(57)【要約】【課題】ドライヤで乾燥し空気分離器で分離した窒素富化ガスのＥＧＲ管への供給により、エンジンの排ガス中のＮＯｘを効率良く低減し、エンジン内部の腐食等を防止する。【解決手段】エンジン１１の排ガスの一部をＥＧＲガスとして排気通路１３から吸気通路１２に還流するＥＧＲ管１９がエンジンの排気通路と吸気通路をエンジンをバイパスして接続し、ＥＧＲ管に設けられたＥＧＲバルブ２０がＥＧＲ管を流れるＥＧＲガスの流量を調整する。また空気用コンプレッサ２３が空気を圧縮し、ドライヤ２４が空気用コンプレッサにより圧縮された空気に含まれる水分を捕集してこの空気を乾燥させる。更に空気分離器２６がドライヤにより乾燥された空気を酸素濃度の高い酸素富化ガスと窒素濃度の高い窒素富化ガスとに分離し、窒素富化ガス供給手段３６が空気分離器で分離された窒素富化ガスをＥＧＲ管に供給する。【選択図】図１
2014077371.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジン(11)の排気通路(13)と吸気通路(12)を前記エンジン(11)をバイパスして接続し前記エンジン(11)の排ガスの一部をＥＧＲガスとして前記排気通路(13)から前記吸気通路(12)に還流するＥＧＲ管(19)と、前記ＥＧＲ管(19)に設けられ前記ＥＧＲ管(19)を流れる前記ＥＧＲガスの流量を調整するＥＧＲバルブ(20)とを備えた排ガス浄化装置において、
空気を圧縮する空気用コンプレッサ(23)と、
前記空気用コンプレッサ(23)により圧縮された空気に含まれる水分を捕集してこの空気を乾燥させるドライヤ(24)と、
前記ドライヤ(24)により乾燥された空気を酸素濃度の高い酸素富化ガスと窒素濃度の高い窒素富化ガスとに分離する空気分離器(26)と、
前記空気分離器(26)で分離された窒素富化ガスを前記ＥＧＲ管(19)に供給する窒素富化ガス供給手段(36)と
を備えたことを特徴とする排ガス浄化装置。
【請求項２】
前記ＥＧＲ管(19)の前記排気通路(13)への接続部より排ガス下流側の排気通路(13)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(43)と、
前記空気分離器(26)で分離された酸素富化ガス中の酸素をオゾン(90)に変換するオゾン発生器(86)と、
前記ＥＧＲ管(19)の前記排気通路(13)への接続部と前記選択還元型触媒(43)との間の排気通路(13)に臨んで設けられ前記オゾン発生器(86)で発生されたオゾンを前記排気通路(13)に噴射するオゾン噴射ノズル(81)と、
前記オゾン発生器(86)で発生されたオゾンを前記オゾン噴射ノズル(81)に供給するオゾン供給手段(87)と、
前記前記ＥＧＲ管(19)の前記排気通路(13)への接続部と前記選択還元型触媒(43)との間の排気通路(13)に臨んで設けられ還元剤(45)を前記排気通路(13)に噴射する還元剤噴射ノズル(47)と、
前記還元剤(45)を前記還元剤噴射ノズル(47)に供給する還元剤供給手段(46)と
を更に備えた請求項１記載の排ガス浄化装置。
【請求項３】
前記空気分離器(26)が酸素富化膜(26a)を有し、前記酸素富化ガスは前記ドライヤ(24)により乾燥された空気が前記酸素富化膜(26a)を通過することにより生成され、前記窒素富化ガスは前記ドライヤ(24)により乾燥された空気が前記酸素富化膜(26a)を通過せずに素通りすることにより生成される請求項１記載の排ガス浄化装置。
【請求項４】
前記空気分離器(26)で分離された前記酸素富化ガス又は前記窒素富化ガスの一部を用いて前記ドライヤ(24)内の水分を除去するパージ手段(40,83)を更に備えた請求項１又は２記載の排ガス浄化装置。
【請求項５】
前記還元剤(45)が、燃料又は尿素水である請求項２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、エンジンの排ガスに含まれる窒素酸化物（ＮＯｘ）を低減して排ガスを浄化する装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、燃料と燃焼空気の混合物の内燃により作動するエンジンに富化空気を供給する装置が開示されている（例えば、特許文献１参照。）。この富化空気の供給装置は、ケーシング、ケーシングに収容された非多孔質膜、ケーシング内の膜の一方の側にある未透過物用空洞室、及びケーシング内の膜の他方の側にある透過物空洞室を含む選択的ガス透過性膜ユニットと、膜間に未透過空洞室圧力から透過物空洞室圧力へ負の圧力勾配を生成するための圧力変化手段と、酸素富化空気又は窒素富化空気のいずれかをエンジンに導く供給選択バルブとからなる。そして、この装置の操作により大気からの空気を含まない混合物を提供する。なお、上記非多孔質膜は、酸素／窒素の選択性が重量比で少なくとも１．４であり、酸素透過率が５０バーレルであり、パーフルオロ−２，２−ジメチル−１，３−ジオキソールの非晶質共重合体により形成され、非晶質共重合体のガラス遷移温度以下の温度にある。また未透過物用空洞室は、ケーシング内の膜の一方の側に入る大気の供給流から酸素をこの膜を通して選択的に透過させ、そこで生成した窒素富化空気流の未透過物用流源になる。更に透過物空洞室は、酸素富化空気の透過物流源であり、この透過物流原供給流れ比率が段カットを決定する。
【０００３】
このように構成された富化空気の供給装置の動作を説明する。富化空気をエンジンに供給するプロセスは、様々なエンジン性能パラメータの向上に使える。向上するのは、エンジン排ガス中の種々の窒素酸化物濃度の低減、エンジンパワーの増加、エンジンのリーンバーン限界の拡大、そしてコールドスタート排出の低減である。ＮＯｘ排出低減は、窒素富化空気をエンジンに供給することに起因して起こり得る。またコールドスタート排出を低減させ、リーンバーン限界及びエンジン動力を向上させるには、エンジンへ供給する空気は、富化酸素であるべきである。この場合、単にバルブの位置を切り替えるだけで酸素富化空気供給に容易に変換できる。このように、バルブを操作するだけで簡単に、窒素富化未透過物成分の供給と酸素富化透過物成分の供給間で容易に切り替えられる。従って、この装置は、中央プロセッサユニットにプログラムされた判定基準に応じて富化酸素空気又は窒素富化空気のいずれかを必要とする最適のエンジン性能を得るのに使える。
【０００４】
