(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
自動車の内燃機関から排ガスを排気する排気通路に設けられ、前記排ガス中の窒素酸化物を還元剤の水素と反応させて当該窒素酸化物を還元除去する水素選択還元触媒、および前記排ガス中の窒素酸化物を還元剤のアンモニアと反応させて当該窒素酸化物を還元除去するアンモニア選択還元触媒で構成される選択還元触媒と、
前記内燃機関と熱的に接続するように前記排気通路に設けられ、前記内燃機関の燃料と酸素との部分酸化、前記燃料と水との水蒸気改質、および前記燃料と酸素と水とのオートサーマル改質の全ての実行により水素を生成する第二の反応部、および前記第二の反応部で生成し分取した水素と、空気中の窒素または前記排ガス中の一酸化窒素とを反応させてアンモニアを生成する第一の反応部で構成されるマイクロリアクターと、
前記マイクロリアクターで生成した前記水素および前記アンモニアをそれぞれ貯蔵する吸着剤と、
前記吸着剤に貯蔵された前記水素および前記アンモニアを前記選択還元触媒の排ガス流通方向上流側へ供給する還元剤供給管と、
前記内燃機関の状態を計測する内燃機関状態計測手段と、
前記内燃機関状態計測手段により計測された前記内燃機関の状態、前記内燃機関の状態に基づくデータマップ、ならびに前記内燃機関の状態および変化量に基づく予測式のうちの少なくとも一つから前記排ガスの温度および前記排ガス中の酸素濃度を求めて、前記排ガスの温度および当該排ガス中の酸素濃度のうちの少なくとも一方が所定値未満の場合には、当該排ガスに水素を添加するように前記マイクロリアクターを制御し、前記排ガスの温度および前記排ガス中の酸素濃度の両方が所定値以上の場合には、当該排ガスにアンモニアを添加するように前記マイクロリアクターを制御する還元剤添加制御手段とを具備する
ことを特徴とする排ガス浄化システム。
【請求項２】
請求項１に記載された排ガス浄化システムであって、
前記排ガス中の水分を回収する水回収手段にて回収された水、および外部から供給された水のうちの少なくとも一つの水を電気分解して前記水素を製造する水電解手段を具備する
ことを特徴とする排ガス浄化システム。
【請求項３】
請求項２に記載された排ガス浄化システムであって、
前記水を溜める水貯蔵手段と、
前記水貯蔵手段にて溜められた水を前記水電解手段へ供給する水供給手段とをさらに具備する
ことを特徴とする排ガス浄化システム。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３の何れか一項に記載された排ガス浄化システムであって、
前記排ガスに含まれる粒子状物質を捕集する粒子状物質捕集手段を具備する
ことを特徴とする排ガス浄化システム。
【請求項５】
請求項４に記載された排ガス浄化システムであって、
前記選択還元触媒の排ガス流通方向下流側、前記マイクロリアクターの近傍、前記粒子状物質捕集手段の排ガス流通方向下流側、および前記排ガスの排気通路の出口近傍にそれぞれ配置され、前記排ガスの温度および成分を計測する排ガス計測手段を具備し、
前記還元剤添加制御手段は、前記排ガス計測手段からの情報、当該排ガス計測手段からの情報に基づく前記データマップ、ならびに前記内燃機関の状態および前記予測式のうちの少なくとも一つから前記排ガスの温度および成分を求め、前記還元剤の添加量を調整するように制御するものである
ことを特徴とする排ガス浄化システム。
【請求項６】
請求項１乃至請求項５の何れか一項に記載された排ガス浄化システムであって、
前記選択還元触媒の排ガス流通方向上流側および下流側のうちの少なくとも下流側に配置された酸化触媒をさらに具備する
ことを特徴とする排ガス浄化システム。
【請求項７】
請求項１乃至請求項６の何れか一項に記載された排ガス浄化システムであって、
前記データマップは、前記内燃機関の回転数、トルク、および吸入空気に対する燃料量の各データに相関して、予め作成された前記排ガスの温度分布および排ガス中の窒素酸化物の濃度分布のマップである
ことを特徴とする排ガス浄化システム。
【請求項８】
請求項１乃至請求項７の何れか一項に記載された排ガス浄化システムであって、
前記予測式は、前記内燃機関の回転数、前記内燃機関の筒内圧力、前記内燃機関の筒内における燃焼ガスの温度、前記内燃機関の回転数変化量、および前記内燃機関の所定箇所の変化量に基づき前記排ガス中の窒素酸化物濃度を算出する数式である
ことを特徴とする排ガス浄化システム。
【請求項９】
請求項２または請求項３に記載された排ガス浄化システムであって、
前記自動車は、カーエアコン、冷却水予備タンク、マフラー、雨水の備蓄タンクのうちの少なくとも一つを具備し、
前記水は、前記カーエアコンからの排水、前記冷却水予備タンク内の冷却水、前記マフラー内部で結露した水、前記雨水の備蓄タンク内の水のうちの少なくとも一つである
ことを特徴とする排ガス浄化システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関から排出される排ガス中の窒素酸化物などを浄化する排ガス浄化システムに関し、特に自動車のエンジンから排気される排ガスを浄化処理する場合に適用すると有効である。
【背景技術】
【０００２】
自動車のエンジン等の内燃機関から排出される排ガス中の窒素酸化物を除去する排ガス浄化システムは、種々開発されている。例えば、下記特許文献１には、還元性ガスとして水素を用い、０〜２００℃の低い温度領域（低温領域）にて、窒素酸化物を含有する排ガスに前記還元性ガスを添加し、触媒と接触させて当該排ガス中の窒素酸化物を還元除去するようにした窒素酸化物の還元方法が開示されている。
【０００３】
【特許文献１】特開平２−１９４８１８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、２００℃以上の高温領域においては、水素が排ガス中の酸素と反応し還元剤として機能しないため、アンモニアが当該還元剤として一般的に利用されている。アンモニアを用いて還元触媒による窒素酸化物の還元除去を行う場合には、当該還元触媒で反応しなかった余剰のアンモニアの大気放出を抑制しなければならない。さらに、余剰のアンモニアの大気放出を抑制するために当該還元触媒の排ガス流通方向下流側に酸化触媒を設置した場合には、当該酸化触媒はアンモニアの酸化を促進しすぎて窒素酸化物としてしまう可能性があった。そのため、高温領域にて、還元剤として水素を用いて還元触媒により排ガス中の窒素酸化物を還元除去することが望まれていた。
【０００５】
