(57)【要約】【課題】  ディーゼルエンジン等の内燃機関における排気浄化部材を効率的に再生することができる排気浄化部材の再生装置を提供する。【解決手段】  内燃機関の排気通路中に備えられて排気ガスを浄化するための排気浄化部材の再生装置であって、例えば、燃料を供給するためのインジェクタと、燃料に空気を混合するための第１の空気導入管と、供給された燃料を加熱して蒸発させるための燃料蒸発装置と、気化した燃料を拡散噴射させるためのオリフィスと、燃料の燃焼を補助するための空気を取り入れる第２の空気導入管と、噴射された燃料に着火して燃焼ガスとするための燃料点火装置と、を含むバーナと、当該バーナから噴射される燃焼ガスを酸化するための酸化触媒と、を備えるとともに、排気浄化部材の上流側で、排気通路に連通する噴射出口を介して接続する。【選択図】  図１
2006057479.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路中に備えられ、排気ガスを浄化するための排気浄化部材の再生装置であって、バーナと、当該バーナから噴射される燃焼ガスを酸化するための酸化触媒と、を備えることを特徴とする排気浄化部材の再生装置。
【請求項２】
前記排気浄化部材の再生装置は、前記排気浄化部材の上流側で、前記排気通路に連通する噴射出口を介して接続されることを特徴とする請求項１に記載の排気浄化部材の再生装置。
【請求項３】
前記バーナは、燃料を供給するためのインジェクタと、前記燃料に空気を混合するための第１の空気導入管と、供給された前記燃料を加熱して蒸発させるための燃料蒸発装置と、気化した前記燃料を拡散噴射させるためのオリフィスと、前記燃料の燃焼を補助するための空気を取り入れる第２の空気導入管と、噴射された前記燃料に着火して燃焼ガスとするための燃料点火装置と、を含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の排気浄化部材の再生装置。
【請求項４】
前記バーナでの空燃比を０．１〜１．０未満の範囲内の値とすることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の排気浄化部材の再生装置。
【請求項５】
前記噴射出口と、前記排気浄化部材との間に、前記排気ガスにおける空燃比を測定するためのラムダセンサを備えることを特徴とする請求項４に記載の排気浄化部材の再生装置。
【請求項６】
前記排気浄化部材は、ＮＯｘ吸蔵触媒又は、酸化触媒を上流側に備えたパティキュレートフィルタを含むことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の排気浄化部材の再生装置。
【請求項７】
内燃機関の排気通路中に備えられ、排気ガスを浄化するための排気浄化部材の再生方法において、
前記内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出手段と、
前記排気浄化部材の上流側で、前記排気通路に連通する噴射出口を介して接続されるとともに、噴射される燃焼ガスを酸化するための酸化触媒を備えたバーナと、を備え、
当該バーナから、前記運転状態検出手段によって検出される前記内燃機関の運転状態に応じた空燃比で燃焼ガスを噴射させることを特徴とする排気浄化部材の再生方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関における排気浄化部材の再生装置に関し、特に、内燃機関から独立して配置されて、ディーゼルエンジンにおける排気浄化部材を効率的に再生することができる排気浄化部材の再生装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のディーゼルエンジン等の内燃機関には、その排気ガス中におけるディーゼル微粒子（ＰＭ）や他の化学物質を除去するために、ディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）やＮＯｘ吸蔵触媒（ＬＮＴ）に代表される排気浄化部材が設けられている。
しかしながら、かかる排気浄化部材による排気ガス処理を行なうと、ＤＰＦにおいては、時間の経過とともにＰＭ等によって目詰まりを起こすという問題がある。また、ＬＮＴにおいても、触媒の温度が活性化温度以下であったり、還元剤が不足したりしている場合には、ＮＯｘを十分に還元できず、目詰まりを起こすという問題がある。
【０００３】
このような問題に対し、ＤＰＦについては、補集されたＰＭ等を、所定時間ごとにフィルタから取り除き、フィルタを再生する必要がある。このようなＤＰＦの再生方式としては、電気ヒータによる加熱再生、及び燃焼バーナによる加熱再生等が典型的である。
しかしながら、電気ヒータによる加熱再生は、所定の供給電力を確保しなければならないという問題があり、また、熱の散逸が比較的大きく、熱伝導率の大きなフィルタ等には適していないという問題がある。それに対して、燃焼バーナによる加熱再生では、エネルギー変換効率が比較的高く、所定熱量を与えることができるとともに、比較的短時間でフィルタ等の再生ができるという利点がある。より具体的には、図８（ｂ）に示すように、ディーゼルエンジン（図示せず）の排気管２２４にバイパス２２０を設け、そこに図８（ａ）に示すアスピレータバーナ２００を取り付けたＤＰＦの加熱再生装置２５０を用いた加熱再生方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
