特許 6179258 内燃機関の排気浄化装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6179258

(24)【登録日】2017年7月28日

(45)【発行日】2017年8月16日

(54)【発明の名称】内燃機関の排気浄化装置

(51)【国際特許分類】

   F02M 25/00 20060101AFI20170807BHJP

   F01N 3/00 20060101ALI20170807BHJP

   F01N 3/04 20060101ALI20170807BHJP

   F01N 3/08 20060101ALI20170807BHJP

   F01N 3/24 20060101ALI20170807BHJP

   F02B 47/04 20060101ALI20170807BHJP

【ＦＩ】

   F02M25/00 TZAB

   F01N3/00 A

   F01N3/00 F

   F01N3/04 A

   F01N3/04 G

   F01N3/08 A

   F01N3/24 E

   F02B47/04

   F02M25/00 S

【請求項の数】7

【全頁数】26

(21)【出願番号】特願2013-163851(P2013-163851)

(22)【出願日】2013年8月7日

(65)【公開番号】特開2015-31256(P2015-31256A)

(43)【公開日】2015年2月16日

【審査請求日】2016年3月4日

(73)【特許権者】

【識別番号】000003609

【氏名又は名称】株式会社豊田中央研究所

(74)【代理人】

【識別番号】110001210

【氏名又は名称】特許業務法人ＹＫＩ国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】志知 明

(72)【発明者】

【氏名】上田 松栄

(72)【発明者】

【氏名】小坂 英雅

(72)【発明者】

【氏名】小松原 充夫

【審査官】 齊藤 公志郎

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１３−０７２３９８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−２１５０８０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１１−２２９８７９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ０２Ｍ ２５／００

Ｆ０１Ｎ ３／００−３８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ＮＯｘを吸蔵する吸蔵媒体と、
内燃機関の排気中に含まれるＮＯｘを前記吸蔵媒体に吸蔵させる吸蔵手段と、
前記吸蔵媒体に吸蔵されたＮＯｘを前記内燃機関の燃焼室へ供給するための供給手段と、
前記吸蔵媒体に吸蔵されたＮＯｘ量を検出する検出手段と、
前記内燃機関の回転数及びトルクを検出する回転数トルク検出手段と、
前記吸蔵媒体に吸蔵されたＮＯｘ量が所定値を超え、且つ、前記燃焼室へ供給されるＮＯｘ量、前記内燃機関の回転数及びトルクに基づいて、前記燃焼室へ供給されるＮＯｘ量から前記内燃機関が排出するＮＯｘ量を引いた差を示す浄化率を求め、前記浄化率が０％以上である場合に、前記供給手段を制御して前記吸蔵媒体に吸蔵されたＮＯｘを前記燃焼室へ供給させる制御手段と、
を備える内燃機関の排気浄化装置。

【請求項2】

請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置であって、
前記内燃機関の排気中に含まれるＮＯｘを硝酸に改質する改質手段、
をさらに備え、
前記吸蔵手段は、前記硝酸を前記吸蔵媒体に吸蔵させる、
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２に記載の内燃機関の排気浄化装置であって、
前記改質手段は、前記内燃機関の排気に酸化剤を添加する、
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２に記載の内燃機関の排気浄化装置であって、
前記改質手段は、前記吸蔵媒体に酸化剤を添加する、
ことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。

【請求項5】

請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置であって、
前記吸蔵媒体は水又は水溶液である、
ことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。

【請求項6】

請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置であって、
前記吸蔵媒体に吸蔵されたＮＯｘは、硝酸又は硝酸イオンとして存在する、
ことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。

【請求項7】

請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置であって、
前記吸蔵媒体を貯蔵する貯蔵手段と、
前記吸蔵媒体を前記吸蔵手段と前記貯蔵手段の間で循環させる循環手段と、
をさらに備えることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、内燃機関からの排気中に含まれる窒素酸化物を浄化するための内燃機関の排気浄化装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来から、排ガス中に含まれる窒素酸化物（ＮＯｘ）を浄化するための技術が提案されている。

【0003】

例えば、特許文献１には、排ガスに大気圧低温非平衡プラズマを生成する乾式の工程を備え、低温非平衡プラズマの生成によって、ガス中のＮＯが酸化されてＮＯ_２が最大値となる値を基準として印加電圧を設定し、ガス中に含まれるＮＯを効率的にＮＯ_２に酸化させた後、排ガスを還元剤溶液と反応させる湿式の工程を備え、排ガス中の窒素酸化物・硫黄酸化物を除去する浄化装置が開示されている。

【0004】

例えば、特許文献２には、吸着材が充填された吸着層を有する吸着塔を備える排ガス処理装置において、エンジンから排出される排ガス中に含まれるＮＯｘを吸着する吸着工程と、排ガスの熱エネルギーにより吸着塔内の吸着剤を加熱して、吸着材からＮＯｘを脱着しプラズマ処理により脱着ガスをＮ_２に還元する脱着工程と、脱着工程で加熱された吸着材を冷却する冷却工程と、を切り替えて行う技術が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０００−１１７０４９号公報

【特許文献2】国際公開第２００９／０３１４５４号パンフレット

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかしながら、特許文献１に記載の方法では、排ガスを継続的に処理するために、還元剤溶液を随時補充する必要がある。したがって、排ガス処理機能を維持管理するための手間が大きいという課題がある。

【0007】

また、特許文献２に記載の方法では、ＮＯｘを吸収しながら同時にＮＯｘの浄化を行うためには、吸着層を２つ持つ必要があり、装置が大型化するのみならず制御も複雑になるという課題がある。

【0008】

そこで、本発明は、内燃機関の排気浄化装置において、より効率的に内燃機関が排出するＮＯｘを低減させることを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0009】

請求項１に記載の発明は、ＮＯｘを吸蔵する吸蔵媒体と、内燃機関の排気中に含まれるＮＯｘを前記吸蔵媒体に吸蔵させる吸蔵手段と、前記吸蔵媒体に吸蔵されたＮＯｘを前記内燃機関の燃焼室へ供給するための供給手段と、前記吸蔵媒体に吸蔵されたＮＯｘ量を検出する検出手段と、前記内燃機関の回転数及びトルクを検出する回転数トルク検出手段と、前記吸蔵媒体に吸蔵されたＮＯｘ量が所定値を超え、且つ、前記燃焼室へ供給されるＮＯｘ量、前記内燃機関の回転数及びトルクに基づいて、前記燃焼室へ供給されるＮＯｘ量から前記内燃機関が排出するＮＯｘ量を引いた差を示す浄化率を求め、前記浄化率が０％以上である場合に、前記供給手段を制御して前記吸蔵媒体に吸蔵されたＮＯｘを前記燃焼室へ供給させる制御手段と、を備える内燃機関の排気浄化装置である。

【0010】

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置であって、前記内燃機関の排気中に含まれるＮＯｘを硝酸に改質する改質手段、をさらに備え、前記吸蔵手段は、前記硝酸を前記吸蔵媒体に吸蔵させる、ことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置である。

【0011】

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の内燃機関の排気浄化装置であって、前記改質手段は、前記内燃機関の排気に酸化剤を添加する、ことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置である。

【0012】

請求項４に記載の発明は、請求項２に記載の内燃機関の排気浄化装置であって、前記改質手段は、前記吸蔵媒体に酸化剤を添加する、ことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置である。

【0013】

請求項５に記載の発明は、請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置であって、前記吸蔵媒体は水又は水溶液である、ことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置である。

【0014】

請求項６に記載の発明は、請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置であって、前記吸蔵媒体に吸蔵されたＮＯｘは、硝酸又は硝酸イオンとして存在する、ことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置である。

【0015】

請求項７に記載の発明は、請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置であって、前記吸蔵媒体を貯蔵する貯蔵手段と、前記吸蔵媒体を前記吸蔵手段と前記貯蔵手段の間で循環させる循環手段と、をさらに備えることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置である。

【発明の効果】

【0016】

本発明によれば、内燃機関の排気浄化装置において、より効率的に内燃機関が排出するＮＯｘを低減させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】第１実施形態に係る内燃機関の排気浄化装置の概略構成を示す図である。

