内燃機関の排気浄化装置
【課題】排気ガス中のアロマ成分を分離し、添加弁から排気系内、エンジン筒内へ添加することができ、アロマ成分の浄化性能を向上させる内燃機関の排気浄化装置を提供する。
【解決手段】本発明に係る内燃機関の排気浄化装置は、燃料中のアロマ分を分離し、アロマフリー燃料と、アロマ含有燃料とに分離する燃料分離装置１７と、アロマフリー燃料を窒素酸化物浄化装置４２に供給する第一の排気添加弁２２−１と、アロマ含有燃料を粒子状物質捕集装置４３に供給する第二の排気添加弁２２−２とを備える。アロマフリー燃料２３を常時エンジン筒内燃焼用の燃料として用いると共に、アロマ分を効率よく処理し、アロマ分に起因した煤の発生量を抑制する。また、ＮＯX浄化用触媒に吸蔵された窒素酸化物の還元効率、粒子状物質捕集装置のＰＭ再生効率を向上させる。
【解決手段】本発明に係る内燃機関の排気浄化装置は、燃料中のアロマ分を分離し、アロマフリー燃料と、アロマ含有燃料とに分離する燃料分離装置１７と、アロマフリー燃料を窒素酸化物浄化装置４２に供給する第一の排気添加弁２２−１と、アロマ含有燃料を粒子状物質捕集装置４３に供給する第二の排気添加弁２２−２とを備える。アロマフリー燃料２３を常時エンジン筒内燃焼用の燃料として用いると共に、アロマ分を効率よく処理し、アロマ分に起因した煤の発生量を抑制する。また、ＮＯX浄化用触媒に吸蔵された窒素酸化物の還元効率、粒子状物質捕集装置のＰＭ再生効率を向上させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料中のアロマ分を用い、内燃機関から排出される排気ガス中の有害成分の浄化性能を向上させる内燃機関の排気浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、ディーゼルエンジンの排気ガスには、炭素を主成分とする粒子状物質（以下、ＰＭ（Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ｍａｔｔｅｒ）という）が含まれ、大気汚染の原因となることが知られ、排気ガスからこれらの粒子状物質を捕捉・除去する必要がある。
【０００３】
近年、例えばディーゼルエンジンの排ガス制御、中でも窒素酸化物（ＮＯX）の後処理技術が検討され、還元剤として添加する軽油の性状によっては窒素酸化物（ＮＯX）用浄化触媒の浄化性能が著しく異なる。還元剤である軽油中には、例えばベンゼン、トルエン、キシレン等の芳香族化合物（Ａｒｏｍａｔｉｃ Ｃｏｍｐｏｕｎｄ）であるベンゼン系炭化水素（以下、「アロマ分」という）が含有されている。この軽油中に含有されるアロマ分はＮＯXの還元剤としては適していない。
【０００４】
そのため、従来の複数種の燃料を混合した混合燃料を使用する内燃機関の排気浄化装置が提案されている。混合燃料を使用する内燃機関の排気浄化装置として、次のようなものがある（特許文献１）。
図４は、従来の内燃機関の排気浄化装置の構成を示す図である。図４に示すように、従来の内燃機関の排気浄化装置１００は、排気ガスを排出する内燃機関の排気管１０１に介装した窒素酸化物（ＮＯX）用浄化触媒１０２と、このＮＯX用浄化触媒１０２の上流側に窒素酸化物（ＮＯX）を還元する還元剤１０３を添加する還元剤添加手段１０４と、軽油１０５が含有するアロマ分１０５ａを除去するアロマ分除去手段１０６とを備えている。還元剤添加手段１０４は、軽油１０５を貯留する軽油タンク１０７と還元剤１０３を排気管１０１内に添加する添加弁１０８とを備え、還元剤１０３を排気管１０１内へ添加している。
【０００５】
また、このアロマ分除去手段１０６は、軽油１０５に配合してアロマ分１０５ａを分離するアロマ分除去溶媒１１０（例えば硫酸や硫酸塩溶液など）を貯留する除去溶媒タンク１１１と、軽油１０５にこのアロマ分除去溶媒１１０を配合してアロマ分１０５ａを沈降させ還元剤１０３とアロマ分１０５ａとに分離するアロマ分分離器１１２と、アロマ分１０５ａとアロマ分除去溶媒１１０とを分離して回収する回収手段１１３とを備える。回収手段１１３は、アロマ分分離器１１２で分離されたアロマ分１０５ａとアロマ分除去溶媒１０５との混合液１１４を貯留する回収タンク１１５と、混合液１１４からアロマ分１０５ａを蒸留するヒータ１１５ａと、蒸留後のアロマ分除去溶媒１１０を除去溶媒タンク１１１へ環流するリターンポンプ１１６とを備える。
【０００６】
除去溶媒タンク１１１にはポンプ１１１ｐが設けられており、図示しない制御装置によりアロマ分分離器１１２へアロマ分除去溶媒１１０を供給するようにしている。また、軽油タンク１０７はポンプ１０７ｐを備えており、図示しない制御装置の指示によりアロマ分分離器１１２へ軽油１０５を供給している。アロマ分分離器１１２は、軽油タンク１０７から供給される軽油１０５と、除去溶媒タンク１１１から供給されるアロマ分除去溶媒１１０とを受け入れ、所定時間鎮静することでその上澄みの軽油である還元剤１０３とアロマ分１０５ａを含む混合液１１４とに分離している。アロマ分分離器１１２内のポンプ１１２ｐを駆動し、アロマ分１０５ａが除去された軽油１０５を還元剤１０３として窒素酸化物（ＮＯX）用浄化触媒１０２の上流側に添加している。また、アロマ分１０５ａを含む混合液１１４は電磁弁１２０を開弁し、回収タンク１１５に排出している。
【０００７】
また、気化されたアロマ分１０５ａはエンジン燃焼用の燃料タンク１１７へ送られて燃焼用の軽油に混入してエンジン１１８へ供給される。また、回収タンク１１５内に残留したアロマ分除去溶媒１１０は、リターンポンプ１１６を駆動し、除去溶媒回収通路１１９を介して除去溶媒タンク１１１に回収し、再利用している。
【０００８】
このように、従来の内燃機関の排気浄化装置１００では、アロマ分除去手段１０６によりアロマ分１０５ａを除去した上澄みの軽油を還元剤１０３として窒素酸化物浄化用触媒１０２の上流側に添加することで、排気ガスＧ中の添加窒素酸化物の浄化性能を向上させている。
【０００９】
【特許文献１】特開２００６−１３２４３５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、従来の内燃機関の排気浄化装置では、ＮＯX浄化用触媒１０２の再生を図ることだけを目的とし、分離されたアロマ分１０５ａ処理が充分に考慮されていない、という問題がある。
【００１１】
即ち、従来の内燃機関の排気浄化装置１００では、気化された高濃度のアロマ分１０５ａがエンジン燃焼用の燃料タンク１１７へ送給され、燃焼用の例えば軽油と混合しエンジン１１８へ供給されているが、高濃度のアロマ分１０５ａを供給し続けるとエンジン１１８の許可可能な範囲以上のアロマ分１０５ａとなり、その結果増大したアロマ分１０５ａに起因して発生する煤の量が更に増大する、という問題がある。
【００１２】
また、通常、例えば２０％程度の高濃度のアロマ分１０５ａがエンジン１１８に送給されるが、長時間の運転に伴い、回収タンク１１５で高濃度のアロマ分１０５ａが徐々に濃縮されるため、この濃縮され気化されたアロマ分１０５ａがエンジン燃焼用として供給されることで、エンジン１１８の燃焼効率が悪化する、という問題がある。
【００１３】
また、排気ガス中のＰＭは、ＰＭフィルタ等により捕集され、この捕集されたＰＭは定期的に強制酸化してＰＭ捕集機能を再生（以下、「ＰＭ再生」という）しているが、アロマ分１０５ａが主要因となって発生する煤に起因するＰＭは、アロマ分１０５ａが増大すると、この増大するアロマ分１０５ａに起因するＰＭの発生量が更に増大し、ＰＭ再生頻度が増える、という問題がある。
【００１４】
また、アロマ分１０５ａを燃焼することによって、ＮＯX浄化用触媒１０２が被毒されるため、ＮＯX浄化用触媒１０２の再生頻度も高くなり、触媒効率が低下する、という問題がある。
【００１５】
更には、ＮＯX浄化用触媒１０２の触媒活性を維持するため、触媒床温は例えば２００〜４００℃程度と低い温度で行なわれているのに対し、アロマ分１０５ａを酸化分解するためには更に高温を必要とするため、アロマ分１０５ａの酸化分解が進行しない、という問題がある。
【００１６】
この結果、アロマ分１０５ａの酸化分解が十分に行われないとアロマ分１０５ａを含有した排気ガスが大気中に放出され、環境汚染を引き起こす、という問題がある。
【００１７】