また、別のＤＰＦの再生方法として、触媒バーナを用いた加熱再生方法が開示されている。より具体的には、図９（ａ）及び（ｂ）に示すように、ディーゼルエンジン（図示せず）と、粒子フィルタ３０６との間に、触媒式バーナ３０２を直列的に取り付けるとともに、ディーゼルエンジンと、触媒式バーナ３０２との間に、燃料調量装置３０４やヒータ３０８、あるいは酸化窒素−酸化ユニット３０５をさらに配置した加熱再生装置３００、３００´を用いた加熱再生方法が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００４】
一方、ＬＮＴについては、触媒の温度を活性化温度まで上昇させたり、還元剤を供給したりする必要がある。このようなＬＮＴの再生方式としては、燃焼バーナによる加熱再生、及び還元剤の噴射による再生等が提案されている。より具体的には、燃焼バーナによる加熱再生方法として、図１０に示すように、空燃比の制御が容易で、かつ、ＨＣの排出量を低減すべく、外部から燃焼空気を供給して、二つのセラミックヒータ１０４、１１６を利用して、燃料を完全燃焼させる構造のバーナ１００を用いた加熱再生方法が提案されている（例えば、特許文献３参照）。
また、還元剤の噴射による再生方法として、図１１に示すように、内燃機関（図示せず）の排気管４０６の下流に、ＮＯｘ吸蔵触媒４１０が配置されているとともに、このＮＯｘ吸蔵触媒４１０の前面の略全体に向けて、燃料等の還元剤４０４を噴霧供給するための還元剤供給ノズル４０２を設け、かつ、当該還元剤供給ノズル４０２を冷却するための冷却管４０１を備えるとともに、還元剤供給ノズル４０２が、車両の走行に伴って生じる走行風が当たる位置に設けてある排気浄化装置４００が提案されている（例えば、特許文献４参照）。
【特許文献１】特開２００４−３４００号公報  （特許請求の範囲、図１〜２）
【特許文献２】特表２００３−５３３６２６号公報  （特許請求の範囲、図１〜２）
【特許文献３】実用新案登録第２５４５０７２号公報  （実用新案登録請求の範囲、図１〜２）
【特許文献４】特開２００３−８３０５６号公報  （特許請求の範囲、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１及び２にそれぞれ開示された燃焼バーナや触媒バーナを用いたＤＰＦの再生方法によれば、ＰＭ等を酸化（燃焼）させるためにＤＰＦを所定温度まで加熱するに際して、ディーゼルエンジン等から排出される排気ガスの流量や温度等の影響を直接的に受けるという問題が見られた。したがって、ディーゼルエンジン等の運転状態等を考慮して、排気ガスの流量を適正割合に分配しながら、バーナによる加熱条件を厳格に制御しなければならない一方、ＤＰＦの再生時期や再生条件等についても制限されるという問題が見られた。
【０００６】
また、特許文献３に開示されたＬＮＴの再生方法によれば、バーナにより、燃料を効率的に完全燃焼させて、ＬＮＴを加熱することのみ考慮しており、バーナを不完全燃焼させて、ＮＯｘの還元剤として、燃焼ガス中の一酸化炭素（ＣＯ）の含有量や、燃料ガス（ＨＣあるいは燃料未燃成分）の含有量を所定範囲内の値に調整し、ＬＮＴを効率的に再生することは、全く考慮されていなかった。
さらに、特許文献４に開示された還元剤供給ノズルを用いたＮＯｘ吸蔵触媒の再生方法では、冷却された還元剤によりＮＯｘ吸蔵触媒の再生を試みたものであり、ＬＮＴを迅速に活性化温度以上に、例えば、３００℃以上に加熱することは困難であって、ＬＮＴを効率的に再生することは困難であった。また、ＮＯｘ自体の還元剤としての一酸化炭素（ＣＯ）や燃料ガス（ＨＣ）をＮＯｘ吸蔵触媒に供給することについては、何ら考慮されていなかった。
【０００７】
そこで、本発明の発明者らは、以上の問題を鋭意検討した結果、燃焼ガスを酸化させるための酸化触媒を備えたバーナを排気通路の所定箇所に配置するとともに、あえて燃料を不完全燃焼させ、燃焼ガス中の一酸化炭素（ＣＯ）や、燃料ガス（ＨＣ）の含有量を増加させた燃焼ガスを噴射させることにより、排気浄化部材を効率的に再生できることを見出し、本発明を完成させたものである。
すなわち、本発明の目的は、排気浄化部材の上流側であって、排気通路に連通する噴射出口を介して接続されたバーナにおいて、バーナから噴射される燃焼ガスを酸化するための酸化触媒を備えることにより、燃焼ガス中の一酸化炭素（ＣＯ）、燃料ガス（ＨＣ）、熱量を容易に制御できるため、ディーゼルエンジン等の運転状態等によらず、ディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）やＮＯｘ吸蔵触媒（ＬＮＴ）等の再生を効率的に行なうことができる排気浄化部材の再生装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明によれば、内燃機関の排気通路中に備えられて排気ガスを浄化するための排気浄化部材の再生装置であって、バーナと、当該バーナから噴射される燃焼ガスを酸化するための酸化触媒と、を備えた排気浄化部材の再生装置が提供され、上述した問題点を解決することができる。
