(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
キャリアガス源から供給されたキャリアガスを噴射するキャリアガス噴射ノズルと、
燃料源から供給された炭化水素系液体からなる燃料が前記キャリアガス噴射ノズルから噴射されたキャリアガスにより微粒化されるように前記燃料を前記キャリアガス噴射ノズルの先端に供給する燃料供給ノズルと、
入口が前記キャリアガス噴射ノズル及び前記燃料供給ノズルに対向して設けられ前記微粒化した燃料を分解して水素又は含酸素炭化水素のいずれか一方又は双方からなる還元ガスに改質する改質部と、
前記改質部の出口から排出された還元ガスをエンジンの排気管に供給するように前記排気管に取付けられる還元ガス供給ノズルと
を有する燃料改質器であって、
前記キャリアガス源と前記キャリアガス噴射ノズルとの間に設けられ前記キャリアガス源から供給されたキャリアガスを加熱する発熱量の調整可能なキャリアガス加熱部と、前記キャリアガス加熱部の出口温度を検出するキャリアガス温度センサと、前記キャリアガス温度センサの検出出力に基づいて前記キャリアガス加熱部の発熱量を制御するとともに前記排気管を流れるＮＯｘの流量に応じて前記燃料供給ノズルへの燃料の供給流量を制御するコントローラとを更に有し、
前記改質部がグロープラグ又は改質触媒のいずれか一方又は双方からなり、
前記キャリアガス加熱部が、円柱状に形成されたコイル保持部と、このコイル保持部の外周面に沿いかつ前記コイル保持部の外周面に露出しないように埋設された電熱コイルと、前記コイル保持部の外周面に螺旋状に巻回することにより前記キャリアガスが前記コイル保持部の外周面に沿って螺旋状に流れるキャリアガス流路を形成するキャリアガス流路用コイルとからなる
ことを特徴とする燃料改質器。
【請求項２】
前記キャリアガス加熱部、前記キャリアガス噴射ノズル、前記燃料供給ノズル及び前記改質部が改質器ハウジングに収容され、前記改質器ハウジングが前記還元ガス供給ノズルの基端に接続された請求項１記載の燃料改質器。
【請求項３】
前記改質部を迂回するバイパス管が設けられ、前記バイパス管に前記改質部から排出された前記還元ガス及び前記微粒化した燃料を前記キャリアガス噴射ノズルの直前に戻す循環ポンプが設けられ、前記改質部の温度が改質部温度センサにより検出され、前記改質部温度センサの検出出力に基づいてコントローラが前記循環ポンプを制御するように構成された請求項１記載の燃料改質器。
【請求項４】
キャリアガス源から第１キャリアガス供給管を通して供給された第１キャリアガスを加熱する発熱量の調整可能なキャリアガス加熱部と、
前記キャリアガス加熱部により加熱された第１キャリアガスを噴射する第１キャリアガス噴射ノズルと、
前記第１キャリアガス噴射ノズルから噴射された第１キャリアガスにより炭化水素系液体からなる燃料が微粒化されるように前記燃料を前記第１キャリアガス噴射ノズルの先端に供給する第１燃料供給ノズルと、
入口が前記第１キャリアガス噴射ノズル及び前記第１燃料供給ノズルに対向して設けられ前記微粒化した燃料を酸化させて前記第１キャリアガスを更に加熱して昇温させる発熱触媒部と、
前記キャリアガス源から供給された第２キャリアガスを前記発熱触媒部により加熱された第１キャリアガスに混合する第２キャリアガス供給管と、
前記第１及び第２キャリアガスの混合キャリアガスを噴射する第２キャリアガス噴射ノズルと、
前記第２キャリアガス噴射ノズルから噴射された混合キャリアガスにより炭化水素系液体からなる燃料が微粒化されるように前記燃料を前記第２キャリアガス噴射ノズルの先端に供給する第２燃料供給ノズルと、
入口が前記第２キャリアガス噴射ノズル及び前記第２燃料供給ノズルに対向して設けられ前記微粒化した燃料を分解して水素又は含酸素炭化水素のいずれか一方又は双方からなる還元ガスに改質する改質部と、
前記改質部の出口から排出された還元ガスをエンジンの排気管に供給するように前記排気管に取付けられる還元ガス供給ノズルと、
前記キャリアガス加熱部の出口温度を検出する第１キャリアガス温度センサと、
前記発熱触媒部の出口温度を検出する第２キャリアガス温度センサと、
前記第１キャリアガス温度センサの検出出力に基づいて前記キャリアガス加熱部の発熱量を制御し前記第２キャリアガス温度センサの検出出力に基づいて前記第１燃料供給ノズルへの燃料の供給流量を制御し更に前記排気管を流れるＮＯｘの流量に応じて前記第２燃料供給ノズルへの燃料の供給流量を制御するコントローラと
を有する燃料改質器。
【請求項５】
前記キャリアガス加熱部、前記第１キャリアガス噴射ノズル、前記第１燃料供給ノズル、発熱触媒部、第２キャリアガス噴射ノズル、第２燃料供給ノズル及び前記改質部が改質器ハウジングに収容され、前記改質器ハウジングが前記還元ガス供給ノズルの基端に接続された請求項４記載の燃料改質器。
【請求項６】
前記キャリアガス加熱部が、円柱状に形成されたコイル保持部と、このコイル保持部の外周面に沿いかつ前記コイル保持部の外周面に露出しないように埋設された電熱コイルと、前記コイル保持部の外周面に螺旋状に巻回することにより第１キャリアガスが前記コイル保持部の外周面に沿って螺旋状に流れるキャリアガス流路を形成するキャリアガス流路用コイルとからなる請求項４記載の燃料改質器。
【請求項７】
エンジンの排気管に設けられ排ガス中のＮＯｘをＮ2に還元可能な選択還元型触媒と、
前記選択還元型触媒より排ガス上流側の排気管に臨む前記還元ガス供給ノズルを有しこの還元ガス供給ノズルから前記選択還元型触媒で還元剤として機能する還元ガスを前記排気管に供給する燃料改質器と、
前記選択還元型触媒に関係する前記排ガス温度を検出する排ガス温度センサと、
前記排ガス温度センサの検出出力に基づいて前記燃料改質器を制御するコントローラと
を備えた燃料改質器を用いた排ガス浄化装置であって、
前記燃料改質器が、
キャリアガス源から第１キャリアガス供給管を通して供給された第１キャリアガスを加熱する発熱量の調整可能なキャリアガス加熱部と、
前記キャリアガス加熱部により加熱された第１キャリアガスを噴射する第１キャリアガス噴射ノズルと、
前記第１キャリアガス噴射ノズルから噴射された第１キャリアガスにより炭化水素系液体からなる燃料が微粒化されるように前記燃料を前記第１キャリアガス噴射ノズルの先端に供給する第１燃料供給ノズルと、
入口が前記第１キャリアガス噴射ノズル及び前記第１燃料供給ノズルに対向して設けられ前記微粒化した燃料を酸化させて前記第１キャリアガスを更に加熱して昇温させる発熱触媒部と、
前記キャリアガス源から供給された第２キャリアガスを前記発熱触媒部により加熱された第１キャリアガスに混合する第２キャリアガス供給管と、
前記第１及び第２キャリアガスの混合キャリアガスを噴射する第２キャリアガス噴射ノズルと、
前記第２キャリアガス噴射ノズルから噴射された混合キャリアガスにより炭化水素系液体からなる燃料が微粒化されるように前記燃料を前記第２キャリアガス噴射ノズルの先端に供給する第２燃料供給ノズルと、
入口が前記第２キャリアガス噴射ノズル及び前記第２燃料供給ノズルに対向して設けられ前記微粒化した燃料を分解して水素又は含酸素炭化水素のいずれか一方又は双方からなる還元ガスに改質する改質部と、
前記改質部の出口から排出された還元ガスをエンジンの排気管に供給するように前記排気管に取付けられる還元ガス供給ノズルと、
前記キャリアガス加熱部の出口温度を検出する第１キャリアガス温度センサと、
前記発熱触媒部の出口温度を検出する第２キャリアガス温度センサと、
前記第１キャリアガス温度センサの検出出力に基づいて前記キャリアガス加熱部の発熱量を制御し前記第２キャリアガス温度センサの検出出力に基づいて前記第１燃料供給ノズルへの燃料の供給流量を制御し更に前記排気管を流れるＮＯｘの流量に応じて前記第２燃料供給ノズルへの燃料の供給流量を制御するコントローラと
を有することを特徴とする排ガス浄化装置。
【請求項８】
エンジンの排ガスを浄化する排ガス浄化装置において、
前記エンジンの排気管に設けられ排ガス中のＮＯｘをＮ2に還元可能な選択還元型触媒と、
密閉した改質ケース内で液体の燃料をヒータにより加熱して気化又は気化及びミスト化し更にこの気化又は気化及びミスト化した燃料を改質触媒で炭化水素系ガスに改質する燃料改質器と、
前記燃料改質器に前記燃料を供給する燃料供給手段と、
前記選択還元型触媒より排ガス上流側の排気管に臨み前記改質触媒で改質された炭化水素系ガスを噴射可能な噴射ノズルと、
前記選択還元型触媒に関係する前記排ガス温度を検出する触媒温度センサと、
前記燃料改質器の入口圧力を検出する圧力センサと、
前記触媒温度センサ及び前記圧力センサの各検出出力に基づいて前記燃料改質器及び前記燃料供給手段を制御するコントローラと
を備えたことを特徴とする排ガス浄化装置。
【請求項９】
前記燃料改質器が、密閉した筒状の前記改質ケースと、この改質ケースに収容された前記改質触媒と、前記改質ケースの内周面と前記改質触媒の外周面との間に螺旋状に設けられた燃料通路と、前記燃料通路を囲むように螺旋状に配索されかつ前記改質ケースの壁に埋設された前記ヒータとを有する請求項８記載の排ガス浄化装置。
【請求項１０】
前記燃料改質器をバイパスするように前記燃料改質器の入口部と出口部とを連通接続するバイパス管と、前記バイパス管に設けられ前記バイパス管の開度を調整する開度調整弁とを有する請求項８記載の排ガス浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、炭化水素系液体からなる燃料を分解して還元ガスに改質する改質器と、この改質器で改質された還元ガスを還元剤として用いてエンジンの排ガス中のＮＯｘを浄化する装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の排ガス浄化装置として、排ガス中のＮＯの一部をＮＯ2に酸化する酸化触媒が内燃機関の排気管に設けられ、排ガス中のＮＯｘを水素共存下で捕捉するＮＯｘ捕捉触媒が排気管のうち酸化触媒の下流に設けられ、燃料を改質して少なくとも水素を含む還元性気体を生成しこの還元性気体を排気管のうち酸化触媒とＮＯｘ捕捉触媒との間に供給する水素供給手段が排気管と別に設けられ、更に排ガスの温度が所定の範囲内にあることを１つの条件として制御手段が水素供給手段により還元性気体を供給するように構成された排気浄化装置が開示されている（例えば、特許文献１参照。）。この排気浄化装置では、排気管に第１触媒コンバータと第２触媒コンバータが上流側からこの順に設けられ、排気管のうち第１触媒コンバータと第２触媒コンバータとの間に燃料改質器の供給口が設けられる。燃料改質器は、供給口にその一端側が接続された改質ガス導入通路と、この改質ガス導入通路内に設けられた改質触媒と、燃料ガスを改質ガス導入通路の他端側から改質触媒に供給する燃料ガス供給装置とを有する。この燃料改質器では、エンジンの燃料を、改質触媒の作用により改質し、水素（Ｈ2）、一酸化炭素（ＣＯ）及び炭化水素（ＨＣ）を含む還元性気体の改質ガスを生成する。なお、燃料改質器は、グロープラグやスパークプラグなどを含む加熱ヒータを備え、燃料改質器の始動とともに、改質触媒を加熱可能に構成される。これにより燃料改質器で生成される改質ガスの温度は、およそ５００℃〜８００℃の高温となる。
【０００３】
一方、改質触媒は、ロジウム、白金、パラジウム、ニッケル及びコバルトよりなる群から選ばれる少なくとも１種の金属触媒成分と、セリア、ジルコニア、アルミナ及びチタニアよりなる群から選ばれる少なくとも１種の酸化物又はこれらを基本組成とした複合酸化物とを含む。この改質触媒は、燃料ガス供給装置から供給された燃料ガスを改質し、水素、一酸化炭素及び炭化水素を含む改質ガスを生成する。また改質触媒で生成された改質ガスは、改質ガス導入通路を通って供給口から排気管に供給される。更に改質ガス導入通路の途中には、この改質ガス導入通路を通って排気管内に導入される改質ガスの流量を制御する改質ガス導入バルブが設けられる。この改質ガス導入バルブは、アクチュエータを介してＥＣＵに接続され、改質ガス導入通路を介した改質ガスの排気管内への供給量は、ＥＣＵにより制御される。
【０００４】
このように構成された排気浄化装置では、排ガス中のＮＯｘを水素共存下で捕捉するＮＯｘ捕捉触媒の上流に、排ガス中のＮＯの一部をＮＯ2に酸化する酸化触媒を設けたので、ＮＯ2を富化したＮＯとＮＯ2の混合ガスをＮＯｘ捕捉触媒に供給できる。この結果、内燃機関の始動直後の低温時におけるＮＯｘ捕捉触媒によるＮＯｘの捕捉性能を向上することができる、より具体的には、ＮＯｘ捕捉触媒の温度が約５０℃以下であっても有意な量のＮＯｘの捕捉を開始できる。このようにＮＯｘの捕捉性能を向上したＮＯｘ捕捉触媒に対し、排ガスの温度が所定の範囲内、より具体的には低温領域内にあることを１つの条件として、水素を含む還元性気体を供給することによりＮＯｘ捕捉触媒で排ガス中のＮＯｘを捕捉することができるので、内燃機関始動直後の冷機時におけるＮＯｘ浄化率を向上できる。また水素供給手段を排気管とは別に設けたので、冷機時であっても内燃機関を失火させることなく安定して還元性気体を供給できる。また排ガスの温度が低温領域の所定の範囲内にあることを１つの条件として還元性気体を供給することにより、水素を燃焼させることなくＮＯｘ捕捉触媒に到達させて、ＮＯｘの捕捉に寄与させることができる。更にＮＯｘ捕捉触媒の上流側に酸化触媒を設け、ＮＯｘ捕捉触媒にＮＯとＮＯ2の混合ガスを供給するので、内燃機関始動直後の低温時におけるＮＯｘ捕捉触媒のＮＯｘ捕捉性能を向上できる。この結果、ＮＯｘ捕捉触媒を内燃機関の近傍に配置する必要がなくなる。
【０００５】
一方、シリンダヘッドの排気ポートから排出された排ガスが通る排気通路中にターボ過給機が上流側に位置しかつ排ガス浄化用触媒が下流側に位置するようにターボ過給機及び排ガス浄化用触媒が設けられ、排ガス浄化用触媒に燃料をガス化して供給可能に構成された内燃機関が開示されている（例えば、特許文献２参照。）。この内燃機関では、排気通路のターボ過給機よりも上流側の部位に燃料を排ガスの熱で加温することによって気化させる気化室が設けられ、この気化室が排気通路のターボ過給機より下流側の部位に接続される。またシリンダヘッドに固定された排気マニホルドの一部に、気化室の内部と排気マニホルドの内部とが隔壁を介して仕切られるように気化室が一体的に設けられ、気化室に排ガスを少量だけ噴出させる連通穴が上記隔壁に設けられる。
【０００６】
このように構成された内燃機関では、排ガスの熱を利用して燃料を気化するものでありながら、触媒の還元用燃料がターボ過給機に導入されることを回避できるため、簡単な構造でありながら、ターボ過給機のタービン等が腐食することや、排ガスを気筒に還流させるに際して排ガスの性質が悪化することを防止できる。特に、燃料が排ガスにさらされるため、燃料を迅速かつ確実に気化できるとともに、気化した燃料は排ガスの圧力（正圧）で素早く触媒に送られるため、応答性が高い利点がある。
【０００７】
また、排ガス排出流路の脱硝用の触媒部の上流側に、還元剤の気化室と排ガス流れにより還元剤の気化及び燃焼が影響されないようなプロテクタとを一体化した還元剤の気化燃焼室が設けられたディーゼル機関の排ガス浄化装置が開示されている（例えば、特許文献３参照。）。この排ガス浄化装置では、脱硝触媒としてマグネタイト（Ｆｅ3Ｏ4）が用いられ、このマグネタイトは排ガスとの接触面積が大きい形状、例えば粒状物、ペレット、ハニカム形状物等の形状で使用される。また還元剤として用いられる炭化水素としては、軽油、重油、ベンジン、メタン、エタン等を使用できる。更に還元剤の燃焼性を高めるため或いは排ガスの脱硝反応のために、二次空気が排ガス排出流路に導入される。
【０００８】