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであって、排気ガス中のアロマ成分を分離し、添加弁から排気系内、エンジン筒内へ添加することができ、アロマ成分の浄化性能を向上させる内燃機関の排気浄化装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
上記の目的を達成するために、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置は、排気通路内の排気ガス中の窒素酸化物を浄化する窒素酸化物浄化用触媒が収容されている窒素酸化物浄化装置と、該窒素酸化物浄化装置の下流側に設けられ、前記排気通路内の前記排気ガス中の粒子状物質を捕集するフィルタ機能を備えた粒子状物質捕集装置とを有する内燃機関の排気浄化装置であって、燃料中のアロマ分を分離し、アロマ分を含有しないアロマフリー燃料と、アロマ分を含有するアロマ含有燃料とに分離する燃料分離装置を有し、前記アロマフリー燃料をエンジン燃焼用の燃料として用いると共に、前記窒素酸化物浄化用触媒に吸蔵された窒素酸化物の還元時に前記アロマフリー燃料を用い、且つ、前記粒子状物質捕集装置に捕集されたＰＭを焼失してＰＭ捕集機能を再生するＰＭ再生時に前記分離したアロマ含有燃料を用いることを特徴とする。
【００１９】
本発明に係る内燃機関の排気浄化装置においては、前記燃料分離装置において分離された前記アロマフリー燃料を前記窒素酸化物浄化装置の上流側に供給する第一の排気添加弁と、前記燃料分離装置において分離された前記アロマ含有燃料を前記窒素酸化物浄化装置と前記粒子状物質捕集装置との間に供給する第二の排気添加弁とを有することを特徴とする。
【００２０】
本発明に係る内燃機関の排気浄化装置においては、前記窒素酸化物浄化装置と前記粒子状物質捕集装置との間隔が、温度伝達が起こり難い所定間隔を有することを特徴とする。
【００２１】
本発明に係る内燃機関の排気浄化装置においては、前記燃料分離装置で分離された前記アロマ含有燃料を貯蔵するアロマ含有燃料タンクを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、燃料中のアロマ分をアロマフリー燃料とアロマ含有燃料とに分離する燃料分離装置を備え、アロマフリー燃料を常時エンジン筒内燃焼用の燃料として用いることができる。このため、エンジン燃焼により発生するＰＭ生成を抑制しすることができると共に、粒子状物質捕集装置のＰＭ再生頻度を減少することができる。
【００２３】
また、アロマフリー燃料を窒素酸化物浄化装置の上流側に供給する第一の排気添加弁を備えているため、アロマフリー燃料を窒素酸化物浄化装置内に常時供給することができ、窒素酸化物浄化用触媒に反応性の高い還元剤を供給することで前記窒素酸化物浄化用触媒に吸蔵された窒素酸化物の還元効率を高めることができる。
【００２４】
また、アロマフリー燃料を窒素酸化物浄化装置に窒素酸化物浄化用触媒が熱劣化しない程度にまで添加することで、窒素酸化物浄化用触媒の熱劣化を抑制しつつ、粒子状物質捕集装置内のフィルタ床温を上昇させることができる。
【００２５】
また、アロマ含有燃料を窒素酸化物浄化装置と粒子状物質捕集装置との間に供給する第二の排気添加弁とを備えているため、アロマ含有燃料を常時粒子状物質捕集装置に供給することで粒子状物質捕集装置内のフィルタ床温を上昇させることができる。
【００２６】
また、燃料中のアロマ分がＰＭ再生時に酸化処理されるため、アロマ分を効率よく処理することができ、アロマ分の排出を抑制することができる。これにより、アロマ分に起因して発生する煤の発生量を抑制することができる。
【００２７】
また、燃料分離装置で分離されたアロマ含有燃料を貯蔵するアロマ含有燃料タンクを有しているため、必要な場合にのみ粒子状物質捕集装置を供給することができる。
【００２８】
従って、燃料中のアロマ分を効率よく有効に処理することで、アロマ分の排出を抑制し、アロマ分に起因して発生する煤の発生量を軽減することができると共に、窒素酸化物浄化用触媒に吸蔵された窒素酸化物の還元効率、粒子状物質捕集装置のＰＭ再生効率の向上を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
以下に、この発明に係る内燃機関の排気浄化装置をディーゼルエンジンシステムに適用した例について図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。
【実施例１】
【００３０】
図１は、本発明の実施例に係る内燃機関の排気浄化装置を適用したディーゼルエンジンシステムを示す概略構成図である。図２は、図１に示すエンジンシステムの構成を簡略に示す概略図である。
図１に示すように、内燃機関（以下、エンジンと記す。）１１は、燃料供給系１２、燃焼室１３、吸気系１４および排気系１５等を主要部として構成される直列４気筒のディーゼルエンジンシステムである。
【００３１】
燃料供給系１２は、燃料タンク１６、燃料分離装置１７、メイン燃料通路Ｌ１、燃料ポンプ１８、コモンレール１９、燃料噴射弁２１、遮断弁Ｖ１〜Ｖ３、第一の排気添加弁２２−１、第二の排気添加弁２２−２、アロマフリー燃料送給通路Ｌ２、機関燃料通路Ｌ３、アロマフリー燃料添加通路Ｌ４及びアロマ含有燃料添加通路Ｌ５を備えて構成されている。また、燃料タンク１６には、燃料の酸素濃度を検出する燃料酸素濃度センサ（燃料酸素濃度検出手段）２２が設けられている。
【００３２】
燃料タンク１６からメイン燃料通路Ｌ１を介して汲み上げた燃料は、燃料分離装置１７に供給される。燃料分離装置１７は、燃料タンク１６から供給される燃料中のアロマ分を分離し、アロマ分を含有しないアロマフリー燃料２３と、アロマ分を含有するアロマ含有燃料２４とに分離する。
【００３３】
また、本実施例では、燃料分離装置１７としては、燃料中のアロマ分を選択的に分離可能なシステムであればよく、例えばアロマ分を抽出して分離する方法、分離膜を用いる方法等があるが、特にこれらに限定されるものではない。
【００３４】
燃料ポンプ１８は、燃料分離装置１７からアロマフリー燃料送給通路Ｌ２を介して汲み上げたアロマフリー燃料２３を高圧にし、機関燃料通路Ｌ３を経てコモンレール１９に供給する。コモンレール１９は、燃料ポンプ１８から供給された高圧のアロマフリー燃料２３を所定圧力に蓄圧し、各燃料噴射弁２１に分配する。電磁弁である燃料噴射弁２１は、燃焼室１３内に燃料を噴射供給する。
【００３５】
これにより、アロマフリー燃料２３を各燃料噴射弁２１より燃焼室１３内に燃料を噴射供給することができるため、アロマフリー燃料２３をエンジン筒内燃焼用の燃料として常時用いることができる。この結果、エンジン筒内燃焼により発生するアロマ分に由来するＰＭ生成を抑制することができ、粒子状物質捕集装置４３内に捕集される粒子状物質（ＰＭ）の発生が低減されるので、ＰＭを強制酸化しＰＭ捕集機能を再生するＰＭ再生頻度を減少することができる。
【００３６】
また、吸気系１４は、各燃焼室１３内に供給される吸入空気の通路（吸気通路）を形成するものである。排気系１５は、各燃焼室１３から排出される排気ガスの通路（排気通路）を形成するものである。
【００３７】
また、エンジン１１には、その排気により吸気３１を過給するターボチャージャ３２を備えている。ターボチャージャ３２に設けられたインタークーラ３３は、過給によって昇温した吸入空気を強制冷却する。このインタークーラ３３よりも下流に設けられたスロットル弁３４は、いわゆる電子スロットルであり、吸入空気の供給量を調整する。
【００３８】
また、エンジン１１には、吸気系１４と排気系１５をバイパスし、排気の一部を吸気系１４に戻すＥＧＲ通路３５が設けられている。ＥＧＲ通路３５には、排気流量を調整するＥＧＲ弁３６と、排気を冷却するためのＥＧＲクーラ３７が設けられている。
【００３９】
また、排気系１５は、排気主通路４１上に排気ガス中の窒素酸化物を浄化する窒素酸化物（ＮＯX）浄化用触媒が収容されている窒素酸化物浄化装置４２と、その下流側に前記排気ガス中の粒子状物質を捕集するＰＭフィルタを備えた粒子状物質捕集装置４３とを配設している。
【００４０】
窒素酸化物浄化装置４２に収容されているＮＯX浄化用触媒は、排気空燃比がリーンのときに排気ガス中のＮＯXを吸蔵し、排気ガス中の排気空燃比がリッチのときに添加されるＨＣ、ＣＯ等により吸蔵されたＮＯXを還元・放出するものである。
【００４１】
