圧シリンダ１１０内の容積が僅かに小さくなった時点で開放され、減圧シリンダ１１０内の液体燃料を通路１１２内から排出させる。
【００４８】
通常燃料へ追加する低硫黄成分燃料Ｂは、沸点温度範囲が、通常燃料の沸点温度範囲より低いものとしたが、図３に一点鎖線で示すＢ’のように、通常燃料へ追加する低硫黄成分燃料は、通常燃料の沸点温度範囲内の低沸点側としても良い。それにより、燃料を加熱する設定温度は高まることとなり、また、通常燃料の低沸点側の成分も同時に分離されることとなるが、図３に示すように、通常燃料の低沸点側成分の含有率は低く、それほど多くの通常燃料が分離されないことに加えて、ここで分離される通常燃料成分は、主に低沸点ノルマルパラフィンであり、本来的に硫黄を多くは含まないものである。それにより、この通常燃料成分と、殆ど硫黄を含まない追加された低硫黄成分燃料とが同時に分離されても、この分離燃料の平均的な硫黄含有率はかなり低いものであり、触媒装置７０の再生処理に使用しても、触媒装置７０を殆どＳ被毒させることはない。また、触媒装置７０の再生処理に沸点の低い燃料を使用することは、触媒装置７０に供給した際の燃料気化を良好なものとし、必要最小限の燃料供給によって触媒装置７０内を確実に所望の再生空燃比とすることができる。
【００４９】
図８は、燃料タンク内へ追加する低硫黄成分燃料Ｃの沸点範囲を通常燃料Ａの沸点範囲より高いものとした場合を示している。この場合には、燃料タンク内の燃料を冷却して低硫黄成分燃料Ｃを凝固させて析出することにより、低硫黄成分燃料Ｃを分離することとなる。このような分離装置には、通電により温度低下するペルチェ素子等を利用することができる。例えば、燃料タンク内の燃料をペルチェ素子により冷却可能なバッファタンク内へ導き、バッファタンクの底部に低硫黄成分燃料を析出させる。次いで、凝固しない液体燃料はバッファタンクから排出させた後、バッファタンクを加熱して低硫黄成分燃料を液化させる。こうして、低硫黄成分燃料を分離することができる。
【００５０】
通常燃料へ追加する低硫黄成分燃料は、図８に一点鎖線で示すＣ’のように、通常燃料の沸点温度範囲内の高沸点側としても良い。それにより、通常燃料の高沸点側の成分も同時に分離されることとなるが、図８に示すように、通常燃料の高沸点側成分の含有率は低く、それほど多くの通常燃料が分離されないことに加えて、ここで分離される通常燃料成分は、主に図８のＡ’で示す高沸点ノルマルパラフィンであり、本来的に硫黄を殆ど含まないものである。それにより、この通常燃料成分が追加された低硫黄成分燃料と同時に分離されても、この分離燃料の平均的な硫黄含有率は非常に低いものであり、触媒装置７０の再生処理に使用しても、触媒装置７０を殆どＳ被毒させることはない。
【００５１】
また、高沸点ノルマルパラフィンＡ’は、殆ど硫黄を含まないものであるために、特に、低硫黄成分燃料を追加することなく、冷却によって高沸点ノルマルパラフィンだけを通常燃料から分離し、これを触媒装置７０の再生処理に使用するようにしても良い。この場合において、高沸点ノルマルパラフィンＡ’は、触媒装置７０に供給した際の燃料気化が不十分となることがあるために、前述のバッファタンクで析出させた後に、バッファタンクを徐々に加熱し、比較的早期に液化した低沸点側の高沸点ノルマルパラフィンだけを触媒装置７０の再生処理に使用することが好ましい。
【００５２】
