JP2017122424A - 排気浄化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電気エネルギの消費を抑制しつつ、改質触媒を加熱することができる排気浄化装置を提供する。【解決手段】還元剤添加装置は、改質触媒３３の発熱部４１が改質前添加剤である燃料のＨＣと反応して発熱するので、改質触媒３３の改質部４２を発熱部４１の発熱によって加熱することができる。これによって改質部４２を昇温することができる。このような昇温は酸化という化学反応によるので、外部から電気エネルギを供給する必要がない。そして昇温した改質部４２は燃料のＨＣを改質することができるので、燃料を改質して還元剤を生成することができる。【選択図】図３

Description

本発明は、内燃機関の排気を浄化する排気浄化装置に関する。

排気浄化装置は、内燃機関からの排気を浄化するため、排気に含まれたＮＯｘを吸着する吸着触媒を有している。また排気浄化装置は、燃料を改質して改質燃料を生成する燃料改質装置を有している。改質燃料は、吸着触媒にてＮＯｘの還元に用いられる還元剤である。燃料改質装置は、排気通路を通じて吸着触媒に還元剤を供給する。

このような還元剤は、改質前の還元剤を改質触媒にて改質させて生成される。還元剤を生成するとき、改質触媒が改質可能な温度まで昇温されている必要がある。改質触媒を昇温させる技術として、特許文献１が開示されている。

特許文献１では、排気ではなく、内燃機関に燃料を供給するときに燃料を触媒にて改質している。特許文献１の触媒には電気ヒータが設けられており、電気ヒータによって触媒が加熱される。これによって触媒での改質が促進されている。

特開２００１−２４８５０６号公報

前述の特許文献１では、触媒を昇温するために電気ヒータを用いているので、常に電気エネルギが必要となる。

そこで、本発明は前述の問題点を鑑みてなされたものであり、電気エネルギの消費を抑制しつつ、改質触媒を加熱することができる排気浄化装置を提供することを目的とする。

本発明は前述の目的を達成するために以下の技術的手段を採用する。

本発明は、内燃機関の排気通路に対して、改質前の改質前添加剤を添加する添加部と、排気通路に設けられ、添加部から添加された改質前添加剤を改質して還元剤を生成する改質触媒と、排気通路に設けられ、改質触媒によって生成された還元剤を用いて、排気中の窒素酸化物を浄化する浄化触媒と、を含み、改質触媒は、改質前添加剤と反応して発熱する発熱機能を有する発熱部と、改質前添加剤を改質して還元剤を生成する改質部と、を有する排気浄化装置である。

このような本発明に従えば、改質触媒の発熱部が改質前添加剤と反応して発熱するので、改質触媒の改質部を発熱部の発熱によって加熱することができる。これによって改質部を昇温することができる。このような昇温は酸化という化学反応によるので、外部から電気エネルギを供給する必要がない。そして昇温した改質部は改質前添加剤を改質することができるので、改質前添加剤を改質して還元剤を生成することができる。これによって浄化触媒にて、還元剤を用いて排気中の窒素酸化物を浄化することができる。

なお、前述の各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。

第１実施形態における燃焼システムの構成を示す図である。 改質触媒３３を示す斜視図である。 改質触媒３３における反応を説明するための図である。 改質触媒３３の第２実施例を示す斜視図である。 改質触媒３３の第３実施例を示す斜視図である。 改質触媒３３の第４実施例を示す斜視図である。 第２実施形態における改質触媒３３２を示す斜視図である。 改質触媒３３２の他の例を示す斜視図である。 第３実施形態における燃焼システムの構成を示す図である。 第４実施形態における燃焼システムの構成を示す図である。 燃焼システムの他の第１構成を示す図である。 燃焼システムの他の第２構成を示す図である。 燃焼システムの他の第３構成を示す図である。

以下、図面を参照しながら本発明を実施するための形態を、複数の形態を用いて説明する。各実施形態で先行する実施形態で説明している事項に対応している部分には同一の参照符を付すか、または先行の参照符号に一文字追加し、重複する説明を略する場合がある。また各実施形態にて構成の一部を説明している場合、構成の他の部分は、先行して説明している実施形態と同様とする。各実施形態で具体的に説明している部分の組合せばかりではなく、特に組合せに支障が生じなければ、実施形態同士を部分的に組合せることも可能である。