このように構成されたディーゼル機関の排ガス浄化装置では、排ガスに炭化水素又はアルコールからなる還元剤と二次空気（酸素）を加え、これをマグネタイト（Ｆｅ3Ｏ4）に接触させると、排ガス中のＮＯｘが還元されて窒素となる。またディーゼル機関の排ガスが常時流れている箇所で、軽油や重油等の還元剤を高効率で燃焼させると、触媒表面のパティキュレートが除去され、触媒表面を清浄しながら、ディーゼル機関の排ガスの脱硝を効率的に達成できる。このため排ガス排出通路に配置された触媒部の上流側に還元剤の気化燃焼室を設け、この気化燃焼室で還元剤を気化させるとき、ディーゼル機関の排ガスが吐出しても、プロテクタが気化燃焼室における還元剤の気化及び燃焼を阻害しないため、還元剤の気化及び燃焼が気化燃焼室で支障なく行われる。この結果、ディーゼル機関の排ガス流路に排ガスにより燃焼が阻害されない還元剤の気化と還元剤の燃焼を確実に行うことができる気化燃焼室を設置することで、触媒表面のパティキュレートが有効に除去され、触媒表面を清浄しながら、ディーゼル機関の排ガスの脱硝を効率的に達成できるようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２０１１−６９２７０号公報（請求項１、段落［００１３］、［００１４］、［００２４］〜［００３０］、図１）
【特許文献２】特開２００６−２８３６０４号公報（請求項１及び２、段落［０００８］、［０００９］、図１、図２）
【特許文献３】特開平０６−１０１４５４号公報（請求項１、段落［００１２］〜［００１４］、［００２７］、図１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかし、上記従来の特許文献１に示された排気浄化装置では、グロープラグやスパークプラグなどを含む加熱ヒータにより改質触媒を加熱し、この改質触媒に燃料ガス供給装置からの燃料ガスを供給することにより、約５００℃〜８００℃の温度の改質ガスを生成しているけれども、具体的な構成が記載されておらず、燃料ガスを効率良く改質ガスに改質できない不具合があり、また例えばグロープラグやスパークプラグなどで改質触媒を直接加熱すると、改質触媒のグロープラグ等に接触する部分又は近接する部分が極めて高温になって劣化するおそれがあった。一方、上記従来の特許文献２に示された内燃機関や、特許文献３に示された排ガス浄化装置では、いずれも還元用燃料及び還元剤をエンジンの排ガスで加熱して気化しているため、エンジン始動直後や排ガス温度が比較的低いときに、還元用燃料等を十分に気化できず、排ガス中のＮＯｘを効率良く低減できない不具合があった。
【００１１】
本発明の第１の目的は、キャリアガスの噴射により燃料を十分に微粒化することができ、これにより燃料を効率良く還元ガスに改質できる、燃料改質器を提供することにある。本発明の第２の目的は、グロープラグ及び改質触媒を用いた場合、改質触媒の劣化を防止できる、燃料改質器を提供することにある。本発明の第３の目的は、改質器ハウジングを還元ガス供給ノズルとともに排気管に比較的容易に取付けることができる、燃料改質器を提供することにある。本発明の第４の目的は、キャリアガス加熱部におけるキャリアガス流路を十分に確保することにより、キャリアガス加熱部でキャリアガスを十分に加熱できるとともに、キャリアガス加熱部のキャリアガス流路に燃料が流れずにキャリアガスのみが流れることにより、燃料のキャリアガス流路内壁への付着を阻止でき、キャリアガスがキャリアガス流路内をスムーズに流れる、燃料改質器を提供することにある。本発明の第５の目的は、排ガス温度が比較的低温であっても、或いは排ガス温度が比較的低温から高温にかけて広い温度範囲で、ＮＯｘを効率良く低減できる、燃料改質器を用いた排ガス浄化装置を提供することにある。本発明の第６の目的は、液体の燃料を加熱して気化又は気化及びミストさせ、この気化等した燃料を圧力の高い状態で改質触媒に接触させることにより、燃料の改質触媒での改質反応を促進できる、排ガス浄化装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の第１の観点は、図８〜図１１に示すように、キャリアガス源１４から供給されたキャリアガスを噴射するキャリアガス噴射ノズル１７と、燃料源３７から供給された炭化水素系液体からなる燃料１８がキャリアガス噴射ノズル１７から噴射されたキャリアガスにより微粒化されるように上記燃料１８をキャリアガス噴射ノズル１７の先端に供給する燃料供給ノズル１９と、入口がキャリアガス噴射ノズル１７及び燃料供給ノズル１９に対向して設けられ上記微粒化した燃料１８を分解して水素又は含酸素炭化水素のいずれか一方又は双方からなる還元ガスに改質する改質部１２２と、改質部１２２の出口から排出された還元ガス２１をエンジン１１の排気管１２に供給するように排気管１２に取付けられる還元ガス供給ノズル２３とを有する燃料改質器であって、キャリアガス源１４とキャリアガス噴射ノズル１７との間に設けられキャリアガス源１４から供給されたキャリアガスを加熱する発熱量の調整可能なキャリアガス加熱部１１６と、キャリアガス加熱部１１６の出口温度を検出するキャリアガス温度センサ１３２と、キャリアガス温度センサ１３２の検出出力に基づいてキャリアガス加熱部１１６の発熱量を制御するとともに排気管１２を流れるＮＯｘの流量に応じて燃料供給ノズル１９への燃料１８の供給流量を制御するコントローラ５７とを更に有し、改質部１２２がグロープラグ又は改質触媒１２２ａのいずれか一方又は双方からなり、キャリアガス加熱部１１６が、円柱状に形成されたコイル保持部１１６ａと、このコイル保持部１１６ａの外周面に沿いかつコイル保持部１１６ａの外周面に露出しないように埋設された電熱コイル１１６ｃと、コイル保持部１１６ａの外周面に螺旋状に巻回することによりキャリアガスがコイル保持部１１６ａの外周面に沿って螺旋状に流れるキャリアガス流路１１６ｅを形成するキャリアガス流路用コイル１１６ｄとからなることを特徴とする。
【００１３】
本発明の第２の観点は、第１の観点に基づく発明であって、更に図８に示すように、キャリアガス加熱部１１６、キャリアガス噴射ノズル１７、燃料供給ノズル１９及び改質部１２２が改質器ハウジング１２４に収容され、改質器ハウジング１２４が還元ガス供給ノズル２３の基端に接続されたことを特徴とする。
【００１４】
本発明の第３の観点は、第１の観点に基づく発明であって、更に図１２及び図１３に示すように、改質部１２２を迂回するバイパス管１５４が設けられ、バイパス管１５４に改質部から排出された還元ガス２１及び微粒化した燃料１８をキャリアガス噴射ノズル１７の直前に戻す循環ポンプ１５６が設けられ、改質部１２２の温度が改質部温度センサ１５１，１５２により検出され、改質部温度センサ１５１，１５２の検出出力に基づいてコントローラ５７が循環ポンプ１５６を制御するように構成されたことを特徴とする。
【００１５】
本発明の第４の観点は、図１５〜図１７に示すように、キャリアガス源１４から第１キャリアガス供給管１７１を通して供給された第１キャリアガスを加熱する発熱量の調整可能なキャリアガス加熱部１１６と、キャリアガス加熱部１１６により加熱された第１キャリアガスを噴射する第１キャリアガス噴射ノズル１８１と、第１キャリアガス噴射ノズル１８１から噴射された第１キャリアガスにより炭化水素系液体からなる燃料１８が微粒化されるように燃料１８を第１キャリアガス噴射ノズル１８１の先端に供給する第１燃料供給ノズル１９１と、入口が第１キャリアガス噴射ノズル１８１及び第１燃料供給ノズル１９１に対向して設けられ上記微粒化した燃料１８を酸化させて第１キャリアガスを更に加熱して昇温させる発熱触媒部１７４と、キャリアガス源１４から供給された第２キャリアガスを発熱触媒部１７４により加熱された第１キャリアガスに混合する第２キャリアガス供給管１７２と、第１及び第２キャリアガスの混合キャリアガスを噴射する第２キャリアガス噴射ノズル１８２と、第２キャリアガス噴射ノズル１８２から噴射された混合キャリアガスにより炭化水素系液体からなる燃料１８が微粒化されるように燃料を第２キャリアガス噴射ノズル１８２の先端に供給する第２燃料供給ノズル１９２と、入口が第２キャリアガス噴射ノズル１８２及び第２燃料供給ノズル１９２に対向して設けられ上記微粒化した燃料１８を分解して水素又は含酸素炭化水素のいずれか一方又は双方からなる還元ガス２１に改質する改質部１２２と、改質部１２２の出口から排出された還元ガス２１をエンジン１１の排気管１２に供給するように排気管１２に取付けられる還元ガス供給ノズル２３と、キャリアガス加熱部１１６の出口温度を検出する第１キャリアガス温度センサ２７１と、発熱触媒部１７４の出口温度を検出する第２キャリアガス温度センサ２７２と、第１キャリアガス温度センサ２７１の検出出力に基づいてキャリアガス加熱部１１６の発熱量を制御し第２キャリアガス温度センサ２７２の検出出力に基づいて第１燃料供給ノズル１９１への燃料１８の供給流量を制御し更に排気管１２を流れるＮＯｘの流量に応じて第２燃料供給ノズル１９２への燃料１８の供給流量を制御するコントローラ５７とを有する燃料改質器である。
【００１６】
本発明の第５の観点は、第４の観点に基づく発明であって、更に図１５に示すように、キャリアガス加熱部１１６、第１キャリアガス噴射ノズル１８１、第１燃料供給ノズル１９１、発熱触媒部１７４、第２キャリアガス噴射ノズル１８２、第２燃料供給ノズル１９２及び改質部１２２が改質器ハウジング１７６に収容され、改質器ハウジング１７６が還元ガス供給ノズル２３の基端に接続されたことを特徴とする。
【００１７】
本発明の第６の観点は、第４の観点に基づく発明であって、更に図１５及び図１６に示すように、キャリアガス加熱部１１６が、円柱状に形成されたコイル保持部１１６ａと、このコイル保持部１１６ａの外周面に沿いかつコイル保持部１１６ａの外周面に露出しないように埋設された電熱コイル１１６ｃと、コイル保持部１１６ａの外周面に螺旋状に巻回することにより第１キャリアガスがコイル保持部１１６ａの外周面に沿って螺旋状に流れるキャリアガス流路１１６ｅを形成するキャリアガス流路用コイル１１６ｄとからなることを特徴とする。
【００１８】
本発明の第７の観点は、図１５〜図１８に示すように、エンジン１１の排気管１２に設けられ排ガス中のＮＯｘをＮ2に還元可能な選択還元型触媒３１と、選択還元型触媒３１より排ガス上流側の排気管１２に臨む還元ガス供給ノズル２３を有しこの還元ガス供給ノズル２３から選択還元型触媒３１で還元剤として機能する還元ガス２１を排気管１２に供給する燃料改質器１７３と、選択還元型触媒３１に関係する排ガス温度を検出する排ガス温度センサ５３と、排ガス温度センサ５３の検出出力に基づいて燃料改質器１７３を制御するコントローラ５７とを備えた燃料改質器を用いた排ガス浄化装置であって、燃料改質器１７３が、キャリアガス源１４から第１キャリアガス供給管１７１を通して供給された第１キャリアガスを加熱する発熱量の調整可能なキャリアガス加熱部１１６と、キャリアガス加熱部１１６により加熱された第１キャリアガスを噴射する第１キャリアガス噴射ノズル１８１と、第１キャリアガス噴射ノズル１８１から噴射された第１キャリアガスにより炭化水素系液体からなる燃料１８が微粒化されるように燃料１８を第１キャリアガス噴射ノズル１８１の先端に供給する第１燃料供給ノズル１９１と、入口が第１キャリアガス噴射ノズル１８１及び第１燃料供給ノズル１９１に対向して設けられ上記微粒化した燃料１８を酸化させて第１キャリアガスを更に加熱して昇温させる発熱触媒部１７４と、キャリアガス源１４から供給された第２キャリアガスを発熱触媒部１７４により加熱された第１キャリアガスに混合する第２キャリアガス供給管１７２と、第１及び第２キャリアガスの混合キャリアガスを噴射する第２キャリアガス噴射ノズル１８２と、第２キャリアガス噴射ノズル１８２から噴射された混合キャリアガスにより炭化水素系液体からなる燃料１８が微粒化されるように燃料を第２キャリアガス噴射ノズル１８２の先端に供給する第２燃料供給ノズル１９２と、入口が第２キャリアガス噴射ノズル１８２及び第２燃料供給ノズル１９２に対向して設けられ上記微粒化した燃料１８を分解して水素又は含酸素炭化水素のいずれか一方又は双方からなる還元ガス２１に改質する改質部１２２と、改質部１２２の出口から排出された還元ガス２１をエンジン１１の排気管１２に供給するように排気管１２に取付けられる還元ガス供給ノズル２３と、キャリアガス加熱部１１６の出口温度を検出する第１キャリアガス温度センサ２７１と、発熱触媒部１７４の出口温度を検出する第２キャリアガス温度センサ２７２と、第１キャリアガス温度センサ２７１の検出出力に基づいてキャリアガス加熱部１１６の発熱量を制御し第２キャリアガス温度センサ２７２の検出出力に基づいて第１燃料供給ノズル１９１への燃料１８の供給流量を制御し更に排気管１２を流れるＮＯｘの流量に応じて第２燃料供給ノズル１９２への燃料１８の供給流量を制御するコントローラ５７とを有することを特徴とする。
【００１９】
本発明の第８の観点は、図１９〜図２１に示すように、エンジン１１の排ガスを浄化する排ガス浄化装置において、エンジン１１の排気管１２に設けられ排ガス中のＮＯｘをＮ2に還元可能な選択還元型触媒３１と、密閉した改質ケース３２７内で液体の燃料１８をヒータ３３１により加熱して気化又は気化及びミスト化し更にこの気化又は気化及びミスト化した燃料を改質触媒３２８で炭化水素系ガスに改質する燃料改質器３１３と、燃料改質器３１３に燃料１８を供給する燃料供給手段３１６と、選択還元型触媒３１より排ガス上流側の排気管１２に臨み改質触媒３２８で改質された炭化水素系ガスを噴射可能な噴射ノズル３１８と、選択還元型触媒３１に関係する排ガス温度を検出する排ガス温度センサ５３と、燃料改質器３１３の入口圧力を検出する圧力センサ３４８と、排ガス温度センサ５３及び圧力センサ３４８の各検出出力に基づいて燃料改質器３１３及び燃料供給手段３１６を制御するコントローラ５７とを備えたことを特徴とする。
【００２０】
本発明の第９の観点は、第８の観点に基づく発明であって、更に図２０及び図２１に示すように、燃料改質器３１３が、密閉した筒状の上記改質ケース３２７と、この改質ケース３２７に収容された上記改質触媒３２８と、改質ケース３２７の内周面と改質触媒３２８の外周面との間に螺旋状に設けられた燃料通路３２９と、燃料通路３２９を囲むように螺旋状に配索されかつ改質ケース３２７の壁に埋設された上記ヒータ３３１とを有することを特徴とする。
【００２１】
本発明の第１０の観点は、第８の観点に基づく発明であって、更に図１９に示すように、燃料改質器３１３をバイパスするように燃料改質器３１３の入口部と出口部とを連通接続するバイパス管３４３と、バイパス管３４３に設けられバイパス管３４３の開度を調整する開度調整弁３４４とを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２２】
本発明の第１の観点の燃料改質器では、キャリアガス源から供給されたキャリアガスをキャリアガス噴射ノズルから噴射し、燃料供給ノズルから供給された燃料を上記キャリアガス噴射ノズルから噴射されたキャリアガスにより微粒化することにより、この微粒化した燃料が改質部で分解されて還元ガスに改質される。この結果、燃料を効率良く還元ガスに改質できる。
【００２３】
本発明の第１の観点の燃料改質器では、キャリアガス源から供給されたキャリアガスをキャリアガス加熱部が加熱し、この加熱されたキャリアガスをキャリアガス噴射ノズルから噴射し、燃料供給ノズルから供給された燃料を上記キャリアガス噴射ノズルから噴射されたキャリアガスにより微粒化することにより、この微粒化した燃料が改質部で分解されて還元ガスに改質される。この結果、燃料をより効率良く還元ガスに改質できる。
【００２４】
本発明の第２の観点の燃料改質器では、キャリアガス加熱部、キャリアガス噴射ノズル、燃料供給ノズル及び改質部を改質器ハウジングに収容し、この改質器ハウジングを還元ガス供給ノズルの基端に接続するので、改質器ハウジングを還元ガス供給ノズルとともに排気管に比較的容易に取付けることができる。
【００２５】
