(57)【要約】【課題】エンジン始動後の暖機では、排気通路に設けられた排気ガス浄化装置の触媒を活性化温度領域に迅速に到達させることができ、エンジン暖機後においては、必要に応じて、燃費の悪化を抑制しながら排気ガス浄化装置の触媒上で還元雰囲気を形成でき、更に、ＥＧＲ制御では、容易に高ＥＧＲ率を達成できる排気ガス浄化方法及び排気ガス浄化システムを提供する。【解決手段】内燃機関１０の排気通路１１に配置した排気ガスＧを昇温するための燃焼器１３のガス供給ラインに高酸素濃度ガスＡ１と低酸素濃度ガスＡ２を選択的に供給するように構成すると共に、排気ガスＧの昇温時に高酸素濃度ガスＡ２を前記燃焼器１３に供給し、排気ガスＧの昇温不要時に低酸素濃度ガスＡ２を前記排気通路１１に供給し、更に、ＥＧＲ時にＥＧＲガスＧｅに低酸素濃度ガスＡ２を加える。【選択図】図１
2010168927.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路の排気ガスを昇温するための燃焼器を備えた排気ガス浄化システムにおいて、前記燃焼器のガス供給ラインに酸素富化装置を設けて、高酸素濃度ガスと低酸素濃度ガスを選択的に供給するように構成すると共に、排気ガスを昇温させるときに高酸素濃度ガスを前記燃焼器に供給し、排気ガスを昇温させないときに低酸素濃度ガスを前記排気通路に供給し、更に、ＥＧＲを行うときにＥＧＲガスに低酸素濃度ガスを加えることを特徴とする排気ガス浄化方法。
【請求項２】
内燃機関の排気通路の排気ガスを昇温するための燃焼器を備えた排気ガス浄化システムにおいて、前記燃焼器のガス供給ラインに酸素富化装置を設けて、高酸素濃度ガスと低酸素濃度ガスを選択的に供給するガス供給手段を設けると共に、このガス供給手段が、排気ガスを昇温させるときに高酸素濃度ガスを前記燃焼器に供給し、排気ガスを昇温させないときに低酸素濃度ガスを排気通路に供給し、更に、ＥＧＲを行うときにＥＧＲガスに低酸素濃度ガスを加えることを特徴とする排気ガス浄化システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の始動後、排気通路に設けられた排気ガス浄化装置の触媒が活性化温度領域に達するまで、排気ガス温度を上昇させるために使用する燃焼器に対し、空気中の酸素よりも数倍高い濃度の高酸素濃度ガスを供給して、燃焼器での燃焼速度を高めるための排気ガス浄化方法及び排気ガス浄化システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車搭載等の内燃機関においては、内燃機関の排気ガスを浄化するために、内燃機関の排気通路に排気ガス浄化装置（後処理装置）を設けて、排気通路の排気ガスを浄化している。この排気ガス浄化装置としては、未燃炭化水素（ＨＣ）や一酸化炭素（ＣＯ）を酸化する酸化触媒（ＤＯＣ）、ＮＯｘを浄化するＮＯｘ吸蔵還元型触媒（ＬＮＴ）、微粒子状物質（ＰＭ）を浄化するＤＰＦや触媒付きＤＰＦ（ＣＳＦ）等が用いられている。
【０００３】
これらの排気ガス浄化装置においては、内燃機関の始動開始直後のような、排気ガス浄化装置の触媒温度が低く、触媒の活性化温度領域（動作温度領域）に到達していない運転状態では、内燃機関から排出される未燃ＨＣの量が多いので、排気ガスの規制値を満足するためにも、この未燃ＨＣの低減は不可欠である。
【０００４】
この対策として、排気通路に、燃料を燃焼する燃焼器を設けて、排気ガスの昇温が必要な時に、この燃焼器で燃料を燃焼させて、この燃焼ガスにより排気ガス浄化装置に流入する排気ガスを加熱して昇温させることが有効であり、例えば、排気浄化手段の上流側に噴霧燃焼器を設けて、燃料の燃焼により排気温度を上昇させる内燃機関の排気系制御システムが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００５】
しかしながら、内燃機関の始動直後においては、排気ガス浄化装置の加熱と昇温のために燃焼器等により燃焼を行っても、燃料の着火と燃料の燃焼までには数分程度の時間を必要とし、その上、燃焼器等からの燃焼ガスで高温になった排気ガスが排気ガス浄化装置に流入しても、排気ガス浄化装置の熱容量分だけ触媒が活性化する温度に昇温するまでの間、数分間程度の時間が必要となる。
【０００６】
そのため、燃焼器等の触媒加熱手段を備えた場合でもあっても、内燃機関の始動後、触媒加熱手段による触媒温度上昇までの数分間はＨＣ低減に対して解決方法がなく、ＨＣ排出を抑制できないという問題があった。
