(57)【要約】【課題】加熱されたキャリアガスの噴射により燃料を十分に微粒化し、これにより燃料を還元ガスに効率良く改質する。【解決手段】キャリアガス加熱部１６がキャリアガス源のキャリアガスを加熱し、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１７が噴射する。この噴射されたキャリアガスにより燃料を微粒化するように燃料供給ノズル１９が燃料をキャリアガス噴射ノズルの先端に供給する。上記微粒化した燃料を改質触媒部２２が分解して還元ガスに改質し、この改質された還元ガスを還元ガス供給ノズル２３がエンジンの排気管１２に供給する。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５２の検出出力に基づいてコントローラがキャリアガス加熱部の発熱量を制御するとともに排気管を流れるＮＯｘの流量に応じて燃料供給ノズルへの燃料の供給流量を制御する。【選択図】図１
2014122550.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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(16)と、
前記キャリアガス加熱部(16)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、
前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炭化水素系液体からなる燃料(18)が微粒化されるように前記燃料(18)を前記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、
入口が前記キャリアガス噴射ノズル(17)及び前記燃料供給ノズル(19)に対向して設けられ前記微粒化した燃料(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)に改質する改質触媒部(22)と、
前記改質触媒部(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)に供給するように前記排気管(12)に取付けられる還元ガス供給ノズル(23)と、
前記キャリアガス加熱部(16)の出口温度を検出するキャリアガス温度センサ(52)と、
前記キャリアガス温度センサ(52)の検出出力に基づいて前記キャリアガス加熱部(16)の発熱量を制御するとともに前記排気管(12)を流れるＮＯｘの流量に応じて前記燃料供給ノズル(19)への燃料(18)の供給流量を制御するコントローラ(57)と
を有する燃料改質器。
【請求項２】
キャリアガス源(14)から第１キャリアガス供給管(71)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(16)と、
前記キャリアガス加熱部(16)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(81)と、
前記第１キャリアガス噴射ノズル(81)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前記燃料(18)を前記第１キャリアガス噴射ノズル(81)の先端に供給する第１燃料供給ノズル(91)と、
入口が前記第１キャリアガス噴射ノズル(81)及び前記第１燃料供給ノズル(91)に対向して設けられ前記微粒化した燃料(18)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(74)と、
前記キャリアガス源(14)から供給された第２キャリアガスを前記発熱触媒部(74)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(72)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(82)と、
前記第２キャリアガス噴射ノズル(82)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前記燃料(18)を前記第２キャリアガス噴射ノズル(82)の先端に供給する第２燃料供給ノズル(92)と、
入口が前記第２キャリアガス噴射ノズル(82)及び前記第２燃料供給ノズル(92)に対向して設けられ前記微粒化した燃料(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)に改質する改質触媒部(22)と、
前記改質触媒部(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)に供給するように前記排気管(12)に取付けられる還元ガス供給ノズル(23)と、
前記キャリアガス加熱部(16)の出口温度を検出する第１キャリアガス温度センサ(171)と、
前記発熱触媒部(74)の出口温度を検出する第２キャリアガス温度センサ(172)と、
前記第１キャリアガス温度センサ(171)の検出出力に基づいて前記キャリアガス加熱部(16)の発熱量を制御し前記第２キャリアガス温度センサ(172)の検出出力に基づいて前記第１燃料供給ノズル(91)への燃料(18)の供給流量を制御し更に前記排気管(12)を流れるＮＯｘの流量に応じて前記第２燃料供給ノズル(92)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。
【請求項３】
前記キャリアガス加熱部(16)、前記キャリアガス噴射ノズル(17)、前記燃料供給ノズル(19)及び前記改質触媒部(22)が改質器ハウジング(24)に収容され、前記改質器ハウジング(24)が前記還元ガス供給ノズル(23)の基端に接続された請求項１記載の燃料改質器。
【請求項４】
前記キャリアガス加熱部(16)、前記第１キャリアガス噴射ノズル(81)、前記第１燃料供給ノズル(91)、発熱触媒部(74)、第２キャリアガス噴射ノズル(82)、第２燃料供給ノズル(92)及び前記改質触媒部(22)が改質器ハウジング(76)に収容され、前記改質器ハウジング(76)が前記還元ガス供給ノズル(23)の基端に接続された請求項２記載の燃料改質器。
【請求項５】
前記キャリアガス加熱部(16)が、円柱状に形成されたコイル保持部(16a)と、このコイル保持部(16a)の外周面に沿いかつ前記コイル保持部(16a)の外周面に露出しないように埋設された電熱コイル(16c)と、前記コイル保持部(16a)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又は第１キャリアガスが前記コイル保持部(16a)の外周面に沿って螺旋状に流れるキャリアガス流路(16e)を形成するキャリアガス流路用コイル(16d)とからなる請求項１ないし４いずれか１項に記載の燃料改質器。
【請求項６】
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、
前記選択還元型触媒(31)より排ガス上流側の排気管(12)に臨む前記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)から前記選択還元型触媒(31)で還元剤として機能する還元ガス(21)を前記排気管(12)に供給する請求項１ないし５いずれか１項に記載の燃料改質器(13,73)と、
前記選択還元型触媒(31)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(53)と、
前記排ガス温度センサ(53)の検出出力に基づいて前記燃料改質器(13,73)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。
