JP4162238B2 - 排気浄化部材の再生方法及び排気浄化部材の再生装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関における排気浄化部材の再生方法及び排気浄化部材の再生装置に関し、特に、ディーゼルエンジンにおける排気浄化部材の効率的な再生方法及び排気浄化部材の再生装置に関する。

従来のディーゼルエンジン等の内燃機関には、その排気ガス中におけるディーゼル微粒子（ＰＭ）や他の化学物質を除去するために、ディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）やＮＯｘ吸蔵触媒（ＬＮＴ）に代表される排気浄化部材が設けられている。
しかしながら、かかる排気浄化部材による排気ガス処理を行なうと、ＤＰＦにおいては、時間の経過とともにＰＭ等によって目詰まりを起こすという問題がある。また、ＬＮＴにおいては、触媒の温度が活性化温度以下である場合には、ＮＯｘを十分に還元できないという問題がある。

このような問題に対し、ＤＰＦについては、補集されたＰＭ等を、所定時間ごとにフィルタから取り除き、フィルタを再生する必要がある。このようなＤＰＦの再生方式としては、電気ヒータによる加熱再生、及び燃焼バーナによる加熱再生等が典型的である。
しかしながら、電気ヒータによる加熱再生は、所定の供給電力を確保しなければならないという問題があり、また、熱の散逸が比較的大きく、熱伝導率の大きなフィルタ等には適していないという問題がある。それに対して、燃焼バーナによる加熱再生では、エネルギー変換効率が比較的高く、所定熱量を与えることができるとともに、比較的短時間でフィルタ等の再生ができるという利点がある。より具体的には、図６に示すように、ディーゼルエンジン（図示せず）の排気管２２４にバイパス２２０を設け、そこにアスピレータバーナ２００を取り付けたＤＰＦの加熱再生装置２５０を用いた加熱再生方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
また、別のＤＰＦの再生方法として、触媒バーナを用いた加熱再生方法が開示されている。より具体的には、図７（ａ）及び（ｂ）に示すように、ディーゼルエンジン（図示せず）と、粒子フィルタ３０６との間に、触媒式バーナ３０２を直列的に取り付けるとともに、ディーゼルエンジンと、触媒式バーナ３０２との間に、燃料調量装置３０４やヒータ３０８、あるいは酸化窒素−酸化ユニット３０５をさらに配置した加熱再生装置３００、３００´を用いた加熱再生方法が提案されている（例えば、特許文献２参照）。

一方、ＬＮＴについては、触媒の温度を活性化温度まで上昇させる必要がある。このようなＬＮＴの再生方式としては、燃焼バーナによる加熱再生、及び還元剤の噴射による再生等が提案されている。より具体的には、燃焼バーナによる加熱再生方法として、図５に示すように、空燃比の制御が容易で、かつ、ＨＣの排出量を低減すべく、外部から燃焼空気を供給して、二つのセラミックヒータ１０４、１１６を利用して、燃料を完全燃焼させる構造のバーナ１００を用いた加熱再生方法が提案されている（例えば、特許文献３参照）。
また、還元剤の噴射による再生方法として、図８に示すように、内燃機関（図示せず）の排気管４０６の下流に、ＮＯｘ吸蔵触媒４１０が配置されているとともに、このＮＯｘ吸蔵触媒４１０の前面の略全体に向けて、燃料等の還元剤４０４を噴霧供給するための還元剤供給ノズル４０２を設け、かつ、当該還元剤供給ノズル４０２を冷却するための冷却管４０１を備えるとともに、還元剤供給ノズル４０２が、車両の走行に伴って生じる走行風が当たる位置に設けてある排気浄化装置４００が提案されている（例えば、特許文献４参照）。
特開２００４−３４００号公報 （特許請求の範囲、図１〜２） 特表２００３−５３３６２６号公報 （特許請求の範囲、図１〜２） 実用新案登録第２５４５０７２号公報 （実用新案登録請求の範囲、図１〜２） 特開２００３−８３０５６号公報 （特許請求の範囲、図１）

しかしながら、特許文献１及び２にそれぞれ開示された燃焼バーナや触媒バーナを用いたＤＰＦの再生方法によれば、ＰＭ等を酸化（燃焼）させるためにＤＰＦを所定温度まで加熱するに際して、ディーゼルエンジン等から排出される排気ガスの流量や温度等の影響を直接的に受けるという問題が見られた。したがって、ディーゼルエンジン等の運転状態等を考慮して、排気ガスの流量を適正割合に分配しながら、バーナによる加熱条件を厳格に制御しなければならない一方、ＤＰＦの再生時期や再生条件等についても制限されるという問題が見られた。

また、特許文献３に開示されたＬＮＴの再生方法によれば、バーナにより、燃料を効率的に完全燃焼させて、ＬＮＴを加熱することのみ考慮しており、バーナを不完全燃焼させて、ＮＯｘの還元剤として、燃焼ガス中の一酸化炭素（ＣＯ）の含有量や、未燃燃料ガス（ＨＣあるいは燃料未燃成分）の含有量を所定範囲内の値に調整し、ＬＮＴを効率的に再生することなど全く考慮していなかった。
さらに、特許文献４に開示された還元剤供給ノズルを用いたＮＯｘ吸蔵触媒の再生方法では、冷却された還元剤によりＮＯｘ吸蔵触媒の再生を試みたものであり、ＬＮＴを迅速に活性化温度以上に、例えば、３００℃以上に加熱することは困難であって、ＬＮＴを効率的に再生することは困難であった。また、ＮＯｘ自体の還元剤としての一酸化炭素（ＣＯ）や未燃燃料ガス（ＨＣ）をＮＯｘ吸蔵触媒に供給することについては、何ら考慮されていなかった。