【図2】第１実施形態における排気浄化装置の処理の流れを示すフローチャートである。

【図3】第２実施形態に係る内燃機関の排気浄化装置の概略構成を示す図である。

【図4】第３実施形態における排気浄化装置の処理の流れを示すフローチャートである。

【図5】浄化率マップの例を示す図である。

【図6】浄化率マップの他の例を示す図である。

【図7】エンジン１０の所定の回転数及びトルクに対するＮＯｘ供給量と浄化率の関係を示す図である。

【図8】第４実施形態における排気浄化装置の処理の流れを示すフローチャートである。

【図9】実施形態の構成（筒内添加）を示す図である。

【図10】実施形態の構成（筒内添加）の変形例を示す図である。

【図11】実施形態のＮＯｘ添加の構成例を示す図である。

【図12】実施形態の処理の手順を示すフローチャートである。

【図13】実施形態の構成（吸気弁近傍添加）を示す図である。

【図14】吸気弁との連動のための構成例を示す図である。

【図15】吸気弁との連動のための構成の他の例を示す図である。

【図16】吸気弁との連動のための構成のさらに他の例を示す図である。

【図17】実施形態の構成（吸気管内添加）を示す図である。

【図18】実施形態の構成（ＥＧＲ管内添加）を示す図である。

【図19】実施形態の構成（４添加場所添加）を示す図である。

【図20】４添加場所の優先順位を示す図である。

【図21】４添加場所の添加処理の手順を示すフローチャートである。

【図22】基本構成を示す図である。

【図23】実施形態の構成（ＮＯｘ変換装置別置き）を示す図である。

【図24】実施形態の構成（ＮＯｘ変換装置ＥＧＲ管内設置）を示す図である。

【図25】実施形態の構成（ＮＯｘ変換装置吸気管内設置）を示す図である

【図26】実施形態の構成（複数箇所添加）を示す図である。

【図27】ＮＯｘ変換装置配管内設置の構成例（管壁）を示す図である。

【図28】ＮＯｘ変換装置配管内設置の構成例（管内充填）を示す図である。

【図29】吸気弁を利用する例を示す図である。

【図30】添加弁を利用する例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0018】

＜第１実施形態＞
以下、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の実施形態の例について説明する。図１は、第１実施形態に係る内燃機関の排気浄化装置の概略構成の例を示す図である。

【0019】

本実施形態に係る内燃機関の排気浄化装置は、エンジン１０、排気管１２、ターボチャージャ１４、吸気管１６、インタークーラー１８、ＮＯｘ捕集装置２０、吸蔵媒体２２、ＮＯｘ貯蔵槽２４、循環ポンプ２６、ＥＧＲ管２８、ＥＧＲクーラー３０、ＮＯｘセンサ３２、回転数・トルクセンサ３４、ＮＯｘ供給管３６、ＮＯｘ供給ポンプ３８、添加弁４０、及び記憶手段４４を有するＥＣＵ４２、を含んで構成されている。

【0020】

エンジン１０は内燃機関であり、シリンダ内で燃料を燃焼させることで動力を発生する。エンジン１０は、例えばガソリンエンジン等の火花点火機関である。或いは、ディーゼルエンジン等の圧縮着火機関であっても良い。

【0021】

排気管１２は、エンジン１０の排気側に接続され、エンジン１０から排出される排ガスの通路となる。エンジン１０から排気管１２内へ排出される排ガス中には、エンジン内で燃料が燃焼することで生じた、有害成分であるＮＯｘ（窒素酸化物）が含まれている。ＮＯｘとは、例えばＮＯ（一酸化窒素）、ＮＯ_２（二酸化窒素）、Ｎ_２Ｏ（亜鉛化窒素）、Ｎ_２Ｏ_５（五酸化二窒素）、Ｎ２Ｏ３(三酸化二窒素）、Ｎ２Ｏ４（四酸化二窒素）、ＨＮＯ３（硝酸）、ＮＯ３（硝酸イオン）、ＨＮＯ２（亜硝酸）等である。

【0022】

ターボチャージャ１４は、排気管１２に設けられる。ターボチャージャ１４は、排気管１２を通ってきた排ガスを利用して内部に有するタービンを高速回転させ、その回転力で内部に有する遠心式圧縮機を駆動することにより、圧縮した空気をエンジン１０内に送り込む。

【0023】

吸気管１６は、ターボチャージャ１４とエンジン１０の吸気側とを接続する。吸気管１６は、ターボチャージャ１４で圧縮された空気の通路となる。

【0024】

インタークーラー１８は、吸気管１６に設けられる。インタークーラー１８は、ターボチャージャ１４で圧縮された空気を冷却し、エンジン１０の単位容積当たりの吸気質量を増加させる。

【0025】

ＮＯｘ捕集装置２０は、排気管１２に設けられる。ＮＯｘ捕集装置２０は、エンジン１０の排ガス中のＮＯｘを吸蔵媒体２２に吸蔵させて、ＮＯｘを排ガスから分離する。ＮＯｘ捕集装置２０としては、例えば、排気通路と吸蔵媒体とが多孔質膜により隔てられ、排ガス中に含まれるＮＯｘを排気通路から多孔質膜を通して吸蔵媒体に接触させて吸収させる膜型気液接触装置を用いることができる。或いは、ＮＯｘをシャワー状の吸蔵媒体２２と向流接触させることで取り除くスクラバーを用いることができる。吸蔵媒体２２の一例として水が挙げられるが、吸蔵媒体２２として利用可能な媒体はこれに限られない。例えば、炭酸カリウムや炭酸ナトリウム等のアルカリ塩類、炭酸カルシウムや炭酸マグネシウム等のアルカリ土類塩類、炭酸アンモニウムや炭酸水素アンモニウム等のアンモニウム塩類等が溶解された水溶液を用いても良い。或いは、イオン液体、無水アルコール、ガソリン等を用いても良い。吸蔵媒体２２に水を用いた場合には、ＮＯｘは吸蔵媒体２２に硝酸（ＨＮＯ_３）或いは硝酸イオン（ＮＯ_３−）として吸蔵される。

【0026】

ＮＯｘ貯蔵槽２４は、ＮＯｘを貯蔵した吸蔵媒体２２を含む吸蔵媒体２２を貯留するために設けられ、ＮＯｘ捕集装置２０に接続される。ＮＯｘ貯蔵槽２４は、循環ポンプ２６を備える。

【0027】

循環ポンプ２６は、ＮＯｘ貯蔵槽２４から吸蔵媒体２２を汲み上げ、ＮＯｘ捕集装置２０へ供給する。ＮＯｘ捕集装置２０においてＮＯｘを吸蔵した吸蔵媒体２２は、ＮＯｘ貯蔵槽２４へ戻される。このように、吸蔵媒体２２は、ＮＯｘ捕集装置２０とＮＯｘ貯蔵槽２４との間を循環する。

【0028】

ＥＧＲ管２８は、排気再循環管であり、エンジン１０の吸気側と排気側とを接続する。エンジン１０の排ガスの一部は、ＥＧＲ管２８を経由して吸気側に戻される。これにより、エンジン１０の燃焼室における燃焼温度を低下させ、ＮＯｘの発生量を低減させる効果がある。

【0029】

ＥＧＲクーラー３０は、ＥＧＲ管２８に設けられる。ＥＧＲクーラー３０は、エンジン１０の吸気側へ戻されるエンジン１０の排ガスを冷却する。

【0030】

ＮＯｘセンサ３２は、ＮＯｘ貯蔵槽２４に設けられ、吸蔵媒体２２が吸蔵したＮＯｘの量を検出する。例えば、吸蔵媒体に水が用いられている場合には、ＮＯｘセンサ３２は、水中の硝酸イオンの量を検出するＮＯ_３計測センサやｐＨ計測センサとなる。

【0031】

回転数・トルクセンサ３４は、エンジン１０に設けられ、エンジン１０の回転数及びトルクを検出する。エンジン１０の回転数を検出するセンサは、例えばクランク角センサである。また、エンジン１０のトルクを検出するセンサは、例えば磁歪式トルクセンサである。

【0032】

ＮＯｘ供給管３６は、一端がＮＯｘ貯蔵槽２４に接続される。ＮＯｘ供給管３６は分岐しており、他端はエンジン１０、吸気管１６、及びＥＧＲ管２８にそれぞれ接続されている。

【0033】

ＮＯｘ供給ポンプ３８は、ＮＯｘ供給管３６に設けられる。ＮＯｘ供給ポンプ３８は、ＮＯｘ貯蔵槽２４から吸蔵媒体２２を汲み上げ、吸蔵媒体２２をＮＯｘ供給管３６に供給する。

【0034】

添加弁４０は、ＮＯｘ供給管３６に設けられる。添加弁４０は、エンジン１０、吸気管１６、及びＥＧＲ管２８の近傍にそれぞれに設けられている。添加弁４０は、開閉することでＮＯｘ供給管３６内における吸蔵媒体２２の流れを制御する。ＮＯｘ供給管３６、ＮＯｘ供給ポンプ３８、及び添加弁４０が、吸蔵媒体に吸蔵されたＮＯｘをエンジン１０の燃焼室に供給するための供給手段となる。

【0035】

ＥＣＵ４２は、ＣＰＵや記憶手段４４等を備えた電子制御ユニットであり、エンジン１０その他の装置の電子制御を行う。ＥＣＵ４２は、ＮＯｘ供給ポンプ３８の圧力制御及び添加弁４０の開閉制御を行い、エンジン１０の燃焼室に供給するＮＯｘ量を制御する。また、ＥＣＵ４２は、ＮＯｘセンサ３２及び回転数・トルクセンサ３４から検出された値等を受け取り、これらに基づいた演算を行う。

