排気ガス浄化システム及び排気ガス浄化方法
【課題】内燃機関の排気通路に排気ガス浄化装置を備えると共に、この排気ガス浄化装置の上流側に排気管内直接噴射装置を備えた排気ガス浄化システムにおいて、内燃機関の排気通路内に噴射弁から直接噴射された軽油等の燃料又は還元剤が排気ガス浄化装置に供給された場合に、この燃料が酸化されて発熱する時に排気ガス浄化装置の触媒における局所的な発熱を回避でき、この触媒の局所的な熱劣化を防止でき、また、尿素等の還元剤がアンモニアに分解されるときに、直接噴射装置と選択還元型ＮＯｘ触媒との距離を短縮できる排気ガス浄化システム及び排気ガス浄化方法を提供する。
【解決手段】内燃機関の排気通路２に排気ガス浄化装置３を備えると共に、この排気ガス浄化装置３の上流側に排気管内直接噴射装置１０を備えた排気ガス浄化システム１において、噴射弁１１で噴射された燃料ｆ又は還元剤を分解する分解用触媒１３を、前記排気管内直接噴射装置１０の前記排気通路２への出口部分に設ける。
【解決手段】内燃機関の排気通路２に排気ガス浄化装置３を備えると共に、この排気ガス浄化装置３の上流側に排気管内直接噴射装置１０を備えた排気ガス浄化システム１において、噴射弁１１で噴射された燃料ｆ又は還元剤を分解する分解用触媒１３を、前記排気管内直接噴射装置１０の前記排気通路２への出口部分に設ける。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の排気通路に排気管内直接噴射装置を備えた排気ガス浄化システムにおいて、軽油等の燃料や尿素等の還元剤を効果的に分解し、効果的に触媒温度を昇温し機能させて触媒効率を高めることができて、燃費や還元剤の消費量の悪化を抑えることができる排気ガス浄化システムと排気ガス浄化方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両搭載等の内燃機関の排気ガスの浄化に際しては、内燃機関の排気通路に酸化触媒やＮＯｘ吸蔵還元型触媒や選択還元型ＮＯｘ触媒や触媒付きフィルタ等で構成される排気ガス浄化装置を設けて、この排気ガス浄化装置を通過する排気ガスを浄化している。このような排気ガス浄化装置を備えた排気ガス浄化システムにおいては、触媒付きフィルタの再生の昇温のためやＮＯｘ吸蔵還元型触媒のリッチ還元のために、排気通路に直接燃料を噴射する排気管内直接噴射が用いられている。
【０００３】
また、選択還元型ＮＯｘ触媒を用いた場合には、選択還元型ＮＯｘ触媒でＮＯｘを還元浄化するために、尿素等のアンモニアを発生する還元剤を排気通路に直接燃料を噴射する排気管内直接噴射が用いられている。この排気管内直接噴射では、シリンダ内に燃料噴射するポスト噴射に比べてオイル希釈の問題が生じないので、このオイル希釈に起因するエンジンの耐久性上のトラブルが発生せず、また、この排気管内直接噴射は、排気ガスの昇温に対する燃費効率も良い方法となっている。
【０００４】
しかしながら、ディーゼルエンジン等の軽油等の燃料は、長鎖ＨＣ（炭化水素）を含んでおり、酸化触媒等の触媒では分解され難いため、次のような問題がある。つまり、この軽油等の燃料はガス化し難く、ガス化されていない液滴状態で触媒に流入するので、触媒に均一に分散されず、触媒に局所的な発熱が生じて局所的な熱劣化を生じ易い。
【０００５】
また、シリンダ内燃料噴射であるポスト噴射の場合には燃料の一部がシリンダ内で高温に晒されてガス化するが、排気管内直接噴射ではシリンダ内よりも低温の排気ガス中に燃料が噴射されるため、燃料のガス化が十分に進まない。そのため、排気管内直接噴射は、排気ガスが低温の時のＨＣ活性が、ポスト噴射に比べ劣る。また、排気ガスに含まれている煤により燃料噴射弁の噴射口にコーキングが生じ易い。
【０００６】
これに対処するために、例えば、触媒再生型のＤＰＦの上流側に燃焼ガス又は生燃料を供給するための供給装置を備えている排気浄化装置において、燃料インジェクタからの噴射燃料を空気と混合し、排気通路内に送り込むための送込装置と、噴射燃料を加熱して蒸発燃料とする蒸発装置と、送込装置内で混合燃料を着火させるための点火装置を備えた排気浄化装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００７】
しかしながら、この排気ガス浄化装置においては、触媒作用を利用せずに送込装置内で混合燃料を着火して排気ガスを直接昇温するため、送込装置を燃焼器（バーナー）として使用することになる。そのため、送込装置を燃料の燃焼で生じる高温に耐え得る構造とする必要がある上に、放熱量が増加し、触媒再生型のＤＰＦの上流側に燃焼ガス又は生燃料を供給することによる燃費の悪化が避けられないという問題がある。また、燃焼用に大量の空気が必要であるので、特に小型車両では十分な空気の供給が困難となるという問題もある。
【特許文献１】特開２００５−６１２４９公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、上記の状況を鑑みてなされたものであり、その目的は、内燃機関の排気通路に排気ガス浄化装置を備えると共に、この排気ガス浄化装置の上流側に排気管内直接噴射装置を備えた排気ガス浄化システムにおいて、内燃機関の排気通路内に噴射弁から直接噴射された軽油等の燃料又は尿素等の還元剤が排気ガス浄化装置に供給された場合に、この燃料が触媒作用により酸化されて発熱するときに、効果的に分解して排気ガス浄化装置の触媒における局所的な発熱を回避してこの触媒の局所的な熱劣化を防止できると共に、効果的に触媒温度を昇温して燃費の悪化を抑制でき、また、尿素等の還元剤がアンモニアに分解されるときに、直接噴射装置と選択還元型ＮＯｘ触媒との距離を短縮できる排気ガス浄化システム及び排気ガス浄化方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記のような目的を達成するための排気ガス浄化システムは、内燃機関の排気通路に排気ガス浄化装置を備えると共に、この排気ガス浄化装置の上流側に排気管内直接噴射装置を備えた排気ガス浄化システムにおいて、前記排気管内直接噴射装置の噴射弁で噴射された燃料又は還元剤を分解する分解用触媒を、前記排気管内直接噴射装置の前記排気通路への出口部分に設けて構成される。
【００１０】
噴射弁で噴射された軽油等の燃料が、排気通路への途中で分解用触媒を通過するときに、短鎖ＨＣ，ＣＯ，Ｈ2へ分解されると共に液滴からガスになる。これらの組成成分をガス化して排気ガス浄化装置に供給することにより、これらの組成成分が発熱する時の排気ガス浄化装置の触媒における局所的な発熱を回避でき、この触媒の局所的な熱劣化を防止できる。つまり、ガス化後に排気ガス浄化装置の触媒に到達するので、直接、軽油等の燃料をこの触媒上で発熱させるよりも局所的な発熱を抑えることができる。従って、触媒の熱劣化に関する耐久性上有利となる。