そこで、本発明の発明者らは、以上の問題を鋭意検討した結果、排気通路の所定箇所に配置されたバーナにおいて、あえて燃料を不完全燃焼させ、燃焼ガス中の一酸化炭素（ＣＯ）の含有量や、未燃燃料ガス（ＨＣ）の含有量を増加させた燃焼ガスを噴射させることにより、排気浄化部材を効率的に再生できることを見出し、本発明を完成させたものである。
すなわち、本発明の目的は、排気浄化部材の上流側であって、排気通路に連通する噴射出口を介して接続されたバーナにおいて、ディーゼルエンジン等の運転状態に対応させて、バーナでの空燃比（ラムダ値）が所定範囲内の値となるように、燃焼ガスを噴射させることにより、ディーゼルエンジン等がどのような運転状態にあっても、ディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）やＮＯｘ吸蔵触媒（ＬＮＴ）等の再生を効率的に行なうことができる排気浄化部材の再生方法及び再生装置をそれぞれ提供することである。

本発明によれば、内燃機関の排気通路中に備えられ、排気ガスを浄化するための排気浄化部材の再生方法であって、内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出手段と、排気浄化部材の上流側で、排気通路に連通する噴射出口を介して接続されたバーナと、を備え、当該バーナから、運転状態検出手段によって検出される内燃機関の運転状態に応じて、所定量の一酸化炭素（ＣＯ）及び未燃燃料ガス（ＨＣ）を含む燃焼ガスを噴射させることを特徴とする排気浄化部材の再生方法が提供され、上述した問題を解決することができる。
すなわち、排気浄化部材の上流側で、内燃機関とは独立的に、バーナを用いて不完全燃焼させて得られた、一酸化炭素（ＣＯ）や未燃燃料ガス（ＨＣ）を所定量含む高温の燃焼ガスを噴射させることにより、ディーゼルエンジン等がどのような運転状態にあっても、ディーゼルパティキュレートフィルタやＮＯｘ吸蔵触媒等の再生を効率的に行なうことができる排気浄化部材の再生方法を提供することができる。
なお、排気浄化部材として、ディーゼルパティキュレートフィルタやＮＯｘ吸蔵触媒等のいずれを再生する場合においても、バーナから吹き付ける燃焼ガスの温度だけでなく、燃焼ガス中の一酸化炭素（ＣＯ）や未燃燃料ガス（ＨＣ）の含有量も再生効率に対して影響することが判明している。

また、本発明の排気浄化部材の再生方法を実施するにあたり、バーナでの空燃比を０．１〜１．０未満の範囲内の値とすることが好ましい。
なお、バーナでの空燃比とは、バーナから噴射される燃焼ガスの空燃比の測定値、又は、バーナから噴射させる燃焼ガスの空燃比の設定値を意味し、以下、設定空燃比と称する場合がある。

また、本発明の排気浄化部材の再生方法を実施するにあたり、バーナにおける燃焼ガス中の一酸化炭素（ＣＯ）の含有量を０．００１〜１０ｖｏｌ％の範囲内の値とすることが好ましい。

また、本発明の排気浄化部材の再生方法を実施するにあたり、バーナにおける燃焼ガス中の未燃燃料ガス（ＨＣ）の含有量を０．０５〜５ｖｏｌ％の範囲内の値とすることが好ましい。

また、本発明の排気浄化部材の再生方法を実施するにあたり、バーナにおける燃焼ガスの温度を２５０〜１，２００℃の範囲内の値とすることが好ましい。

また、本発明の排気浄化部材の再生方法を実施するにあたり、排気浄化部材中に、ＮＯｘ吸蔵触媒、あるいは酸化触媒及びパティキュレートフィルタを含むことが好ましい。

また、本発明の別の態様は、内燃機関の排気通路中に備えられ、排気ガスを浄化するための排気浄化部材の再生装置であって、排気浄化部材の上流側で、排気通路に連通する噴射出口を介して接続され、内燃機関の運転状態に応じて、所定量の一酸化炭素（ＣＯ）及び未燃燃料ガス（ＨＣ）を含む燃焼ガスを噴射させるためのバーナを備え、バーナが、燃料を供給するためのインジェクタと、燃料に空気を混合するための第１の空気導入管と、供給された燃料を加熱して蒸発させるための燃料蒸発装置と、気化した燃料を拡散噴射させるためのオリフィスと、燃料の燃焼を補助するための空気を取り入れる第２の空気導入管と、噴射された燃料に着火して燃焼ガスとするための燃料点火装置と、当該燃焼ガスを噴射させるための噴射出口と、を含むことを特徴とする排気浄化部材の再生装置である。
すなわち、排気浄化部材の上流側で、内燃機関とは独立的に不完全燃焼させて得られた、一酸化炭素（ＣＯ）や未燃燃料ガス（ＨＣ）を含む燃焼ガスを噴射させるためのバーナを備えることにより、ディーゼルエンジン等がどのような運転状態にあっても、ディーゼルパティキュレートフィルタやＮＯｘ吸蔵触媒等の再生を効率的に行なうことができる排気浄化部材の再生装置を提供することができる。