【０００７】
即ち、排気ガス浄化装置の触媒を加熱する手段として燃焼器を使う場合には、内燃機関の始動後において、燃焼器による触媒温度の上昇までの時間をできるだけ短くして、未燃ＨＣが排気ガス浄化装置の下流側に排出されるのを抑制する必要がある。
【０００８】
これに関連して、酸素富化の空気を燃焼器に用いて燃焼を促進する方法が提案され、例えば、吸気通路から酸素富化空気をＤＰＦ再生用の再生バーナーに導くＤＰＦの再生装置が提案されている（例えば、特許文献２参照。）。また、内燃機関の始動から暖機運転にいたる低温始動時に、酸素あるいは酸素富化空気を排気ガス浄化用触媒に供給して、触媒で未燃分の酸化反応を促進して反応熱により触媒の暖機を促進することと、同時に燃焼用補助燃料を添加し、点火源を設置することが提案されている（例えば、特許文献３参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００４−２５７３２３公報
【特許文献２】特開平６−２５５０８号公報
【特許文献３】特開平５−１４１２２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
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、エンジン始動後においては、排気ガスの温度を上昇させるための燃焼器に高酸素濃度ガスを供給して、燃焼器における燃焼速度を高めて、迅速に排気通路に設けられた排気ガス浄化装置の触媒を活性化温度領域に到達させることができ、エンジン暖機後においては、燃焼器から低酸素濃度ガスを供給して、排気ガス浄化装置の排気ガス浄化能力の回復のための制御では還元雰囲気を形成でき、更に、ＥＧＲのための制御では容易に高ＥＧＲ率を達成できる排気ガス浄化方法及び排気ガス浄化システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記の目的を達成するための本発明の排気ガス浄化方法は、内燃機関の排気通路の排気ガスを昇温するための燃焼器を備えた排気ガス浄化システムにおいて、前記燃焼器のガス供給ラインに酸素富化装置を設けて、高酸素濃度ガスと低酸素濃度ガスを選択的に供給するように構成すると共に、排気ガスを昇温させるときに高酸素濃度ガスを前記燃焼器に供給し、排気ガスを昇温させないときに低酸素濃度ガスを前記排気通路に供給し、更に、ＥＧＲを行うときにＥＧＲガスに低酸素濃度ガスを加えることを特徴とする方法である。
【００１２】
上記の目的を達成するための本発明の排気ガス浄化システムは、内燃機関の排気通路の排気ガスを昇温するための燃焼器を備えた排気ガス浄化システムにおいて、前記燃焼器のガス供給ラインに酸素富化装置を設けて、高酸素濃度ガスと低酸素濃度ガスを選択的に供給するガス供給手段を設けると共に、このガス供給手段が、排気ガスを昇温させるときに高酸素濃度ガスを前記燃焼器に供給し、排気ガスを昇温させないときに低酸素濃度ガスを排気通路に供給し、更に、ＥＧＲを行うときにＥＧＲガスに低酸素濃度ガスを加えるように構成される。
【発明の効果】
【００１３】
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、排気ガスの昇温時に、高酸素濃度ガスを燃焼器に供給することにより、排気ガスの昇温を促進し、この排気ガスが流入する排気ガス浄化装置の触媒温度が上昇するまでの時間を短縮することができる。これにより、大気からの吸入空気だけを使用する場合よりも短い時間で触媒温度を活性化温度領域まで到達させることができるので、排気ガス浄化装置の下流側へのＨＣ排出量を低減することができる。
【００１４】
また、排気ガスの昇温不要時には低酸素濃度ガス（高窒素濃度ガス）を排気通路に供給することにより、排気ガス浄化装置の浄化能力再生のために繰り返し行うリッチ空燃比制御において排気ガス中の未燃炭化水素濃度を高めて、浄化能力の再生を促進することができる。例えば、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒を用いている場合には、定期的に行うＮＯｘ吸蔵能力の回復のためのリッチ空燃比制御において、放出されたＮＯｘの還元処理に必要な燃料液滴の微粒化を低酸素濃度のガスで促進することができ、触媒上の酸素を極短時間で消費させて、ＮＯｘ吸蔵能力を回復することが短時間でできるようになるので、ＮＯｘ吸蔵及び浄化性能が向上する。