【００１１】
また、噴射弁と排気通路の間に分解用触媒が設けられているので、噴射弁が排気通路を流れる排気ガスの直接晒されないので、噴射弁の先端温度も低く保てるので、噴射口のコーキングの進捗を抑えることができる。
【００１２】
更に、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒においては、ガス化して分解して発生したＣＯ、Ｈ2は、ＨＣより還元剤としてのＮＯｘ還元特性に優れていることが知られており、この分解用触媒を備えた排気管内直接噴射装置を、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒のリッチ還元時の還元材供給用として使用すると、ＮＯｘ浄化特性の向上に寄与できる。つまり、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒等のＮＯｘ低減触媒（ＬＮＴ）に使用した場合は、燃料のＨＣがガス化され、ＣＯ，Ｈ2を生成するので還元剤としての効率も高くＮＯｘ浄化率が向上する。
【００１３】
また、尿素等の還元剤を選択還元型ＮＯｘ触媒（ＳＣＲ触媒）に供給する場合には、分解用触媒としては、酸化チタン系の触媒が知られており、この構成により、尿素からアンモニアへの加水分解が促進されるので、選択還元型ＮＯｘ触媒までの排気管の長さを短縮することが可能となり、また、噴射弁の下流側に分散板（ミキサー）を廃止することができるようになる等のメリットがある。
【００１４】
上記の排気ガス浄化システムにおいて、前記噴射弁を冷却する冷却装置を設ける。この冷却装置としては、例えば、噴射弁の周囲に設けた水冷ジャケット等で形成することができる。この噴射弁を冷却することにより、噴射弁の噴射口が高温による燃料の固化で目詰まりするのを防止することができるので、噴射された燃料を微細化した状態を維持できる。これにより、燃料又は還元剤を分散した状態で分解用触媒を通過させることができるので、燃料又は還元剤の分解を促進できる。
【００１５】
上記の排気ガス浄化システムにおいて、前記噴射弁と前記分解用触媒の間にガスを導入する攪拌室を設ける。この構成により、攪拌室に導入したガスで、スワール（横渦）を形成したりして、噴射弁から噴射された燃料を攪拌し、燃料とガスとの混合を促進する。この混合により、燃料又は還元剤を分散した状態で分解用触媒を通過させることができるので、燃料又は還元剤の分解を促進できる。この混合気は、攪拌室に供給されるガスの圧力により、分解用触媒を通過して、排気通路(排気管)へ排出される。なお、このガスとしては、ターボチャージャのコンプレッサーで加圧した後のエア等を使用することができる。
【００１６】
上記の排気ガス浄化システムにおいて、前記分解用触媒を排気通路内に一部突出して設ける。この構成によれば、排気通路内を流れる排気ガスの熱により、分解用触媒を活性化温度以上に昇温することが容易にできるようになり、噴射弁から噴射された燃料又は還元剤の分解をより促進できる。
【００１７】
上記の排気ガス浄化システムにおいて、前記分解用触媒の担体の周囲に設けた外筒を前記担体よりも排気通路側に、５ｍｍ〜１５ｍｍ長く形成する。この構成によれば、排気通路内を流れる排気ガスから熱を受けるための受熱面積を増加して分解用触媒の昇温を促進することができ、また、排気ガスの分解用触媒への流入を防ぐことができる。
【００１８】
また、上記のような目的を達成するための排気ガス浄化方法は、内燃機関の排気通路に排気ガス浄化装置を備えると共に、この排気ガス浄化装置の上流側に排気管内直接噴射装置を備えた排気ガス浄化システムの排気ガス浄化方法において、前記排気管内直接噴射装置の前記排気通路への出口部分に設けた分解用触媒で、前記排気管内直接噴射装置の噴射弁で噴射された燃料又は還元剤を分解してから前記排気通路内に供給することを特徴とする方法である。
【００１９】
この方法により、噴射弁で噴射された軽油等の燃料を、排気通路への途中の分解用触媒で、短鎖ＨＣ，ＣＯ，Ｈ2へ分解すると共に液滴状態からガス状態にする。これらの組成成分をガス化して排気ガス浄化装置に供給することにより、これらの組成成分が排気ガス浄化装置の触媒で発熱する時における局所的な発熱を回避でき、この触媒の局所的な熱劣化を防止できる。
【００２０】
また、尿素等の還元剤を選択還元型ＮＯｘ触媒（ＳＣＲ触媒）に供給する場合には、尿素からアンモニアへの加水分解が促進されるので、選択還元型ＮＯｘ触媒までの排気管の長さを短縮することが可能となり、また、噴射弁の下流側に分散板（ミキサー）を廃止することができるようになる。
【００２１】
上記の排気ガス浄化方法において、前記噴射弁の周囲に設けた冷却装置により前記噴射弁を冷却すると、噴射弁の噴射口が高温による燃料又は還元剤の固化で目詰まりするのを防止することができるので、噴射された燃料又は還元剤を微細化した状態を維持できる。これにより、燃料又は還元剤を分散した状態で分解用触媒を通過させることができるので、燃料又は還元剤の分解を促進できる。
【００２２】
上記の排気ガス浄化方法で、前記排気管内直接噴射装置の前記噴射弁の下流側に設けた攪拌室において、前記噴射弁で噴射された燃料又は還元剤を前記攪拌室に供給されるガスで攪拌してから、前記排気通路内に供給すると、攪拌室に導入したガスで、噴射弁から噴射された燃料又は還元剤を攪拌し、燃料又は還元剤とガスとの混合を促進することができる。この混合により、燃料又は還元剤を分散した状態で分解用触媒を通過させることができるので、燃料又は還元剤の分解を促進できる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明に係る排気ガス浄化方法及び排気ガス浄化システムによれば、噴射弁で噴射された軽油等の燃料が、排気通路への途中で分解用触媒を通過するときに、短鎖ＨＣ，ＣＯ，Ｈ2へ分解されると共に液滴からガスになる。これらの組成成分をガス状態で排気ガス浄化装置に供給することにより、これらの組成成分が発熱する時の排気ガス浄化装置の触媒における局所的な発熱を回避でき、この触媒の局所的な熱劣化を防止できる。
【００２４】