また、本発明の排気浄化部材の再生装置を構成するにあたり、噴射出口と、排気浄化部材との間に、排気ガスにおける空燃比を測定するラムダセンサを備えることが好ましい。

すなわち、本発明の排気浄化部材の再生方法によれば、所定位置に備えたバーナから、内燃機関の運転状態に対応させて、空燃比が所定範囲内の値となるように燃焼ガスを噴射させることにより、未燃燃料ガスを発熱剤や、還元剤として有効利用することができる。したがって、ディーゼルエンジン等がどのような運転状態にあっても、排気浄化部材を独立的に所定温度に上昇させるとともに、ディーゼルパティキュレートフィルタ等に吸着したＰＭ等を効率的に酸化（燃焼）させたり、ＮＯｘ吸蔵触媒等においてＮＯｘを効率的に還元させたりすることができる。
よって、定期的に実施する場合はもちろんのこと、任意時期に実施した場合であっても、ＰＭ等が吸着したフィルタや、温度が低下したＮＯｘ吸蔵触媒等の再生を効率的に行なうことができる。

また、本発明の排気浄化部材の再生方法によれば、バーナでの空燃比を所定範囲内の値とすることにより、燃焼ガス中に含まれる一酸化炭素及び未燃燃料ガスの量を所定範囲に容易に制御することができる。したがって、ディーゼルパティキュレートフィルタやＮＯｘ吸蔵触媒等の再生をより効率的に行なうことができる。

また、本発明の排気浄化部材の再生方法によれば、バーナから吹き付ける燃焼ガス中の一酸化炭素（ＣＯ）の含有量を所定範囲内の値とすることにより、特にＮＯｘ吸蔵触媒等の再生を効率的に行なうことができる。すなわち、高温の燃焼ガスによって触媒の温度を上昇させるとともに、一酸化炭素（ＣＯ）を還元剤として有効利用し、ＮＯｘを還元して、外部に排出することができる。
なお、ディーゼルパティキュレートフィルタ等についても、高温の燃焼ガスとともに一酸化炭素（ＣＯ）を発熱剤として有効利用し、フィルタの上流側に配置された酸化触媒の温度を上昇させることができるため、フィルタに吸着したＰＭ等を効率的に酸化（燃焼）させることができる。

また、本発明の排気浄化部材の再生方法によれば、バーナから吹き付ける燃焼ガス中の未燃燃料ガス（ＨＣ）の含有量を所定範囲内の値とすることにより、特にディーゼルパティキュレートフィルタ等の再生を効率的に行なうことができる。すなわち、高温の燃焼ガスとともに未燃燃料ガス（ＨＣ）を発熱剤として有効利用し、フィルタの上流側に配置された酸化触媒の温度を上昇させることができるため、フィルタに吸着したＰＭ等を効率的に酸化（燃焼）させることができる。
なお、所定量の未燃燃料ガス（ＨＣ）は、ＮＯｘの還元剤として利用することもでき、ＮＯｘ吸蔵触媒等の再生についても効率的に行なうことができる。

また、本発明の排気浄化部材の再生方法によれば、バーナから吹き付ける燃焼ガスの温度を所定範囲内の値とすることにより、ディーゼルパティキュレートフィルタやＮＯｘ吸蔵触媒等の再生をより効率的に行なうことができる。

また、本発明の排気浄化部材の再生方法によれば、排気浄化部材中に、所定のＮＯｘ吸蔵触媒、あるいは酸化触媒及びパティキュレートフィルタと、を含むことにより、バーナから吹き付ける燃焼ガス中の一酸化炭素（ＣＯ）、未燃燃料ガス（ＨＣ）、及び所定熱量によって、それぞれより効率的に再生することができる。

また、本発明の排気浄化部材の再生装置によれば、所定位置に備えたバーナから、内燃機関の運転状態に対応させて、空燃比が所定範囲内の値となるように燃焼ガスを噴射させて、吹き付けることにより、排気浄化部材を所定温度に加熱してＰＭ等を効率的に酸化したり、ＮＯｘを効率的に還元したりすることができる。
また、本発明の排気浄化部材の再生装置によれば、バーナが、所定のインジェクタと、第１の空気導入管と、燃料蒸発装置と、オリフィスと、第２の空気導入管と、燃料点火装置と、噴射出口と、を含むことにより、バーナの構造を簡略化、小型化することができるとともに、バーナでの空燃比を容易に制御して、排気浄化部材を効率的に再生することができる。

また、本発明の排気浄化部材の再生装置によれば、所定位置に、排気ガスにおける空燃比を測定するためのラムダセンサ（酸素センサ）を備えることにより、排気浄化部材に送り込まれる排気ガスの空燃比を測定して、バーナでの設定空燃比を制御することができる。したがって、燃焼ガス中の一酸化炭素（ＣＯ）の含有量や未燃燃料ガス（ＨＣ）の含有量を、独立的にそれぞれ精度良く調整することができ、さらには、排気ガス中の一酸化炭素（ＣＯ）の含有量や未燃燃料ガス（ＨＣ）の含有量を考慮しながら、それぞれについて精度良く調整することもできる。