ところで、ディーゼルエンジンの排気ガス中には煤を主成分とするパティキュレートが含まれており、このパティキュレートも大気中へ放出しないことが望まれている。そのために、機関排気系にパティキュレートを捕集するパティキュレートフィルタを配置することが提案されている。このパティキュレートフィルタに前述のＮＯ_Ｘ吸収剤及び貴金属触媒を担持させると、前述同様にＮＯ_Ｘを浄化させることができると共に、捕集したパティキュレートを酸化除去することができ、捕集パティキュレートによるパティキュレートフィルタの排気抵抗の増加を防止することができる。
【００５３】
なお、この場合、ＮＯ_Ｘ吸収剤としては、カルシウムＣａよりもイオン化傾向の高いアルカリ金属又はアルカリ土類金属、即ちカリウムＫ、リチウムＬｉ、セシウムＣｓ、ルビジウムＲｂ、バリウムＢａ、ストロンチウムＳｒを用いることが好ましい。
【００５４】
捕集パティキュレートの酸化のメカニズムを簡単に説明する。排気ガス中のパティキュレートがＮＯ_Ｘ吸収剤の表面に付着すると、パティキュレートとＮＯ_Ｘ吸収剤との接触面では酸素濃度が低下する。酸素濃度が低下すると酸素濃度の高いＮＯ_Ｘ吸収剤との間で濃度差が生じ、斯くしてＮＯ_Ｘ吸収剤内の酸素がパティキュレートとＮＯ_Ｘ吸収剤との接触面に向けて移動しようとする。その結果、ＮＯ_Ｘ吸収剤内に形成されている硝酸塩から酸素ＯとＮＯとが分解され、酸素ＯがパティキュレートとＮＯ_Ｘ吸収剤との接触面に向かい、ＮＯがＮＯ_Ｘ吸収剤から外部に放出される。外部に放出されたＮＯは下流側の白金Ｐｔ上において酸化され、再びＮＯ_Ｘ吸収剤１内に吸収される。
【００５５】
パティキュレートとＮＯ_Ｘ吸収剤との接触面に向かう酸素Ｏは硝酸塩のような化合物から分解された酸素である。化合物から分解された酸素Ｏは高いエネルギを有しており、極めて高い活性を有する。従ってパティキュレートとＮＯ_Ｘ吸収剤との接触面に向かう酸素は活性酸素Ｏとなっている。これら活性酸素Ｏがパティキュレートに接触するとパティキュレートは数分から数十分の短時間で輝炎を発することなく酸化せしめられる。また、パティキュレートを酸化する活性酸素Ｏは、ＮＯ_Ｘ吸収剤へＮＯが吸収される時にも放出される。また、ＮＯ_Ｘは酸素原子の結合及び分離を繰り返しつつ活性酸素放出剤６１内において硝酸イオンＮＯ_３ ⁻の形で拡散するものと考えられ、この間にも活性酸素が発生する。パティキュレートはこの活性酸素によっても酸化せしめられる。
【００５６】
図９は、触媒装置としてパティキュレートフィルタにＮＯ_Ｘ吸収剤を担持させた場合を示している。図９において、１８’が排気マニホルド１７の下流側に位置する排気管である。７１は排気管１８’に接続された切換部であり、７０’が触媒装置としてのパティキュレートフィルタである。パティキュレートフィルタ７０’の一方側と切換部７１とは第一接続部７２ａによって接続され、パティキュレートフィルタ７０’の他方側と切換部７１とは第二接続部７２ｂによって接続されており、また、切換部７１の下流側には排気通路７３が接続される。切換部７１は、切換部７１内で排気流れを遮断することを可能とする弁体７１ａを具備している。弁体７１ａは、負圧アクチュエータ又はステップモータ等によって駆動される。図９に示す弁体７１ａの第一遮断位置において、切換部７１内の上流側が第一接続部７２ａと連通されると共に切換部７１内の下流側が第二接続部７２ｂと連通され、排気ガスは、図９に矢印で示すように、パティキュレートフィルタ７０’の一方側から他方側へ流れる。
【００５７】