そこで、本発明は、前述した問題に鑑み提案されたもので、高温領域にて、還元剤として水素を用いて還元触媒により排ガス中の窒素酸化物を還元除去できる排ガス浄化システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述した課題を解決する第１の発明に係る排ガス浄化システムは、自動車の内燃機関から排ガスを排気する排気通路に設けられ、前記排ガス中の窒素酸化物を還元剤の水素と反応させて当該窒素酸化物を還元除去する水素選択還元触媒、および前記排ガス中の窒素酸化物を還元剤のアンモニアと反応させて当該窒素酸化物を還元除去するアンモニア選択還元触媒で構成される選択還元触媒と、前記内燃機関と熱的に接続するように前記排気通路に設けられ、前記内燃機関の燃料と酸素との部分酸化、前記燃料と水との水蒸気改質、および前記燃料と酸素と水とのオートサーマル改質の全ての実行により水素を生成する第二の反応部、および前記第二の反応部で生成し分取した水素と、空気中の窒素または前記排ガス中の一酸化窒素とを反応させてアンモニアを生成する第一の反応部で構成されるマイクロリアクターと、前記マイクロリアクターで生成した前記水素および前記アンモニアをそれぞれ貯蔵する吸着剤と、前記吸着剤に貯蔵された前記水素および前記アンモニアを前記選択還元触媒の排ガス流通方向上流側へ供給する還元剤供給管と、前記内燃機関の状態を計測する内燃機関状態計測手段と、前記内燃機関状態計測手段により計測された前記内燃機関の状態、前記内燃機関の状態に基づくデータマップ、ならびに前記内燃機関の状態および変化量に基づく予測式のうちの少なくとも一つから前記排ガスの温度および前記排ガス中の酸素濃度を求めて、前記排ガスの温度および当該排ガス中の酸素濃度のうちの少なくとも一方が所定値未満の場合には、当該排ガスに水素を添加するように前記マイクロリアクターを制御し、前記排ガスの温度および前記排ガス中の酸素濃度の両方が所定値以上の場合には、当該排ガスにアンモニアを添加するように前記マイクロリアクターを制御する還元剤添加制御手段とを具備する
ことを特徴とする。
【００２０】
上述した課題を解決する第２の発明に係る排ガス浄化システムは、第１の発明に係る排ガス浄化システムであって、前記排ガス中の水分を回収する水回収手段にて回収された水、および外部から供給された水のうちの少なくとも一つの水を電気分解して前記水素を製造する水電解手段を具備することを特徴とする。
【００２１】
上述した課題を解決する第３の発明に係る排ガス浄化システムは、第２の発明に係る排ガス浄化システムであって、前記水を溜める水貯蔵手段と、前記水貯蔵手段にて溜められた水を前記水電解手段に供給する水供給手段とをさらに具備することを特徴とする。
【００２２】
上述した課題を解決する第４の発明に係る排ガス浄化システムは、第１乃至第３の発明の何れか一つに係る排ガス浄化システムであって、前記排ガスに含まれる粒子状物質を捕集する粒子状物質捕集手段を具備することを特徴とする。
【００２３】
上述した課題を解決する第５の発明に係る排ガス浄化システムは、第４の発明に係る排ガス浄化システムであって、前記選択還元触媒の排ガス流通方向下流側、前記マイクロリアクターの近傍、前記粒子状物質捕集手段の排ガス流通方向下流側、および前記排気通路の出口近傍にそれぞれ配置され、前記排ガスの温度および成分を計測する排ガス計測手段を具備し、前記還元剤添加制御手段が、前記排ガス計測手段からの情報、当該排ガス計測手段からの情報に基づく前記データマップ、ならびに前記内燃機関の状態および前記予測式のうちの少なくとも一つから前記排ガスの温度および成分を求め、前記還元剤の添加量を調整するように制御するものであることを特徴とする。
【００２４】
上述した課題を解決する第６の発明に係る排ガス浄化システムは、第１乃至第５の発明の何れか一つに係る排ガス浄化システムであって、前記選択還元触媒の排ガス流通方向上流側および下流側のうちの少なくとも下流側に配置された酸化触媒をさらに具備することを特徴とする。
【００２５】
上述した課題を解決する第７の発明に係る排ガス浄化システムは、第１乃至第６の発明の何れか一つに係る排ガス浄化システムであって、前記データマップが、前記内燃機関の回転数、トルク、および吸入空気に対する燃料量の各データに相関して、予め作成された前記排ガスの温度分布および排ガス中の窒素酸化物の濃度分布のマップであることを特徴とする。
【００２６】
上述した課題を解決する第８の発明に係る排ガス浄化システムは、第１乃至第７の発明の何れか一つに係る排ガス浄化システムであって、前記予測式が、前記内燃機関の回転数、前記内燃機関の筒内圧力、前記内燃機関の筒内における燃焼ガスの温度、前記内燃機関の回転数変化量、および前記内燃機関の所定箇所の変化量に基づき前記排ガス中の窒素酸化物濃度を算出する数式であることを特徴とする。
【００２８】
上述した課題を解決する第９の発明に係る排ガス浄化システムは、第２または第３の発明に係る排ガス浄化システムであって、前記自動車が、カーエアコン、冷却水予備タンク、マフラー、雨水の備蓄タンクのうちの少なくとも一つを具備し、前記水が、前記カーエアコンからの排水、前記冷却水予備タンク内の冷却水、前記マフラー内部で結露した水、前記雨水の備蓄タンク内の水のうちの少なくとも一つであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００３４】
第１の発明に係る排ガス浄化システムによれば、自動車の内燃機関から排ガスを排気する排気通路に設けられ、前記排ガス中の窒素酸化物を還元剤の水素と反応させて当該窒素酸化物を還元除去する水素選択還元触媒、および前記排ガス中の窒素酸化物を還元剤のアンモニアと反応させて当該窒素酸化物を還元除去するアンモニア選択還元触媒で構成される選択還元触媒と、前記内燃機関と熱的に接続するように前記排気通路に設けられ、前記内燃機関の燃料と酸素との部分酸化、前記燃料と水との水蒸気改質、および前記燃料と酸素と水とのオートサーマル改質の全ての実行により水素を生成する第二の反応部、および前記第二の反応部で生成し分取した水素と、空気中の窒素または前記排ガス中の一酸化窒素とを反応させてアンモニアを生成する第一の反応部で構成されるマイクロリアクターと、前記マイクロリアクターで生成した前記水素および前記アンモニアをそれぞれ貯蔵する吸着剤と、前記吸着剤に貯蔵された前記水素および前記アンモニアを前記選択還元触媒の排ガス流通方向上流側へ供給する還元剤供給管と、前記内燃機関の状態を計測する内燃機関状態計測手段と、前記内燃機関状態計測手段により計測された前記内燃機関の状態、前記内燃機関の状態に基づくデータマップ、ならびに前記内燃機関の状態および変化量に基づく予測式のうちの少なくとも一つから前記排ガスの温度および前記排ガス中の酸素濃度を求めて、前記排ガスの温度および当該排ガス中の酸素濃度が所定値未満の場合には、当該排ガスに水素を添加するように前記マイクロリアクターを制御し、前記排ガスの温度および前記排ガス中の酸素濃度の両方が所定値以上の場合には、当該排ガスにアンモニアを添加するように前記マイクロリアクターを制御する還元剤添加制御手段とを具備することにより、還元剤として水素とアンモニアとを条件によって選択して用い、アンモニア選択還元触媒および水素選択還元触媒により排ガス中の窒素酸化物を還元除去することができる上に、従来排ガスの温度に応じて還元剤を選択した場合と比較して、排ガスの温度が所定値以上である高温領域の場合であっても、当該排ガス中の酸素濃度が所定値未満の場合に還元剤として水素を利用することができる。よって、高温領域にて、還元剤として水素を用いて水素選択還元触媒により排ガス中の窒素酸化物を還元除去することができる。さらに、排ガスの温度および排ガス中の酸素濃度の両方が所定値以上の場合には、アンモニア選択還元触媒にてマイクロリアクターからのアンモニアと排ガス中の窒素酸化物を反応させて当該窒素酸化物を還元除去することができ、全ての温度領域にて排ガス中の窒素酸化物を還元除去して当該排ガスを浄化することができる。