例えば、エンジンが冷たい条件から始動する場合、酸素富化空気を供給してコールドスタート排出を最小限にすることが望ましい。中央プロセッサユニットは、低いエンジン温度を（例えば感知手段から）検出する。プログラムされたアルゴリズムは、スイッチ３方切替ベントバルブを廻し、未透過物成分をベント（発散、放出）し、３方切替供給バルブを廻して透過物成分を供給するように、プロセッサに指示する。プログラムは、シグナルをフローコントロールバルブに送り、最適のコールドスタート排出を達成するよう段カットを行う。感知手段によって検出されて、エンジンが安定状態の運転温度条件を達成したときに、ＮＯｘ排出の低減が望ましくなることがある。プロセッサは、透過物成分がベント（発散、放出）されている間、未透過物成分をエンジンに供給するように、バルブの位置を切り替えるように装置に命令し得る。それ以降、プロセッサは、プログラムされたアルゴリズムに従って、ＮＯｘ排出低減のための最適の段カットに到達するために、出力をフローコントロールバルブに送る。透過物と未透過物供給モードの間の切替に使う多くの基準は、プロセッサアルゴリズム中にプログラムできるようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特表２００２−５０４６４３号公報（請求項１７、段落［００４３］、［００４３］、［００５４］、［００５５］、図４）
【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に示された富化空気の供給装置では、選択的ガス透過性膜ユニットで分離された窒素富化空気に比較的多くの水分が含まれていると、この窒素富化空気をＮＯｘの排出を低減するためにエンジンに供給したときに、エンジン内部に上記水分による腐食等が発生するおそれがあった。
【０００７】
本発明の第１の目的は、ドライヤで乾燥した空気を空気分離器で分離して得られた窒素富化ガスをＥＧＲ管に供給することにより、エンジンから排出される排ガス中のＮＯｘを効率良く低減できるとともに、エンジン内部の腐食等を防止できる、排ガス浄化装置を提供することにある。本発明の第２の目的は、排ガス中のＮＯの一部をオゾンと反応させて反応性の高いＮＯ2にすることにより、排ガス温度が低いときであってもＮＯｘを効率良く低減できる、排ガス浄化装置を提供することにある。本発明の第３の目的は、空気分離器で分離された酸素富化ガス又は窒素富化ガスの一部を、パージ手段によりドライヤに供給し、このドライヤで分離された水蒸気（水分）とともに排出することにより、ドライヤを効率良く再生できる、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】
【０００８】
本発明の第１の観点は、図１及び図２に示すように、エンジン１１の排気通路１３と吸気通路１２をエンジン１１をバイパスして接続しエンジン１１の排ガスの一部をＥＧＲガスとして排気通路１３から吸気通路１２に還流するＥＧＲ管１９と、ＥＧＲ管１９に設けられＥＧＲ管１９を流れるＥＧＲガスの流量を調整するＥＧＲバルブ２０とを備えた排ガス浄化装置において、空気を圧縮する空気用コンプレッサ２３と、空気用コンプレッサ２３により圧縮された空気に含まれる水分を捕集してこの空気を乾燥させるドライヤ２４と、ドライヤ２４により乾燥された空気を酸素濃度の高い酸素富化ガスと窒素濃度の高い窒素富化ガスとに分離する空気分離器２６と、空気分離器２６で分離された窒素富化ガスをＥＧＲ管１９に供給する窒素富化ガス供給手段３６とを備えたことを特徴とする。
【０００９】
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６に示すように、ＥＧＲ管１９の排気通路１３への接続部より排ガス下流側の排気通路１３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４３と、空気分離器２６で分離された酸素富化ガス中の酸素をオゾン９０に変換するオゾン発生器８６と、ＥＧＲ管１９の排気通路１３への接続部と選択還元型触媒４３との間の排気通路１３に臨んで設けられオゾン発生器８６で発生されたオゾン９０を排気通路１３に噴射するオゾン噴射ノズル８１と、オゾン発生器８６で発生されたオゾン９０をオゾン噴射ノズル８１に供給するオゾン供給手段８７と、ＥＧＲ管１９の排気通路１３への接続部と選択還元型触媒４３との間の排気通路１３に臨んで設けられ還元剤４５を排気通路１３に噴射する還元剤噴射ノズル４７と、還元剤４５を還元剤噴射ノズル４７に供給する還元剤供給手段４６とを更に備えたことを特徴とする。
【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４に示すように、空気分離器２６が酸素富化膜２６ａを有し、酸素富化ガスはドライヤ２４により乾燥された空気が酸素富化膜２６ａを通過することにより生成され、窒素富化ガスはドライヤ２４により乾燥された空気が酸素富化膜２６ａを通過せずに素通りすることにより生成されることを特徴とする。
【００１１】
本発明の第４の観点は、第１又は第２の観点に基づく発明であって、更に図１に示すように、空気分離器２６で分離された酸素富化ガス又は窒素富化ガスの一部を用いてドライヤ２４内の水分を除去するパージ手段４０を更に備えたことを特徴とする。
【００１２】
本発明の第５の観点は、第２の観点に基づく発明であって、更に図１に示すように、還元剤４５が、燃料又は尿素水であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の第１の観点の排ガス浄化装置では、空気用コンプレッサで圧縮した空気をドライヤで乾燥した後に、空気分離器で窒素富化ガス及び酸素富化ガスに分離し、この分離した窒素富化ガスをＥＧＲ管に供給するので、エンジンから排出される排ガス中のＮＯｘを効率良く低減できる。また選択的ガス透過性膜ユニットで分離された窒素富化空気に比較的多くの水分が含まれていると、この窒素富化空気をＮＯｘの排出を低減するためにエンジンに供給したときに、エンジン内部に上記水分による腐食等が発生するおそれがあった従来の富化空気の供給装置と比較して、本発明では、上述のように、空気用コンプレッサで圧縮した空気をドライヤで乾燥した後に、空気分離器で窒素富化ガス及び酸素富化ガスに分離し、この分離した窒素富化ガスをＥＧＲ管に供給するので、エンジン内部の腐食等を防止できる。
【００１４】