【００１５】
更に、内燃機関の筒内（シリンダ内）の燃焼過程で生成するＮＯｘを低減するために行われるＥＧＲ（排気再循環）時に、ＥＧＲガスに低酸素濃度ガスを加えることにより、ＥＧＲ率を著しく大きくすることができるので、緩慢な燃焼反応の促進を図ることができ、ＮＯｘの発生量を低減できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施の形態の排気ガス浄化システムの構成を示した図である。
【図２】ガス混合式燃料噴射弁の一例を模式的に示した図である。
【図３】窒素酸素分離ユニットにおける高酸素濃度ガス充填時のガスの流れを示した図である。
【図４】窒素酸素分離ユニットにおける低酸素濃度ガス充填時のガスの流れを示した図である。
【図５】高酸素濃度ガスと低酸素濃度ガスの充填制御のための制御フローの一例を示した図である。
【図６】燃焼器におけるアシストガスの切替のための制御フローの一例を示した図である。
【図７】合成ゼオライトの特性を示した平衡等温吸着線図である。
【図８】活性炭を利用した場合のガスの吸着圧力と吸着量との関係を示した図である。
【図９】活性炭を利用した場合のガスの吸着時間と平衡達成率の関係を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明に係る実施の形態の排気ガス浄化方法及び排気ガス浄化システムについて、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の構成を示す。
【００１８】
この排気ガス浄化システム１では、エンジン（内燃機関）１０の排気通路１１に、排気ガス浄化装置１２が配設されている。また、この排気ガス浄化装置１２の上流側に、燃焼ガスと噴霧燃料を供給できる燃焼器１３が配置されている。また、酸素富化システムとして、酸素富化用コンプレッサー２０、窒素分離ユニット２１、高酸素濃度ガス貯蔵装置２２、低酸素濃度ガス貯蔵装置２３等が配置されている。
【００１９】
排気ガス浄化装置１２は、排気ガスＧ中の有害成分を浄化する触媒を担持したＮＯｘ浄化触媒ユニット等の幾つかの排気ガス浄化ユニットの組み合わせで形成される。ＮＯｘ吸蔵還元型触媒を担持したＮＯｘ浄化触媒ユニットを用いる場合には、このＮＯｘ浄化触媒ユニットは、排気ガス中のＮＯｘを浄化するために、モノリス触媒で形成される。このモノリス触媒のコージェライトハニカム等の担持体に酸化アルミニウム、酸化チタン等の触媒コート層を設ける。この触媒コート層に、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）等の触媒金属と、バリウム（Ｂａ）等のＮＯｘ吸蔵材（ＮＯｘ吸蔵物質）とからなるＮＯｘ吸蔵還元触媒を担持させて構成される。
【００２０】
このＮＯｘ吸蔵還元型触媒は、酸素濃度が高い排気ガスの状態、即ち、リーン空燃比状態の時に、排気ガス中のＮＯｘをＮＯｘ吸蔵材が吸蔵することにより、排気ガス中のＮＯｘを浄化し、酸素濃度が低いか空燃比が１より小さいリッチ空燃比状態か、あるいは、空燃比が１のストイキ空燃比状態の時に、吸蔵したＮＯｘを放出すると共に、この放出されたＮＯｘを触媒金属の触媒作用により還元することにより、大気中へのＮＯｘの流出を防止する。
【００２１】
このＮＯｘ吸蔵還元型触媒は、リーン空燃比状態が継続すると、ＮＯｘ吸蔵材が硝酸塩に変化してしまうため、ＮＯｘ吸蔵能力が飽和する前に、排気ガスＧをリッチ空燃比状態にする再生制御を行って、吸蔵したＮＯｘを放出及び還元して、ＮＯｘ吸蔵能力を回復している。
【００２２】
なお、この実施の形態では、排気ガス浄化装置１２としてＮＯｘ吸蔵還元型触媒を担持したＮＯｘ浄化ユニットを用いた例を示すが、これに限定されず、排気ガスに対する浄化性能を回復するために排気ガスを一時的にリッチ空燃比制御等の空燃比制御を行う必要がある排気ガス浄化装置であればよい。例えば、硫黄被毒を回復する必要がある酸化触媒（ＤＯＣ）や選択還元型ＮＯｘ触媒（ＳＣＲ）や触媒付きフィルタ（ＣＳＦ）等の排気ガス浄化ユニットであってもよい。
【００２３】