【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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１１−６９２７０号公報（請求項１、段落［００１３］、［００１４］、［００２４］〜［００３０］、図１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
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、グロープラグやスパークプラグなどでは改質触媒を均一に加熱できず、燃料ガスを改質ガスに効率良く改質できない問題点があった。
【０００７】
本発明の第１の目的は、加熱された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、これにより燃料を還元ガスに効率良く改質できる、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、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３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４の目的は、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。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の第１の観点は、図１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加熱する発熱量の調整可能なキャリアガス加熱部１６と、キャリアガス加熱部１６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２１に改質する改質触媒部２２と、改質触媒部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１６の出口温度を検出するキャリアガス温度センサ５２と、キャリアガス温度センサ５２の検出出力に基づいてキャリアガス加熱部１６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とを有する燃料改質器である。
【０００９】
本発明の第２の観点は、図５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７１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１６と、キャリアガス加熱部１６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８１と、第１キャリアガス噴射ノズル８１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８１の先端に供給する第１燃料供給ノズル９１と、入口が第１キャリアガス噴射ノズル８１及び第１燃料供給ノズル９１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７４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７４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７２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８２と、第２キャリアガス噴射ノズル８２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８２の先端に供給する第２燃料供給ノズル９２と、入口が第２キャリアガス噴射ノズル８２及び第２燃料供給ノズル９２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に改質する改質触媒部２２と、改質触媒部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１６の出口温度を検出する第１キャリアガス温度センサ１７１と、発熱触媒部７４の出口温度を検出する第２キャリアガス温度センサ１７２と、第１キャリアガス温度センサ１７１の検出出力に基づいてキャリアガス加熱部１６の発熱量を制御し第２キャリアガス温度センサ１７２の検出出力に基づいて第１燃料供給ノズル９１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９２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。
【００１０】
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１に示すように、キャリアガス加熱部１６、キャリアガス噴射ノズル１７、燃料供給ノズル１９及び改質触媒部２２が改質器ハウジング２４に収容され、改質器ハウジング２４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。
【００１１】
本発明の第４の観点は、第２の観点に基づく発明であって、更に図５に示すように、キャリアガス加熱部１６、第１キャリアガス噴射ノズル８１、第１燃料供給ノズル９１、発熱触媒部７４、第２キャリアガス噴射ノズル８２、第２燃料供給ノズル９２及び改質触媒部２２が改質器ハウジング７６に収容され、改質器ハウジング７６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。
【００１２】
本発明の第５の観点は、第１ないし第４の観点のいずれかに基づく発明であって、更に図１及び図２に示すように、キャリアガス加熱部１６が、円柱状に形成されたコイル保持部１６ａと、このコイル保持部１６ａの外周面に沿いかつコイル保持部１６ａの外周面に露出しないように埋設された電熱コイル１６ｃと、コイル保持部１６ａ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１６ａの外周面に沿って螺旋状に流れるキャリアガス流路１６ｅを形成するキャリアガス流路用コイル１６ｄとからなることを特徴とする。
【００１３】
本発明の第６の観点は、図４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に供給する第１ないし第５の観点いずれかに記載の燃料改質器１３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１３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る。
【発明の効果】
【００１４】
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触媒部で分解されて還元ガスに改質される。この結果、燃料を還元ガスに効率良く改質できる。またグロープラグやスパークプラグなどを含む加熱ヒータで改質触媒を加熱しているため、改質触媒を均一に加熱できず、燃料ガスを改質ガスに効率良く改質できない従来の排気浄化装置と比較して、本発明では、加熱された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、これにより燃料を還元ガスに効率良く改質できる。
【００１５】
本発明の第２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触媒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、燃料を還元ガスに更に効率良く改質できる。
【００１６】
本発明の第３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触媒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。