本発明の第２の観点の排ガス浄化装置では、オゾン発生器で発生したオゾンをオゾン噴射ノズルから排気管に噴射すると、排ガス中のＮＯの一部がオゾンと反応して反応性の高いＮＯ2になり、この反応性の高いＮＯ2が、還元剤噴射ノズルから排気管に噴射された還元剤とともに選択還元型触媒に流入すると、排ガス温度が低いときであっても、反応性の高いＮＯ2が選択還元型触媒における還元剤との選択還元反応の進行によりＮ2に還元される。この結果、排ガス温度が低いときであってもＮＯｘを効率良く低減できる。
【００１５】
本発明の第３の観点の排ガス浄化装置では、空気分離器を酸素富化膜により構成し、ドライヤにより乾燥された空気が酸素富化膜を通過することにより酸素富化ガスを生成し、ドライヤにより乾燥された空気が酸素富化膜を通過せずに素通りすることにより窒素富化ガスを生成するので、酸素富化膜により酸素富化ガス及び窒素富化ガスが確実に分離される。この結果、比較的簡易な構造の空気分離器で、この空気分離器の酸素富化膜により酸素富化ガス及び窒素富化ガスを効率良く生成できる。
【００１６】
本発明の第４の観点の排ガス浄化装置では、空気分離器で分離された酸素富化ガス又は窒素富化ガスの一部が、パージ手段によりドライヤに供給され、このドライヤで分離された水蒸気（水分）とともに排出される。オゾン発生器を用いない場合、空気分離器で分離された不要な酸素富化ガスによりドライヤが再生される。一方、オゾン発生器を用いる場合、窒素富化ガスのうちＥＧＲ管に供給されない一部によりドライヤが再生される。この結果、ドライヤを効率良く再生できる。
【００１７】
本発明の第５の観点の排ガス浄化装置では、還元剤が燃料又は尿素水であるとき、オゾンをオゾン噴射ノズルから排気管に噴射すると、排ガス中のＮＯの一部がオゾンと反応して反応性の高いＮＯ2になり、この反応性の高いＮＯ2が、還元剤噴射ノズルから排気管に噴射された燃料又は尿素水とともに選択還元型触媒に流入すると、排ガス温度が低いときであっても、反応性の高いＮＯ2が選択還元型触媒における燃料又は尿素水との選択還元反応の進行によりＮ2に還元される。一方、還元剤が燃料であるとき、燃料がオゾンによりアルデヒド等の含酸素系炭化水素からなる活性還元剤に部分酸化されて、選択還元型触媒に供給される。上記アルデヒド等の含酸素系炭化水素からなる活性還元剤は選択還元型触媒におけるＮＯｘ還元剤としての反応性がガス化した燃料よりも高いので、比較的広い排ガス温度範囲内で、排ガス中のＮＯｘを効率良く低減できる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明第１実施形態の排ガス浄化装置の構成図である。
【図２】その排ガス浄化装置に用いられる空気用コンプレッサ、ドライヤ、空気分離器等を収容したケースを破断した状態であって各部材の配管による接続状態を示す図である。
【図３】そのドライヤの水蒸気分離膜を構成する中空糸の要部拡大断面図である。
【図４】その空気分離器の酸素富化膜を構成する中空糸の要部拡大断面図である。
【図５】その空気分離器で分離された窒素富化ガスの流量の変化に対するＥＧＲガス流量の低減率と水分量の低下率のそれぞれの変化を示す図である。
【図６】本発明第２実施形態の排ガス浄化装置の構成図である。
【図７】その排ガス浄化装置に用いられる空気用コンプレッサ、ドライヤ、空気分離器、オゾン発生器等を収容したケースを破断した状態であって各部材の配管による接続状態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
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。
【００２０】
＜第１の実施の形態＞
図１に示すように、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１２ａを介して吸気管１２ｂが接続され、排気ポートには排気マニホルド１３ａを介して排気管１３ｂが接続される。上記吸気マニホルド１２ａ及び吸気管１２ｂにより吸気通路１２が構成され、排気マニホルド１３ａ及び排気管１３ｂにより排気通路１３が構成される。吸気管１２ｂには、ターボ過給機１７のコンプレッサハウジング１７ａと、ターボ過給機１７により圧縮された吸気を冷却するインタクーラ１８とがそれぞれ設けられ、排気管１３ｂにはターボ過給機１７のタービンハウジング１７ｂが設けられる。コンプレッサハウジング１７ａ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１７ｂ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。また排気マニホルド１３ａと吸気管１２ｂとは、ＥＧＲ管１９によりエンジン１１をバイパスして接続される。このＥＧＲ管１９は排気マニホルド１３ａから分岐し、インタクーラ１８より吸気下流側の吸気管１２ｂに合流する。これによりＥＧＲ管１９には、エンジン１１の排ガスの一部をＥＧＲガスとして排気マニホルド１３ａから吸気管１２ｂに向って流れるようになっている。更にＥＧＲ管１９には、排気マニホルド１３ａから吸気管１２ｂに還流されるＥＧＲガスの流量を調整するＥＧＲバルブ２０が設けられる。なお、図１中の符号２１は、ＥＧＲ管１９を通るＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラである。
【００２１】
上記ＥＧＲ管１９には、上記ＥＧＲガスに加えて、富化ガス生成装置２２により生成された窒素濃度の高い窒素富化ガスが供給される。この富化ガス生成装置２２は、大気中の空気を圧縮する空気用コンプレッサ２３と、空気用コンプレッサ２３により圧縮された空気に含まれる水分を捕集して空気を乾燥させるドライヤ２４と、ドライヤ２４により乾燥された空気を酸素濃度の高い酸素富化ガスと窒素濃度の高い窒素富化ガスとに分離する空気分離器２６とを有する。上記空気用コンプレッサ４１は、この実施の形態では、直流電圧２４Ｖのバッテリで駆動されるように構成される。なお、この実施の形態では、空気用コンプレッサを直流電圧２４Ｖのバッテリで駆動したが、空気用コンプレッサを、エンジンのクランク軸で駆動したり、或いはハイブリッド車であれば直流電圧２００〜３００Ｖのバッテリで駆動してもよい。
【００２２】