燃焼器１３は、例えば、図２に示すような外部混合式二流体噴射弁を使用して構成される。この構成では、図１に示すように、インジェクター式燃料噴射部１３ａと燃料供給用配管１３ｂとガス供給用配管１３ｃとガス切替弁１３ｄと着火装置（図示しない）を有している。燃料供給用配管１３ｂはシリンダ内への燃料供給用配管１８と接続している。また、ガス切替弁１３ｄは高酸素濃度ガス供給配管２４と低酸素濃度ガス供給配管２５ａと接続し、ガス供給用配管１３ｃに高濃度酸素ガスＡ１と低濃度酸素ガスＡ２との一方を選択して供給できるように構成される。着火装置は、グロープラグ等のヒータ類や着火プラグ等の熱源で形成され、これらは通電により高温となる。
【００２４】
この燃焼器１３では、インジェクター式燃料噴射部１３ａの周りに高圧のガス（高酸素濃度ガスＡ１又は低酸素濃度ガスＡ２）を噴射させて、このガスと燃料ｆの液滴との混合ガスを生成する。この混合ガスの生成により、燃料ｆを燃焼させる場合には着火を促進する。また、未燃燃料の供給の場合は、排気ガス中の燃料ｆの均等分散を図る。
【００２５】
次に、酸素富化システムについて説明する。図１に示すように、酸素富化用コンプレッサー２０の入口２０ａは、流路切替弁２６を介して、ターボチャージャ１４のコンプレッサーの出口側の吸気通路１５の接続部１５ａに接続されている。また、酸素富化用コンプレッサー２０の出口２０ｂは、空気取入配管１９に接続されている。
【００２６】
窒素分離ユニット２１は、図１、図３及び図４に示すように、吸着容器２１ｉに空気取入配管１９と、高酸素濃度供給配管２１ｂと低酸素濃度ガス供給配管２１ｃを接続して構成される。空気取入配管１９は、酸素富化用コンプレッサー２０の出口２０ｂに接続され、流路切替弁２１ａが配置されている。また、高酸素濃度供給配管２１ｂは吸着容器２１ｉと高酸素濃度ガス貯蔵装置２２の貯蔵容器２２ｉの開閉弁２２ａとの間を接続している。低酸素濃度ガス供給配管２１ｃは吸着容器２１ｉと低酸素濃度ガス貯蔵装置２３の貯蔵容器２３ｉの開閉弁２３ａとの間を接続し、減圧ポンプ２１ｅが配置されている。また、吸着容器２１ｉに冷却水Ｗを流して冷却するための冷却水用配管２１ｆが接続されている。
【００２７】
高酸素濃度ガス貯蔵装置２２では、貯蔵容器２２ｉに開閉弁２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，第１酸素濃度センサ２２ｄ及び第１圧力サンサ２２ｅが設けられている。更に、低酸素濃度ガス貯蔵装置２３では、貯蔵容器２３ｉに開閉弁２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，第２酸素濃度センサ２３ｄ及び第２圧力センサ２３ｅが設けられている。
【００２８】
そして、これらの配置関係をまとめると、酸素富化用コンプレッサー２０が空気取入配管１９により窒素分離ユニット２１の吸着容器２１ｉに流路切替弁２１ａを介して接続される。また、この窒素分離ユニット２１が、高酸素濃度ガス供給配管２１ｂにより高酸素濃度ガス貯蔵装置２２の貯蔵容器２２ｉに開閉弁２２ａを介して接続されると共に、低酸素濃度ガス供給配管２１ｃにより低酸素濃度ガス貯蔵装置２３の貯蔵容器２３ｉに減圧ポンプ２１ｅと開閉弁２３ａを介して接続される。
【００２９】
更に、高酸素濃度ガス貯蔵装置２２の貯蔵容器２２ｉが開閉弁２２ｃに接続される高酸素濃度ガス供給配管２４により、燃焼器１３のガス切替弁１３ｄに接続され、低酸素濃度ガス貯蔵装置２３の貯蔵容器２３ｉも開閉弁２３ｃを介して低酸素濃度ガス供給配管２５ａによりガス切替弁１３ｄに接続される。
【００３０】
また、低酸素濃度ガス供給配管２５ｂにより、低酸素濃度ガス貯蔵装置２３の開閉弁２３ｂと流路切替弁２６とを接続し、ターボチャージャ１４のコンプレッサーの出口側の吸気通路１５に余剰の低酸素濃度ガスＡ２を放出できるようにする。更に、この低酸素濃度ガス供給配管２５ｂの分岐配管２７をＥＧＲ通路１６のＥＧＲ弁１７に接続し、ＥＧＲの時に低酸素濃度ガスＡ２を供給できるように構成する。
【００３１】
次に、窒素分離ユニット２１における酸素富化について説明する。窒素分離ユニット２１では、酸素富化のために合成ゼオライトや分子ふるい活性炭を用いる。
【００３２】
合成ゼオライトを用いる場合には細孔径が０．０００５μｍ〜０．００１μｍ程度であり、図７に示すように、電気的に極性を持つ窒素が選択的に吸着され、この傾向は高圧ほど大きくなる。そこで大気圧から３気圧程度に加圧する動作を繰り返しながら、処理ガスＡを冷却して常温付近の温度に保持すれば、窒素と酸素に分離できる。この間に生成されたガスＡ１，Ａ２をそれぞれ貯蔵容器２２ｉ，２３ｉに加圧して冷却貯蔵する。この場合には、加圧しながら吸着させる過程で窒素を選択的に吸着させることで、吸着されずに残った酸素を得ると共に、加圧状態から元の圧力に戻する減圧処理で窒素を得る。