（第１実施形態）
本発明の第１実施形態に関して、図１〜図６を用いて説明する。図１に示す燃焼システム１０は、内燃機関であるエンジン１１、過給機１２、ＮＯｘ浄化装置１３および還元剤添加装置１４を備える。燃焼システム１０は、車両に搭載されたものである。車両は、エンジン１１の出力を駆動源として走行する。エンジン１１は、圧縮自着火式のディーゼルエンジンである。燃焼に用いる燃料には、炭化水素化合物である軽油を用いている。エンジン１１は、基本的にはリーン状態で燃焼させるように作動する。つまり、燃焼室に噴射された燃料と燃焼室に吸入される空気との比率である空燃比が、空気過剰に設定された状態で燃焼、つまりリーン燃焼させている。

過給機１２は、タービン回転軸２１およびコンプレッサ２２を備える。タービン２３は、エンジン１１の排気通路に配置され、排気の運動エネルギにより回転する。タービン回転軸２１は、タービン２３およびコンプレッサ２２の各インペラを結合することで、タービン２３の回転力をコンプレッサ２２に伝達する。コンプレッサ２２は、エンジン１１の吸気通路に配置され、吸気を圧縮してエンジン１１へ過給する。

吸気通路１５のうちコンプレッサ２２の下流側には、図示しない冷却器が配置されている。冷却器は、コンプレッサ２２で圧縮された吸気である加圧空気を冷却する。冷却器により冷却された圧縮吸気は、図示しないスロットルバルブにより流量調整され、エンジン１１が有する複数の燃焼室へ分配される。排気通路１６のうちタービン２３の下流側にはＮＯｘ浄化装置１３が配置され、さらにその下流側には図示しない微粒子捕集装置（以下、ＤＰＦ）が配置されている。ＤＰＦは、排気に含まれている微粒子を捕集する。

排気通路１６のうちＮＯｘ浄化装置１３の上流側には、還元剤添加装置１４のバイパス通路３１が接続されている。このバイパス通路３１から排気通路１６へ、還元剤添加装置１４により生成された改質燃料が還元剤として添加される。改質燃料とは、還元剤として用いる炭化水素化合物（燃料）を部分的に酸化して、アルデヒド、オレフィン、水素、ＣＯ等を含むの部分酸化炭化水素に改質したものである。

ＮＯｘ浄化装置１３は、排気通路１６に設けられ、改質触媒によって生成された還元剤を用いて、排気中の窒素酸化物を浄化する浄化触媒を有する。ＮＯｘ浄化装置１３は、浄化触媒として、たとえばＮＯｘ吸蔵還元触媒（ＬＮＴ:Lean NOx Trap）を用いて排気を浄化する。具体的には、ＬＮＴは、リーン雰囲気時に吸蔵材によって排気中のＮＯｘを吸蔵する。そしてＮＯｘの吸蔵量が十分な量となったら、例えばアルデヒドおよび活性ＨＣを還元剤としてＮＯｘをＮ_２（窒素分子）に還元、浄化する。ここで示すアルデヒドはアルデヒド基をもつ炭化水素を示し、活性ＨＣとは２重、３重結合を持つ不飽和炭化水素を示す。このようにＮＯｘ浄化装置１３および還元剤添加装置１４によって、排気が浄化される。したがってＮＯｘ浄化装置１３および還元剤添加装置１４は、排気浄化装置として機能する。

ＮＯｘ浄化装置１３は、ハウジング内にハニカム状の担体を収容して構成される。担体の表面にはコーティング材が設けられており、そのコーティング材にはＮＯｘ吸着材と還元触媒が担持されている。吸着剤としてはアルカリ土類金属であるＫ、Ｌｉ、Ｂａ等であり、還元触媒としてはＰｔ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｉｒなどの白金族であることが望ましい。さらに、この還元触媒は、ＮＯｘ吸着機能に加えて活性酸素を吸着する機能も有している。

次に、改質燃料を生成してバイパス通路３１から排気通路１６へ添加する還元剤添加装置１４について説明する。還元剤添加装置１４は、バイパス通路３１、噴射弁３２および改質触媒３３を備える。バイパス通路３１は、図１に示すように、排気通路１６の分岐部３４から分岐し、分岐部３４の下流側に位置する排気通路１６の合流部３５で合流する通路である。したがってバイパス通路３１には、排気通路１６を流れる排気の一部が流入する。改質触媒３３および噴射弁３２は、バイパス通路３１に設けられている。