本発明の第１又は第６の観点の燃料改質器では、熱伝導率の高いコイル保持部を円柱状に形成し、このコイル保持部の外周面に沿いかつコイル保持部の外周面に露出しないように電熱コイルを埋設し、熱伝導率の高いキャリアガス流路用コイルをコイル保持部の外周面に螺旋状に巻回することによりキャリアガス又は第１キャリアガスがコイル保持部の外周面に沿って螺旋状に流れるキャリアガス流路を形成したので、キャリアガス加熱部におけるキャリアガス流路を十分に確保できる。この結果、キャリアガス加熱部でキャリアガス等を十分に加熱できる。またキャリアガス流路に燃料が流れずにキャリアガス等のみが流れるので、燃料がキャリアガス流路の内壁に付着することはない。この結果、キャリアガス等がキャリアガス流路内をスムーズに流れる。
【００２６】
本発明の第３の観点の燃料改質器では、改質部温度センサの検出出力に基づいてコントローラが循環ポンプを制御するので、改質部で改質された還元ガスと、改質部で改質されずにそのまま改質部を通過した微粒化燃料とが混合された微粒化燃料含有の還元ガスの一部がバイパス管を通って燃料噴射ノズルの直前に戻って再び改質部に流入し、上記微粒化燃料含有の還元ガス中の微粒化燃料が改質部で改質される。この結果、燃料の還元ガスへの改質効率を向上できる。
【００２７】
本発明の第４の観点の燃料改質器では、キャリアガス源から供給された第１キャリアガスをキャリアガス加熱部が加熱し、この加熱された第１キャリアガスを第１キャリアガス噴射ノズルから噴射し、第１燃料供給ノズルから供給された燃料を上記第１キャリアガス噴射ノズルから噴射された第１キャリアガスにより微粒化し、この微粒化した燃料が発熱触媒部で酸化することにより第１キャリアガスが更に加熱して昇温する。この更に加熱して昇温した第１キャリアガスを第２キャリアガスと混合して第２キャリアガス噴射ノズルから噴射し、第２燃料供給ノズルから供給された燃料を上記第２キャリアガス噴射ノズルから噴射された混合キャリアガスにより微粒化することにより、この微粒化した燃料が改質部で分解されて還元ガスに改質される。このように第１キャリアガスを２段階で昇温しているため、キャリアガス加熱部での第１キャリアガスの加熱に必要な電力を少なくすることができる。この結果、燃料を更に効率良く還元ガスに改質できる。
【００２８】
本発明の第５の観点の燃料改質器では、キャリアガス加熱部、キャリアガス噴射ノズル、第１燃料供給ノズル、発熱触媒部、第２キャリアガス噴射ノズル、第２燃料供給ノズル及び改質部を改質器ハウジングに収容し、この改質器ハウジングを還元ガス供給ノズルの基端に接続するので、改質器ハウジングを還元ガス供給ノズルとともに排気管に比較的容易に取付けることができる。
【００２９】
本発明の第７の観点の排ガス浄化装置では、排ガス温度が所定の温度以上になったことをキャリアガス温度センサが検出すると、コントローラは燃料改質器を駆動する。これにより燃料改質器が燃料を分解して還元ガスに改質した後に、この還元ガスを還元ガス供給ノズルから排気管に供給する。そして、還元ガスが排ガスとともに選択還元型触媒に流入すると、還元ガスが排ガス中のＮＯｘを還元するための還元剤として機能し、排ガス中のＮＯｘが速やかにＮ2に還元される。この結果、排ガス温度が比較的低温から高温にかけて広い温度範囲でＮＯｘを効率良く低減できる。
【００３０】
本発明の第８の観点の排ガス浄化装置では、密閉した改質ケース内で液体の燃料をヒータにより加熱して気化又は気化及びミスト化するので、改質ケース内の圧力が高くなり、この圧力の高い状態で気化等した燃料が改質触媒で炭化水素系ガスや軽質化された炭化水素系ガスに改質される。この結果、気化等した燃料の改質触媒での改質反応を促進できるので、液体の燃料を燃料改質器で炭化水素系ガスに確実に改質できる。従って、上記改質された炭化水素系ガスを噴射ノズルから排気管内に噴射すると、この炭化水素系ガスが選択還元型触媒上で排ガス中のＮＯｘをＮ2に還元する還元剤として機能するので、排ガス温度が比較的低いときであっても排ガス中のＮＯｘを効率良く低減できる。
【００３１】
本発明の第９の観点の排ガス浄化装置では、液体の燃料が燃料通路を通過している間にヒータにより加熱されて気化等するので、改質ケース内の燃料の体積が膨張し、気化等した燃料はその分圧が高くなった状態で改質触媒に流入してその表面に接触する。この結果、燃料の改質触媒での改質反応を促進できるので、液体の燃料を燃料改質器で炭化水素系ガスや軽質化された炭化水素系ガスに確実に改質できる。従って、上記と同様に、改質された炭化水素系ガスを噴射ノズルから排気管内に噴射すると、この炭化水素系ガスが選択還元型触媒上で排ガス中のＮＯｘをＮ2に還元する還元剤として機能するので、排ガス温度が比較的低いときであっても排ガス中のＮＯｘを効率良く低減できる。
【００３２】
本発明の第１０の観点の排ガス浄化装置では、排ガス温度が比較的高くなると、開度調整弁によりバイパス管を所定の開度で開いて、液体の燃料を燃料改質器で改質せずにそのままバイパス管を通って噴射ノズルから排気管に噴射する。この噴射された液体の燃料は比較的高温の排ガスにより炭化水素系ガスに速やかに改質されるので、この炭化水素系ガスは選択還元型触媒上で排ガス中のＮＯｘをＮ2に還元する還元剤として機能し、排ガス中のＮＯｘは効率良く低減される。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】第１参考形態の燃料改質器を示す縦断面構成図である。
【図２】図１のＡ部拡大断面図である。
【図３】その燃料改質器を用いた排ガス浄化装置を示す構成図である。
【図４】第２参考形態の燃料改質器を示す縦断面構成図である。
【図５】第３参考形態の燃料改質器を示す縦断面構成図である。
【図６】その燃料改質器の気化器の拡大縦断面図である。
【図７】図６のＢ−Ｂ線断面図である。
【図８】本発明第１実施形態の燃料改質器を示す縦断面構成図である。
【図９】図８のＣ部拡大断面図である。
【図１０】図８のＥ部拡大断面図である。
【図１１】その燃料改質器を用いた排ガス浄化装置を示す構成図である。
【図１２】本発明第２実施形態の燃料改質器を示す縦断面構成図である。
【図１３】その燃料改質器を用いた排ガス浄化装置を示す構成図である。
【図１４】その燃料改質器の温度を制御するフローチャート図である。
【図１５】本発明第３実施形態の燃料改質器を示す縦断面構成図である。
【図１６】図１５のＦ部拡大断面図である。
【図１７】図１５のＧ部拡大断面図である。
【図１８】その燃料改質器を用いた排ガス浄化装置を示す構成図である。
【図１９】本発明第４実施形態の排ガス浄化装置の構成図である。
【図２０】その排ガス浄化装置の燃料改質器の縦断面図である。
【図２１】図２０のＨ−Ｈ線断面図である。
【図２２】その排ガス浄化装置の噴射ノズルを含む要部拡大断面図である。
【図２３】参考例１、参考例２及び実施例１の燃料改質器を用いたときの排ガス温度の変化に伴う水素生成量の変化を示す図である。
【図２４】参考例１、参考例２及び実施例１の燃料改質器を用いたときの排ガス温度の変化に伴うアセトアルデヒドの生成量の変化を示す図である。
【図２５】参考例１、参考例２及び実施例１の排ガス浄化装置を用いたときの排ガス温度の変化に伴うＮＯｘ低減率の変化を示す図である。
【図２６】実施例１及び実施例２の燃料改質器を用いたときの排ガス温度の変化に伴う水素生成率の変化を示す図である。
【図２７】実施例１及び実施例２の燃料改質器を用いたときの排ガス温度の変化に伴うアセトアルデヒドの生成率の変化を示す図である。
【図２８】実施例１及び実施例２の排ガス浄化装置を用いたときの排ガス温度の変化に伴うＮＯｘ低減率の変化を示す図である。
【図２９】実施例１及び実施例３の燃料改質器を用いたときの排ガス温度の変化に伴う水素生成率の変化を示す図である。
【図３０】実施例１及び実施例３の燃料改質器を用いたときの排ガス温度の変化に伴うアセトアルデヒドの生成率の変化を示す図である。
【図３１】実施例１、実施例３及び比較例１の排ガス浄化装置を用いたときの排ガス温度の変化に伴うＮＯｘ低減率の変化を示す図である。
【図３２】実施例４及び比較例２の排ガス浄化装置を用いたときの排ガス温度の変化に伴うＮＯｘ低減率の変化を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
次に本発明を実施するための形態を参考の形態とともに図面に基づいて説明する。
【００３５】
＜第１の参考の形態＞
図１及び図３に示すように、ディーゼルエンジン１１の排気管１２には燃料改質器１３が設けられる。この燃料改質器１３は、キャリアガス源１４から供給されたキャリアガスを噴射するキャリアガス噴射ノズル１７と、キャリアガス噴射ノズル１７から噴射されたキャリアガスにより燃料１８が微粒化されるように燃料１８をキャリアガス噴射ノズル１７の先端に供給する燃料供給ノズル１９と、この微粒化した燃料１８を分解して還元ガス２１に改質する改質部２２と、改質部２２の出口から排出された還元ガス２１をエンジン１１の排気管１２に供給する還元ガス供給ノズル２３とを有する。上記キャリアガス噴射ノズル１７、改質部２２及び燃料供給ノズル１９は、鉛直方向に延びる円筒状の改質器ハウジング２４に収容され、この改質器ハウジング２４の下端は還元ガス供給ノズル２３の上端に接続される。これにより改質器ハウジング２４を還元ガス供給ノズル２３とともに排気管１２に比較的容易に取付けることが可能となる。またキャリアガス源１４は、この参考の形態では、コンプレッサ（図示せず）により圧縮されたキャリアガス（エア）を貯留するキャリアガスタンク（エアタンク）である（図２）。なお、キャリアガス源は、キャリアガスタンク（エアタンク）を用いずに、大気中のエア、エンジンの排ガス又はこれらの混合ガスをキャリアガス加熱部に供給するコンプレッサにより構成してもよい。また、燃料供給ノズル１９に供給される燃料１８は、ディーゼルエンジン１１に供給される燃料と同一である。
【００３６】
上記キャリアガス噴射ノズル１７は改質器ハウジング２４の上部に挿入されたキャリアガス流入ケース２６の下端に形成される。このケース２６の上部は円筒状に形成され、ケース２６の下部は下方に向うに従って先細りの漏斗状に形成される。そしてキャリアガス流入ケース２６に流入したキャリアガスがキャリアガス噴射ノズル１７の先端（下端）から下方に向って噴射されるように構成される。なお、図１中の符号２７は改質器ハウジング２４の上面を閉止する蓋体に先端が接続されたキャリアガス供給管である。このキャリアガス供給管２７の基端はキャリアガスタンク１４に接続される（図３）。
【００３７】
図１及び図２に示すように、燃料供給ノズル１９は、改質器ハウジング２４の鉛直方向中央の外周面から改質器ハウジング２４の中心まで延びて設けられた水平管部１９ａと、この水平管部１９ａの先端に連通接続され下方に延びて設けられ下端が閉止された垂直管部１９ｂと、垂直管部１９ｂの下部側面の同一水平面内に所定の角度毎に間隔をあけて形成された複数の供給孔１９ｃとを有する。複数の供給孔１９ｃは、この参考の形態では、垂直管部１９ｂの下部側面の同一水平面内に９０度毎に４つ形成される。このように燃料供給ノズル１９を構成することにより、キャリアガス噴射ノズル１７から噴射されたキャリアガスにより燃料供給ノズル１９の供給孔１９ｃに供給された燃料１８が吹き飛ばされて微粒化されるようになっている。
【００３８】
図２に示すように、キャリアガス流入ケース２６の下端に形成されたキャリアガス噴射ノズル１７の傾斜角θは水平面に対して３０〜６０度、好ましくは４０〜５０度の範囲内に設定される。またキャリアガス噴射ノズル１７の下端を含む水平面と燃料供給ノズル１９の供給孔１９ｃの孔芯を含む水平面との距離Ｈは−１０〜＋１０ｍｍ、好ましくは０〜＋５ｍｍの範囲内に設定される。更に燃料供給ノズル１９の垂直管部１９ｂの外径をｄ1とし、キャリアガス噴射ノズル１７の孔径をｄ2とするとき、ｄ1／ｄ2が０．１〜０．９８、好ましくは０．５〜０．８の範囲内に設定される。ここで、キャリアガス噴射ノズル１７の傾斜角θを３０〜６０度の範囲内に限定したのは、３０度未満では燃料の微粒化が不十分になり、６０度を越えると噴霧が拡がらないからである。また上記距離Ｈを−１０〜＋１０ｍｍの範囲内に限定したのは、−１０ｍｍ未満では燃料を微粒化できず、＋１０ｍｍを越えても燃料を微粒化できないからである。更にｄ1／ｄ2を０．１〜０．９８の範囲内に限定したのは、０．１未満では燃料の微粒化が不十分になり、０．９８を越えるとキャリアガスを十分に流せるだけの隙間がなくなるからである。なお、上記距離Ｈは、キャリアガス噴射ノズル１７の下端を含む水平面を基準として、燃料供給ノズル１９の供給孔１９ｃの孔芯がノズル１７の先端から突出する場合をプラス（＋）とし、燃料供給ノズル１９の供給孔１９ｃの孔芯がノズル１７内に引っ込む場合をマイナス（−）とした。
【００３９】
図１に戻って、改質部２２は、この参考の形態では、上記微粒化した燃料１８を加熱することにより、上記微粒化した燃料１８の一部又は大部分を分解して水素又は含酸素炭化水素のいずれか一方又は双方からなる還元ガスに改質するグロープラグ２２ａにより構成される。このグロープラグ２２ａは、キャリアガス噴射ノズル１７及び燃料供給ノズル１９に対向し、かつキャリアガス噴射ノズル１７の下端及び燃料供給ノズル１９の垂直管部１９ｂの下端から比較的大きな間隔をあけた改質器ハウジング２４の下部に挿入される。これは、燃料供給ノズル１９とグロープラグ２２ａとの間の比較的広い空間で、上記微粒化した燃料１８が下方に向うに従って次第に広がり、この微粒化した燃料１８をグロープラグ２２ａ周囲に略均一に分散させるためである。
【００４０】
図３に示すように、燃料改質器１３は、ディーゼルエンジン１１の排ガス浄化装置に組込まれる。この排ガス浄化装置は、エンジン１１の排気管１２に設けられた選択還元型触媒３１と、選択還元型触媒３１より排ガス上流側の排気管１２に臨む還元ガス供給ノズル２３を有する上記燃料改質器１３とを備える。上記選択還元型触媒３１は、排気管１２より大径のケース３４に収容され、排ガス中のＮＯｘをＮ2に還元可能に構成される。選択還元型触媒３１はモノリス触媒であって、コージェライト製のハニカム担体に、ゼオライト又はアルミナをコーティングして構成される。ゼオライトとしては、銀−ゼオライト、銅−ゼオライト、鉄−ゼオライト等が挙げられる。銀−ゼオライト、銅−ゼオライト又は鉄−ゼオライトからなる選択還元型触媒３１は、銀、銅又は鉄をイオン交換したゼオライト粉末を含むスラリーをハニカム担体にコーティングして構成される。また銀−アルミナ、銅−アルミナ又は鉄−アルミナからなる選択還元型触媒３１は、銀、銅又は鉄を担持させたγ−アルミナ粉末又はθ−アルミナ粉末を含むスラリーをハニカム担体にコーティングして構成される。なお、上記コージェライト製のハニカム担体は、ステンレス鋼により形成されたメタル担体であってもよい。更に還元ガス供給ノズル２３はエンジン１１の排気管１２に取付けられる（図１及び図３）。還元ガス供給ノズル２３は、円筒状に形成されたノズル本体２３ａと、このノズル本体２３ａの上端にノズル本体２３ａと一体的に形成されたフランジ部２３ｂとからなる（図１）。ノズル本体２３ａの下面は排ガス上流側から排ガス下流側に向ってノズル本体２３ａの長さが次第に短くなる傾斜面に形成される。フランジ部２３ｂは、排気管１２に設けられたフランジ部１２ａに取付けられる。
【００４１】
一方、燃料改質器１３は、燃料供給ノズル１９に先端が接続された燃料供給管３６と、この燃料供給管３６の基端に接続され燃料１８が貯留された燃料タンク３７と、この燃料タンク３７内の燃料１８を燃料供給ノズル１９に圧送する燃料供給ポンプ３８と、燃料供給ノズル１９からキャリアガス噴射ノズル１７の先端に供給される燃料１８の供給量を調整する燃料供給量調整弁３９と、キャリアガスタンク１４とキャリアガス流入ケース２６とを接続するキャリアガス供給管２７に設けられたキャリアガス流量調整弁４１とを更に有する（図１及び図３）。上記燃料供給ポンプ３８は燃料供給ノズル１９と燃料タンク３７との間の燃料供給管３６に設けられ、燃料供給量調整弁３９は燃料供給ノズル１９と燃料供給ポンプ３８との間の燃料供給管３６に設けられる。更に燃料供給量調整弁３９は、燃料供給管３６に設けられ燃料供給ノズル１９への燃料１８の供給圧力を調整する燃料圧力調整弁４２と、燃料供給ノズル１９の基端に設けられ燃料供給ノズル１９の基端を開閉する燃料用開閉弁４３とからなる。