【0036】

記憶手段４４は、例えばＲＡＭやＲＯＭであり、ＥＣＵ４２からアクセス可能に設けられる。記憶手段４４は、ＥＣＵ４２が受け取ったＮＯｘセンサ３２及び回転数・トルクセンサ３４から検出された値を記憶する。また、記憶手段４４は、後述する浄化率マップを記憶する。

【0037】

以下、第１実施形態に係る内燃機関の排気浄化装置の動作を説明する。図２は、第１実施形態における排気浄化装置の処理の流れを示すフローチャートである。

【0038】

ステップＳ１０において、ＥＣＵ４２は、ＮＯｘ貯蔵槽２４に貯蔵されている吸蔵媒体２２のＮＯｘ貯蔵量を取得する。具体的には、ＥＣＵ４２は、ＮＯｘセンサ３２が検出した値を受け取ることで吸蔵媒体２２のＮＯｘ貯蔵量を取得する。ＥＣＵ４２は、取得したＮＯｘ貯蔵量の値を記憶手段４４に記憶させる。

【0039】

ステップＳ１２において、ＥＣＵ４２は、取得した吸蔵媒体２２のＮＯｘ貯蔵量が所定値以上であるか否かを判断する。吸蔵媒体２２のＮＯｘ貯蔵量が所定値以上である場合には（ステップＳ１０２において「はい」）ステップＳ１４に進む。吸蔵媒体２２のＮＯｘ貯蔵量が所定値以上でない場合（ステップＳ１０２において「いいえ」）は、処理を何も行わずに終了する。後述の通り、吸蔵媒体２２に吸蔵されているＮＯｘ量が多いほど効率的にＮＯｘの低減を行うことができる。したがって、本実施形態では、吸蔵媒体２２に吸蔵されたＮＯｘ量が所定値以上である場合にのみ、吸蔵媒体２２に吸蔵されたＮＯｘをエンジン１０の燃焼室へ供給する処理を行うようにしている。

【0040】

ステップＳ１４において、ＥＣＵ４２は、吸蔵媒体２２に吸蔵されたＮＯｘをエンジン１０の燃焼室へ供給する。具体的には、ＮＯｘ供給ポンプ３８にＥＣＵ４２が予め設定した圧力で吸蔵媒体２２を汲み上げさせ、添加弁４０をＥＣＵ４２が予め設定した時間開弁させる。本実施形態においては、添加弁４０を３つ有しているが、いずれの添加弁４０から吸蔵媒体２２に吸蔵されたＮＯｘを供給させても良い。例えば、エンジンの運転状況に応じて、エンジン１０の燃焼室に直接供給しても良いし、ＥＧＲ管２８内に放出しＥＧＲ管２８を介して燃焼室に供給するようにしても良いし、或いは、吸気管１６内に放出し吸気管１６を介して燃焼室に供給するようにしても良い。

【0041】

本実施形態では、エンジン１０の燃焼室へＮＯｘを供給することで、エンジン１０が排出するＮＯｘの量を低減させている。ＮＯｘは、燃料中に含まれる窒素（Ｎ）や空気中の窒素（Ｎ）が高温燃焼時に酸化されることで発生する。そして、この化学反応は平衡反応であり、ＮＯｘはゼルドビッチ機構に基づいて生成される。ゼルドビッチ機構は次の化学反応式で表される。
Ｎ_２＋Ｏ⇔ＮＯ＋Ｎ
Ｏ_２＋Ｎ⇔ＮＯ＋Ｏ
Ｎ＋ＯＨ⇔ＮＯ＋Ｈ
ここで、ＮＯｘが平衡反応により発生することに注目し、燃料の燃焼時に燃焼室内に所定量のＮＯｘを供給することで、燃焼時におけるＮＯｘの発生を抑えると同時に、供給したＮＯｘを分解させている。

【0042】

本実施形態では、吸蔵媒体２２として水を使用しており、ＮＯｘを吸蔵した水をエンジン１０の燃焼室へ供給しているため、ＮＯｘ貯蔵槽２４内の水量が減少する。このため、エンジン１０排気中の水分を回収してＮＯｘ貯蔵槽２４へ供給することで、ＮＯｘ貯蔵槽２４内の水量を規定値以上に保っている。或いは、水を外部から補充するようにしても良い。ＮＯｘ貯蔵槽２４内の吸蔵媒体２２の量はセンサ等で常に監視されている。

【0043】

上述の通り、本実施形態においては、吸蔵媒体２２に吸蔵されたＮＯｘをエンジン１０の燃焼室へ供給している。これにより、従来と比較して、より効率的にエンジン１０のＮＯｘ排出量を低減させることを可能にしている。また、ＮＯｘの吸蔵をＮＯｘ捕集装置２０において行い、ＮＯｘの分解をエンジン１０の燃焼室内で行っている、すなわちＮＯｘの分解と吸蔵を別々の装置において行っているため、ＮＯｘの分解と吸蔵を同時に行うことを可能にしている。

【0044】

＜第２実施形態＞
以下、第２実施形態に係る内燃機関の排気浄化装置について説明する。図３は、第２実施形態に係る内燃機関の排気浄化装置の概略構成の例を示す図である。第２実施形態では、第１実施形態の構成に加え、酸化剤生成装置５０、酸化剤供給弁５２、改質装置５４、及びＮＯｘ変換装置５６を有している。第１実施形態と同様の構成については、説明を省略する。

【0045】

酸化剤生成装置５０は、酸化剤を生成する。本実施形態では、酸化剤としてオゾンを用いるがこれに限られない。酸化剤生成装置５０は、例えば電解法によりオゾンを生成する。電解法は、水を電気分解することによってオゾンを生成する。

【0046】

酸化剤供給弁５２は、開閉により改質装置５４に酸化剤生成装置５０で生成された酸化剤を供給する。酸化剤供給弁５２はＥＣＵ４２により制御される。

【0047】

改質装置５４は、排気管１２のＮＯｘ捕集装置２０の上流側に設けられる。改質装置５４は、ＮＯｘの吸蔵媒体２２への吸蔵を促す装置であり、ＮＯｘから硝酸への変換を促す装置である。改質装置５４は、硝酸生成触媒を備え、酸化剤供給弁５２によりオゾンが添加され、排ガス中のＮＯｘと水蒸気にオゾンを反応させて硝酸を生成させる。

【0048】

ＮＯｘ変換装置５６は、ＮＯｘ供給管３６に設けられ、吸蔵媒体２２中に含まれる硝酸又は硝酸イオンをＮＯｘに分解する。ＮＯｘ変換装置５６により分解されたＮＯｘがＮＯｘ供給管３６を経由して添加弁４０によりＮＯｘ変換装置５６からエンジン１０の燃焼室に供給される。ＮＯｘが分解された吸蔵媒体２２はＮＯｘ貯蔵槽２４へ戻されても良い。

【0049】

エンジン１０から排出される排ガス中のＮＯｘを水等の吸蔵媒体２２に直接吸蔵させる場合、吸蔵速度が遅く効率よくＮＯｘを吸蔵媒体２２に吸蔵させることができない。一方、硝酸の水に対する吸蔵速度はＮＯｘを直接水へ吸蔵させる場合よりも高い。そこで、本実施形態では、ＮＯｘ捕集装置２０の処理の前に、改質装置５４によりＮＯｘを予め硝酸に変換している。これにより、ＮＯｘを効率よく吸蔵媒体２２へ吸蔵させることを可能にしている。

【0050】

本実施形態では、酸化剤生成装置５０で生成されたオゾンを改質装置５４へ供給することでＮＯｘを硝酸へ変換しているが、他の方法でＮＯｘを硝酸へ変換するようにしても良い。例えば、吸蔵媒体２２に過酸化水素等の酸化剤を添加することで硝酸の生成反応を促進するようにしても良い。

【0051】

＜第３実施形態＞
以下、第３実施形態に係る内燃機関の排気浄化装置の動作を説明する。第３実施形態に係る排気浄化装置の構成は、第１実施形態と同様である。図４は、第３実施形態における排気浄化装置の処理の流れを示すフローチャートである。

【0052】

ステップＳ１００において、ＥＣＵ４２は、ＮＯｘ貯蔵槽２４に貯蔵されている吸蔵媒体２２のＮＯｘ貯蔵量を取得する。具体的には、ＥＣＵ４２は、ＮＯｘセンサ３２が検出した値を受け取ることで吸蔵媒体２２のＮＯｘ貯蔵量を取得する。ＥＣＵ４２は、取得したＮＯｘ貯蔵量の値を記憶手段４４に記憶させる。