噴射弁３２は、バイパス通路３１に対して、改質前の改質前添加剤である燃料を添加する添加部として機能する。噴射弁３２は、図示は省略するが、噴孔が形成されたボデー、電気アクチュエータおよび弁体を有する。電気アクチュエータを通電オンさせると、弁体が開弁作動して噴孔からバイパス通路３１へ燃料が噴射され、通電オフさせると弁体が閉弁作動して燃料噴射が停止される。したがって電気アクチュエータへの通電を制御することで、バイパス通路３１への単位時間当たりの燃料噴射量を制御する。図示しない燃料タンク内の液体燃料は、図示しない燃料ポンプにより噴射弁３２へ供給される。燃料タンク内の燃料は、先述した燃焼用の燃料としても用いられており、エンジン１１の燃焼に用いる燃料と、還元剤として用いる燃料は共用される。噴射弁３２からバイパス通路３１へ噴射された燃料は、排気とともに改質触媒３３に衝突する。

改質触媒３３は、噴射弁３２から添加された燃料を改質して還元剤を生成する。改質触媒３３は、図２に示すように、燃料と反応して発熱する発熱機能を有する発熱部４１と、燃料を改質して還元剤を生成する改質部４２とを有する。また発熱部４１および改質部４２は、排気の流れ方向に延びて設けられ、流れ方向に垂直な交差方向で分かれている。さらに発熱部４１の少なくとも一部は、交差方向に関して、改質触媒３３の内側であり、かつ改質触媒３３において流れ方向の上流側の端部に位置している。具体的には、改質触媒３３は、全体の形状として円柱状である。そして発熱部４１も同様に円柱状であり、改質触媒３３と同軸に配置される。発熱部４１は、改質触媒３３全体よりも直径および長さが小さい。そして上流側の端部は、改質部４２と面一となるように配置されている。換言すると、発熱部４１の外周が改質触媒３３の内側であり、かつ上流側に位置し、発熱部４１の周囲に改質部４２が配置されている。

発熱部４１は、燃料のＨＣと酸化して発熱し、発熱部４１及び改質部４２の温度を上昇させる。発熱部４１は、改質触媒３３の一部に酸化触媒をコーティングすることによって形成される。発熱部４１にコートする酸化触媒は、たとえばＰｄ、Ｐｔ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｉｒ、Ｃｅの少なくとも一つであり、低温にて燃料の酸化反応を促すことができる触媒である。改質触媒３３の担体は、たとえばメタルハニカムで構成されている。したがってメタルハニカムの一部を酸化触媒でコーティングすると、コーティングされた部分が発熱部４１として機能する。

またメタルハニカムの他の部分は、改質触媒でコートされて改質部４２となる。改質部４２をコートする改質触媒は、燃料分解を促進できる酸点を有し、さらに分解燃料に酸素を付着させ、部分酸化を促す程度の酸化力を有する。

改質触媒３３の下流側であって、バイパス通路３１には、排気絞り弁３６が設けられている。排気絞り弁３６は、バイパス通路３１を通過する排気の流量を調整する調整部である。排気絞り弁３６は、たとえば片持ちドアおよびバタフライドアによって構成され、ドアが角変位することによってバイパス通路３１を開閉する。また排気絞り弁３６は、改質触媒３３の上流側に設けてもよい。

次に、改質触媒３３における改質反応について、図３を用いてさらに説明する。燃料のＨＣは、発熱部４１で完全燃焼し、ＨＣの一部もしくは大部分が二酸化炭素と水となる。そして発熱部４１の下流側の仮想線で示す領域は、発熱部４１での酸素が反応しているので、酸素が少ない酸素レスの状態となる。これによって酸素レス領域５２では、改質部４２によって、残留ＨＣの熱分解反応が促進されて活性ＨＣが多く生成される。活性ＨＣは、高温になると熱分解が促進されるので、生成が促進される。また発熱部４１の周囲の領域は、酸素が多い酸素過多の状態となる。酸素過多領域５３では、改質部４２によって酸化反応が促進されてアルデヒド（Ｒ−ＣＨＯ）が多く生成される。アルデヒドは、酸素濃度が多くなると、活性ＨＣよりも生成が促進される。したがって空気過剰率、温度および反応時間を管理して、ＣＯ、活性ＨＣおよびアルデヒドの生成量を調整することができる。