前記燃料が前記内燃機関にて利用されるものであり、アンモニアおよび水素の原料の供給源を別途組み入れる必要が無く、設備コストの増加を抑制することができる。アンモニアおよび水素の製造を排ガス浄化システム内にて行うことができ、汎用性が向上する。
前記マイクロリアクターにて製造された余剰のアンモニアおよび水素を前記吸蔵剤にそれぞれ吸蔵させておくことができると共に、当該吸蔵剤に吸蔵させたアンモニアおよび水素を必要に応じて前記排ガスに添加することができる。よって、生成したアンモニアおよび水素を有効に利用することができる。
前記マイクロリアクターにてアンモニアおよび水素を生成するための反応熱を前記内燃機関から得ることができ、熱源を別途設ける必要が無く、設備コストの増加を抑制することができる。
前記還元剤が自動車で用いる燃料から製造することができるものであり、還元剤を別途に供給することによるシステムの運転の煩雑化を抑制することができる上に、還元剤のみを貯蔵する機器の設置による、システムの大型化およびコストの増加を抑制することができる。
【００４５】
第２の発明に係る排ガス浄化システムによれば、前記排ガス中の水分を回収する水回収手段にて回収された水、および外部から供給された水のうちの少なくとも一つの水を電気分解して前記水素を製造する水電解手段を具備することにより、第１の発明に係る排ガス浄化システムと同様な作用効果を奏する他、前記水電解手段のエネルギー源が電気であり、排ガス浄化システムを車両に適用した場合には、当該車両に搭載されるバッテリの容量以上の余剰の発生電気を利用することができ、消費エネルギーおよび運転コストの増加を抑制することができる。燃料の他に水を用いても水素を製造することができ、汎用性を向上させることができる。水の供給源が複数となり、前記水による汎用性の低下を抑制することができる。
【００４６】
第３の発明に係る排ガス浄化システムによれば、水を溜める水貯蔵手段と、前記水貯蔵手段にて溜められた水を前記水電解手段に供給する水供給手段とをさらに具備することにより、第２の発明に係る排ガス浄化システムと同様な作用効果を奏する他、前記水貯蔵手段にて前記水を溜めることができると共に、前記水供給手段により前記水貯蔵手段に溜められた水を前記水電解手段に供給することができ、前記水電解手段にてより確実に水素を製造することができ、汎用性を向上させることができる。
【００４７】
第４の発明に係る排ガス浄化システムによれば、排ガスに含まれる粒子状物質を捕集する粒子状物質捕集手段を具備することにより、第１乃至第３の発明に係る排ガス浄化システムと同様な作用効果を奏する他、前記粒子状物質を捕集して、排ガスを浄化することができる。
【００４８】
第５の発明に係る排ガス浄化システムによれば、前記選択還元触媒の排ガス流通方向下流側、前記マイクロリアクターの近傍、前記粒子状物質捕集手段の排ガス流通方向下流側、および前記排気通路の出口近傍にそれぞれ配置され、前記排ガスの温度および成分を計測する排ガス計測手段を具備し、前記還元剤添加制御手段が、前記排ガス計測手段からの情報、当該排ガス計測手段からの情報に基づく前記データマップ、ならびに前記内燃機関の状態および前記予測式のうちの少なくとも一つから前記排ガスの温度および成分を求め、前記還元剤の添加量を調整するように制御するものであることにより、第４の発明に係る排ガス浄化システムと同様な作用効果を奏する他、内燃機関の状態を計測したり、計測された内燃機関の状態に基づくデータマップ、ならびに内燃機関の状態および予測式のうちの少なくとも一つから現在の内燃機関の状態を推測したりすることができ、内燃機関の状態に応じてより適切な制御することができ、トランジェント対応することができる。
【００４９】
第６の発明に係る排ガス浄化システムによれば、前記選択還元触媒の排ガス流通方向上流側および下流側のうちの少なくとも下流側に配置された酸化触媒をさらに具備することにより、第１乃至第５の発明に係る排ガス浄化システムと同様な作用効果を奏する他、前記酸化触媒で選択還元触媒を通過したアンモニアを酸化することができ、当該選択還元触媒を通過したアンモニアの大気放出をより確実に抑制することができる。
【００５０】
第７の発明に係る排ガス浄化システムによれば、前記データマップが、前記内燃機関の回転数、トルク、および吸入空気に対する燃料量の各データに相関して、予め作成された前記排ガスの温度分布および排ガス中の窒素酸化物の濃度分布のマップであることにより、第１乃至第６の発明に係る排ガス浄化システムと同様な作用効果を奏する他、内燃機関の状態をより確実に推定することができる。その結果、排ガスをより確実に浄化することができる。
【００５１】
第８の発明に係る排ガス浄化システムによれば、前記予測式が、内燃機関の回転数、前記内燃機関の筒内圧力、前記内燃機関の筒内における燃焼ガスの温度、前記内燃機関の回転数変化量、および前記内燃機関の所定箇所の変化量に基づき前記排ガス中の窒素酸化物濃度を算出する数式であることにより、第１乃至第７の発明に係る排ガス浄化システムと同様な作用効果を奏する他、データマップでは予測できない場合であっても、内燃機関の状態を確実に予測することができる。その結果、排ガスをより一層確実に浄化することができる。
【００５３】
第９の発明に係る排ガス浄化システムによれば、前記自動車が、カーエアコン、水を貯蔵するタンク、冷却水予備タンク、マフラー、雨水の備蓄タンクのうちの少なくとも一つを具備し、前記水が、前記カーエアコンからの排水、前記冷却水予備タンク内の冷却水、前記マフラー内部で結露した水、前記雨水の備蓄タンク内の水のうちの少なくとも一つであることにより、第２または第３の発明に係る排ガス浄化システムと同様な作用効果を奏する他、前記カーエアコンからの排水、前記マフラー内部で結露した水、前記冷却水予備タンク内の冷却水、および前記雨水の備蓄タンク内の水を前記還元剤の製造に利用することができるため、前記還元剤の原料となる水の供給源を別途に設置する必要が無く、水を別途に供給することによるシステムの運転の煩雑化を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５６】
本発明に係る排ガス浄化システムの最良の形態について、図面に基づき具体的に説明する。
【００５７】
［第一の実施形態］
本発明に係る排ガス浄化システムを自動車から排気される排ガスの浄化処理に適用した場合の第一の実施形態につき図１〜４を用いて説明する。