また、図１０は、弁体７１ａの第二遮断位置を示している。この遮断位置において、切換部７１内の上流側が第二接続部７２ｂと連通されると共に切換部７１内の下流側が第一接続部７２ａと連通され、排気ガスは、図１０に矢印で示すように、パティキュレートフィルタ７０’の他方側から一方側へ流れる。こうして、弁体７１ａを第一遮断位置及び第二遮断位置の一方から他方へ切り換えることによって、パティキュレートフィルタ７０’へ流入する排気ガスの方向を逆転することができ、すなわち、パティキュレートフィルタ７０’の排気上流側と排気下流側とを逆転することが可能となる。また、図１１は、第一遮断位置と第二遮断位置との間の弁体７１ａの開放位置を示している。この開放位置において、切換部７１内は遮断されることなく、排気ガスは、図１１に矢印で示すように、パティキュレートフィルタ７０’をバイパスして流れる。
【００５８】
このように、本排気浄化装置は、非常に簡単な構成によって、弁体７１ａを二つの遮断位置の一方から他方へ切り換えることによりパティキュレートフィルタの排気上流側と排気下流側とを逆転することが可能となると共に、弁体７１ａを開放位置とすれば、排気ガスがパティキュレートフィルタ７０をバイパスすることが可能となる。
【００５９】
また、パティキュレートフィルタにおいては、排気ガスの流入を容易にするために大きな開口面積が必要とされるが、本排気浄化装置では、車両搭載性を悪化させることなく、図９に示すように大きな開口面積を有するパティキュレートフィルタを使用可能である。
【００６０】
ところで白金Ｐｔ及びＮＯ_Ｘ吸収剤は温度が高くなるほど活性化するので単位時間当りにＮＯ_Ｘ吸収剤から放出される活性酸素Ｏの量はパティキュレートフィルタの温度が高くなるほど増大する。また、当然のことながら、パティキュレート自身の温度が高いほど酸化除去され易くなる。従ってパティキュレートフィルタ上において単位時間当りに輝炎を発することなくパティキュレートを酸化除去可能な酸化除去可能微粒子量はパティキュレートフィルタの温度が高くなるほど増大する。
【００６１】
図１２の実線は単位時間当りに輝炎を発することなく酸化除去可能な酸化除去可能微粒子量Ｇを示しており、図１２において横軸はパティキュレートフィルタの温度ＴＦを示している。なお、図１２は単位時間を１秒とした場合の、すなわち、１秒当たりの酸化除去可能微粒子量Ｇを示しているがこの単位時間としては、１分、１０分等任意の時間を採用することができる。例えば、単位時間として１０分を用いた場合には単位時間当たりの酸化除去可能微粒子量Ｇは１０分間当たりの酸化除去可能微粒子量Ｇを表すことになり、この場合でもパティキュレートフィルタ上において単位時間当たりに輝炎を発することなく酸化除去可能な酸化除去可能微粒子量Ｇは図１２に示されるようにパティキュレートフィルタ７０’の温度が高くなるほど増大する。
【００６２】
さて、単位時間当りに燃焼室から排出されるパティキュレートの量を排出微粒子量Ｍと称するとこの排出微粒子量Ｍが酸化除去可能微粒子量Ｇよりも少ないとき、例えば、１秒当たりの排出微粒子量Ｍが１秒当たりの酸化除去可能微粒子量Ｇよりも少ないとき、或いは１０分当たりの排出微粒子量Ｍが１０分当たりの酸化除去可能微粒子量Ｇよりも少ないとき、即ち図１２の領域Ｉでは燃焼室から排出された全てのパティキュレートがパティキュレートフィルタ７０’上において輝炎を発することなく順次短時間のうちに酸化除去せしめられる。
【００６３】