【０００９】
また、本発明の排気浄化部材の再生装置を構成するにあたり、排気浄化部材の上流側で、排気通路に連通する噴射出口を介して接続されることが好ましい。
【００１０】
また、本発明の排気浄化部材の再生装置を構成するにあたり、バーナは、燃料を供給するためのインジェクタと、燃料に空気を混合するための第１の空気導入管と、供給された燃料を加熱して蒸発させるための燃料蒸発装置と、気化した燃料を拡散噴射させるためのオリフィスと、燃料の燃焼を補助するための空気を取り入れる第２の空気導入管と、噴射された燃料に着火して燃焼ガスとするための燃料点火装置と、を含むことが好ましい。
【００１１】
また、本発明の排気浄化部材の再生装置を構成するにあたり、バーナでの空燃比を０．１〜１．０未満の範囲内の値とすることが好ましい。
なお、バーナでの空燃比とは、バーナから噴射される燃焼ガスの空燃比の測定値、又は、バーナから噴射させる燃焼ガスの空燃比の設定値を意味し、以下、設定空燃比と称する場合がある。
【００１２】
また、本発明の排気浄化部材の再生装置を構成するにあたり、噴射出口と、排気浄化部材との間に、排気ガスにおける空燃比を測定するためのラムダセンサを備えることが好ましい。
【００１３】
また、本発明の排気浄化部材の再生装置を構成するにあたり、排気浄化部材は、ＮＯｘ吸蔵触媒又は、酸化触媒を上流側に備えたパティキュレートフィルタを含むことが好ましい。
【００１４】
また、本発明の別の態様は、内燃機関の排気通路中に備えられ、排気ガスを浄化するための排気浄化部材の再生方法であって、内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出手段と、排気浄化部材の上流側で、排気通路に連通する噴射出口を介して接続されるとともに、噴射される燃焼ガスを酸化するための酸化触媒を備えたバーナと、を備え、当該バーナから、運転状態検出手段によって検出される内燃機関の運転状態に応じた空燃比で燃焼ガスを噴射させることを特徴とする排気浄化部材の再生方法である。
【発明の効果】
【００１５】
すなわち、本発明の排気浄化部材の再生装置によれば、バーナと、所定の酸化触媒と、を備えるとともに、内燃機関から独立させて接続することにより、内燃機関の運転状態に対応して、独立してバーナでの設定空燃比を制御することができるとともに、燃焼ガス中に含まれる燃料ガスから、効率よく一酸化炭素を発生させることができる。
したがって、燃焼ガス中に含まれる熱量、燃料ガス、一酸化炭素の量を容易に制御することができ、ディーゼルパティキュレートフィルタ等に吸着したＰＭ等を効率的に酸化（燃焼）させたり、ＮＯｘ吸蔵触媒等においてＮＯｘを効率的に還元させたりすることができる。
よって、定期的に実施する場合はもちろんのこと、任意時期に実施した場合であっても、ＰＭ等が吸着したフィルタや、温度が低下したＮＯｘ吸蔵触媒等の再生を効率的に行なうことができる。
【００１６】
また、本発明の排気浄化部材の再生装置によれば、排気通路の所定位置に接続することにより、内燃機関の運転状態にかかわらず、再生装置から噴射された、所定量の燃料ガス、一酸化炭素、及び熱量を含む燃焼ガスを、効率よく排気浄化部材に導くことができ、より効率的に再生することができる。
【００１７】
また、本発明の排気浄化部材の再生装置によれば、バーナが、所定のインジェクタと、第１の空気導入管と、燃料蒸発装置と、オリフィスと、第２の空気導入管と、燃料点火装置と、を含むことにより、バーナの構造を簡略化、小型化することができるとともに、燃焼ガスの設定空燃比を容易に制御して、排気浄化部材を効率的に再生することができる。
【００１８】
また、本発明の排気浄化部材の再生装置によれば、所定位置に備えたバーナにおける設定空燃比を所定範囲内の値とすることにより、ディーゼルエンジン等の運転状態等によらず、排気浄化部材を所定温度に加熱してＰＭ等を効率的に酸化したり、ＮＯｘを効率的に還元したりすることができる。
【００１９】
また、本発明の排気浄化部材の再生装置によれば、所定位置に、排気ガスにおける空燃比を測定するためのラムダセンサ（酸素センサ）を備えることにより、排気浄化部材に送り込まれる排気ガスの空燃比を測定して、バーナでの設定空燃比を制御することができる。したがって、燃焼ガス中の一酸化炭素（ＣＯ）の含有量や燃料ガス（ＨＣ）の含有量を、独立的にそれぞれ精度良く調整することができ、さらには、排気ガス中の一酸化炭素（ＣＯ）の含有量や燃料ガス（ＨＣ）の含有量を考慮しながら、それぞれについて精度良く調整することもできる。
【００２０】
また、本発明の排気浄化部材の再生装置によれば、対象となる排気浄化部材として、所定のＮＯｘ吸蔵触媒、あるいは酸化触媒を上流側に備えたパティキュレートフィルタを含むことにより、バーナから吹き付ける燃焼ガス中の一酸化炭素（ＣＯ）、燃料ガス（ＨＣ）、及び所定熱量によって、それぞれより効率的に再生することができる。
【００２１】
また、本発明の排気浄化部材の再生方法によれば、所定位置に配置され、酸化触媒を備えたバーナから、内燃機関の運転状態に対応させて、バーナでの設定空燃比を所定範囲内の値に制御して、燃焼ガスを噴射させることにより、燃料ガスを、発熱剤や還元剤として有効利用することができる。したがって、ディーゼルエンジン等がどのような運転状態にあっても、排気浄化部材を独立的に所定温度に上昇させるとともに、ディーゼルパティキュレートフィルタ等に吸着したＰＭ等を効率的に酸化（燃焼）させたり、ＮＯｘ吸蔵触媒等においてＮＯｘを効率的に還元させたりすることができる。