また、尿素等の還元剤を選択還元型ＮＯｘ触媒（ＳＣＲ触媒）に供給する場合には、尿素からアンモニアへの加水分解が促進されるので、選択還元型ＮＯｘ触媒までの排気管の長さを短縮することが可能となり、また、噴射弁の下流側に分散板（ミキサー）を廃止することができるようになる等のメリットがある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明に係る実施の形態の排気ガス浄化システムと排気ガス浄化方法について、図面を参照しながら説明する。図１に、本発明の実施の形態の排気ガス浄化システム１の排気管内直接噴射装置１０の構成を示す。
【００２６】
この排気ガス浄化システム１は、エンジン（内燃機関）の排気通路２に排気ガス浄化装置３を設けて構成される。この排気ガス浄化装置３は、炭化水素を酸化する機能を有する触媒を担持した触媒コンバータ３ａを備えた装置である。この触媒コンバータ３ａは、酸化触媒（ＤＯＣ）、三元触媒（ＴＷＣ）、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒（ＬＮＴ）、触媒付きフィルタ等やこれらの幾つかの組み合わせで構成される。
【００２７】
例えば、触媒コンバータ３ａを酸化触媒で形成した場合には、この酸化触媒は、多孔質のセラミックのハニカム構造の担持体に、白金等の酸化触媒を担持させて形成される。この酸化触媒は、排気ガス中のＨＣやＣＯを酸化して排気ガスを浄化する役割と、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒３のＮＯｘ吸蔵能力を回復するためのＮＯｘ再生の際にＮＯｘの還元剤として供給されるＨＣの一部を酸化して排気ガスの温度を昇温する役割とを持っている。この酸化触媒は、排気通路２に噴射された燃料を酸化して、通過する排気ガスを昇温する。
【００２８】
また、触媒コンバータ３ａをＮＯｘ吸蔵還元型触媒で形成した場合には、このＮＯｘ吸蔵還元型触媒は、アルカリ金属又はアルカリ土類金属を貴金属と共に担持して形成され、酸素過剰な排気ガス中のＮＯを酸化して硝酸塩として触媒上に吸着させて、ＮＯｘを浄化する。このＮＯｘ吸蔵還元型触媒は、排気ガスがリーン空燃比では、ＮＯｘを吸蔵し、リッチ空燃比では、吸蔵したＮＯｘを放出すると共に、この放出されたＮＯｘを還元雰囲気中で還元して、ＮＯｘを低減する。このリッチ空燃比は排気通路２に噴射された燃料によって達成され、また、排気通路２に噴射された燃料を還元剤としてＮＯｘを還元する。
【００２９】
また、触媒コンバータ３ａを触媒付きＤＰＦで形成した場合には、この触媒付きＤＰＦは、多孔質のセラミックのハニカムのチャンネルの入口と出口を交互に目封じしたモノリスハニカム型ウォールフロータイプのフィルタ等で形成される。このフィルタの部分に白金や酸化セリウム等の触媒を担持する。この触媒付きＤＰＦにより、排気ガス中のＰＭ（粒子状微粒子）は、多孔質のセラミックの壁で捕集される。この触媒付きＤＰＦでは、担持した触媒により、排気通路２に噴射された燃料を酸化して昇温し、ＰＭの燃焼を促進する。
【００３０】
本発明においては、排気通路２に排気管内直接噴射装置１０を設ける。この排気管内直接噴射装置１０は、噴射弁１１、攪拌室１２、分解用触媒１３を備えて構成される。この噴射弁１１には、水冷ジャケット（図示しない）等の冷却装置を設けて、噴射弁１１の噴射口が目詰まりしないように冷却する。また、攪拌室１２には、空気（ガス）供給装置１４を設けて、攪拌室１２の横から空気ａを供給して、攪拌室１２内にこの空気ａによるスワールを形成して、燃料ｆの攪拌を促進させる。この空気ａは攪拌室１２から混合気（ａ＋ｆ）を押し出す働きもする。
【００３１】
この空気ａとして、ターボチャージャ５のコンプレッサー５ａで加圧した後の空気ａを用いると、新たに空気供給手段を設ける必要がなくなる。この排気管内直接噴射装置１０からの燃料供給は、エンジンの運転が中負荷域以上の場合だけで使用し、この運転領域ではブースト圧が十分上がっているので、十分に空気ａを供給することができる。
【００３２】
この排気通路２に排気ブレーキ（エキゾーストブレーキ）４を設けている場合には、排気ブレーキ４より下流側に排気管内直接噴射装置１０を設置し、排気ブレーキ動作時に排圧が上昇する際における排気ガスＧの逆流、即ち、空気（ガス）供給装置１４経由で、ターボチャージャ５のコンプレッサー５ａ側へ排気ガスＧの逆流を防ぐ。つまり、排気通路２においては、上流側からターボチャージャ５のタービン５ｂ、排気ブレーキ４、排気管内直接噴射装置１０、排気ガス浄化装置３が配置されることになる。
【００３３】
また、分解用触媒１３は、多孔質のセラミックのハニカム構造の担持体に、触媒を担持させて形成されるが、燃料の分解に特化した触媒とすることが好ましく、その組成はＨＣからＣＯ、Ｈ2への分解に優れたパラジウムＰｄを表層に多く担持する（５ｇ／Ｌ程度）。このパラジウムＰｄは白金Ｐｔ、ロジウムＲｈ等の貴金属に比べてコストが安いので、低コストで設置が可能となる。更に、この燃料分解触媒１３は早期昇温するために、熱容量を小さくして極力小型化することが好ましく、例えば、容積を３０〜１００ｃｍ3程度とする。
【００３４】
この分解用触媒１３の外筒と担体は熱伝導率の良い薄肉メタルハニカム、ＳＵＳ材、銅製ハニカム等で構成し、排気通路２を通過する排気ガスＧとの間の熱交換の効率を向上させる。この分解用触媒１３は、図１に示すように、排気通路２の内部に突出した状態に配置し、排気通路２を流れる排気ガスＧの熱の伝達を積極的に受けて活性化温度以上に昇温し易いように構成する。
【００３５】
また、この燃料分解用の触媒を担持する担体を囲む外筒は、受熱面積を増すためと、触媒の担体内への排気ガスの流入を防ぐために、担体より５ｍｍ〜１５ｍｍ、好ましくは１０ｍｍ長く形成する。この分解用触媒１４を積極的に昇温させる配置により、分解用触媒１４を低コストで早期昇温することができ、低温域から十分な燃料分解効果を得ることができる。その結果、排気ガス浄化装置３の触媒に担持させる白金等のＰＧＭ（白金属元素：プラチナグループメンタルズ）の量も少なくすることも可能となる。
【００３６】
また、この分解用触媒１３の触媒温度を検出するために触媒温度センサ１５を設ける。この触媒温度センサ１５で検出される触媒温度に基づいて、噴射弁１１からの噴射の可否を判断する。つまり、触媒温度センサ１５で検出された触媒温度が、分解用触媒１３の活性温度（約２００℃）以上となり、かつ、排気管内直接噴射の要求があった場合に、噴射弁１１から燃料ｆを噴射する。
【００３７】