上記ドライヤ２４は、水蒸気（水分）を透過し易くかつ空気を透過し難い水蒸気分離膜２４ａ（図３）と、この水蒸気分離膜２４ａを収容する筒状のハウジング２４ｄ（図２）とを有する。この水蒸気分離膜２４ａは、例えば膜厚１００μｍ、外径５００μｍ及び長さ４５０ｍｍの芳香族ポリイミドの非対称性の中空糸２４ｂを束ねて形成され、ハウジング２４ｄにその長手方向に延びて収容される（図２）。上記中空糸２４ｂは、中央に通孔２４ｃが形成され、膜厚方向に非対称の粗密構造を有する。上記通孔２４ｃの内径は例えば３００μｍに形成される。またハウジング２４ｄの下面には、空気用コンプレッサ２３により圧縮された空気を導入する空気導入口２４ｅが形成され、ハウジング２４ｄの上面には、ドライヤ２４により乾燥された空気を排出する空気排出口２４ｆが形成される。空気導入口２４ｅは水蒸気分離膜２４ａの各中空糸２４ｂの下端に接続され、空気排出口２４ｆは水蒸気分離膜２４ａの各中空糸２４ｂの上端に接続され、これにより空気導入口２４ｅ及び空気排出口２４ｆは各中空糸２４ｂの通孔２４ｃに連通接続される（図２及び図３）。更にハウジング２４ｄの側壁上部には、後述する窒素富化ガスをパージガスとして導入するパージガス導入口２４ｇが形成され、ハウジング２４ｄの側壁下部には、パージガスである窒素富化ガスを水蒸気（水分）とともに排出するパージガス排出口２４ｈが形成される（図２）。そしてパージガス導入口２４ｇから導入された窒素富化ガスは水蒸気分離膜２４ａの中空糸２４ｂの外周面を通過してパージガス排出口２４ｈから排出されるように構成される。
【００２３】
ここで、水蒸気分離膜２４ａの各中空糸２４ｂの通孔２４ｃを、水蒸気（水分）の含まれる空気が流れると、中空糸２４ｂの膜の内面側及び外面側に存在する水蒸気分圧の差を駆動力として、通孔２４ｃを流れる空気中の水蒸気が、水蒸気分圧の高い中空糸２４ｂの膜の内面側から水蒸気分圧の低い中空糸２４ｂの膜の外面側へ透過するため、中空糸２４ｂの通孔２４ｃを流れる空気中の水蒸気が減少し、乾燥した空気が空気排出口２４ｆから排出されるようになっている（図３）。
【００２４】
一方、空気分離器２６は、大気中の窒素ガスより酸素ガスを透過し易い性質を有する酸素富化膜２６ａ（図４）と、この酸素富化膜２６ａを収容する筒状のハウジング２６ｄ（図２）とを有する。酸素富化膜２６ａは、ドライヤ２４により乾燥された空気を酸素濃度の高い酸素富化ガスと窒素濃度の高い窒素富化ガスとに分離するように構成される。具体的には、酸素富化膜２６ａは、窒素ガスと比較して酸素ガスを選択的に透過する高分子からなり中央に通孔２６ｃが形成された中空糸２６ｂを束ねて形成され（図４）、ハウジング２６ｄにその長手方向に延びて収容される（図２）。また酸素富化膜２６ａを構成する中空糸２６ｂは、酸素ガスと窒素ガスの分離度が大きいガラス状高分子により形成されることが好ましく、酸素ガスと窒素ガスの分離度が特に大きく、機械的強度、耐熱性及び耐久性などに優れるポリイミドにより形成されることが更に好ましい。また酸素富化膜２６ａを構成する中空糸２６ｂの膜は、膜厚方向に密度が均一な均質膜であってもよく、或いは内径、外径及び密度の異なる複数の中空糸を嵌挿することにより膜厚方向に密度が不均一に形成された複合膜を用いてもよいが、膜厚方向に非対称の粗密構造を有することにより透過速度が大きい非対称膜を用いることが好ましい。更に中空糸２６ｂの膜厚は１０μｍ〜５００μｍの範囲に設定され、中空糸２６ｂの外径は５０μｍ〜２０００μｍの範囲に設定されることが好ましい。
【００２５】
酸素富化膜２６ａを収容するハウジング２６ｄの上面には、ドライヤ２４により乾燥された空気を導入する乾燥空気導入口２６ｅが形成され、ハウジング２６ｄの下面には、空気分離器２６により分離された窒素富化ガスを排出する窒素富化ガス排出口２６ｆが形成される（図２）。乾燥空気導入口２６ｅは酸素富化膜２６ａの各中空糸２６ｂの上端に接続され、窒素富化ガス排出口２６ｆは酸素富化膜２６ａの各中空糸２６ｂの下端に接続され、これにより乾燥空気導入口２６ｅ及び窒素富化ガス排出口２６ｆは各中空糸２６ｂの通孔２６ｃに連通接続される。また酸素富化膜２６ａを収容するハウジング２６ｄの側壁下部には、酸素富化ガスを排出する酸素富化ガス排出口２６ｇが形成される。酸素富化膜２６ａの中空糸２６ｂの膜を通過することにより、酸素濃度が高くなった酸素富化ガスは酸素富化ガス排出口２６ｇから排出されるように構成される。
【００２６】
ここで、酸素富化膜２６ａにより酸素濃度の高い酸素富化ガスと窒素濃度の高い窒素富化ガスとに分離される原理を説明する。酸素富化膜２６ａの各中空糸２６ｂの通孔２６ｃを、乾燥した空気が流れると、中空糸２６ｂの膜が熱振動して気体が通過する隙間が形成されるため、上記乾燥した空気中の酸素分子や窒素分子が上記隙間に取込まれる。このとき酸素富化膜２６ａの厚さは比較的薄く形成され、酸素分子が中空糸２６ｂの膜を透過する速度は窒素分子が中空糸２６ｂの膜を透過する速度より約２．５倍大きいため、酸素分子が分圧の高い中空糸２６ｂの膜の内面側から分圧の低い中空糸２６ｂの外面側に速やかに透過する。これにより中空糸２６ｂの膜の外面側の酸素濃度が高くなり、中空糸２６ｂの膜の内面側の酸素濃度が低くなる。この結果、酸素富化ガスは空気が酸素富化膜２６ａを通過することにより生成され、窒素富化ガスは空気が酸素富化膜２６ａを通過せずに素通りすることにより生成される。なお、上記熱振動により中空糸２６ｂの膜に形成される隙間は５ｎｍ程度である。
【００２７】
一方、空気用コンプレッサ２３の吐出口は第１供給管３１によりドライヤ２４の空気導入口２４ｅに接続され、ドライヤ２４の空気排出口２４ｆは第２供給管３２により空気分離器２６の乾燥空気導入口２６ｅに接続される（図１及び図２）。また空気分離器２６の窒素富化ガス排出口２６ｆは、第３供給管３３により、ＥＧＲバルブ２０と吸気管１２ｂへの接続部との間のＥＧＲ管１９に接続される。この第３供給管３３には、窒素富化ガスを吸気管１２ｂに供給する窒素富化ガス用コンプレッサ３４と、吸気管１２ｂへの窒素富化ガスの供給量を調整する窒素富化ガス流量調整弁３５が設けられる。上記窒素富化ガス用コンプレッサ３４は、この実施の形態では、直流電圧２４Ｖのバッテリで駆動されるように構成される。上記第３供給管３３、窒素富化ガス用コンプレッサ３４及び及び窒素富化ガス流量調整弁３５により窒素富化ガス供給手段３６が構成される。また空気分離器２６の酸素富化ガス排出口２６ｇはパージ管３７によりドライヤ２４のパージガス導入口２４ｇに接続され、ドライヤ２４のパージガス排出口２４ｈにはドレン管３８の一端が接続され、パージ管３７にはこのパージ管３７を通過する酸素富化ガスの流量を調整するパージ流量調整弁３９が設けられる。上記パージ管３７、ドレン管３８及びパージ流量調整弁３９によりパージ手段４０が構成される。上記ドレン管３８の他端は、後述する選択還元型触媒４３より排ガス下流側の排気管１６ｂに接続される。更に第１供給管３１には空気用コンプレッサ２３で圧縮された空気を貯留するエアタンク４１が設けられる。上記エアタンク４１は、酸素富化ガス及び窒素富化ガスの流量を急激に変化させても、空気分離器２６に十分な量の空気を供給するとともに、空気の圧力変動を緩和するために設けられる。なお、図２中の符号４２は富化ガス生成装置２２の各部材を収容する筐体である。