図１は、排ガス浄化システムの概略構成図であり、図２はその制御フローを示す図である。図３は、エンジンの回転数およびトルクと相関して示される排ガス温度分布および一酸化窒素の濃度分布の一例を示すデータマップである。図４は、燃料噴射弁による燃料の噴射時期および噴射期間の一例を示す図である。
【００５８】
本実施形態に係る排ガス浄化システム５０は、図１に示すように、自動車のディーゼルエンジンやガソリンエンジンなどの内燃機関であるエンジン１０で燃料が燃焼されて排気される排ガスの浄化処理に利用される。この排ガスは、窒素酸化物、硫黄酸化物、パティキュレートマター（粒子状物質、以下ＰＭと称す）を含有する。エンジン１０は、エンジン本体１と、エンジン本体１に接続し、エンジン本体１へ空気を吸気する吸気通路２と、エンジン本体１に接続し、エンジン本体１から排ガスを排気する排気マニホールド（集合排気管）３とを有する。
【００５９】
集合排気管３と吸気通路２とを開閉弁であるＥＧＲ弁４を介して連結する排ガス循環通路（以下、ＥＧＲ管と称す）５が設けられる。すなわち、ＥＧＲ弁４およびＥＧＲ管５が排ガス循環手段をなす。また、エンジン本体１は、コモンレール方式などの電子制御燃料噴射弁（燃料噴射手段）を有する。電子制御燃料噴射弁は、主噴射の後に行われる燃料の副噴射であるポスト噴射を行うことが可能である。すなわち、電子制御燃料噴射弁は、例えば図４に示すように、ｔ１後においては第１の所定期間τ１燃料を噴射し、ｔ２（＞ｔ１）後においては第２の所定期間τ２（＞τ１）燃料を噴射し、ｔ３（＞ｔ２）後においては第３の所定期間τ３（＜τ２）燃料を噴射することができ、燃料の噴射時期および噴射期間（噴射量）を調整可能な燃料噴射弁である。ＥＧＲ弁４と後述の電子制御装置（以下、ＥＣＵと称す）４１の燃焼制御ブロック４１ＡとがＥＧＲ弁制御線４Ａで接続されており、燃焼制御ブロック４１ＡによりＥＧＲ弁４の開閉が制御される。よって、ＥＣＵ４１により、ＥＧＲ弁４の開閉、前記電子制御燃料噴射弁による燃料の噴射時期および噴射期間を調整することで、排ガス中の酸素濃度を所定値未満となるように調整することができる。ＥＧＲ弁４、ＥＧＲ管５および前記電子制御燃料噴射弁が酸素濃度調整手段をなす。
【００６０】
集合排気管３における排ガス流通方向下流側の端部には、第一の酸化触媒１１、第一の連絡配管１２、パティキュレートフィルタ（以下、ＤＰＦと称す）１３、第二の連絡配管１４を介してＮＯｘ浄化装置１５が接続して設けられる。ＮＯｘ浄化装置１５は、ＮＯｘを吸蔵するＮＯｘ吸蔵触媒と選択還元触媒（以下、ＳＣＲ触媒と称す）とを有する。ＮＯｘ浄化装置１５の排ガス流通方向下流側には、第三の連絡配管１６を介して第二の酸化触媒１７が接続して設けられる。第二の酸化触媒１７の排ガス流通方向下流側にマフラー１８が設けられており、マフラー１８から排ガスが大気へ排気される。
【００６１】
ここで、上述した集合排気管３には還元剤添加手段であるマイクロリアクター１９が接して設けられており、マイクロリアクター１９は第一の酸化触媒１１の排ガス流通方向上流側に配置される。マイクロリアクター１９と後述のＥＣＵ４１の後処理制御ブロック４１Ｂとがリアクター制御線１９Ａで接続されており、後処理制御ブロック４１Ｂによりマイクロリアクター１９が制御される。またマイクロリアクター１９には、炭化水素などの燃料２０と、空気中の酸素または後述する水電解装置２４により得られた酸素と、タンクに貯蔵された水または後述の水回収装置２３にて得られた水とが供給され、これらが第二の反応部（第二のマイクロリアクター）で反応して、水素、一酸化炭素、二酸化炭素、水を生成する。すなわち、前記第二の反応部にて、燃料２０と酸素から水素と二酸化炭素と水を生成する部分酸化、燃料２０と水（水蒸気）から水素と二酸化炭素を生成する水蒸気改質、および燃料２０と酸素と水から水素と二酸化炭素を生成するオートサーマル改質が生じる。さらに、これら生成物の一部を分取した水素と、空気中の窒素または排ガス中の一酸化窒素とが供給され、これらが第一の反応部（第一のマイクロリアクター）にて反応してアンモニアを生成する。よって、上述したマイクロリアクター１９の第一の反応部が、還元剤としてアンモニアを内燃機関の排ガスに添加するアンモニア添加手段をなす。
【００６２】
マイクロリアクター１９に配置される第二の反応部の触媒としては、水蒸気改質触媒、およびニッケル系触媒やルテニウム系触媒など金属担持型やペロブスカイト等の複合酸化物型の改質触媒および部分酸化触媒などが挙げられる。また第一の反応部の触媒としては、Ｆｅ3Ｏ4などの金属酸化物触媒や、ルテニウム系触媒などの金属担持型触媒などが挙げられる。これら触媒はハニカム状や粒状など何れの形状でも良い。ただし、マイクロリアクター１９は集合排気管３に接して配置されており、エンジン１０と熱的に接続するように配置される。よって、第二の反応部における水蒸気改質やオートサーマル改質、および第一の反応部における５００℃以上の反応温度の熱源として集合排気管３から得られる熱を利用することができる。よって、熱源を別途設ける必要が無く、設備コストの増加を抑制することができる。
【００６３】
また、上述したマイクロリアクター１９に隣接して配置され、当該マイクロリアクター１９にて生成したアンモニアや水素をそれぞれ貯蔵する吸着剤（還元剤の吸着剤）２１が設けられる。吸着剤２１と第二の連絡配管１４とを連絡する第一の還元剤供給管２２が設けられる。アンモニアの吸着剤（アンモニア吸蔵手段）としては、ゼオライト系触媒などが挙げられる。水素の吸着剤（水素吸蔵手段）としては、カーボン系材料、またはパラジウムなどの金属系材料（水素吸蔵合金）などが挙げられる。このような位置に吸着剤２１を設けることで、マイクロリアクター１９で生成した余剰の水素およびアンモニアを貯蔵することができると共に、貯蔵した還元剤を必要に応じ還元剤供給管２２を通じてＮＯｘ浄化装置１５の排ガス流通方向上流側に供給することができ、生成した還元剤をＳＣＲ触媒にて有効に利用することができる。なお、このような吸着剤２１は、各反応部にてそれぞれ配置しても良いし、排ガス流通方向下流側に配置される反応部に対応した位置にのみ配置しても良い。
【００６４】
上述した第一の酸化触媒１１は、白金、パラジウム、イリジウムなどの貴金属系触媒、またはペロブスカイトなどの複合酸化物系触媒などが挙げられる。第一の酸化触媒１１は、ハニカム状に形成されており、２００℃以上にて酸化反応が生じる触媒である。第一の酸化触媒１１にて、排ガス中のＨＣ，ＣＯ，ＮＯが酸化される。よって、排ガス流通方向下流側に配置されるＳＣＲ触媒の還元率が向上する。
【００６５】
上述したＤＰＦ１３は、排ガス中のＰＭを吸着し、所定量吸着した場合には、電子制御燃焼噴射弁により主噴射の後の副噴射であるポスト噴射を行い、排ガス温度を高温にしてＤＰＦ１３に吸着したＰＭを燃焼除去することができる。後述の水電解装置２４にて得られた酸素をＤＰＦ１３近傍の排ガス流通方向上流側に供給するようにしても良い。