次に、上記の構成の排気ガス浄化システム１における排気ガス浄化方法について説明する。この排気ガス浄化システム１においては、吸気通路２に設けた吸入空気量センサ（ＭＡＦセンサ）７を通過した新気Ａがコンプレッサー３ａにより昇圧されてエンジンのシリンダ内に供給される。シリンダ内では内部に噴射された燃料が新気で酸化され、排気ガスＧが排気通路２に排出される。この排出された排気ガスＧは、排気ブレーキ４、排気管内直接噴射装置１０、排気ガス浄化装置３を順に通過して、排気ガス浄化装置３で浄化されて、サイレンサー（図示しない）に導かれ、大気中に放出される。
【００３８】
そして、排気ガス浄化装置３による排気ガスの浄化や排気ガス浄化装置３の再生のために、排気管内直接噴射装置１０から燃料ｆを攪拌室１２に噴射するが、この噴射は触媒温度センサ１５で検出された分解用触媒１３の触媒温度が、この燃料分解用の触媒の活性化温度(例えば、２００℃)以上の場合のみ噴射する。この噴射の際には、空気供給供給装置１４から空気ａが攪拌室１２に導入され、スワールを発生し、噴射した燃料ｆは空気ａと攪拌される。
【００３９】
その後、燃料ｆと空気ａの混合気（ａ＋ｆ）は空気圧により排気通路２へ押し出されるが、途中、分解用触媒１３を通過する。この分解用触媒１３は排気ガスＧにより活性化温度以上になっているので、この高温の触媒で燃料が短鎖ＨＣ，ＣＯ，Ｈ2へ分解されて液滴からガスになる。このガス化したこれらの組成成分が排気ガス浄化装置３の触媒コンバータ３ａに供給されることで、触媒コンバータ３ａにおける発熱時の局所的な熱劣化を防止できる。
【００４０】
また、特に、触媒コンバータ３ａがＮＯｘ吸蔵還元型触媒で形成される場合に、ＣＯ、Ｈ2は還元剤として、ＨＣよりＮＯｘ還元特性に優れているので、この排気管内燃料直接墳装置１０をリッチ還元時の還元剤の供給用として使用することにより、ＮＯｘ浄化特性を向上させることができる。
【００４１】
従って、上記の排気ガス浄化システム１及び排気ガス浄化方法によれば、エンジンの排気通路２に排気ガス浄化装置３を備えると共に、この排気ガス浄化装置３の上流側に排気管内直接噴射装置１０を備えた排気ガス浄化システム１において、エンジンの排気通路２内に噴射弁１１から直接噴射された軽油等の燃料ｆが排気ガス浄化装置３に供給された場合に、この燃料ｆが触媒作用により酸化されて発熱する時に、効果的に分解して排気ガス浄化装置３の触媒における局所的な発熱を回避してこの触媒の局所的な熱劣化を防止できると共に、効果的に触媒温度を昇温して燃費の悪化を抑制できる。
【００４２】
また、燃料が分解されガス化された状態で、排気ガス浄化装置３に流入するので、排気ガス浄化装置３の触媒に担持させる白金等のＰＧＭ（白金属元素：プラチナグループメンタルズ）の量を少なくすることも可能となる。また、排気管内直接噴射装置１０の噴射弁１３が直接排気ガスＧに晒されることがなく、噴射弁１３の先端温度を低く保てるので、噴射弁１３の噴射口の目詰まりを防止することができる。
【００４３】
更に、触媒コンバータ３ａをＮＯｘ吸蔵還元型触媒で形成した場合は、燃料が分解用触媒１３で分解されて発生するＣＯ、Ｈ2をリッチ還元時の還元剤の供給用として使用することになるので、ＮＯｘ浄化特性を向上させることができる。
【００４４】
なお、上記の排気ガス浄化システム１では、排気ガス浄化装置３を、炭化水素を酸化する機能を有する触媒を担持した触媒コンバータ３ａを備えた装置で構成したが、本発明は、排気ガス浄化装置３を、選択還元型ＮＯｘ触媒（ＳＣＲ触媒）で構成した場合にも適用できる。
【００４５】
この選択還元型ＮＯｘ触媒（ＳＣＲ触媒）は、コージェライトや酸化アルミニウムや酸化チタン等で形成されるハニカム構造等の担持体に、チタニア−バナジウム、β型ゼオライト、酸化クロム、酸化マンガン、酸化モリブデン、酸化チタン、酸化タングステン等を担持して形成される。この構成により、アンモニアを吸着し、このアンモニアでＮＯｘを還元浄化する。なお、この選択還元型ＮＯｘ触媒装置でＮＯｘを浄化する場合には、燃料ｆの代わりに、尿素等のアンモニアを生する物質を上流側に設けられている排気管内直接噴射装置１０から供給する。また、分解用触媒１３としては、尿素等の還元剤をアンモニアに加水分解する分解用触媒が用いられる。この分解用触媒としては、例えば、酸化チタン系の触媒を用いる。
【００４６】
この構成により、尿素からアンモニアへの加水分解が促進されるので、選択還元型ＮＯｘ触媒までの排気管の長さを短縮することが可能となり、また、噴射弁の下流側に分散板（ミキサー）を廃止することができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明に係る実施の形態の排気ガス浄化システムの排気管内直接噴射装置の構成を示す図である。
【符号の説明】
【００４８】
１ 排気ガス浄化システム
２ 排気通路
３ 排気ガス浄化装置
３ａ 触媒コンバータ
４ 排気ブレーキ
１０ 排気管内直接噴射装置
１１ 噴射弁
１２ 攪拌室
１３ 分解用触媒
１４ 空気供給装置
１５ 触媒温度センサ
ａ 空気
ｆ 燃料
ａ＋ｆ 混合気
Ａ 新気
Ｇ 排気ガス
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の排気通路に排気管内直接噴射装置を備えた排気ガス浄化システムにおいて、軽油等の燃料や尿素等の還元剤を効果的に分解し、効果的に触媒温度を昇温し機能させて触媒効率を高めることができて、燃費や還元剤の消費量の悪化を抑えることができる排気ガス浄化システムと排気ガス浄化方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両搭載等の内燃機関の排気ガスの浄化に際しては、内燃機関の排気通路に酸化触媒やＮＯｘ吸蔵還元型触媒や選択還元型ＮＯｘ触媒や触媒付きフィルタ等で構成される排気ガス浄化装置を設けて、この排気ガス浄化装置を通過する排気ガスを浄化している。このような排気ガス浄化装置を備えた排気ガス浄化システムにおいては、触媒付きフィルタの再生の昇温のためやＮＯｘ吸蔵還元型触媒のリッチ還元のために、排気通路に直接燃料を噴射する排気管内直接噴射が用いられている。
【０００３】
また、選択還元型ＮＯｘ触媒を用いた場合には、選択還元型ＮＯｘ触媒でＮＯｘを還元浄化するために、尿素等のアンモニアを発生する還元剤を排気通路に直接燃料を噴射する排気管内直接噴射が用いられている。この排気管内直接噴射では、シリンダ内に燃料噴射するポスト噴射に比べてオイル希釈の問題が生じないので、このオイル希釈に起因するエンジンの耐久性上のトラブルが発生せず、また、この排気管内直接噴射は、排気ガスの昇温に対する燃費効率も良い方法となっている。
【０００４】