【0053】

ステップＳ１０２において、ＥＣＵ４２は、取得した吸蔵媒体２２のＮＯｘ貯蔵量が所定値以上であるか否かを判断する。吸蔵媒体２２のＮＯｘ貯蔵量が所定値以上である場合には（ステップＳ１０２において「はい」）ステップＳ１０４に進む。吸蔵媒体２２のＮＯｘ貯蔵量が所定値以上でない場合（ステップＳ１０２において「いいえ」）は、処理を何も行わずに終了する。後述の通り、吸蔵媒体２２に吸蔵されているＮＯｘ量が多いほど効率的にＮＯｘの低減を行うことができる。したがって、本実施形態では、吸蔵媒体２２に吸蔵されたＮＯｘ量が所定値以上である場合にのみ、吸蔵媒体２２に吸蔵されたＮＯｘをエンジン１０の燃焼室へ供給する処理を行うようにしている。

【0054】

ステップＳ１０４において、ＥＣＵ４２は、エンジン１０の回転数及びトルクを取得する。回転数及びトルクの取得は、回転数・トルクセンサ３４からの値を受け取ることで行う。或いは、ＥＣＵ４２は、アクセルペダルの踏み込み具合を検出してエンジン１０のトルクを算出するようにしても良い。

【0055】

ステップＳ１０６において、ＥＣＵ４２は、エンジン１０の燃焼室に供給するＮＯｘ量を設定する。具体的には、ＥＣＵ４２はＮＯｘ供給ポンプ３８の圧力及び添加弁４０の開閉時間を設定することで、燃焼室に供給するＮＯｘ量を設定する。

【0056】

ステップＳ１０８において、ＥＣＵ４２は、記憶手段４４から設定した燃焼室に供給するＮＯｘ量に応じた浄化率マップを読み出す。

【0057】

ここで、浄化率及び浄化率マップについて説明する。浄化率は、以下の式で表される。

浄化率＝｛（ＮＯｘ供給量−ＮＯｘ排出量）／（ＮＯｘ供給量）｝×１００ （％）

上記式の通り、浄化率とは、ＮＯｘ供給量からＮＯｘ排出量を引いた差をＮＯｘ供給量で除した値の百分率である。ここで、ＮＯｘ供給量とは、エンジン１０に供給されるＮＯｘの量である。ＮＯｘ排出量とは、ＮＯｘが供給されたときのサイクルの燃焼によりエンジン１０が排出するＮＯｘの排出量である。

【0058】

図５は、浄化率マップの例を示す図である。浄化率は、ＮＯｘ供給量、エンジン１０の回転数及びトルクに応じて変動する。浄化率マップとは、ＮＯｘ供給量が所定値のときに、エンジン１０の回転数及びトルクの変化に応じて浄化率がどのように変動するのかを示したマップである。すなわち、浄化率マップは、燃焼室に供給されるＮＯｘ量、エンジン１０の回転数及びトルクと、浄化率との対応関係を示している。浄化率マップは、エンジン１０の回転数、トルク、及びＮＯｘ供給量に対する浄化率を計測することで予め作成され、記憶手段４４に記憶される。

【0059】

図５に示す浄化率マップは、ＮＯｘ供給量が２．５（Ｌ／ｍｉｎ）、ＮＯ（１００％）であるときの浄化率マップである。図５に示す浄化率マップは、例えば回転数が２０００（ｒｐｍ）、トルクが５０（Ｎｍ）である場合は、浄化率は約２５％であることを示している。また、例えば回転数が２５００（ｒｐｍ）、トルクが１２０（Ｎｍ）である場合には、浄化率は０％未満であることを示している。

【0060】

図６は、浄化率マップの他の例を示す図である。図６に示す浄化率マップは、ＮＯｘ供給量が１．０（Ｌ／ｍｉｎ）、ＮＯ（１００％）であるときの浄化率マップである。図６に示す浄化率マップは、例えば回転数が２５００（ｒｐｍ）、トルクが６０（Ｎｍ）である場合は、浄化率は約０％であることを示している。

【0061】

図５及び図６に示されている通り、エンジン１０の回転数及びトルクが同じ値であれば、ＮＯｘ供給量が多い程浄化率が高くなる傾向がある。したがって、ＮＯｘ供給量が多い程効率的にＮＯｘの浄化を行うことが可能である。

【0062】

ステップＳ１１０において、ＥＣＵ４２は、記憶手段４４から読み出した浄化率マップを参照し、取得したエンジン１０の回転数及びトルクにおける浄化率が０％以上であるか否かを判断する。浄化率が０％以上である場合（ステップＳ１１０で「はい」）は、ステップＳ１１２に進む。浄化率が０％未満である場合（ステップＳ１１０において「いいえ」）は、処理を何も行わずに終了する。

【0063】

ステップＳ１１２において、ＥＣＵ４２は、吸蔵媒体２２に吸蔵されたＮＯｘをエンジン１０の燃焼室へ供給する。具体的には、ＮＯｘ供給ポンプ３８にステップＳ１０６で設定した圧力で吸蔵媒体２２を汲み上げさせ、添加弁４０をステップＳ１０６で設定した時間開弁させる。本実施形態においては、添加弁４０を３つ有しているが、いずれの添加弁４０から吸蔵媒体２２に吸蔵されたＮＯｘを供給させても良い。例えば、エンジンの運転状況に応じて、エンジン１０の燃焼室に直接供給しても良いし、ＥＧＲ管２８内に放出しＥＧＲ管２８を介して燃焼室に供給するようにしても良いし、或いは、吸気管１６内に放出し吸気管１６を介して燃焼室に供給するようにしても良い。

【0064】

本実施形態では、燃焼室へ供給するＮＯｘ量を予め設定し、設定したＮＯｘ量に対応した浄化率マップに基づいて燃焼室内へＮＯｘを供給するタイミングを制御しているが、検出したエンジン１０の回転数及びトルクに基づいて、浄化率が０％以上となるように燃焼室へ供給するＮＯｘ量を適宜変動させるようにしても良い。

【0065】

図７は、エンジン１０の所定の回転数及びトルクに対するＮＯｘ供給量と浄化率の関係を示す図である。図７（ａ）は、エンジン１０の回転数が１５００（ｒｐｍ）、トルクが３０（Ｎｍ）であるときの、エンジン１０の燃焼室へのＮＯｘ供給量と浄化率との関係を示している。また、図７（ｂ）は、エンジン１０の回転数が２０００（ｒｐｍ）、トルクが６０（Ｎｍ）であるときの、エンジン１０の燃焼室へのＮＯｘ供給量と浄化率との関係を示している。エンジン１０の回転数及びトルクが同じ値であれば、ＮＯｘ供給量が多い程浄化率が高くなる傾向は、図７（ａ）からも読み取ることができる。

【0066】

例えば、ＥＣＵ４２が設定した燃焼室へ供給するＮＯｘ量が０．５（Ｌ／ｍｉｎ）であり、エンジン１０の回転数が２０００（ｒｐｍ）、トルクが６０（Ｎｍ）の場合は、図７（ｂ）によれば浄化率は約−２５％、すなわち０％未満となっている。このとき、ＥＣＵ４２は、図７（ｂ）に示される対応関係に基づいて、浄化率が０％以上となるように燃焼室へ供給するＮＯｘ量を適宜変動させるようにしても良い。具体的には、燃焼室へ供給するＮＯｘ量を例えば１．５（Ｌ／ｍｉｎ）に変更して、１．５（Ｌ／ｍｉｎ）の量のＮＯｘを燃焼室へ供給するようにする。図７（ｂ）が示す通り、エンジン１０の回転数が２０００（ｒｐｍ）、トルクが６０（Ｎｍ）、ＮＯｘ供給量が１．５（Ｌ／ｍｉｎ）が１０から２０％の間、すなわち０％以上である。

【0067】

本実施形態では、吸蔵媒体２２として水を使用しており、ＮＯｘを吸蔵した水をエンジン１０の燃焼室へ供給しているため、ＮＯｘ貯蔵槽２４内の水量が減少する。このため、エンジン１０排気中の水分を回収してＮＯｘ貯蔵槽２４へ供給することで、ＮＯｘ貯蔵槽２４内の水量を規定値以上に保っている。或いは、水を外部から補充するようにしても良い。ＮＯｘ貯蔵槽２４内の吸蔵媒体２２の量はセンサ等で常に監視されている。

【0068】

上述の通り、本実施形態においては、浄化率が０％以上の場合にのみ、吸蔵媒体２２に吸蔵されたＮＯｘをエンジン１０の燃焼室へ供給している。これにより、従来と比較して、より効率的にエンジン１０のＮＯｘ排出量を低減させることを可能にしている。また、ＮＯｘの吸蔵をＮＯｘ捕集装置２０において行い、ＮＯｘの分解をエンジン１０の燃焼室内で行っている、すなわちＮＯｘの分解と吸蔵を別々の装置において行っているため、ＮＯｘの分解と吸蔵を同時に行うことを可能にしている。