これに対し、排出微粒子量Ｍが酸化除去可能微粒子量Ｇよりも多いとき、即ち図１２の領域ＩＩでは全てのパティキュレートを順次酸化するには活性酸素量が不足している。こうしてパティキュレートフィルタ７０’にパティキュレートが残留すると、このような残留パティキュレートは、次第に酸化され難いカーボン質に変質し、また、排気上流面が残留パティキュレートによって覆われると白金ＰｔによるＮＯの酸化作用及びＮＯ_Ｘ吸収剤による活性酸素の放出作用が抑制される。それにより、時間を掛ければ徐々に残留パティキュレートを酸化させることができるが、早期に残留パティキュレートを除去しないと、それ上には別のパティキュレートが次から次へと堆積してしまう。こうして、パティキュレートが積層状に堆積すると、これらパティキュレートは、白金ＰｔやＮＯ_Ｘ吸収剤から距離を隔てているために、例え酸化され易いパティキュレートであっても活性酸素によって酸化されることはない。従って、排出微粒子量Ｍが酸化除去可能微粒子量Ｇよりも多い状態が継続するとパティキュレートフィルタ上にはパティキュレートが積層状に堆積してしまう。
【００６４】
本実施例では、酸化除去が不十分となってパティキュレートフィルタ上にパティキュレートが残留した時又はそれ以前に、弁体７１ａの遮断位置を切り換えて、パティキュレートフィルタ７０’の排気上流側と排気下流側とを逆転するようにしている。
【００６５】
図１３は、パティキュレートフィルタ７０’の隔壁の拡大断面図である。パティキュレートフィルタは、例えば、コージライトのような多孔質材料から形成されたハニカム構造をなすウォールフロー型であり、多数の軸線方向に延在する隔壁によって細分された多数の軸線方向空間を有している。隣接する二つの軸線方向空間において、栓によって、一方は排気下流側で閉鎖され、他方は排気上流側で閉鎖される。こうして、隣接する二つの軸線方向空間の一方は排気ガスの流入通路となり、他方は流出通路となり、排気ガスは、必ず隔壁を通過する。排気ガス中のパティキュレートは、隔壁の細孔の大きさに比較して非常に小さいものであるが、隔壁の排気上流側表面及び隔壁内の細孔表面上に衝突して捕集される。こうして、各隔壁は、パティキュレートを捕集する捕集壁として機能する。本パティキュレートフィルタ７０’において、隔壁の両側表面上、及び、好ましくは隔壁内の細孔表面上にもアルミナ等を使用してＮＯ_Ｘ吸収剤と貴金属触媒とが担持されている。
【００６６】
図１３（Ａ）に格子で示すように、排気ガスが主に衝突する隔壁の排気上流側表面及び細孔内の排気ガス流対向面は、一方の捕集面としてパティキュレートを衝突捕集し、活性酸素放出剤により酸化除去するが、この酸化除去が不十分となってパティキュレートが残留することがある。この時点では、パティキュレートフィルタ７０’の排気抵抗は車両走行に悪影響を与えるほどではないが、さらにパティキュレートが堆積すれば、機関出力の大幅な低下等の問題を発生する。それにより、この時点においてパティキュレートフィルタ７０’の排気上流側と排気下流側とが逆転される。それにより、隔壁の一方の捕集面に残留するパティキュレート上には、さらにパティキュレートが堆積することはなく、一方の捕集面から放出される活性酸素によって残留パティキュレートは徐々に酸化除去される。また、隔壁の細孔内に残留するパティキュレートは、逆方向の排気ガス流によって、図１３（Ｂ）に示すように、容易に破壊されて細分化され、下流側へ移動する。
【００６７】
それにより、細分化された多くのパティキュレートは、隔壁の細孔内に分散し、すなわち、パティキュレートは流動することにより、隔壁の細孔内表面に担持させたＮＯ_Ｘ吸収剤と直接的に接触して酸化除去される機会が多くなる。こうして、隔壁の細孔内にもＮＯ_Ｘ吸収剤を担持させることで、残留パティキュレートを格段に酸化除去させ易くなる。さらに、この酸化除去に加えて、排気ガスの逆流によって上流側となった隔壁の他方の捕集面、すなわち、現在において排気ガスが主に衝突する隔壁の排気上流側表面及び細孔内の排気ガス流対向面（一方の捕集面とは反対側の関係となる）では、排気ガス中の新たなパティキュレートが付着してＮＯ_Ｘ吸収剤から放出された活性酸素によって酸化除去される。これらの酸化除去の際に活性酸素放出剤から放出された活性酸素の一部は、排気ガスと共に下流側へ移動し、排気ガスの逆流によっても依然として残留するパティキュレートを酸化除去する。