しかしながら、ディーゼルエンジン等の軽油等の燃料は、長鎖ＨＣ（炭化水素）を含んでおり、酸化触媒等の触媒では分解され難いため、次のような問題がある。つまり、この軽油等の燃料はガス化し難く、ガス化されていない液滴状態で触媒に流入するので、触媒に均一に分散されず、触媒に局所的な発熱が生じて局所的な熱劣化を生じ易い。
【０００５】
また、シリンダ内燃料噴射であるポスト噴射の場合には燃料の一部がシリンダ内で高温に晒されてガス化するが、排気管内直接噴射ではシリンダ内よりも低温の排気ガス中に燃料が噴射されるため、燃料のガス化が十分に進まない。そのため、排気管内直接噴射は、排気ガスが低温の時のＨＣ活性が、ポスト噴射に比べ劣る。また、排気ガスに含まれている煤により燃料噴射弁の噴射口にコーキングが生じ易い。
【０００６】
これに対処するために、例えば、触媒再生型のＤＰＦの上流側に燃焼ガス又は生燃料を供給するための供給装置を備えている排気浄化装置において、燃料インジェクタからの噴射燃料を空気と混合し、排気通路内に送り込むための送込装置と、噴射燃料を加熱して蒸発燃料とする蒸発装置と、送込装置内で混合燃料を着火させるための点火装置を備えた排気浄化装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００７】
しかしながら、この排気ガス浄化装置においては、触媒作用を利用せずに送込装置内で混合燃料を着火して排気ガスを直接昇温するため、送込装置を燃焼器（バーナー）として使用することになる。そのため、送込装置を燃料の燃焼で生じる高温に耐え得る構造とする必要がある上に、放熱量が増加し、触媒再生型のＤＰＦの上流側に燃焼ガス又は生燃料を供給することによる燃費の悪化が避けられないという問題がある。また、燃焼用に大量の空気が必要であるので、特に小型車両では十分な空気の供給が困難となるという問題もある。
【特許文献１】特開２００５−６１２４９公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、上記の状況を鑑みてなされたものであり、その目的は、内燃機関の排気通路に排気ガス浄化装置を備えると共に、この排気ガス浄化装置の上流側に排気管内直接噴射装置を備えた排気ガス浄化システムにおいて、内燃機関の排気通路内に噴射弁から直接噴射された軽油等の燃料又は尿素等の還元剤が排気ガス浄化装置に供給された場合に、この燃料が触媒作用により酸化されて発熱するときに、効果的に分解して排気ガス浄化装置の触媒における局所的な発熱を回避してこの触媒の局所的な熱劣化を防止できると共に、効果的に触媒温度を昇温して燃費の悪化を抑制でき、また、尿素等の還元剤がアンモニアに分解されるときに、直接噴射装置と選択還元型ＮＯｘ触媒との距離を短縮できる排気ガス浄化システム及び排気ガス浄化方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記のような目的を達成するための排気ガス浄化システムは、内燃機関の排気通路に排気ガス浄化装置を備えると共に、この排気ガス浄化装置の上流側に排気管内直接噴射装置を備えた排気ガス浄化システムにおいて、前記排気管内直接噴射装置の噴射弁で噴射された燃料又は還元剤を分解する分解用触媒を、前記排気管内直接噴射装置の前記排気通路への出口部分に設けて構成される。
【００１０】
噴射弁で噴射された軽油等の燃料が、排気通路への途中で分解用触媒を通過するときに、短鎖ＨＣ，ＣＯ，Ｈ2へ分解されると共に液滴からガスになる。これらの組成成分をガス化して排気ガス浄化装置に供給することにより、これらの組成成分が発熱する時の排気ガス浄化装置の触媒における局所的な発熱を回避でき、この触媒の局所的な熱劣化を防止できる。つまり、ガス化後に排気ガス浄化装置の触媒に到達するので、直接、軽油等の燃料をこの触媒上で発熱させるよりも局所的な発熱を抑えることができる。従って、触媒の熱劣化に関する耐久性上有利となる。
【００１１】
また、噴射弁と排気通路の間に分解用触媒が設けられているので、噴射弁が排気通路を流れる排気ガスの直接晒されないので、噴射弁の先端温度も低く保てるので、噴射口のコーキングの進捗を抑えることができる。
【００１２】
更に、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒においては、ガス化して分解して発生したＣＯ、Ｈ2は、ＨＣより還元剤としてのＮＯｘ還元特性に優れていることが知られており、この分解用触媒を備えた排気管内直接噴射装置を、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒のリッチ還元時の還元材供給用として使用すると、ＮＯｘ浄化特性の向上に寄与できる。つまり、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒等のＮＯｘ低減触媒（ＬＮＴ）に使用した場合は、燃料のＨＣがガス化され、ＣＯ，Ｈ2を生成するので還元剤としての効率も高くＮＯｘ浄化率が向上する。
【００１３】
また、尿素等の還元剤を選択還元型ＮＯｘ触媒（ＳＣＲ触媒）に供給する場合には、分解用触媒としては、酸化チタン系の触媒が知られており、この構成により、尿素からアンモニアへの加水分解が促進されるので、選択還元型ＮＯｘ触媒までの排気管の長さを短縮することが可能となり、また、噴射弁の下流側に分散板（ミキサー）を廃止することができるようになる等のメリットがある。
【００１４】
上記の排気ガス浄化システムにおいて、前記噴射弁を冷却する冷却装置を設ける。この冷却装置としては、例えば、噴射弁の周囲に設けた水冷ジャケット等で形成することができる。この噴射弁を冷却することにより、噴射弁の噴射口が高温による燃料の固化で目詰まりするのを防止することができるので、噴射された燃料を微細化した状態を維持できる。これにより、燃料又は還元剤を分散した状態で分解用触媒を通過させることができるので、燃料又は還元剤の分解を促進できる。
【００１５】
上記の排気ガス浄化システムにおいて、前記噴射弁と前記分解用触媒の間にガスを導入する攪拌室を設ける。この構成により、攪拌室に導入したガスで、スワール（横渦）を形成したりして、噴射弁から噴射された燃料を攪拌し、燃料とガスとの混合を促進する。この混合により、燃料又は還元剤を分散した状態で分解用触媒を通過させることができるので、燃料又は還元剤の分解を促進できる。この混合気は、攪拌室に供給されるガスの圧力により、分解用触媒を通過して、排気通路(排気管)へ排出される。なお、このガスとしては、ターボチャージャのコンプレッサーで加圧した後のエア等を使用することができる。
【００１６】