よって、定期的に実施する場合はもちろんのこと、任意時期に実施した場合であっても、ＰＭ等が吸着したフィルタや、温度が低下したＮＯｘ吸蔵触媒等の再生を効率的に行なうことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
本発明の実施形態は、図１に示すように、内燃機関の排気通路中に備えられて排気ガスを浄化するための排気浄化部材の再生装置１０であって、バーナ１２と、当該バーナ１２から噴射される燃焼ガスを酸化するための酸化触媒１３と、を備えることを特徴とする排気浄化部材の再生装置１０である。
以下、本実施形態による内燃機関における排気浄化部材の再生装置及び再生方法について説明する。なお、図１は、本実施形態の排気浄化部材の再生装置の具体的構成を説明するために供する図であり、図２及び図３は、それぞれ当該排気浄化部材の再生装置を内燃機関の排気通路中に備えた状態を示す図である。
【００２３】
１．基本的構成
本実施形態の排気浄化部材の再生装置は、図１に示すように、バーナ１２と、当該バーナ１２から噴射される燃焼ガスを酸化するための酸化触媒１３と、を備えることを特徴とする。すなわち、酸化触媒１３を備えることにより、バーナ１２において所定の設定空燃比で燃焼させた燃焼ガス中の燃料ガスを酸化させて、効率的に一酸化炭素を生成することができるためである。
より具体的には、バーナ１２から噴射された燃焼ガスは、所定量の熱量及び燃料ガスを含むため、通常であれば、燃料ガスの一部が余熱によって不完全燃焼を起こし、少量の一酸化炭素が発生する。ところが、本実施形態の再生装置１０であれば、バーナ１２の下流側に酸化触媒１３を備えているために、燃焼ガス中の熱量によって当該酸化触媒１３が活性化するとともに、燃焼ガス中の燃料ガス及び少量の酸素が酸化触媒１３によって不完全燃焼を起こし、効率的に一酸化炭素を発生させることができる。したがって、燃焼ガス中の熱量、及び一酸化炭素（ＣＯ）、さらに残存する燃料ガス（ＨＣ）を利用して、ディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）やＮＯｘ吸蔵触媒（ＬＮＴ）等の排気浄化部材の再生効率を著しく向上させることができる。
なお、本発明の再生装置から噴射された燃焼ガスが、排気浄化部材の再生に及ぼす影響については、後で詳しく説明する。
【００２４】
また、再生装置１０は、図２及び図３に示すように、内燃機関５１の排気通路２０中に備えられており、排気浄化部材３６、４４の上流側で、排気通路２０に連通する噴射出口１６を介して接続されることを特徴とする。
すなわち、内燃機関から独立して、内燃機関の排気通路に連通する噴射出口を介して接続してあることにより、内燃機関の運転状態が、仮にアイドリング状態であって、排気温度が比較的低い場合であっても、バーナにおいて、燃料及び空気を所望濃度で混合して、当該内燃機関の運転状態に応じた所定の設定空燃比で燃焼させることができる。あるいは、仮に通常の運転状態であって、排気温度が比較的高い場合であっても、同様に、当該内燃機関の運転状態に応じた所定の設定空燃比で燃焼させることができる。逆に言えば、バーナの燃焼状態もまた、内燃機関の運転状態等に影響を与える可能性が少ないことから、ディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）やＮＯｘ吸蔵触媒（ＬＮＴ）等の再生の際に、内燃機関の運転状態等を所定状態に定める必要が無い。したがって、ディーゼルパティキュレートフィルタやＮＯｘ吸蔵触媒等の排気浄化部材の再生に関して、当該ディーゼルパティキュレートフィルタやＮＯｘ吸蔵触媒等の性能が低下してきた場合に、内燃機関の運転状態にかかわらず、定期的に再生することはもちろんのこと、任意時期であっても排気浄化部材を再生することができる。
【００２５】
２．酸化触媒
また、バーナ１２から噴射される燃焼ガスを酸化させるための酸化触媒１３としては、特に制限されるものでなく、公知のもの、例えば、アルミナに白金を担持させたものに、所定量のセリウム等の希土類元素を添加したものを用いることができる。
すなわち、一酸化炭素（ＣＯ）及び燃料ガス（ＨＣ）が排気浄化部材の再生に与える影響度合いとしては、一般的に、一酸化炭素が燃料ガスより優れていると言われているが、かかる酸化触媒１３を備えることにより、バーナ１２から噴射される燃焼ガスに含まれる燃料ガス（ＨＣ）を効率的に不完全燃焼させて一酸化炭素（ＣＯ）に変換することができる。
【００２６】
３．バーナ
また、バーナ１２は、図１に示すように、高圧燃料を供給するためのインジェクタ６０と、高圧燃料に空気を混合するための第１の空気導入管７０と、供給された燃料を加熱して蒸発させるための燃料蒸発装置８１と、蒸発して気化した燃料を拡散噴射させるためのオリフィス８０と、燃料の燃焼を補助するための空気を取り入れる第２の空気導入管８７と、燃料に着火して燃焼ガスとするための燃料点火装置８４と、を含むことが好ましい。