次に、計算ソフトCHEMKIN_PRO、LLNL-HC燃焼モデルを用いて実施した計算に基づき、３つの領域の検討結果について説明する。発熱部４１が配置されている発熱領域５１では、改質触媒３３の温度が６００℃、酸素濃度２０ｖｏｌ％および軽油０．５ｖｏｌ％とすると、軽油が完全燃焼して二酸化炭素と水となる。発熱部４１の下流側の酸素レス領域５２では、改質触媒３３の温度が３２７℃、酸素濃度５ｖｏｌ％および軽油０．５ｖｏｌ％とすると、活性ＨＣが６０ｖｏｌ％、アルデヒドが１５ｖｏｌ％生成され、全体の７５ｖｏｌ％が改質される。発熱部４１の周囲の酸素過多領域５３では、改質触媒３３の温度が３２７℃、酸素濃度１５ｖｏｌ％および軽油０．５ｖｏｌ％とすると、活性ＨＣが５０ｖｏｌ％、アルデヒドが２０ｖｏｌ％生成され、全体の７０ｖｏｌ％が改質される。

改質部４２では、全体の７５ｖｏｌ％または７０ｖｏｌ％が改質されており、１００ｖｏｌ％の改質がなされていない。しかしアルデヒドおよび活性ＨＣの合計が３０ｖｏｌ％以上生成されていれば、還元剤として必要な量を満足することと発明者らは別試験にて検証している。換言すると、たとえばアルデヒドおよび活性ＨＣが８０ｖｏｌ％生成されても、還元剤としての効果は、アルデヒドおよび活性ＨＣが３０ｖｏｌ％の場合とあまり変わらず目標性能を満足できる。

さらに模擬ガスによる測定結果について説明する。改質触媒３３に、燃料を４００℃、空気過剰率λを４．２の燃料を供給すると、発熱領域５１では、完全燃焼して温度が６５７℃に上昇する。そして二酸化炭素が７０ｖｏｌ％、一酸化炭素が２０ｖｏｌ％生成される。

酸素レス領域５２では、発熱部４１の温度上昇によって温度が５５０℃まで上昇する。そして酸素レス領域５２では、λが１．８となり、アルデヒドが２．４ｖｏｌ％、活性ＨＣが１９．７ｖｏｌ％生成される。アルデヒドには、ＨＣＨＯおよびＣＨ_３ＨＣＯが含まれる。また活性ＨＣには、ＨとＣとの二重結合Ｃ＝Ｈとして、Ｃ_２Ｈ_４、Ｃ_３Ｈ_６、Ｃ_４Ｈ_６が含まれる。

酸素過多領域５３では、発熱部４１の温度上昇によって温度が４２０℃まで上昇する。そして酸素過多領域５３では、λが４．２となり、アルデヒドが４．２ｖｏｌ％、活性ＨＣが５．２ｖｏｌ％生成される。

したがって模擬ガスによる測定結果では、計算モデルでの計算結果と同じように、酸素レス領域５２で活性ＨＣが多く生成され、酸素過多領域５３でアルデヒドが多く生成される。したがって発熱部４１の発熱によって酸素レス領域５２および酸素過多領域５３での温度上昇ができ、改質部４２によってアルデヒドおよび活性ＨＣを生成して、還元剤を生成することができる。

以上説明したように本実施形態の還元剤添加装置１４は、改質触媒３３の発熱部４１が改質前添加剤である燃料のＨＣと反応して発熱するので、改質触媒３３の改質部４２を発熱部４１の発熱によって加熱することができる。これによって改質部４２を昇温することができる。このような昇温は酸化という化学反応によるので、外部から電気エネルギを供給する必要がない。そして昇温した改質部４２は燃料のＨＣを改質することができるので、燃料を改質して還元剤を生成することができる。これによって浄化触媒にて、還元剤を用いて排気中の窒素酸化物を還元剤使用料を抑えてかつ高効率で浄化することができる。

また本実施形態では、発熱部４１および改質部４２は、排気の流れ方向に延在し、流れ方向に垂直な交差方向で分かれている。さらに発熱部４１の一部は、交差方向に関して、改質触媒３３の内側であり、かつ改質触媒３３の流れ方向の上流側の端部に位置している。このような構成によって、燃料が上流側から添加されると、上流側の端部に位置している発熱部４１と反応する。これによって改質部４２を素早く昇温することができる。また改質触媒３３の内部に発熱部４１が配置されるので、発熱した熱量を外方に逃がすことなく、改質触媒３３の内部から効率よく加熱することができる。さらに発熱部４１の周囲の酸素過多領域５３と、発熱部４１の下流側に位置する酸素レス領域５２とに分けられ、それぞれ異なる酸素濃度となる。したがって異なる改質反応によって、アルデヒドおよび活性ＨＣを生成することができる。