ＮＯX浄化用触媒として、具体的には、ＮＳＲ（ＮＯX Ｓｔｏｒａｇｅ Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ）やＤＰＮＲ（Ｄｉｅｓｅｌ Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ−ＮＯX Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ）が知られている。ＮＳＲとは、リーン運転モードでの運転中にＮＯXを硝酸塩の形で触媒中に吸蔵し、その硝酸塩を酸素濃度の低下した還元雰囲気でＮ2に還元するＮＯX吸蔵還元型触媒のことである。また、ＤＰＮＲとは、粒子状物質（ＰＭ）とＮＯXを同時に連続して浄化させることが可能なシステムのことであり、例えば、ＰＭ捕集装置であるＤＰＦ（Ｄｉｅｓｅｌ Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ｆｉｌｔｅｒ）にＮＯX吸蔵還元型触媒を担持させたものである。本実施例においては、ＮＯX浄化用触媒として、ＮＯX吸蔵還元型触媒（ＮＳＲ）を適用する。
【００４２】
また、粒子状物質捕集装置４３は、排気ガス中の粒子状物質（ＰＭ）を捕集するＰＭフィルタを備えたものである。粒子状物質捕集装置４３として、例えばＤＰＦ（Ｄｉｅｓｅｌ Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ｆｉｌｔｅｒ）がある。
【００４３】
ここでは、その粒子状物質捕集装置４３を窒素酸化物浄化装置４２よりも排気ガス流動方向下流に配置して、その窒素酸化物浄化装置４２内のＮＯX浄化用触媒においてＮＯXを吸蔵し、排気ガス中のＰＭ等を粒子状物質捕集装置４３内のＰＭフィルタで捕集し、排気している。
【００４４】
また、窒素酸化物浄化装置４２内のＮＯX浄化用触媒や粒子状物質捕集装置４３内のＰＭフィルタが活性状態にあるか否かについては、その夫々の触媒床温、フィルタ床温を検出することで判断してもよい。
【００４５】
また、アロマフリー燃料２３を窒素酸化物浄化装置４２の上流側に供給する第一の排気添加弁２２−１を有している。燃料分離装置１７は、アロマフリー燃料２３の一部をアロマフリー燃料添加通路Ｌ４を介して第一の排気添加弁２２−１に供給する。この供給の際には、第一の排気添加弁２２−１を開放し、アロマフリー燃料２３の供給を行なう。また、必要でない時には閉鎖し、アロマフリー燃料２３の供給を停止する。
【００４６】
第一の排気添加弁２２−１よりアロマフリー燃料２３を窒素酸化物浄化装置４２の上流側に常時供給することができるため、窒素酸化物浄化装置４２内のＮＯX浄化用触媒に反応性の高い還元剤を供給できる。この結果、窒素酸化物浄化装置４２内のＮＯX浄化用触媒に吸蔵されたＮＯXの還元効率を高めることができる。
【００４７】
また、第一の排気添加弁２２−１よりアロマフリー燃料２３を窒素酸化物浄化装置４２に供給し、窒素酸化物浄化装置４２内のＮＯX浄化用触媒の熱劣化が起こらない温度（例えば４００℃）程度にまで加温することで、ＮＯX浄化用触媒の熱劣化を抑制しつつ、粒子状物質捕集装置４３内のＰＭフィルタのフィルタ床温を上昇させることができる。
【００４８】
また、アロマ含有燃料２４を窒素酸化物浄化装置４２と粒子状物質捕集装置４３との間に供給する第二の排気添加弁２２−２を有している。燃料分離装置１７は、アロマ含有燃料２４をアロマ含有燃料添加通路Ｌ５を介して第二の排気添加弁２２−２に供給し、アロマ含有燃料２４を粒子状物質捕集装置４３に供給する。
【００４９】
第二の排気添加弁２２−２よりアロマ含有燃料２４を窒素酸化物浄化装置４２と粒子状物質捕集装置４３との間に常時供給することができるため、粒子状物質捕集装置４３内のＰＭフィルタのフィルタ床温を上昇させることができる。
【００５０】
また、アロマフリー燃料２３を供給してフィルタ床温が上昇した粒子状物質捕集装置４３にアロマ含有燃料２４を供給することで、粒子状物質捕集装置４３内のフィルタ床温を更に上昇させることができる。
【００５１】
よって、粒子状物質捕集装置４３内のＰＭフィルタのＰＭ再生に必要なフィルタ床温（例えば５５０℃）にまで効率良く上昇させ、粒子状物質捕集装置４３のＰＭ再生を行なうことができる。
【００５２】
また、アロマ分の処理については、図４に示すような従来の内燃機関の排気浄化装置では、濃縮されたアロマ分をエンジン燃焼用に用い、アロマ分に起因して発生する煤の量を増大させ、エンジンの燃焼効率を悪化させてしまい、アロマ分の処理が充分に考慮されていない。
【００５３】
これに対し、本願発明においては、上述のように、アロマフリー燃料２３は燃焼用の燃料として常時用いることで、排気ガス中に煤を発生させないと共に、ＰＭ再生頻度を減らすことができる。また、窒素酸化物浄化装置４２内のＮＯX浄化用触媒に吸蔵された窒素酸化物の還元時に、アロマフリー燃料２３を還元剤として用いることで、ＮＯX還元効率を高めることができる。更に、アロマ含有燃料２４をＰＭ再生時に粒子状物質捕集装置４３に供給することでフィルタ床温を上昇させ、ＰＭ再生効率を高めるのに利用すると共に、アロマ分を燃焼・消費し、高濃度のアロマ分に起因して発生する煤の発生量を大幅に軽減し、アロマ分を効率良く有効に処理することができる。
【００５４】
従って、燃料中のアロマ分を効率良く有効に処理し、アロマ分の排出を抑制し、高濃度のアロマ分に起因して発生する煤の発生量を大幅に軽減することができる。また、ＮＯX浄化用触媒に吸蔵された窒素酸化物の還元効率と、粒子状物質捕集装置のＰＭ再生効率の向上を図ることができる。
【００５５】
また、粒子状物質捕集装置４３内は高温となるため、窒素酸化物浄化装置４２内のＮＯX浄化用触媒に熱が伝わり、熱劣化する虞がある。このため、窒素酸化物浄化装置４２と粒子状物質捕集装置４３との間隔は、窒素酸化物浄化装置４２と粒子状物質捕集装置４３とが温度伝達が起こり難いように所定の間隔を確保する。
【００５６】
この結果、所定の間隔を確保することで、粒子状物質捕集装置４３のＰＭ再生時においても、窒素酸化物浄化装置４２内のＮＯX浄化用触媒の熱劣化を防止しつつ、粒子状物質捕集装置４３のＰＭ再生効率を高めることができる。
【００５７】
なお、アロマフリー燃料添加通路Ｌ４、アロマ含有燃料添加通路Ｌ５には調量弁（図示せず）も設けられている。この調量弁は、第一の排気添加弁２２−１、第二の排気添加弁２２−２に供給する燃料の圧力（燃圧）を制御する。電磁弁である第一の排気添加弁２２−１、第二の排気添加弁２２−２は、アロマフリー燃料２３、アロマ含有燃料２４を、適宜量、適宜タイミングで排気系１５の窒素酸化物浄化装置４２、粒子状物質捕集装置４３に添加供給する。
【００５８】
また、エンジン１１の各部位には、吸気量を検出するエアフロメータ４４と、粒子状物質捕集装置４３内のＰＭフィルタのフィルタ床温を検出する温度センサ４５とが設けられている。また、窒素酸化物浄化装置４２の上流側と窒素酸化物浄化装置４２と粒子状物質捕集装置４３との間に排気ガス中の酸素濃度を検出する空燃比センサ４６−１，４６−２と、粒子状物質捕集装置４３の下流側の窒素濃度を検出するＮＯXセンサ４７とが設けられている。
【００５９】
また、本実施例では、第一の排気添加弁２２−１、第二の排気添加弁２２−２はアロマフリー燃料２３又はアロマ含有燃料２４を微粉化し噴出することが可能なものであれば、特にこれに限定されるものではない。
【００６０】
また、図示を省略するが、エンジン１１の各部位には、吸気量を検出するエアフロメータ４４、コモンレール１９内の燃料の温度と圧力を検出する温度センサおよび圧力センサ、エンジン１１のクランク軸回転を検出するクランクポジションセンサ、吸気温度を検出する吸気温センサ、吸気圧力を検出する吸気圧センサ、アクセルペダルの踏込み量（アクセル開度）を検出するアクセル開度センサ、スロットル弁３４の開度を検出するスロットルポジションセンサ、エンジン１１の冷却水温を検出する水温センサ等が設けられている。
【００６１】
図示しない電子制御装置（ＥＣＵ）は、上記各種センサの検出信号を外部入力回路を介して入力し、これらの信号に基づき燃料噴射弁２１や第一の排気添加弁２２−１、第二の排気添加弁２２−２の開閉制御等、エンジン１１の運転状態に関する各種制御を実施する。このＥＣＵは、ＮＯXセンサ４７のＮＯX排出量に基づいて第一の排気添加弁２２−１から噴出するアロマフリー燃料２３の添加量と、第二の排気添加弁２２−２から噴出するアロマ含有燃料２４の添加量を調整する。
【００６２】