この理由は、このように構成することにより、例えば、予備混合タイプの構成のバーナと比較して、バーナ１２の小型化を図ることができるとともに、噴射する燃焼ガスに含まれる未燃焼の燃料ガス（ＨＣ）の量を容易に制御することができるためである。より詳細には、拡散タイプのオリフィス８０によって、燃料を拡散して噴射させることにより、その中心部の燃料は、第２の空気導入管８７から取り入れた空気に触れないために燃焼することない。したがって、燃料ガスとして燃焼ガス中に含まれた状態で噴射させることができる。
【００２７】
４．ラムダセンサ
また、図１に例示するように、排気通路に連通する噴射出口１６と、排気浄化部材３６、４４との間に、排気ガスにおける空燃比を測定するラムダセンサ２４を備えることが好ましい。
この理由は、このようにラムダセンサ２４を備えることにより、バーナ１２から噴射され、酸化触媒１３を通過した燃焼ガスが混合された排気ガスにおける空燃比に基づいて、バーナでの設定空燃比を調整することができるためである。
【００２８】
なお、図１に示すようにラムダセンサ２４を配置した場合、例えば、ラムダセンサ２４によって測定された排気ガスにおける空燃比に基づいて、内燃機関とは独立的にバーナでの設定空燃比の調整が可能であって、高温状態の排気通路２０の途中から、所定量の一酸化炭素（ＣＯ）、燃料（ＨＣ）、及び所定熱量を排気浄化部材に供給することができ、内燃機関の運転状態に関わらず、排気浄化部材を効率的に再生することができる。
また、内燃機関の運転状態に対応させて、排気浄化部材に対し、本発明の排気浄化部材の再生装置により、所定量の一酸化炭素、燃料、及び所定熱量の燃焼ガスを排気浄化部材に供給することもできる。すなわち、内燃機関からの排気ガスの温度が比較的高い場合や低い場合、あるいはかかる排気ガスに含まれる一酸化炭素や燃料ガスの含有量が多い場合には、それらを考慮して、本発明の排気浄化部材の再生装置により、所定量の一酸化炭素、燃料ガス、及び所定熱量を調整した上で、燃焼ガスを排気浄化部材に供給することができ、より効率的に排気浄化部材を再生することができる。
【００２９】
５．内燃機関
図２及び図３において、それぞれ矢印Ｄで示される排気ガスを排出する内燃機関５１としては、ディーゼルエンジンやガソリンエンジンが典型的であるが、排気浄化部材の取り付けが必須であるばかりか、その再生が必須のディーゼルエンジンを対象とすることが適している。
また、図２及び図３において示される運転状態検出手段５３は、内燃機関の運転状態、すなわち、内燃機関の回転数や、排気温度等を検出する手段であって、当該検出結果に基づいて、排気浄化部材の再生装置から噴射される燃焼ガスにおける、空燃比が制御されるように構成してあることが好ましい。
【００３０】
６．排気通路
また、図２及び図３において示される排気通路２０は、内燃機関の排気口２２に接続されており、他端が排気浄化部材３６、４４に接続される。かかる排気通路２０の断面形状は、円形、楕円、あるいは角柱の排気通路２０であれば特にその形態は特に制限されるものではない。
ただし、内燃機関とは独立的に、所定量の一酸化炭素、燃料ガス、及び所定熱量を排気浄化部材に対して供給すべく、本発明の排気浄化部材の再生装置を取り付けやすくするために、図２や図３に例示するように、排気通路２０の途中に屈曲部２８を設けることが好ましい。そして、その屈曲部２９に噴射出口１６を介して、本発明の排気浄化部材の再生装置１０を接続できるように構成してあることが好ましい。
【００３１】
７．排気浄化部材
また、再生する対象である排気浄化部材としては、図２や図３に例示するように、ディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）３６やＮＯｘ吸蔵触媒（ＬＮＴ）４４が典型的である。
かかるディーゼルパティキュレートフィルタとしては公知材料から構成することができるが、例えば、セラミック材料から構成されたハニカム構造のフィルタであって、排気ガス中のＰＭその他の微粒子を補集してこれを浄化するものである。
ここで、かかるパティキュレートフィルタ３６の上流側に酸化触媒３２を設けてあることが好ましい。この理由は、ディーゼルパティキュレートフィルタ３６に排気ガスを導入する前に、排気ガス中に含まれるＨＣやＮＯｘ等を酸化させることができるためである。また、ディーゼルパティキュレートフィルタ３６が目詰まり状態となってきたときに、本発明の再生装置により、効率的に酸化触媒３２を昇温活性化させるとともに、フィルタ３６に吸着したＰＭ等を加熱酸化させて、再生することができるためである。
【００３２】
また、ＮＯｘ吸蔵触媒についても公知材料から構成することができるが、例えば、アルミナ繊維等の表面や内部に、白金（Ｐｔ）、カリウム（Ｋ）、ナトリウム（Ｎａ）、セシウム（Ｃｓ）、バリウム（Ｂａ）、カルシウム（Ｃａ）、ランタン（Ｌａ）、イットリウム（Ｙ）、ロジウム（Ｒｂ）等の少なくとも一種の元素化合物を担持させることにより構成することができる。
そして、ＮＯｘ吸蔵触媒の温度が低下した状態となったときに、本発明の再生装置により、高温の燃焼ガスを吹き付けて触媒の温度を活性化温度以上まで上昇させるとともに、燃焼ガス中に含まれる、還元剤としての一酸化炭素及び燃料ガスを利用して、ＮＯｘ化合物を還元させて放出し、ＮＯｘ吸蔵触媒を再生するものである。
【００３３】
８．再生方法