【0069】

＜第４実施形態＞
以下、第４実施形態に係る内燃機関の排気浄化装置の動作を説明する。第４実施形態に係る排気浄化装置の構成は、第１実施形態と同様である。図８は、第４実施形態における排気浄化装置の処理の流れを示すフローチャートである。ステップＳ１００からＳ１１２は第３実施形態と同様であるため説明を省略する。本実施形態では、浄化率が０％未満であると判断された場合（ステップＳ１１０において「いいえ」）の場合、ステップＳ１２０に進み、以後第３実施形態と異なる処理を行う。

【0070】

ステップＳ１２０において、吸蔵媒体２２のＮＯｘ貯蔵量が第２の値以上であるか否かを判断する。ＮＯｘ貯蔵量が第２の値以上である場合（ステップＳ１２０で「はい」）は、ステップＳ１２２に進む。ＮＯｘ貯蔵量が第２の値未満である場合（ステップＳ１２０で「いいえ」）は、処理を何も行わずに終了する。ここで、第２の値とは、ステップＳ１０２における吸蔵媒体２２のＮＯｘ貯蔵量の判断の閾値である第１の値よりも大きい値である。第２の値は、例えば、吸蔵媒体２２のＮＯｘ貯蔵量がそれ以上大きくなると、ＮＯｘ捕集装置２０におけるＮＯｘの吸蔵に支障を来たす程度の量である。

【0071】

ステップＳ１２２では、ＥＣＵ４２は、エンジン１０の出力を一定に保ちつつ、回転数及びトルクを浄化率が０％以上となるように変動させる。図６には等出力線１００が描かれている。例えば、エンジン１０の回転数が１３００（ｒｐｍ）、トルクが８０（Ｎｍ）の状態である場合、ＥＣＵ４２は、等出力線１００に沿うようにエンジン１０の回転数及びトルクを変動させる。そして、例えば回転数を２０００（ｒｐｍ）、トルクを２０（Ｎｍ）とする。変動させた後のエンジンの運転条件では、浄化率は１０％から２０％までの間、すなわち０％以上となっている。

【0072】

ステップＳ１２２でエンジンの運転条件を変動させた後、ステップＳ１１２に進み、ＥＣＵ４２は、吸蔵媒体２２に吸蔵されたＮＯｘをエンジン１０の燃焼室へ供給する。

【0073】

図８に示したフローチャートでは、ステップＳ１１０で浄化率が０％未満であると判断された場合に、ステップＳ１２０において、吸蔵媒体２２のＮＯｘ貯蔵量を判断しているが、この判断を省略しても良い。すなわち、ステップＳ１１０で浄化率が０％未満である判断された場合に、直ちにステップＳ１２２へ進み、浄化率が０％以上となるようにエンジン１０の回転数及びトルクを変動させるようにしても良い。

【0074】

上述の通り、本実施形態においては、浄化率が０％未満の場合であっても、エンジン１０の回転数及びトルクを、エンジン１０の出力を一定に保ちつつ変動させて浄化率を０％以上とした後、吸蔵媒体２２に吸蔵されたＮＯｘをエンジン１０の燃焼室へ供給している。これにより、浄化率が０％未満となるエンジンの運転状態であっても、吸蔵媒体２２のＮＯｘ貯蔵量が所定値以上大きくなり、ＮＯｘ捕集装置２０におけるＮＯｘの吸蔵に支障を来たすことを防ぐことを可能にしている。

【0075】

＜第５実施形態＞
以下、第５実施形態について、図面に基づいて説明する。

【0076】

本実施形態に係る内燃機関の排気浄化装置では、図２２に示すように、内燃機関１の排気中のＮＯｘを吸蔵媒体に吸蔵してＮＯｘを排ガスから分離するＮＯｘ捕集装置２と、ＮＯｘが吸蔵された吸蔵媒体を貯蔵するＮＯｘ貯蔵タンク３と、前記ＮＯｘ貯蔵タンクの吸蔵媒体を内燃機関のエンジンの吸気系を経由または内燃機関の燃焼筒内に添加する添加装置４と、前記添加装置により吸蔵媒体が添加される添加場の状態を検出する添加場状態検出装置５と、検出された添加場の状態に応じて、前記吸蔵媒体の添加タイミングを制御するコントローラ６と、を含む。なお、ＮＯｘを吸蔵する吸蔵媒体については、以下捕集液として記す。

【0077】

「装置の全体構成」
図９は、実施形態の構成を示す図である。上述の第１〜第４実施形態と同様である構成については、同一の番号を付し、説明を省略する。

【0078】

エンジン１０の気筒１０ａには、吸気弁（図示省略）が設けられ、この吸気弁を介し、吸気管１６が接続されている。吸気管１６の先端にはエアフィルタ１５が取り付けられており、ここでフィルタリングされた空気がターボチャージャ１４、インタークーラー１８、吸気バルブ９０を介し、エンジン１０の気筒（筒）１０ａ内に供給される。ターボチャージャ１４は、排気によって吸気量を増加させ、インタークーラー１８は吸気を冷却して、吸気量を増加させる。

【0079】

エンジン１０の気筒１０ａには、排気弁（図示省略）が設けられ、この排気弁を介し、排気管１２が接続されている。排気管１２は、ターボチャージャ１４を介し、ＮＯｘ捕集装置２０が接続されており、ここでＮＯｘが除去された後、排ガスが放出される。他の有害排出物を除去する必要があれば、対応した処理装置を設けるとよい。

【0080】

ＥＧＲ管２８には、排気循環のタイミング、量などを制御するためにＥＧＲ弁２９が設けられている。

【0081】

「気筒内添加」
ここで、図９に示す例では、ＮＯｘ供給管３６は、添加弁４０を介し、気筒１０ａ内に捕集液を供給する供給ノズルに接続されている。従って、ＮＯｘ供給ポンプ３８を駆動した状態で、添加弁４０を開くことで、ＮＯｘ貯蔵槽２４内の捕集液が気筒１０ａ内に供給される。この捕集液を気筒１０ａ内に供給するタイミングおよび量は、コントローラであるＥＣＵ４２が制御する。

【0082】

また、捕集液の添加タイミングが悪いと、捕集液が吸排気管やＥＧＲ管内に侵入し、そこに止まり、吸気管やＥＧＲ管の腐食が進みやすい。そこで、このような事態を防止する必要もある。

【0083】

本実施形態において、捕集液は、気筒１０ａ内に直接添加される。ディーゼルエンジンの場合、捕集液は気筒１０ａにおける圧縮工程の燃料噴射と同時あるいは着火後に噴射する。これによって、燃焼時におけるＮＯｘ濃度を所望のものに設定でき、また捕集液はすぐに気化するので気筒１０ａに液状で付着することを防止できる。なお、ガソリンエンジンでは、点火直後または着火直後のタイミングが好適である。このようなタイミングで、捕集液を添加することで、捕集液が添加直後に気化し、シリンダなどに付着することがなく、また燃料燃焼時に吸気と同様にして気筒１０ａ内にＮＯｘとして存在できる。

【0084】

図１０には、本実施形態における変形例が示してあり、この例では、ＮＯｘ変換装置５６と、ＮＯｘ（ガス）貯蔵槽５８を有している。また、図１１には、この構成における捕集液の供給系のみを示してある。

【0085】

このように、ＮＯｘ貯蔵槽２４内の例えば硝酸類を含む捕集液はＮＯｘ供給ポンプ３８によって、ＮＯｘ変換装置に供給され、生成されたガス状のＮＯｘがＮＯｘ（ガス）貯蔵槽５８に一旦貯蔵され加圧された後、添加弁４０を介し、気筒１０ａ内に添加される。この添加のタイミングは、ＥＣＵ４２によって制御される。

【0086】

ＮＯｘ変換装置５６は、例えば熱処理によって、硝酸類をＮＯｘガスに変換する。この際、白金などの硝酸分解触媒を利用することが好適である。硝酸類の熱分解のためには、数１００°Ｃ（２００〜５００°Ｃ程度）に加熱することが好適であり、このためにエンジンの排熱を利用することが好適である。また、変換後のＮＯｘガスにおけるＮＯｘ濃度は高い方がよい。そこで、ＮＯｘセンサ３２により検出したＮＯｘ濃度が所定値以上の場合に、ＮＯｘ変換装置５６に捕集液を送るとよい。