【００４２】
燃料圧力調整弁４２は第１〜第３ポート４２ａ〜４２ｃを有し、第１ポート４２ａは燃料供給ポンプ３８の吐出口に接続され、第２ポート４２ｂは燃料用開閉弁４３に接続され、第３ポート４２ｃは戻り管４４により燃料タンク３７に接続される。燃料供給ポンプ３８により圧送された燃料１８が第１ポート４２ａから燃料圧力調整弁４２に流入し、第２ポート４２ｂから燃料用開閉弁４３に圧送される。また燃料圧力調整弁４２での圧力が所定圧力以上になると、燃料供給ポンプ３８により圧送された燃料１８が第１ポート４２ａから燃料圧力調整弁４２に流入した後、第３ポート４２ｃから戻り管４４を通って燃料タンク３７に戻される。更にキャリアガス流量調整弁４１はキャリアガスタンク１４からキャリアガス流入ケース２６に供給されるキャリアガスの流量を調整可能に構成される。
【００４３】
一方、ディーゼルエンジン１１の吸気ポートには吸気マニホルド４６を介して吸気管４７が接続され、排気ポートには排気マニホルド４８を介して排気管１２が接続される（図３）。吸気管４７には、ターボ過給機４９のコンプレッサハウジング４９ａと、ターボ過給機４９により圧縮された吸気を冷却するインタクーラ５１とがそれぞれ設けられ、排気管１２にはターボ過給機４９のタービンハウジング４９ｂが設けられる。コンプレッサハウジング４９ａにはコンプレッサ回転翼（図示せず）が回転可能に収容され、タービンハウジング４９ｂにはタービン回転翼（図示せず）が回転可能に収容される。コンプレッサ回転翼とタービン回転翼とはシャフト（図示せず）により連結され、エンジン１１から排出される排ガスのエネルギによりタービン回転翼及びシャフトを介してコンプレッサ回転翼が回転し、このコンプレッサ回転翼の回転により吸気管内の吸入空気が圧縮されるように構成される。
【００４４】
選択還元型触媒３１の排ガス入口側のケース３４には、選択還元型触媒３１の入口における排ガス温度を検出する排ガス温度センサ５３が挿入される（図３）。またエンジン１１の回転速度は回転センサ５４により検出され、エンジン１１の負荷は負荷センサ５６により検出される。排ガス温度センサ５３、回転センサ５４及び負荷センサ５６の各検出出力はコントローラ５７の制御入力に接続され、コントローラ５７の制御出力はグロープラグ２２ａ、燃料供給ポンプ３８、キャリアガス流量調整弁４１及び燃料用開閉弁４３にそれぞれ接続される。コントローラ５７にはメモリ５８が設けられる。このメモリ５８には、選択還元型触媒３１の入口における排ガス温度、エンジン回転速度、エンジン負荷に応じた、燃料用開閉弁４３の単位時間当たりの開閉回数、燃料供給ポンプ３８の作動の有無、キャリアガス流量調整弁４１の開度が予め記憶される。またメモリ５８には、エンジン回転速度及びエンジン負荷の変化に基づく、エンジン１１から排出される排ガス中のＮＯｘの流量の変化がそれぞれマップとして記憶される。なお、この参考の形態では、排ガス温度センサを選択還元型触媒の排ガス入口側のケースに挿入したが、選択還元型触媒に関係する温度を検出できれば、選択還元型触媒より排ガス出口側のケースに挿入したり、或いは選択還元型触媒の排ガスの入口側及び出口側のケースにそれぞれ挿入してもよい。
【００４５】
このように構成された燃料改質器１３を有する排ガス浄化装置の動作を説明する。エンジン１１を始動すると、コントローラ５７はキャリアガス流量調整弁４１を所定の開度で開くとともに、グロープラグ２２ａに通電してグロープラグ２２ａを加熱する。そして選択還元型触媒３１の入口温度が例えば比較的低温の例えば２００℃まで上昇したことを排ガス温度センサ５３が検出すると、コントローラ５７は回転センサ５４及び負荷センサ５６が検出したエンジン回転速度及びエンジン負荷の各検出出力を取込んで、エンジン回転速度及びエンジン負荷の各検出出力に対する排ガス中のＮＯｘ量をマップから求め、このＮＯｘ量に応じた燃料１８を燃料供給ノズル１９の供給孔１９ｃに供給する。即ち、コントローラ５７は、回転センサ５４及び負荷センサ５６の各検出出力に基づいて、燃料供給ポンプ３８を駆動するとともに、燃料用開閉弁４３の開閉を所定のデューティ比で繰返すことにより、ＮＯｘ量に応じた燃料１８を燃料供給ノズル１９の供給孔１９ｃに供給する。
【００４６】
燃料供給ノズル１９の供給孔１９ｃに供給された燃料１８は、キャリアガス噴射ノズル１７から噴射されたキャリアガスにより吹き飛ばされて微粒化されるとともに、その温度が高温のキャリアガスとの混合により上昇する。そして燃料供給ノズル１９とグロープラグ２２ａとの間の比較的広い空間で、上記微粒化した燃料１８が下方に向うに従って次第に広がり改質器ハウジング２４内に略均一に分散するので、この略均一に分散し微粒化した燃料１８の一部又は大部分はグロープラグ２２ａにより加熱されて、次の式（１）及び式（２）に示すように分解し、水素（Ｈ2）、含酸素炭化水素（ＨＣＨＯ）、一酸化炭素（ＣＯ）等の還元ガス２１に改質される。
【００４７】
ＣＨ2＋０．５Ｏ2  →  Ｈ2＋ＣＯ         ……（１）
ＣＨ2＋０．５Ｏ2  →  ＨＣＨＯ          ……（２）
上記式（１）及び式（２）は、燃料１８が還元ガス２１に分解する化学反応式を示す。なお、グロープラグ２２ａで改質された還元ガス２１は、水素（Ｈ2）が大部分であり、含酸素炭化水素（ＨＣＨＯ）は極めて少ない。
【００４８】
このようにグロープラグ２２ａにより燃料１８が加熱・分解されて還元ガス２１に改質された後に、この還元ガス２１は還元ガス供給ノズル２３から排気管１２に供給される。そして、還元ガス２１として水素ガス（Ｈ2）が排ガスとともに選択還元型触媒３１に流入すると、水素ガス（Ｈ2）が排ガス中のＮＯｘ（ＮＯ、ＮＯ2）を還元するための還元剤として機能し、次の式（３）で示すように、排ガス中のＮＯｘが速やかにＮ2に還元される。
【００４９】
ＮＯ＋ＮＯ2＋３Ｈ2 → Ｎ2＋３Ｈ2Ｏ         ……（３）
上記式（３）は、排ガス中のＮＯ及びＮＯ2が選択還元型触媒３１で水素ガス（Ｈ2）と反応して、ＮＯ及びＮＯ2がＮ2に還元される化学反応式を示す。この結果、排ガス温度が比較的低温から高温にかけて広い温度範囲でＮＯｘを効率良く低減できる。
【００５０】
＜第２の参考の形態＞
図４は第２の参考の形態を示す。図４において図１と同一符号は同一部品を示す。この参考の形態では、改質部７２が、第１の参考の形態と同一のグロープラグ２２ａと、このグロープラグ２２ａと還元ガス供給ノズル２３との間にグロープラグ２２ａから所定の間隔をあけて設けられた改質触媒７２ｂとからなる。改質触媒７２ｂは、その入口がグロープラグ２２ａに対向し、かつグロープラグ２２ａから所定の間隔をあけて下方に設けられる。また改質触媒７２ｂはモノリス触媒であって、コージェライト製のハニカム担体に、ロジウム（Ｒｈ）又はルテニウム（Ｒｕ）をコーティングして構成される。ロジウムからなる改質触媒７２ｂは、ロジウム粉末を含むスラリーをハニカム担体にコーティングして構成される。またルテニウムからなる改質触媒７２ｂは、ルテニウム粉末を含むスラリーをハニカム担体にコーティングして構成される。なお、上記コージェライト製のハニカム担体は、ステンレス鋼により形成されたメタル担体であってもよい。上記改質触媒７２ｂは、グロープラグ２２ａで改質されなかった微粒化燃料１８の残りの一部又は大部分を分解して水素又は含酸素炭化水素のいずれか一方又は双方からなる還元ガスに改質するように構成される。上記以外は第１の参考の形態と同一に構成される。
【００５１】
このように構成された燃料改質器７３を有する排ガス浄化装置では、キャリアガス源から供給されたキャリアガスをキャリアガス噴射ノズル１７から噴射し、燃料供給ノズル１９から供給された燃料１８を上記キャリアガス噴射ノズル１７から噴射されたキャリアガスにより微粒化することにより、この微粒化した燃料１８の一部又は残部がグロープラグ２２ａにより加熱・分解されて還元ガスに改質された後に、上記微粒化した燃料１８の残りの一部又は大部分が改質触媒７２ｂにより分解されて還元ガスに改質される。この結果、燃料１８をより効率良く還元ガスに改質できる。またグロープラグ２２ａが改質触媒７２ｂに接触又は近接せず改質触媒７２ｂから離れて設けられているため、改質触媒７２ｂの劣化を防止できる。上記以外の動作は第１の参考の形態と略同様であるので、繰返しの説明を省略する。
【００５２】
＜第３の参考の形態＞
図５〜図７は第３の参考の形態を示す。図５において図１と同一符号は同一部品を示す。この参考の形態では、燃料タンクと燃料供給ノズル１９との間に、燃料１８の一部又は大部分を加熱して気化させる燃料気化器９１が設けられる。この燃料気化器９１は、図６及び図７に示すように、密閉された筒状の気化ケース９２と、この気化ケース９２に収容された酸化触媒９５と、気化ケース９２の内周面と酸化触媒９５の外周面との間に螺旋状に設けられた燃料通路９４と、燃料通路９４を囲むように螺旋状に配索されかつ気化ケース９２の壁に埋設されたヒータ９６とを有する。気化ケース９２は、上端が開放されかつ下端が閉止された四角筒状のケース本体９７と、ケース本体９７の開放端に取外し可能に取付けられケース本体９７の開放端を開放可能に閉止する四角板状の蓋体９８と、ケース本体９７の上部外周面に取付けられ気化ケース９２に流入する液体の燃料１８を一時的に溜める燃料溜まり部９９とからなる。
【００５３】
ケース本体９７の内部には、酸化触媒９５が収容される触媒収容部９７ａが形成され、この触媒収容部９７ａの底面には、触媒収容部９７ａの内径より小径の比較的浅いロア凹部９７ｂが形成される。また気化ケース９２の内周面には、気化ケース９２の上部から下部に向って螺旋状に延びる凹溝９７ｃが形成される。触媒収容部９７ａに酸化触媒９５を収容した状態で、ケース本体９７の凹溝９７ｃと酸化触媒９５の外周面により、上記燃料通路９４が形成される。上記凹溝９７ｃの上端はケース本体９７の上部外周面に形成された入口孔９７ｄに接続され、凹溝９７ｃの下端は上記ロア凹部９７ｂに臨む出口溝９７ｅに接続される。更に燃料溜まり部９９は、その内部が入口孔９７ｄに連通するようにケース本体９７の上部外周面に取付けられ、燃料溜まり部９９の外側面には、液体の燃料１８を燃料溜まり部９９及び入口孔９７ｄを通って燃料通路９４に流入させるための供給用短管１０４が接続される。
【００５４】
一方、酸化触媒９５はモノリス触媒であって、コージェライト製のハニカム担体に、ゼオライト又はアルミナをコーティングして構成される。ゼオライトとしては、ロジウム−ゼオライト、白金−ゼオライト、パラジウム−ゼオライト等が挙げられる。ロジウム−ゼオライト、白金−ゼオライト又はパラジウム−ゼオライトからなる酸化触媒９５は、ロジウム、白金又はパラジウムをイオン交換したゼオライト粉末を含むスラリーをハニカム担体にコーティングして構成される。またロジウム−アルミナ、白金−アルミナ又はパラジウム−アルミナからなる酸化触媒９５は、ロジウム、白金又はパラジウムを担持させたγ−アルミナ粉末又はθ−アルミナ粉末を含むスラリーをハニカム担体にコーティングして構成される。この酸化触媒９５に気化した燃料及びミスト化した燃料が供給されると、この気化した燃料の一部が酸化触媒９５により燃焼して上記ミスト化した燃料が気化するようになっている。また蓋体９８の下面には、触媒収容部９７ａの内径より小径の比較的浅いアッパ凹部９８ａが形成され、蓋体９８の側面にはアッパ凹部９８ａに連通する出口孔９８ｂが形成される。この出口孔９８ｂには酸化触媒９５で気化された燃料や液体のままの燃料を排出するための排出用短管１０５が接続される。
【００５５】
上記気化ケース９２は、ＳＵＳ３１６、ＳＵＳ３０４、インコネル（ハンティントン  アロイズ  カナダ  リミテッド社製の登録商標）等の熱伝導率が１５〜１７Ｗ／(ｍ・Ｋ)と比較的高い金属により形成される。またヒータ９６としては、金属シース（金属製極細管）の中にニクロム線等の発熱体を遊挿し、金属シースと発熱体との隙間に、高純度の無機絶縁物の粉末を充填して構成された、いわゆるシーズヒータを用いることが好ましい。更に気化ケース９２のケース本体９７及び蓋体９８は断熱材１０６が充填された断熱ケース１０７により覆われる。これによりヒータ９６の発生した熱の放散を抑制できる。なお、図６及び図７中の符号９６ａ，９６ｂはヒータ９６の端子である。また燃料気化器９１の燃料溜まり部９９には、燃料気化器９１の入口圧力及び入口温度、即ち燃料通路９４に流入する直前の燃料１８の圧力及び温度をそれぞれ検出する圧力センサ１０３及び第１温度センサ１０１が設けられる。また燃料気化器９１の気化ケース９２のロア凹部９７ｂには、燃料通路９４から排出された燃料１８、即ちヒータ９６により加熱されて気化した燃料１８及びミスト化された燃料１８の温度を検出する第２温度センサ１０２が設けられる。更にエンジンには、エンジンの回転速度を検出する回転センサと、エンジンの負荷を検出する負荷センサとが設けられる。圧力センサ１０３、第１温度センサ１０１、第２温度センサ１０２、排ガス温度センサ（選択還元型触媒の入口における排ガス温度を検出するセンサ）、回転センサ及び負荷センサの各検出出力はコントローラの制御入力に接続され、コントローラの制御出力はグロープラグ２２ａ、ヒータ９６、燃料供給ポンプ、キャリアガス流量調整弁及び燃料用開閉弁にそれぞれ接続される。
【００５６】
またコントローラにはメモリが設けられる。このメモリには、選択還元型触媒の入口における排ガス温度、エンジン回転速度、エンジン負荷に応じた、燃料用開閉弁の単位時間当たりの開閉回数、燃料供給ポンプの作動の有無、キャリアガス流量調整弁の開度が予め記憶される。またメモリには、エンジン回転速度及びエンジン負荷の変化に基づく、エンジンから排出される排ガス中のＮＯｘの流量の変化がそれぞれマップとして記憶される。更にメモリには、燃料気化器９１の入口圧力、燃料通路９４内の温度、酸化触媒９５から排出される燃料ガス（気化した燃料１８）の流量に応じた、燃料ガス（気化した燃料１８）の生成率の変化がマップとして記憶される。ヒータ９６により加熱されて気化した燃料１８の分圧が高い方が酸化触媒９５での燃料１８の更なる気化を促進できるため、燃料気化器９１の入口圧力は３０〜１００ｋＰａと比較的高く設定される。このため、気化ケース９２は耐圧性を有するように作製される。なお、第１及び第２温度センサ１０１，１０２の各検出出力の温度差により、ヒータ９６による燃料１８の加熱効率を検出できる。上記以外は第１の参考の形態と同一に構成される。
【００５７】
このように構成された燃料改質器９３を有する排ガス浄化装置の動作を説明する。エンジンを始動すると、コントローラは排ガス温度センサ、回転センサ及び負荷センサの各検出出力に基づいて、ヒータ９６をオンするとともに、燃料供給ポンプの回転速度を徐々に上昇させる。燃料気化器９１の入口圧力が所定の圧力（例えば、３０ｋＰａ）になったことを圧力センサ１０３が検出すると、このときの回転速度で燃料供給ポンプを回転させて燃料気化器９１の入口圧力を上記所定の圧力に維持する。この状態で第１及び第２温度センサ１０１，１０２が燃料通路９４内の燃料１８の温度が所定の温度になったことを検出すると、コントローラは燃料用開閉弁を所定の単位時間当たりの開閉回数、所定の開時間及び所定の閉時間で開閉する。これにより燃料通路９４に流入した液体の燃料１８の一部又は大部分がヒータ９６により加熱されて気化したり或いはミスト化し、気化した燃料１８の一部が酸化触媒９５により燃焼してミスト化した燃料１８が気化する。この気化した燃料１８はキャリアガス噴射ノズル１７から噴射されたキャリアガスによりこのキャリアガスに均一に混合されて燃料ガスとなり、液体のままの燃料１８はキャリアガス噴射ノズル１７から噴射されたキャリアガスにより微粒化される。この結果、微粒化した燃料１８を含む燃料ガスが改質部７２で分解されて還元ガスに速やかに改質されるので、燃料１８をより効率良く還元ガスに改質できる。上記以外の動作は第１の参考の形態と略同様であるので、繰返しの説明を省略する。