【００６８】
すなわち、隔壁における一方の捕集面の残留パティキュレートには、この捕集面から放出される活性酸素だけでなく、排気ガスの逆流によって隔壁の他方の捕集面でのパティキュレートの酸化除去に使用された残りの活性酸素が排気ガスによって到来する。それにより、弁体の切り換え時点において、隔壁の一方の捕集面にある程度パティキュレートが積層状に堆積していたとしても、排気ガスを逆流させれば、残留パティキュレート上に堆積するパティキュレートへも活性酸素が到来することに加えて、さらにパティキュレートが堆積することはないために、堆積パティキュレートは徐々に酸化除去され、次回の逆流までに、ある程度の時間があれば、この間で十分に酸化除去可能である。こうして、パティキュレートの捕集に第一捕集面と第二捕集面とが交互に使用されると、常に単一の捕集面でパティキュレートを捕集する場合に比較して、各捕集面でのパティキュレート捕集量を低減することができ、パティキュレートの酸化除去に有利となるために、パティキュレートフィルタ７０’にはパティキュレートが堆積することはなく、パティキュレートフィルタの目詰まりを防止することができる。
【００６９】
こうして、ＮＯ_Ｘを浄化するための触媒装置をパティキュレートフィルタとすれば、排気ガス中のパティキュレートを大気中へ放出することなく除去することができる。もちろん、このパティキュレートフィルタ７０’においても、ＮＯ_Ｘを放出させる再生処理は必要であり、切換部７１の上流側に位置する排気管１８’には、Ｓ被毒防止のために低硫黄成分燃料をパティキュレートフィルタ７０’へ供給するための前述同様な噴射弁１０９が設けられている。この再生処理においては、多量のＮＯ_Ｘが放出される際に活性酸素が一気に放出されるために、もし残留パティキュレートがあれば、これを良好に酸化除去することができる。それにより、殆どの機関運転が図１２の領域ＩＩにおいて実施され、パティキュレートフィルタ７０’の再生処理を組み合わせて、パティキュレートフィルタ７０’にパティキュレートが堆積しないようであれば、本実施例のような逆転手段は省略可能である。噴射弁１０９の位置は、切換部７１とパティキュレートフィルタ７０’との間としても良く、すなわち、第一接続部７２ａ及び第二接続部７２ｂの両方又は一方に噴射弁１０９を配置しても良い。噴射弁１０９を一方に配置する場合には、再生処理に際して、噴射弁１０９から噴射された燃料がパティキュレートフィルタ７０’へ供給されるように弁体７１ａの位置を制御することが必要となる。
【００７０】
ところで、気筒内で燃焼させる燃料には依然として硫黄が含まれているために、排気ガス中のＳＯ_Ｘによって、触媒装置７０又は触媒装置としてのパティキュレートフィルタ７０’はＳ被毒されることとなる。触媒装置７０又はパティキュレートフィルタ７０’へ流入するＳＯ_Ｘは、主に排気上流部に位置するＮＯ_Ｘ吸収剤に吸収されるために、排気ガス中のＳＯ_ＸによるＳ被毒は、触媒装置７０又はパティキュレートフィルタ７０’の排気上流側部分だけとなる。本実施例のように、パティキュレートフィルタ７０’の排気上流側と排気下流側とが時折逆転される場合には、パティキュレートフィルタ７０’の両端部がＳ被毒することとなるが、それでもパティキュレートフィルタ７０’の全体がＳ被毒することはない。
【００７１】