このように、本実施例に係る内燃機関の排気浄化装置を適用したディーゼルエンジンシステムによれば、燃料中のアロマ分を分離し、アロマフリー燃料２３とアロマ含有燃料２４とに分離する燃料分離装置１７を備えているため、アロマフリー燃料２３を常時エンジン筒内燃焼用の燃料として用いることができる。この結果、エンジン筒内燃焼により発生するＰＭ生成を抑制し、ＰＭ再生頻度を減少することができる。
【００６３】
また、アロマフリー燃料２３を窒素酸化物浄化装置４２の上流側に供給する第一の排気添加弁２２−１を備えているため、第一の排気添加弁２２−１よりアロマフリー燃料２３を窒素酸化物浄化装置４２に常時供給することができ、ＮＯX浄化用触媒に反応性の高い還元剤を供給できるため、窒素酸化物浄化装置４２内のＮＯX浄化用触媒に吸蔵された窒素酸化物の還元効率を高めることができる。
【００６４】
また、アロマフリー燃料２３を窒素酸化物浄化装置４２内のＮＯX浄化用触媒が熱劣化しない温度（例えば４００℃）程度にまで添加することで、ＮＯX浄化用触媒の熱劣化を抑制しつつ、粒子状物質捕集装置４３内のＰＭフィルタのフィルタ床温を上昇させることができる。
【００６５】
また、アロマ含有燃料２４を窒素酸化物浄化装置４２と粒子状物質捕集装置４３との間に供給する第二の排気添加弁２２−２を備えているため、第二の排気添加弁２２−２よりアロマ含有燃料２４を窒素酸化物浄化装置４２と粒子状物質捕集装置４３との間に常時供給することができ、粒子状物質捕集装置４３内のＰＭフィルタのフィルタ床温を上昇させることができる。このため、粒子状物質捕集装置４３内のＰＭフィルタのＰＭ再生に必要なフィルタ床温（例えば５５０℃）にまで効率良く上昇させることができる。
【００６６】
また、図４に示すような従来の内燃機関の排気浄化装置では、濃縮されたアロマ分をエンジン燃焼用に用い、アロマ分１０５ａに起因する煤の発生量を増大させ、エンジンの燃焼効率を悪化させている。これに対し、本願発明は、アロマフリー燃料２３を燃焼用の燃料として常時用いているため、排気ガス中に煤を発生させないと共に、ＰＭ再生頻度を減らすことができる。また、窒素酸化物浄化装置４２内のＮＯX浄化用触媒に吸蔵された窒素酸化物の還元時に、アロマフリー燃料２３を還元剤として用いることで、ＮＯX還元効率を高めることができる。更に、アロマ含有燃料２４をＰＭ再生時に粒子状物質捕集装置４３に供給することでフィルタ床温を上昇させ、ＰＭ再生効率を高めることができると共に、アロマ分が燃焼・消費され、高濃度のアロマ分に起因して発生する煤の発生量を大幅に軽減でき、アロマ分を効率良く有効に処理することができる。
【００６７】
このように、燃料中のアロマ分を効率よく有効に処理することで、アロマ分の排出を抑制し、アロマ分に起因して発生する煤の発生を大幅に抑制することができると共に、窒素酸化物浄化用触媒に吸蔵された窒素酸化物の還元効率と、粒子状物質捕集装置のＰＭ再生効率の向上を図ることができる。
【実施例２】
【００６８】
本発明による実施例２に係る内燃機関の排気浄化装置をディーゼルエンジンシステムに適用した例について、図３を参照して説明する。
図３は、本発明の実施例に係る内燃機関の排気浄化装置をディーゼルエンジンシステムの構成を簡略に示す概略図である。
本実施例に係る内燃機関の排気浄化装置は、実施例１に係る内燃機関の排気浄化装置を適用したディーゼルエンジンシステムの構成と同様であるため、図１に示す実施例１の内燃機関の排気浄化装置を適用したディーゼルエンジンシステムの構成を示す図は省略し、ディーゼルエンジンシステムの構成を簡略に示す概略図を用いて説明する。また、実施例１と共通の構成については、同一の符号を付し、説明を省略する。
図３に示すように、本発明の実施例に係る内燃機関の排気浄化装置を適用したディーゼルエンジンシステムは、図１及び図２に示すアロマ含有燃料添加通路Ｌ５にアロマ含有燃料２４を貯蔵するアロマ含有燃料タンク５１を備えている。
【００６９】
燃料分離装置１７よりアロマ含有燃料添加通路Ｌ５−１を介してアロマ含有燃料タンク５１に供給されたアロマ含有燃料２４を貯蔵する。貯蔵されたアロマ含有燃料２４はアロマ含有燃料添加通路Ｌ５−２を介して第二の排気添加弁２２−２よりアロマ含有燃料２４を必要な場合にのみ粒子状物質捕集装置４３に供給することができる。
【００７０】
このため、粒子状物質捕集装置４３内のＰＭフィルタのフィルタ床温に応じてアロマ含有燃料２４を粒子状物質捕集装置４３に供給することで、粒子状物質捕集装置４３内のＰＭフィルタのＰＭ再生に必要な温度（例えば５５０℃）にまで上昇させることができる。
【００７１】
このように、本実施例に係る内燃機関の排気浄化装置によれば、燃料中のアロマ分を効率よく有効に処理し、アロマ分の排出を抑制しつつ、粒子状物質捕集装置４３内のＰＭフィルタのフィルタ床温に応じ、アロマ含有燃料２４を適時ＰＭ再生用に用いることができる。
【産業上の利用可能性】
【００７２】
以上のように、この発明に係る内燃機関の排気浄化装置は、燃料中のアロマ分を分離し、アロマフリー燃料とアロマ含有燃料とに分離し、アロマフリー燃料をエンジン筒内燃焼用の燃料として用い、窒素酸化物浄化装置にアロマフリー燃料を供給し、粒子状物質捕集装置にアロマ含有燃料を供給することで、燃料中のアロマ分を効率よく有効に処理し、ＮＯXの放出、ＰＭ再生に有用であり、アロマ分に起因する煤の発生量を軽減しつつ、ＮＯX浄化用触媒に吸蔵されたＮＯXの還元効率、粒子状物質捕集装置のＰＭ再生効率の向上を図ることが可能な内燃機関に適している。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】本発明の実施例１に係る内燃機関の排気浄化装置を適用したディーゼルエンジンシステムを示す概略構成図である。
【図２】図１に示すエンジンシステムの構成を簡略に示す概略図である。
【図３】本発明の実施例２に係る内燃機関の排気浄化装置をディーゼルエンジンシステムの構成を簡略に示す概略図である。
【図４】従来の内燃機関の排気浄化装置の構成を示す図である。
【符号の説明】
【００７４】
１１ エンジン
１２ 燃料供給系
１３ 燃焼室
１４ 吸気系
１５ 排気系
１６ 燃料タンク
１７ 燃料分離装置
１８ 燃料ポンプ
１９ コモンレール
２１ 燃料噴射弁
２２−１ 第一の排気添加弁
２２−２ 第二の排気添加弁
２３ アロマフリー燃料
２４ アロマ含有燃料
３１ 吸気
３２ ターボチャージャ
３３ インタークーラ
３４ スロットル弁
３５ ＥＧＲ通路
３６ ＥＧＲ弁
３７ ＥＧＲクーラ
４１ 排気主通路
４２ 窒素酸化物浄化装置
４３ 粒子状物質捕集装置
４４ エアフロメータ
４５ 温度センサ
４６−１，４６−２ 空燃比センサ
４７ ＮＯXセンサ
５１ アロマ含有燃料タンク
Ｌ１ メイン燃料通路
Ｌ２ アロマフリー燃料送給通路
Ｌ３ 機関燃料通路
Ｌ４ アロマフリー燃料添加通路
Ｌ５、Ｌ５−１、Ｌ５−２ アロマ含有燃料添加通路
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料中のアロマ分を用い、内燃機関から排出される排気ガス中の有害成分の浄化性能を向上させる内燃機関の排気浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、ディーゼルエンジンの排気ガスには、炭素を主成分とする粒子状物質（以下、ＰＭ（Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ｍａｔｔｅｒ）という）が含まれ、大気汚染の原因となることが知られ、排気ガスからこれらの粒子状物質を捕捉・除去する必要がある。
【０００３】
近年、例えばディーゼルエンジンの排ガス制御、中でも窒素酸化物（ＮＯX）の後処理技術が検討され、還元剤として添加する軽油の性状によっては窒素酸化物（ＮＯX）用浄化触媒の浄化性能が著しく異なる。還元剤である軽油中には、例えばベンゼン、トルエン、キシレン等の芳香族化合物（Ａｒｏｍａｔｉｃ Ｃｏｍｐｏｕｎｄ）であるベンゼン系炭化水素（以下、「アロマ分」という）が含有されている。この軽油中に含有されるアロマ分はＮＯXの還元剤としては適していない。
【０００４】
そのため、従来の複数種の燃料を混合した混合燃料を使用する内燃機関の排気浄化装置が提案されている。混合燃料を使用する内燃機関の排気浄化装置として、次のようなものがある（特許文献１）。