【００１７】
本発明の第４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触媒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。
【００１８】
本発明の第５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。
【００１９】
本発明の第６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。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】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２】図１のＡ部拡大断面図である。
【図３】図１のＢ部拡大断面図である。
【図４】その燃料改質器を用いた排ガス浄化装置の構成図である。
【図５】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６】図５のＣ部拡大断面図である。
【図７】図５のＤ部拡大断面図である。
【図８】その燃料改質器を用いた排ガス浄化装置の構成図である。
【図９】実施例１及び実施例２の燃料改質器による水素の生成量を示す図である。
【図１０】実施例１及び実施例２の燃料改質器によるホルムアルデヒドの生成量を示す図である。
【図１１】実施例１、実施例２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。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
次に本発明を実施するための形態を図面に基づいて説明する。
【００２２】
＜第１の実施の形態＞
図１及び図４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加熱するキャリアガス加熱部１６と、キャリアガス加熱部１６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に改質する改質触媒部２２と、改質触媒部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。上記キャリアガス加熱部１６、キャリアガス噴射ノズル１７、改質触媒部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、この実施の形態では、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。
【００２３】
一方、キャリアガス加熱部１６は、上端に段付フランジ１６ｂ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１６ａと、このコイル保持部１６ａの外周面に沿いかつコイル保持部１６ａの外周面に露出しないように埋設された電熱コイル１６ｃと、コイル保持部１６ａ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１６ｄとからなる（図１）。コイル保持部１６ａ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１６ｃ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１６ｃをコイル保持部１６ａに埋設する方法としては、図示しないが、コイル保持部１６ａ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１６ａ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１６ｄ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１６ａ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１６ｄは、互いに隣接する金属線材間に所定の間隔Ｄ（図２）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１６ａの外周面に沿って螺旋状に流れるキャリアガス流路１６ｅ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１６ｅとなるように構成される。
【００２４】
上記キャリアガス加熱部１６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２６の上部に収容され、この加熱部ケース２６は改質器ハウジング２４の上部に挿入される。また、キャリアガス加熱部１６を加熱部ケース２６に収容したときに、キャリアガス流路用コイル１６ｄの外周面と加熱部ケース２６の内周面との間に０．４〜０．５ｍｍの範囲内の隙間Ｔ（図２）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１６ｃで発生しコイル保持部１６ａを通ってキャリアガス流路用コイル１６ｄに伝わった熱が加熱部ケース２６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１６ｅ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１６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２６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１６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１及び図２の符号２７は改質器ハウジング２４及び加熱部ケース２６の上部に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（図４）、先端はキャリアガス流路１６ｅに接続される（図１）。
【００２５】
図１及び図３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、この実施の形態では、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ようになっている。
【００２６】
図３に示すように、加熱部ケース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。
【００２７】
図１に戻って、改質触媒部２２は、その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、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と改質触媒部２２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を改質触媒部２２の入口面（上面）全体に略均一に分散させるためである。また改質触媒部２２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部２２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部２２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はエンジン１１の排気管１２に取付けられる。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。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。