【００３３】
この合成ゼオライトを用いる窒素分離ユニット２１では、高酸素濃度ガス充填時は、流路切替弁２１ａを切り替えて、酸素富化用コンプレッサー２０の空気Ａを取り入れて、窒素吸着体を充填した吸着容器２１ｉ内で加圧して、窒素吸収体に窒素を吸着させて、ガスの酸素濃度を９５％程度に高めて、この高酸素濃度ガスＡ１を高酸素濃度ガス貯蔵装置２２の貯蔵容器２２ｉに供給して貯蔵する。
【００３４】
一方、必要な高酸素濃度ガス量を確保するために、再度、酸素分離処理を行う必要がある。この前処理として既に吸着している窒素を脱離・放出する減圧処理を、減圧ポンプ２１ｅを用いて行う。この過程で放出される窒素に富む低酸素濃度ガスＡ２を低酸素濃度ガス貯蔵装置２３の貯蔵容器２３ｉ内に供給し減圧して充填する。
【００３５】
この合成ゼオライトを用いる方法では、窒素を高圧（例えば、１８０ｋＰａ）で吸着させるために、吸着容器２１ｉ内の圧力を高める加圧工程と、窒素の吸着により、空気中から酸素を選別し、高酸素濃度を得るための高圧維持工程と、窒素の吸着が飽和状態に至って、酸素の選別能力が低下するのを防止するために吸着容器２１ｉ内の圧力を低圧（例えば、４８ｋＰａ）にして、吸着した窒素を窒素吸着体から放出させる減圧工程と、吸着させた窒素を十分に放出させるために、吸着容器２１ｉの圧力を低圧状態に維持する低圧維持工程とを繰り返し行う。
【００３６】
また、分子ふるい活性炭を用いる場合では、図８に示すように、吸着圧力による窒素に対する選択的吸着を期待できないが、図９に示すように、窒素と酸素では吸着速度に大きな差があり、この吸着速度は圧力に依存する。そこで、大気圧から３気圧程度に加圧する動作を繰り返しながら、処理ガスＡを冷却して常温付近の温度に保持すれば、窒素と酸素に分離できる。この間に生成されたガスＡ１，Ａ２をそれぞれ貯蔵容器２２ｉ，２３ｉに加圧して冷却貯蔵する。この場合には、一定圧力下の吸着過程で、吸着速度の早い酸素を吸着させて窒素を分離し、この後で行う減圧処理で酸素を放出して酸素を得る。
【００３７】
この分子ふるい活性炭を用いる窒素分離ユニット２１では、低酸素濃度ガス充填時は、流路切替弁２１ａを切り替えて、酸素富化用コンプレッサー２０の空気Ａを取り入れて、酸素吸着体（活性炭）を充填した吸着容器２１ｉ内で加圧して、酸素吸収体に酸素を吸着させて、ガスの酸素濃度を９５％程度に低めて、この低酸素濃度ガスＡ２を低酸素濃度ガス貯蔵装置２３の貯蔵容器２３ｉに供給して貯蔵する。
【００３８】
一方、必要な低酸素濃度ガス量を確保するために、再度、窒素分離処理を行う必要がある。この前処理として既に吸着している酸素を脱離・放出する減圧処理を、減圧ポンプを用いて行う。なお、この場合には、減圧ポンプ２１ｅは高酸素濃度ガス供給配管２１ｂではなく低酸素濃度ガス供給配管２１ｃに配置される。この減圧過程で放出される酸素に富む高酸素濃度ガスＡ１を高酸素濃度ガス貯蔵装置２２の貯蔵容器２２ｉ内に供給し減圧して充填する。
【００３９】
この分子ふるい活性炭を用いる方法では、酸素を高圧（例えば、６９０ｋＰａ）で吸着させるために、吸着容器２１ｉ内の圧力を高める加圧工程と、酸素の吸着により、空気中から窒素を選別し、低酸素濃度を得るための高圧維持工程と、酸素の吸着が飽和状態に至って、窒素の選別能力が低下するのを防止するために吸着容器２１ｉ内の圧力を低圧（例えば、４８ｋＰａ）にして、吸着した酸素を酸素吸着体から放出させる減圧工程と、吸着させた酸素を十分に放出させるために、吸着容器２１ｉの圧力を低圧状態に維持する低圧維持工程とを繰り返し行う。
【００４０】
以下では、説明の煩雑さをさけるために、合成ゼオライトを用いる場合について説明する。なお、分子ふるい活性炭を用いる場合には、「窒素」と「酸素」を入れ替え、「高酸素濃度」と「低酸素濃度」を入れ替えればよい。
【００４１】
つまり、窒素分離ユニット２１における酸素富化においては、エンジンが吸入する空気Ａは窒素と酸素を含み、これに微量のアルゴンを含む構成となっているので、空気Ａ中で約２１％の体積濃度を占める酸素を窒素やアルゴンと分離する。分離した酸素を一定圧力の状態で貯蔵する低圧の吸着容器（タンク）２１ｉを配置し、必要値まで圧力が上昇したら酸素の分離動作を停止する。この過程で排出される窒素が多い低酸素濃度ガスＡ２も高酸素濃度ガス貯蔵装置２２とは別置きの低酸素濃度ガス貯蔵装置２３に貯蔵する。この低酸素濃度ガスＡ２も必要圧力値までの貯蔵とし、酸素分離過程で生成される不要な低酸素濃度ガスＡ２は、流路切替弁２１ａの切替により配管２１ｄから大気中へ排出する。