さらに本実施形態では、改質触媒３３の担体は、メタルハニカムで構成されている。メタルハニカムは、熱伝導性に優れる。これによって発熱部４１による発熱を改質部４２に効率よく伝熱することができる。したがって改質触媒３３全体を発熱部４１によって効率よく昇温することができる。

またメタルハニカムの外周に、断熱材を配置してもよい。断熱材を配置することによって、効率よく昇温が可能である。断熱材は、たとえばセラミックおよびガラス系の材料が選択される。またメタルハニカムをバイパス通路３１の中心に宙吊りにして、メタルハニカム外側に排気が通過するガス空間を設けてもよい。このようにメタルハニカムを配置することによって、メタルハニカムの外周とバイパス通路３１の内壁との間の間隔が、排気が通過するガス空間となり、ガス空間によって断熱することができる。

また本実施形態では、改質触媒３３は、排気通路１６を流れる排気が流入する通路であって、排気通路１６の分岐部３４から分岐し、分岐部３４の下流側に位置する排気通路１６の合流部３５で合流するバイパス通路３１に設けられている。バイパス通路３１には排気の一部しか流れないので、バイパス通路３１では排気の温度変化の影響を受けにくい。これによって発熱部４１の性能を安定させることができ、安定して改質部４２を昇温させることができる。

さらに本実施形態では、バイパス通路３１の後段に排気絞り弁３６が設けられている。排気絞り弁３６により改質触媒３３及びバイパス通路３１へ供給される排気量を制御することで発熱部４１の性能を安定化させることができる。またバイパス通路３１へ供給される排気量を制御することで、改質触媒３３での改質反応を制御および促進することができる。

また本実施形態では、第１実施例として発熱部４１は改質触媒３３の中心の上流側に設けられているが、このような構成に限るものではない。たとえば発熱部４１は、図４に示す第２実施例のように、上流側の外周にも配置してもよい。これによって酸素過多領域５３と酸素レス領域５２との割合を変更し、さらに昇温する部分も多くなるので、上昇温度を大きくすることができる。これによってアルデヒドおよび活性ＨＣの生成量を調整することができる。

また発熱部４１は、図５に示す第３実施例のように、改質触媒３３の中心の流れ方向の全域にわたって設けてもよい。これによって酸素レス領域５２を無くして、酸素過多領域５３によってアルデヒドの生成を活性ＨＣの生成よりも促進することができる。これによって、同様に、アルデヒドおよび活性ＨＣの生成量を調整することができる。

また図６に示す第４実施例のように、発熱部４１を電気で加熱する加熱機構６１を有していてもよい。加熱機構６１は、電気によって発熱する構成、たとえば電気ヒータ、および導電性の担体に触媒を担持し触媒を通電する電気加熱触媒、セラミック発熱体に電気を流すグロープラグ等によって実現される。加熱機構６１は、発熱部４１での発熱量を補うことができる。加熱機構６１による加熱量を制御することによって、発熱部４１を所定の温度にすることができる。これによって改質部４２の温度上昇を促進することができる。一般的に改質部４２の温度が２００℃程度以下の低温の場合、燃料の酸化反応は起こりにくく、発熱もおこらない。そこで加熱機構６１により改質部４２の温度を燃料酸化できる所定の温度まで上昇させ、ここに燃料を供給することで燃料の酸化反応を促し、ＨＣの改質を促進することができる。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態に関して、図７および図８を用いて説明する。本実施形態では、発熱部４１２の形状が異なる点に特徴を有する。図７に示すように、発熱部４１２および改質部４２２は、排気の流れ方向で分かれて配置されている。さらに発熱部４１２は、改質部４２２よりも流れ方向の上流側に位置している。したがって発熱部４１２を通過した燃料が改質部４２２を流れることになる。

したがって改質部４２２の上流側は高温となり、下流に向かうにつれて低温となる。また改質部４２２の上流側は、酸素過多の領域となり、下流に向かうにつれて酸素濃度が低くなる。これによって改質部４２２の上流側は、高温であり酸素過多となるので、アルデヒドが多く生成される。また改質部４２２の下流側は、低温となり酸素レスとなるので、上流よりも活性ＨＣが多く生成される。