次に、本発明の排気浄化部材の再生装置を用いて実施する排気浄化部材の再生方法について説明する。かかる排気浄化部材の再生方法は、ディーゼルエンジン等の内燃機関の運転状態を、運転状態検出手段によって検出するとともに、検出される運転状態に応じた空燃比で、バーナから燃焼ガスを噴射させることを特徴としている。
すなわち、内燃機関を通常運転させている場合には、排気温度が比較的高温になり、ＮＯｘ吸蔵触媒やディーゼルパティキュレートフィルタにおいて、ＮＯｘの還元反応や、ＰＭの燃焼等が効率的に行われる。一方、エンジンの始動時やアイドリング状態等には、排気温度が低温になり、ＮＯｘ吸蔵触媒やディーゼルパティキュレートフィルタの温度を上昇させることができないために、それらの排気浄化部材に吸着したＮＯｘの還元反応や、ＰＭ等の燃焼を行うことが困難となる。したがって、排気浄化部材の上流側で、排気通路に連通する噴射出口を介して接続されたバーナから、内燃機関の運転状態に対応させて、バーナでの空燃比を設定して燃焼ガスを噴射させることにより、排気浄化部材を効率的に再生させることができる。
そして、本発明に係る排気浄化部材の再生装置は、所定のバーナ、及び当該バーナから噴射された燃焼ガスを酸化させるための酸化触媒を備えているために、バーナにおいて、空燃比の制御を精度良く行うとともに、酸化触媒において、効率的に一酸化炭素を生成することができる。したがって、ＮＯｘ吸蔵触媒やディーゼルパティキュレートフィルタの再生をより効率的に行うことができる。
【００３４】
例えば、ＮＯｘ吸蔵触媒を再生する場合には、燃焼ガス中の熱量によってＮＯｘ吸蔵触媒の温度を活性化温度以上まで上昇させる一方、燃料ガス及び一酸化炭素をＮＯｘの還元剤として用いることができるために、ＮＯｘを効率的に還元反応させて、ＮＯｘ吸蔵触媒の再生を極めて効率的に行なうことができる。
すなわち、本発明の排気浄化部材の再生装置によれば、燃焼ガス中に含まれる燃料ガスが余熱等によって不完全燃焼して一酸化炭素が発生するだけでなく、酸化触媒によっても効率的に一酸化炭素を発生させることができる。したがって、燃焼ガス中の一酸化炭素の含有量を効果的に増加させて、燃焼ガスを噴射させることができるために、ＮＯｘ吸蔵触媒の再生効率を著しく向上させることができる。
【００３５】
また、ディーゼルパティキュレートフィルタを再生する場合には、本発明の再生装置から噴射された燃焼ガスに含まれる熱量が、フィルタの上流側に配置された酸化触媒に導入され、当該酸化触媒を活性化温度以上まで加熱することができる。そして、燃焼ガス中に含まれる発熱剤としての一酸化炭素及び燃料ガスが、当該酸化触媒によって酸化反応することにより、燃焼ガスの温度がさらに高温に上昇する。したがって、当該酸化触媒の下流側に配置されたフィルタを効率的に加熱し、フィルタに付着したＰＭ等を酸化（燃焼）させることにより、ディーゼルパティキュレートフィルタの再生を極めて効率的に行うことができる。
このとき、発熱剤としては、燃料ガスあるいは一酸化炭素のいずれであっても好適に利用することができる。したがって、酸化触媒を備えたバーナから噴射された燃料ガス及び一酸化炭素を所定量含む燃焼ガスによって、フィルタ上流側の酸化触媒を通過することによりフィルタが効果的に加熱され、ディーゼルパティキュレートフィルタを効率的に再生することができる。
【００３６】
９．空燃比（ラムダ値）
また、バーナでの空燃比が０．１〜１．０未満の範囲内の値となるように、燃焼ガスを噴射させることが好ましい。また、かかる空燃比は、ディーゼルエンジン等の内燃機関の運転状態に応じて制御することが好ましい。
この理由は、このように所定位置に備えた再生装置において、空燃比が所定範囲内の値となるように、所定の燃焼ガスを噴射させることにより、ディーゼルエンジン等の運転状態がどのような状態にあっても、排気浄化部材を所定温度に加熱したり、還元したりすることができるためである。
より具体的には、エンジンの始動時やアイドリング状態等には、排気温度が低温になり、ＮＯｘ吸蔵触媒やディーゼルパティキュレートフィルタの温度を上昇させることができないために、それらの排気浄化部材に吸着したＮＯｘの還元反応や、ＰＭ等の燃焼を行うことが困難となる場合がある。したがって、ディーゼルエンジン等の運転状態に応じた空燃比でバーナから燃焼ガスを噴射させることにより、より効率的に、排気浄化部材を再生させることができる。
【００３７】
ここで、図４〜図７を参照して、本発明の排気浄化部材の再生装置を用いてディーゼルパティキュレートフィルタを再生する場合における、バーナでの設定空燃比（ラムダ値）と、燃焼ガス中に含まれる一酸化炭素（ＣＯ）及び燃料ガスの総量（ＴＨＣ）と、排気ガスの温度と、のそれぞれの関係について説明する。
【００３８】
まず、図４に概略図を示すように、本発明の排気浄化部材の再生装置１０における酸化触媒１３の前後に濃度センサ６１ａ、６１ｂを配置して、バーナ１２での設定空燃比を変えた場合における、バーナ１２から噴射された燃焼ガスが、再生装置１０に備えた酸化触媒１３を通過する前後の、燃焼ガス中に含まれる一酸化炭素（ＣＯ）及び燃料ガス（ＴＨＣ）の量の測定を行った。得られた結果に基づいて、図５に、バーナでの設定空燃比としてのラムダ値（−）と、バーナ１２から噴射された燃焼ガスが、酸化触媒１３を通過する前後における、燃焼ガス中に含まれる一酸化炭素（ＣＯ）及び燃料ガス（ＴＨＣ）の量（ｖｏｌ％）と、の関係を示す。かかる図５中、ラインＡが酸化触媒１３を通過前の燃焼ガス中に含まれる燃料ガスの量を、ラインＢが酸化触媒１３を通過後の燃焼ガス中に含まれる燃料ガスの量をそれぞれ示している。また、ラインＣが酸化触媒１３を通過前の燃焼ガス中に含まれる一酸化炭素（ＣＯ）の量を、ラインＤが酸化触媒１３を通過後の燃焼ガス中に含まれる一酸化炭素（ＣＯ）の量をそれぞれ示している。