【００２８】
一方、排気管１６ｂの途中には銀系触媒からなる選択還元型触媒４３が設けられる（図１）。選択還元型触媒４３は排気管１６ｂより大径のケース４４に収容される。選択還元型触媒４３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ゼオライト又は銀アルミナをコーティングして構成される。具体的には、銀ゼオライトからなる選択還元型触媒４３は、銀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。また銀アルミナからなる選択還元型触媒４３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。なお、この実施の形態では、選択還元型触媒として銀系触媒を用いたが、パラジウムを添加した銀系触媒を用いてもよい。即ち、パラジウム添加の銀系触媒からなる選択還元型触媒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、パラジウムを添加した銀ゼオライト又は銀アルミナをコーティングして構成される。具体的には、パラジウムを添加した銀ゼオライトからなる選択還元型触媒は、銀及び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。またパラジウムを添加した銀アルミナからなる選択還元型触媒は、銀及び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。選択還元型触媒としてパラジウムを添加した銀系触媒を用いることにより、パラジウムを添加しない銀系触媒を用いた場合より、排ガス温度の比較的低温時における排ガス中のＮＯｘの低減性能を向上できる。
【００２９】
一方、選択還元型触媒４３より排ガス上流側の排気管１６ｂには、この排気管１６ｂに還元剤４５を噴射（供給）する還元剤供給手段４６が接続される（図１）。還元剤供給手段４６は、選択還元型触媒４３より排ガス上流側の排気管１６ｂ内に臨む還元剤噴射ノズル４７と、還元剤噴射ノズル４７に先端が接続された還元剤供給管４８と、この還元剤供給管４８の基端に接続され還元剤４５が貯留された還元剤タンク４９と、この還元剤タンク４９内の還元剤４５を還元剤噴射ノズル４７に圧送する還元剤ポンプ５１と、還元剤噴射ノズル４７から噴射される還元剤４５の供給量（噴射量）を調整する還元剤供給量調整弁５２とを有する。上記還元剤４５としては、この実施の形態では、ディーゼルエンジン１１の燃料である軽油が用いられる。これにより還元剤４５を貯留する還元剤タンク４９をエンジン１１の燃料タンクと兼用できる。また上記還元剤ポンプ５１は還元剤噴射ノズル４７と還元剤タンク４９との間の還元剤供給管４６に設けられ、還元剤供給量調整弁５２は還元剤噴射ノズル４７と還元剤ポンプ５１との間の還元剤供給管４８に設けられる。更に還元剤供給量調整弁５２は、還元剤供給管４８に設けられ還元剤噴射ノズル４７への還元剤４５の供給圧力を調整する還元剤圧力調整弁５３と、還元剤噴射ノズル４７の基端に設けられ還元剤噴射ノズル４７の基端を開閉する還元剤用開閉弁５４とからなる。
【００３０】
還元剤圧力調整弁５３は第１〜第３ポート５３ａ〜５３ｃを有する三方弁であり、第１ポート５３ａは還元剤ポンプ５１の吐出口に接続され、第２ポート５３ｂは還元剤用開閉弁５４に接続され、第３ポート５３ｃは戻り管５６を介して還元剤タンク４９に接続される（図１）。還元剤圧力調整弁５３をオンすると、還元剤ポンプ５１により圧送された還元剤４５が第１ポート５３ａから還元剤圧力調整弁５３に流入し、この還元剤圧力調整弁５３で所定の圧力に調整された後、第２ポート５３ｂから還元剤用開閉弁５４に圧送される。また還元剤圧力調整弁５３をオフすると、還元剤ポンプ５１により圧送された還元剤４５が第１ポート５３ａから還元剤圧力調整弁５３に流入した後、第３ポート５３ｃから戻り管５６を通って還元剤タンク４９に戻される。
【００３１】
一方、還元剤噴射ノズル４７と選択還元型触媒４３との間の排気管１６ｂには、具体的には選択還元型触媒４３より排ガス上流側のケース４４には、選択還元型触媒４３に流入する直前の排ガスの温度を検出する温度センサ５７が設けられる（図１）。またターボ過給機１７のタービンハウジング１７ｂと還元剤噴射ノズル４７との間の排気管１６ｂには、排ガス中のＮＯｘの濃度を検出するＮＯｘセンサ５８が設けられる。またインタクーラ１８と吸気マニホルド１２ａへの接続部との間の吸気管１２ｂには、吸気のターボ過給機１７によるブースト圧を検出するブースト圧センサ５９が設けられる。更に吸気管１２ｂの空気取入口近傍には設けられたエアクリーナ６１には、吸気管１２ｂに流入する空気量（吸入空気量）を検出する吸入空気量センサ６２が設けられる。温度センサ５７、ＮＯｘセンサ５８、ブースト圧センサ５９及び吸入空気量センサ６２の各検出出力はコントローラ６３の制御入力に接続され、コントローラ６３の制御出力はＥＧＲバルブ２０、空気用コンプレッサ２３、窒素富化ガス用コンプレッサ３４、窒素富化ガス流量調整弁３５、パージ流量調整弁３９、還元剤ポンプ５１、還元剤圧力調整弁５３及び還元剤開閉弁５４にそれぞれ接続される。コントローラ６３にはメモリ６４が設けられる。このメモリ６４には、選択還元型触媒４３入口の排ガス温度、排ガス中のＮＯｘ濃度及び吸気管１２ｂに流入する空気量に応じた、ＥＧＲバルブ２０の開度、窒素富化ガス用コンプレッサ３４の作動の有無、窒素富化ガス流量調整弁３５の開度、還元剤ポンプ５１の作動の有無、還元剤圧力調整弁５３の作動の有無、還元剤用開閉弁５４の単位時間当たりの開閉回数が予めマップとして記憶される。またメモリ６４には、ターボ過給機１７により過給された吸気のブースト圧に応じた、窒素富化ガス用コンプレッサ３４の回転速度が予めマップとして記憶される。
【００３２】