【００４２】
次に、各弁の弁操作について説明する。高酸素濃度ガスの充填時には、開閉弁２２ａが開弁され、その他の開閉弁２２ｂ，２２ｃ，２３ａ，２３ｂ，２３ｃが閉弁される。流路切替弁２１ａはガス供給配管１９と窒素分離ユニット２１の吸着容器２１ｉを連通させるように弁操作される。また、流路切替弁２６はコンプレッサーの入口１５ａから空気を吸引するように弁操作される。なお、貯蔵容器２２ｉの圧力が大きくなったときに、開閉弁２２ｂを開弁して高酸素濃度ガスＡ１を外に排出して高酸素濃度ガスＡ１の充填圧力を調整できるようにする。
【００４３】
また、低酸素濃度ガスの充填時には、開閉弁２３ａが開弁され、その他の開閉弁２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２３ｂ，２３ｃが閉弁される。流路切替弁２１ａは  大気に開放された配管２１ｄと窒素分離ユニット２１の吸着容器２１ｉを連通させるように弁操作される。また、流路切替弁２６はコンプレッサーの入口１５ａと低酸素ガス貯蔵装置２３とが連通するように弁操作される。なお、貯蔵容器２３ｉの圧力が大きくなったときに、開閉弁２３ｂを開弁して低酸素濃度ガスＡ２を吸気通路１５に排出して低酸素濃度ガスＡ２の充填圧力を調整できるようにする。
【００４４】
次に、高酸素濃度ガスＡ１と低酸素濃度ガスＡ２との充填時の制御について、図５の制御フローを参照しながら説明する。この制御フローでは、上級の制御フローから呼ばれてスタートすると、ステップＳ１１でエンジン１０の稼動を確認する。エンジン１０が稼動されていない場合は、ステップ１２の処理停止に行き、各開閉弁を停止状態に合った状態に制御してから、リターンに行き、制御を終了する。
【００４５】
また、ステップＳ１１でエンジン１０の稼動が確認されると、ステップＳ１３で高酸素濃度ガス充填処理を行う。次のステップＳ１４で高酸素濃度ガス貯蔵装置２２の貯蔵容器２２ｉの第１圧力センサ２２ｃで検出された第１圧力Ｐｏが予め設定された第１上限圧力Ｐｆｏを超えたか否かを判定する。
【００４６】
ステップＳ１４の判定で第１圧力Ｐｏが第１上限圧力Ｐｆｏを超えていない場合には（ＮＯ）には、超えるまで、ステップＳ１３に戻り高酸素濃度ガス充填処理を繰り返し行う。ステップＳ１４の判定で第１圧力Ｐｏが第１上限圧力Ｐｆｏを超えた場合には（ＹＥＳ）には、ステップＳ１５に行き、高酸素濃度ガス貯蔵装置２２の貯蔵容器２２ｉの第１酸素濃度センサ２２ｄで検出された第１酸素濃度Ｃｏが予め設定された第１酸素濃度Ｃｆｏ（例えば、９５％に設定される）を超えたか否かを判定する。
【００４７】
このステップＳ１５の判定で、第１酸素濃度Ｃｏが第１酸素濃度Ｃｆｏを超えていない場合には（ＮＯ）、超えるまで、ステップＳ１３に戻り高酸素濃度ガス充填処理を繰り返し行う。高酸素濃度ガス貯蔵装置２２の貯蔵容器２２ｉの圧力が大きくなると、貯蔵していた高酸素濃度ガスＡ１は安全弁としての開閉弁２２ｂから放出され、新しい高酸素濃度ガスＡ１が供給されて、高酸素濃度ガス貯蔵装置２２の貯蔵容器２２ｉ内の高酸素濃度ガスＡ１の酸素濃度が高められる。
【００４８】
また、ステップＳ１５の判定で、第１酸素濃度Ｃｏが第１酸素濃度Ｃｆｏを超えた場合場合には（ＹＥＳ）、ステップＳ１６に行き、低酸素濃度ガス充填処理を行う。次のステップＳ１７で低酸素濃度ガス貯蔵装置２３の貯蔵容器２３ｉの第２圧力センサ２３ｅで検出された第２圧力Ｐｎが、予め設定された第２上限圧力Ｐｆｎを超えたか否かを判定する。
【００４９】
ステップＳ１７の判定で第２圧力Ｐｎが第２上限圧力Ｐｆｎを超えていない場合には（ＮＯ）には、超えるまで、ステップＳ１６に戻り低酸素濃度ガス充填処理を繰り返し行う。ステップＳ１７の判定で第２圧力Ｐｎが第２上限圧力Ｐｆｎを超えた場合には（ＹＥＳ）には、ステップＳ１８に行き、低酸素濃度ガス貯蔵装置２３の貯蔵容器２３ｉの第２酸素濃度センサ２３ｄで検出された第２酸素濃度Ｃｎが予め設定された第２酸素濃度Ｃｆｎ（例えば、５％に設定される）より低くなったか否かを判定する。
【００５０】