【0087】

ＮＯｘ変換装置５６からのＮＯｘガスは、ＮＯｘ（ガス）貯蔵槽５８内に貯蔵され、圧力が上昇する。ＮＯｘ（ガス）貯蔵槽５８には、その内部圧力を検出する圧力センサ９４が設けられており、気筒１０ａには、気筒内の圧力を計測する圧力センサ９６が添加場状態検出装置として設けられている。ＥＣＵ４２は、これら圧力センサ９４，９６の検出値に基づいて、気筒１０ａ内の圧力が、ＮＯｘ（ガス）貯蔵槽５８内で加圧されたＮＯｘの圧力よりも低い場合には気筒１０ａ内への添加が可能と判断され、かつエンジン１０の動作を制御しているＥＣＵ４２からの信号で運転状態がＮＯｘを十分に浄化できる状態と判断された場合に、気筒１０ａ内に添加される。

【0088】

上述したように、ディーゼル機関の場合は、燃料噴射と同時もしくは着火後に、ガソリン機関の場合は火花添加され着火後に添加されるのが望ましい。これらのタイミングは噴射・着火時期の制御信号よりコントロールされる。

【0089】

なお、エンジン１０の回転数、出力トルクに応じて、燃焼によってＮＯｘが減少するか否かも変化するため、これも考慮する。

【0090】

ここで、図１２には、図１０、１１の構成におけるＥＣＵ４２による、捕集液添加制御のフローチャートを示す。

【0091】

まず、ＮＯｘセンサ３２により捕集液中のＮＯｘ濃度を計測し（Ｓ２１１）、計測したＮＯｘ濃度を設定値と比較する（Ｓ２１２）。添加されるＮＯｘ量としては、２．５（Ｌ／ｍｉｎ）以上が望ましい。

【0092】

ＮＯｘ濃度が所定値以上であれば、エンジン１０の回転数、出力トルク（これらは車両において常に把握している）を取り込み（Ｓ２１３）、エンジン１０の運転状態から、ＮＯｘが浄化できる運転状態かを判定する（Ｓ２１４）。浄化できる状態であれば、ＮＯｘ供給ポンプ３８を作動させ捕集液をＮＯｘ変換装置５６に添加する（Ｓ２１５）。

【0093】

気筒１０ａ内圧力と、ＮＯｘ（ガス）貯蔵槽５８内圧力（噴射圧）を比較し（Ｓ２１６）、噴射圧の方が高い場合には、燃焼時期のタイミングに合わせ、噴射弁をオンして、ＮＯｘガスを気筒１０ａ内に添加する（Ｓ２１７）。

【0094】

なお、Ｓ２１２で設定値以下、Ｓ２１４で浄化できない、Ｓ２１６で噴射圧の方が低い場合には、ＮＯｘの添加は行わず処理を終了する。

【0095】

このように、ＮＯｘの浄化が行える場合であって、添加に問題がないタイミングで、ＮＯｘを気筒１０ａに添加するため、確実なＮＯｘの処理が行える。また、本実施形態では、ＮＯｘガスを添加するため、気筒への悪影響が少ない。

【0096】

「吸気弁近傍の吸気管内添加」
図１３には、気筒１０ａの吸気弁６０近傍の吸気管１６にＮＯｘを添加する例を示してある。このように、吸気弁６０の開閉を検出する弁開閉検出装置８０により、対応する吸気弁６０の開閉状態を検出し、吸気弁６０が開の状態で、添加弁４０を開き、ＮＯｘを添加する。この例では、ＮＯｘ変換装置５６、ＮＯｘ（ガス）貯蔵槽５８を有しており、ガス状のＮＯｘが添加されるが、これに限らず液状のＮＯｘ（硝酸類）を直接添加してもよい。

【0097】

ここで、この実施形態では、吸気管にＮＯｘを添加するが、吸気弁６０が閉じているタイミングでＮＯｘを添加すると、吸気管１６やＥＧＲ管２８に悪影響を及ぼす可能性がある。特に、液状のＮＯｘを添加する場合には、悪影響が大きい。そこで、本実施形態では、弁開閉検出装置８０によって吸気弁６０が開の状態であることを検出して、ＮＯｘ添加のタイミングを調整する。

【0098】

図１４には、吸気弁６０の開閉と、添加弁の開閉を機械的に連動させる構成例が示されている。吸気弁６０は、カム６２の回転によって吸気弁６０の上部バー６０ａが上下して開閉する。図には、カム６２によって、吸気弁が押し下げられて開になっている状態が示してある。吸気弁６０の上部バー６０ａには一対のバーをジョイント６４ａで連結し下方が開いている逆Ｖ字状の連動機構６４が接続されている。そして、連動機構６４の上部バーの一端が吸気弁６０のバー６０ａに回動自在に固定されており、その上部バーの中間部分がピンで位置が固定され、ここが支点になっている。そこで、吸気弁６０が上方に移動すると、連動機構６４のジョイント６４ａが下方に移動する。連動機構６４の下方バーの先端は、添加弁６８に接続されており、連動機構６４の下方バーが下方に移動することによって添加弁６８が開となる。添加弁６８には、ＮＯｘ供給管７０が接続されているため、添加弁６８が開となることによって、吸気管１６内にＮＯｘガスが添加される。

【0099】

このように、図１４の例では、吸気弁６０と、添加弁６８が機械的に接続されており、吸気弁６０の開動作と、添加弁６８の開動作が連動されている。従って、吸気弁６０の開動作を検出して、添加弁６８を開制御すること、機械的機構を用いて自動的に行うことができる。

【0100】

図１５には、添加弁６８の開閉についての他の構成例が示してある。この例では、吸気弁６０を駆動するカム６２の回転を回転位置計測装置７２により計測する。そして、この回転位置計測装置７２の検出結果に基づいて吸気弁６０の開を検出し、噴射制御装置７４が添加弁を制御する。この構成によっても、吸気弁６０の開に応じてＮＯｘを吸気管１６内の吸気弁６０の近傍に供給することができる。

【0101】

図１６には、添加弁６８の開閉についてのさらに他の構成例が示してある。この例では、吸気弁の動きを弁開閉検出装置８０によって検出する。この弁開閉検出装置８０は、吸気弁６０のバーに取り付けられた永久磁石８０ａと、この永久磁石８０ａの周囲に配置されたコイル８０ｂを有し、永久磁石８０ａの動き（吸気弁６０の開）をコイル８０ｂに流れる電流として検知する。弁開閉検出装置８０には、噴射制御装置８２が接続されており、噴射制御装置８２が吸気弁６０の開状態において、添加弁６８を開として、ＮＯｘの添加を制御する。

【0102】

このように、吸気弁６０近傍の吸気管１６内にＮＯｘを添加する場合には、吸気弁６０が開状態であることが条件となる。さらに、液状のＮＯｘを添加する場合には、吸気弁６０近傍の温度が所定以上であることが好適である。すなわち、液状のＮＯｘが吸気管１６や吸気弁６０に付着することを防止できる。

【0103】

「インタークーラー手前の吸気管内添加」
図１７には、吸気管１６のインタークーラー１８の上流側にＮＯｘを添加する構成を示している。ターボチャージャ１４の下流側でインタークーラー１８の上流側の吸気管１６内の吸気状態を添加場状態検出装置９８によって検出し、この状態に応じてＥＣＵ４２が添加弁４０の開閉を制御する。すなわち、インタークーラー１８の上流側のＮＯｘの添加場における、吸気管１６内の吸気流速などを検出し、ＮＯｘの添加の可否を判定する。エンジン１０は、通常複数の気筒１０ａを有しており、各気筒の吸気弁６０開放のタイミングはずれている。また、インタークーラー１８の上流側では、吸気の流れはある程度平均化されているが、吸気量は出力トルク、エンジン回転数などによって大きく異なる。本実施形態においては、添加場状態検出装置９８において検出した吸気流速が所定値以上の場合に、ＮＯｘの添加を許可する。もちろん、上述したエンジン１０の運転状態から、ＮＯｘを添加できる状態であることも考慮する。

【0104】

また、吸気弁６０が開であって、ＥＧＲ弁２９が閉であることを条件とすることも好適である。これによって、吸気管１６内の流速が所定以上であることが担保される。

【0105】

ここで、車両の運転状態が変化している場合、吸気管１６内の状態が大きく変化する。この例の場合、添加されたＮＯｘが実際にエンジン１０の気筒１０ａ内に到達するまでに所定の時間が掛かる。従って、エンジン１０の運転状態から、ＮＯｘを添加してよいと判断されても、実際にエンジン１０の気筒１０ａ内にＮＯｘが供給される時には状態が変わってしまう場合がある。そこで、定常運転時においてＮＯｘを添加するよう制御することが好適である。さらに、液状のＮＯｘを添加する場合には、吸気弁６０近傍の温度が所定以上であることが好適であり、これによって、液状のＮＯｘが吸気管１６に付着することを防止できる。なお、図１７ではインタークーラー１８の上流側にＮＯｘを添加しているが、吸気バルブ９０とインタークーラー１８の間で添加しても構わない。