【００２８】
図４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、銀アルミナ又は銅ゼオライトをコーティングして構成される。銀アルミナからなる選択還元型触媒３１は、銀を担持させた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。また銅ゼオライトからなる選択還元型触媒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。
【００２９】
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とキャリアガス加熱部１６のキャリアガス流路１６ｅ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４）。上記ポンプ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。
【００３０】
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。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、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からキャリアガス加熱部１６のキャリアガス流路１６ｅ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。
【００３１】
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４）。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。
【００３２】
キャリアガス加熱部１６の出口側の改質器ハウジング２４には、キャリアガス加熱部１６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５２が挿入される（図１）。また選択還元型触媒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４）。更にエンジン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。キャリアガス温度センサ５２、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１６ｃ、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１６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、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、この実施の形態では、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。
【００３３】
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はキャリアガス加熱部１６の電熱コイル１６ｃ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１６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５２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５２の検出出力に基づいて電熱コイル１６ｃ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１６ｃ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１６ｃ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１６のキャリアガス流路１６ｅに供給される。このキャリアガスは、キャリアガス流路１６ｅを流れている間に、電熱コイル１６ｃで発生しコイル保持部１６ａやキャリアガス流路用コイル１６ｄ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１６ｅは十分に長いため、キャリアガス加熱部１６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１６ｅ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１６ｅ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１６ｅ内をスムーズに流れる。これによりキャリアガス加熱部１６の出口温度が次第に上昇する。
【００３４】
キャリアガス加熱部１６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５２が検出すると、コントローラ５７は電熱コイル１６ｃ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１６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、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。
【００３５】
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と改質触媒部２２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部２２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部２２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。
【００３６】
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、改質触媒部２２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の改質触媒部２２における還元ガス２１への改質効率を向上できる。なお、改質触媒部２２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。
【００３７】
このように燃料改質器１３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。
【００３８】
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。
【００３９】
＜第２の実施の形態＞
図５〜図８は本発明の第２の実施の形態を示す。図５〜図８において図１〜図４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７３が、キャリアガスタンク１４から第１キャリアガス供給管７１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１６と、キャリアガス加熱部１６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８１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８１の先端に供給する第１燃料供給ノズル９１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７４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７４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７２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８２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８２の先端に供給する第２燃料供給ノズル９２と、この微粒化した燃料１８を分解して還元ガス２１に改質する改質触媒部２２と、改質触媒部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。