このような発熱部４１２の形状であっても、前述の第１実施形態と同様に、アルデヒドおよび活性ＨＣを生成することができる。また発熱部４１２の厚みを調整することによって、アルデヒドおよび活性ＨＣの生成量を調整することができる。

また図８に示すように、前述の第１実施形態と同様に、発熱部４１２を加熱する加熱機構６１を有していてもよい。加熱機構６１による加熱量を制御することによって、発熱部４１２を所定の温度にすることができ、改質部４２２によるＨＣの改質を促進することができる。

（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態に関して、図９を用いて説明する。本実施形態では、改質触媒３３３の配置位置が異なる点に特徴を有する。図９に示すように、改質触媒３３３は、バイパス通路３１でなく排気通路１６に設けられる。噴射弁３２３は、排気通路１６に設けられ、改質触媒３３３の上流側に位置している。噴射弁３２３は、排気通路１６の上流側に向かって燃料を噴射する。これによって噴射された燃料が、排気とより混合させ、燃料の気化を促進することができる。

これによって改質触媒３３３に噴射弁３２３から燃料を添加することができる。そして改質触媒３３３は、燃料を改質してＮＯｘ浄化装置１３に供給することができる。このような構成であると、排気通路１６に改質触媒３３３と噴射弁３２３を設ければよいので、構成が簡単である。

（第４実施形態）
次に、本発明の第４実施形態に関して、図１０〜図１３を用いて説明する。本実施形態では、改質触媒３３にさらにオゾンを供給する点に特徴を有する。

燃焼システム１０は、バイパス通路３１において改質触媒３３の上流側にオゾンを供給するオゾン供給装置７１をさらに有している。オゾン供給装置７１から改質触媒３３にオゾンが供給された場合、オゾンにより排気中のＮＯがＮＯ_２に酸化され、ＮＯ_２の割合が増加する。オゾン供給装置７１は、バイパス通路３１にオゾンを供給する供給状態と、オゾンを供給しない停止状態とに移行可能になっている。なお、オゾンが排気を酸化させる酸化剤に相当し、オゾン供給装置７１が酸化剤添加部に相当する。また、ＮＯｘとしては、ＮＯ、ＮＯ_２の他にもＮＯ_３等がある。

オゾン供給装置７１は、バイパス通路３１に接続されたオゾン通路７２と、オゾン生成器７３と、エアポンプ７４と、排気の逆流を遮断する排気遮断弁７５と、オゾン通路７２の圧力を検出する圧力センサ７６と、添加ノズル７７とを有している。

オゾン通路７２においては、その上流端にエアポンプ７４が設けられており、エアポンプ７４とバイパス通路３１との間にオゾン生成器７３が設けられている。エアポンプ７４は、オゾン通路７２を通じてオゾン生成器７３に空気を送る。エアポンプ７４は、空気を送る装置である。エアポンプ７４は、遠心式のエアポンプであり、電動モータにより駆動されるインペラをケース内に収容して構成される。

オゾン生成器７３は、オゾンを生成する。オゾン生成器７３は、その内部に流通路を形成するハウジングを備え、流通路には複数の電極が配置されている。これらの電極は、互いに平行に対向するように配置された平板形状であり、高電圧が印加される電極と接地電圧の電極とが交互に配置されている。オゾン生成器７３のハウジングには、エアポンプ７４により送風された空気が流入する。この空気は、ハウジング内の流通路に流入し、電極間の通路である電極間通路を流通する。

オゾン生成器７３の電極へ通電すると、電極から放出された電子が、電極間通路の空気中に含まれる酸素分子に衝突する。すると、酸素分子からオゾンが生成される。つまり、オゾン生成器７３は、放電により酸素分子をプラズマ状態にしてオゾンを生成する。したがって、オゾン生成器７３への通電時には、オゾン生成器７３から排気通路１６に向けて流れる空気にオゾンが含まれる。なお、オゾン生成器７３はオゾン生成部やオゾナイザと称することもできる。

排気遮断弁７５は、オゾン通路７２における排気の逆流を遮断する。排気遮断弁７５は、電磁駆動式の開閉弁であり、オゾン通路７２においてオゾン生成器７３と排気通路１６との間に設けられている。

圧力センサ７６は、オゾン通路７２の内部圧力を通路圧力として検出する。圧力センサ７６は、オゾン通路７２の下流通路部においてオゾン生成器７３と排気遮断弁７５との間に設けられている。