［第１の実施の形態］
第１の実施の形態は、図２や図３等に示すように、内燃機関５１の排気通路２０中に備えられ、矢印Ｄで示される排気ガスを浄化するための排気浄化部材３６、４４の再生方法において、内燃機関５１の運転状態を検出する運転状態検出手段５３と、排気浄化部材３６、４４の上流側で、排気通路２０に連通する噴射出口１６を介して接続されたバーナ１２と、を備え、当該バーナから、運転状態検出手段によって検出される内燃機関の運転状態に応じて、所定量の一酸化炭素（ＣＯ）及び未燃燃料ガス（ＨＣ）を含む燃焼ガスを噴射させることを特徴とする排気浄化部材３６、４４の再生方法である。
以下、内燃機関における排気浄化部材の再生方法を、図１〜図３に基づいて具体的に説明する。なお、後述するように、図１は、バーナでの空燃比としてのラムダ値と、燃焼ガス中の一酸化炭素（ＣＯ）と、燃焼ガス中の未燃燃料ガス（以下、単に「燃料ガス」と称する場合がある。）の総量（ＴＨＣ）と、燃焼ガスの温度と、の関係をそれぞれ示す図であり、図２及び図３は、それぞれ排気浄化部材の再生方法の具体的態様を説明するために供する図である。
また、第１実施形態の排気浄化部材の再生方法を使用することができる再生装置については、第２実施形態で詳細に説明するために、ここでの説明を省略する。

第１実施形態の排気浄化部材の再生方法においては、ディーゼルエンジン等の内燃機関の運転状態を、運転状態検出手段によって検出するとともに、検出される運転状態に対応させて、バーナでの空燃比を変化させ、所定量の一酸化炭素（ＣＯ）及び未燃燃料ガス（ＨＣ）を含む燃焼ガスを噴射させることを特徴としている。
すなわち、内燃機関を通常運転させている場合には、排気温度が比較的高温になり、ＮＯｘ吸蔵触媒やディーゼルパティキュレートフィルタにおいて、ＮＯｘの還元反応や、ＰＭの燃焼等が効率的に行われる。一方、エンジンの始動時やアイドリング状態等には、排気温度が低温になり、ＮＯｘ吸蔵触媒やディーゼルパティキュレートフィルタの温度を上昇させることができないために、それらの排気浄化部材に吸着したＮＯｘの還元反応や、ＰＭ等の燃焼を行うことが困難となる。
したがって、排気浄化部材の上流側で、排気通路に連通する噴射出口を介して接続されたバーナから、内燃機関の運転状態に対応させて空燃比が制御した、所定量の一酸化炭素（ＣＯ）及び未燃燃料ガス（ＨＣ）を含む燃焼ガスを噴射させることにより、排気浄化部材を効率的に再生させることができる。
以下、ＮＯｘ吸蔵触媒の再生及びディーゼルパティキュレートフィルタの再生と、バーナの燃焼ガス、及びバーナでの空燃比と、燃焼ガスに含まれる一酸化炭素及び燃料ガスと、の関係について詳細に説明する。

まず、排気浄化部材の再生方法を実施する際のバーナでの空燃比（−）と、燃焼ガス中の一酸化炭素（ＣＯ）（ｖｏｌ％）と、燃焼ガス中の燃料ガスの総量（ＴＨＣ）（ｖｏｌ％）と、燃焼ガスの温度と、の関係をそれぞれ説明する。
ここで、図１は、排気浄化部材の上流側で、排気通路に連通する噴射出口を介して接続されたバーナでの空燃比としてのラムダ値（−）と、燃焼ガス中の一酸化炭素（ＣＯ）（ｖｏｌ％）と、燃焼ガス中の燃料ガスの総量（ＴＨＣ）（ｖｏｌ％）と、燃焼ガスの温度と、の関係をそれぞれ示す図である。また、図１中、ラインＡが、ラムダ値と、燃焼ガス中の一酸化炭素との特性関係を示し、ラインＢが、ラムダ値と、燃焼ガス中の燃料ガスとの特性関係を示し、ラインＣが、ラムダ値と、燃焼ガスの温度と、の関係をそれぞれ示している。

かかる図１から容易に理解されるように、バーナでの空燃比（ラムダ値）が所定範囲内の値であれば、燃焼ガス中に、一酸化炭素及び燃料ガスを所定量含めることができる。すなわち、例えば、ラムダ値を０．９程度にした場合には、燃焼ガスに含まれる一酸化炭素及び燃料ガスの量を、それぞれ約０．００１ｖｏｌ％とすることができる。また、ラムダ値を０．５程度にした場合には、燃焼ガスに含まれる一酸化炭素の量を約７．５ｖｏｌ％、燃料ガスの量を約５ｖｏｌ％とすることができる。さらに、ラムダ値を０．４以下の値とした場合には、その値が小さくなるにつれ、燃焼ガスに含まれる一酸化炭素及び燃料ガスの量が増加することが理解できる。
なお、一酸化炭素（ＣＯ）及び燃料ガス（ＨＣ）が排気浄化部材の再生に与える影響度合いとしては、一般的に、一酸化炭素が燃料ガスより優れていると言われている。