【００５８】
＜第１の実施の形態＞
図８〜図１１は本発明の第１の実施の形態を示す。図８、図１０及び図１１において図１〜図３と同一符号は同一部品を示す。この実施の形態では、燃料改質器１１３が、キャリアガス源１４から供給されたキャリアガスを加熱するキャリアガス加熱部１１６と、キャリアガス加熱部１１６により加熱されたキャリアガスを噴射するキャリアガス噴射ノズル１７と、キャリアガス噴射ノズル１７から噴射されたキャリアガスにより燃料１８が微粒化されるように燃料１８をキャリアガス噴射ノズル１７の先端に供給する燃料供給ノズル１９と、この微粒化した燃料１８を分解して還元ガス２１に改質する改質部１２２と、改質部１２２の出口から排出された還元ガス２１をエンジン１１の排気管１２に供給する還元ガス供給ノズル２３とを有する。上記キャリアガス加熱部１１６、キャリアガス噴射ノズル１７、改質部１２２及び燃料供給ノズル１９は、鉛直方向に延びる円筒状の改質器ハウジング１２４に収容され、この改質器ハウジング１２４の下端は還元ガス供給ノズル２３の上端に接続される。この改質器ハウジング１２４は第１の参考の形態の改質器ハウジングより大径であってかつ長い円筒状に形成される。
【００５９】
一方、キャリアガス加熱部１１６は、上端に段付フランジ１１６ｂが一体的に設けられ鉛直方向に延びる円柱状に形成されたコイル保持部１１６ａと、このコイル保持部１１６ａの外周面に沿いかつコイル保持部１１６ａの外周面に露出しないように埋設された電熱コイル１１６ｃと、コイル保持部１１６ａの外周面に螺旋状に巻回されたキャリアガス流路用コイル１１６ｄとからなる（図８）。コイル保持部１１６ａは、ＳＵＳ３１６、インコネル（スペシャルメタルズ社製の登録商標）等の熱伝導率が１５〜１７Ｗ／(ｍ・Ｋ)と比較的高い金属により形成される。また電熱コイル１１６ｃは、図示しないが、金属シース（金属製極細管）の中にニクロム線等の発熱体を遊挿し、金属シースと発熱体との隙間に、高純度の無機絶縁物の粉末を充填して構成される。ここで、電熱コイル１１６ｃをコイル保持部１１６ａに埋設する方法としては、図示しないが、コイル保持部１１６ａより僅かに小径の円柱状の第１保持部を用意し、この第１保持部の外周面に電熱コイルを収容可能な螺旋状の凹溝を形成し、この螺旋状の凹溝に電熱コイルを収容した後に、コイル保持部と同一外径を有する円筒状の第２保持部を第１保持部に嵌着する方法などが用いられる。またキャリアガス流路用コイル１１６ｄは、ＳＵＳ３１６、ＳＵＳ３０４、インコネル等の熱伝導率が１５〜１７Ｗ／(ｍ・Ｋ)と比較的高い金属線材をコイル保持部１１６ａの外周面に螺旋状に巻回することにより形成される。上記キャリアガス流路用コイル１１６ｄは、互いに隣接する金属線材間に所定の間隔Ｄ（図９）をあけて螺旋状に巻回され、これによりキャリアガスがコイル保持部１１６ａの外周面に沿って螺旋状に流れるキャリアガス流路１１６ｅが形成される。即ち、所定の間隔Ｄをあけることにより形成された空間がキャリアガスの流れるキャリアガス流路１１６ｅとなるように構成される。
【００６０】
上記キャリアガス加熱部１１６は、上部が円筒状に形成され下部が下方に向うに従って先細りの漏斗状に形成された加熱部ケース１２６の上部に収容され、この加熱部ケース１２６は改質器ハウジング１２４の上部に挿入される。また、キャリアガス加熱部１１６を加熱部ケース１２６に収容したときに、キャリアガス流路用コイル１１６ｄの外周面と加熱部ケース１２６の内周面との間に０．４〜０．５ｍｍの範囲内の隙間Ｔ（図９）が形成される。ここで、上記隙間Ｔを０．４〜０．５ｍｍの範囲内に限定したのは、０．４ｍｍ未満では電熱コイル１１６ｃで発生しコイル保持部１１６ａを通ってキャリアガス流路用コイル１１６ｄに伝わった熱が加熱部ケース１２６に伝わって放散してしまい、０．５ｍｍを越えるとキャリアガスの大部分が螺旋状のキャリアガス流路１１６ｅ内を流れずに隙間Ｔを通って流れてしまいキャリアガスをキャリアガス加熱部１１６で十分に加熱できないからである。またキャリアガス噴射ノズル１７は加熱部ケース１２６の下端に形成され、このキャリアガス噴射ノズル１７の先端（下端）からキャリアガス加熱部１１６で加熱されたキャリアガスが下方に向って噴射されるように構成される。なお、図８の符号１２７は改質器ハウジング１２４及び加熱部ケース１２６の上部に先端が接続されたキャリアガス供給管である。このキャリアガス供給管１２７の基端はキャリアガスタンク１４に接続される。
【００６１】
燃料供給ノズル１９は、第１の参考の形態の燃料供給ノズルと同一に構成される。また図８及び図１０に示すように、加熱部ケース１２６の下端に形成されたキャリアガス噴射ノズル１７の傾斜角θは、第１の参考の形態と同様に、水平面に対して３０〜６０度、好ましくは４０〜５０度の範囲内に設定される。またキャリアガス噴射ノズル１７の下端を含む水平面と燃料供給ノズル１９の供給孔１９ｃの孔芯を含む水平面との距離Ｈは、第１の参考の形態と同様に、−１０〜＋１０ｍｍ、好ましくは０〜＋５ｍｍの範囲内に設定される。更に燃料供給ノズル１９の垂直管部１９ｂの外径をｄ1とし、キャリアガス噴射ノズル１７の孔径をｄ2とするとき、ｄ1／ｄ2は、第１の参考の形態と同様に、０．１〜０．９８、好ましくは０．５〜０．８の範囲内に設定される。
【００６２】
図８に示すように、改質部１２２は改質触媒１２２ａにより構成される。改質触媒１２２ａの入口はキャリアガス噴射ノズル１７及び燃料供給ノズル１９に対向し、かつキャリアガス噴射ノズル１７の下端及び燃料供給ノズル１９の垂直管部１９ｂの下端から比較的大きな間隔をあけて下方に設けられる。これは、燃料供給ノズル１９と改質触媒１２２ａとの間の比較的広い空間で、上記微粒化した燃料１８が下方に向うに従って次第に広がり、この微粒化した燃料１８を改質触媒１２２ａの入口面（上面）全体に略均一に分散させるためである。また改質触媒１２２ａはモノリス触媒であって、コージェライト製のハニカム担体に、ロジウム（Ｒｈ）又はルテニウム（Ｒｕ）をコーティングして構成される。ロジウムからなる改質触媒１２２ａは、ロジウム粉末を含むスラリーをハニカム担体にコーティングして構成される。またルテニウムからなる改質触媒１２２ａは、ルテニウム粉末を含むスラリーをハニカム担体にコーティングして構成される。なお、上記コージェライト製のハニカム担体は、ステンレス鋼により形成されたメタル担体であってもよい。更に還元ガス供給ノズル２３は、第１の参考の形態と同様に、エンジン１１の排気管１２に取付けられる。
【００６３】
燃料改質器１１３は、ディーゼルエンジン１１の排ガス浄化装置に組込まれる。この排ガス浄化装置は、第１の参考の形態の排ガス浄化装置と同一に構成される。一方、キャリアガス加熱部１１６の出口側の改質器ハウジング１２４には、キャリアガス加熱部１１６の出口におけるキャリアガスの温度を検出するキャリアガス温度センサ１３２が挿入される（図８）。キャリアガス温度センサ１３２、排ガス温度センサ５３、回転センサ５４及び負荷センサ５６の各検出出力はコントローラ５７の制御入力に接続され、コントローラ５７の制御出力は電熱コイル１１６ｃ、燃料供給ポンプ３８、キャリアガス流量調整弁４１及び燃料用開閉弁４３にそれぞれ接続される。コントローラ５７にはメモリ５８が設けられる。このメモリ５８には、キャリアガス加熱部１１６の出口におけるキャリアガス温度、選択還元型触媒３１の入口における排ガス温度、エンジン回転速度、エンジン負荷に応じた、燃料用開閉弁４３の単位時間当たりの開閉回数、燃料供給ポンプ３８の作動の有無、キャリアガス流量調整弁４１の開度が予め記憶される。またメモリ５８には、エンジン回転速度及びエンジン負荷の変化に基づく、エンジン１１から排出される排ガス中のＮＯｘの流量の変化がそれぞれマップとして記憶される。上記以外は第１の参考の形態と同一に構成される。
【００６４】
このように構成された燃料改質器１１３を有する排ガス浄化装置の動作を説明する。エンジン１１を始動すると、コントローラ５７はキャリアガス加熱部１１６の電熱コイル１１６ｃに一定時間毎に通電及び非通電を繰返すとともに、キャリアガス流量調整弁４１を所定の開度で開く。エンジン１１の始動直後は、キャリアガス加熱部１１６の出口温度は室温程度と極めて低い温度であり、キャリアガス温度センサ１３２がこの室温程度の温度を検出すると、コントローラ５７はキャリアガス温度センサ１３２の検出出力に基づいて電熱コイル１１６ｃへの通電時間及び非通電時間のデューティ比を調節し、電熱コイル１１６ｃへの通電時間を非通電時間より長くする。キャリアガス流量調整弁４１が開かれ、かつ電熱コイル１１６ｃへの通電及び非通電が繰返されると、キャリアガスタンク１４内のキャリアガスがキャリアガス加熱部１１６のキャリアガス流路１１６ｅに供給される。このキャリアガスは、キャリアガス流路１１６ｅを流れている間に、電熱コイル１１６ｃで発生しコイル保持部１１６ａやキャリアガス流路用コイル１１６ｄに伝わった熱を奪いながらキャリアガス噴射ノズル１７に達する。上記キャリアガス流路１１６ｅは十分に長いため、キャリアガス加熱部１１６でキャリアガスを十分に加熱できる。またキャリアガス流路１１６ｅに燃料１８が流れずにキャリアガスのみが流れるので、燃料１８がキャリアガス流路１１６ｅの内壁に付着することがなく、キャリアガスがキャリアガス流路１１６ｅ内をスムーズに流れる。これによりキャリアガス加熱部１１６の出口温度が次第に上昇する。
【００６５】
キャリアガス加熱部１１６の出口温度が例えば６００℃に達したことをキャリアガス温度センサ１３２が検出すると、コントローラ５７は電熱コイル１１６ｃへの通電時間及び非通電時間のデューティ比を調節して、キャリアガス加熱部１１６の出口温度を６００℃以上の所定の温度に維持する。また選択還元型触媒３１の入口温度が例えば比較的低温の例えば２００℃まで上昇したことを排ガス温度センサ５３が検出すると、コントローラ５７は回転センサ５４及び負荷センサ５６が検出したエンジン回転速度及びエンジン負荷の各検出出力を取込んで、エンジン回転速度及びエンジン負荷の各検出出力に対する排ガス中のＮＯｘ量をマップから求め、このＮＯｘ量に応じた燃料１８を燃料供給ノズル１９の供給孔１９ｃに供給する。即ち、コントローラ５７は、回転センサ５４及び負荷センサ５６の各検出出力に基づいて、燃料供給ポンプ３８を駆動するとともに、燃料用開閉弁４３の開閉を所定のデューティ比で繰返すことにより、ＮＯｘ量に応じた燃料１８を燃料供給ノズル１９の供給孔１９ｃに供給する。
【００６６】
燃料供給ノズル１９の供給孔１９ｃに供給された燃料１８は、キャリアガス噴射ノズル１７から噴射されたキャリアガスにより吹き飛ばされて微粒化されるとともに、その温度が高温のキャリアガスとの混合により上昇する。そして燃料供給ノズル１９と改質触媒１２２ａとの間の比較的広い空間で、上記微粒化した燃料１８が下方に向うに従って次第に広がり改質触媒１２２ａの入口面（上面）全体に略均一に分散するので、この略均一に分散し微粒化した燃料１８の大部分は改質触媒１２２ａで次の式（１）及び式（２）に示すように分解して、水素（Ｈ2）、含酸素炭化水素（ＨＣＨＯ）、一酸化炭素（ＣＯ）等の還元ガス２１に改質される。
【００６７】
ＣＨ2＋０．５Ｏ2  →  Ｈ2＋ＣＯ         ……（１）
ＣＨ2＋０．５Ｏ2  →  ＨＣＨＯ          ……（２）
上記式（１）及び式（２）は、燃料１８が還元ガス２１に分解する化学反応式を示す。ここで、改質触媒１２２ａに流入する直前の微粒化した燃料１８の温度は６００℃以上の所定の温度に維持されるので、微粒化した燃料１８の改質触媒１２２ａにおける還元ガス２１への改質効率を向上できる。なお、改質触媒１２２ａで改質された還元ガス２１は、水素（Ｈ2）が大部分であり、含酸素炭化水素（ＨＣＨＯ）は極めて少ない。
【００６８】
このように燃料改質器１１３により燃料１８が分解されて還元ガス２１に改質された後に、この還元ガス２１は還元ガス供給ノズル２３から排気管１２に供給される。そして、還元ガス２１として水素ガス（Ｈ2）が排ガスとともに選択還元型触媒３１に流入すると、水素ガス（Ｈ2）が排ガス中のＮＯｘ（ＮＯ、ＮＯ2）を還元するための還元剤として機能し、次の式（３）で示すように、排ガス中のＮＯｘが速やかにＮ2に還元される。
【００６９】
ＮＯ＋ＮＯ2＋３Ｈ2 → Ｎ2＋３Ｈ2Ｏ         ……（３）
上記式（３）は、排ガス中のＮＯ及びＮＯ2が選択還元型触媒３１で水素ガス（Ｈ2）と反応して、ＮＯ及びＮＯ2がＮ2に還元される化学反応式を示す。この結果、排ガス温度が比較的低温から高温にかけて広い温度範囲でＮＯｘを効率良く低減できる。
【００７０】
＜第２の実施の形態＞
図１２〜図１４は本発明の第２の実施の形態を示す。図１２及び図１３において図８及び図１１と同一符号は同一部品を示す。この実施の形態では、改質部１２２を迂回するバイパス管１５４が設けられ、バイパス管１５４に改質部１２２から排出された還元ガス及び微粒化した燃料１８をキャリアガス噴射ノズル１７の直前に戻す循環ポンプ１５６が設けられる。バイパス管１５４の一端（下端）は改質触媒１２２ａの下方の改質器ハウジング１２４に接続され、バイパス管１５４の他端（上端）はキャリアガス加熱部１１６とキャリアガス噴射ノズル１７との間の改質器ハウジング１２４及び加熱部ケース１２６の下部（漏斗状の部分）に水平に挿入される。また改質部１２２の入口側の温度が第１改質部温度センサ１５１により検出され、改質部１２２の出口側の温度が第２改質部温度センサ１５２により検出される。また改質部１２２の入口側の酸素濃度が第１λセンサ１６１により検出され、改質部１２２の出口側の酸素濃度が第２λセンサ１６２により検出される。更に第１改質部温度センサ１５１，第２改質部温度センサ１５２、第１λセンサ１６１、第２λセンサ１６２、キャリアガス温度センサ１３２、排ガス温度センサ５３、回転センサ５４及び負荷センサ５６の各検出出力はコントローラ５７の制御入力に接続され、コントローラ５７の制御出力は循環ポンプ１５６、電熱コイル１１６ｃ、燃料供給ポンプ３８、キャリアガス流量調整弁４１及び燃料用開閉弁４３にそれぞれ接続される。
【００７１】
コントローラ５７にはメモリ５８が設けられる。このメモリ５８には、キャリアガス加熱部１１６の出口におけるキャリアガス温度、選択還元型触媒３１の入口における排ガス温度、エンジン回転速度、エンジン負荷に応じた、燃料用開閉弁４３の単位時間当たりの開閉回数、燃料供給ポンプ３８の作動の有無、キャリアガス流量調整弁４１の開度が予め記憶される。またメモリ５８には、エンジン回転速度及びエンジン負荷の変化に基づく、キャリアガス噴射ノズル１７から噴射されるキャリアガスの流量の変化、燃料供給ノズル１９からキャリアガス噴射ノズル１７の先端に供給される燃料１８の流量の変化、及びバイパス管１５４を流れる微粒化燃料を含む還元ガスの循環流量の変化がマップとして記憶される。更にメモリ５８には、エンジン回転速度及びエンジン負荷の変化に基づく、エンジン１１から排出される排ガス中のＮＯｘの流量の変化がそれぞれマップとして記憶される。上記以外は第１の実施の形態と同一に構成される。
【００７２】
このように構成された燃料改質器１５３を有する排ガス浄化装置の動作を図１４のフローチャート図に基づいて説明する。エンジン１１を始動すると、コントローラ５７は回転センサ５４の検出するエンジン回転速度及び負荷センサ５６の検出するエンジン負荷に基づいて、キャリアガス噴射ノズル１７から噴射されるキャリアガスの流量、燃料供給ノズル１９からキャリアガス噴射ノズル１７の先端に供給される燃料１８の流量、及びバイパス管１５４を流れる微粒化燃料含有の還元ガスの循環流量をマップから取込む。そしてコントローラ５７は、上記キャリアガスの流量、燃料１８の流量及び微粒化燃料含有の還元ガスの循環流量となるように、キャリアガス流量調整弁４１の開度、燃料用開閉弁４３の単位時間当たりの開閉回数、及び循環ポンプ１５６をそれぞれ制御する。次にコントローラ５７は、第１及び第２改質部温度センサ１５１，１５２の検出出力により改質触媒１２２ａの入口側の温度Ｔ1及び出口側の温度Ｔ2をそれぞれ取込んで、Ｔ2−Ｔ1を計算してその温度差ΔＴを求める。そして改質触媒１２２ａの出口側の温度Ｔ2がＴMIN＜Ｔ2＜ＴMAXの範囲内にあるとき、バイパス管１５４に流す微粒化燃料含有の還元ガスの循環流量を補正しない。ここで、ＴMINは、改質触媒１２２ａで微粒化燃料を還元ガスに改質可能な最低温度（例えば６００℃）であり、ＴMAXは、改質触媒１２２ａの耐熱温度（例えば７００℃〜９００℃の範囲内の所定温度）である。