【００６６】
上述したＳＣＲ触媒は、還元剤の水素と排ガス中の窒素酸化物を反応させて当該窒素酸化物を還元除去する第一の還元触媒（水素選択還元触媒）と、還元剤のアンモニアと排ガス中の窒素酸化物を反応させて当該窒素酸化物を還元除去する第二の還元触媒（アンモニア選択還元触媒）とを有する。また、第一の還元触媒としては、ゼオライト系触媒が挙げられる。この触媒の反応温度は１００℃以上である。第二の還元触媒としては、ゼオライト系触媒やバナジウム−チタニアなどのバナジウム酸化物が挙げられる。この触媒の反応温度は２５０℃以上である。
【００６７】
上述した第二の酸化触媒１７としては、上述した第一の酸化触媒１１と同一の触媒などが挙げられる。この位置に第二の酸化触媒１７を設けることにより、排ガス流通方向上流側にて反応に利用されなかった余剰のアンモニア（未反応のアンモニア）を酸化し窒素と水に変換して、アンモニアの大気放出を防止できる。また、排ガス中の炭化水素および一酸化炭素を酸化し二酸化炭素と水に変化して、炭化水素および一酸化炭素の大気放出を防止できる。
【００６８】
上述したマフラー１８に隣接して、排ガス中の水分（水蒸気）を回収する水回収手段である水回収装置２３が設けられる。具体的には、水回収装置２３は、マフラー１８内部にて結露した水も回収する装置である。水回収装置２３にて回収された水、外部から供給された水、およびカーエアコン（空調機）からの排水（ドレイン水）を溜める水貯蔵手段である水タンクなどの水貯蔵装置（図示せず）が水回収装置２３に隣接して配置される。水回収装置２３にて回収された水は、図示しない水送給管（水送給手段）を通じて水貯蔵装置へ送給される。水回収装置２３と後述のＥＣＵ４１の後処理制御ブロック４１Ｂとが水回収装置制御用信号線２３Ａで接続されており、後処理制御ブロック４１Ｂにより水回収装置２３が制御される。なお、この水回収装置２３内には、フィルタなどを設けて水から排ガス中の不純物を除去するようにしても良い。
【００６９】
上述した水貯蔵装置は、第一の水供給管（第一の水供給手段）２５を介して水電解装置２４と接続すると共に、図示しない第二の水供給管（第二の水供給手段）を介してマイクロリアクター１９と接続する。また、自動車はエンジン１０の冷却水を貯蔵する冷却水予備タンク（図示せず）、および雨水を備蓄する雨水備蓄タンク（図示せず）などを具備しており、前記冷却水予備タンクおよび雨水備蓄タンクがこれらタンク内の水を送給する配管を通じてマイクロリアクター１９および水電解装置２４と接続している。水電解装置２４は、水を電気分解し、水素と酸素とを生成する。よって、前記水貯蔵装置に溜められた水を水電解装置２４およびマイクロリアクター１９へ供給することができると共に、水を水電解装置２４およびマイクロリアクター１９の原料として有効に利用することができる。さらに、マイクロリアクター１９にてより確実に水素を製造することができ、汎用性を向上させることができる。水電解装置２４と後述のＥＣＵ４１の後処理制御ブロック４１Ｂとが水電解装置制御用信号線２４Ａで接続されており、後処理制御ブロック４１Ｂにより水電解装置２４が制御される。
【００７０】
水電解装置２４近傍には酸素を吸蔵するゼオライト系触媒などの酸素吸着剤（酸素吸蔵手段）２７が設けられており、連絡管２６を介して水電解装置２４と酸素吸着剤（酸素吸蔵手段）２７が接続される。酸素吸着剤２７を設けることで、水電解装置２４で製造された余剰の酸素の貯蔵および必要に応じた脱離が可能であり、前記酸素を有効に利用することができる。酸素吸着剤２７と後述のＥＣＵ４１の後処理制御ブロック４１Ｂとが酸素吸着剤制御用信号線２７Ａで接続されており、後処理制御ブロック４１Ｂにより酸素吸着剤２７が制御される。水電解装置２４は、水素送給管３０を介して吸着剤２１と連絡しており、水電解装置２４にて生成した水素が吸着剤２１へ送給される。よって、水電解装置２４および上述したマイクロリアクター１９の第二の反応部が、還元剤として水素をエンジン１０の排ガスに添加する水素添加手段をなし、さらにマイクロリアクター１９の第二の反応部および水電解装置２４が水素を製造する第１および第２の水素製造手段をそれぞれなす。このように水から水素を製造する水電解装置２４を具備することにより、燃料の他に水を用いても水素を製造することができ、汎用性を向上させることができる。水回収装置２３と酸素吸着剤２７と第二の連絡配管１４とを連絡する酸素および水の供給管２８が設けられており、酸素および水の供給管２８を通じてＮＯｘ浄化装置１５の排ガス流通方向上流側へ、酸素および水を必要に応じて供給することができる。さらに酸素吸着剤２７と集合排気管３と第三の連絡配管１６とを連絡する酸素供給管２９が設けられており、酸素供給管２９を通じて第一の酸化触媒１１および第二の酸化触媒１７へ、水電解装置２４で得られた酸素（活性期の酸素）を必要に応じて供給することができる。水電解装置２４で製造された酸素は前述したように活性期の酸素であるため、第一，第二の酸化触媒１１，１７での排ガスの酸化を促進することができる。
【００７１】
上述した集合排気管３、第二の連絡配管１４、第三の連絡配管１６、およびマフラー１８には、排ガスの温度およびその成分（ＮＯｘ，Ｏ2，Ｈ2，ＮＨ3）を常時計測するための排ガス計測手段であるセンサ３１，３２，３３，３４がそれぞれ設けられる。各センサ３１，３２，３３，３４としては、分子のレーザ光吸収型高速応答性のガス成分濃度センサなどレーザ光を用いたセンサが挙げられる。このようなセンサを用いることで、リアルタイムに排ガスの温度および排ガス中のガス成分を計測することができる。
【００７２】
上述した各センサ３１，３２，３３，３４とＥＣＵ４１の後処理制御ブロック４１Ｂとがそれぞれ信号線３１Ａ，３２Ａ，３３Ａ，３４Ａで接続されており、各センサ３１，３２，３３，３４にて計測されたデータは、後処理制御ブロック４１Ｂに送られる。また、エンジン１０の（運転）状態（エンジンの回転数、トルク、および吸入空気に対する燃料量など）を計測するセンサ（図示せず）および上述した電子制御燃料噴射弁などとＥＣＵ４１の燃焼制御ブロック４１Ａとが燃焼制御用信号線１Ａで接続される。該センサにより計測されたエンジン１０の状態が燃焼制御ブロック４１Ａに送信される一方、燃焼制御ブロック４１Ａにより当該電子制御燃料噴射弁などが制御される。燃焼制御ブロック４１Ａと後処理制御ブロック４１Ｂとはブロック間制御線４１Ｃにより接続されており、燃焼制御ブロック４１Ａと後処理制御ブロック４１Ｂとの間にてデータの送受信が可能となっている。後述の制御フローに基づき、燃焼制御ブロック４１Ａにより、ＥＧＲ弁４の開閉制御や、上述した電子制御燃料噴射弁によるポスト噴射の制御が行われる。また、後処理制御ブロック４１Ｂにより、マイクロリアクター１９の制御（還元剤の種類の選定およびその濃度の特定）、水回収装置２３の制御、および水電解装置２４の制御、酸素吸着剤２７の制御などが行われる。なお、エンジン１０には、内燃機関の筒内圧力、前記内燃機関の筒内における燃焼ガスの温度をそれぞれ計測するセンサ（図示せず）が設けられており、これらセンサにて計測されたデータはＥＣＵ４１へ送信される。