また、バーナでの空燃比（ラムダ値）が所定範囲内の値であれば、燃焼ガスの温度を２５０〜１，２００℃の範囲内の値とすることができる。すなわち、例えば、ラムダ値を０．９程度にした場合には、燃焼ガスの温度を約８００℃とすることができる。また、ラムダ値を０．５程度にした場合には、燃焼ガスの温度を約４５０℃とすることができる。さらに、ラムダ値を０．４以下の値とした場合には、その値が小さくなるつれ、燃焼ガスの温度が低下していくものの、次第に横這いになっていく傾向が見られる。
したがって、バーナでの空燃比（ラムダ値）を０．１〜１．０未満の範囲内の値することが好ましく、０．１５〜０．８の範囲内の値とすることがより好ましく、０．２〜０．６の範囲内の値とすることがさらに好ましい。このような空燃比となるように不完全燃焼させることにより、所定量の一酸化炭素、あるいは燃料ガスをディーゼルパティキュレートフィルタやＮＯｘ吸蔵触媒等に対して、２５０〜１，２００℃の高温の燃焼ガスとともに吹き付けることができ、これらのフィルタやＮＯｘ吸蔵触媒等の再生を極めて効率的に行なうことができるためである。
なお、かかるバーナでの空燃比は、ラムダセンサを用いて実測することもできるし、あるいは、使用する燃料量及び空気量から計算で算出することもできる。

次に、燃焼ガスに含まれる一酸化炭素（ＣＯ）及び燃料ガス（ＨＣ）と、ＮＯｘ吸蔵触媒やディーゼルパティキュレートフィルタ等の排気浄化部材の再生効率と、の関係について説明する。
まず、ＮＯｘ吸蔵触媒を再生する場合には、高温の燃焼ガスによって触媒の温度を活性化温度以上まで上昇させる一方、燃料ガスをＮＯｘの還元剤として用いることができるために、ＮＯｘ吸蔵触媒の再生を極めて効率的に行なうことができる。このとき、燃焼ガス中の燃料ガスの含有量が０．１ｖｏｌ％未満の値になると、ＮＯｘの還元剤が不足して、ＮＯｘ吸蔵触媒等の再生効率が低下する場合がある。一方、燃焼ガス中の燃料ガスの含有量が５ｖｏｌ％を超えると、相関的に燃焼ガスの温度も低下して、触媒の温度を十分に上昇させることができず、同様にＮＯｘ吸蔵触媒等の再生効率が低下する場合がある。
また、燃料ガスと同様に、燃料ガスの、余熱等による不完全燃焼によって酸化された一酸化炭素もＮＯｘの還元剤として用いることができる。この場合においても、燃焼ガス中の一酸化炭素の含有量が０．００１ｖｏｌ％未満の値になると、ＮＯｘの還元剤が不足して、ＮＯｘ吸蔵触媒等の再生効率が低下する場合がある。一方、燃焼ガス中の一酸化炭素の含有量が１０ｖｏｌ％を超えると、相関的に燃焼ガスの温度も低下するため、触媒の温度を十分に上昇させることができず、ＮＯｘ吸蔵触媒等の再生効率が低下する場合がある。
なお、上述のとおり、還元効率を考慮した場合には、燃料ガス（ＨＣ）よりも一酸化炭素（ＣＯ）を用いることがより効率的であることが判明している。

また、ディーゼルパティキュレートフィルタを再生する場合には、フィルタの上流側に酸化触媒を配置することにより、高温の燃焼ガスとともに発熱剤としての一酸化炭素及び燃料ガスによって、当該酸化触媒を活性化温度以上まで加熱することができる。そして、当該酸化触媒によってさらに高温となった燃焼ガスによって、フィルタを効率的に加熱し、フィルタに付着したＰＭ等を酸化（燃焼）させることにより、ディーゼルパティキュレートフィルタの再生を極めて効率的に行うことができる。
このとき、発熱剤としては、燃料ガスあるいは一酸化炭素のいずれであっても好適に利用することができる。ただし、燃焼ガス中の一酸化炭素の含有量が０．００１ｖｏｌ％未満の値になったり、燃料ガスの含有量が０．１ｖｏｌ％未満の値となったりすると、発熱剤が不十分となって、酸化触媒を効率的に加熱できない場合がある。一方、燃焼ガス中の一酸化炭素の含有量が１０ｖｏｌ％を超えたり、燃料ガスの含有量が５ｖｏｌ％を超えたりすると、相関的に燃焼ガスの温度も低下して、酸化触媒の温度を十分に上昇させることができず、同様に酸化触媒を効率的に加熱できない場合がある。

すなわち、ＮＯｘ吸蔵触媒を再生する場合においても、ディーゼルパティキュレートフィルタを再生する場合においても、再生効率を著しく向上させることができることから、燃焼ガス中の一酸化炭素の含有量を０．０１〜９ｖｏｌ％の範囲内の値とすることがより好ましく、０．１〜８ｖｏｌ％の範囲内の値とすることがさらに好ましい。同様に、燃焼ガス中の燃料ガスの含有量を０．１〜４．５ｖｏｌ％の範囲内の値とすることがより好ましく、０．１５〜４ｖｏｌ％の範囲内の値とすることがさらに好ましい。