このように構成され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６３は、温度センサ５７、ＮＯｘセンサ５８、ブースト圧センサ５９及び吸入空気量センサ６２の各検出出力を取込み、これらの検出出力をメモリ６４に記憶されたマップと比較して、ＥＧＲバルブ２０を所定の開度で開き、富化ガス生成装置２２の空気用コンプレッサ２３を作動させ、パージ流量調製弁３９を所定の開度で開き、窒素富化ガス用コンプレッサ３４を所定の回転速度で作動させるとともに、窒素富化ガス流量調整弁３５を所定の開度で開く。空気用コンプレッサ２３が作動すると、大気中の空気が圧縮されてエアタンク４１に貯留される。この空気はドライヤ２４で水蒸気（水分）が除去されて乾燥し、この乾燥した空気は空気分離器２６で酸素濃度の高い酸素富化ガスと窒素濃度の高い窒素富化ガスに分離される。空気分離器２６で分離された窒素富化ガスは窒素富化ガス用コンプレッサ３４により第３供給管３３を通ってＥＧＲ管１９に供給される。そして上記窒素富化ガスはＥＧＲ管１９を流れる排ガスと混合されてＥＧＲガスとなる。このＥＧＲガスに含まれる酸素濃度及び水分量は極めて低いため、このＥＧＲガスがエンジン１１に供給されると、このエンジン１１から排出される排ガス中のＮＯｘを効率良く低減できる。また上記ＥＧＲガスに含まれる酸素濃度及び水分量は極めて低いため、ＥＧＲクーラ２１の小型化を図ることができるとともに、エンジン１１内部の腐食等を防止できる。例えば、ＥＧＲ管１９に排ガスの一部（ＥＧＲガス）を１２００リットル／分（２０リットル／秒）を流しているときに、窒素濃度９９％の窒素富化ガスを第３供給管３３からＥＧＲ管１９に供給した場合における、ＥＧＲガス流量の低減率及び水分量の低下率の計算結果を図５に示す。図５から明らかなように、例えば１００リットル／分の窒素富化ガスをＥＧＲ管１９に供給すると、ＥＧＲガス流量を約１３％低減でき、水分量が約２１％低下する。このようにＥＧＲガス流量の低減はＥＧＲクーラ２１の小型化に繋がり、水分量の低下は結露水の低下に繋がる。
【００３３】
一方、空気分離器２６で分離された酸素富化ガスはパージ管３７を通ってパージガス導入口２４ｇからドライヤ２４に供給される。この酸素富化ガスをドライヤ２４に供給することにより、ドライヤ２４で分離された水分であるドレン水が押出され、ドレン管３８を通って選択還元型触媒４３より排ガス下流側の排気管１３ｂ内に排出される。このようにＥＧＲガスとして必要な窒素富化ガスを用いずに、ＥＧＲガスとして不要な酸素富化ガスを用いて、ドライヤ２４が再生されるので、ドライヤ２４を効率良く再生できる。また空気用コンプレッサ２３により圧縮された空気を、ドライヤ２４を再生するために直接用いずに済むので、空気用コンプレッサ２３により圧縮された空気の消費量を抑制できる。この結果、空気用コンプレッサ２３の吐出容量を低減できるので、空気用コンプレッサ２３の小型化を図ることができる。なお、ドレン管３８を通って選択還元型触媒４３より排ガス下流側の排気管１３ｂ内に排出された酸素富化ガスは、比較的高温の排ガスにより酸化（燃焼）されるため、可燃性ガスではなくなる。
【００３４】
排ガス温度が比較的高くなると（例えば、１８０℃以上）になると、コントローラ６３は、温度センサ５７の検出出力に基づいて、還元剤供給手段４６の還元剤ポンプ５１を作動させ、還元剤圧力調整弁５３をオンし、還元剤用開閉弁５４を開閉させる。還元剤用開閉弁５４を開閉させることにより、還元剤噴射ノズル４７から還元剤４５（燃料）が間欠的に噴射される。この還元剤噴射ノズル４７から噴射されたミスト状の還元剤４５が比較的高温の排ガスにより速やかにガス化して排ガスとともに選択還元型触媒４３に流入すると、この選択還元型触媒４３上で還元剤４５により排ガス中のＮＯｘが還元される、即ち選択還元型触媒４３上で還元剤４５が排ガス中のＮＯｘと反応して、ＮＯｘが速やかに無害化される。この結果、排ガス中のＮＯｘを更に低減できる。
【００３５】
＜第２の実施の形態＞
図６及び図７は本発明の第２の実施の形態を示す。図６及び図７において図１及び図２と同一符号は同一部品を示す。この実施の形態では、ＮＯｘセンサ５８と還元剤噴射ノズル４７との間の排気管１６ｂに、オゾン噴射ノズル８１が設けられる。このオゾン噴射ノズル８１は、富化ガス生成及びオゾン発生装置８２に接続される。上記富化ガス生成及びオゾン発生装置８２は、大気中の空気を圧縮する空気用コンプレッサ２３と、この空気用コンプレッサ２３により圧縮された空気を乾燥させるドライヤ２４と、このドライヤ２４により乾燥された空気を酸素濃度の高い酸素富化ガスと窒素濃度の高い窒素富化ガスとに分離する空気分離器２６と、この空気分離器２６で分離された窒素富化ガスの一部をＥＧＲ管１９に供給する窒素富化ガス供給手段３６と、上記空気分離器２６で分離された窒素富化ガスの残部を用いてドライヤ内の水分を除去するパージ手段８３と、上記空気分離器２６で分離された酸素富化ガス中の酸素をオゾン９０に変換するオゾン発生器８６と、このオゾン発生器８６で発生したオゾン９０をオゾン噴射ノズル８１に供給するオゾン供給手段８７とを有する。上記空気用コンプレッサ２３、ドライヤ２４、空気分離器２６及び窒素富化ガス供給手段３６は、第１の実施の形態の空気用コンプレッサ、ドライヤ、空気分離器及び窒素富化ガス供給手段とそれぞれ同一に構成される。
【００３６】
上記パージ手段８３は、後述する第３供給管３３から分岐してドライヤ２４のパージガス導入口２４ｇに接続されたパージ管８４と、一端がドライヤ２４のパージガス排出口２４ｈに接続され他端が大気中に開放されたドレン管８５と、パージ管８４に設けられこのパージ管８４を通過する窒素富化ガスの流量を調整するパージ流量調整弁３９とからなる。またオゾン発生器８６は、この実施の形態では、無声放電型のものが用いられる。具体的には、オゾン発生器８６は、図示しないが所定の間隔をあけて互いに平行に配設されかつ一方若しくは双方が誘電体で覆われた一対の電極間に高周波高電圧を印加してプラズマ放電を発生させ、このプラズマ放電によりエアに含まれる酸素の一部をオゾン９０に変換するように構成される。更にオゾン供給手段８７は、基端がオゾン発生器８６のオゾン排出口に接続され先端がオゾン噴射ノズル８１に接続されたオゾン供給管８８と、このオゾン供給管８８に設けられた逆止弁８９とからなる。この逆止弁８９は、オゾン発生器８６からオゾン噴射ノズル８１にオゾン９０が流れるのを許容し、オゾン噴射ノズル８１からオゾン発生器８６にオゾン９０又は排ガスが流れるのを阻止するように構成される。
【００３７】