このステップＳ１８の判定で、第２酸素濃度Ｃｎが第２酸素濃度Ｃｆｎを超えていない場合には（ＮＯ）、超えるまで、ステップＳ１６に戻り低酸素濃度ガス充填処理を繰り返し行う。低酸素濃度ガス貯蔵装置２３の貯蔵容器２３ｉの圧力が大きくなると、貯蔵していた低酸素濃度ガスＡ２は安全弁としての開閉弁２３ｂから放出され、新しい低酸素濃度ガスＡ２が供給されて、低酸素濃度ガス貯蔵装置２３の貯蔵容器２３ｉ内の低酸素濃度ガスＡ２の酸素濃度が低められる。
【００５１】
そして、ステップＳ１８の判定で、第２酸素濃度Ｃｎが第２酸素濃度Ｃｆｎを超えている場合には（ＹＥＳ）、ステップＳ１１に戻り、ステップＳ１１〜ステップＳ１８を繰り返す。なお、各ステップの途中でエンジンの稼動が停止されると、割り込みの発生により、ステップ１２の処理停止に行き、各開閉弁を停止状態に合った状態に制御してから、リターンに行き、制御を終了する。
【００５２】
次に、上記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。この排気ガス浄化方法においては、エンジン始動直後では、燃焼器１３に供給した燃料ｆを燃焼させるために着火装置に通電して加熱すると共に、高圧ガスとして高濃度酸素ガスＡ１を使用して、高濃度の酸素により酸化反応速度を高め、燃料の着火を促進する。これにより、排気ガス浄化装置１３の触媒の温度を排気ガス浄化反応に十分な活性化温度領域に迅速に到達させることができる。その結果、暖機のための燃料が少なくて済むと共に、短時間で排気ガス浄化能力を発揮できるようになるので排気ガス浄化性能が向上する。
【００５３】
一方、エンジンが暖機し、排気ガス浄化装置１３の触媒も活性化温度以上に昇温しており、燃焼器１３を使用した排気ガス昇温処理が不要な温度領域では、即ち、燃焼器１３からの酸化反応熱を必要としない温度領域では、高酸素濃度ガスＡ１の供給を低酸素濃度ガスＡ２の供給へと切り替えて、低酸素濃度ガスＡ２の供給を排気ガス浄化装置１２の状態に応じて行う。例えば、この低酸素濃度ガスＡ２の供給により、排気ガス浄化装置１２のＮＯｘ吸蔵還元型触媒のＮＯｘ再生制御の場合のリッチ空燃比制御を行う。この低酸素濃度ガスＡ２を使用することにより、燃費の悪化を回避しながら、排気ガス中の酸素濃度を低くして、排気ガスをリッチ状態（低酸素状態）とする。これにより、触媒においては還元雰囲気とすることができ、効率よくＮＯｘ吸蔵能力を回復することができる。
【００５４】
このガスＡ１，Ａ２の切替は、例えば、図６に示すような制御フローに基づいて行われる。この図６の制御フローが上級の制御フローから呼ばれてスタートすると、ステップＳ２１でエンジンの稼動を確認する。エンジンが稼動されていない場合は、ステップ２２の処理停止に行き、各開閉弁を停止状態に合った状態に制御してから、リターンに行き、制御を終了する。
【００５５】
また、ステップＳ２１でエンジンの稼動が確認されると、ステップＳ２３で、ガス供給の開始信号を受けているか否かを判定する。ガス供給の開始信号を受け取っていない場合には、予め設定された時間（開始信号の受信の判定のインターバルに関係する時間）を経過した後、ステップＳ２３に戻る。
【００５６】
ステップＳ２３でガス供給の開始信号を受けていると判定されると、次のステップＳ２４で排気ガス浄化装置１２の入口に設けた入口側温度センサ１２ａで検出された入口排気ガス温度Ｔｂが予め設定された温度閾値Ｔｆより低いか否かを判定する。
【００５７】
ステップＳ２４の判定で入口排気ガス温度Ｔｂが温度閾値Ｔｆより低い場合には（ＹＥＳ）には、ステップＳ２５で、高酸素濃度ガスＡ１の供給を行い、入口排気ガス温度Ｔｂが温度閾値Ｔｆ以上の場合には（ＮＯ）には、ステップＳ２６で、低高酸素濃度ガスＡ２の供給を行う。これらのガスＡ１，Ａ２の供給は、供給の停止信号を受けるまで行い、受けるとステップＳ２６のガス供給の停止に行く。
【００５８】
ステップＳ２６でガス供給を停止した後、ステップＳ２１に戻り、ステップＳ２１〜ステップＳ２６を繰り返す。なお、各ステップの途中でエンジンの稼動が停止されると、割り込みの発生により、ステップ２２の処理停止に行き、各開閉弁を停止状態に合った状態に制御してから、リターンに行き、制御を終了する。
【００５９】