【００７３】
一方、改質触媒１２２ａの出口側の温度Ｔ2がＴMIN＜Ｔ2＜ＴMAXの範囲外にあるとき、コントローラ５７は、上記温度差ΔＴから目標酸素濃度を算出し、目標酸素濃度とキャリアガスの流量から、バイパス管１５４に流す微粒化燃料含有の還元ガスの循環流量を算出する。そして、コントローラ５７は、第１及び第２λセンサ１６１，１６２の各検出出力により改質触媒１２２ａの入口側の酸素濃度λ1及び出口側の酸素濃度λ2を取込み、これらの酸素濃度λ1，λ2から循環ポンプ１５６によりバイパス管１５４に流す微粒化燃料含有の還元ガスの循環流量を補正した後に、この補正した循環流量となるように循環ポンプ１５６を制御する。この結果、改質触媒１２２ａで最適な流量の還元ガスが得られるとともに、改質触媒１２２ａの熱による劣化を抑制できる。このように第１及び第２改質部温度センサ１５１，１５２の各検出出力に基づいてコントローラ５７が循環ポンプ１５６を制御するので、改質部１２２の改質触媒１２２ａで改質された還元ガスと、改質触媒１２２ａで改質されずにそのまま改質触媒１２２ａを通過した微粒化燃料とが混合された微粒化燃料含有の還元ガスの一部がバイパス管１５４を通ってキャリアガス噴射ノズル１７の直前に戻って再び改質触媒１２２ａに流入し、上記微粒化燃料含有の還元ガス中の微粒化燃料が改質触媒１２２ａで改質される。この結果、燃料の還元ガスへの改質効率を向上できる。上記以外の動作は第１の実施の形態の動作と略同様であるので、繰返しの説明を省略する。
【００７４】
＜第３の実施の形態＞
図１５〜図１８は本発明の第３の実施の形態を示す。図１５〜図１８において図８〜図１１と同一符号は同一部品を示す。この実施の形態では、燃料改質器１７３が、キャリアガスタンク１４から第１キャリアガス供給管１７１を通して供給された第１キャリアガスを加熱するキャリアガス加熱部１１６と、キャリアガス加熱部１１６により加熱された第１キャリアガスを噴射する第１キャリアガス噴射ノズル１８１と、この噴射された第１キャリアガスにより燃料１８が微粒化されるように燃料１８を第１キャリアガス噴射ノズル１８１の先端に供給する第１燃料供給ノズル１９１と、この微粒化した燃料１８を酸化させて第１キャリアガスを更に加熱して昇温させる発熱触媒部１７４と、キャリアガスタンク１４に貯留されたキャリアガスを第２キャリアガスとして発熱触媒部１７４の出口側で第１キャリアガスに混合する第２キャリアガス供給管１７２と、第１及び第２キャリアガスの混合キャリアガスを噴射する第２キャリアガス噴射ノズル１８２と、この噴射された混合キャリアガスにより燃料１８が微粒化されるように燃料１８を第２キャリアガス噴射ノズル１８２の先端に供給する第２燃料供給ノズル１９２と、この微粒化した燃料１８を分解して還元ガス２１に改質する改質部１２２と、改質部１２２の出口から排出された還元ガス２１をエンジン１１の排気管１２に供給する還元ガス供給ノズル２３とを有する。
【００７５】
キャリアガス加熱部１１６は第１の実施の形態のキャリアガス加熱部より長さが短いことを除いて同一に構成される（図１５）。このため、キャリアガス加熱部１１６は第１の実施の形態のキャリアガス加熱部と同一符号を用いた。また第１加熱部ケース２０１は第１の実施の形態の加熱部ケースより長さが短いことを除いて同一に構成される。更に第１加熱部ケース２０１の下端に形成された第１キャリアガス噴射ノズル１８１は第１の実施の形態の加熱部ケースの下端に形成されたキャリアガス噴射ノズルと同一に構成される（図１２及び図１４）。
【００７６】
一方、第１燃料供給ノズル１９１は第１の実施の形態の燃料供給ノズルと同一に構成される。即ち、第１燃料供給ノズル１９１は、図１５及び図１７に示すように、改質器ハウジング１７６のアッパハウジング部１７６ａの鉛直方向の下部外周面からアッパハウジング部１７６ａの中心まで延びて設けられた水平管部１９１ａと、この水平管部１９１ａの先端に連通接続され下方に延びて設けられ下端が閉止された垂直管部１９１ｂと、垂直管部１９１ｂの下部側面の同一水平面内に所定の角度毎に間隔をあけて形成された複数の供給孔１９１ｃとを有する。
【００７７】
発熱触媒部１７４は、その入口が第１キャリアガス噴射ノズル１８１及び第１燃料供給ノズル１９１に対向し、かつ第１キャリアガス噴射ノズル１８１の下端及び第１燃料供給ノズル１９１の垂直管部１９１ｂの下端から比較的大きな間隔をあけて下方に設けられる（図１５）。これは、第１燃料供給ノズル１９１と発熱触媒部１７４との間の比較的広い空間で、上記微粒化した燃料１８が下方に向うに従って次第に広がり、この微粒化した燃料１８を発熱触媒部１７４の入口面（上面）全体に略均一に分散させるためである。また発熱触媒部１７４はモノリス触媒であって、コージェライト製のハニカム担体に、白金（Ｐｔ）又はパラジウム（Ｐｄ）をコーティングして構成される。白金からなる発熱触媒部１７４は、白金粉末を含むスラリーをハニカム担体にコーティングして構成される。またパラジウムからなる発熱触媒部１７４は、パラジウム粉末を含むスラリーをハニカム担体にコーティングして構成される。なお、上記コージェライト製のハニカム担体は、ステンレス鋼により形成されたメタル担体であってもよい。
【００７８】
上記発熱触媒部１７４は、上部が円筒状に形成され下部が下方に向うに従って先細りの漏斗状に形成された第２加熱部ケース２０２の上部に収容され、この第２加熱部ケース２０２は改質器ハウジング１７６のロアハウジング部１７６ｂの上部に挿入される（図１５）。また第２キャリアガス供給管１７２は改質器ハウジング１７６のロアハウジング部１７６ｂ及び第２加熱部ケース２０２の下部に発熱触媒部１７４の出口側に位置するように水平方向に延びて挿入される。更に第２キャリアガス噴射ノズル１８２は第２加熱部ケース２０２の下端に形成され、この第２キャリアガス噴射ノズル１８２の先端（下端）から第１及び第２キャリアガスの混合キャリアガスが下方に向って噴射されるように構成される。
【００７９】
第２燃料供給ノズル１９２は第１の実施の形態の燃料供給ノズルと同一に構成される。即ち、第２燃料供給ノズル１９２は、図１５及び図１７に示すように、改質器ハウジング１７６のロアハウジング部１７６ｂの鉛直方向中央の外周面からロアハウジング部１７６ｂの中心まで延びて設けられた水平管部１９２ａと、この水平管部１９２ａの先端に連通接続され下方に延びて設けられ下端が閉止された垂直管部１９２ｂと、垂直管部１９２ｂの下部側面の同一水平面内に所定の角度毎に間隔をあけて形成された複数の供給孔１９２ｃとを有する。また改質部１２２は、その入口が第２キャリアガス噴射ノズル１８２及び第２燃料供給ノズル１９２に対向し、かつ第２キャリアガス噴射ノズル１８２の下端及び第２燃料供給ノズル１９２の垂直管部１９２ｂの下端から比較的大きな間隔をあけて下方に設けられる。これは、第２燃料供給ノズル１９２と改質部１２２との間の比較的広い空間で、上記微粒化した燃料１８が下方に向うに従って次第に広がり、この微粒化した燃料１８を改質部１２２の入口面（上面）全体に略均一に分散させるためである。
【００８０】
一方、燃料改質器１７３は、第１燃料供給ノズル１９１に先端が接続された第１燃料供給管２１１と、この第１燃料供給管２１１の基端に接続され燃料１８が貯留された燃料タンク３７と、この燃料タンク３７内の燃料１８を第１燃料供給ノズル１９１に圧送する燃料供給ポンプ３８と、第１燃料供給ノズル１９１から第１キャリアガス噴射ノズル１８１の先端に供給される燃料１８の供給量を調整する第１燃料供給量調整弁２２１と、キャリアガスタンク１４とキャリアガス加熱部１１６のキャリアガス流路１１６ｅとを接続する第１キャリアガス供給管１７１に設けられた第１キャリアガス流量調整弁２３１と、先端が第２燃料供給ノズル１９２に接続され基端が燃料供給ポンプ３８の吐出口近傍の第１燃料供給管２１１に接続された第２燃料供給管２１２と、第２燃料供給ノズル１９２から第２キャリアガス噴射ノズル１８２の先端に供給される燃料１８の供給量を調整する第２燃料供給量調整弁２２２と、キャリアガスタンク１４と第２加熱部ケース２０２の下部とを接続する第２キャリアガス供給管１７２に設けられた第２キャリアガス流量調整弁２３２とを更に有する（図１５及び図１８）。なお、第１キャリアガスは発熱触媒部１７４で燃料１８を酸化させるのに必要な酸素を発熱触媒部１７４に供給するためのガスであり、第２キャリアガスは改質部１２２で燃料１８を改質するのに必要な酸素を改質部１２２に供給するためのガスである。また、第２キャリアガスは第１キャリアガスより少ない流量に設定される。
【００８１】
上記燃料供給ポンプ３８は第１燃料供給ノズル１９１と燃料タンク３７との間の第１燃料供給管２１１に設けられる（図１５及び図１８）。また第１燃料供給量調整弁２２１は、第１燃料供給管２１１に設けられ第１燃料供給ノズル１９１への燃料１８の供給圧力を調整する第１燃料圧力調整弁２４１と、第１燃料供給ノズル１９１の基端に設けられ第１燃料供給ノズル１９１の基端を開閉する第１燃料用開閉弁２５１とからなる。第１燃料圧力調整弁２４１は第１〜第３ポート２４１ａ〜２４１ｃを有し、第１ポート２４１ａは燃料供給ポンプ３８の吐出口に接続され、第２ポート２４１ｂは第１燃料用開閉弁２５１に接続され、第３ポート２４１ｃは第１戻り管２６１により燃料タンク３７に接続される。燃料供給ポンプ３８により圧送された燃料１８が第１ポート２４１ａから第１燃料圧力調整弁２４１に流入し、第２ポート２４１ｂから第１燃料用開閉弁２５１に圧送される。また第１燃料圧力調整弁２４１での圧力が設定圧力以上になると、燃料供給ポンプ３８により圧送された燃料１８が第１ポート２４１ａから第１燃料圧力調整弁２４１に流入した後、第３ポート２４１ｃから第１戻り管２６１を通って燃料タンク３７に戻される。更に第１キャリアガス流量調整弁２３１はキャリアガスタンク１４からキャリアガス加熱部１１６のキャリアガス流路１１６ｅに供給される第１キャリアガスの流量を調整可能に構成される。
【００８２】
第２燃料供給量調整弁２２２は、第２燃料供給管２１２に設けられ第２燃料供給ノズル１９２への燃料１８の供給圧力を調整する第２燃料圧力調整弁２４２と、第２燃料供給ノズル１９２の基端に設けられ第２燃料供給ノズル１９２の基端を開閉する第２燃料用開閉弁２５２とからなる（図１５及び図１８）。第２燃料圧力調整弁２４２は第１〜第３ポート２４２ａ〜２４２ｃを有し、第１ポート２４２ａは燃料供給ポンプ３８の吐出口に接続され、第２ポート２４２ｂは第２燃料用開閉弁２５２に接続され、第３ポート２４２ｃは第２戻り管２６２により燃料タンク３７に接続される。燃料供給ポンプ３８により圧送された燃料が第１ポート２４２ａから第２燃料圧力調整弁２４２に流入し、第２ポート２４２ｂから第２燃料用開閉弁２５２に圧送される。また第２燃料圧力調整弁２４２での圧力が設定圧力以上になると、燃料供給ポンプ３８により圧送された燃料１８が第１ポート２４２ａから第２燃料圧力調整弁２４２に流入した後、第３ポート２４２ｃから第２戻り管２６２を通って燃料タンク３７に戻される。更に第２キャリアガス流量調整弁２３２はキャリアガスタンク１４から第２加熱部ケース２０２の下部に供給される第２キャリアガスの流量を調整可能に構成される。
【００８３】
一方、キャリアガス加熱部１１６の出口側の第１加熱部ケース２０１には、キャリアガス加熱部１１６の出口における第１キャリアガスの温度を検出する第１キャリアガス温度センサ２７１が挿入され、発熱触媒部１７４の出口側の第２加熱部ケース２０２には、発熱触媒部１７４の出口における第１キャリアガス又は第１及び第２キャリアガスの混合キャリアガスの温度を検出する第２キャリアガス温度センサ２７２が挿入される（図１５）。第１キャリアガス温度センサ２７１、第２キャリアガス温度センサ２７２、排ガス温度センサ５３、回転センサ５４及び負荷センサ５６の各検出出力はコントローラ５７の制御入力に接続され、コントローラ５７の制御出力は電熱コイル１１６ｃ、燃料供給ポンプ３８、第１キャリアガス流量調整弁２３１、第２キャリアガス流量調整弁２３２、第１燃料用開閉弁２５１及び第２燃料用開閉弁２５２にそれぞれ接続される（図１８）。コントローラ５７にはメモリ５８が設けられる。このメモリ５８には、キャリアガス加熱部１１６の出口における第１キャリアガス温度、発熱触媒部１７４の出口における第１キャリアガス温度、選択還元型触媒３１の入口における排ガス温度、エンジン回転速度、エンジン負荷に応じた、第１及び第２燃料用開閉弁２５１，２５２の単位時間当たりの開閉回数、燃料供給ポンプ３８の作動の有無、第１及び第２キャリアガス流量調整弁２３１，２３２の開度が予め記憶される。またメモリ５８には、エンジン回転速度及びエンジン負荷の変化に基づく、エンジン１１から排出される排ガス中のＮＯｘの流量の変化がそれぞれマップとして記憶される。上記以外は第１の実施の形態と同一に構成される。
【００８４】
このように構成された燃料改質器１７３を用いた排ガス浄化装置の動作を説明する。エンジン１１を始動すると、コントローラ５７はキャリアガス加熱部１１６の電熱コイル１１６ｃに一定時間毎に通電及び非通電を繰返すとともに、第１キャリアガス流量調整弁２３１を所定の開度で開く。エンジン１１の始動直後は、キャリアガス加熱部１１６の出口温度は室温程度と極めて低い温度であり、第１キャリアガス温度センサ２７１がこの室温程度の温度を検出すると、コントローラ５７は第１キャリアガス温度センサ２７１の検出出力に基づいて電熱コイル１１６ｃへの通電時間及び非通電時間のデューティ比を調節し、電熱コイル１１６ｃへの通電時間を非通電時間より長くする。第１キャリアガス流量調整弁２３１が開かれ、かつ電熱コイル１１６ｃへの通電及び非通電が繰返されると、キャリアガスタンク１４内のキャリアガスがキャリアガス加熱部１１６のキャリアガス流路１１６ｅに第１キャリアガスとして供給される。この第１キャリアガスは、キャリアガス流路１１６ｅを流れている間に、電熱コイル１１６ｃで発生しコイル保持部１１６ａやキャリアガス流路用コイル１１６ｄに伝わった熱を奪いながら第１キャリアガス噴射ノズル１８１に達する。上記キャリアガス流路１１６ｅは十分に長いため、キャリアガス加熱部１１６で第１キャリアガスを十分に加熱できる。またキャリアガス流路１１６ｅに燃料１８が流れずに第１キャリアガスのみが流れるので、燃料１８がキャリアガス流路１１６ｅの内壁に付着することがなく、第１キャリアガスがキャリアガス流路１１６ｅ内をスムーズに流れる。これによりキャリアガス加熱部１１６の出口温度が次第に上昇する。
【００８５】
キャリアガス加熱部１１６の出口温度が例えば２５０℃に達したことを第１キャリアガス温度センサ２７１が検出すると、コントローラ５７は電熱コイル１１６ｃへの通電時間及び非通電時間のデューティ比を調節して、キャリアガス加熱部１１６の出口温度を２５０℃に維持するとともに、燃料供給ポンプ３８を駆動し、第１燃料用開閉弁２５１の開閉を所定のデューティ比で繰返すことにより、燃料タンク３７内の燃料１８を第１燃料供給ノズル１９１の供給孔１９１ｃに供給する。第１燃料供給ノズル１９１の供給孔１９１ｃに供給された燃料１８は、第１キャリアガス噴射ノズル１８１から噴射された第１キャリアガスにより吹き飛ばされて微粒化されるとともに、その温度が比較的高温の第１キャリアガスとの混合により上昇する。そして第１燃料供給ノズル１９１と発熱触媒部１７４との間の比較的広い空間で、上記微粒化した燃料１８が下方に向うに従って次第に広がり発熱触媒部１７４の入口面（上面）全体に略均一に分散するので、この略均一に分散し微粒化した燃料１８の大部分は発熱触媒部１７４で酸化して第１キャリアガスを更に加熱して昇温させる。そして発熱触媒部１７４の出口温度が例えば６００℃に達したことを第２キャリアガス温度センサ２７２が検出すると、コントローラ５７は第１燃料用開閉弁２５１の開閉をそれぞれ調整して、発熱触媒部１７４の出口温度を６００℃以上の所定の温度に維持する。