図４は、従来の内燃機関の排気浄化装置の構成を示す図である。図４に示すように、従来の内燃機関の排気浄化装置１００は、排気ガスを排出する内燃機関の排気管１０１に介装した窒素酸化物（ＮＯX）用浄化触媒１０２と、このＮＯX用浄化触媒１０２の上流側に窒素酸化物（ＮＯX）を還元する還元剤１０３を添加する還元剤添加手段１０４と、軽油１０５が含有するアロマ分１０５ａを除去するアロマ分除去手段１０６とを備えている。還元剤添加手段１０４は、軽油１０５を貯留する軽油タンク１０７と還元剤１０３を排気管１０１内に添加する添加弁１０８とを備え、還元剤１０３を排気管１０１内へ添加している。
【０００５】
また、このアロマ分除去手段１０６は、軽油１０５に配合してアロマ分１０５ａを分離するアロマ分除去溶媒１１０（例えば硫酸や硫酸塩溶液など）を貯留する除去溶媒タンク１１１と、軽油１０５にこのアロマ分除去溶媒１１０を配合してアロマ分１０５ａを沈降させ還元剤１０３とアロマ分１０５ａとに分離するアロマ分分離器１１２と、アロマ分１０５ａとアロマ分除去溶媒１１０とを分離して回収する回収手段１１３とを備える。回収手段１１３は、アロマ分分離器１１２で分離されたアロマ分１０５ａとアロマ分除去溶媒１０５との混合液１１４を貯留する回収タンク１１５と、混合液１１４からアロマ分１０５ａを蒸留するヒータ１１５ａと、蒸留後のアロマ分除去溶媒１１０を除去溶媒タンク１１１へ環流するリターンポンプ１１６とを備える。
【０００６】
除去溶媒タンク１１１にはポンプ１１１ｐが設けられており、図示しない制御装置によりアロマ分分離器１１２へアロマ分除去溶媒１１０を供給するようにしている。また、軽油タンク１０７はポンプ１０７ｐを備えており、図示しない制御装置の指示によりアロマ分分離器１１２へ軽油１０５を供給している。アロマ分分離器１１２は、軽油タンク１０７から供給される軽油１０５と、除去溶媒タンク１１１から供給されるアロマ分除去溶媒１１０とを受け入れ、所定時間鎮静することでその上澄みの軽油である還元剤１０３とアロマ分１０５ａを含む混合液１１４とに分離している。アロマ分分離器１１２内のポンプ１１２ｐを駆動し、アロマ分１０５ａが除去された軽油１０５を還元剤１０３として窒素酸化物（ＮＯX）用浄化触媒１０２の上流側に添加している。また、アロマ分１０５ａを含む混合液１１４は電磁弁１２０を開弁し、回収タンク１１５に排出している。
【０００７】
また、気化されたアロマ分１０５ａはエンジン燃焼用の燃料タンク１１７へ送られて燃焼用の軽油に混入してエンジン１１８へ供給される。また、回収タンク１１５内に残留したアロマ分除去溶媒１１０は、リターンポンプ１１６を駆動し、除去溶媒回収通路１１９を介して除去溶媒タンク１１１に回収し、再利用している。
【０００８】
このように、従来の内燃機関の排気浄化装置１００では、アロマ分除去手段１０６によりアロマ分１０５ａを除去した上澄みの軽油を還元剤１０３として窒素酸化物浄化用触媒１０２の上流側に添加することで、排気ガスＧ中の添加窒素酸化物の浄化性能を向上させている。
【０００９】
【特許文献１】特開２００６−１３２４３５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、従来の内燃機関の排気浄化装置では、ＮＯX浄化用触媒１０２の再生を図ることだけを目的とし、分離されたアロマ分１０５ａ処理が充分に考慮されていない、という問題がある。
【００１１】
即ち、従来の内燃機関の排気浄化装置１００では、気化された高濃度のアロマ分１０５ａがエンジン燃焼用の燃料タンク１１７へ送給され、燃焼用の例えば軽油と混合しエンジン１１８へ供給されているが、高濃度のアロマ分１０５ａを供給し続けるとエンジン１１８の許可可能な範囲以上のアロマ分１０５ａとなり、その結果増大したアロマ分１０５ａに起因して発生する煤の量が更に増大する、という問題がある。
【００１２】
また、通常、例えば２０％程度の高濃度のアロマ分１０５ａがエンジン１１８に送給されるが、長時間の運転に伴い、回収タンク１１５で高濃度のアロマ分１０５ａが徐々に濃縮されるため、この濃縮され気化されたアロマ分１０５ａがエンジン燃焼用として供給されることで、エンジン１１８の燃焼効率が悪化する、という問題がある。
【００１３】
また、排気ガス中のＰＭは、ＰＭフィルタ等により捕集され、この捕集されたＰＭは定期的に強制酸化してＰＭ捕集機能を再生（以下、「ＰＭ再生」という）しているが、アロマ分１０５ａが主要因となって発生する煤に起因するＰＭは、アロマ分１０５ａが増大すると、この増大するアロマ分１０５ａに起因するＰＭの発生量が更に増大し、ＰＭ再生頻度が増える、という問題がある。
【００１４】
また、アロマ分１０５ａを燃焼することによって、ＮＯX浄化用触媒１０２が被毒されるため、ＮＯX浄化用触媒１０２の再生頻度も高くなり、触媒効率が低下する、という問題がある。
【００１５】
更には、ＮＯX浄化用触媒１０２の触媒活性を維持するため、触媒床温は例えば２００〜４００℃程度と低い温度で行なわれているのに対し、アロマ分１０５ａを酸化分解するためには更に高温を必要とするため、アロマ分１０５ａの酸化分解が進行しない、という問題がある。
【００１６】
この結果、アロマ分１０５ａの酸化分解が十分に行われないとアロマ分１０５ａを含有した排気ガスが大気中に放出され、環境汚染を引き起こす、という問題がある。
【００１７】
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであって、排気ガス中のアロマ成分を分離し、添加弁から排気系内、エンジン筒内へ添加することができ、アロマ成分の浄化性能を向上させる内燃機関の排気浄化装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
上記の目的を達成するために、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置は、排気通路内の排気ガス中の窒素酸化物を浄化する窒素酸化物浄化用触媒が収容されている窒素酸化物浄化装置と、該窒素酸化物浄化装置の下流側に設けられ、前記排気通路内の前記排気ガス中の粒子状物質を捕集するフィルタ機能を備えた粒子状物質捕集装置とを有する内燃機関の排気浄化装置であって、燃料中のアロマ分を分離し、アロマ分を含有しないアロマフリー燃料と、アロマ分を含有するアロマ含有燃料とに分離する燃料分離装置を有し、前記アロマフリー燃料をエンジン燃焼用の燃料として用いると共に、前記窒素酸化物浄化用触媒に吸蔵された窒素酸化物の還元時に前記アロマフリー燃料を用い、且つ、前記粒子状物質捕集装置に捕集されたＰＭを焼失してＰＭ捕集機能を再生するＰＭ再生時に前記分離したアロマ含有燃料を用いることを特徴とする。
【００１９】
本発明に係る内燃機関の排気浄化装置においては、前記燃料分離装置において分離された前記アロマフリー燃料を前記窒素酸化物浄化装置の上流側に供給する第一の排気添加弁と、前記燃料分離装置において分離された前記アロマ含有燃料を前記窒素酸化物浄化装置と前記粒子状物質捕集装置との間に供給する第二の排気添加弁とを有することを特徴とする。
【００２０】
本発明に係る内燃機関の排気浄化装置においては、前記窒素酸化物浄化装置と前記粒子状物質捕集装置との間隔が、温度伝達が起こり難い所定間隔を有することを特徴とする。
【００２１】
本発明に係る内燃機関の排気浄化装置においては、前記燃料分離装置で分離された前記アロマ含有燃料を貯蔵するアロマ含有燃料タンクを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、燃料中のアロマ分をアロマフリー燃料とアロマ含有燃料とに分離する燃料分離装置を備え、アロマフリー燃料を常時エンジン筒内燃焼用の燃料として用いることができる。このため、エンジン燃焼により発生するＰＭ生成を抑制しすることができると共に、粒子状物質捕集装置のＰＭ再生頻度を減少することができる。
【００２３】
また、アロマフリー燃料を窒素酸化物浄化装置の上流側に供給する第一の排気添加弁を備えているため、アロマフリー燃料を窒素酸化物浄化装置内に常時供給することができ、窒素酸化物浄化用触媒に反応性の高い還元剤を供給することで前記窒素酸化物浄化用触媒に吸蔵された窒素酸化物の還元効率を高めることができる。
【００２４】
また、アロマフリー燃料を窒素酸化物浄化装置に窒素酸化物浄化用触媒が熱劣化しない程度にまで添加することで、窒素酸化物浄化用触媒の熱劣化を抑制しつつ、粒子状物質捕集装置内のフィルタ床温を上昇させることができる。
【００２５】
また、アロマ含有燃料を窒素酸化物浄化装置と粒子状物質捕集装置との間に供給する第二の排気添加弁とを備えているため、アロマ含有燃料を常時粒子状物質捕集装置に供給することで粒子状物質捕集装置内のフィルタ床温を上昇させることができる。