次に、ＥＧＲ時の低酸素濃度ガス供給について説明する。エンジンのシリンダ内の燃焼過程で生成するＮＯｘを低減するために行われるＥＧＲ時には、低酸素濃度ガス貯蔵装置２３の開閉弁２３ｂから低酸素濃度ガス供給配管２５ｂと分岐管２７経由で、ＥＧＲ弁１７に低酸素濃度ガスＡ２を供給することにより、シリンダ内の酸素濃度を新気ＡとＥＧＲガスＧｅの場合に較べて、酸素濃度を低くしてＥＧＲ率を大きくすることができる。シリンダ内の燃焼反応を緩慢な燃焼反応にすることができ、ＮＯｘの発生量を低減できる。
【００６０】
上記の排気ガス浄化方法及び排気ガス浄化システム１によれば、エンジンの始動時等の排気ガスの昇温が必要な時には、高酸素濃度ガスＡ１を燃焼器１３に供給することにより、排気ガスの昇温を促進し、この排気ガスが流入する排気ガス浄化装置１２の触媒温度の活性化温度領域までの上昇時間を短縮することができる。これにより、エンジン始動時の未燃ＨＣの排気ガス浄化装置１３の下流側への排出量を減少できると共に、排気ガス浄化装置１３の排気ガス浄化能力を短時間で上昇させることができるので、全体的に見た排気ガス浄化性能を向上させることができる。
【００６１】
また、排気ガスの昇温不要時には低酸素濃度ガスＡ２を排気通路１１に供給することにより、排気ガス浄化装置１２の浄化能力再生のために繰り返し行うリッチ空燃比制御において排気ガス中の未燃ＨＣ濃度を高めて、浄化能力の再生を促進することができる。例えば、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒を用いている場合には、定期的に行うＮＯｘ吸蔵能力の回復のためのリッチ空燃比制御において、放出されたＮＯｘの還元処理に必要な燃料の微粒化を低酸素濃度ガスＡ２で促進することができ、触媒上の酸素を極短時間で消費させて、還元雰囲気にしてＮＯｘ吸蔵能力を回復することが短時間でできるようになるので、ＮＯｘ吸蔵及び浄化性能が向上する。
【００６２】
更に、エンジンのシリンダ内の燃焼過程で生成するＮＯｘを低減するために行われるＥＧＲ時に、ＥＧＲガスＧｅに低酸素濃度ガスＡ２を加えることにより、ＥＧＲ率を著しく大きくすることができるので、シリンダ内において緩慢な燃焼反応の促進を図ることができ、ＮＯｘの発生量を低減できる。
【産業上の利用可能性】
【００６３】
本発明の排気ガス浄化方法及び排気ガス浄化システムは、排気ガスの昇温時の排気ガスの昇温の促進効果により、短時間での触媒温度の活性化温度領域への到達で、排気ガス浄化装置の下流側へのＨＣ排出量を低減することができる。また、排気ガスの昇温不要時には、低酸素濃度ガス(高窒素濃度ガス)の排気通路への供給で、排気ガス浄化装置の浄化能力再生のためのリッチ空燃比制御における排気ガス中の未燃炭化水素濃度を高めて、浄化能力の再生を促進することができる。更に、ＥＧＲ時に、ＥＧＲガスへの低酸素濃度ガスの付加により、ＥＧＲ率を著しく大きくすることができ、ＮＯｘの発生量を低減できる。
【００６４】
従って、本発明の排気ガス浄化方法及び排気ガス浄化システムは、自動車に搭載するの内燃機関等の排気通路における排気ガス浄化方法及び排気ガス浄化システムとして利用できる。
【符号の説明】
【００６５】
１  排気ガス浄化システム
１０  エンジン（内燃機関）
１１  排気通路
１２  排気ガス浄化装置
１３  燃焼器
１３ｃ  ガス供給用配管
１３ｄ  ガス切替弁
１６  ＥＧＲ通路
１７  ＥＧＲ弁
１９  ガス供給配管
２０  酸素富化用コンプレッサー
２１  窒素分離ユニット
２１ｂ  高酸素濃度ガス供給配管
２１ｃ  低酸素濃度ガス供給配管
２２  高酸素濃度ガス貯蔵装置
２２ｉ  貯蔵容器
２２ｄ  第１酸素濃度センサ
２２ｅ  第１圧力サンサ
２３  低酸素濃度ガス貯蔵装置
２３ｉ  貯蔵容器
２３ｄ  第２酸素濃度センサ
２３ｅ  第２圧力センサ
２４  高酸素濃度ガス供給配管
２５ａ，２５ｂ  低酸素濃度ガス供給配管
２６  流路切替弁
Ａ  空気（新気）
Ａ１  高濃度酸素ガス
Ａ２  低濃度酸素ガス
Ｃｆｏ  第１酸素濃度
Ｃｆｎ  第２酸素濃度
Ｃｎ  第２酸素濃度
Ｃｏ  第１酸素濃度
ｆ  燃料
Ｇ  排気ガス
Ｇｅ  ＥＧＲガス
Ｐｆｎ  第２上限圧力
Ｐｏ  第１圧力
Ｐｆｏ  第１上限圧力
Ｐｎ  第２圧力
Ｔｂ  入口排気ガス温度
Ｔｆ  温度閾値
Ｗ  冷却水
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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