(57)【要約】【課題】噴射される燃料を有効利用する。【解決手段】燃料噴射装置３１はＥＨＤアトマイザ３２を具備する。このＥＨＤアトマイザ３２は筒体３３と、筒体３３の先端に取り付けられた、細管３４とを具備する。筒体３３は燃料導入管３５を介して燃料タンク３６に連結され、燃料導入管３５内には電子制御式の燃料ポンプ３７が配置される。細管３４には電圧印加装置３８が電気的に接続される。燃料を噴射すべきときには燃料ポンプ３７が運転され、燃料タンク３６内の燃料が燃料導入管３５を介しＥＨＤアトマイザ３２の筒体３３内に供給される。この燃料は次いで細管３４内を流通して細管３４の先端から噴射され、このとき電圧印加装置３８により細管３４にパルス電圧、又はパルス電圧及び直流電圧が重畳的にが印加される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電圧印加手段が接続された燃料噴射管を具備し、該燃料噴射管にパルス電圧を印加しながら燃料を該燃料噴射管内を流通させ、それにより燃料にパルス電圧を印加しながら該燃料を噴射するようにした燃料噴射装置。
【請求項２】
燃料にパルス電圧及び直流電圧を重畳的に印加しながら該燃料を噴射する重畳印加噴射を行うようにした請求項１に記載の燃料噴射装置。
【請求項３】
燃料にパルス電圧のみを印加しながら該燃料を噴射するパルス印加噴射と、燃料に直流電圧のみを印加しながら該燃料を噴射する直流印加噴射とを選択的に切り換えるようにした請求項１に記載の燃料噴射装置。
【請求項４】
燃料にパルス電圧のみを印加しながら該燃料を噴射するパルス印加噴射と、燃料に電圧を印加することなく該燃料を噴射する無印加噴射とを選択的に切り換えるようにした請求項１に記載の燃料噴射装置。
【請求項５】
重畳印加噴射と、燃料にパルス電圧のみを印加しながら該燃料を噴射するパルス印加噴射とを選択的に切り換えるようにした請求項２に記載の燃料噴射装置。
【請求項６】
重畳印加噴射と、燃料に直流電圧のみを印加しながら該燃料を噴射する直流印加噴射とを選択的に切り換えるようにした請求項２に記載の燃料噴射装置。
【請求項７】
重畳印加噴射と、燃料に電圧を印加することなく該燃料を噴射する無印加噴射とを選択的に切り換えるようにした請求項２に記載の燃料噴射装置。
【請求項８】
燃料供給先の状態量に応じて燃料噴射形態を選択的に切り換えるようにした請求項３から７までのいずれか一項に記載の燃料噴射装置。
【請求項９】
電圧を印加しながら燃料噴射管内を流通させた燃料の少なくとも一部を貯蔵室内に貯蔵し、該貯蔵室内の燃料を噴射するようにした請求項１から８までのいずれか一項に記載の燃料噴射装置。
【請求項１０】
複数の貯蔵室を具備し、電圧を印加しながら燃料噴射管内を流通させた燃料の少なくとも一部をその性状に応じ分離してそれぞれ対応する貯蔵室内に貯蔵し、これら貯蔵室内の燃料をそれぞれ噴射するようにした請求項９に記載の燃料噴射装置。
【請求項１１】
燃料噴射管からの燃料及び貯蔵室内の燃料のうち少なくとも一つを選択的に噴射するようにした請求項９又は１０に記載の燃料噴射装置。
【請求項１２】
電圧を印加しながら燃料噴射管内を流通させた燃料の少なくとも一部を再度、電圧を印加しながら燃料噴射管内を流通させて噴射するようにした請求項１から１１までのいずれか一項に記載の燃料噴射装置。
【請求項１３】
燃料に酸素又は酸素含有物質を含有させた酸素含有燃料を形成し、燃料噴射管にパルス電圧を印加しながら該酸素含有燃料を燃料噴射管内を流通させ、それにより該酸素含有燃料にパルス電圧を印加しながら該酸素含有燃料を噴射するようにした請求項１から１２までのいずれか一項に記載の燃料噴射装置。
【請求項１４】
燃料噴射管にパルス電圧を印加しながら酸素又は酸素含有物質を燃料噴射管内を流通させ、それにより該酸素又は酸素含有物質にパルス電圧を印加しながら該酸素又は酸素含有物質を噴射するようにした請求項１から１３までのいずれか一項に記載の燃料噴射装置。
【請求項１５】
酸化性ガスを供給する酸化性ガス供給手段を具備し、燃料噴射後に該酸化性ガス供給手段から燃料供給先に酸化性ガスを供給するようにした請求項１から１４までのいずれか一項に記載の燃料噴射装置。
【請求項１６】
内燃機関の吸気通路内又は燃焼室内に燃料を噴射するのに適している請求項１から１５までのいずれか一項に記載の燃料噴射装置。
【請求項１７】
内燃機関の排気通路内に配置された触媒に燃料を供給するために該触媒上流の排気通路内に燃料を噴射するのに適している請求項１から１５までのいずれか一項に記載の燃料噴射装置。
【請求項１８】
前記触媒が、流入する排気ガスの空燃比がリーンのときには排気ガス中のＮＯｘを吸収し、流入する排気ガスの空燃比がリッチになると吸収しているＮＯｘを放出するＮＯｘ吸収剤を具備し、ＮＯｘ吸収剤からＮＯｘを放出させるべきときに燃料噴射装置から燃料を噴射してＮＯｘ吸収剤内に流入する排気ガスの空燃比が一時的にリッチになるようにした請求項１７に記載の燃料噴射装置。
【請求項１９】
流入する排気ガスの空燃比がリーンのときには排気ガス中のＮＯｘを吸収し、流入する排気ガスの空燃比がリッチになると吸収しているＮＯｘを放出するＮＯｘ吸収剤を機関排気通路内に配置し、該ＮＯｘ吸収剤上流の機関排気通路内に燃料噴射装置を配置し、ＮＯｘ吸収剤からＮＯｘを放出させるべきときには燃料に燃料噴射装置から燃料を噴射してＮＯｘ吸収剤内に流入する排気ガスの空燃比が一時的にリッチになるようにした内燃機関の排気浄化装置において、燃料噴射装置が、電圧印加手段が接続された燃料噴射管を具備し、該燃料噴射管にパルス電圧を印加しながら燃料を該燃料噴射管内を流通させ、それにより燃料にパルス電圧を印加しながら該燃料を噴射するようにした内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２０】
ＮＯｘ吸収剤の温度を検出し、燃料にパルス電圧のみを印加しながら該燃料を噴射するパルス印加噴射と、燃料に直流電圧のみを印加しながら該燃料を噴射する直流印加噴射とをＮＯｘ吸収剤の温度に応じて選択的に切り換えるようにした請求項１９に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２１】
ＮＯｘ吸収剤の温度を検出し、燃料にパルス電圧のみを印加しながら該燃料を噴射するパルス印加噴射と、燃料に電圧を印加することなく該燃料を噴射する無印加噴射とをＮＯｘ吸収剤の温度に応じて選択的に切り換えるようにした請求項１９に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２２】
ＮＯｘ吸収剤の温度を検出し、燃料にパルス電圧及び直流電圧を重畳的に印加しながら該燃料を噴射する重畳印加噴射と、燃料にパルス電圧のみを印加しながら該燃料を噴射するパルス印加噴射とをＮＯｘ吸収剤の温度に応じて選択的に切り換えるようにした請求項１９に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２３】
ＮＯｘ吸収剤の温度を検出し、燃料にパルス電圧及び直流電圧を重畳的に印加しながら該燃料を噴射する重畳印加噴射と、燃料に直流電圧のみを印加しながら該燃料を噴射する直流印加噴射とをＮＯｘ吸収剤の温度に応じて選択的に切り換えるようにした請求項１９に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２４】
ＮＯｘ吸収剤の温度を検出し、燃料にパルス電圧及び直流電圧を重畳的に印加しながら該燃料を噴射する重畳印加噴射と、燃料に電圧を印加することなく該燃料を噴射する無印加噴射とをＮＯｘ吸収剤の温度に応じて選択的に切り換えるようにした請求項１９に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は燃料噴射装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