添加ノズル７７は、バイパス通路３１の排気にオゾンを添加する。添加ノズル７７は、オゾン通路７２の下流端に取り付けられており、バイパス通路３１において改質触媒３３の上流側に配置されている。添加ノズル７７からオゾンが噴射された場合、改質触媒３３に到達する排気中のＮＯｘがオゾンにより酸化されやすくなる。オゾンにより酸化されたＮＯｘとしては、ＮＯが酸化されたＮＯ_２や、ＮＯ_２が酸化されたＮＯ_３などが挙げられる。

オゾン供給装置７１の電気的な構成について簡単に説明する。オゾン供給装置７１は、制御装置としてのコントローラ７８を有している。コントローラ７８には、オゾン生成器７３、エアポンプ７４、排気遮断弁７５および圧力センサ７６が接続されている。コントローラ７８は、圧力センサ７６の検出結果やエンジン回転数などに基づいてバイパス通路３１へのオゾンの供給量を調整する処理を行う。この処理においては、オゾン生成器７３やエアポンプ７４、排気遮断弁７５の動作制御がコントローラ７８により行われる。

このように本実施形態では、オゾンが改質触媒３３に供給される。これによって改質触媒３３における酸化反応および改質反応を促進することができる。また発熱部４１による発熱も促進することができる。これによって発熱部４１がより高温で発熱することができる。これによって改質部４２による改質を促進することができる。また改質触媒３３が低温であっても、オゾンによって改質部４２における改質反応を促進することができる。

また本実施形態では、バイパス通路３１に供給される酸化剤としてオゾンを用いたがオゾンに限るものではない。他の酸化剤として、たとえば過酸化水素水およびアルデヒドであってもよい。

また本実施形態では、オゾンをバイパス通路３１に供給しているが、オゾンをバイパス通路３１に供給する構成に限るものではなく、図１１〜図１３に示す第１構成から第３構成のように、排気通路１６にもオゾンを供給してもよい。

たとえば図１１に示すように、バイパス通路３１にオゾンを供給せずに、分岐部３４の下流側に添加ノズル７７を配置してもよい。これによって排気にオゾンが供給されるので、排気中のＮＯを酸化して、ＮＯｘ浄化装置１３での吸着量を増大することができる。

また図１２に示すように、分岐部３４の上流側に添加ノズル７７を配置してもよい。これによって排気中のＮＯを酸化して、改質触媒３３およびＮＯｘ浄化装置１３に供給することができる。したがって前述の図１０の構成および図１１の構成の両方の効果を奏することができる。

さらに図１３に示すように、バイパス通路３１および分岐部３４の下流側の両方に添加ノズル７７を配置してもよい。これによってバイパス通路３１および排気通路１６で必要なタイミングで必要な量のオゾンをそれぞれ供給することができる。これによってオゾンの供給量をより高精度に制御して、前述の図１２の構成と同様の作用および効果をすることができる。

（その他の実施形態）
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は前述した実施形態に何ら制限されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において種々変形して実施することが可能である。

前述の実施形態の構造は、あくまで例示であって、本発明の範囲はこれらの記載の範囲に限定されるものではない。本発明の範囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲の記載と均等の意味及び範囲内での全ての変更を含むものである。

前述の第１実施形態では、ＮＯｘ浄化装置１３は、ＮＯｘを吸蔵還元するＬＮＴによって実現されているが、ＬＮＴに限るものではなく、ＨＣ選択還元触媒を用いてもよい。ＨＣ選択還元触媒は、ＨＣＳＣＲ（Selectve Catalytic Reduction）と呼ばれ、ＮＯｘと選択的に還元剤を反応させてＮＯｘを浄化する。ＨＣＳＣＲの場合、ＮＯｘ浄化装置は、ハウジング内にハニカム状の担体を収容して構成される。担体の表面にはコーティング材が設けられており、そのコーティング材にはＮＯｘ吸着材と還元触媒が担持されている。吸着剤としては酸点を持つアルミナやゼオライトであり、他方アルカリ土類金属であるＫ、Ｌｉ、Ｂａでも良い。還元触媒としてはＡｇ、Ｃｕ、Ａｕ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｅなどの弱い酸化力を持った遷移金属の少なくとも１つもしくは複数とする。