【００８６】
そして選択還元型触媒３１の入口温度が例えば比較的低温の２００℃まで上昇したことを排ガス温度センサ５３が検出すると、コントローラ５７は回転センサ５４及び負荷センサ５６が検出したエンジン回転速度及びエンジン負荷の各検出出力を取込んで、エンジン回転速度及びエンジン負荷の各検出出力に対する排ガス中のＮＯｘ量をマップから求め、このＮＯｘ量に応じた燃料１８を第２燃料供給ノズル１９２の供給孔に供給する。即ち、コントローラ５７は、回転センサ５４及び負荷センサ５６の各検出出力に基づいて、第２燃料用開閉弁２５２の開閉を所定のデューティ比で繰返すことにより、ＮＯｘ量に応じた燃料１８を第２燃料供給ノズル１９２の供給孔に供給する。
【００８７】
同時にコントローラ５７は第２キャリアガス流量調整弁２３１を所定の開度で開いてキャリアガスタンク１４内のキャリアガスを第２キャリアガスとして第２キャリアガス供給管１７２から第２加熱ケース２０２の下部に供給する。これにより更に昇温した第１キャリアガスと第２キャリアガスとが混合されて高温の混合キャリアガスとなる。第２燃料供給ノズル１９２の供給孔１９２ｃに供給された燃料１８は、第２キャリアガス噴射ノズル１８２から噴射された混合キャリアガスにより吹き飛ばされて微粒化されるとともに、その温度が高温の混合キャリアガスとの混合により上昇する。そして第２燃料供給ノズル１９２と改質触媒１２２ａとの間の比較的広い空間で、上記微粒化した燃料１８が下方に向うに従って次第に広がり改質触媒１２２ａの入口面（上面）全体に略均一に分散するので、この略均一に分散し微粒化した燃料１８の大部分は改質触媒１２２ａで次の式（１）及び式（２）に示すように分解して、水素（Ｈ2）、含酸素炭化水素（ＨＣＨＯ）、一酸化炭素（ＣＯ）等の還元ガス２１に改質される。
【００８８】
ＣＨ2＋０．５Ｏ2  →  Ｈ2＋ＣＯ         ……（１）
ＣＨ2＋０．５Ｏ2  →  ＨＣＨＯ          ……（２）
上記式（１）及び式（２）は、燃料１８が還元ガス２１に分解する化学反応式を示す。ここで、改質触媒１２２ａに流入する直前の微粒化した燃料１８の温度は６００℃以上の所定の温度に維持されるので、微粒化した燃料１８の改質触媒１２２ａにおける還元ガス２１への改質効率を向上できる。なお、改質触媒１２２ａで改質された還元ガス２１は、水素（Ｈ2）が大部分であり、含酸素炭化水素（ＨＣＨＯ）は極めて少ない。
【００８９】
このように燃料改質器１７３により燃料１８が分解されて還元ガス２１に改質された後に、この還元ガス２１は還元ガス供給ノズル２３から排気管１２に供給される。そして、還元ガス２１として水素ガス（Ｈ2）が排ガスとともに選択還元型触媒３１に流入すると、水素ガス（Ｈ2）が排ガス中のＮＯｘ（ＮＯ、ＮＯ2）を還元するための還元剤として機能し、次の式（３）で示すように、排ガス中のＮＯｘが速やかにＮ2に還元される。
【００９０】
ＮＯ＋ＮＯ2＋３Ｈ2 → Ｎ2＋３Ｈ2Ｏ         ……（３）
上記式（３）は、排ガス中のＮＯ及びＮＯ2が選択還元型触媒３１で水素ガス（Ｈ2）と反応して、ＮＯ及びＮＯ2がＮ2に還元される化学反応式を示す。この結果、排ガス温度が比較的低温から高温にかけて広い温度範囲でＮＯｘを効率良く低減できる。また上述のように、第１キャリアガスを２段階で昇温しているため、キャリアガス加熱部１１６での第１キャリアガスの加熱に必要な電力を少なくすることができる。この結果、燃料１８を還元ガス２１に第１の実施の形態より効率良く改質できる。
【００９１】
＜第４の実施の形態＞
図１９〜図２２は本発明の第４の実施の形態を示す。図１９において図３と同一符号は同一部品を示す。この実施の形態では、排ガス浄化装置が、ディーゼルエンジン１１から排出された排ガス中のＮＯｘをＮ2に還元可能な選択還元型触媒３１と、液体の燃料１８を炭化水素系ガスに改質する燃料改質器３１３と、燃料改質器３１３に燃料１８を供給する燃料供給手段３１６と、選択還元型触媒３１より排ガス上流側の排気管１２に臨み炭化水素系ガスを噴射可能な噴射ノズル３１８とを備える。ここで、燃料供給手段３１６により燃料改質器３１３に供給される燃料はディーゼルエンジン１１に供給される燃料と同一である。また選択還元型触媒３１は第１の参考の形態の選択還元型触媒と同一に構成される。
【００９２】
一方、図２０及び図２１に示すように、燃料改質器３１３は、第３の参考の形態の燃料気化器と略同様に構成される。具体的には、燃料改質器３１３は、密閉された筒状の改質ケース３２７と、この改質ケース３２７に収容された改質触媒３２８と、改質ケース３２７の内周面と改質触媒３２８の外周面との間に螺旋状に設けられた燃料通路３２９と、燃料通路３２９を囲むように螺旋状に配索されかつ改質ケース３２７の壁に埋設されたヒータ３３１とを有する。改質ケース３２７は、上端が開放されかつ下端が閉止された四角筒状のケース本体３３２と、ケース本体３３２の開放端に取外し可能に取付けられケース本体３３２の開放端を開放可能に閉止する四角板状の蓋体３３３と、ケース本体３３２の上部外周面に取付けられ改質ケース３２７に流入する液体の燃料１８（図１９）を一時的に溜める燃料溜まり部３３４とからなる。ケース本体３３２の内部には、改質触媒３２８が収容される触媒収容部３３２ａが形成され、この触媒収容部３３２ａの底面には、触媒収容部３３２ａの内径より小径の比較的浅いロア凹部３３２ｂが形成される。また改質ケース３２７の内周面には、改質ケース３２７の上部から下部に向って螺旋状に延びる凹溝３３２ｃが形成される。触媒収容部３３２ａに改質触媒３２８を収容した状態で、ケース本体３３２の凹溝３３２ｃと改質触媒３２８の外周面により、上記燃料通路３２９が形成される。上記凹溝３３２ｃの上端はケース本体３３２の上部外周面に形成された入口孔３３２ｄに接続され、凹溝３３２ｃの下端は上記ロア凹部３３２ｂに臨む出口溝３３２ｅに接続される。更に燃料溜まり部３３４は、その内部が入口孔３３２ｄに連通するようにケース本体３３２の上部外周面に取付けられ、燃料溜まり部３３４の外側面には、液体の燃料１８（図１９）を燃料溜まり部３３４及び入口孔３３２ｄを通って燃料通路３２９に流入させるための供給用短管３３６が接続される。
【００９３】
一方、改質触媒３２８はモノリス触媒であって、コージェライト製のハニカム担体に、ゼオライト又はアルミナをコーティングして構成される。ゼオライトとしては、ロジウム−ゼオライト、白金−ゼオライト、パラジウム−ゼオライト等が挙げられる。ロジウム−ゼオライト、白金−ゼオライト又はパラジウム−ゼオライトからなる改質触媒３２８は、ロジウム、白金又はパラジウムをイオン交換したゼオライト粉末を含むスラリーをハニカム担体にコーティングして構成される。またロジウム−アルミナ、白金−アルミナ又はパラジウム−アルミナからなる改質触媒３２８は、ロジウム、白金又はパラジウムを担持させたγ−アルミナ粉末又はθ−アルミナ粉末を含むスラリーをハニカム担体にコーティングして構成される。この改質触媒３２８に気化又は気化及びミスト化した燃料が供給されると、この気化等した燃料が改質触媒３２８上で炭化水素系ガスに分解されて改質されるようになっている。また蓋体３３３の下面には、触媒収容部３３２ａの内径より小径の比較的浅いアッパ凹部３３３ａが形成され、蓋体３３３の側面にはアッパ凹部３３３ａに連通する出口孔３３３ｂが形成される。この出口孔３３３ｂには改質触媒３２８で改質された炭化水素系ガスを排出するための排出用短管３３７が接続される。
【００９４】
上記改質ケース３２７は、ＳＵＳ３１６、ＳＵＳ３０４、インコネル（ハンティントン  アロイズ  カナダ  リミテッド社製の登録商標）等の熱伝導率が１５〜１７Ｗ／(ｍ・Ｋ)と比較的高い金属により形成される。またヒータ３３１としては、金属シース（金属製極細管）の中にニクロム線等の発熱体を遊挿し、金属シースと発熱体との隙間に、高純度の無機絶縁物の粉末を充填して構成された、いわゆるシーズヒータを用いることが好ましい。更に改質ケース３２７のケース本体３３２及び蓋体３３３は断熱材３３８が充填された断熱ケース３３９により覆われる。これによりヒータ３３１の発生した熱の放散を抑制できる。なお、図２０及び図２１中の符号３３１ａ，３３１ｂはヒータ３３１の端子である。
【００９５】
図１９及び図２０に示すように、燃料供給手段３１６は、液体の燃料１８が貯留された燃料タンク３７と、この燃料タンク３７を上記燃料改質器３１３の供給用短管３３６に接続する第１供給管３１６ａと、第１供給管３１６ａに設けられ燃料タンク３７内の燃料１８を燃料改質器３１３に圧送する燃料供給ポンプ３８と、一端が燃料供給ポンプ３８及び供給用短管３３６間の第１供給管３１６ａに接続された他端が燃料タンク３７に接続された戻り管３１６ｂと、この戻り管３１６ｂに設けられたポンプ流量調整弁３１６ｃとを有する。上記燃料供給ポンプ３８は、図示しないがモータにより駆動される。この燃料供給ポンプ３８の回転速度を連続的又は段階的に変化させるとともに、ポンプ流量調整弁３１６ｃの開度を調整することにより燃料供給ポンプ３８から吐出される燃料１８の圧力を調整できるように構成される。また燃料改質器３１３の排出用短管３３７は第２供給管３４２を介して噴射ノズル３１８に接続され、第２供給管３４２には、この第２供給管３４２を開閉することにより噴射ノズル３１８から噴射される炭化水素系ガスの流量を調整する流量調整弁３４１が設けられる。この流量調整弁３４１は、単位時間当たりの開閉回数、開時間、閉時間を制御することにより、噴射ノズル３１８から噴射される炭化水素系ガスの流量を調整できるようになっている。更に燃料改質器３１３をバイパスするように燃料改質器３１３の入口部と出口部とがバイパス管３４３により連通接続され、このバイパス管３４３にはバイパス管３４３の開度を調整してバイパス管３４３を流れる燃料の流量を調整する開度調整弁３４４が設けられる。具体的には、バイパス管３４３の一端は第１供給管３１６ａに接続され、バイパス管３４３の他端は第２供給管３４２に接続される。なお、図１９中の符号３４６は逆止弁である。この逆止弁３４６は、燃料１８の第１供給管３１６ａから第２供給管３４２への流れを許容し、燃料又は炭化水素系ガスの第２供給管３４２から第１供給管３１６ａへの流れを阻止する機能を有する。
【００９６】
噴射ノズル３１８は、図２２に詳しく示すように、排気管１２のうち略９０度に湾曲した湾曲管部１２ｂに挿入される。具体的には、排気管１２は、上記湾曲管部１２ｂと、この湾曲管部１２ｂの排ガス入口に取外し可能に取付けられ一直線状に延びる上流側直管部１２ｃと、湾曲管部１２ｂの排ガス出口に取外し可能に取付けられ一直線上に延びる下流側直管部１２ｄとを有する。湾曲管部１２ｂには、筒状のノズル取付部１２ｅが湾曲管部１２ｂの外面に突出するように湾曲管部１２ｂと一体的に設けられる。ノズル取付部１２ｅの向きは、このノズル取付部１２ｅに噴射ノズル３１８を取付けたときに、噴射ノズル３１８の噴射口の中心線が下流側直管部１２ｄの孔心に一致するように設定される、即ち噴射ノズル３１８の噴射した炭化水素系ガス又は液体の燃料が下流側直管部１２ｄ内の中央に向うように設定される。また湾曲管部１２ｂ内には、ノズル取付部１２ｅと同心状に下流側直管部１２ｄに向う案内管１２ｆが湾曲管部１２ｂと一体的に設けられる。この案内管１２ｆの長さ及び内径は、噴射ノズル３１８から噴射された炭化水素系ガス又は液体の燃料が案内管１２ｆの内壁に接触するのを少なくして、炭化水素系ガス又は液体の燃料を排ガスに有効に混合できるようにそれぞれ設定される。
【００９７】
一方、ケース３４のうち選択還元型触媒３１より排ガス入口側には、選択還元型触媒３１に関係する排ガス温度を検出する排ガス温度センサ５３が設けられる（図１９）。また燃料改質器３１３の燃料溜まり部３３４には、燃料改質器３１３の入口圧力及び入口温度、即ち燃料通路３２９に流入する直前の燃料の圧力及び温度をそれぞれ検出する圧力センサ３４８及び第１温度センサ３５１が設けられる（図２０）。また燃料改質器３１３の改質ケース３２７のロア凹部３３２ｂには、燃料通路３２９から排出された燃料、即ちヒータ３３１により加熱されて気化又は気化及びミスト化された燃料の温度を検出する第２温度センサ３５２が設けられる。更にエンジン１１には、エンジン１１の回転速度を検出する回転センサ５４と、エンジン１１の負荷を検出する負荷センサ５６とが設けられる（図１９）。排ガス温度センサ５３、圧力センサ３４８、第１温度センサ３５１、第２温度センサ３５２、回転センサ５４及び負荷センサ５６の各検出出力はコントローラ５７の制御入力に接続され、コントローラ５７の制御出力はヒータ３３１、燃料供給ポンプ３８、ポンプ流量調整弁３１６ｃ、流量調整弁３４１及び開度調整弁３４４にそれぞれ接続される。
【００９８】
コントローラ５７にはメモリ５８が設けられる。このメモリ５８には、エンジン回転速度、エンジン負荷、選択還元型触媒３１の入口側の排ガス温度に応じた、燃料供給ポンプの回転速度、ポンプ流量調整弁３１６ｃの開度、流量調整弁３４１の単位時間当たりの開閉回数、開時間及び閉時間が予め記憶される。またメモリ５８には、エンジン回転速度及びエンジン負荷の変化に応じた、排ガス中のＮＯｘ流量の変化がマップとして記憶される。更にメモリ５８には、燃料改質器３１３の入口圧力、燃料通路３２９内の温度、改質触媒３２８から排出される炭化水素系ガスの流量に応じた、炭化水素系ガスの生成率の変化がマップとして記憶される。ヒータ３３１により加熱されて気化等した燃料の分圧が高い方が改質触媒３２８での燃料の改質反応を促進できるため、燃料改質器３１３の入口圧力は３０〜１００ｋＰａと比較的高く設定される。このため、改質ケース３２７は耐圧性を有するように作製される。なお、第１及び第２温度センサ３５１，３５２の各検出出力の温度差により、ヒータ３３１による燃料の加熱効率を検出できる。
【００９９】
このように構成された燃料改質器３１３を有する排ガス浄化装置の動作を説明する。エンジン１１の始動直後やエンジン１１の軽負荷運転時には、排ガス温度が１００〜１８０℃と低い。この温度範囲の排ガス温度を排ガス温度センサ５３が検出し、回転センサ５４及び負荷センサ５６がエンジン１１の無負荷運転又は軽負荷運転を検出すると、コントローラ５７は排ガス温度センサ５３、回転センサ５４及び負荷センサ５６の各検出出力に基づいて、ヒータ３３１をオンするとともに、燃料供給ポンプの回転速度を徐々に上昇させる。但し、コントローラ５７は開度調整弁３４４を制御して、バイパス管３４３を閉じた状態に保つ。そして燃料改質器３１３の入口圧力が所定の圧力（例えば、３０ｋＰａ）になったことを圧力センサ３４８が検出すると、このときの回転速度で燃料供給ポンプを回転させるとともに、ポンプ流量調整弁３１６ｃの開度を調整して、燃料改質器３１３の入口圧力を上記所定の圧力に維持する。この状態で第１及び第２温度センサ３５１，３５２が燃料通路３２９内の燃料の温度が所定の温度になったことを検出すると、コントローラ５７は流量調整弁３４１を所定の単位時間当たりの開閉回数、所定の開時間及び所定の閉時間で開閉する。
【０１００】
これにより燃料通路３２９に流入した液体の燃料がヒータ３３１により加熱されて速やかに気化又はミスト化し、この気化等した燃料が改質触媒３２８で分解されて、ガス状のＨＣ、軽質化されたＨＣ（例えば、部分酸化された炭化水素、クラッキングされた炭化水素等）等の炭化水素系ガスや、一酸化炭素や、水素等に改質される。具体的には、液体の燃料１８が密閉した改質ケース３２７の燃料通路３２９でヒータ３３１により加熱されて気化等するので、改質ケース３２７内の圧力が高くなり、この圧力の高い状態で気化等した燃料が改質触媒３２８で炭化水素系ガスに改質される。即ち、液体の燃料１８が燃料通路３２９を通過している間にヒータ３３１により加熱されて気化等するので、改質ケース３２７内の燃料の体積が膨張し、気化等した燃料はその分圧が高くなった状態で改質触媒３２８に流入してその表面に接触する。この結果、気化等した燃料の改質触媒３２８での改質反応を促進できるので、液体の燃料１８を燃料改質器３１３で炭化水素系ガスに確実に改質できる。