機関燃焼室内に燃料（炭化水素）を供給するために機関吸気通路内若しくは燃焼室内に燃料を噴射し、又は機関排気通路内に配置された触媒に還元剤として燃料を供給するために排気通路内に燃料を噴射する燃料噴射装置が従来から知られている。この場合、当然であるが、燃料を有効利用するのが好ましく、そのための手段として噴射燃料の微粒化が知られている。
【０００３】
一方、毛細管に電圧を印加しながら液体をこの毛細管内を流通させ、それにより液体に電圧を印加しながら噴射する電気流体力学（ＥＨＤ）噴射が公知である（例えば特許文献１参照）。この特許文献１では液体に直流電圧が印加される。その結果、液体が同一極性に帯電されこのとき液体に生ずる電気的反発力でもって噴射液滴が微粒化される。
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−１７０５１４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
そうすると、燃料を上述したようなＥＨＤ噴射によって噴射すれば、噴射燃料の微粒化を促進できると考えられる。
【０００６】
ところで、燃料を改質例えば軽質化することも、燃料の反応性が高められるので、燃料の有効利用のために効果的である。
【０００７】
しかしながら、上述のように直流電圧を印加するＥＨＤ噴射では、噴射燃料の微粒化を促進することができるけれども、燃料の改質を行うことができない。すなわち、燃料の微粒化及び改質を同時に行うことができないのである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明によれば、電圧印加手段が接続された燃料噴射管を具備し、該燃料噴射管にパルス電圧を印加しながら燃料を該燃料噴射管内を流通させ、それにより燃料にパルス電圧を印加しながら該燃料を噴射するようにしている。
【０００９】
また、本発明によれば、流入する排気ガスの空燃比がリーンのときには排気ガス中のＮＯｘを吸収し、流入する排気ガスの空燃比がリッチになると吸収しているＮＯｘを放出するＮＯｘ吸収剤を機関排気通路内に配置し、該ＮＯｘ吸収剤上流の機関排気通路内に燃料噴射装置を配置し、ＮＯｘ吸収剤からＮＯｘを放出させるべきときには燃料に燃料噴射装置から燃料を噴射してＮＯｘ吸収剤内に流入する排気ガスの空燃比が一時的にリッチになるようにした内燃機関の排気浄化装置において、燃料噴射装置が、電圧印加手段が接続された燃料噴射管を具備し、該燃料噴射管にパルス電圧を印加しながら燃料を該燃料噴射管内を流通させ、それにより燃料にパルス電圧を印加しながら該燃料を噴射するようにしている。
【発明の効果】
【００１０】
燃料の微粒化及び改質を同時に行うことができるので、燃料を有効利用することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
図１を参照すると、燃料噴射装置３１は燃料噴射ノズルないしＥＨＤアトマイザ３２を具備する。このＥＨＤアトマイザ３２はセラミックのような絶縁性材料からなる筒体３３と、筒体３３の先端に取り付けられた、金属のような導電性材料からなる燃料噴射管３４とを具備する。本発明による実施例では燃料噴射管３４は細管ないしキャピラリから構成される。筒体３３は燃料導入管３５を介して燃料タンク３６に連結され、燃料導入管３５内には電子制御式の燃料ポンプ３７が配置される。一方、細管３４には電圧印加装置３８が電気的に接続される。なお、筒体３３は帯電しないように接地される。
【００１２】
燃料は例えばガソリン、軽油、アルコールのような液体炭化水素から構成することができる。
【００１３】
燃料を噴射すべきときには燃料ポンプ３７が運転され、燃料タンク３６内の燃料が燃料導入管３５を介しＥＨＤアトマイザ３２の筒体３３内に供給される。この燃料は次いで細管３４内を流通して細管３４の先端から噴射され、このとき電圧印加装置３８により細管３４に電圧が印加される。すなわち、一般化して言うと、細管３４に電圧を印加しながら燃料を細管３４内を流通させ、それにより燃料に電圧を印加しながら燃料を噴射するＥＨＤ噴射が行われる。
【００１４】
図２は本発明による実施例の電圧印加パターンを示している。図２に示される例では、電圧印加装置３８はパルス電源を具備しており、燃料にパルス電圧Ｖｐが繰り返し印加される。すなわち、印加電圧Ｖが一定周期でパルス電圧Ｖｐ（＜０）とされると共に、わずかばかりの電圧保持時間Δｔだけパルス電圧Ｖｐに保持される。
【００１５】
このように燃料にパルス電圧を印加すると、燃料の改質作用と微粒化作用とを同時に得ることができることが本願発明者によって確認されている。
【００１６】
この場合の燃料の改質及び微粒化メカニズムについては不明な点もあるが、おおよそ次のように考えられている。すなわち、燃料にパルス電圧Ｖｐを印加すると、印加電圧ＶはゼロからＶｐまで変化し、このとき燃料中を流れる電流ないし電子によって燃料（炭化水素）分子の化学結合が切断される。その結果、例えば直鎖状炭化水素を構成する炭素分子数が少なくなり、多重結合が一重結合になり、環状炭化水素が開環され、又は水素が発生し、斯くして燃料が改質される。一方、印加電圧Ｖがパルス電圧Ｖｐに保持されている電圧保持時間Δｔ中には、燃料に直流電圧を印加した場合と同様に、燃料が同一極性に帯電され、燃料に生ずる電気的反発力でもって燃料液滴が微粒化される。このようにして、燃料にエネルギが注入され、燃料の改質作用及び微粒化作用を同時に得ることができるのである。これが本発明の基本的な考え方である。
【００１７】
図３は本発明による別の実施例の電圧印加パターンを示している。図３に示される例では、電圧印加装置３８はパルス電源及び直流電源を具備しており、燃料にパルス電圧Ｖｐ（＜０）と直流電圧Ｖｄ（＜０）とが重畳的に印加される。
【００１８】
上述の燃料改質及び微粒化メカニズムによれば、燃料に電圧を定常的に印加すると、燃料が帯電されて燃料の微粒化作用が促進される。したがって、燃料にパルス電圧及び直流電圧を重畳的に印加すると、パルス印加噴射の場合に比べて、燃料に電圧が定常的に印加される時間が長くなるので、燃料の帯電量が大きくなって燃料に生ずる電気的反発力が大きくなり、斯くして燃料の微粒化が更に促進される。
【００１９】
また、直流電圧Ｖｄにパルス電圧Ｖｐを重畳的に印加すると、印加電圧のピーク値はＶｐ＋Ｖｄとなり、パルス電圧（Ｖｐ＋Ｖｄ）のみを印加した場合と同程度のエネルギが燃料に注入されることになる。したがって、パルス電圧Ｖｐを単独で印加するよりも、燃料の改質作用を更に促進することができる。
【００２０】
なお、以下では、図２に示されるように燃料にパルス電圧のみを印加しながら燃料を噴射する燃料噴射形態をパルス印加噴射と称し、図３に示されるように燃料にパルス電圧及び直流電圧を重畳的に印加しながら燃料を噴射する燃料噴射形態を重畳印加噴射と称する。また、図４に示されるように燃料に直流電圧Ｖｄのみを印加しながら燃料を噴射する燃料噴射形態を直流印加噴射と称し、燃料に電圧を印加することなく燃料を噴射する燃料噴射形態を無印加噴射と称することにする。
【００２１】
パルス印加噴射及び重畳印加噴射を行ったときの良好な燃料改質及び微粒化作用は実験によっても裏付けられている。図５はこの実験に用いられた設備を示している。図５を参照すると、絶縁性材料からなるチャンバ４０の頂部にはＥＨＤアトマイザ３２が取り付けられ、チャンバ４０内部の底部にはトレイ４１が配置される。また、チャンバ４０内部の気相からサンプリングするサンプリングライン４２及びトレイ４１内の液相からサンプリングするサンプリングライン４３がチャンバ４０に連結され、これらサンプリングライン４２，４３にはそれぞれ分析計４４，４５が連結される。更に、チャンバ４０内部を観察する高速赤外線イメージングカメラ（最小分解能１００μｍ）４６が設けられる。
【００２２】
ＥＨＤアトマイザ３２の筒体３３をアルミナチューブから形成し、細管３４をステンレス針（長さ２．５ｃｍ、直径１．７ｍｍ）から形成した。また、燃料としてｎ−デカン（Ｃ１０Ｈ２２）を用いた。燃料を６ｍｌ／ｓｅｃでＥＨＤアトマイザ３２に連続的に供給し、パルス印加噴射、重畳印加噴射、及び無印加噴射を行った。パルス印加噴射の場合にはパルス電圧Ｖｐとして−２５ｋＶ、−２８ｋＶ、−３０ｋＶ（電流は３から２０ｍＡ、周波数は５０から２００Ｈｚ）を用いた。重畳印加噴射の場合にはパルス電圧Ｖｐとして−３０ｋＶ、直流電圧Ｖｄとして−１５ｋＶを用いた。この場合にチャンバ４０内の気相及び液相からサンプリングしたサンプルについてそれぞれ成分分析を行い、改質率（＝改質された燃料量／噴射された燃料量）を測定した。また、噴射燃料をカメラ４６により観察した。