このような部分的なＳ被毒の場合には、触媒装置７０又はパティキュレートフィルタ７０’において、Ｓ被毒した部分だけを高温にすれば良く、この回復処理に必要なエネルギはそれほど多量とはならず、また、加熱時間も短くすることができ、ＮＯ_Ｘ吸収剤及び貴金属触媒が熱劣化することもない。それにより、比較的容易に回復処理を実施することができるが、それでも回復処理はあまり好ましいものではない。
【００７２】
本実施例では、排気管１８’の噴射弁１０９より上流側には、パティキュレートフィルタ７０’へ流入する以前に排気ガス中のＳＯ_Ｘを捕集するＳＯ_Ｘ捕集装置７４が設けられている。ＳＯ_Ｘ捕集装置７４は、ＮＯ_Ｘ吸収剤を担持させたものでも良いが、ＮＯ_Ｘ吸収剤よりもＳＯ_Ｘを吸収し易い物質を担持させることが好ましい。こうして、排気ガス中のＳＯ_Ｘは、ＳＯ_Ｘ捕集装置によって捕集され、パティキュレートフィルタ７０’をＳ被毒させることはない。このようなＳＯ_Ｘ捕集装置を図２において触媒装置７０及び噴射弁１０９の上流側へ配置するようにしても良い。こうして排気ガス中のＳＯ_Ｘを捕集するためのＳＯ_Ｘ捕集装置が設けられている場合には、再生処理に際して、触媒装置７０又はパティキュレートフィルタ７０’へ噴射弁１０９によって低硫黄成分燃料を供給することにより、触媒装置７０又はパティキュレートフィルタ７０’のＳ被毒をほぼ完全に防止することができる。
【００７３】
しかしながら、どのようなＳＯ_Ｘ捕集装置であっても、無限にＳＯ_Ｘを捕集することはできず、ＳＯ_Ｘを放出させることが必要となる。こうして放出されたＳＯ_Ｘがパティキュレートフィルタ７０’へ流入したのでは意味がなく、このＳＯ_Ｘ放出時には、弁体７１ａを図１１に示す開放位置として、排気ガスがパティキュレートフィルタ７０’へ流入しないようにバイパスさせることが必要である。
【００７４】
こうして、上流側にＳＯ_Ｘ捕集装置７４を設ける場合には、排気ガスがパティキュレートフィルタ７０’又は触媒装置７０をバイパスすることを可能とするバイパス手段を設けることが必要となるが、本実施例におけるバイパス手段は、パティキュレートフィルタへのパティキュレートの堆積を防止するための逆転手段と一体とされているために、車両搭載性及びコスト低減に有利である。
【００７５】
本発明は、排気ガス中に比較的多くのＮＯ_Ｘが含まれる希薄燃焼を実施するガソリンエンジンにも適用可能である。
【００７６】
【発明の効果】
このように、本発明による内燃機関の排気浄化装置は、近傍雰囲気がリーン空燃比の時にＮＯ_Ｘを吸収し、理論空燃比又はリッチ空燃比の時にＮＯ_Ｘを放出するＮＯ_Ｘ触媒を担持した触媒装置と、触媒装置の再生処理のために前記触媒装置へ燃料を供給する燃料供給装置とを具備する内燃機関の排気浄化装置において、燃料供給装置は、燃料タンク内の燃料から低硫黄成分燃料を分離して触媒装置へ供給するようになっているために、再生処理に際して触媒装置の全体的なＳ被毒を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による排気浄化装置を備えるディーゼルエンジンの概略縦断面図である。
【図２】本発明による排気浄化装置を示す平面図である。
【図３】燃料タンク内の燃料における沸点毎の成分の含有率を示すグラフである。
【図４】燃料分離装置の概略図である。
【図５】燃料分離装置における加熱手段を示す概略図である。
【図６】燃料分離装置のもう一つの加熱手段を示す概略図である。
【図７】燃料加熱手段と組み合わせて使用される減圧沸騰装置を示す概略図である。
【図８】燃料タンク内の燃料における沸点毎の成分の含有率を示すもう一つのグラフである。
【図９】本発明によるもう一つの排気浄化装置を示す平面図である。