【0106】

「ＥＧＲ管内添加」
図１８には、ＮＯｘをＥＧＲ管のＥＧＲクーラー３０の上流側に添加する例を示してある。この例では、添加場状態検出装置９８において、ＮＯｘを添加するＥＧＲクーラー３０の上流側の状態を検出し、検出結果に基づいて添加弁４０を開閉してＮＯｘの添加を制御する。この場合、上述の吸気管１６への添加の場合と同様に、ＥＧＲ管２８内の流速が所定値以上である時点で、ＮＯｘを添加することが好適である。この例では、上述の吸気管内添加と同様に定常運転であることを条件とすることが好適であり、またＥＧＲ弁２９が下位であることを条件とするとよい。さらに、液状のＮＯｘを添加する場合には、添加場所の温度が所定以上の場合に限定することも好適である。

【0107】

ＥＧＲ管２８内に流れるガスは、もともとＮＯｘを含んでおり、これにＮＯｘを添加することで、ＮＯｘ濃度をより高くできる。エンジン１０の気筒１０ａに供給するＮＯｘ濃度を高く維持しやすい。そこで、このＥＧＲ管２８内にＮＯｘを供給することが好ましい。

【0108】

「添加場所の制御」
図１９には、複数の添加場所を用意した例を示す。すなわち、（ｉ）気筒１０ａ内、（ｉｉ）吸気弁近傍の吸気管１６内、（ｉｉｉ）インタークーラー１８の上流側の吸気管１６内、（ｉｖ）ＥＧＲクーラー３０の上流側のＥＧＲ管内、の４つ添加場所を用意してあり、対応する添加弁４０ａ〜４０ｄの開閉を制御することによって、いずれかの場所を選択して、ＮＯｘを添加することができる。

【0109】

そして、添加場状態検出装置９８により、４つの添加場所の状態をそれぞれ検出しておき、適切な添加場所に対し、ＮＯｘを選択的に添加する。

【0110】

図２０には、４つの添加場所の選択について示してある。優先順位として、（１）（ｉｖ）ＥＧＲ管２８内の添加、（２）（ｉｉｉ）インタークーラー１８の上流側の吸気管１６内、（３）（ｉｉ）吸気弁近傍の吸気管１６内、（４）（ｉ）気筒１０ａ内、という順が採用される。これによって、（１）ＥＧＲ弁開、添加場所温度所定以上、定常運転の場合にＥＧＲ管内、（２）上記（１）以外で、ＥＧＲ弁閉、吸気弁開、定常運転の場合に吸気管内、（３）上記（１）（２）以外で、吸気弁近傍の温度が所定以上の場合に吸気弁近傍、（４）上記（１）（２）（３）以外の場合に気筒内、にＮＯｘが添加される。

【0111】

図２１には、この例の場合の処理のフローチャートが示されている。

【0112】

このように、ＮＯｘ貯蔵槽２４内のＮＯｘ濃度を計測し（Ｓ２２１）、所定値以上であれば（Ｓ２２２）、エンジン１０の運転状態を取り込み（Ｓ２２３）、ＮＯｘが浄化できる運転状態かを判定し（Ｓ２２４）、浄化できる状態であれば、添加場状態検出装置９８により４箇所の添加場所の状態を検出する（Ｓ２２５）。そして、上述の優先順位に従って、添加場所を決定し(Ｓ２２６）、ＮＯｘ供給ポンプ３８を作動させ、ＮＯｘを適切な添加場所に添加する（Ｓ２２７）。なお、ＮＯｘ変換装置５６、ＮＯｘ貯蔵槽５８を経由して、ＮＯｘガスを添加場所に添加することも好適である。

【0113】

なお、Ｓ２２２で設定値以下、Ｓ２２４で浄化できない場合には、ＮＯｘの添加は行わず処理を終了する。

【0114】

このように、４つの添加場所を用意し、添加場所の条件に応じて、添加場所を選択することで、ＮＯｘ添加可能な状態を多くでき、また最適の添加場所を選択して、ＮＯｘを添加することができる。

【0115】

＜第６実施形態＞
以下、第６実施形態について、図面に基づいて説明する。図２３は、本実施形態の構成を示す図である。上述の第１〜第５実施形態と同様である構成については、同一の番号を付し、説明を省略する。

【0116】

「硝酸類の熱分解」
ここで、捕集液においては、ＮＯｘは、基本的に水に溶解して硝酸態となっている。このような硝酸類は上述した気筒１０ａ内の燃焼反応時にＮＯｘとして機能せず、ＮＯｘを十分減少することができない。そこで、図２３の例では、ＮＯｘ貯蔵槽２４内の硝酸類を含む捕集液はＮＯｘ供給ポンプ３８によって、ＮＯｘ変換装置５６に供給され、ここで硝酸類がＮＯｘに分解される。すなわち、硝酸類は、下記の反応（熱分解）により、ガス状のＮＯｘ（ＮＯ_２またはＮＯ）に分解される。
４ＨＮＯ_３→４ＮＯ＋２Ｈ_２Ｏ＋Ｏ_２
２ＮＯ_２←→２ＮＯ＋Ｏ_２

【0117】

ＮＯｘ変換装置５６においては、硝酸類の分解に熱分解が利用される。図２３の例では、熱回収部１０２において、エンジンの排熱（排気の熱）を回収し、これを硝酸類の分解の際の熱に利用する。この熱回収には、例えばヒートポンプを用いることができる。このようにエンジン排熱を利用することでシステムの省エネルギー化を図ることができる。なお、ＮＯｘ変換装置５６を排気管１２や、エンジンと接触するように配置したり、伝熱材を介し接続したりして、エンジン排熱を伝熱でＮＯｘ変換装置５６を加熱してもよい。

【0118】

また、本例において、ＮＯｘ変換装置５６は、熱分解反応が行われる分解部５６ａとヒータ５６ｂを有している。ヒータ５６ｂは温度制御が容易な電熱ヒータが好適であり、これによって分解部５６ａにおける温度を適切な温度に制御することができる。熱回収部１０２において回収した熱は、捕集液の予熱に用い、ＮＯｘ変換装置５６内の温度は、ヒータ５６ｂによって制御することが好適である。また、ヒータ５６ｂとして酸化触媒を併用してもよい。

【0119】

さらに、分解部５６ａ内には、硝酸分解触媒を配置し、硝酸類の熱分解を促進することが好適である。硝酸分解触媒は好ましくは白金であり、鉄、銅、亜鉛、金、銀、珪素、アルミニウム、マンガン、クロム、ニッケル、バナジウム、チタン、ジルコニウム、モリブデン、タングステン、白金、パラジウム、ロジウム、ルテニウム、イリジウムおよびランタノイド元素よりなる群から選ばれた少なくとも一種又は二種以上の金属またはその酸化物を用いることができる。これらの硝酸分解触媒は、担体に担持して用いてもよいし、分解部５６ａの壁に塗布してもよい。

【0120】

なお、硝酸類の熱分解のためには、数１００°Ｃ（２００〜５００°Ｃ程度）に加熱することが好適であり、このためにエンジンの排熱を利用することが好適である。また、変換後のＮＯｘガスにおけるＮＯｘ濃度は高い方がよい。そこで、ＮＯｘセンサ３２により検出したＮＯｘ濃度が所定値以上の場合に、ＮＯｘ変換装置５６に捕集液を送るとよい。

【0121】

「ＮＯｘの添加」
ここで、図２３の例では、ＮＯｘ変換装置５６からのＮＯｘガスは、添加弁４０ｂを介し、ＥＧＲ管２８のＥＧＲクーラー３０の上流側に供給されるとともに、添加弁４０ｄを介し、吸気管１６のインタークーラー１８の上流側に供給される。添加弁４０ｂ，４０ｄの開閉は、ＥＣＵ４２によって制御される。ＥＣＵ４２は、エンジン１０の運転状態から、適切な添加弁４０ｂ，４０ｄを選択してＮＯｘをエンジン１０の吸気側に添加する。なお、両方の添加弁４０ｂ，４０ｄを一度に開いてもよいし、一方の添加弁４０ｂ，４０ｄのみを利用してもよい。

【0122】

このように、ＥＧＲ管２８、吸気管１６に、ＮＯｘガスを供給することで、エンジン１０の吸気におけるＮＯｘ濃度を高くして、エンジン１０の気筒１０ａ内の燃焼時において、ＮＯｘを減少することができる。