【００７３】
ここで、上述したＥＣＵ４１における制御フローについて図２を用いて具体的に説明する。
【００７４】
最初に、ステップＳ１において、内燃機関の状態を計測して得られたデータ（上述したエンジンの回転数、トルク、吸入空気量に対する燃料量、および冷却水の温度など）がＥＣＵ４１の燃焼制御ブロック４１Ａに入力される。
【００７５】
続いて、ステップＳ２に進み、得られた内燃機関の状態のデータに相関して、予め作成された排ガスの温度分布および排ガス中の一酸化窒素の濃度分布のマップに基づき、排ガスの温度、排ガス中の酸素濃度ＣO2、および一酸化窒素濃度ＣNOを推定する。例えば図３に示すように、ＥＣＵ４１は、低回転および低トルクの場合には、排ガスが低温であり、排ガスが低濃度の一酸化窒素を含有し、高回転および高トルクの場合には、排ガスが高温であり、排ガスが高濃度の一酸化窒素を含有するなど、排ガスの温度Ｔ、排ガス中の酸素濃度ＣO2、および一酸化窒素濃度ＣNOを推定する。また、ＥＣＵ４１は、高負荷域および高速回転時において、減速時および加速時で次の瞬間の排ガス中の窒素酸化物の濃度をマップにて予測できない場合、前記内燃機関の状態、および変化量に基づく以下の予測式に基づき、排ガス中の窒素酸化物濃度ＤNOXを予測する。
【００７６】
ＮＯｘの予測式：ＤNOX＝ｆ（ｎ，Ｐ１，・・・，Ｐｘ，Ｔ１，・・・，Ｔｘ，・・・，Δｎ，・・・，ΔＸ）
ｎ：内燃機関の現在の回転数
Ｐｘ：エンジン特定部分の圧力（例えば筒内圧力）
Ｔｘ：エンジン特定部分の温度（例えば筒内における燃焼ガスの温度）
Δｎ：現在の回転数変化量
ΔＸ：現在のエンジン特定部分の変化量（アクセルの踏み込み量、エンジン負荷（坂道やスリップ）等も含む）
【００７７】
続いて、ステップＳ３に進み、必要な還元剤の種類およびその濃度を特定する。具体的には、ステップＳ３−１にて、排ガスの温度が所定値Ｔ１よりも低い温度領域（低温領域）であるか、または所定値Ｔ１以上の高い温度領域（高温領域）であるか判定する。前記所定値Ｔ１としては、排ガス中の酸素濃度に依存せず、水素を還元剤として利用可能な温度領域の上限温度が挙げられ、例えば２５０℃である。このステップＳ３−１において、上述したステップＳ２にて推定された排ガスの温度が２５０℃より低い（低温領域である）場合には、ステップＳ４−１に進み、それ以外の場合、すなわち、前記排ガスの温度が２５０℃以上（高温領域）である場合には、ステップＳ３−２に進む。
【００７８】
ステップＳ３−２にて、排ガス中の酸素濃度ＣO2が所定の濃度Ｃ１よりも低いか、または排ガス中の酸素濃度ＣO2が所定の濃度Ｃ１以上であるか判定する。前記所定の濃度Ｃ１としては、還元剤として水素を添加した場合に当該水素と排ガス中の酸素との反応が進行し難い上限濃度である１％が挙げられる。このステップＳ３−２において、上述したステップＳ２にて推定された排ガス中の酸素濃度が前記所定の濃度Ｃ１よりも低い場合には、ステップＳ４−２に進み、それ以外の場合、すなわち、前記排ガス中の酸素濃度が所定の濃度Ｃ１以上の場合には、ステップＳ４−３に進む。
【００７９】
続いて、ステップＳ４−１，Ｓ４−２において、還元剤として水素を選択し、その添加量を設定する。ただし、ステップＳ４−２においては、排ガス中の酸素濃度に依存して水素の添加量を設定するため、ステップＳ４−１にて設定する水素の添加量よりも少なくなる場合がある。また、ステップＳ４−３において、還元剤としてアンモニアを選択し、その添加量を設定する。
【００８０】
よって、上述した排ガス浄化システム５０によれば、排ガスに添加した水素が当該排ガス中の酸素と反応するため、還元剤として水素を利用しなかった、排ガスの温度が所定値以上である高温領域である場合であっても、電子制御燃料噴射弁によるポスト噴射、ＥＧＲ弁４およびＥＧＲ管５による吸気通路２への排ガスの一部の循環によりエンジン１０から排気される排ガス中の酸素濃度を所定値未満に調整することで、マイクロリアクター１９からの水素と排ガス中の酸素との反応を抑制し、ＳＣＲ触媒にてマイクロリアクター１９からの水素と排ガス中の窒素酸化物を反応させて当該窒素酸化物を還元除去することができる。よって、高温領域にて、還元剤として水素を用いて還元触媒により排ガス中の窒素酸化物を還元除去することができる。
【００８１】
排ガスの温度が所定値以上のときに、排ガスにアンモニアを添加するようにマイクロリアクター１９を制御するＥＣＵ４１を具備することで、排ガスの温度が所定値以上の場合には、ＳＣＲ触媒にてマイクロリアクター１９からのアンモニアと排ガス中の窒素酸化物を反応させて還元除去することができる。よって、全ての温度領域にて排ガス中の窒素酸化物を還元除去して当該排ガスを浄化することができる。
【００８２】
電子制御燃料噴射弁によるポスト噴射、ＥＧＲ弁４およびＥＧＲ管５により排ガス中の酸素濃度を低減するようにしたことで、排ガス中の酸素濃度を確実に低減することができる。
【００８３】
さらに、排ガスの温度および当該排ガス中の酸素濃度のうちの少なくとも一方が所定値未満の場合には、排ガスに水素を添加するようにマイクロリアクター１９を制御し、排ガスの温度および排ガス中の酸素濃度の両方が所定値以上の場合には、排ガスにアンモニアを添加するようにマイクロリアクター１９を制御するＥＣＵ４１を具備することにより、還元剤として水素とアンモニアとを条件によって選択して用い、ＳＣＲ触媒により排ガス中の窒素酸化物を還元除去することができる上に、従来排ガスの温度に応じて還元剤を選択した場合と比較して、排ガスの温度が所定値以上である高温領域の場合であっても、当該排ガス中の酸素濃度が所定値未満の場合に還元剤として水素を利用することができる。よって、高温領域にて、還元剤として水素を用いてＳＣＲ触媒により排ガス中の窒素酸化物を還元除去することができる。さらに、排ガスの温度および排ガス中の酸素濃度の両方が所定値以上の場合には、ＳＣＲ触媒にてマイクロリアクター１９からのアンモニアと排ガス中の窒素酸化物を反応させて当該窒素酸化物を還元除去することができ、全ての温度領域にて排ガス中の窒素酸化物を還元除去して当該排ガスを浄化することができる。
【００８４】
マイクロリアクター１９にて水素やアンモニアを製造する際に、燃料２０から製造することにより、燃料２０がエンジン１０にて利用されるものであり、水素やアンモニアの原料の供給源を別途組み入れる必要が無く、設備コストの増加を抑制することができる。さらに、水素やアンモニアの製造を排ガス浄化システム内にて行うことができる。よって、汎用性が向上する。
【００８５】
水電解装置２４を具備することにより、自動車に搭載されるバッテリの容量以上に発電してしまう余剰の電気を利用して水素を発生させることができるので、水電解装置２４を動作させるためのエネルギーを別途供給することによる消費エネルギーおよび運転コストの増加を抑制することができる。