【００２６】
また、燃料中のアロマ分がＰＭ再生時に酸化処理されるため、アロマ分を効率よく処理することができ、アロマ分の排出を抑制することができる。これにより、アロマ分に起因して発生する煤の発生量を抑制することができる。
【００２７】
また、燃料分離装置で分離されたアロマ含有燃料を貯蔵するアロマ含有燃料タンクを有しているため、必要な場合にのみ粒子状物質捕集装置を供給することができる。
【００２８】
従って、燃料中のアロマ分を効率よく有効に処理することで、アロマ分の排出を抑制し、アロマ分に起因して発生する煤の発生量を軽減することができると共に、窒素酸化物浄化用触媒に吸蔵された窒素酸化物の還元効率、粒子状物質捕集装置のＰＭ再生効率の向上を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
以下に、この発明に係る内燃機関の排気浄化装置をディーゼルエンジンシステムに適用した例について図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。
【実施例１】
【００３０】
図１は、本発明の実施例に係る内燃機関の排気浄化装置を適用したディーゼルエンジンシステムを示す概略構成図である。図２は、図１に示すエンジンシステムの構成を簡略に示す概略図である。
図１に示すように、内燃機関（以下、エンジンと記す。）１１は、燃料供給系１２、燃焼室１３、吸気系１４および排気系１５等を主要部として構成される直列４気筒のディーゼルエンジンシステムである。
【００３１】
燃料供給系１２は、燃料タンク１６、燃料分離装置１７、メイン燃料通路Ｌ１、燃料ポンプ１８、コモンレール１９、燃料噴射弁２１、遮断弁Ｖ１〜Ｖ３、第一の排気添加弁２２−１、第二の排気添加弁２２−２、アロマフリー燃料送給通路Ｌ２、機関燃料通路Ｌ３、アロマフリー燃料添加通路Ｌ４及びアロマ含有燃料添加通路Ｌ５を備えて構成されている。また、燃料タンク１６には、燃料の酸素濃度を検出する燃料酸素濃度センサ（燃料酸素濃度検出手段）２２が設けられている。
【００３２】
燃料タンク１６からメイン燃料通路Ｌ１を介して汲み上げた燃料は、燃料分離装置１７に供給される。燃料分離装置１７は、燃料タンク１６から供給される燃料中のアロマ分を分離し、アロマ分を含有しないアロマフリー燃料２３と、アロマ分を含有するアロマ含有燃料２４とに分離する。
【００３３】
また、本実施例では、燃料分離装置１７としては、燃料中のアロマ分を選択的に分離可能なシステムであればよく、例えばアロマ分を抽出して分離する方法、分離膜を用いる方法等があるが、特にこれらに限定されるものではない。
【００３４】
燃料ポンプ１８は、燃料分離装置１７からアロマフリー燃料送給通路Ｌ２を介して汲み上げたアロマフリー燃料２３を高圧にし、機関燃料通路Ｌ３を経てコモンレール１９に供給する。コモンレール１９は、燃料ポンプ１８から供給された高圧のアロマフリー燃料２３を所定圧力に蓄圧し、各燃料噴射弁２１に分配する。電磁弁である燃料噴射弁２１は、燃焼室１３内に燃料を噴射供給する。
【００３５】
これにより、アロマフリー燃料２３を各燃料噴射弁２１より燃焼室１３内に燃料を噴射供給することができるため、アロマフリー燃料２３をエンジン筒内燃焼用の燃料として常時用いることができる。この結果、エンジン筒内燃焼により発生するアロマ分に由来するＰＭ生成を抑制することができ、粒子状物質捕集装置４３内に捕集される粒子状物質（ＰＭ）の発生が低減されるので、ＰＭを強制酸化しＰＭ捕集機能を再生するＰＭ再生頻度を減少することができる。
【００３６】
また、吸気系１４は、各燃焼室１３内に供給される吸入空気の通路（吸気通路）を形成するものである。排気系１５は、各燃焼室１３から排出される排気ガスの通路（排気通路）を形成するものである。
【００３７】
また、エンジン１１には、その排気により吸気３１を過給するターボチャージャ３２を備えている。ターボチャージャ３２に設けられたインタークーラ３３は、過給によって昇温した吸入空気を強制冷却する。このインタークーラ３３よりも下流に設けられたスロットル弁３４は、いわゆる電子スロットルであり、吸入空気の供給量を調整する。
【００３８】
また、エンジン１１には、吸気系１４と排気系１５をバイパスし、排気の一部を吸気系１４に戻すＥＧＲ通路３５が設けられている。ＥＧＲ通路３５には、排気流量を調整するＥＧＲ弁３６と、排気を冷却するためのＥＧＲクーラ３７が設けられている。
【００３９】
また、排気系１５は、排気主通路４１上に排気ガス中の窒素酸化物を浄化する窒素酸化物（ＮＯX）浄化用触媒が収容されている窒素酸化物浄化装置４２と、その下流側に前記排気ガス中の粒子状物質を捕集するＰＭフィルタを備えた粒子状物質捕集装置４３とを配設している。
【００４０】
窒素酸化物浄化装置４２に収容されているＮＯX浄化用触媒は、排気空燃比がリーンのときに排気ガス中のＮＯXを吸蔵し、排気ガス中の排気空燃比がリッチのときに添加されるＨＣ、ＣＯ等により吸蔵されたＮＯXを還元・放出するものである。
【００４１】
ＮＯX浄化用触媒として、具体的には、ＮＳＲ（ＮＯX Ｓｔｏｒａｇｅ Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ）やＤＰＮＲ（Ｄｉｅｓｅｌ Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ−ＮＯX Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ）が知られている。ＮＳＲとは、リーン運転モードでの運転中にＮＯXを硝酸塩の形で触媒中に吸蔵し、その硝酸塩を酸素濃度の低下した還元雰囲気でＮ2に還元するＮＯX吸蔵還元型触媒のことである。また、ＤＰＮＲとは、粒子状物質（ＰＭ）とＮＯXを同時に連続して浄化させることが可能なシステムのことであり、例えば、ＰＭ捕集装置であるＤＰＦ（Ｄｉｅｓｅｌ Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ｆｉｌｔｅｒ）にＮＯX吸蔵還元型触媒を担持させたものである。本実施例においては、ＮＯX浄化用触媒として、ＮＯX吸蔵還元型触媒（ＮＳＲ）を適用する。
【００４２】
また、粒子状物質捕集装置４３は、排気ガス中の粒子状物質（ＰＭ）を捕集するＰＭフィルタを備えたものである。粒子状物質捕集装置４３として、例えばＤＰＦ（Ｄｉｅｓｅｌ Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ｆｉｌｔｅｒ）がある。
【００４３】
ここでは、その粒子状物質捕集装置４３を窒素酸化物浄化装置４２よりも排気ガス流動方向下流に配置して、その窒素酸化物浄化装置４２内のＮＯX浄化用触媒においてＮＯXを吸蔵し、排気ガス中のＰＭ等を粒子状物質捕集装置４３内のＰＭフィルタで捕集し、排気している。
【００４４】
また、窒素酸化物浄化装置４２内のＮＯX浄化用触媒や粒子状物質捕集装置４３内のＰＭフィルタが活性状態にあるか否かについては、その夫々の触媒床温、フィルタ床温を検出することで判断してもよい。
【００４５】
また、アロマフリー燃料２３を窒素酸化物浄化装置４２の上流側に供給する第一の排気添加弁２２−１を有している。燃料分離装置１７は、アロマフリー燃料２３の一部をアロマフリー燃料添加通路Ｌ４を介して第一の排気添加弁２２−１に供給する。この供給の際には、第一の排気添加弁２２−１を開放し、アロマフリー燃料２３の供給を行なう。また、必要でない時には閉鎖し、アロマフリー燃料２３の供給を停止する。
【００４６】
第一の排気添加弁２２−１よりアロマフリー燃料２３を窒素酸化物浄化装置４２の上流側に常時供給することができるため、窒素酸化物浄化装置４２内のＮＯX浄化用触媒に反応性の高い還元剤を供給できる。この結果、窒素酸化物浄化装置４２内のＮＯX浄化用触媒に吸蔵されたＮＯXの還元効率を高めることができる。
【００４７】
また、第一の排気添加弁２２−１よりアロマフリー燃料２３を窒素酸化物浄化装置４２に供給し、窒素酸化物浄化装置４２内のＮＯX浄化用触媒の熱劣化が起こらない温度（例えば４００℃）程度にまで加温することで、ＮＯX浄化用触媒の熱劣化を抑制しつつ、粒子状物質捕集装置４３内のＰＭフィルタのフィルタ床温を上昇させることができる。
【００４８】