以上のように、ＮＯｘ吸蔵触媒やディーゼルパティキュレートフィルタの再生には、燃焼ガスに含まれる一酸化炭素及び燃料ガスの量や、バーナでの空燃比が大きく影響することが理解される。
そして、本発明によれば、図２や図３に示すように、内燃機関５１の運転状態に対応させて、排気浄化部材３６、４４の上流側で、排気通路２０に連通する噴射出口１６を介して接続されたバーナ１２から、空燃比を所定範囲内の値に調整して燃焼ガスを噴射させることが極めて容易である。すなわち、バーナ自体の燃焼システムは、内燃機関と独立して存在しているために、内燃機関の運転状態とは独立して、バーナにおいて、燃料及び空気を所望濃度で混合して燃焼させることができる。逆に言えば、バーナの燃焼状態もまた、内燃機関の運転状態等に影響を与えるおそれも無い。

したがって、かかるバーナは、内燃機関とは独立して、内燃機関の排気通路に連通する噴射出口を介して接続してあることより、内燃機関の運転状態が、仮にアイドリング状態であって、排気温度が比較的低い場合であっても、あるいは、仮に通常の運転状態であって、排気温度が比較的高い場合であっても、バーナにおいて、燃料及び空気を所望濃度で混合して、所定の空燃比となるように、燃焼させることができる。例えば、内燃機関がアイドリング状態等にあり、排気温度が比較的低い場合には、バーナでの空燃比を低くして、排気浄化部材の再生効率を上昇させることができる。
また、逆に、バーナの不完全燃焼状態もまた、内燃機関の運転状態等に影響を与える可能性が少ないことから、ディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）やＮＯｘ吸蔵触媒（ＬＮＴ）等の再生の際に、内燃機関の運転状態等を所定状態に定める必要が無い。
よって、ディーゼルパティキュレートフィルタやＮＯｘ吸蔵触媒等の排気浄化部材の再生に関して、当該ディーゼルパティキュレートフィルタやＮＯｘ吸蔵触媒等の性能が低下してきた場合に、内燃機関の運転状態にかかわらず、定期的に再生することはもちろんのこと、任意時期であっても排気浄化部材を再生することができる。
なお、再生対象としての排気浄化部材、すなわち、ディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）やＮＯｘ吸蔵触媒（ＬＮＴ）の内容については、第２の実施の形態において具体的に説明する。

［第２の実施の形態］
第２の実施の形態は、図２や図３等に示すように、内燃機関５１の排気通路２０中に備えられ、矢印Ｄで示される排気ガスを浄化するための排気浄化部材３６、４４の再生装置１０、５０において、排気浄化部材３６、４４の上流側で、排気通路２０に連通する噴射出口１６を介して接続され、内燃機関５１の運転状態に応じて、所定量の一酸化炭素（ＣＯ）及び未燃燃料ガス（ＨＣ）を含む燃焼ガスを噴射させるためのバーナ１２を備えることを特徴とする排気浄化部材３６、４４の再生装置１０、５０である。
以下、第２の実施の形態による内燃機関におけるフィルタ再生装置を、図２〜図４に基づいて説明する。なお、図２及び図３は、上述したように、それぞれ排気浄化部材の再生装置を用いた再生方法の具体的態様を説明するために供する図であり、図４は、バーナの具体的態様を説明するために供する図である。

１．内燃機関
図２及び図３において、それぞれ矢印Ｄで示される排気ガスを排出する内燃機関５１としては、ディーゼルエンジンやガソリンエンジンが典型的であるが、排気浄化部材の取り付けが必須であるばかりか、その再生が必須のディーゼルエンジンを対象とすることが適している。
また、図２及び図３において示される運転状態検出手段５３は、内燃機関の運転状態、すなわち、内燃機関の回転数や、排気温度等を検出する手段であって、当該検出結果に基づいて、後述するバーナでの空燃比が制御される。

２．排気通路
また、図２及び図３において示される排気通路２０は、内燃機関の排気口２２に接続されており、他端が排気浄化部材３６、４４に接続された、断面形状が円形、楕円、あるいは角柱の排気通路２０であれば特にその形態は特に制限されるものではない。
ただし、内燃機関とは独立的に、所定量の一酸化炭素、燃料ガス、及び所定熱量を排気浄化部材に対して供給すべく、所定バーナを取り付けやすくするために、図２や図３に例示するように、排気通路２０の途中に屈曲部２８を設けて、その屈曲部２９に噴射出口１６を介して、所定のバーナ１２を接続できるように構成してあることが好ましい。

３．排気浄化部材
再生の対象となる排気浄化部材としては、図２や図３に例示するように、ディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）３６やＮＯｘ吸蔵触媒（ＬＮＴ）４４が典型的である。
かかるディーゼルパティキュレートフィルタとしては公知材料から構成することができるが、例えば、セラミック材料から構成されたハニカム構造のフィルタであって、排気ガス中のＰＭその他の微粒子を補集してこれを浄化するものである。
ここで、かかるパティキュレートフィルタ３６の上流側に酸化触媒３２を設けてあることが好ましい。この理由は、ディーゼルパティキュレートフィルタ３６に排気ガスを導入する前に、排気ガス中に含まれるＨＣやＮＯｘ等を酸化させることができるためである。また、ディーゼルパティキュレートフィルタ３６が目詰まり状態となってきたときに、本発明のフィルタ再生装置により、酸化触媒３２を昇温活性化させるとともに、フィルタ３６に吸着したＰＭ等を加熱酸化させて、再生することができる。