【００４０】
キャリアガス加熱部１６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５）。このため、キャリアガス加熱部１６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１０１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。このため、第１加熱部ケース１０１は第１の実施の形態の加熱部ケースと同一符号を用いた。更に第１加熱部ケース１０１の下端に形成された第１キャリアガス噴射ノズル８１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５及び図７）。
【００４１】
一方、第１燃料供給ノズル９１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９１は、図５及び図７に示すように、改質器ハウジング７６のアッパハウジング部７６ａの鉛直方向の下部の外周面からアッパハウジング部７６ａの中心まで延びて設けられた水平管部９１ａと、この水平管部９１ａ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９１ｂと、垂直管部９１ｂ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９１ｃとを有する。
【００４２】
発熱触媒部７４は、その入口が第１キャリアガス噴射ノズル８１及び第１燃料供給ノズル９１に対向し、かつ第１キャリアガス噴射ノズル８１の下端及び第１燃料供給ノズル９１の垂直管部９１ｂ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５）。これは、第１燃料供給ノズル９１と発熱触媒部７４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７４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７４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７４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改質触媒部２２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。
【００４３】
上記発熱触媒部７４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１０２の上部に収容され、この第２加熱部ケース１０２は改質器ハウジング７６のロアハウジング部７６ｂの上部に挿入される（図５）。また第２キャリアガス供給管７２は改質器ハウジング７６のロアハウジング部７６ｂ及び第２加熱部ケース１０２の下部に発熱触媒部７４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８２は第２加熱部ケース１０２の下端に形成され、この第２キャリアガス噴射ノズル８２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。
【００４４】
第２燃料供給ノズル９２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９２は、図５及び図７に示すように、改質器ハウジング７６のロアハウジング部７６ｂの鉛直方向中央の外周面からロアハウジング部７６ｂの中心まで延びて設けられた水平管部９２ａと、この水平管部９２ａ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９２ｂと、垂直管部９２ｂ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９２ｃとを有する。また改質触媒部２２は、その入口が第２キャリアガス噴射ノズル８２及び第２燃料供給ノズル９２に対向し、かつ第２キャリアガス噴射ノズル８２の下端及び第２燃料供給ノズル９２の垂直管部９２ｂ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９２と改質触媒部２２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を改質触媒部２２の入口面（上面）全体に略均一に分散させるためである。
【００４５】
一方、燃料改質器７３は、第１燃料供給ノズル９１に先端が接続された第１燃料供給管１１１と、この第１燃料供給管１１１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９１に圧送するポンプ３８と、第１燃料供給ノズル９１から第１キャリアガス噴射ノズル８１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１２１と、キャリアガスタンク１４とキャリアガス加熱部１６のキャリアガス流路１６ｅとを接続する第１キャリアガス供給管７１に設けられた第１キャリアガス流量調整弁１３１と、先端が第２燃料供給ノズル９２に先端が接続され基端がポンプ３８の吐出口近傍の第１燃料供給管１１１に接続された第２燃料供給管１１２と、第２燃料供給ノズル９２から第２キャリアガス噴射ノズル８２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１２２と、キャリアガスタンク１４と第２加熱部ケース１０２の下部とを接続する第２キャリアガス供給管７２に設けられた第２キャリアガス流量調整弁１３２とを更に有する（図５及び図８）。なお、第１キャリアガスは発熱触媒部７４で燃料１８を酸化させるのに必要な酸素を発熱触媒部７４に供給するためのガスであり、第２キャリアガスは改質触媒部２２で燃料１８を改質するのに必要な酸素を改質触媒部２２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。
【００４６】
上記ポンプ３８は第１燃料供給ノズル９１と燃料タンク３７との間の第１燃料供給管１１１に設けられる（図５及び図８）。また第１燃料供給量調整弁１２１は、第１燃料供給管１１１に設けられ第１燃料供給ノズル９１への燃料１８の供給圧力を調整する第１燃料圧力調整弁１４１と、第１燃料供給ノズル９１の基端に設けられ第１燃料供給ノズル９１の基端を開閉する第１燃料用開閉弁１５１とからなる。第１燃料圧力調整弁１４１は第１〜第３ポート１４１ａ〜１４１ｃを有し、第１ポート１４１ａはポンプ３８の吐出口に接続され、第２ポート１４１ｂは第１燃料用開閉弁１５１に接続され、第３ポート１４１ｃは第１戻り管１６１により燃料タンク３７に接続される。ポンプ３８により圧送された燃料１８が第１ポート１４１ａから第１燃料圧力調整弁１４１に流入し、第２ポート１４１ｂから第１燃料用開閉弁１５１に圧送される。また第１燃料圧力調整弁１４１での圧力が設定圧力以上になると、ポンプ３８により圧送された燃料１８が第１ポート１４１ａから第１燃料圧力調整弁１４１に流入した後、第３ポート１４１ｃから第１戻り管１６１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１３１はキャリアガスタンク１４からキャリアガス加熱部１６のキャリアガス流路１６ｅ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。