還元反応が可能となる活性化温度よりも触媒温度が低い場合に、ＨＣＳＣＲは排気中のＮＯｘを吸着する機能を発揮する。還元反応が可能となる活性温度よりも低い場合に吸着されていたＮＯｘは、触媒温度が活性化温度以上になると還元機能により脱離および還元される。この場合、脱離したＮＯｘは改質燃料により還元されて浄化される。還元反応が可能となる活性温度よりも高い場合、排気ＮＯｘに対し等量以上の改質添加材を排気へ投入し、吸着されたＮＯｘは随時Ｎ２へ還元処理させる。

前述の第１実施形態では、還元剤添加装置１４から添加される添加剤は、燃料であるが燃料に限るものではなく、還元剤のための専用の添加剤であってもよい。

前述の第１実施形態では、燃焼システム１０はディーゼルエンジンに採用されているが、ディーゼルエンジンに限るものではない。たとえば直噴ガソリンエンジンであってもよい。

前述の第１実施形態では、車載の内燃機関から排出される排ガスを浄化する排構成であったが、車載の内燃機関に限らず、船舶、鉄道車両、および航空機等に搭載された内燃機関または外燃機関の排気ガスを浄化する排気浄化システムにも適用可能である。さらに、発電用に設置された内燃機関および燃機関の排ガスを浄化する排気浄化システムにも適用可能である。

１０…燃焼システム １１…エンジン（内燃機関）
１３…ＮＯｘ浄化装置（浄化触媒） １４…還元剤添加装置（添加部）
１６…排気通路 ３１…バイパス通路 ３２…噴射弁 ３３…改質触媒
３４…分岐部 ３５…合流部 ４１…発熱部 ４２…改質部 ５１…発熱領域
５２…酸素レス領域 ５３…酸素過多領域 ６１…加熱機構
７１…オゾン供給装置（酸化剤添加部） ７２…オゾン通路 ７３…オゾン生成器

Claims (10)

1. 内燃機関（１１）の排気通路（１６）に対して、改質前の改質前添加剤を添加する添加部（１４）と、
   前記排気通路に設けられ、前記添加部から添加された前記改質前添加剤を改質して還元剤を生成する改質触媒（３３）と、
   前記排気通路に設けられ、前記改質触媒によって生成された還元剤を用いて、排気中の窒素酸化物を浄化する浄化触媒と、を含み、
   前記改質触媒は、前記改質前添加剤と反応して発熱する発熱機能を有する発熱部（４１）と、前記改質前添加剤を改質して還元剤を生成する改質部（４２）と、を有する排気浄化装置。
2. 前記発熱部および前記改質部は、排気の流れ方向に延びるように設けられ、前記流れ方向に垂直な交差方向で分かれており、
   前記発熱部の少なくとも一部は、前記交差方向に関して、前記改質触媒の内側であり、かつ前記改質触媒において前記流れ方向の上流側の端部に位置している請求項１に記載の排気浄化装置。
3. 前記発熱部および前記改質部は、排気の流れ方向で分かれて配置されており、
   前記発熱部は、前記改質部よりも前記流れ方向の上流側に位置している請求項１または２に記載の排気浄化装置。
4. 前記改質触媒の担体は、メタルハニカムで構成されている請求項１〜３のいずれか１つに記載の排気浄化装置。
5. 前記改質触媒の担体は、前記排気通路の内壁から間隔をあけて設けられる請求項１〜４のいずれか１つに記載の排気浄化装置。
6. 前記発熱部を電気を用いて加熱する加熱機構（６１）をさらに有する請求項１〜５のいずれか１つに記載の排気浄化装置。
7. 前記改質触媒は、前記排気通路を流れる排気が流入する通路であって、前記排気通路の分岐部（３４）から分岐し、前記分岐部の下流側に位置する前記排気通路の合流部（３５）で合流するバイパス通路（３１）に設けられている請求項１〜６のいずれか１つに記載の排気浄化装置。
8. 前記バイパス通路に設けられ、前記バイパス通路を通過する排気量を調整する調整部（３６）をさらに含む請求項７に記載の排気浄化装置。
9. 前記排気通路に対して、酸化剤を添加する酸化剤添加部（７１）をさらに含む請求項１〜８のいずれか１つに記載の排気浄化装置。
10. 前記酸化剤は、オゾンであり、
    前記酸化剤添加部は、放電によりオゾンを生成する電極を有したオゾナイザである請求項９に記載の排気浄化装置。

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