【図１０】弁体の図９とは異なるもう一つの遮断位置を示す図である。
【図１１】弁体の開放位置を示す図である。
【図１２】酸化除去可能微粒子量とパティキュレートフィルタの温度との関係を示す図である。
【図１３】パティキュレートフィルタの隔壁の拡大断面図である。
【符号の説明】
７０…触媒装置
７０’…パティキュレートフィルタ
１００…燃料供給装置

Claims

近傍雰囲気がリーン空燃比の時にＮＯ_Ｘを吸収し、理論空燃比又はリッチ空燃比の時にＮＯ_Ｘを放出するＮＯ_Ｘ触媒を担持した触媒装置と、前記触媒装置の再生処理のために前記触媒装置へ燃料を供給する燃料供給装置とを具備する内燃機関の排気浄化装置において、前記燃料供給装置は、燃料タンク内の燃料から低硫黄成分燃料を分離して前記触媒装置へ供給することを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
前記燃料供給装置は、前記燃料タンク内の燃料を分離膜によって高硫黄成分燃料としての芳香族化合物と前記低硫黄成分燃料とに分離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浄化装置。
前記燃料供給装置は、前記燃料タンク内の燃料を冷却して高硫黄成分燃料としての低沸点成分燃料と前記低硫黄成分燃料としての高沸点ノルマルパラフィンとに分離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浄化装置。
前記燃料供給装置は、冷却によってワックス析出した前記低硫黄成分燃料を加熱して低沸点側成分と高沸点側成分とに分離して前記低硫黄成分燃料の前記低沸点側成分だけを前記触媒装置へ供給することを特徴とする請求項３に記載の内燃機関の排気浄化装置。
前記燃料タンク内の燃料として、通常燃料へ前記通常燃料の沸点温度範囲より高い沸点又は前記沸点温度範囲内の高沸点側と同じ沸点を有する低硫黄成分燃料が加えられており、前記燃料供給装置は、前記燃料タンク内の燃料を冷却して前記低硫黄成分燃料を分離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浄化装置。
前記燃料タンク内の燃料として、通常燃料へ前記通常燃料の沸点温度範囲より低い沸点又は前記沸点温度範囲内の低沸点側と同じ沸点を有する低硫黄成分燃料が加えられており、前記燃料供給装置は、前記燃料タンク内の燃料を蒸留して前記低硫黄成分燃料を分離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浄化装置。
電気ヒータを利用して前記燃料タンク内の燃料を蒸留することを特徴とする請求項６に記載の内燃機関の排気浄化装置。
排気ガス温度又は気筒内燃焼温度を利用して前記燃料タンク内の燃料を蒸留することを特徴とする請求項６に記載の内燃機関の排気浄化装置。
機関冷却水温度を利用して前記燃料タンク内の燃料を蒸留することを特徴とする請求項６に記載の内燃機関の排気浄化装置。
前記触媒装置の排気上流側に配置されて排気ガス中のＳＯ_Ｘを捕集するためのＳＯ_Ｘ捕集装置と、前記ＳＯ_Ｘ捕集装置からＳＯ_Ｘを放出させる時には排気ガスが前記触媒装置をバイパスさせるようにするバイパス手段とを具備することを特徴とする請求項１から９のいずれかに記載の内燃機関の排気浄化装置。
前記触媒装置はパティキュレートフィルタであり、前記バイパス手段は、前記パティキュレートフィルタの排気上流側と排気下流側とを逆転することを可能とする逆転手段と一体に形成されていることを特徴とする請求項１０に記載の内燃機関の排気浄化装置。