【００４７】
第２燃料供給量調整弁１２１は、第２燃料供給管１１２に設けられ第２燃料供給ノズル９２への燃料１８の供給圧力を調整する第２燃料圧力調整弁１４２と、第２燃料供給ノズル９２の基端に設けられ第２燃料供給ノズル９２の基端を開閉する第２燃料用開閉弁１５２とからなる（図５及び図８）。第２燃料圧力調整弁１４２は第１〜第３ポート１４２ａ〜１４２ｃを有し、第１ポート１４２ａはポンプ３８の吐出口に接続され、第２ポート１４２ｂは第２燃料用開閉弁１５２に接続され、第３ポート１４２ｃは第２戻り管１６２により燃料タンク３７に接続される。ポンプ３８により圧送された燃料が第１ポート１４２ａから第２燃料圧力調整弁１４２に流入し、第２ポート１４２ｂから第２燃料用開閉弁１５２に圧送される。また第２燃料圧力調整弁１４２での圧力が設定圧力以上になると、ポンプ３８により圧送された燃料１８が第１ポート１４２ａから第２燃料圧力調整弁１４２に流入した後、第３ポート１４２ｃから第２戻り管１６２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１３２はキャリアガスタンク１４から第２加熱部ケース１０２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。
【００４８】
一方、キャリアガス加熱部１６の出口側の第１加熱部ケース１０１には、キャリアガス加熱部１６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１７１が挿入され、発熱触媒部７４の出口側の第２加熱部ケース１０２には、発熱触媒部７４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１７２が挿入される（図５）。第１キャリアガス温度センサ１７１、第２キャリアガス温度センサ１７２、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１６ｃ、ポンプ３８、第１キャリアガス流量調整弁１３１、第２キャリアガス流量調整弁１３２、第１燃料用開閉弁１５１及び第２燃料用開閉弁１５２にそれぞれ接続される（図８）。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１６の出口における第１キャリアガス温度、発熱触媒部７４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１５１，１５２の単位時間当たりの開閉回数、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１３１，１３２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。
【００４９】
このように構成された燃料改質器７３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１６の電熱コイル１６ｃ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１３１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１６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１７１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１７１の検出出力に基づいて電熱コイル１６ｃ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１６ｃ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１３１が開かれ、かつ電熱コイル１６ｃ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１６のキャリアガス流路１６ｅ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１６ｅを流れている間に、電熱コイル１６ｃで発生しコイル保持部１６ａやキャリアガス流路用コイル１６ｄ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８１に達する。上記キャリアガス流路１６ｅは十分に長いため、キャリアガス加熱部１６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１６ｅ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１６ｅ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１６ｅ内をスムーズに流れる。これによりキャリアガス加熱部１６の出口温度が次第に上昇する。
【００５０】
キャリアガス加熱部１６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１７１が検出すると、コントローラ５７は電熱コイル１６ｃ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１６の出口温度を２５０℃に維持するとともに、ポンプ３８を駆動し、第１燃料用開閉弁１５１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９１の供給孔９１ｃに供給する。第１燃料供給ノズル９１の供給孔９１ｃに供給された燃料１８は、第１キャリアガス噴射ノズル８１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９１と発熱触媒部７４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７４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７４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７４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１７２が検出すると、コントローラ５７は第１燃料用開閉弁１５１の開閉をそれぞれ調整して、発熱触媒部７４の出口温度を６００℃以上の所定の温度に維持する。
【００５１】
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９２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１５２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９２の供給孔に供給する。
【００５２】
同時にコントローラ５７は第２キャリアガス流量調整弁１３１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７２から第２加熱ケース部１０２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９２の供給孔９２ｃに供給された燃料１８は、第２キャリアガス噴射ノズル８２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９２と改質触媒部２２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部２２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部２２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。