また、アロマ含有燃料２４を窒素酸化物浄化装置４２と粒子状物質捕集装置４３との間に供給する第二の排気添加弁２２−２を有している。燃料分離装置１７は、アロマ含有燃料２４をアロマ含有燃料添加通路Ｌ５を介して第二の排気添加弁２２−２に供給し、アロマ含有燃料２４を粒子状物質捕集装置４３に供給する。
【００４９】
第二の排気添加弁２２−２よりアロマ含有燃料２４を窒素酸化物浄化装置４２と粒子状物質捕集装置４３との間に常時供給することができるため、粒子状物質捕集装置４３内のＰＭフィルタのフィルタ床温を上昇させることができる。
【００５０】
また、アロマフリー燃料２３を供給してフィルタ床温が上昇した粒子状物質捕集装置４３にアロマ含有燃料２４を供給することで、粒子状物質捕集装置４３内のフィルタ床温を更に上昇させることができる。
【００５１】
よって、粒子状物質捕集装置４３内のＰＭフィルタのＰＭ再生に必要なフィルタ床温（例えば５５０℃）にまで効率良く上昇させ、粒子状物質捕集装置４３のＰＭ再生を行なうことができる。
【００５２】
また、アロマ分の処理については、図４に示すような従来の内燃機関の排気浄化装置では、濃縮されたアロマ分をエンジン燃焼用に用い、アロマ分に起因して発生する煤の量を増大させ、エンジンの燃焼効率を悪化させてしまい、アロマ分の処理が充分に考慮されていない。
【００５３】
これに対し、本願発明においては、上述のように、アロマフリー燃料２３は燃焼用の燃料として常時用いることで、排気ガス中に煤を発生させないと共に、ＰＭ再生頻度を減らすことができる。また、窒素酸化物浄化装置４２内のＮＯX浄化用触媒に吸蔵された窒素酸化物の還元時に、アロマフリー燃料２３を還元剤として用いることで、ＮＯX還元効率を高めることができる。更に、アロマ含有燃料２４をＰＭ再生時に粒子状物質捕集装置４３に供給することでフィルタ床温を上昇させ、ＰＭ再生効率を高めるのに利用すると共に、アロマ分を燃焼・消費し、高濃度のアロマ分に起因して発生する煤の発生量を大幅に軽減し、アロマ分を効率良く有効に処理することができる。
【００５４】
従って、燃料中のアロマ分を効率良く有効に処理し、アロマ分の排出を抑制し、高濃度のアロマ分に起因して発生する煤の発生量を大幅に軽減することができる。また、ＮＯX浄化用触媒に吸蔵された窒素酸化物の還元効率と、粒子状物質捕集装置のＰＭ再生効率の向上を図ることができる。
【００５５】
また、粒子状物質捕集装置４３内は高温となるため、窒素酸化物浄化装置４２内のＮＯX浄化用触媒に熱が伝わり、熱劣化する虞がある。このため、窒素酸化物浄化装置４２と粒子状物質捕集装置４３との間隔は、窒素酸化物浄化装置４２と粒子状物質捕集装置４３とが温度伝達が起こり難いように所定の間隔を確保する。
【００５６】
この結果、所定の間隔を確保することで、粒子状物質捕集装置４３のＰＭ再生時においても、窒素酸化物浄化装置４２内のＮＯX浄化用触媒の熱劣化を防止しつつ、粒子状物質捕集装置４３のＰＭ再生効率を高めることができる。
【００５７】
なお、アロマフリー燃料添加通路Ｌ４、アロマ含有燃料添加通路Ｌ５には調量弁（図示せず）も設けられている。この調量弁は、第一の排気添加弁２２−１、第二の排気添加弁２２−２に供給する燃料の圧力（燃圧）を制御する。電磁弁である第一の排気添加弁２２−１、第二の排気添加弁２２−２は、アロマフリー燃料２３、アロマ含有燃料２４を、適宜量、適宜タイミングで排気系１５の窒素酸化物浄化装置４２、粒子状物質捕集装置４３に添加供給する。
【００５８】
また、エンジン１１の各部位には、吸気量を検出するエアフロメータ４４と、粒子状物質捕集装置４３内のＰＭフィルタのフィルタ床温を検出する温度センサ４５とが設けられている。また、窒素酸化物浄化装置４２の上流側と窒素酸化物浄化装置４２と粒子状物質捕集装置４３との間に排気ガス中の酸素濃度を検出する空燃比センサ４６−１，４６−２と、粒子状物質捕集装置４３の下流側の窒素濃度を検出するＮＯXセンサ４７とが設けられている。
【００５９】
また、本実施例では、第一の排気添加弁２２−１、第二の排気添加弁２２−２はアロマフリー燃料２３又はアロマ含有燃料２４を微粉化し噴出することが可能なものであれば、特にこれに限定されるものではない。
【００６０】
また、図示を省略するが、エンジン１１の各部位には、吸気量を検出するエアフロメータ４４、コモンレール１９内の燃料の温度と圧力を検出する温度センサおよび圧力センサ、エンジン１１のクランク軸回転を検出するクランクポジションセンサ、吸気温度を検出する吸気温センサ、吸気圧力を検出する吸気圧センサ、アクセルペダルの踏込み量（アクセル開度）を検出するアクセル開度センサ、スロットル弁３４の開度を検出するスロットルポジションセンサ、エンジン１１の冷却水温を検出する水温センサ等が設けられている。
【００６１】
図示しない電子制御装置（ＥＣＵ）は、上記各種センサの検出信号を外部入力回路を介して入力し、これらの信号に基づき燃料噴射弁２１や第一の排気添加弁２２−１、第二の排気添加弁２２−２の開閉制御等、エンジン１１の運転状態に関する各種制御を実施する。このＥＣＵは、ＮＯXセンサ４７のＮＯX排出量に基づいて第一の排気添加弁２２−１から噴出するアロマフリー燃料２３の添加量と、第二の排気添加弁２２−２から噴出するアロマ含有燃料２４の添加量を調整する。
【００６２】
このように、本実施例に係る内燃機関の排気浄化装置を適用したディーゼルエンジンシステムによれば、燃料中のアロマ分を分離し、アロマフリー燃料２３とアロマ含有燃料２４とに分離する燃料分離装置１７を備えているため、アロマフリー燃料２３を常時エンジン筒内燃焼用の燃料として用いることができる。この結果、エンジン筒内燃焼により発生するＰＭ生成を抑制し、ＰＭ再生頻度を減少することができる。
【００６３】
また、アロマフリー燃料２３を窒素酸化物浄化装置４２の上流側に供給する第一の排気添加弁２２−１を備えているため、第一の排気添加弁２２−１よりアロマフリー燃料２３を窒素酸化物浄化装置４２に常時供給することができ、ＮＯX浄化用触媒に反応性の高い還元剤を供給できるため、窒素酸化物浄化装置４２内のＮＯX浄化用触媒に吸蔵された窒素酸化物の還元効率を高めることができる。
【００６４】
また、アロマフリー燃料２３を窒素酸化物浄化装置４２内のＮＯX浄化用触媒が熱劣化しない温度（例えば４００℃）程度にまで添加することで、ＮＯX浄化用触媒の熱劣化を抑制しつつ、粒子状物質捕集装置４３内のＰＭフィルタのフィルタ床温を上昇させることができる。
【００６５】
また、アロマ含有燃料２４を窒素酸化物浄化装置４２と粒子状物質捕集装置４３との間に供給する第二の排気添加弁２２−２を備えているため、第二の排気添加弁２２−２よりアロマ含有燃料２４を窒素酸化物浄化装置４２と粒子状物質捕集装置４３との間に常時供給することができ、粒子状物質捕集装置４３内のＰＭフィルタのフィルタ床温を上昇させることができる。このため、粒子状物質捕集装置４３内のＰＭフィルタのＰＭ再生に必要なフィルタ床温（例えば５５０℃）にまで効率良く上昇させることができる。
【００６６】
また、図４に示すような従来の内燃機関の排気浄化装置では、濃縮されたアロマ分をエンジン燃焼用に用い、アロマ分１０５ａに起因する煤の発生量を増大させ、エンジンの燃焼効率を悪化させている。これに対し、本願発明は、アロマフリー燃料２３を燃焼用の燃料として常時用いているため、排気ガス中に煤を発生させないと共に、ＰＭ再生頻度を減らすことができる。また、窒素酸化物浄化装置４２内のＮＯX浄化用触媒に吸蔵された窒素酸化物の還元時に、アロマフリー燃料２３を還元剤として用いることで、ＮＯX還元効率を高めることができる。更に、アロマ含有燃料２４をＰＭ再生時に粒子状物質捕集装置４３に供給することでフィルタ床温を上昇させ、ＰＭ再生効率を高めることができると共に、アロマ分が燃焼・消費され、高濃度のアロマ分に起因して発生する煤の発生量を大幅に軽減でき、アロマ分を効率良く有効に処理することができる。
【００６７】
このように、燃料中のアロマ分を効率よく有効に処理することで、アロマ分の排出を抑制し、アロマ分に起因して発生する煤の発生を大幅に抑制することができると共に、窒素酸化物浄化用触媒に吸蔵された窒素酸化物の還元効率と、粒子状物質捕集装置のＰＭ再生効率の向上を図ることができる。
【実施例２】
【００６８】
本発明による実施例２に係る内燃機関の排気浄化装置をディーゼルエンジンシステムに適用した例について、図３を参照して説明する。
図３は、本発明の実施例に係る内燃機関の排気浄化装置をディーゼルエンジンシステムの構成を簡略に示す概略図である。