【００２３】
図６（Ａ）及び（Ｂ）は改質率の実験結果を示している。図６（Ａ）及び（Ｂ）において、Ｒ１は無印加噴射の場合を、Ｅ１１，Ｅ１２，Ｅ１３はそれぞれパルス電圧を−２５ｋＶ、−２８ｋＶ、−３０ｋＶとしたパルス印加噴射の場合を、Ｅ２は重畳印加噴射の場合を、それぞれ示している。
【００２４】
図６（Ａ）に示されるように、パルス印加噴射の場合（Ｅ１１，Ｅ１２，Ｅ１３）には燃料の良好な改質作用が確認された。また、パルス電圧Ｖｐの大きさが大きくなるほど改質率が上昇することが確認された。これに対し、無印加噴射の場合（Ｒ１）には、燃料の改質作用はほとんど確認できなかった。また、パルス印加噴射の場合には、燃料がμｍオーダまで微粒化されていることがカメラ画像で確認できた。これに対し、無印加噴射の場合には、燃料液滴が細管４から落下するにすぎず、燃料の微粒化作用はほとんど確認できなかった。
【００２５】
更に、図６（Ｂ）に示されるように、重畳印加噴射の場合（Ｅ２）には、パルス電圧Ｖｐが同じパルス印加噴射の場合（Ｅ１３）よりも、燃料の改質作用が促進されることがが確認された。
【００２６】
本発明は様々な用途に適用することができる。例えば内燃機関の排気通路内に配置された触媒に燃料（炭化水素）を供給したり、内燃機関の燃焼室内に燃料を供給するのに本発明を適用することができる。
【００２７】
図７は圧縮着火式内燃機関の排気通路内に配置された触媒への燃料添加に本発明を適用した場合の第１実施例を示している。当然、火花点火式内燃機関の触媒への燃料添加にも本発明を適用できる。
【００２８】
図７を参照すると、１は機関本体、２は各気筒の燃焼室、３は各燃焼室２内にそれぞれ燃料を噴射するための電子制御式燃料噴射弁、４は吸気マニホルド、５は排気マニホルドをそれぞれ示す。吸気マニホルド４は吸気ダクト６を介して排気ターボチャージャ７のコンプレッサ７ａの出口に連結され、コンプレッサ７ａの入口はエアフローメータ８を介してエアクリーナ９に連結される。吸気ダクト６内には電子制御式スロットル弁１０が配置され、更に吸気ダクト６周りには吸気ダクト６内を流れる吸入空気を冷却するための冷却装置１１が配置される。図７に示される実施例では機関冷却水が冷却装置１１内に導かれ、機関冷却水によって吸入空気が冷却される。一方、排気マニホルド５は排気ターボチャージャ７の排気タービン７ｂの入口に連結され、排気タービン７ｂの出口は排気後処理装置２０に連結される。
【００２９】
排気マニホルド５と吸気マニホルド４とは排気ガス再循環（以下、ＥＧＲと称す）通路１２を介して互いに連結され、ＥＧＲ通路１２内には電子制御式ＥＧＲ制御弁１３が配置される。また、ＥＧＲ通路１２周りにはＥＧＲ通路１２内を流れるＥＧＲガスを冷却するための冷却装置１４が配置される。図７に示される実施例では機関冷却水が冷却装置１４内に導かれ、機関冷却水によってＥＧＲガスが冷却される。一方、各燃料噴射弁３は燃料供給管１５を介してコモンレール１６に連結され、このコモンレール１６は電子制御式の吐出量可変な燃料ポンプ１７を介して燃料タンク１８に連結される。燃料タンク１８内の燃料例えば軽油は燃料ポンプ１７によりコモンレール１６内に供給され、コモンレール１６内に供給された燃料は各燃料供給管１５を介して燃料噴射弁３に供給される。
【００３０】
排気後処理装置２０は排気タービン７ｂの出口に連結された排気管２１と、排気管２１に連結された触媒コンバータ２２と、触媒コンバータ２２に連結された排気管２３とを具備する。触媒コンバータ２２内にはＮＯｘ吸蔵還元触媒２４が配置される。また、排気管２３には触媒コンバータ２２から排出された排気ガスの温度を検出するための温度センサ２５が配置される。触媒コンバータ２２から排出された排気ガスの温度はＮＯｘ吸蔵還元触媒２４の温度を表している。
【００３１】
更に、排気管２１には図１に示される燃料噴射装置３１が取り付けられる。この燃料噴射装置３１のＥＨＤアトマイザ３２は燃料導入管３５を介して燃料タンク１８に連結され、燃料導入管３５内に燃料ポンプ３７が配置される。図７に示される実施例では、ＥＨＤアトマイザ３２から排気管２１内に添加すべきときに燃料ポンプ３７が作動され、燃料ポンプ３７から吐出された量だけ燃料がＥＨＤアトマイザ３２から排気管２１内に添加される。また、電圧印加装置３８はパルス電源及び直流電源を具備しており、パルス電圧及び直流電圧の一方又は双方を燃料に印加できるようになっている。なお、燃料噴射装置３１を排気マニホルド５に取り付けることもできる。
【００３２】
電子制御ユニット５０はデジタルコンピュータからなり、双方向性バス５１によって互いに接続されたＲＯＭ（リードオンリメモリ）５２、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）５３、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）５４、入力ポート５５及び出力ポート５６を具備する。エアフローメータ８及び温度センサ２５の出力信号はそれぞれ対応するＡＤ変換器５７を介して入力ポート５５に入力される。また、アクセルペダル５９にはアクセルペダル５９の踏み込み量Ｌに比例した出力電圧を発生する負荷センサ６０が接続され、負荷センサ６０の出力電圧は対応するＡＤ変換器５７を介して入力ポート５５に入力される。更に入力ポート５５にはクランクシャフトが例えば１５°回転する毎に出力パルスを発生するクランク角センサ６１が接続される。ＣＰＵ５４ではクランク角センサ６１からの出力パルスに基づいて機関回転数Ｎが算出される。一方、出力ポート５６は対応する駆動回路５８を介して燃料噴射弁３、スロットル弁１０駆動装置、ＥＧＲ制御弁１３、燃料ポンプ１７，３７、及び電圧印加装置３８に接続される。
【００３３】
図７に示される実施例ではＮＯｘ吸蔵還元触媒２４はハニカム構造をなしており、薄肉の隔壁により互いに分離された複数個の排気ガス流通路を具備する。各隔壁の両側表面上には例えばアルミナからなる触媒担体が担持されており、図８（Ａ）及び（Ｂ）はこの触媒担体６５の表面部分の断面を図解的に示している。図８（Ａ）及び（Ｂ）に示されるように触媒担体６５の表面上には貴金属触媒６６が分散して担持されており、更に触媒担体６５の表面上にはＮＯｘ吸収剤６７の層が形成されている。また、図７及び図８に示される実施例では貴金属触媒６６として白金Ｐｔが用いられており、ＮＯｘ吸収剤６７を構成する成分としては例えばカリウムＫ、ナトリウムＮａ、セシウムＣｓのようなアルカリ金属、バリウムＢａ、カルシウムＣａのようなアルカリ土類、ランタンＬａ、イットリウムＹのような希土類から選ばれた少なくとも一つが用いられている。なお、排気ガス中の微粒子を捕集するためのパティキュレートフィルタ上にＮＯｘ吸蔵還元触媒２４を担持させるようにしてもよい。
【００３４】
機関吸気通路、燃焼室２及びＮＯｘ吸蔵還元触媒２４上流の排気通路内に供給された空気及び燃料（炭化水素）の比を排気ガスの空燃比と称すると、ＮＯｘ吸収剤６７は排気ガスの空燃比がリーンのときにはＮＯｘを吸収し、排気ガス中の酸素濃度が低下すると吸収したＮＯｘを放出するＮＯｘの吸放出作用を行う。
【００３５】
すなわち、ＮＯｘ吸収剤６７を構成する成分としてバリウムＢａを用いた場合を例にとって説明すると、排気ガスの空燃比がリーンのとき、すなわち排気ガス中の酸素濃度が高いときには排気ガス中に含まれるＮＯは図８（Ａ）に示されるように白金Ｐｔ６６上において酸化されてＮＯ２となり、次いでＮＯｘ吸収剤６７内に吸収されて炭酸バリウムＢａＣＯ３と結合しながら硝酸イオンＮＯ３−の形でＮＯｘ吸収剤６７内に拡散する。このようにしてＮＯｘがＮＯｘ吸収剤６７内に吸収される。排気ガス中の酸素濃度が高い限り白金Ｐｔ６６の表面でＮＯ２が生成され、ＮＯｘ吸収剤６７のＮＯｘ吸収能力が飽和しない限りＮＯ２がＮＯｘ吸収剤６７内に吸収されて硝酸イオンＮＯ３−が生成される。