【００５３】
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、改質触媒部２２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の改質触媒部２２における還元ガス２１への改質効率を向上できる。なお、改質触媒部２２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。
【００５４】
このように燃料改質器７３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。
【００５５】
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１６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。
【００５６】
なお、上記第１及び第２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及び第２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及び第２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ポンプの駆動の有無により行ってもよい。
【実施例】
【００５７】
次に本発明の実施例を比較例とともに詳しく説明する。
【００５８】
＜実施例１＞
図４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〜図３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）を加熱するキャリアガス加熱部１６と、キャリアガス加熱部１６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に改質する改質触媒部２２と、改質触媒部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。改質触媒部２２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触媒であった。ここで、この排ガス浄化装置を実施例１とした。
【００５９】
＜実施例２＞
図８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７３を接続して、燃料改質器７３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７３は、図５〜図７に示すように、キャリアガスタンク１４（エアタンク）から供給された第１キャリアガス（エア）を加熱するキャリアガス加熱部１６と、キャリアガス加熱部１６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８１と、第１キャリアガス噴射ノズル８１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８１の先端に供給する第１燃料供給ノズル９１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７４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７４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８２と、第２キャリアガス噴射ノズル８２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８２の先端に供給する第２燃料供給ノズル９２と、この微粒化した燃料１８を分解して還元ガス２１に改質する改質触媒部２２と、改質触媒部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。発熱触媒部７４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。また改質触媒部２２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触媒であった。ここで、この排ガス浄化装置を実施例２とした。
【００６０】
＜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。
【００６１】
＜比較試験１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ホルムアルデヒドの量を測定した。水素及びホルム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９及び図１０に示す。
【００６２】
図９から明らかなように、実施例１では水素の生成量が約１．７％であったのに対し、実施例２では水素の生成量が約３．８％と多くなった。また図１０から明らかなように、実施例１ではホルムアルデヒドの生成量が約３０ｐｐｍであったのに対し、実施例２ではホルムアルデヒドの生成量が約４２ｐｐｍと多くなった。これは、キャリアガスを一気に昇温するより２段階で昇温した方が水素やホルムアルデヒドの還元ガスを効率良く生成できることが分かった。
【００６３】
＜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、実施例１、実施例２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１００℃から３５０℃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１１に示す。
【００６４】
図１１から明らかなように、比較例１の排ガス浄化装置では排ガス温度が約２４０℃と比較的高温になってから温度の上昇に伴って排ガス中のＮＯｘの浄化率が徐々に上昇したのに対し、実施例１及び２の排ガス浄化装置では排ガス温度が約２１０℃と比較的低温から温度の上昇に伴って排ガス中のＮＯｘの浄化率が徐々に上昇することが分かった。また比較例１の排ガス浄化装置ではＮＯｘの低減率が最大で約５０％と低かったのに対し、実施例１の排ガス浄化装置ではＮＯｘの低減率が最大で約６０％と高くなり、実施例２の排ガス浄化装置ではＮＯｘの低減率が最大で約６７％と更に高くなった。
【符号の説明】
【００６５】
１１  ディーゼルエンジン（エンジン）
１２  排気管
１３，７３  燃料改質器
１４  キャリアガスタンク（キャリアガス源）
１６  キャリアガス加熱部
１６ａ  コイル保持部
１６ｃ  電熱コイル
１６ｄ  キャリアガス流路用コイル
１６ｅ  キャリアガス流路
１７  キャリアガス噴射ノズル
１８  燃料
１９  燃料供給ノズル
２１  還元ガス
２２  改質触媒部
２３  還元ガス供給ノズル
２４，７６  改質器ハウジング
５２  キャリアガス温度センサ
５３  排ガス温度センサ
５７  コントローラ
７１  第１キャリアガス供給管
７２  第２キャリアガス供給管
７４  発熱触媒部
８１  第１キャリアガス噴射ノズル
８２  第２キャリアガス噴射ノズル
１７１  第１キャリアガス温度センサ
１７２  第２キャリアガス温度センサ
【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】
2014122550.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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