また、ＮＯｘ吸蔵触媒としても公知材料から構成することができるが、例えば、アルミナ繊維等の表面や内部に、白金（Ｐｔ）、カリウム（Ｋ）、ナトリウム（Ｎａ）、セシウム（Ｃｓ）、バリウム（Ｂａ）、カルシウム（Ｃａ）、ランタン（Ｌａ）、イットリウム（Ｙ）、ロジウム（Ｒｂ）等の少なくとも一種の元素化合物を担持させることにより構成することができる。
そして、ＮＯｘ吸蔵触媒の温度が低下した状態となったときに、本発明の再生装置により、高温の燃焼ガスを吹き付けて触媒の温度を活性化温度以上まで上昇させるとともに、燃焼ガスに含まれる、還元剤としての一酸化炭素及び燃料ガスを利用して、ＮＯｘ化合物を還元させて放出し、ＮＯｘ吸蔵触媒を再生するものである。

４．バーナ
また、図２や図３に例示するように、バーナ１２は、内燃機関の排気通路２０中に備えられており、排気浄化部材３６、４４の上流側で、排気通路２０に連通する噴射出口１６を介して接続され、運転状態検出手段５３によって検出された内燃機関５１の運転状態に応じた空燃比で燃焼ガスを噴射させるバーナ１２であることを特徴とする。
この理由は、このように所定位置に備えたバーナ１２において、ディーゼルエンジン等の運転状態に対応させて空燃比を制御し、所定量の一酸化炭素（ＣＯ）及び未燃燃料ガス（ＨＣ）を含む燃焼ガスを噴射させることにより、排気浄化部材３６、４４を所定温度に加熱したり、還元したりすることができるためである。
したがって、ディーゼルパティキュレートフィルタやＮＯｘ吸蔵触媒等の再生を効率的に行なうことができる。

また、図２や図３に例示するように、排気通路に連通する噴射出口１６と、排気浄化部材３６、４４との間に、排気ガスにおける空燃比を測定するラムダセンサ２４を備えることが好ましい。
この理由は、このようにラムダセンサ２４を備えることにより、バーナ１２から噴射され、酸化触媒１３を通過した燃焼ガスが混合された排気ガスにおける空燃比に基づいて、バーナでの設定空燃比を調整することができるためである。

また、図４に示すように、バーナ１２の構成に関して、高圧燃料を供給するためのインジェクタ６０と、高圧燃料に空気を混合するための第１の空気導入管７０と、供給された燃料を加熱して蒸発させるための燃料蒸発装置８１と、蒸発して気化した燃料を拡散噴射させるためのオリフィス８０と、燃料の燃焼を補助するための空気を取り入れる第２の空気導入管８７と、燃料に着火して燃焼ガスとするための燃料点火装置８４と、矢印Ｅで示されるように燃焼ガスを噴射させるための噴射出口８８と、を含むことが好ましい。
この理由は、このように構成することにより、燃料を効率的に不完全燃焼させて、所定量の燃料ガス（ＨＣ）を含んだ燃焼ガスを噴射させることができるためである。また、このようなオリフィス８０及び第２の空気導入管８７を備えた構成とすることにより、例えば、予備混合タイプの構成のバーナと比較して、バーナ１２の小型化を図ることができるためである。すなわち、拡散タイプのオリフィス８０によって、燃料を拡散して噴射させることにより、その中心部の燃料は、第２の空気導入管８７から取り入れた空気に触れないために燃焼することなく、燃料ガスとして噴射出口８８から噴射されることになる。
したがって、比較的簡易な構成で、かつ、小型化されたバーナによって、噴射される燃焼ガスの空燃比を容易に制御できるとともに、排気浄化部材を効率的に再生することができる。

なお、図４に示すバーナ１２の場合、例えば、ラムダセンサ２４によって、内燃機関とは独立的に空燃比の調整が可能であって、高温状態の排気通路２０の途中から、所定量の一酸化炭素（ＣＯ）、燃料ガス（ＨＣ）、及び所定熱量を排気浄化部材に供給することができ、内燃機関の運転状態に関わらず、排気浄化部材の効率的な再生装置を提供することができる。
さらに、内燃機関の運転状態に対応させて、排気浄化部材に対し、バーナ１２により、所定量の一酸化炭素、燃料ガス、及び所定熱量の燃焼ガスを排気浄化部材に供給することもできる。すなわち、内燃機関からの排気ガスの温度が比較的高い場合や低い場合、あるいはかかる排気ガスに含まれる一酸化炭素や燃料ガスの含有量が多い場合には、それらを考慮して、バーナ１２により、所定量の一酸化炭素、燃料ガス、及び所定熱量を調整した上で、燃焼ガスを排気浄化部材に供給することができ、より効率的な再生装置を提供することができる。