【００３６】
これに対し、排気ガスの空燃比がリッチ又は理論空燃比にされると排気ガス中の酸化濃度が低下するために反応が逆方向（ＮＯ３−→ＮＯ２）に進み、斯くして図８（Ｂ）に示されるようにＮＯｘ吸収剤６７内の硝酸イオンＮＯ３−がＮＯ２の形でＮＯｘ吸収剤６７から放出される。次いで放出されたＮＯｘは排気ガス中に含まれる未燃ＨＣ，ＣＯによって還元される。
【００３７】
図７に示される内燃機関ではリーン空燃比のもとで燃焼が継続されており、ＥＨＤアトマイザ３２から燃料が添加されない限りＮＯｘ吸収剤６７内に流入する排気ガスの空燃比はリーンに維持され、このとき排気ガス中のＮＯｘはＮＯｘ吸収剤６７内に吸収される。しかしながらリーン空燃比のもとでの燃焼が継続して行われるとその間にＮＯｘ吸収剤６７のＮＯｘ吸収能力が飽和してしまい、斯くしてＮＯｘ吸収剤６７によりＮＯｘを吸収できなくなってしまう。そこで本発明による第１実施例ではＮＯｘ吸収剤６７の吸収能力が飽和する前にＥＨＤアトマイザ３２から燃料を添加することによって排気ガスの空燃比を一時的にリッチにし、それによってＮＯｘ吸収剤６７からＮＯｘを放出させるようにしている。
【００３８】
すなわち、本発明による第１実施例ではＮＯｘ吸収剤６７に単位時間当り吸収されるＮＯｘ量ｄＮＯｘが要求トルクＴＱ及び機関回転数Ｎの関数として図９に示されるようなマップの形で予めＲＯＭ５２内に記憶されており、このＮＯｘ量ｄＮＯｘを積算することによってＮＯｘ吸収剤６７に吸収されているＮＯｘ量の積算値ΣＮＯｘが算出される。その上で、図１０にＸで示されるようにＮＯｘ量積算値ΣＮＯｘが許容値ＭＸを越える毎にＥＨＤアトマイザ３２から燃料が排気管２１内に添加され、それによりＮＯｘ吸収剤６７内に流入する排気ガスの空燃比が一時的にリッチに切り換えられる。その結果、ＮＯｘ吸収剤６７からＮＯｘが放出され還元される。
【００３９】
この場合、本発明による第１実施例ではＥＨＤアトマイザ３２においてパルス印加噴射又は重畳印加噴射が行われる。すなわち、パルス印加噴射の場合には、図１１（Ａ）に示されるように時期Ｘから時期Ｙまでの間において、パルス電圧Ｖｐを繰り返し印加しながら燃料が添加される。一方、重畳印加噴射の場合には、図１１（Ｂ）に示されるように時期Ｘから時期Ｙまでの間において、直流電圧Ｖｄを印加しつつパルス電圧Ｖｐを繰り返し印加しながら燃料が添加される。
【００４０】
パルス印加噴射又は重畳印加噴射を行うと、上述したように燃料の改質及び微粒化作用を同時に得ることができる。したがって、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２４に反応性の高い燃料を供給することができ、斯くしてＮＯｘ吸蔵還元触媒２４の排気浄化性能を向上させることができる。また、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２４内で消費される燃料が増大するので、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２４から流出する燃料を低減することもできる。このように、排気浄化作用のために燃料を有効利用することができる。
【００４１】
図１２は本発明による第１実施例のＮＯｘ放出制御ルーチンを示している。このルーチンはあらかじめ定められた設定時間ごとの割り込みによって実行される。
【００４２】
図１２を参照すると、まずステップ２００ではＮＯｘ量積算値ΣＮＯｘが算出される（ΣＮＯｘ＝ΣＮＯｘ＋ｄＮＯｘ）。続くステップ２０１ではＮＯｘ量積算値ΣＮＯｘが許容値ＭＸを越えているか否かが判別される。ΣＮＯｘ≦ＭＸのときには処理サイクルを終了し、ΣＮＯｘ＞ＭＸのときには次いでステップ２０２に進み、ＥＨＤアトマイザ３２でパルス印加噴射又は重畳印加噴射が行われることにより燃料添加が行われる。続くステップ２０３ではＮＯｘ量積算値ΣＮＯｘがクリアされる（ΣＮＯｘ＝０）。
【００４３】
パルス印加噴射又は重畳印加噴射を行ったときのＮＯｘ吸蔵還元触媒２４の良好な排気浄化性能は実験によっても裏付けられている。図１３はこの実験に用いられた設備を示している。図１３を参照すると、石英管７０内にＮＯｘ吸蔵還元触媒２４が収容されており、この石英管７０は電気炉７１内に収容されている。石英管７０にはその内部温度を検出する温度センサ（図示しない）が設けられており、石英管７０内部すなわち触媒温度が目標温度になるように電気炉７１の出力が制御される。石英管７０の入口には導入管７３が連結され、導入管７３にはバルブ装置７４を介してリーンガスライン７５又はリッチガスライン７６が選択的に連結される。また、導入管７３にはＥＨＤアトマイザ３２が取り付けられる。一方、石英管７０の出口には排気管７７が連結され、排気管７７には分析計７８が連結される。なお、図１３においてＦＭは流量計を表している。
【００４４】
本実験では、ジニトロジアミン白金溶液（白金：４．４％）及び酢酸バリウムを用い、市販のγ−Ａｌ２Ｏ３１００ｇに対してバリウム：０．２ｍｏｌ、白金２ｗｔ％を担持したＮＯｘ吸蔵還元触媒２４を作成した。また、ＥＨＤアトマイザ３２から添加される燃料としてＣ８Ｈ１８を用いた。
【００４５】
まず、次のような前処理を行った。すなわち、石英管７０内にＮ２のみを供給しながら、触媒温度を１０℃／ｍｉｎでもって４５０℃まで昇温した。次いで、触媒温度を４５０℃に保持しつつ還元性ガス（Ｈ２：１％、Ｎ２：バランス）を供給する還元処理を１５分間行った。次いで、石英管７０内にＮ２のみを供給しながら、触媒温度を１０℃／ｍｉｎでもって３００℃まで降温した。
【００４６】
次いで、石英管７０内にリーンガスライン７５から模擬リーンガスを１５リットル／ｍｉｎで供給した。模擬リーンガスの組成は、Ｏ２：８％、ＮＯ：２００ｐｐｍ、Ｈ２Ｏ：３％、Ｎ２：バランスとした。次いで、石英管７０からの排気ガス中のＮＯ濃度が模擬リーンガス中のＮＯ濃度（２００ｐｐｍ）とほぼ等しくなったら、すなわちＮＯｘ吸蔵還元触媒２４ないしＮＯｘ吸収剤６７が飽和したら、石英管７０内に供給するガスを模擬リッチガスに切り換えた。模擬リッチガスを供給すべきときには、ＮＯ：２００ｐｐｍ、Ｈ２Ｏ：３％、Ｎ２：バランスの組成のガスをリッチガスライン７６から供給すると共に、ＥＨＤアトマイザ３２からＣ８Ｈ１８を４．４ｃｃ／ｍｉｎで添加した。模擬リッチガスを１５リットル／ｍｉｎで３０秒供給した。この場合ＥＨＤアトマイザ３２において無印加噴射、直流印加噴射、及び重畳印加噴射を行い、それぞれの場合について吸蔵ＮＯｘ量ＳＮＯｘを求めた。
【００４７】
吸蔵ＮＯｘ量ＳＮＯｘ（ｍｏｌ−ＮＯ／ｇ−ｃａｔ）は、石英管７０内に供給するガスを模擬リッチガスから模擬リーンガスに切り換え、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２４が再度飽和するまで模擬リーンガスを供給したときにＮＯｘ吸蔵還元触媒２４内に吸蔵されたＮＯｘ量を測定し、これをＮＯｘ吸蔵還元触媒１ｇ当りに規格化したものである。この吸蔵ＮＯｘ量ＳＮＯｘは模擬リッチガス供給時にＮＯｘ吸蔵還元触媒２４から放出され還元されたＮＯｘ量にほぼ等しく、したがってＮＯｘ吸蔵還元触媒２４の排気浄化性能を表している。一方、ＥＨＤアトマイザ３２から添加された燃料の反応性が高いと、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２４から放出され還元されるＮＯｘ量が多くなる。したがって、吸蔵ＮＯｘ量ＳＮＯｘは添加燃料の反応性を表していると見ることもできる。なお、模擬リーンガス供給時にＮＯｘ吸蔵還元触媒２４内に吸蔵されたＮＯｘ量は例えば模擬リーンガス供給時に排気ガス中のＮＯ濃度を検出し、このＮＯ濃度と模擬リーンガス中のＮＯ濃度との差をＮＯｘ吸蔵還元触媒２４が飽和するまで時間積分することによって求めることができる。
【００４８】