上記の排気ガス浄化システムにおいて、前記分解用触媒を排気通路内に一部突出して設ける。この構成によれば、排気通路内を流れる排気ガスの熱により、分解用触媒を活性化温度以上に昇温することが容易にできるようになり、噴射弁から噴射された燃料又は還元剤の分解をより促進できる。
【００１７】
上記の排気ガス浄化システムにおいて、前記分解用触媒の担体の周囲に設けた外筒を前記担体よりも排気通路側に、５ｍｍ〜１５ｍｍ長く形成する。この構成によれば、排気通路内を流れる排気ガスから熱を受けるための受熱面積を増加して分解用触媒の昇温を促進することができ、また、排気ガスの分解用触媒への流入を防ぐことができる。
【００１８】
また、上記のような目的を達成するための排気ガス浄化方法は、内燃機関の排気通路に排気ガス浄化装置を備えると共に、この排気ガス浄化装置の上流側に排気管内直接噴射装置を備えた排気ガス浄化システムの排気ガス浄化方法において、前記排気管内直接噴射装置の前記排気通路への出口部分に設けた分解用触媒で、前記排気管内直接噴射装置の噴射弁で噴射された燃料又は還元剤を分解してから前記排気通路内に供給することを特徴とする方法である。
【００１９】
この方法により、噴射弁で噴射された軽油等の燃料を、排気通路への途中の分解用触媒で、短鎖ＨＣ，ＣＯ，Ｈ2へ分解すると共に液滴状態からガス状態にする。これらの組成成分をガス化して排気ガス浄化装置に供給することにより、これらの組成成分が排気ガス浄化装置の触媒で発熱する時における局所的な発熱を回避でき、この触媒の局所的な熱劣化を防止できる。
【００２０】
また、尿素等の還元剤を選択還元型ＮＯｘ触媒（ＳＣＲ触媒）に供給する場合には、尿素からアンモニアへの加水分解が促進されるので、選択還元型ＮＯｘ触媒までの排気管の長さを短縮することが可能となり、また、噴射弁の下流側に分散板（ミキサー）を廃止することができるようになる。
【００２１】
上記の排気ガス浄化方法において、前記噴射弁の周囲に設けた冷却装置により前記噴射弁を冷却すると、噴射弁の噴射口が高温による燃料又は還元剤の固化で目詰まりするのを防止することができるので、噴射された燃料又は還元剤を微細化した状態を維持できる。これにより、燃料又は還元剤を分散した状態で分解用触媒を通過させることができるので、燃料又は還元剤の分解を促進できる。
【００２２】
上記の排気ガス浄化方法で、前記排気管内直接噴射装置の前記噴射弁の下流側に設けた攪拌室において、前記噴射弁で噴射された燃料又は還元剤を前記攪拌室に供給されるガスで攪拌してから、前記排気通路内に供給すると、攪拌室に導入したガスで、噴射弁から噴射された燃料又は還元剤を攪拌し、燃料又は還元剤とガスとの混合を促進することができる。この混合により、燃料又は還元剤を分散した状態で分解用触媒を通過させることができるので、燃料又は還元剤の分解を促進できる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明に係る排気ガス浄化方法及び排気ガス浄化システムによれば、噴射弁で噴射された軽油等の燃料が、排気通路への途中で分解用触媒を通過するときに、短鎖ＨＣ，ＣＯ，Ｈ2へ分解されると共に液滴からガスになる。これらの組成成分をガス状態で排気ガス浄化装置に供給することにより、これらの組成成分が発熱する時の排気ガス浄化装置の触媒における局所的な発熱を回避でき、この触媒の局所的な熱劣化を防止できる。
【００２４】
また、尿素等の還元剤を選択還元型ＮＯｘ触媒（ＳＣＲ触媒）に供給する場合には、尿素からアンモニアへの加水分解が促進されるので、選択還元型ＮＯｘ触媒までの排気管の長さを短縮することが可能となり、また、噴射弁の下流側に分散板（ミキサー）を廃止することができるようになる等のメリットがある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明に係る実施の形態の排気ガス浄化システムと排気ガス浄化方法について、図面を参照しながら説明する。図１に、本発明の実施の形態の排気ガス浄化システム１の排気管内直接噴射装置１０の構成を示す。
【００２６】
この排気ガス浄化システム１は、エンジン（内燃機関）の排気通路２に排気ガス浄化装置３を設けて構成される。この排気ガス浄化装置３は、炭化水素を酸化する機能を有する触媒を担持した触媒コンバータ３ａを備えた装置である。この触媒コンバータ３ａは、酸化触媒（ＤＯＣ）、三元触媒（ＴＷＣ）、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒（ＬＮＴ）、触媒付きフィルタ等やこれらの幾つかの組み合わせで構成される。
【００２７】
例えば、触媒コンバータ３ａを酸化触媒で形成した場合には、この酸化触媒は、多孔質のセラミックのハニカム構造の担持体に、白金等の酸化触媒を担持させて形成される。この酸化触媒は、排気ガス中のＨＣやＣＯを酸化して排気ガスを浄化する役割と、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒３のＮＯｘ吸蔵能力を回復するためのＮＯｘ再生の際にＮＯｘの還元剤として供給されるＨＣの一部を酸化して排気ガスの温度を昇温する役割とを持っている。この酸化触媒は、排気通路２に噴射された燃料を酸化して、通過する排気ガスを昇温する。
【００２８】
また、触媒コンバータ３ａをＮＯｘ吸蔵還元型触媒で形成した場合には、このＮＯｘ吸蔵還元型触媒は、アルカリ金属又はアルカリ土類金属を貴金属と共に担持して形成され、酸素過剰な排気ガス中のＮＯを酸化して硝酸塩として触媒上に吸着させて、ＮＯｘを浄化する。このＮＯｘ吸蔵還元型触媒は、排気ガスがリーン空燃比では、ＮＯｘを吸蔵し、リッチ空燃比では、吸蔵したＮＯｘを放出すると共に、この放出されたＮＯｘを還元雰囲気中で還元して、ＮＯｘを低減する。このリッチ空燃比は排気通路２に噴射された燃料によって達成され、また、排気通路２に噴射された燃料を還元剤としてＮＯｘを還元する。
【００２９】
また、触媒コンバータ３ａを触媒付きＤＰＦで形成した場合には、この触媒付きＤＰＦは、多孔質のセラミックのハニカムのチャンネルの入口と出口を交互に目封じしたモノリスハニカム型ウォールフロータイプのフィルタ等で形成される。このフィルタの部分に白金や酸化セリウム等の触媒を担持する。この触媒付きＤＰＦにより、排気ガス中のＰＭ（粒子状微粒子）は、多孔質のセラミックの壁で捕集される。この触媒付きＤＰＦでは、担持した触媒により、排気通路２に噴射された燃料を酸化して昇温し、ＰＭの燃焼を促進する。
【００３０】