【００８６】
上述した水が、水回収装置２３にて回収された水、および外部から供給された水のうちの少なくとも一つであることにより、水の供給源が複数となり、前記水による汎用性の低下を抑制することができる。
【００８７】
センサ３１，３２，３３，３４を具備し、マイクロリアクター１９が各センサ３１，３２，３３，３４からの情報に基づくデータマップ、エンジン１０の状態および前記予測式のうちの少なくとも一つから排ガスの温度および成分を求め、還元剤の添加量を調整するように制御するものであることにより、エンジン１０の状態を計測したり、計測されたエンジン１０の状態に基づくデータマップ、エンジン１０の状態および予測式のうちの少なくとも一つから現在のエンジン１０の状態を推測したりすることができ、エンジン１０の状態に応じてより適切な制御することができ、トランジェント対応することができる。
【００８８】
ＳＣＲ触媒の排ガス流通方向下流側に配置された酸化触媒１７を具備することにより、酸化触媒１７でＳＣＲ触媒を通過したアンモニアを酸化することができ、当該ＳＣＲ触媒を通過したアンモニアの大気放出をより確実に抑制することができる。
【００８９】
データマップが、エンジン１０の回転数、トルク、および吸入空気に対する燃料量の各データに相関して、予め作成された排ガスの温度分布および排ガス中の窒素酸化物の濃度分布のマップであることにより、エンジン１０の状態をより確実に推定することができる。その結果、排ガスをより確実に浄化することができる。
【００９０】
予測式が、エンジン１０の回転数、エンジン１０の筒内圧力、エンジン１０の筒内における燃焼ガスの温度、前記内燃機関の回転数変化量、および前記内燃機関の所定箇所の変化量に基づき前記排ガス中の窒素酸化物濃度を算出する数式であることにより、データマップでは予測できない場合であっても、エンジン１０の状態を確実に予測することができる。その結果、排ガスをより一層確実に浄化することができる。
【００９１】
還元剤が自動車で用いる燃料から製造することができることから、還元剤を別途に供給することによるシステムの運転の煩雑化を抑制することができる上に、還元剤のみを貯蔵する機器の設置による、システムの大型化およびコストの増加を抑制することができる。
【００９２】
自動車が、カーエアコン、冷却水予備タンク、マフラー１８、雨水の備蓄タンクのうちの少なくとも一つを具備することにより、前記カーエアコンからの排水、前記マフラー内部で結露した水、前記冷却水予備タンク内の冷却水、および前記雨水の備蓄タンク内の水を前記還元剤の製造に利用することができるため、前記還元剤の原料となる水の供給源を別途に設置する必要が無く、水を別途に供給することによるシステムの運転の煩雑化を抑制することができる。
【００９３】
さらに、上述した排ガス浄化システム５０によれば、以下の効果も奏する。
すなわち、エンジン１０からの排ガス中の窒素酸化物を還元剤と接触させて当該窒素酸化物を還元除去するＳＣＲ触媒と、排ガス中のガス成分を酸化する酸化触媒１１，１７と、水を電気分解して水素および酸素を製造する水電解装置２４と、水電解装置２４で製造された水素をＳＣＲ触媒の排ガス流通方向上流側へ供給する水素送給管３０と、水電解装置２４で製造された酸素を前記排ガスへ供給する酸素および水の供給管２８および酸素供給管２９とを具備することにより、水電解装置２４で製造された酸素が活性期の酸素であり、当該活性期の酸素を排ガスへ供給することができ、当該活性期の酸素により当該排ガス中のガス成分の酸化反応を促進し、当該排ガス中の炭化水素および一酸化炭素を酸化して、排ガスの浄化を向上させることができる。水電解装置２４にて得られた酸素を有効に利用することができる。さらに、水電解装置２４で製造された水素と排ガス中の窒素酸化物とをＳＣＲ触媒にて接触させて当該窒素酸化物を還元除去することができる。
【００９４】
水電解装置２４にて製造された酸素を酸化触媒１１，１７の排ガス流通方向上流側へ供給するようにしたことで、上述した通り、この水電解装置２４にて製造された酸素が活性期の酸素であり、当該活性期の酸素が酸化触媒１１，１７にて排ガス中の炭化水素や一酸化炭素の酸化を促進したり、前記排ガス中に余剰のアンモニアを含むときにはその酸化も促進したりすることができ、排ガスをより一層浄化することができる。よって、排ガス中のガス成分を酸化するために必要となる酸化触媒１１，１７の量を減らすことができ、システムのコンパクト化を図ることができ、コストの低減を図ることができる。
【００９５】
ＳＣＲ触媒の排ガス流通方向上流側に配置され、排ガス中の窒素酸化物の濃度を計測するセンサ３１，３２と、ＳＣＲ触媒の排ガス流通方向下流側に配置され、排ガス中の窒素酸化物、および還元剤の濃度を計測するセンサ３３，３４とを具備することにより、排ガス中のガス成分に基づき、当該排ガスに添加する還元剤の種類およびその添加量を特定することができ、排ガスをより一層効率良く浄化することができる。
【００９６】
なお、上記では、内燃機関のデータに相関して、予め作成された排ガスの温度分布および排ガス中の一酸化窒素の濃度分布のマップにのみ基づき、排ガスの温度、排ガス中の酸素濃度ＣO2、および一酸化窒素濃度ＣNOを推定して還元剤の種類を選定し、その濃度を特定する制御を行う排ガス浄化システム５０を用いて説明したが、センサー３１，３２，３３，３４にて計測し、ＥＣＵ４１に送られた排ガスの温度およびそのガス成分のデータを前述したデータマップに反映して制御するようにしても良いし、ＥＣＵ４１に送られた排ガスの温度およびそのガス成分のデータを用いてフィードバック制御で直接微調整しても良い。このように制御するようにした排ガス浄化システムによれば、上述した排ガス浄化システム５０と同様な作用効果を奏する他、還元剤の選定およびその濃度の特定をより高精度に行うことができ、脱硝性能を向上させることができる。さらに、エンジン１０の状態に応じて制御することができ、トランジェント対応することができる。
【００９７】
ＥＧＲ弁４およびＥＧＲ管５と電子制御燃料噴射弁とを有するエンジン１０の排ガスを浄化する排ガス浄化システム５０を用いて説明したが、前記ＥＧＲ弁およびＥＧＲ管のみまたは前記電子制御燃料噴射弁のみを有する内燃機関の排ガスの浄化に用いても良く、上述した排ガス浄化システム５０と同様な作用効果を奏する。
【００９８】
水素添加手段としてマイクロリアクター１９および水電解装置２４を具備する排ガス浄化システム５０を用いて説明したが、水素添加手段として前記マイクロリアクターおよび水電解装置の何れか一方のみを具備する排ガス浄化システムとしても良く、このような排ガス浄化システムであっても、上述した排ガス浄化システム５０と同様な作用効果を奏する。
【００９９】