図１４に吸蔵ＮＯｘ量ＳＮＯｘの実験結果を示す。図１４においてＲ２は模擬リッチガス供給時に無印加噴射を行った場合を、Ｒ３は直流印加噴射を行った場合を、Ｅ３は重畳印加噴射を行った場合をそれぞれ示している。図１４に示されるように、重畳印加噴射の場合（Ｅ３）には、無印加噴射（Ｒ２）及び直流印加噴射（Ｒ３）の場合に比べて、吸蔵ＮＯｘ量ＳＮＯｘが多くなっており、したがってＮＯｘ吸蔵還元触媒２４の排気浄化性能を高めることができる。
【００４９】
次に、本発明による第２実施例を説明する。
【００５０】
これまでの説明からわかるように、燃料の改質及び微粒化作用の程度すなわち燃料の反応性はＥＨＤアトマイザ３２の燃料噴射形態に応じて異なり、すなわち無印加噴射、直流印加噴射、パルス印加噴射、重畳印加噴射の順に高くなる。ところが、燃料への電圧印加に伴う消費エネルギはこの順に多くなる。一方、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２４ないしＮＯｘ吸収剤６７の温度すなわち触媒温度Ｔｃが低いときには燃料への電圧印加により燃料の反応性を高める必要があるけれども、触媒温度Ｔｃが高いときにはその必要性は低い。
【００５１】
そこで本発明による第２実施例では、ＥＨＤアトマイザ３２の燃料噴射形態を触媒温度Ｔｃに応じて選択的に切り換えるようにしている。具体的には、図１５に示されるように触媒温度Ｔｃが第１の切換温度Ｔ１１よりも低いときには重畳印加噴射が行われ、触媒温度Ｔｃが第１の切換温度Ｔ１１よりも高く第２の切換温度Ｔ１２（＞Ｔ１１）よりも低いときにはパルス印加噴射が行われる。また、触媒温度Ｔｃが第２の切換温度Ｔ１２よりも高く第３の切換温度Ｔ１３（＞Ｔ１２）よりも低いときには直流印加噴射が行われ、触媒温度Ｔｃが第３の切換温度Ｔ１３よりも高いときには無印加噴射が行われる。
【００５２】
ここで、Ｔ１１はパルス印加噴射を行ったときにＮＯｘ吸蔵還元触媒２４の排気浄化性能が許容下限となる温度を、Ｔ１２は直流印加噴射を行ったときにＮＯｘ吸蔵還元触媒２４の排気浄化性能が許容下限となる温度を、Ｔ１３は無印加噴射を行ったときにＮＯｘ吸蔵還元触媒２４の排気浄化性能が許容下限となる温度を、それぞれ表している。
【００５３】
このようにすると、燃料への印加電圧に伴う消費エネルギを低減しつつ、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２４に添加された燃料をＮＯｘ放出のために有効に利用することができる。
【００５４】
また、本発明による第２実施例では、図１５に示されるように、触媒温度Ｔｃが許容下限温度ＴＬよりも低いときには、ＥＨＤアトマイザ３２からの燃料添加を禁止し、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２４内に流入する排気ガスの空燃比をリーンに維持しながら触媒温度Ｔｃを上昇させる昇温制御を行うようにしている。触媒温度Ｔｃが許容下限温度ＴＬよりも低いときには、ＥＨＤアトマイザ３２からＮＯｘ吸蔵還元触媒２４に燃料を添加しても、燃料がＮＯｘ吸蔵還元触媒２４でほとんど消費されることなくＮＯｘ吸蔵還元触媒２４から排出されるおそれがあるからである。昇温制御は例えば燃料噴射弁３からの燃料噴射量を増大させてＮＯｘ吸蔵還元触媒２４内に流入する排気ガスの温度を上昇させることにより行うことができる。
【００５５】
したがって、一般化して言うと、パルス印加噴射と直流印加噴射とを選択的に切り換え、又はパルス印加噴射と無印加噴射とを選択的に切り換えているということになる。あるいは、重畳印加噴射とパルス印加噴射とを選択的に切り換え、又は重畳印加噴射と直流印加噴射とを選択的に切り換え、又は重畳印加噴射と無印加噴射とを選択的に切り換えているということにもなる。
【００５６】
図１６及び図１７は本発明による第２実施例のＮＯｘ放出制御ルーチンを示している。このルーチンはあらかじめ定められた設定時間ごとの割り込みによって実行される。
【００５７】
図１６及び図１７を参照すると、まずステップ２２０ではＮＯｘ量積算値ΣＮＯｘが算出される（ΣＮＯｘ＝ΣＮＯｘ＋ｄＮＯｘ）。続くステップ２２１ではＮＯｘ量積算値ΣＮＯｘが許容値ＭＸを越えているか否かが判別される。ΣＮＯｘ≦ＭＸのときには処理サイクルを終了し、ΣＮＯｘ＞ＭＸのときには次いでステップ２２２に進み、触媒温度Ｔｃが許容下限温度ＴＬよりも低いか否かが判別される。Ｔｃ＜ＴＬのときには次いでステップ２２３に進み、昇温制御が行われる。これに対し、Ｔｃ≧ＴＬのときにはステップ２２２からステップ２２４に進み、触媒温度Ｔｃが第１の切換温度Ｔ１１よりも低いか否かが判別される。Ｔｃ＜Ｔ１１のとき、すなわちＴＬ≦Ｔｃ＜Ｔ１１のときには次いでステップ２２５に進み、重畳印加噴射が行われる。次いでステップ２３１に進む。これに対し、Ｔｃ≧Ｔ１１のときにはステップ２２４からステップ２２６に進み、触媒温度Ｔｃが第２の切換温度Ｔ１２よりも低いか否かが判別される。Ｔｃ＜Ｔ１２のとき、すなわちＴ１１≦Ｔｃ＜Ｔ１２のときには次いでステップ２２７に進み、パルス印加噴射が行われる。次いでステップ２３１に進む。これに対し、Ｔｃ≧Ｔ１２のときにはステップ２２６からステップ２２８に進み、触媒温度Ｔｃが第３の切換温度Ｔ１３よりも低いか否かが判別される。Ｔｃ＜Ｔ１３のとき、すなわちＴ１２≦Ｔｃ＜Ｔ１３のときには次いでステップ２２９に進み、直流印加噴射が行われる。次いでステップ２３１に進む。これに対し、Ｔｃ≧Ｔ１３のときにはステップ２２８からステップ２３０に進み、無印加噴射が行われる。次いでステップ２３１に進む。ステップ２３１ではＮＯｘ量積算値ΣＮＯｘがクリアされる（ΣＮＯｘ＝０）。
【００５８】
本発明による第２実施例では上述したように、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２４の温度Ｔｃに応じて燃料噴射形態を選択的に切り換えるようにしている。しかしながら、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２４周りの圧力や、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２４内に流入する排気ガス中若しくはＮＯｘ吸蔵還元触媒２４から流出する排気ガス中の特定成分量などに応じて燃料噴射形態を選択的に切り換えるようにすることもできる。すなわち、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２４の状態量に応じて燃料噴射形態を選択的に切り換えるようにすることもできる。
【００５９】
一方、上述したように本発明を機関燃焼室内への燃料供給に適用することもでき、この場合には機関冷却水温のような機関温度に応じて燃料噴射形態を選択的に切り換えるようにすることができる。例えば、機関冷却水温が低いときには重畳印加噴射を行い、機関冷却水温が高くなるにつれて順次、パルス印加噴射、直流印加噴射、無印加噴射に切り換えるようにすることができる。このようにすると良好な燃焼を得ることができ、燃焼室から排出される未燃ＨＣ量を低減することができる。
【００６０】
したがって、一般化して言うと、燃料供給先の状態量に応じて燃料噴射形態を選択的に切り換えているということになる。
【００６１】
次に、図１８を参照して本発明による第３実施例を説明する。
【００６２】
図１８を参照すると、燃料ポンプ３７とＥＨＤアトマイザ３２間の燃料導入管３５に電子制御式の開閉弁３９が配置される。また、ＥＨＤアトマイザ３２の細管３４の先端に燃料添加管８０が連結される。この燃料添加管８０からは燃料管８１が分岐されており、燃料管８１は貯蔵室８２に連結される。貯蔵室８２は一方では燃料添加管８３に連結され、他方では燃料循環管８４を介して開閉弁３９とＥＨＤアトマイザ３２間の燃料導入管３５に連結される。燃料管８１の分岐部よりも下流の燃料添加管８０内、燃料管８１内、燃料添加管８３内、及び燃料循環管８４内にはそれぞれ電子制御式の開閉弁８５，８６，８７，８８が配置される。更に、燃料循環管８４内には電子制御式の燃料ポンプ８９も配置される。
【００６３】