以上のように本発明によれば、排気浄化部材の上流側で、排気通路に連通する噴射出口を介して接続されたバーナから、ディーゼルエンジン等の運転状態に対応させて、空燃比が所定値となるように燃焼ガスを噴射させることにより、ディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）やＮＯｘ吸蔵触媒（ＬＮＴ）等の再生を効率的に行なうことができる排気浄化部材の再生方法及び再生装置を提供することができる。
すなわち、本発明の排気浄化部材の再生方法及び再生装置によれば、内燃機関とは独立的に、排気通路の途中から合流させて、所定量の一酸化炭素（ＣＯ）、燃料ガス（ＨＣ）、及び所定熱量（所定温度）の燃焼ガスを排気浄化部材に吹き付けることができ、ディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）やＮＯｘ吸蔵触媒（ＬＮＴ）等の排気浄化部材の効率的な再生方法及び再生装置を提供することができる。
なお、本発明の排気浄化部材の再生方法及び再生装置は、それぞれ切替え再生方式とすることもできるが、ディーゼルエンジン等による運転時と、同時に再生を行なう連続再生方式とすることもできる。

燃焼ガスの空燃比（ラムダ値）と、燃焼ガス中の一酸化炭素、燃料、及び燃焼ガスの温度と、の関係をそれぞれ示す特性図である。 ディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）の再生装置の概略図である。 ＮＯｘ吸蔵触媒（ＬＮＴ）の再生装置の概略図である。 本発明のバーナを用いた再生方法を説明するために供する図である。 （ａ）及び（ｂ）は、従来のバーナを用いた再生方法を説明するために供する図である。 （ａ）及び（ｂ）は、従来のアスピレータバーナを用いた再生方法を説明するために供する図である。 （ａ）及び（ｂ）は、従来の触媒バーナを備えたディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）の再生方法を説明するために供する図である。 従来の還元ノズルを用いたＮＯｘ吸蔵触媒（ＬＮＴ）の再生方法を説明するために供する図である。

符号の説明

１０：ディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）の再生装置
１２：バーナ
１６：噴射出口
１８：温度センサ
２０：排気通路
２２：内燃機関の排気口
２４：ラムダセンサ
２６：温度センサ
２８：屈曲部
３０、３８：触媒ケース
３２：酸化触媒
３６：ディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）
４０：再生装置の排気口
５０：ＮＯｘ吸蔵触媒（ＬＮＴ）の再生装置
５１：内燃機関
５３：運転状態検出手段
６０：インジェクタ
７０：第１の空気導入管
７２：グロープラグ
８０：オリフィス
８１：燃料蒸発装置
８４：燃料点火装置
８７：第２の空気導入管
８８：噴射出口

Claims (8)

1. 内燃機関の排気通路中に備えられ、排気ガスを浄化するための排気浄化部材の再生方法において、
   前記内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出手段と、
   前記排気浄化部材の上流側で、前記排気通路に連通する噴射出口を介して接続されたバーナと、を備え、
   当該バーナから、前記運転状態検出手段によって検出される前記内燃機関の運転状態に応じて、所定量の一酸化炭素（ＣＯ）及び未燃燃料ガス（ＨＣ）を含む燃焼ガスを噴射させることを特徴とする排気浄化部材の再生方法。
2. 前記バーナでの空燃比を０．１〜１．０未満の範囲内の値とすることを特徴とする請求項１に記載の排気浄化部材の再生方法。
3. 前記燃焼ガス中の一酸化炭素（ＣＯ）の含有量を０．００１〜１０ｖｏｌ％の範囲内の値とすることを特徴とする請求項１又は２に記載の排気浄化部材の再生方法。
4. 前記燃焼ガス中の未燃燃料ガス（ＨＣ）の含有量を０．０５〜５ｖｏｌ％の範囲内の値とすることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の排気浄化部材の再生方法。
5. 前記燃焼ガスの温度を２５０〜１，２００℃の範囲内の値とすることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の排気浄化部材の再生方法。
6. 前記排気浄化部材中に、ＮＯｘ吸蔵触媒、あるいは酸化触媒及びパティキュレートフィルタを含むことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の排気浄化部材の再生方法。
7. 内燃機関の排気通路中に備えられ、排気ガスを浄化するための排気浄化部材の再生装置において、
   前記排気浄化部材の上流側で、前記排気通路に連通する噴射出口を介して接続され、前記内燃機関の運転状態に応じて、所定量の一酸化炭素（ＣＯ）及び未燃燃料ガス（ＨＣ）を含む燃焼ガスを噴射させるためのバーナを備え、
   前記バーナが、燃料を供給するためのインジェクタと、前記燃料に空気を混合するための第１の空気導入管と、供給された前記燃料を加熱して蒸発させるための燃料蒸発装置と、気化した前記燃料を拡散噴射させるためのオリフィスと、前記燃料の燃焼を補助するための空気を取り入れる第２の空気導入管と、噴射された前記燃料に着火して燃焼ガスとするための燃料点火装置と、当該燃焼ガスを噴射させるための噴射出口と、を含むことを特徴とする排気浄化部材の再生装置。
8. 前記噴射出口と、前記排気浄化部材との間に、前記排気ガスにおける空燃比を測定するラムダセンサを備えることを特徴とする請求項７に記載の排気浄化部材の再生装置。

Images