一方、空気用コンプレッサ２３の吐出口は第１供給管３１によりドライヤ２４の空気導入口２４ｅに接続され、ドライヤ２４の空気排出口２４ｆは第２供給管３２により空気分離器２６の乾燥空気導入口２６ｅに接続される（図７）。また空気分離器２６の窒素富化ガス排出口２６ｆは、第３供給管３３により、ＥＧＲバルブ２０と吸気管１２ｂへの接続部との間のＥＧＲ管１９に接続される。また空気分離器２６の酸素富化ガス排出口２６ｇは第４供給管９４によりオゾン発生器８６の酸素富化ガス導入口８６ａに接続され、オゾン発生器８６のオゾン排出口８６ｂにはオゾン供給管８８の基端が接続される。更に基端が第３供給管３３の途中から分岐するパージ管８４の先端がドライヤ２４のパージガス導入口２４ｇに接続され、ドライヤ２４のパージガス排出口２４ｈにはドレン管８５の一端が接続される。なお、図７中の符号９６は富化ガス生成及びオゾン発生装置８２を収容する筐体であり、図７中の符号９７，９８はオゾン発生器８６を冷却するファンである。また、空気用コンプレッサ２３とドライヤ２４との間の第１供給管３１には、第１の実施の形態と同様に、エアタンク４１が設けられる。
【００３８】
図６に戻って、温度センサ５７、ＮＯｘセンサ５８、ブースト圧センサ５９及び吸入空気量センサ６２の各検出出力はコントローラ６３の制御入力に接続され、コントローラ６３の制御出力はＥＧＲバルブ２０、空気用コンプレッサ２３、窒素富化ガス用コンプレッサ３４、窒素富化ガス流量調整弁３５、パージ流量調整弁３９、還元剤ポンプ５１、還元剤圧力調整弁５３、還元剤開閉弁５４及びオゾン発生器８６にそれぞれ接続される。コントローラ６３にはメモリ６４が設けられる。このメモリ６４には、選択還元型触媒４３入口の排ガス温度、排ガス中のＮＯｘ濃度及び吸気管に流入する空気量に応じた、ＥＧＲバルブ２０の開度、窒素富化ガス用コンプレッサ３４の作動の有無、窒素富化ガス流量調整弁３５の開度、還元剤ポンプ５１の作動の有無、還元剤圧力調整弁５３の作動の有無、還元剤用開閉弁５４の単位時間当たりの開閉回数、オゾン発生器８６の作動の有無が予めマップとして記憶される。またメモリ６４には、ターボ過給機１７により過給された吸気のブースト圧に応じた、窒素富化ガス用コンプレッサ３４の回転速度が予め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。
【００３９】
このように構成され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６３は、温度センサ５７、ＮＯｘセンサ５８、ブースト圧センサ５９及び吸入空気量センサ６２の各検出出力を取込み、これらの検出出力をメモリ６４に記憶されたマップと比較して、ＥＧＲバルブ２０を所定の開度で開き、富化ガス生成装置２２の空気用コンプレッサ２３を作動させ、パージ流量調製弁３９を所定の開度で開き、窒素富化ガス用コンプレッサ３４を所定の回転速度で作動させ、窒素富化ガス流量調整弁３５を所定の開度で開くとともに、オゾン発生器を作動させる。空気用コンプレッサ２３が作動すると、大気中の空気が圧縮されてエアタンク４１に貯留される。この空気はドライヤ２４で水蒸気（水分）が除去されて乾燥し、この乾燥した空気は空気分離器２６で酸素濃度の高い酸素富化ガスと窒素濃度の高い窒素富化ガスに分離される。空気分離器２６で分離された窒素富化ガスの一部は窒素富化ガス用コンプレッサ３４により第３供給管３３を通ってＥＧＲ管１９に供給される。そして上記窒素富化ガスの一部はＥＧＲ管１９を流れる排ガスと混合されてＥＧＲガスとなる。このＥＧＲガスに含まれる酸素濃度及び水分量は極めて低いため、このＥＧＲガスがエンジン１１に供給されると、このエンジン１１から排出される排ガス中のＮＯｘを効率良く低減できる。また上記ＥＧＲガスに含まれる酸素濃度及び水分量は極めて低いため、エンジン１１内部の腐食等を防止できるとともに、ＥＧＲクーラ２１の小型化を図ることができる。
【００４０】
空気分離器２６で分離された窒素富化ガスの残部はパージ管８４を通ってパージガス導入口２４ｇからドライヤ２４に供給される。この窒素富化ガスの残部をドライヤ２４に供給することにより、ドライヤ２４で分離された水分であるドレン水が押出され、ドレン管８５を通って大気に排出される。このように窒素富化ガスのうちＥＧＲガスとして用いられずに余った窒素富化ガスを用いて、ドライヤ２４が再生されるので、ドライヤ２４を効率良く再生できる。また空気用コンプレッサ２３により圧縮された空気を、ドライヤ２４を再生するために直接用いずに済むので、空気用コンプレッサ２３により圧縮された空気の消費量を抑制できる。この結果、空気用コンプレッサ２３の吐出容量を低減できるので、空気用コンプレッサ２３の小型化を図ることができる。なお、ドレン管８５を通った窒素富化ガスを直接大気に排出したのは、この窒素富化ガスは可燃性を有しないからである。
【００４１】
一方、空気分離器２６で分離された酸素富化ガスはオゾン発生器８６に供給され、酸素富化ガス中の酸素の一部がオゾン発生器８６でオゾンに変換され、このオゾンはオゾン供給手段８７のオゾン供給管８８を通ってオゾン噴射ノズル８１に供給される。このオゾン噴射ノズル８１に供給されたオゾンはオゾン噴射ノズル８１から排気管１３ｂに噴射される。そして、このオゾンにより、排ガス中のＮＯの一部がＮＯ2に次の式（１）に示すように酸化される。このＮＯ2は、排ガス温度が２００〜２５０℃の範囲内にあるとき、選択還元型触媒４３において還元剤４５（ガス化した燃料や、後述するアルデヒド又はアルコールのいずれか一方又は双方を含む含酸素系炭化水素からなる活性還元剤）との反応性が高くなる性質を有する。
Ｏ3＋ＮＯ  →  Ｏ2＋ＮＯ2            ……（１）
【００４２】
また、還元剤ポンプ５１が駆動され、還元剤圧力調整弁５３がオンし、還元剤用開閉弁５４が開閉されると、還元剤４５が還元剤供給管４８を通って排気管１３ｂに間欠的に噴射される。この排気管１３ｂに供給された還元剤４５は、オゾン発生器８６で発生しオゾン供給手段８７により排気管１３ｂに供給されたオゾンにより、アルデヒド又はアルコールのいずれか一方又は双方を含む含酸素系炭化水素からなる活性還元剤に部分酸化される。この活性還元剤は、排ガス温度が２５０〜５００℃の範囲内にあるとき、選択還元型触媒４３において排ガス中のＮＯｘ（ＮＯ及びＮＯ2）をＮ2に還元するＮＯｘ還元剤としての反応性を高める機能を有する。ここで、アルデヒドとしては、アセトアルデヒド、ホルムアルデヒド等が挙げられ、アルコールとしては、メチルアルコール、エチルアルコール等が挙げられる。なお、オゾン中の酸素原子は、反応性が高いため、軽油等の燃料と反応した場合に、炭化水素の部分酸化物（アルデヒド、アルコール等）等の含酸素系炭化水素を生成する。
【００４３】