開閉弁３９，８５を開弁し開閉弁８６，８７，８８を閉弁し燃料ポンプ３７を作動させると、燃料タンク１８内の燃料がＥＨＤアトマイザ３２内を流通し、次いで排気管２１内に噴射ないし添加される。この場合、パルス電圧のみ又はパルス電圧及び直流電圧を重畳的に印加しながら燃料を細管３４内を流通させることにより、改質及び微粒化された燃料をＮＯｘ吸蔵還元触媒２４に添加することができる。この燃料添加形態は燃料の改質及び微粒化作用の点で上述したパルス印加噴射又は重畳印加噴射とほぼ同等である。以下ではこの燃料添加形態を電圧印加添加と称する。なお、電圧を印加することなく燃料を細管３４内を流通させるようにしてもよく、この燃料添加形態を無印加添加と称する。
【００６４】
一方、開閉弁３９，８６を開弁し開閉弁８５，８７，８８を閉弁し燃料ポンプ３７を作動させると、燃料タンク１８内の燃料がＥＨＤアトマイザ３２内を流通し、次いで貯蔵室８２内に貯蔵される。この場合、パルス電圧のみ又はパルス電圧及び直流電圧を重畳的に印加しながら燃料を細管３４内を流通させることにより、改質された燃料を貯蔵室８２内に貯蔵することができる。なお、ＥＨＤアトマイザ３２から噴射された燃料は貯蔵室８２内に到るまでに除電され、貯蔵室８２内ではほとんど微粒化されていない。
【００６５】
次いで、開閉弁８５を閉弁し開閉弁８７を開弁すると、貯蔵室８２内の改質された燃料がＮＯｘ吸蔵還元触媒２４に添加される。したがって、改質された燃料を任意のタイミングでＮＯｘ吸蔵還元触媒２４に供給することができる。以下では、このような燃料添加形態を貯蔵燃料添加と称する。
【００６６】
あるいは、開閉弁３９，８６，８７，を閉弁し開閉弁８５，８８を開弁し燃料ポンプ８９を作動させると、貯蔵室８２内の燃料が再度ＥＨＤアトマイザ３２内を流通し、次いでＮＯｘ吸蔵還元触媒２４に添加される。この場合、パルス電圧のみ又はパルス電圧及び直流電圧を重畳的に印加しながら燃料を細管３４内を流通させることにより、燃料への電圧印加が再度行われ、更に改質されかつ微粒化された燃料をＮＯｘ吸蔵還元触媒２４に添加することができる。以下では、このような燃料添加形態を循環燃料添加と称する。
【００６７】
このように本発明による第３実施例にはさまざまな燃料添加形態があり、これら燃料添加形態を選択的に切り換えることができる。例えば図１９に示されるように燃料添加形態を触媒温度Ｔｃに応じて選択的に切り換えることができる。すなわち、図１９に示される例では、触媒温度Ｔｃが第１の切換温度Ｔ２１よりも低いときには循環燃料添加が行われ、触媒温度Ｔｃが第１の切換温度Ｔ２１よりも高く第２の切換温度Ｔ２２（＞Ｔ２１）よりも低いときには電圧印加添加が行われる。また、触媒温度Ｔｃが第２の切換温度Ｔ２２よりも高く第３の切換温度Ｔ２３（＞Ｔ２２）よりも低いときには貯蔵燃料添加が行われ、触媒温度Ｔｃが第３の切換温度Ｔ２３よりも高いときには無印加添加が行われる。このようにしているのは、燃料の改質及び微粒化作用の程度を考えると、無印加添加、貯蔵燃料添加、電圧印加添加、循環燃料添加の順で、添加燃料の反応性が高くなるからである。
【００６８】
ここで、Ｔ２１はパルス印加添加を行ったときにＮＯｘ吸蔵還元触媒２４の排気浄化性能が許容下限となる温度を、Ｔ２２は貯蔵燃料添加を行ったときにＮＯｘ吸蔵還元触媒２４の排気浄化性能が許容下限となる温度を、Ｔ２３は無印加添加を行ったときにＮＯｘ吸蔵還元触媒２４の排気浄化性能が許容下限となる温度を、それぞれ表している。
【００６９】
なお、上述の説明では、細管３４内を流通した燃料のすべてが貯蔵室８２内に貯蔵される。しかしながら、細管３４内を流通した燃料の一部を貯蔵室８２内に貯蔵し、残りを排気管２１内に添加するようにしてもよい。したがって、一般化して言うと、電圧を印加しながら細管３４内を流通させた燃料の少なくとも一部を貯蔵室８２内に貯蔵し、貯蔵室８２内の燃料を噴射しているということになる。
【００７０】
循環燃料添加におけるように燃料への電圧印加を繰り返して行ったときの良好な燃料改質作用は実験によっても裏付けられている。図２０にはこの実験に用いられた設備が示されており、この実験設備は循環路９０を介してトレイ４１内の燃料を再度ＥＨＤアトマイザ３２に供給できるようになっている点で、図５の実験設備と構成を異にしている。本実験では、まず、パルス電圧Ｖｐを−３０ｋＶとしてパルス印加噴射を５分間行い、トレイ４１内に溜まった燃料を再度ＥＨＤアトマイザ３２に供給し循環させながら、パルス印加噴射を更に５分間行い、改質率を測定した。
【００７１】
図２１は改質率の実験結果を示している。図２１においてＥ１３は図６（Ａ）におけるのと同様にパルス印加噴射を１回だけ行った場合を、Ｅ４は燃料を循環させてパルス印加噴射を繰り返し行った場合を示している。図２１に示されるように、パルス印加噴射を繰り返し行うことにより、燃料の改質作用を促進できることが確認された。
【００７２】
次に、図２２を参照して本発明による第４実施例を説明する。
【００７３】
図２２を参照すると、ＥＨＤアトマイザ３２の細管３４の先端に燃料添加管１００が連結される。この燃料添加管１００からは燃料管１０１が分岐されており、燃料管１０１は液体成分室１０２に連結される。液体成分室１０２は一方では燃料管１０３を介して気体成分室１０４に連結され、他方では燃料管１０５を介して三方弁１０６に連結される。三方弁１０６は一方では燃料添加管１０７に連結され、他方では燃料循環管１０８を介して開閉弁３９とＥＨＤアトマイザ３２間の燃料導入管３５に連結される。また、気体成分室１０４は燃料添加管１０９に連結される。燃料管１０１の分岐部よりも下流の燃料添加管１００内、燃料管１０１，１０３内、燃料循環管１０８内、及び燃料添加管１０９内にはそれぞれ電子制御式の開閉弁１１０，１１１，１１２，１１３，１１４が配置される。更に、燃料管１０３内及び燃料循環管１０８内には電子制御式の燃料ポンプ１１５，１１６も配置される。
【００７４】
開閉弁３９，１１０を開弁し開閉弁１１１，１１３を閉弁し燃料ポンプ３７を作動させると、燃料タンク１８内の燃料がＥＨＤアトマイザ３２内を流通し、次いで排気管２１内に噴射ないし添加される。この場合、パルス電圧のみ又はパルス電圧及び直流電圧を重畳的に印加しながら燃料を細管３４内を流通させることにより、改質及び微粒化された燃料をＮＯｘ吸蔵還元触媒２４に添加することができる。この燃料添加形態は燃料の改質及び微粒化作用の点で本発明による第３実施例の電圧印加添加と同等であり、本発明による第４実施例でも電圧印加添加と称することにする。なお、電圧を印加することなく燃料を細管３４内を流通させる無印加添加を行うこともできる。
【００７５】
一方、開閉弁３９，１１１を開弁し開閉弁１１０を閉弁し燃料ポンプ３７を作動させると、燃料タンク１８内の燃料がＥＨＤアトマイザ３２内を流通し、次いで液体成分室１０２内に流入する。この場合、パルス電圧のみ又はパルス電圧及び直流電圧を重畳的に印加しながら燃料を細管３４内を流通させることにより、改質された燃料を液体成分室１０２内に供給することができる。なお、液体成分室１０２内に到った燃料は既に除電されており、微粒化されていない。ここで、開閉弁１１２を開弁し燃料ポンプ１１５を作動させると、液体成分室１０２内の燃料のうち気体成分が気体成分室１０４内に流入し、液体成分は液体成分室１０２内に残る。その結果、液体成分室１０２内には改質された燃料の液体成分が貯蔵され、気体成分室１０４内には改質された燃料の気体成分が貯蔵される。
【００７６】
次いで、開閉弁１１０を閉弁し三方弁１０６により液体成分室１０２を燃料添加管１０７に連結し燃料ポンプ１１６を作動させると、液体成分室１０２内の液体成分がＮＯｘ吸蔵還元触媒２４に添加される。以下では、このような燃料添加形態を液体成分添加と称する。
【００７７】
これに対し、開閉弁１１０を閉弁し開閉弁１１４を開弁すると、気体成分室１０４内の気体成分がＮＯｘ吸蔵還元触媒２４に添加される。以下では、このような燃料添加形態を気体成分添加と称する。
【００７８】