【０１０１】
噴射ノズル３１８から排気管１２内に噴射された炭化水素系ガスは、排ガスとともに選択還元型触媒３１に流入する。この排ガスとともに選択還元型触媒３１に流入した炭化水素系ガスは排ガス中のＮＯｘ（ＮＯ、ＮＯ2）を還元するための還元剤として機能する。即ち、選択還元型触媒３１で排ガス中のＮＯｘが速やかにＮ2に還元される。この結果、排ガス温度が比較的低いときであっても排ガス中のＮＯｘを効率良く低減できる。
【０１０２】
一方、排ガス温度が１８０℃を越えると、コントローラ５７は、排ガス温度センサ５３の検出出力に基づいて、ヒータ３３１をオフするとともに、開度調整弁３４４を制御してバイパス管３４３を所定の開度で開く。但し、コントローラ５７は、燃料供給ポンプ３８を所定の回転速度で回転させ、流量調整弁３４１を所定の開閉回数（単位時間当たり）、所定の開時間及び所定の閉時間で開閉するとともに、ポンプ流量調整弁３１６ｃの開度を調整して、燃料改質器３１３の入口圧力を上記所定の圧力に維持する。これにより液体の燃料１８は燃料改質器３１３を通らずにバイパス管３４３を通って、そのまま噴射ノズル３１８から排気管１２に噴射される。この噴射された液体の燃料１８は比較的高温の排ガスにより炭化水素系ガスに改質されるので、この炭化水素系ガスは選択還元型触媒３１上で排ガス中のＮＯｘをＮ2に還元する還元剤として機能し、排ガス中のＮＯｘが効率良く低減される。
【０１０３】
なお、上記第１〜第３の参考の形態及び第１〜第４の実施の形態では、本発明の排ガス浄化装置をディーゼルエンジンに適用したが、本発明の排ガス浄化装置をガソリンエンジンに適用してもよい。また、上記第１〜第３の参考の形態及び第１〜第４の実施の形態では、本発明の排ガス浄化装置をターボ過給機付ディーゼルエンジンに適用したが、本発明の排ガス浄化装置を自然吸気型ディーゼルエンジン又は自然吸気型ガソリンエンジンに適用してもよい。また、上記第１〜第３の参考の形態及び第１〜第３の実施の形態では、燃料圧力の調整を三方弁である燃料圧力調整弁により行ったが、燃料圧力調整弁を用いずに、燃料用開閉弁の開閉時間の調整と燃料供給ポンプの駆動の有無により行ってもよい。また、上記第１の実施の形態では、改質部を改質触媒により構成したが、改質部をグロープラグにより構成したり、或いは改質部をグロープラグ及び改質触媒により構成してもよい。また、上記第４の実施の形態では、改質ケースのケース本体の内周面に螺旋状の凹溝を形成しケース本体の触媒収容部に改質触媒を収容することにより燃料通路を形成したが、改質触媒の外周面に凹溝を形成しケース本体の触媒収容部に改質触媒を収容することにより燃料通路を形成してもよい。更に、上記第４の実施の形態では、触媒温度センサを触媒ケースのうち選択還元型触媒より排ガス入口側に設けたが、選択還元型触媒に関係する温度を検出できれば、触媒温度センサを触媒ケースのうち選択還元型触媒より排ガス出口側に設けたり、或いは触媒温度センサを触媒ケースのうち選択還元型触媒より排ガス入口側及び排ガス出口側の双方に設けてもよい。
【実施例】
【０１０４】
次に本発明の実施例を参考例及び比較例とともに詳しく説明する。
【０１０５】
＜参考例１＞
図３に示すように、排気量が８０００ｃｃである直列６気筒のターボ過給機付ディーゼルエンジン１１の排気管１２に選択還元型触媒３１を設けた。この選択還元型触媒３１は、銅をイオン交換したゼオライト粉末を含むスラリーをハニカム担体にコーティングして作製した銅系の触媒であった。また選択還元型触媒３１より排ガス上流側の排気管１２に、燃料１８を分解して還元ガス２１に改質する燃料改質器１３を接続して、燃料改質器１３の還元ガス供給ノズル２３を排気管１２に挿入した。この燃料改質器１３は、図１及び図２に示すように、キャリアガスタンク１４（エアタンク）から供給されたキャリアガス（エア）を噴射するキャリアガス噴射ノズル１７と、キャリアガス噴射ノズル１７から噴射されたキャリアガスにより燃料１８が微粒化されるように燃料１８をキャリアガス噴射ノズル１７の先端に供給する燃料供給ノズル１９と、この微粒化した燃料１８を分解して還元ガス２１に改質する改質部２２と、改質部２２の出口から排出された還元ガス２１をエンジン１１の排気管１２に供給する上記還元ガス供給ノズル２３とを有する。改質部２２はグロープラグ２２ａにより構成した。この排ガス浄化装置を参考例１とした。
【０１０６】
＜参考例２＞
図４に示すように、改質部７２が、グロープラグ２２ａと、このグロープラグ２２ａと還元ガス供給ノズル２３との間にグロープラグ２２ａから所定の間隔をあけて設けられた改質触媒７２ｂからなること以外は、参考例１の燃料改質器を有する排ガス浄化装置と同様に構成した。この排ガス浄化装置を参考例２とした。
【０１０７】
＜実施例１＞
図８〜図１１に示すように、燃料改質器１１３が、キャリアガスタンク１４（エアタンク）から供給されたキャリアガス（エア）を加熱するキャリアガス加熱部１１６と、キャリアガス加熱部１１６により加熱されたキャリアガスを噴射するキャリアガス噴射ノズル１７と、キャリアガス噴射ノズル１７から噴射されたキャリアガスにより燃料１８が微粒化されるように燃料１８をキャリアガス噴射ノズル１７の先端に供給する燃料供給ノズル１９と、この微粒化した燃料１８を分解して還元ガス２１に改質する改質部１２２と、改質部１２２の出口から排出された還元ガス２１をエンジン１１の排気管１２に供給する上記還元ガス供給ノズル２３とを有する。改質部１２２は、ロジウム（Ｒｈ）粉末を含むスラリーをハニカム担体にコーティングして作製した改質触媒１２２ａにより構成した。上記以外は、参考例１の燃料改質器を有する排ガス浄化装置と同様に構成した。この排ガス浄化装置を実施例１とした。
【０１０８】
＜比較試験１及び評価＞
参考例１、参考例２及び実施例１の燃料改質器により生成された水素及びアセトアルデヒドの量を測定した。水素及びアセトアルデヒドの生成量は供給燃料の量に対する比で示した。その結果を図２３及び図２４に示す。
【０１０９】
図２３から明らかなように、参考例１では水素の最大生成量が約１１０ｐｐｍであったのに対し、実施例１では水素の最大生成量が約１８０ｐｐｍと多くなり、実施例２では水素の最大生成量が約１９０ｐｐｍと更に多くなった。また図２４から明らかなように、参考例１ではアセトアルデヒドの最大生成量が約２０ｐｐｍであったのに対し、実施例１ではアセトアルデヒドの最大生成量が約２２ｐｐｍと多くなり、参考例２ではアセトアルデヒドの最大生成量が約３７ｐｐｍと更に多くなった。
【０１１０】
＜比較試験２及び評価＞
エンジンの回転速度及び負荷を変化させて、参考例１、参考例２及び実施例１のエンジンの排気管から排出される排ガスの温度を１００℃から４００℃まで徐々に上昇させたときのＮＯｘ低減率をそれぞれ測定した。その結果を図２５に示す。
【０１１１】
図２５から明らかなように、参考例１、参考例２及び実施例１では、排ガス温度が約２５０℃であるときにＮＯｘ低減率が最大となり、そのＮＯｘ低減率も約４６〜４９％と略同一であった。一方、参考例１では、排ガス温度が約４００℃まで上昇するとＮＯｘ低減率が約１１％まで低下したのに対し、実施例１では、排ガス温度が約４００℃まで上昇してもＮＯｘ低減率が約１３％までしか低下せず、参考例２では、排ガス温度が約４００℃まで上昇してもＮＯｘ低減率が約２８％までしか低下しなかった。
【０１１２】
＜実施例２＞
図１２に示すように、改質器ハウジング１２４に改質部１２２の改質触媒１２２ａを迂回するバイパス管１５４を設け、このバイパス管１５４に改質触媒１２２ａから排出された還元ガス及び微粒化した燃料１８をキャリアガス噴射ノズル１７の直前に戻す循環ポンプ１５６を設けた。上記以外は、実施例１の燃料改質器を有する排ガス浄化装置と同様に構成した。この排ガス浄化装置を実施例２とした。
【０１１３】
＜比較試験３及び評価＞
実施例１及び２の燃料改質器により生成された水素及びアセトアルデヒドの量を測定した。水素及びアセトアルデヒドの生成量は供給燃料の量に対する比で示した。その結果を図２６及び図２７に示す。
【０１１４】
図２６から明らかなように、実施例１では水素の最大生成量が約１８０ｐｐｍであったのに対し、実施例２では水素の最大生成量が約２００ｐｐｍと多くなった。また図２７から明らかなように、実施例１ではアセトアルデヒドの最大生成量が約２２ｐｐｍであったのに対し、実施例２ではアセトアルデヒドの最大生成量が約２４ｐｐｍと多くなった。
【０１１５】
＜比較試験４及び評価＞
エンジンの回転速度及び負荷を変化させて、実施例１及び２のエンジンの排気管から排出される排ガスの温度を１００℃から４００℃まで徐々に上昇させたときのＮＯｘ低減率をそれぞれ測定した。その結果を図２８に示す。
【０１１６】
図２８から明らかなように、実施例１及び２では、排ガス温度が約２５０℃であるときにＮＯｘ低減率が最大となり、そのＮＯｘ低減率も約４８％と略同一であった。一方、実施例１では、排ガス温度が約４００℃まで上昇するとＮＯｘ低減率が約１３％まで低下したのに対し、実施例２では、排ガス温度が約４００℃まで上昇してもＮＯｘ低減率が約１６％までしか低下しなかった。
【０１１７】
＜実施例３＞
図１５〜図１７に示すように、燃料改質器１７３が、キャリアガスタンク１４（エアタンク）から供給された第１キャリアガス（エア）を加熱するキャリアガス加熱部１１６と、キャリアガス加熱部１１６により加熱された第１キャリアガスを噴射する第１キャリアガス噴射ノズル１８１と、第１キャリアガス噴射ノズル１８１から噴射された第１キャリアガスにより燃料１８が微粒化されるように燃料１８を第１キャリアガス噴射ノズル１８１の先端に供給する第１燃料供給ノズル１９１と、上記微粒化した燃料１８を酸化させて第１キャリアガスを更に加熱して昇温させる発熱触媒部１７４と、キャリアガスタンク１４から供給された第２キャリアガス（エア）を発熱触媒部１７４により加熱された第１キャリアガスに混合して得られた混合キャリアガスを噴射する第２キャリアガス噴射ノズル１８２と、第２キャリアガス噴射ノズル１８２から噴射された混合キャリアガスにより燃料１８が微粒化されるように燃料１８を第２キャリアガス噴射ノズル１８２の先端に供給する第２燃料供給ノズル１９２と、この微粒化した燃料１８を分解して還元ガス２１に改質する改質部１２２と、改質部１２２の出口から排出された還元ガス２１をエンジン１１の排気管１２に供給する上記還元ガス供給ノズル２３とを有する。発熱触媒部１７４は、白金（Ｐｔ）粉末を含むスラリーをハニカム担体にコーティングして作製した触媒であった。また改質部１２２は、ロジウム（Ｒｈ）粉末を含むスラリーをハニカム担体にコーティングして作製した改質触媒１２２ａにより構成した。上記以外は実施例１の燃料改質器を有する排ガス浄化装置を同様に構成した。この排ガス浄化装置を実施例３とした。
【０１１８】
＜比較試験５及び評価＞
実施例１及び３の燃料改質器により生成された水素及びアセトアルデヒドの量を測定した。水素及びアセトアルデヒドの生成量は供給燃料の量に対する比で示した。その結果を図２９及び図３０に示す。
【０１１９】
図２９から明らかなように、実施例１では水素の最大生成量が約１８０ｐｐｍであったのに対し、実施例３では水素の最大生成量が約２７０ｐｐｍと多くなった。また図３０から明らかなように、実施例１ではアセトアルデヒドの最大生成量が約２２ｐｐｍであったのに対し、実施例３ではアセトアルデヒドの最大生成量が約３７ｐｐｍと多くなった。
【０１２０】
＜比較例１＞
燃料改質器を設けなかったこと以外は実施例１と同一に構成した。この排ガス浄化装置を比較例１とした。
【０１２１】
＜比較試験６及び評価＞
エンジンの回転速度及び負荷を変化させて、実施例１、実施例３及び比較例１のエンジンの排気管から排出される排ガスの温度を２００℃から４００℃まで徐々に上昇させたときのＮＯｘ低減率をそれぞれ測定した。その結果を図３１に示す。
【０１２２】
図３１から明らかなように、比較例１の排ガス浄化装置ではＮＯｘの低減率が最大で約４２％と低かったのに対し、実施例１及び３の排ガス浄化装置ではＮＯｘの低減率が最大で約４８〜４９％と高くなった。一方、比較例１では、排ガス温度が約４００℃まで上昇するとＮＯｘ低減率が約６％まで低下したのに対し、実施例１では、排ガス温度が約４００℃まで上昇してもＮＯｘ低減率が約１３％までしか低下せず、実施例３では、排ガス温度が約４００℃まで上昇してもＮＯｘ低減率が約３２％までしか低下しなかった。
【０１２３】
＜実施例４＞
図２０及び図２１に示すように、燃料改質器３１３は、密閉した筒状の改質ケース３２７と、この改質ケース３２７に収容された改質触媒３２８と、改質ケース３２７の内周面と改質触媒３２８の外周面との間に螺旋状に設けられた燃料通路３２９と、燃料通路３２９を囲むように螺旋状に配索されかつ改質ケース３２７の壁に埋設されたヒータ３３１とを有する。改質ケース３２７をＳＵＳ３１６により形成し、ヒータ３３１としてシーズヒータを用いた。また改質触媒３２８は、ロジウムをイオン交換したゼオライト粉末を含むスラリーをハニカム担体にコーティングして作製したロジウム系の触媒であった。
【０１２４】
図１９に示すように、上記燃料改質器３１３の入口端を第１供給管３１６ａを介して燃料タンク３７に接続し、燃料改質器３１３の出口端を第２供給管３４２を介して噴射ノズル３１８に接続し、噴射ノズル３１８を選択還元型触媒３１より排ガス上流側の排気管１２に臨むように設けた。また第１供給管３１６ａに燃料供給ポンプ３８を設け、第２供給管３４２にこの第２供給管３４２を開閉する流量調整弁３４１を設けた。更に改質ケース３２６のうち選択還元型触媒３１より排ガス入口側に排ガス温度センサ５３を設けた。上記以外は参考例１の燃料改質器を有する排ガス浄化装置と同様に構成した。この排ガス浄化装置を実施例４とした。
【０１２５】
＜比較例２＞
燃料改質器を用いなかったこと以外は実施例４と同一に構成した。この排ガス浄化装置を比較例２とした。
【０１２６】
＜比較試験７及び評価＞
エンジンの回転速度及び負荷を変化させて、実施例４及び比較例２のエンジンの排気管から排出される排ガスの温度を１００℃から５５０℃まで徐々に上昇させたときのＮＯｘ低減率をそれぞれ測定した。その結果を図３２に示す。なお、実施例４の排ガス浄化装置では、排ガス温度が１００〜１８０℃であるとき、ヒータをオンして噴射ノズルから炭化水素系ガスを排気管に供給し、排ガス温度が１８０℃を越えたときに、ヒータをオフして噴射ノズルから液体の燃料を排気管に供給した。また、比較例２の排ガス浄化装置では、排ガス温度が１００〜５５０℃であるとき、燃料供給手段を駆動して噴射ノズルから液体の燃料を排気管に供給した。
【０１２７】
図３２から明らかなように、比較例２の排ガス浄化装置では排ガス温度が１００〜１８０℃と比較的低いとき排ガス中のＮＯｘを殆ど浄化できなかったのに対し、実施例４の排ガス浄化装置では排ガス温度が１００〜１８０℃と比較的低いとき温度の上昇に伴って排ガス中のＮＯｘの浄化率が急激に上昇することが分かった。なお、排ガス温度が２００℃を越えると、比較例２の排ガス浄化装置によるＮＯｘの浄化率と、実施例４の排ガス浄化装置によるＮＯｘの浄化率とは略同一であることが分かった。
【産業上の利用可能性】
【０１２８】
本発明の燃料改質器及びこれを用いた排ガス浄化装置は、燃料改質器が炭化水素系液体からなる燃料を分解して還元ガスに改質し、この燃料改質器で改質された還元ガスを排ガス浄化装置の還元剤として用いてエンジンの排ガス中のＮＯｘを浄化することに利用することができる。
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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