【0123】

「ＥＧＲ管への設置」
図２４の例では、ＮＯｘ変換装置５６をＥＧＲ管２８を利用して構成する。すなわち、ＮＯｘ供給ポンプ３８により、硝酸類を含む捕集液をＥＧＲ管２８内に添加し、その下流側にＮＯｘ変換装置５６を配置する。このＮＯｘ変換装置５６は、ＥＧＲ管２８の一部をＮＯｘ変換装置５６の分解部５６ａとして利用する。この分解部５６ａのＥＧＲ管２８の周囲にはヒータ５６ｂを設け、分解部５６ａの温度を適切なものに制御する。また、分解部５６ａのＥＧＲ管２８の内壁には、硝酸分解触媒の層を形成する。なお、ＮＯｘ変換装置５６は、ＥＧＲ管２８とは切り離し、別の管として形成し、これをＥＧＲ管２８から取り外せるようにするとよい。例えば、ＮＯｘ変換装置５６の両端にフランジを形成し、両側のＥＧＲ管２８とボルト締めで固定するとよい。

【0124】

また、捕集液を分解部５６ａに向けて添加する添加弁４０として、噴射弁を設けるとよい。噴射弁は捕集液のＮＯｘ量とエンジン運転条件から、ＥＣＵ４２により噴射量を制御してもよい。捕集液が直接分解部５６ａに添加されるため、捕集液の気化のための装置、エネルギーは不要である。

【0125】

分解部５６ａはＥＧＲクーラー３０の上流側に配置される。従って、その後に分解部５６ａを通過したガスがＥＧＲクーラー３０の熱交換器において冷却され、凝縮した水が分離される。従って、エンジン１０の気筒１０ａにおいて、ＮＯｘと水の反応による硝酸生成が抑制される。

【0126】

ＥＧＲクーラー３０に、配管及びポンプを設置し、凝縮した水をＮＯｘ貯蔵槽２４に移送してもよい。これによりＮＯｘ貯蔵槽２４に水を補充する必要がなく、連続的な排気浄化を行うことができる。

【0127】

ＥＧＲ管２８内に、ＮＯｘ変換装置５６を設置することで、ここにおいて排ガス中の未燃炭化水素およびＣＯが還元剤として作用する。そこで、ＮＯｘ変換装置５６において硝酸の分解が促進される。また、捕集液の蒸発潜熱によりＥＧＲ管２８内のガスの温度が低下し、エンジン１０の吸気温度を低下することができる。

【0128】

「吸気管への設置」
図２５の例では、ＮＯｘ変換装置５６を吸気管１６を利用して構成する。すなわち、ＮＯｘ供給ポンプ３８により、硝酸類を含む捕集液を吸気管１６内に添加し、その下流側にＮＯｘ変換装置５６を配置する。ＮＯｘ変換装置５６は、吸気管１６の一部を分解部５６ａとして利用する。また、分解部５６ａのＥＧＲ管２８の周囲にはヒータ５６ｂを設け、分解部５６ａの温度を適切なものに制御する。

【0129】

なお、分解部５６ａの吸気管１６の内壁には、硝酸分解触媒の層を形成するとよい。さらに、吸気管１６の分解部５６ａの部分は、別の管として形成し吸気管１６とボルト締めで固定するとよい。

【0130】

この例においても、ＮＯｘ変換装置５６の分解部５６ａはインタークーラー１８の上流側に配置されるので、分解部５６ａを通過したガスがインタークーラー１８において冷却され、凝縮した水が分離される。従って、エンジン１０の気筒１０ａにおいて、ＮＯｘと水の反応による硝酸生成が抑制される。

【0131】

インタークーラー１８において凝縮した水をＮＯｘ貯蔵槽２４に移送すれば、ＮＯｘ貯蔵槽２４に水を補充する必要がなく、連続的な排気浄化を行うことができる。また、この構成により、捕集液の蒸発潜熱により吸気温度の低下が見込まれる。

【0132】

「複数箇所へのＮＯｘの添加」
図２６の例では、上述した図２３の構成の排気流路、吸気流路とは別置きのＮＯｘ変換装置５６を設ける例であるが、添加弁４０ａを介し、エンジン１０の気筒１０ａ内にもＮＯｘ変換装置５６で得たＮＯｘを供給できるようになっている。

【0133】

エンジン１０の運転状態、特にエンジン１０が吸気工程にあるか、ＥＧＲ弁２９の開閉状態がどうか、などによって、いずれの経路でＮＯｘをエンジン１０に供給すべきかが異なる。ＥＣＵ４２においてエンジン１０の運転状態を検出し、適切なタイミングで添加弁４０の開時期を制御することが好適である。

【0134】

なお、分解部５６ａで生成したＮＯｘと水が反応し硝酸となることを防ぐため、ＮＯｘ配管にヒータを設置することも好適である。

【0135】

「配管を利用した構成」
図２７には、ＮＯｘ変換装置５６の構成例が模式的に示されている。配管内空間を硝酸分解部として利用する例である。ＥＧＲ管２８や、吸気管１６の内壁に熱分解を促進するための硝酸分解触媒５６ｃが層状に形成され、これに対応する管内空間が分解部５６ａとなっている。硝酸分解触媒５６ｃは、硝酸分解触媒を塗布または硝酸分解触媒を担持した担体が固定して形成することができる。また、この例では、分解部５６ａを形成する管を、ＥＧＲ管２８、吸気管１６とは独立して形成して、途中に挿入する形式としている。

【0136】

そして、分解部５６ａの上流部に添加弁４０から液状の捕集液を噴射することで、捕集液は、気化するとともに、硝酸類がＮＯｘに熱分解される。そして、硝酸分解触媒５６ｃがあるため、硝酸類の熱分解が促進される。なお、ヒータ５６ｂは、配管の外周側に設けられており、分解部５６ａの適切な加熱を行う。

【0137】

図２８の例では、管内の分解部５６ａに多孔体からなる硝酸分解触媒５６ｃが配置されている。この硝酸分解触媒５６ｃは、触媒をメッシュ状にしたり、ハニーコーム状などの各種形状の担体に担持した形態で分解部５６ａに設置される。ガスの流通を妨げずに、添加した捕集液中の硝酸の熱分解が効率的に行えれば、どのような形式にしてもよい。

【0138】

「エンジンの排熱利用」
図２９の例では、エンジン１０の吸気弁６０近傍の吸気管１６内に捕集液を噴射する構成であって、吸気弁の背面（上面）側に硝酸分解触媒５６ｃの層が形成されている。吸気弁６０はエンジン１０の排熱によって加熱されているため、ここに供給された捕集液はすぐに気化して、熱分解される。なお、捕集液の噴射は吸気弁６０が開いたタイミングで行い、捕集液は気化、熱分解されてそのまま気筒１０ａ内に引き込まれる。エンジン排熱または排気熱のみで熱分解に必要な温度が得られれば、ヒータを設置しなくてもよい。その他に配管内の拡散板、各種バルブなど任意の金属部を硝酸分解部として利用することも可能である。

【0139】

「添加弁の利用」
図３０は、ＮＯｘ添加弁４０の内部を硝酸分解部として利用する例である。ＮＯｘ添加弁４０は、吸気管１６（図２３）、ＥＧＲ管２８（図２３）、またはエンジン１０の気筒１０ａ（図２６）に設置される。そして、添加弁４０の上流側の管内の内側壁に硝酸分解触媒５６ｃの層が形成される。また、管の周囲には、ヒータ５６ｂが配置される。これによって、添加弁４０の内部において、捕集液は加熱気化するとともに、硝酸が熱分解されて、ＮＯＸが添加弁４０から噴出される。なお、エンジン排熱のみで熱分解に必要な温度が得られる場合には、ヒータ５６ｂを設置しなくてもよい。

【符号の説明】

【0140】

１ 内燃機関、２ 捕集装置、３ 貯蔵タンク、４ 添加装置、５ 添加場状態検出装置、６ コントローラ、１０ エンジン、１０ａ 気筒、１２ 排気管、１４ ターボチャージャ、１５ エアフィルタ、１６ 吸気管、１８ インタークーラー、２０ ＮＯｘ捕集装置、２２ 吸蔵媒体、２４ ＮＯｘ貯蔵槽、２６ 循環ポンプ、２８ ＥＧＲ管、２９ ＥＧＲ弁、３０ ＥＧＲクーラー、３２ ＮＯｘセンサ、３４ 回転数・トルクセンサ、３６ ＮＯｘ供給管、３８ ＮＯｘ供給ポンプ、４０ 添加弁、４２ ＥＣＵ、４４ 記憶手段、５０ 酸化剤生成装置、５２ 酸化剤供給弁、５４ 改質装置、５６ ＮＯｘ変換装置、５８ ＮＯｘ貯蔵槽、６０ 吸気弁、６２ カム、６４ 連動機構、７０ ＮＯｘ供給管、７２ 回転位置計測装置、７４，８２ 噴射制御装置、８０ 弁開閉検出装置、９０ 吸気バルブ、９４，９６ 圧力センサ、９８ 添加場状態検出装置、１００ 等出力線。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】

【図22】

【図23】

【図24】

【図25】

【図26】

【図27】

【図28】

【図29】

【図30】