排ガス温度が２００〜２５０℃の範囲内にあるとき、コントローラ６３は、空気用コンプレッサ２３及びオゾン発生器８６をそれぞれ制御して、比較的少量のオゾンを排気管１３ｂに供給する。またコントローラ６３は、還元剤用開閉弁５４の開閉間隔又は開閉時間等を制御して、比較的少量の還元剤４５を排気管１３ｂに供給する。オゾンによりＮＯの一部がＮＯ2に酸化されたＮＯｘと、比較的少量のガス化した燃料と、オゾンにより部分酸化された比較的少量のアルデヒド等の含酸素系炭化水素からなる活性還元剤とが、選択還元型触媒４３に供給されると、ＮＯｘ中のＮＯ2が還元剤４５（ガス化した燃料や、アルデヒド等の含酸素系炭化水素からなる活性還元剤）と比較的活発に反応してＮ2に還元される。
【００４４】
排ガス温度が２００〜２５０℃の範囲内において上昇すると、コントローラ６３は、空気用コンプレッサ２３及びオゾン発生器８６をそれぞれ制御して、オゾンの排気管１３ｂへの供給量を増大させる。またコントローラ６３は、還元剤用開閉弁５４の開閉間隔又は開閉時間等を制御して、還元剤４５の排気管１３ｂへの供給量を増大させる。オゾン供給量の増加により増量されたＮＯ2を含むＮＯｘと、比較的少量のガス化した燃料と、オゾン供給量の増加により増量されたアルデヒド等の含酸素系炭化水素からなる活性還元剤とが、選択還元型触媒４３に供給されると、ＮＯｘ中のＮＯ2が還元剤４５（ガス化した燃料や、アルデヒド等の含酸素系炭化水素からなる活性還元剤）と活発に反応してＮ2に還元され、排ガス温度の上昇に伴って、排ガス中のＮＯｘの低減率が急激に向上する。
【００４５】
排ガス温度が２５０〜５００℃の範囲内になると、コントローラ６３は、空気用コンプレッサ２３及びオゾン発生器８６をそれぞれ制御して、オゾンの排気管１３ｂへの供給量を排ガス温度２００〜２５０℃の場合より若干減少させる。またコントローラ６３は、還元剤用開閉弁５４の開閉間隔又は開閉時間を制御して、還元剤４５の排気管１３ｂへの供給量を排ガス温度２００〜２５０℃の場合と同程度とする（但し、排ガス流量に応じて変化させる。）。ここで、オゾンの排気管１３ｂへの供給量を若干減少させるのは、排ガス温度が２５０〜５００℃と高くなると、オゾンが熱分解し易くなるため、高温の排気管１３ｂにオゾンを供給しても、オゾンにより排ガス中のＮＯの一部がＮＯ2に酸化され難くなるとともに、オゾンにより還元剤４５がアルデヒド等の含酸素系炭化水素からなる活性還元剤に部分酸化され難くなるからである。オゾンによるＮＯの一部の酸化により得られるＮＯ2を僅かに含むＮＯｘと、僅かなアルデヒド等の含酸素系炭化水素からなる活性還元剤と、オゾンによりアルデヒド等の含酸素系炭化水素からなる活性還元剤に部分酸化されずにガス化した比較的多量の燃料とが、選択還元型触媒４３に供給されると、ＮＯｘ中のＮＯ2が還元剤４５（ガス化した燃料や、アルデヒド等の含酸素系炭化水素からなる活性還元剤）と反応してＮ2に還元されるけれども、排ガス温度の上昇に伴って、排ガス中のＮＯｘの低減率が徐々に減少する。この結果、排ガス温度が２００〜５００℃の広い温度範囲にわたって排ガス中のＮＯｘを比較的効率良く低減できる。
【００４６】
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、ＥＧＲ管により排気マニホルドと吸気管とを接続したが、ＥＧＲ管により排気管と吸気管又は吸気マニホルドとを接続したり、或いはＥＧＲ管により排気マニホルドと吸気マニホルドとを接続してもよい。また、上記第１及び第２の実施の形態では、コンプレッサとドライヤとの間にエアタンクを設けたが、酸素富化ガス及び窒素富化ガスの流量が急激に変化しない場合には、エアタンクを設けなくてもよい。また、上記第１及び第２の実施の形態において、エアタンクとドライヤとの間にミストセパレータを設けてもよい。このミストセパレータにより空気に含まれる塵埃や水滴等が捕集される。また、上記第１及び第２の実施の形態では、還元剤圧力の調整を三方弁である還元剤圧力調整弁により行ったが、還元剤圧力調整弁を用いずに、還元剤用開閉弁の開閉時間の調整と還元剤ポンプの作動の有無により行ってもよい。また、上記第２の実施の形態では、オゾン噴射ノズルをＮＯｘセンサと還元剤噴射ノズルとの間の排気管に設けたが、オゾン噴射ノズルを還元剤噴射ノズルと選択還元型触媒との間の排気管に設けてもよい。更に、上記第２の実施の形態では、オゾン発生器として無声放電型のものを用いたが、オゾン発生器として沿面放電型のもの、空気に紫外線を放射してオゾンを発生する方式のもの、水を電気分解してオゾンを発生する方式のもの等を用いてもよい。
【００４７】
更に、上記第１及び第２の実施の形態では、還元剤として軽油（燃料）を用いたが、還元剤として尿素水を用いてもよい。この場合、選択還元型触媒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、ゼオライト又はジルコニアをコーティングして構成される。ゼオライトとしては、銅ゼオライト、鉄ゼオライト、亜鉛ゼオライト、コバルトゼオライト等が挙げられる。銅ゼオライトからなる選択還元型触媒は、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。また鉄ゼオライト、亜鉛ゼオライト又はコバルトゼオライトからなる選択還元型触媒は、鉄、亜鉛又はコバルト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それぞれコーティングして構成される。更にジルコニアからなる選択還元型触媒は、ジルコニアを担持させた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。
【符号の説明】
【００４８】
１１  ディーゼルエンジン（エンジン）
１２  吸気通路
１３  排気通路
１９  ＥＧＲ管
２０  ＥＧＲバルブ
２３  空気用コンプレッサ
２４  ドライヤ
２６  空気分離器
２６ａ  酸素富化膜
３６  窒素富化ガス供給手段
４０，８３  パージ手段
４３  選択還元型触媒
４５  還元剤
４６  還元剤供給手段
４７  還元剤噴射ノズル
８１  オゾン噴射ノズル
８６  オゾン発生器
８７  オゾン供給手段
９０  オゾン
【図１】
2014077371.tif 000003
【図２】
2014077371.tif 000004
【図３】
2014077371.tif 000005
【図４】
2014077371.tif 000006
【図５】
2014077371.tif 000007
【図６】
2014077371.tif 000008
【図７】
2014077371.tif 000009