本発明においては、排気通路２に排気管内直接噴射装置１０を設ける。この排気管内直接噴射装置１０は、噴射弁１１、攪拌室１２、分解用触媒１３を備えて構成される。この噴射弁１１には、水冷ジャケット（図示しない）等の冷却装置を設けて、噴射弁１１の噴射口が目詰まりしないように冷却する。また、攪拌室１２には、空気（ガス）供給装置１４を設けて、攪拌室１２の横から空気ａを供給して、攪拌室１２内にこの空気ａによるスワールを形成して、燃料ｆの攪拌を促進させる。この空気ａは攪拌室１２から混合気（ａ＋ｆ）を押し出す働きもする。
【００３１】
この空気ａとして、ターボチャージャ５のコンプレッサー５ａで加圧した後の空気ａを用いると、新たに空気供給手段を設ける必要がなくなる。この排気管内直接噴射装置１０からの燃料供給は、エンジンの運転が中負荷域以上の場合だけで使用し、この運転領域ではブースト圧が十分上がっているので、十分に空気ａを供給することができる。
【００３２】
この排気通路２に排気ブレーキ（エキゾーストブレーキ）４を設けている場合には、排気ブレーキ４より下流側に排気管内直接噴射装置１０を設置し、排気ブレーキ動作時に排圧が上昇する際における排気ガスＧの逆流、即ち、空気（ガス）供給装置１４経由で、ターボチャージャ５のコンプレッサー５ａ側へ排気ガスＧの逆流を防ぐ。つまり、排気通路２においては、上流側からターボチャージャ５のタービン５ｂ、排気ブレーキ４、排気管内直接噴射装置１０、排気ガス浄化装置３が配置されることになる。
【００３３】
また、分解用触媒１３は、多孔質のセラミックのハニカム構造の担持体に、触媒を担持させて形成されるが、燃料の分解に特化した触媒とすることが好ましく、その組成はＨＣからＣＯ、Ｈ2への分解に優れたパラジウムＰｄを表層に多く担持する（５ｇ／Ｌ程度）。このパラジウムＰｄは白金Ｐｔ、ロジウムＲｈ等の貴金属に比べてコストが安いので、低コストで設置が可能となる。更に、この燃料分解触媒１３は早期昇温するために、熱容量を小さくして極力小型化することが好ましく、例えば、容積を３０〜１００ｃｍ3程度とする。
【００３４】
この分解用触媒１３の外筒と担体は熱伝導率の良い薄肉メタルハニカム、ＳＵＳ材、銅製ハニカム等で構成し、排気通路２を通過する排気ガスＧとの間の熱交換の効率を向上させる。この分解用触媒１３は、図１に示すように、排気通路２の内部に突出した状態に配置し、排気通路２を流れる排気ガスＧの熱の伝達を積極的に受けて活性化温度以上に昇温し易いように構成する。
【００３５】
また、この燃料分解用の触媒を担持する担体を囲む外筒は、受熱面積を増すためと、触媒の担体内への排気ガスの流入を防ぐために、担体より５ｍｍ〜１５ｍｍ、好ましくは１０ｍｍ長く形成する。この分解用触媒１４を積極的に昇温させる配置により、分解用触媒１４を低コストで早期昇温することができ、低温域から十分な燃料分解効果を得ることができる。その結果、排気ガス浄化装置３の触媒に担持させる白金等のＰＧＭ（白金属元素：プラチナグループメンタルズ）の量も少なくすることも可能となる。
【００３６】
また、この分解用触媒１３の触媒温度を検出するために触媒温度センサ１５を設ける。この触媒温度センサ１５で検出される触媒温度に基づいて、噴射弁１１からの噴射の可否を判断する。つまり、触媒温度センサ１５で検出された触媒温度が、分解用触媒１３の活性温度（約２００℃）以上となり、かつ、排気管内直接噴射の要求があった場合に、噴射弁１１から燃料ｆを噴射する。
【００３７】
次に、上記の構成の排気ガス浄化システム１における排気ガス浄化方法について説明する。この排気ガス浄化システム１においては、吸気通路２に設けた吸入空気量センサ（ＭＡＦセンサ）７を通過した新気Ａがコンプレッサー３ａにより昇圧されてエンジンのシリンダ内に供給される。シリンダ内では内部に噴射された燃料が新気で酸化され、排気ガスＧが排気通路２に排出される。この排出された排気ガスＧは、排気ブレーキ４、排気管内直接噴射装置１０、排気ガス浄化装置３を順に通過して、排気ガス浄化装置３で浄化されて、サイレンサー（図示しない）に導かれ、大気中に放出される。
【００３８】
そして、排気ガス浄化装置３による排気ガスの浄化や排気ガス浄化装置３の再生のために、排気管内直接噴射装置１０から燃料ｆを攪拌室１２に噴射するが、この噴射は触媒温度センサ１５で検出された分解用触媒１３の触媒温度が、この燃料分解用の触媒の活性化温度(例えば、２００℃)以上の場合のみ噴射する。この噴射の際には、空気供給供給装置１４から空気ａが攪拌室１２に導入され、スワールを発生し、噴射した燃料ｆは空気ａと攪拌される。
【００３９】
その後、燃料ｆと空気ａの混合気（ａ＋ｆ）は空気圧により排気通路２へ押し出されるが、途中、分解用触媒１３を通過する。この分解用触媒１３は排気ガスＧにより活性化温度以上になっているので、この高温の触媒で燃料が短鎖ＨＣ，ＣＯ，Ｈ2へ分解されて液滴からガスになる。このガス化したこれらの組成成分が排気ガス浄化装置３の触媒コンバータ３ａに供給されることで、触媒コンバータ３ａにおける発熱時の局所的な熱劣化を防止できる。
【００４０】
また、特に、触媒コンバータ３ａがＮＯｘ吸蔵還元型触媒で形成される場合に、ＣＯ、Ｈ2は還元剤として、ＨＣよりＮＯｘ還元特性に優れているので、この排気管内燃料直接墳装置１０をリッチ還元時の還元剤の供給用として使用することにより、ＮＯｘ浄化特性を向上させることができる。
【００４１】
従って、上記の排気ガス浄化システム１及び排気ガス浄化方法によれば、エンジンの排気通路２に排気ガス浄化装置３を備えると共に、この排気ガス浄化装置３の上流側に排気管内直接噴射装置１０を備えた排気ガス浄化システム１において、エンジンの排気通路２内に噴射弁１１から直接噴射された軽油等の燃料ｆが排気ガス浄化装置３に供給された場合に、この燃料ｆが触媒作用により酸化されて発熱する時に、効果的に分解して排気ガス浄化装置３の触媒における局所的な発熱を回避してこの触媒の局所的な熱劣化を防止できると共に、効果的に触媒温度を昇温して燃費の悪化を抑制できる。
【００４２】
また、燃料が分解されガス化された状態で、排気ガス浄化装置３に流入するので、排気ガス浄化装置３の触媒に担持させる白金等のＰＧＭ（白金属元素：プラチナグループメンタルズ）の量を少なくすることも可能となる。また、排気管内直接噴射装置１０の噴射弁１３が直接排気ガスＧに晒されることがなく、噴射弁１３の先端温度を低く保てるので、噴射弁１３の噴射口の目詰まりを防止することができる。
【００４３】
更に、触媒コンバータ３ａをＮＯｘ吸蔵還元型触媒で形成した場合は、燃料が分解用触媒１３で分解されて発生するＣＯ、Ｈ2をリッチ還元時の還元剤の供給用として使用することになるので、ＮＯｘ浄化特性を向上させることができる。
【００４４】