【００３９】
かかる図５から容易に理解できるように、バーナでの設定空燃比（ラムダ値）を所定範囲内に制御することにより、バーナにおいて燃料ガスを不完全燃焼させて、燃焼ガス中に、一酸化炭素及び燃料ガスを所定量含めることができるとともに、酸化触媒において効率的に一酸化炭素（ＣＯ）を生成することができる。すなわち、例えば、ラムダ値を０．９程度にした場合には、酸化触媒を通過させることにより、燃焼ガスに含まれる一酸化炭素及び燃料ガスの量を約０．００１ｖｏｌ％とすることができる。また、ラムダ値を０．５程度にした場合には、酸化触媒を通過する前における燃焼ガスに含まれる一酸化炭素の量を約１７ｖｏｌ％とし、燃料ガスの量を約２．５ｖｏｌ％以上の値とすることができるとともに、酸化触媒を通過させることにより、燃焼ガスに含まれる燃料ガスの量を減少させる一方、一酸化炭素の量を増加させて、約２０ｖｏｌ％とすることができる。
特に、空燃比（ラムダ値）を０．６以下の値とした場合には、一酸化炭素（ＣＯ）が酸化触媒１３を通過することにより酸化されて二酸化炭素（ＣＯ2）になる割合が少なくなるために、酸化触媒を通過した後の一酸化炭素（ＣＯ）の量が、通過する前の一酸化炭素の量よりも増加している。したがって、一酸化炭素（ＣＯ）及び燃料ガス（ＨＣ）が排気浄化部材の再生に与える影響度合いとしては、一般的に、一酸化炭素が燃料ガスより優れていると言われていることを考慮すると、バーナでの設定空燃比（ラムダ値）を０．１〜１．０未満の範囲内の値とすることが好ましく、０．１５〜０．８の範囲内の値とすることがより好ましく、０．２〜０．６の以下の値とすることがさらに好ましい。
【００４０】
次に、図６に概略図を示すように、酸化触媒３２を上流側に備えたディーゼルパティキュレートフィルタにおける、酸化触媒３２の前後に温度センサ及び濃度センサ６２ａ、６２ｂを配置して、バーナ１２での設定空燃比を変えた場合における、ディーゼルパティキュレートフィルタの上流側に備えた酸化触媒３２を通過する前後の排気ガスの温度（℃）の測定を行った。得られた結果に基づいて、図７に、酸化触媒３２を上流側に備えたディーゼルパティキュレートフィルタにおける、酸化触媒３２の通過前及び通過後での排気ガスの温度（℃）の変化と、本発明の排気浄化部材の再生装置におけるバーナでの設定空燃比であるラムダ値（−）、及びそれに含まれる一酸化炭素（ＣＯ）と燃料ガス（ＨＣ）の量（ｖｏｌ％）と、の関係を示す。かかる図７中、ラインＡが、ディーゼルエンジンから排出される排気ガスの温度である１２０℃ラインを示し、ラインＢが、ラムダ値と、ディーゼルパティキュレートフィルタの上流に配置された酸化触媒３２の通過前における排気ガスの温度との関係を示し、ラインＣが、ラムダ値と、ディーゼルパティキュレートフィルタの上流に配置された酸化触媒３２の通過後における排気ガスの温度との関係を示している。また、ラインＤが、ラムダ値と、燃焼ガス中の一酸化炭素の量との特性関係を示し、ラインＥが、ラムダ値と、燃焼ガス中の燃料ガスの量と、の特性関係をそれぞれ示している。
【００４１】
かかる図７から容易に理解されるように、バーナでの設定空燃比（ラムダ値）が所定範囲内の値であれば、燃焼ガス中に、一酸化炭素及び燃料ガスを所定量含めることができる。すなわち、例えば、ラムダ値を０．９程度にした場合には、燃焼ガスに含まれる一酸化炭素及び燃料ガスの量を、それぞれ約０．００１ｖｏｌ％とすることができるとともに、ディーゼルパティキュレートフィルタの上流側に備えた酸化触媒３２の通過前後に渡って、排気ガスの温度を約１５０℃上昇させることができる。
また、ラムダ値を０．５程度にした場合には、燃焼ガスに含まれる一酸化炭素の量を約７．５ｖｏｌ％、燃料ガスの量を約５ｖｏｌ％とすることができるとともに、かかる酸化触媒３２の通過前においては、排気ガスの温度の上昇が約７０℃程度であるものの、酸化触媒３２の通過後であって、ディーゼルパティキュレートフィルタに到達する時点では、さらに約２００℃上昇させることができる。
【００４２】
さらに、ラムダ値を０．５以下の値とした場合には、燃焼ガスに含まれる一酸化炭素及び燃料ガスの量が次第に増加していくことを考慮すると、酸化触媒３２の通過後であって、ディーゼルパティキュレートフィルタに到達する時点での排気ガスの温度（図７中のラインＣ）は、少なくとも横這い以上に推移するものと思われる。
したがって、バーナでの空燃比（ラムダ値）を０．１〜１．０未満の範囲内の値することが好ましく、０．１５〜０．８の範囲内の値とすることがより好ましく、０．２〜０．６の範囲内の値とすることがさらに好ましい。このような空燃比となるように不完全燃焼させることにより、所定量の一酸化炭素、あるいは燃料ガスをディーゼルパティキュレートフィルタやＮＯｘ吸蔵触媒等に対して、２５０〜１，２００℃の高温の燃焼ガスとともに吹き付けることができ、これらのフィルタやＮＯｘ吸蔵触媒等の再生を極めて効率的に行なうことができるためである。