本実施例に係る内燃機関の排気浄化装置は、実施例１に係る内燃機関の排気浄化装置を適用したディーゼルエンジンシステムの構成と同様であるため、図１に示す実施例１の内燃機関の排気浄化装置を適用したディーゼルエンジンシステムの構成を示す図は省略し、ディーゼルエンジンシステムの構成を簡略に示す概略図を用いて説明する。また、実施例１と共通の構成については、同一の符号を付し、説明を省略する。
図３に示すように、本発明の実施例に係る内燃機関の排気浄化装置を適用したディーゼルエンジンシステムは、図１及び図２に示すアロマ含有燃料添加通路Ｌ５にアロマ含有燃料２４を貯蔵するアロマ含有燃料タンク５１を備えている。
【００６９】
燃料分離装置１７よりアロマ含有燃料添加通路Ｌ５−１を介してアロマ含有燃料タンク５１に供給されたアロマ含有燃料２４を貯蔵する。貯蔵されたアロマ含有燃料２４はアロマ含有燃料添加通路Ｌ５−２を介して第二の排気添加弁２２−２よりアロマ含有燃料２４を必要な場合にのみ粒子状物質捕集装置４３に供給することができる。
【００７０】
このため、粒子状物質捕集装置４３内のＰＭフィルタのフィルタ床温に応じてアロマ含有燃料２４を粒子状物質捕集装置４３に供給することで、粒子状物質捕集装置４３内のＰＭフィルタのＰＭ再生に必要な温度（例えば５５０℃）にまで上昇させることができる。
【００７１】
このように、本実施例に係る内燃機関の排気浄化装置によれば、燃料中のアロマ分を効率よく有効に処理し、アロマ分の排出を抑制しつつ、粒子状物質捕集装置４３内のＰＭフィルタのフィルタ床温に応じ、アロマ含有燃料２４を適時ＰＭ再生用に用いることができる。
【産業上の利用可能性】
【００７２】
以上のように、この発明に係る内燃機関の排気浄化装置は、燃料中のアロマ分を分離し、アロマフリー燃料とアロマ含有燃料とに分離し、アロマフリー燃料をエンジン筒内燃焼用の燃料として用い、窒素酸化物浄化装置にアロマフリー燃料を供給し、粒子状物質捕集装置にアロマ含有燃料を供給することで、燃料中のアロマ分を効率よく有効に処理し、ＮＯXの放出、ＰＭ再生に有用であり、アロマ分に起因する煤の発生量を軽減しつつ、ＮＯX浄化用触媒に吸蔵されたＮＯXの還元効率、粒子状物質捕集装置のＰＭ再生効率の向上を図ることが可能な内燃機関に適している。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】本発明の実施例１に係る内燃機関の排気浄化装置を適用したディーゼルエンジンシステムを示す概略構成図である。
【図２】図１に示すエンジンシステムの構成を簡略に示す概略図である。
【図３】本発明の実施例２に係る内燃機関の排気浄化装置をディーゼルエンジンシステムの構成を簡略に示す概略図である。
【図４】従来の内燃機関の排気浄化装置の構成を示す図である。
【符号の説明】
【００７４】
１１ エンジン
１２ 燃料供給系
１３ 燃焼室
１４ 吸気系
１５ 排気系
１６ 燃料タンク
１７ 燃料分離装置
１８ 燃料ポンプ
１９ コモンレール
２１ 燃料噴射弁
２２−１ 第一の排気添加弁
２２−２ 第二の排気添加弁
２３ アロマフリー燃料
２４ アロマ含有燃料
３１ 吸気
３２ ターボチャージャ
３３ インタークーラ
３４ スロットル弁
３５ ＥＧＲ通路
３６ ＥＧＲ弁
３７ ＥＧＲクーラ
４１ 排気主通路
４２ 窒素酸化物浄化装置
４３ 粒子状物質捕集装置
４４ エアフロメータ
４５ 温度センサ
４６−１，４６−２ 空燃比センサ
４７ ＮＯXセンサ
５１ アロマ含有燃料タンク
Ｌ１ メイン燃料通路
Ｌ２ アロマフリー燃料送給通路
Ｌ３ 機関燃料通路
Ｌ４ アロマフリー燃料添加通路
Ｌ５、Ｌ５−１、Ｌ５−２ アロマ含有燃料添加通路
【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気通路内の排気ガス中の窒素酸化物を浄化する窒素酸化物浄化用触媒が収容されている窒素酸化物浄化装置と、
該窒素酸化物浄化装置の下流側に設けられ、前記排気通路内の前記排気ガス中の粒子状物質を捕集するフィルタ機能を備えた粒子状物質捕集装置とを有する内燃機関の排気浄化装置であって、
燃料中のアロマ分を分離し、アロマ分を含有しないアロマフリー燃料と、アロマ分を含有するアロマ含有燃料とに分離する燃料分離装置を有し、
前記アロマフリー燃料をエンジン燃焼用の燃料として用いると共に、前記窒素酸化物浄化用触媒に吸蔵された窒素酸化物の還元時に前記アロマフリー燃料を用い、
且つ、前記粒子状物質捕集装置に捕集されたＰＭを焼失してＰＭ捕集機能を再生するＰＭ再生時に前記分離したアロマ含有燃料を用いることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記燃料分離装置において分離された前記アロマフリー燃料を前記窒素酸化物浄化装置の上流側に供給する第一の排気添加弁と、
前記燃料分離装置において分離された前記アロマ含有燃料を前記窒素酸化物浄化装置と前記粒子状物質捕集装置との間に供給する第二の排気添加弁とを有することを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項３】
請求項１又は２において、
前記窒素酸化物浄化装置と前記粒子状物質捕集装置との間隔が、温度伝達が起こり難い所定間隔を有することを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項４】
請求項１乃至３の何れか一つにおいて、
前記燃料分離装置で分離された前記アロマ含有燃料を貯蔵するアロマ含有燃料タンクを有することを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項１】
排気通路内の排気ガス中の窒素酸化物を浄化する窒素酸化物浄化用触媒が収容されている窒素酸化物浄化装置と、
該窒素酸化物浄化装置の下流側に設けられ、前記排気通路内の前記排気ガス中の粒子状物質を捕集するフィルタ機能を備えた粒子状物質捕集装置とを有する内燃機関の排気浄化装置であって、
燃料中のアロマ分を分離し、アロマ分を含有しないアロマフリー燃料と、アロマ分を含有するアロマ含有燃料とに分離する燃料分離装置を有し、
前記アロマフリー燃料をエンジン燃焼用の燃料として用いると共に、前記窒素酸化物浄化用触媒に吸蔵された窒素酸化物の還元時に前記アロマフリー燃料を用い、
且つ、前記粒子状物質捕集装置に捕集されたＰＭを焼失してＰＭ捕集機能を再生するＰＭ再生時に前記分離したアロマ含有燃料を用いることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記燃料分離装置において分離された前記アロマフリー燃料を前記窒素酸化物浄化装置の上流側に供給する第一の排気添加弁と、
前記燃料分離装置において分離された前記アロマ含有燃料を前記窒素酸化物浄化装置と前記粒子状物質捕集装置との間に供給する第二の排気添加弁とを有することを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項３】
請求項１又は２において、
前記窒素酸化物浄化装置と前記粒子状物質捕集装置との間隔が、温度伝達が起こり難い所定間隔を有することを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項４】
請求項１乃至３の何れか一つにおいて、
前記燃料分離装置で分離された前記アロマ含有燃料を貯蔵するアロマ含有燃料タンクを有することを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２００８−２８６１８０（Ｐ２００８−２８６１８０Ａ）
【公開日】平成２０年１１月２７日（２００８．１１．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−１３４６４１（Ｐ２００７−１３４６４１）
【出願日】平成１９年５月２１日（２００７．５．２１）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年１１月２７日（２００８．１１．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年５月２１日（２００７．５．２１）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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