あるいは、開閉弁３９，１１１を閉弁し開閉弁１１０，１１３を開弁し三方弁１０６により液体成分室１０２を燃料循環管１０８に連結し燃料ポンプ１１６を作動させると、液体成分室１０２内の液体成分が再度ＥＨＤアトマイザ３２内を流通し、次いでＮＯｘ吸蔵還元触媒２４に添加される。この場合、パルス電圧のみ又はパルス電圧及び直流電圧を重畳的に印加しながら燃料を細管３４内を流通させることにより、燃料への電圧印加が再度行われ、更に改質されかつ微粒化された燃料をＮＯｘ吸蔵還元触媒２４に添加することができる。この燃料添加形態は燃料の改質及び微粒化作用の点で本発明による第３実施例の循環燃料添加とほぼ同等であり、本発明による第４実施例でも循環燃料添加と称する。
【００７９】
このように本発明による第４実施例にもさまざまな燃料添加形態があり、これら燃料添加形態を選択的に切り換えることができる。例えば図２３に示されるように燃料添加形態を触媒温度Ｔｃに応じて選択的に切り換えることができる。図２３に示される例では、触媒温度Ｔｃが第１の切換温度Ｔ３１よりも低いときには気体成分添加が行われ、触媒温度Ｔｃが第１の切換温度Ｔ３１よりも高く第２の切換温度Ｔ３２（＞Ｔ３１）よりも低いときには循環燃料添加が行われる。また、触媒温度Ｔｃが第２の切換温度Ｔ３２よりも高く第３の切換温度Ｔ３３（＞Ｔ３２）よりも低いときには電圧印加添加が行われ、触媒温度Ｔｃが第３の切換温度Ｔ３３よりも高く第４の切換温度Ｔ３４（＞Ｔ３３）よりも低いときには液体成分添加が行われ、触媒温度Ｔｃが第４の切換温度Ｔ３４よりも高いときには無印加添加が行われる。このようにしているのは、無印加添加、液体成分添加、電圧印加添加、循環燃料添加、気体成分添加の順で、添加燃料の反応性が高くなるからである。
【００８０】
ここで、Ｔ３１は循環燃料添加を行ったときにＮＯｘ吸蔵還元触媒２４の排気浄化性能が許容下限となる温度を、Ｔ３２はパルス印加添加を行ったときにＮＯｘ吸蔵還元触媒２４の排気浄化性能が許容下限となる温度を、Ｔ３３は液体成分添加を行ったときにＮＯｘ吸蔵還元触媒２４の排気浄化性能が許容下限となる温度を、Ｔ３４は無印加添加を行ったときにＮＯｘ吸蔵還元触媒２４の排気浄化性能が許容下限となる温度を、それぞれ表している。
【００８１】
本発明による第４実施例でも、細管３４内を流通した燃料の一部を液体成分室１０２又は気体成分室１０４内に貯蔵し、残りを排気管２１内に添加するようにしてもよい。したがって、一般化して言うと、複数の貯蔵室１０２，１０４を具備し、電圧を印加しながら細管３４内を流通させた燃料の少なくとも一部をその性状に応じ分離してそれぞれ対応する貯蔵室１０２，１０４内に貯蔵し、貯蔵室１０２，１０４内の燃料を噴射しているということになる。
【００８２】
次に、図２４を参照して本発明による第５実施例を説明する。
【００８３】
図２４を参照すると、燃料タンク１８に空気導入管１２０が連結され、この空気導入管１２０内に電子制御式の空気ポンプ１２１及びエアクリーナ１２２が配置される。空気ポンプ１２１が作動されると、空気ポンプ１２１から吐出された空気が燃料タンク１８内に圧送される。その結果、空気中の酸素が燃料（炭化水素）中に混合され又は溶解し、斯くして酸素含有燃料が形成される。この酸素含有燃料は次いでＥＨＤアトマイザ３２からパルス印加噴射又は重畳印加噴射によってＮＯｘ吸蔵還元触媒２４に添加される。
【００８４】
上述したようにパルス印加噴射又は重畳印加噴射が行われると水素が発生する。ところが、この水素は燃料（炭化水素）から離脱したものであり、このため燃料中に主として炭素原子からなる粒子が生成さるおそれがある。この炭素粒子が細管３４内壁面に付着してデポジットが形成されると細管３４に目詰まりが生じ、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２４に付着してデポジットが形成されるとＮＯｘ吸蔵還元触媒２４の排気浄化作用が低下するおそれがある。
【００８５】
そこで本発明による第５実施例では、酸素含有燃料を形成し、この酸素含有燃料をパルス印加噴射又は重畳印加噴射でもってＮＯｘ吸蔵還元触媒２４に添加するようにしている。すなわち、酸素混合燃料をパルス印加噴射又は重畳印加噴射すると、酸素混合燃料中の酸素が炭素原子又は炭化水素と反応し、斯くして炭素粒子又はデポジットの生成を抑制することができる。したがって、細管３４の目詰まりを抑制し、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２４の良好な排気浄化作用を維持することができる。
【００８６】
更に、酸素と炭素原子又は炭化水素との反応により一酸化炭素が生成される。この一酸化炭素は高い還元力を有しており、したがってＮＯｘ吸蔵還元触媒２４のＮＯｘ放出作用を促進することができる。
【００８７】
なお、空気に代えて、酸素単体又は酸素含有物質を燃料（炭化水素）に含有させることにより、酸素含有燃料を形成するようにしてもよい。
【００８８】
次に、図２５を参照して本発明による第６実施例を説明する。
【００８９】
図２５を参照すると、開閉弁３９とＥＨＤアトマイザ３２間の燃料導入管３５に空気導入管１３０が連結され、空気導入管３５内に電子制御式の開閉弁１３１、電子制御式の空気ポンプ１３２及びエアクリーナ１３３が配置される。また、ＥＨＤアトマイザ３２上流及び下流間の圧力差ΔＰを検出する圧力差センサ１３４が設けられる。
【００９０】
ＥＨＤアトマイザ３２に燃料を供給すべきときには開閉弁１３１が閉弁され開閉弁３９が開弁されて燃料ポンプ３７が作動される。これに対し、ＥＨＤアトマイザ３２に燃料を実質的に含まない空気を供給すべきときには開閉弁３９が閉弁され開閉弁１３１が開弁されて空気ポンプ１３２が作動される。
【００９１】
上述したようにパルス印加噴射又は重畳印加噴射が行われると、ＥＨＤアトマイザ３２の細管３４内壁面上にデポジットが形成されるおそれがある。一方、ＥＨＤアトマイザ３２内に空気を流通させこのときパルス電圧を印加すると、空気中の酸素からオゾンや酸素ラジカルといった酸化性ガスが発生し、この酸化性ガスは細管３４内壁面上のデポジットを酸化し除去することができる。
【００９２】
そこで本発明による第６実施例では、細管３４内壁面上に付着したデポジット量が多くなったときに、燃料の供給を停止し、ＥＨＤアトマイザ３２内に空気を流通させこのときパルス電圧を印加するようにしている。その結果、細管３４が目詰まりするのを抑制することができる。
【００９３】
図２６は本発明による第６実施例のデポジット除去制御ルーチンを示している。このルーチンはあらかじめ定められた設定時間ごとの割り込みによって実行される。
【００９４】
図２６を参照すると、まずステップ２４０では圧力差ΔＰが許容値ＰＸよりも大きいか否かが判別される。ΔＰ≦ＰＸのときには細管３４内壁面上のデポジット量が許容量よりも少ないと判断して処理サイクルを終了する。これに対し、ΔＰ＞ＰＸのときにはデポジット量が許容量よりも多いと判断して次いでステップ２４１に進み、ＥＨＤアトマイザ３２に空気を供給しつつパルス電圧が印加される。
【００９５】
なお、空気に代えて、酸素単体又は酸素含有物質をＥＨＤアトマイザ３２内を流通させ、パルス電圧を印加するようにしてもよい。
【００９６】
次に、図２７を参照して本発明による第７実施例を説明する。
【００９７】
図２７を参照すると、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２４上流の排気管２１に酸化性ガス発生供給装置１４０が連結される。この酸化性ガス発生供給装置１４０は例えば無声放電や紫外線照射によって大気中の酸素からオゾンや酸素ラジカルといった酸化性ガスを発生し、排気管２１内に供給する。
【００９８】
上述したようにパルス印加噴射又は重畳印加噴射が行われると、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２４上にデポジットが形成されるおそれがある。一方、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２４に酸化性ガスを供給すると、この酸化性ガスによってＮＯｘ吸蔵還元触媒２４上のデポジットが酸化され除去される。
【００９９】