なお、上記の排気ガス浄化システム１では、排気ガス浄化装置３を、炭化水素を酸化する機能を有する触媒を担持した触媒コンバータ３ａを備えた装置で構成したが、本発明は、排気ガス浄化装置３を、選択還元型ＮＯｘ触媒（ＳＣＲ触媒）で構成した場合にも適用できる。
【００４５】
この選択還元型ＮＯｘ触媒（ＳＣＲ触媒）は、コージェライトや酸化アルミニウムや酸化チタン等で形成されるハニカム構造等の担持体に、チタニア−バナジウム、β型ゼオライト、酸化クロム、酸化マンガン、酸化モリブデン、酸化チタン、酸化タングステン等を担持して形成される。この構成により、アンモニアを吸着し、このアンモニアでＮＯｘを還元浄化する。なお、この選択還元型ＮＯｘ触媒装置でＮＯｘを浄化する場合には、燃料ｆの代わりに、尿素等のアンモニアを生する物質を上流側に設けられている排気管内直接噴射装置１０から供給する。また、分解用触媒１３としては、尿素等の還元剤をアンモニアに加水分解する分解用触媒が用いられる。この分解用触媒としては、例えば、酸化チタン系の触媒を用いる。
【００４６】
この構成により、尿素からアンモニアへの加水分解が促進されるので、選択還元型ＮＯｘ触媒までの排気管の長さを短縮することが可能となり、また、噴射弁の下流側に分散板（ミキサー）を廃止することができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明に係る実施の形態の排気ガス浄化システムの排気管内直接噴射装置の構成を示す図である。
【符号の説明】
【００４８】
１ 排気ガス浄化システム
２ 排気通路
３ 排気ガス浄化装置
３ａ 触媒コンバータ
４ 排気ブレーキ
１０ 排気管内直接噴射装置
１１ 噴射弁
１２ 攪拌室
１３ 分解用触媒
１４ 空気供給装置
１５ 触媒温度センサ
ａ 空気
ｆ 燃料
ａ＋ｆ 混合気
Ａ 新気
Ｇ 排気ガス
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路に排気ガス浄化装置を備えると共に、この排気ガス浄化装置の上流側に排気管内直接噴射装置を備えた排気ガス浄化システムにおいて、前記排気管内直接噴射装置の噴射弁で噴射された燃料又は還元剤を分解する分解用触媒を、前記排気管内直接噴射装置の前記排気通路への出口部分に設けたことを特徴とする排気ガス浄化システム。
【請求項２】
前記噴射弁を冷却する冷却装置を設けたことを特徴とする請求項１に記載の排気ガス浄化システム。
【請求項３】
前記噴射弁と前記分解用触媒の間にガスを導入する攪拌室を設けたことを特徴とする請求項１又は２に記載の排気ガス浄化システム。
【請求項４】
前記分解用触媒を前記排気通路内に一部突出して設けたことを特徴とする請求項１、２又は３に記載の排気ガス浄化システム。
【請求項５】
前記分解用触媒の担体の周囲に設けた外筒を前記担体よりも排気通路側に、５ｍｍ〜１５ｍｍ長く形成したことを特徴とする請求項１、２、３又は４に記載の排気ガス浄化システム。
【請求項６】
内燃機関の排気通路に排気ガス浄化装置を備えると共に、この排気ガス浄化装置の上流側に排気管内直接噴射装置を備えた排気ガス浄化システムの排気ガス浄化方法において、前記排気管内直接噴射装置の前記排気通路への出口部分に設けた分解用触媒で、前記排気管内直接噴射装置の噴射弁で噴射された燃料又は還元剤を分解してから前記排気通路内に供給することを特徴とする排気ガス浄化方法。
【請求項７】
前記噴射弁の周囲に設けた冷却装置により前記噴射弁を冷却することを特徴とする請求項６記載の排気ガス浄化方法。
【請求項８】
前記排気管内直接噴射装置の前記噴射弁の下流側に設けた攪拌室において、前記噴射弁で噴射された燃料を前記攪拌室に供給されるガスで攪拌してから、前記排気通路内に供給することを特徴とする請求項６又は７記載の排気ガス浄化方法。
【請求項１】
内燃機関の排気通路に排気ガス浄化装置を備えると共に、この排気ガス浄化装置の上流側に排気管内直接噴射装置を備えた排気ガス浄化システムにおいて、前記排気管内直接噴射装置の噴射弁で噴射された燃料又は還元剤を分解する分解用触媒を、前記排気管内直接噴射装置の前記排気通路への出口部分に設けたことを特徴とする排気ガス浄化システム。
【請求項２】
前記噴射弁を冷却する冷却装置を設けたことを特徴とする請求項１に記載の排気ガス浄化システム。
【請求項３】
前記噴射弁と前記分解用触媒の間にガスを導入する攪拌室を設けたことを特徴とする請求項１又は２に記載の排気ガス浄化システム。
【請求項４】
前記分解用触媒を前記排気通路内に一部突出して設けたことを特徴とする請求項１、２又は３に記載の排気ガス浄化システム。
【請求項５】
前記分解用触媒の担体の周囲に設けた外筒を前記担体よりも排気通路側に、５ｍｍ〜１５ｍｍ長く形成したことを特徴とする請求項１、２、３又は４に記載の排気ガス浄化システム。
【請求項６】
内燃機関の排気通路に排気ガス浄化装置を備えると共に、この排気ガス浄化装置の上流側に排気管内直接噴射装置を備えた排気ガス浄化システムの排気ガス浄化方法において、前記排気管内直接噴射装置の前記排気通路への出口部分に設けた分解用触媒で、前記排気管内直接噴射装置の噴射弁で噴射された燃料又は還元剤を分解してから前記排気通路内に供給することを特徴とする排気ガス浄化方法。
【請求項７】
前記噴射弁の周囲に設けた冷却装置により前記噴射弁を冷却することを特徴とする請求項６記載の排気ガス浄化方法。
【請求項８】
前記排気管内直接噴射装置の前記噴射弁の下流側に設けた攪拌室において、前記噴射弁で噴射された燃料を前記攪拌室に供給されるガスで攪拌してから、前記排気通路内に供給することを特徴とする請求項６又は７記載の排気ガス浄化方法。
【図１】
【公開番号】特開２０１０−１２１５４８（Ｐ２０１０−１２１５４８Ａ）
【公開日】平成２２年６月３日（２０１０．６．３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２９６３７５（Ｐ２００８−２９６３７５）
【出願日】平成２０年１１月２０日（２００８．１１．２０）
【出願人】（００００００１７０）いすゞ自動車株式会社 (1,721)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年６月３日（２０１０．６．３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１１月２０日（２００８．１１．２０）
【出願人】（００００００１７０）いすゞ自動車株式会社 (1,721)
【Ｆターム（参考）】
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