【００４３】
すなわち、ＮＯｘ吸蔵触媒やディーゼルパティキュレートフィルタの再生には、バーナでの設定空燃比や、燃焼ガスに含まれる一酸化炭素及び燃料ガス、熱量の量が大きく影響することが理解される。
そして、本発明によれば、図２や図３に示すように、排気浄化部材３６、４４の上流側で、排気通路２０に連通する噴射出口１６を介して接続され、所定のバーナ１２及び酸化触媒１３を備えた再生装置１０から燃焼ガスを噴射させることにより、燃焼ガスに含まれる一酸化炭素及び燃料ガス、熱量の量を所定範囲内に調整することが極めて容易である。また、燃焼ガスを酸化させるための酸化触媒１３によって、燃焼ガス中の一酸化炭素の量を増加させることにより、特に、ＮＯｘ吸蔵触媒の再生効率をさらに向上させることができる。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
以上のように本発明によれば、排気浄化部材の再生装置が、所定のバーナ及び酸化触媒を備えることにより、内燃機関の運転機関に対応させてバーナの設定空燃比を制御することが容易であるとともに、燃焼ガス中に含まれる一酸化炭素、燃料ガス、及び熱量の量を効率的に制御することができる。したがって、ディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）やＮＯｘ吸蔵触媒（ＬＮＴ）等の排気浄化部材を効率的に再生可能な再生装置を提供することができる。
また、本発明によれば、排気浄化部材の上流側で、排気通路に連通する噴射出口を介して接続することにより、ディーゼルエンジン等の運転状態等によらず、ディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）やＮＯｘ吸蔵触媒（ＬＮＴ）等の再生を独立的に行なうことができる排気浄化部材の再生装置を提供することができる。
なお、本発明の排気浄化部材の再生方法及び再生装置は、それぞれ切替え再生方式とすることもできるが、ディーゼルエンジン等による運転時と、同時に再生を行なう連続再生方式とすることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の排気浄化部材の再生装置を説明するために供する図である。
【図２】本発明の再生装置を、ディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）を含む内燃機関の排気通路に備えた状態を示す図である。
【図３】本発明の再生装置を、ＮＯｘ吸蔵触媒（ＬＮＴ）を含む内燃機関の排気通路に備えた状態を示す図である。
【図４】本発明の再生装置における、酸化触媒の通過前後の燃焼ガスの特性の測定方法を説明するために供する図である。
【図５】燃焼ガスの空燃比（ラムダ値）と、本発明の再生装置における酸化触媒を通過する前後の燃焼ガスに含まれる一酸化炭素、燃料ガスの量と、の関係をそれぞれ示す特性図である。
【図６】ディーゼルパティキュレートフィルタの上流に配置された酸化触媒の通過前後における排気ガスの温度の測定方法を説明するために供する図である。
【図７】燃焼ガスの空燃比（ラムダ値）と、燃焼ガス中の一酸化炭素、燃料ガス、ディーゼルパティキュレートフィルタの上流に配置された酸化触媒を通過する前後における排気ガスの温度と、の関係をそれぞれ示す特性図である。
【図８】（ａ）及び（ｂ）は、従来のアスピレータバーナを用いた再生方法を説明するために供する図である。
【図９】（ａ）及び（ｂ）は、従来の触媒バーナを備えたディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）の再生方法を説明するために供する図である。
【図１０】（ａ）及び（ｂ）は、従来のバーナを用いた再生方法を説明するために供する図である。
【図１１】従来の還元ノズルを用いたＮＯｘ吸蔵触媒（ＬＮＴ）の再生方法を説明するために供する図である。
【符号の説明】
【００４６】
１０：排気浄化部材の再生装置
１２：バーナ
１３：酸化触媒
１６：噴射出口
１８：温度センサ
２０：排気通路
２２：内燃機関の排気口
２４：ラムダセンサ
２８：屈曲部
３０、３８：触媒ケース
３２：酸化触媒
３６：ディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）
４４：ＮＯｘ吸蔵触媒
６０：インジェクタ
７０：第１の空気導入管
７２：グロープラグ
８０：オリフィス
８１：燃料蒸発装置
８４：燃料点火装置
８７：第２の空気導入管
８８：噴射出口
【図１】
2006057479.tif 000003
【図２】
2006057479.tif 000004
【図３】
2006057479.tif 000005
【図４】
2006057479.tif 000006
【図５】
2006057479.tif 000007
【図６】
2006057479.tif 000008
【図７】
2006057479.tif 000009
【図８】
2006057479.tif 000010
【図９】
2006057479.tif 000011
【図１０】
2006057479.tif 000012
【図１１】
2006057479.tif 000013