そこで本発明による第７実施例では、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２４に酸化性ガスを供給し、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２４上のデポジットを酸化除去するようにしている。その結果、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２４の排気浄化性能が低下するのを抑制することができる。
【０１００】
酸化性ガスの供給タイミングには様々なタイミングが考えられる。図２８は本発明による第７実施例の供給タイミングを示しており、図２８にＹで示されるようにＥＨＤアトマイザ３２からパルス印加噴射又は重畳印加噴射が完了すると、酸化性ガスの供給が開始される。次いで例えば一定時間が経過すると、図２８にＺで示されるように酸化性ガスの供給が停止される。あるいは、ＮＯｘ急増勧化触媒２４上のデポジット量を検出し、このデポジット量が許容量を越えたときに酸化性ガスを供給するようにすることもできる。
【０１０１】
また、図２７に示されるように酸化性ガス発生供給装置１４０をＥＨＤアトマイザ３２よりも上流の排気管２１に連結すると、酸化性ガスがＥＨＤアトマイザ３２の細管３４にも接触可能となり、したがって細管３４上のデポジットを酸化除去することが可能となる。
【０１０２】
図２９は本発明による第７実施例のＮＯｘ放出制御ルーチンを示している。このルーチンはあらかじめ定められた設定時間ごとの割り込みによって実行される。
【０１０３】
図２９を参照すると、まずステップ２００ではＮＯｘ量積算値ΣＮＯｘが算出される（ΣＮＯｘ＝ΣＮＯｘ＋ｄＮＯｘ）。続くステップ２０１ではＮＯｘ量積算値ΣＮＯｘが許容値ＭＸを越えているか否かが判別される。ΣＮＯｘ≦ＭＸのときには処理サイクルを終了し、ΣＮＯｘ＞ＭＸのときには次いでステップ２０２に進み、ＥＨＤアトマイザ３２でパルス印加噴射又は重畳印加噴射が行われることにより燃料添加が行われる。続くステップ２０３ではＮＯｘ量積算値ΣＮＯｘがクリアされる（ΣＮＯｘ＝０）。続くステップ２０４では酸化性ガス供給装置１４０から酸化性ガスが供給される。
【０１０４】
酸化性ガスによるＮＯｘ吸蔵還元触媒２４の排気浄化性能の低下抑制作用は実験によっても裏付けられている。図３０はこの実験に用いられた設備を示している。この実験設備は導入管７３に酸化性ガス発生供給装置１４０を連結した点で図１３の実験設備と構成を異にしている。
【０１０５】
前処理を行った後、酸化性ガスを供給することなく模擬リーンガスをＮＯｘ吸蔵還元触媒２４が飽和するまで供給し次いで模擬リッチガスを３０秒間供給することを１サイクルとしてこれを１００サイクル行った後の吸蔵ＮＯｘ量ＳＮＯｘを求めた。また、模擬リーンガスをＮＯｘ吸蔵還元触媒２４が飽和するまで供給し次いで模擬リッチガスを３０秒間供給した後に酸化性ガスを模擬リーンガスと共に１分間供給することを１サイクルとしてこれを１００サイクル行った後の吸蔵ＮＯｘ量ＳＮＯｘを求めた。なお、いずれの場合も、模擬リッチガスの供給時には重畳印加噴射を行った。また、酸化性ガスの供給時には、酸化性ガス発生供給装置１４０のオゾナイザに１リットル／ｍｉｎで酸素を供給し、１次電圧５０Ｖで放電を行い、５ｇ／ｈでオゾンを発生させ、模擬リーンガスに供給した。この場合の模擬リーンガス中のオゾン濃度は約２６００ｐｐｍであった。模擬リーンガス及び模擬リッチガスの組成等、他の実験条件は図１３を参照して説明と同様とした。
【０１０６】
図３１に吸蔵ＮＯｘ量ＳＮＯｘの実験結果を示す。図３１においてＥ３は図１４の場合と同様に模擬リーンガスを供給し次いで模擬リッチガスを供給した場合、すなわち酸化性ガスを供給することなく１サイクルを行った場合を、Ｅ５１は酸化性ガスを供給することなく１００サイクルを行った場合を、Ｅ５２は酸化性ガスを供給しながら１００サイクルを行った場合を、それぞれ示している。図３１に示されるように、酸化性ガスを供給しない場合には、サイクル数が多くなると（Ｅ５１）、サイクル数が少ない場合（Ｅ３）に比べて、吸蔵ＮＯｘ量ＳＮＯｘが少なくなり、したがってＮＯｘ吸蔵還元触媒２４の排気浄化性能が劣化する。これに対し、酸化性ガスを供給した場合（Ｅ５２）には、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２４の排気浄化性能の劣化を抑制することができる。
【０１０７】
図３２（Ａ）及び（Ｂ）は内燃機関の燃焼室内への燃料供給に本発明を適用した場合を示している。図３２（Ａ）及び（Ｂ）を参照すると、１５１は機関本体、１５２はシリンダブロック、１５３はシリンダヘッド、１５４はピストン、１５５は燃焼室、１５６は吸気弁、１５７は吸気ポート、１５８は排気弁、１５９は排気ポート、１６０は点火栓をそれぞれ示す。また、各気筒のＥＨＤアトマイザ３２は共通のデリバリパイプ１６１に連結され、デリバリパイプ１６１は燃料導入管１６２を介して燃料タンク１６３に連結され、燃料導入管１６２内に燃料ポンプ１６４が配置される。
【０１０８】
図３２（Ａ）に示される例では燃料噴射装置３１から吸気ポート１５７内すなわち吸気通路内に燃料が噴射され、図３２（Ｂ）に示される例では燃料噴射装置３１から燃焼室１５５内に燃料が直接噴射される。
【図面の簡単な説明】
【０１０９】
【図１】燃料噴射装置の全体図である。
【図２】パルス印加噴射の電圧印加パターンを示すタイムチャートである。
【図３】重畳印加噴射の電圧印加パターンを示すタイムチャートである。
【図４】直流印加噴射の電圧印加パターンを示すタイムチャートである。
【図５】実験設備を示す図である。
【図６】実験結果を示す図である。
【図７】本発明を触媒への燃料供給に適用した場合を示す内燃機関の全体図である。
【図８】触媒担体の表面部分の断面図である。
【図９】単位時間当りのＮＯｘ吸収量ｄＮＯｘのマップを示す図である。
【図１０】燃料添加タイミングを説明するタイムチャートである。
【図１１】電圧印加パターンを示すタイムチャートである。
【図１２】本発明による第１実施例のＮＯｘ放出制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図１３】実験設備を示す図である。
【図１４】実験結果を示す図である。
【図１５】本発明による第２実施例を説明する図である。
【図１６】本発明による第２実施例のＮＯｘ放出制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図１７】本発明による第２実施例のＮＯｘ放出制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図１８】本発明による第３実施例を示す図である。
【図１９】本発明による第３実施例を説明する図である。
【図２０】実験設備を示す図である。
【図２１】実験結果を示す図である。
【図２２】本発明による第４実施例を示す図である。
【図２３】本発明による第４実施例を説明する図である。
【図２４】本発明による第５実施例を示す図である。
【図２５】本発明による第６実施例を示す図である。
【図２６】デポジット除去ルーチンを示すフローチャートである。
【図２７】本発明による第７実施例を示す図である。
【図２８】本発明による第７実施例を説明するタイムチャートである。
【図２９】本発明による第７実施例のＮＯｘ放出制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図３０】実験設備を示す図である。
【図３１】実験結果を示す図である。
【図３２】本発明を内燃機関への燃料供給に適用した場合を示す内燃機関の全体図である。
【符号の説明】
【０１１０】
１    機関本体
２１    排気管
２４    ＮＯｘ吸蔵還元触媒
３１    燃料噴射装置
３２    ＥＨＤアトマイザ
３４    細管
３５    燃料導入管
３６    燃料タンク
３８    電圧印加装置
【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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