ＳＣＲ触媒の排ガス流通方向上流側に配置され、排ガス中の窒素酸化物および酸素の濃度を計測する第一のガス成分濃度計測手段をなすセンサ３１，３２と、ＳＣＲ触媒の排ガス流通方向下流側に配置され、排ガス中の窒素酸化物、アンモニア、および水素の濃度を計測する第二のガス成分濃度計測手段をなすセンサ３３，３４とを具備することにより、排ガス中のガス成分に基づき、当該排ガスに添加する還元剤の種類およびその添加量を特定することができる。具体的には、ＮＯｘの濃度を計測することにより、必要となる還元剤の添加量を特定することできる。酸素の濃度を計測することにより、還元剤として水素またはアンモニアのどちらが有効であるかを判定することできる。ＳＣＲ触媒の排ガス流通方向下流側のアンモニア（リークアンモニア）の濃度を計測することにより、還元剤の添加量を特定することができる。さらに、ＳＣＲ触媒の排ガス流通方向下流側の水素の濃度を計測することにより、還元剤の添加量を特定することができる。よって、添加する還元剤の種類とその添加量を制御することができ、排ガスをより一層効率良く浄化することができる。
【０１００】
酸素雰囲気で高電圧による二枚の電極間で低温放電してオゾンを製造し、このオゾンを第一，第二の酸化触媒１１，１７およびＤＰＦ１３のうちの少なくとも第一，第二の酸化触媒１１，１７の排ガス流通方向上流側へ送給するようにしても良い。オゾン自体が高い活性を有しており、前記オゾンにより、第一，第二の酸化触媒１１，１７にて排ガス中の炭化水素や一酸化炭素、および余剰のアンモニアの酸化を促進して、排ガスをより一層効率良く浄化することができる。また前記オゾンがＤＰＦ１３にて捕集した粒子状物質を低温にて燃焼除去することができ、排ガスをより一層浄化することができる。よって、排ガス中のガス成分を酸化するために必要となる第一，第二の酸化触媒１１，１７の量を減らすことができ、システムのコンパクト化、およびコストの低減を図ることができる。
【０１０１】
［第二の実施形態］
本発明に係る排ガス浄化システムを自動車から排気される排ガスの浄化処理に適用した場合の第二の実施形態につき図５を用いて具体的に説明する。
図５は、排ガス浄化システムの概略構成図である。
【０１０２】
本発明の第二の実施形態に係る排ガス浄化システムは、上述した本発明の第一の実施形態に係る排ガス浄化システムが有するＤＰＦとＳＣＲ触媒との位置を入れ替え、水電解装置にて得られた酸素をＤＰＦ近傍の排ガス流通方向上流側へ送給する供給管を追加したものであり、それ以外は同じ構成を有する。
本発明の第二の実施形態に係る排ガス浄化システムにおいて、上述した本発明の第一の実施形態に係る排ガス浄化システムと同一装置には同一符号を付記しその説明を省略する。
【０１０３】
本発明の第二の実施形態に係る排ガス浄化システム６０は、図５に示すように、エンジン１０の排ガスの排気経路にて排ガス流通方向上流側からその下流側に向かって、集合排気管３、第一の酸化触媒１１、ＮＯｘ浄化装置１５、ＤＰＦ１３、第二の酸化触媒１７の順序にて配置される。ただし、第一の酸化触媒１１とＮＯｘ浄化装置１５、ＮＯｘ浄化装置１５とＤＰＦ１３、ＤＰＦ１３と第二の酸化触媒１７は、第一，第二，第三の連絡配管６２、６３，６４でそれぞれ連絡される。
【０１０４】
また酸素吸着剤２７と第二の連絡配管６３と第三の連絡配管６４とを連絡する酸素供給管（第二の酸素供給手段）６１が設けられており、酸素供給管６１を通じてＤＰＦ１３および第二の酸化触媒１７へ、水電解装置２４で得られた酸素（活性期の酸素）を必要に応じて供給できる。
【０１０５】
よって、上述した排ガス浄化システム６０によれば、上述した第一の実施形態に係る排ガス浄化システム５０と同様な作用効果を奏する他、活性期の酸素をＤＰＦ１３の近傍の排ガス流通方向上流側へ供給するようにしたので、ＤＰＦ１３に捕集されたＰＭを従来の除去温度である６００℃よりも低温である３００℃にて燃焼除去することができる。すなわち、電子制御燃料噴射弁によるポスト噴射（副噴射）により排ガスへ燃料を供給して排ガスの温度を上昇させなくても、ＤＰＦ１３で捕集したＰＭを燃焼除去することができる。さらに、前述した活性期の酸素を第二の酸化触媒１７の排ガス流通方向上流側に供給することで、排ガスに含有される炭化水素および一酸化窒素を酸化して二酸化窒素にすることができると共に、余剰のアンモニアを酸化して窒素にすることができ、ＤＰＦ１３でのＰＭの燃焼と同時に、排ガスを浄化することができる。
【０１０６】
ＤＰＦ１３と、ＤＰＦ１３の排ガス流通方向上流側へ酸素を供給する酸素供給管６１を有することにより、水電解装置２４にて得られた酸素が活性期の酸素であり、当該活性期の酸素により、ＤＰＦ１３にて捕集したＰＭを低温での燃焼除去でき、排ガスをより一層浄化することができる。
【０１０７】
なお、酸素雰囲気で高電圧による二枚の電極間で低温放電してオゾンを製造し、このオゾンをＤＰＦ１３へ送給するようにしても良い。オゾン自体が高い活性を有しており、前記オゾンにより、ＤＰＦ１３にて捕集したＰＭを低温での燃焼除去でき、排ガスをより一層浄化することができる。
【０１０８】
ＳＣＲ触媒の排ガス流通方向上流側に第一の酸化触媒１１を配置した排ガス浄化システム６０を用いて説明したが、図６に示すように、ＳＣＲ触媒の排ガス流通方向上流側に第一の酸化触媒を設置せずに、集合排気管３の端部に第四の連絡配管７１を介してＮＯｘ浄化装置１５を接続して配置した排ガス浄化システム７０としても良い。このような排ガス浄化システム７０であっても、上述した排ガス浄化システム６０と同様な作用効果を奏する。また、水電解装置２４にて製造された酸素をＮＯｘ浄化装置１５の排ガス流通方向上流側に供給するようにしたことで、排ガスに含まれる一酸化窒素の酸化を促進して二酸化窒素にすることができ、ＮＯｘ浄化装置１５の前段への酸化触媒の設置を省略することができ、設備コストを低減することができる。
【０１０９】
［第三の実施形態］
本発明に係る排ガス浄化システムを自動車から排気される排ガスの浄化処理に適用した場合の第三の実施形態につき図７を用いて説明する。
図７は、排ガス浄化システムの概略構成図である。
【０１１０】
本発明の第三の実施形態に係る排ガス浄化システムは、上述した本発明の第一の実施形態に係る排ガス浄化システムが有するＤＰＦと第二の酸化触媒との位置を入れ替え、水電解装置にて得られた水素をＮＯｘ浄化装置の排ガス流通方向上流側へ送給する水素送給管を追加する一方、マイクロリアクターを削除したものであり、それ以外は同じ構成を有する。
本発明の第三の実施形態に係る排ガス浄化システムにおいて、上述した本発明の第一の実施形態に係る排ガス浄化システムと同一装置には同一符号を付記しその説明を省略する。
【０１１１】
本発明の第三の実施形態に係る排ガス浄化システム８０は、図７に示すように、エンジン１０の排ガスの排気経路にて排ガス流通方向上流側からその下流側に向かって、集合排気管３、第四の連絡配管７１、ＮＯｘ浄化装置１５、第二の連絡配管６３、第二の酸化触媒１７、第三の連絡配管６４、ＤＰＦ１３、マフラー１８の順序にて配置される。水電解装置２４で製造された水素は、水素連絡管８１を通じて水素を貯蔵する水素貯蔵装置８２と連絡する。水素貯蔵装置８２には水素をＮＯｘ浄化装置１５の排ガス流通方向へ送給する水素送給管８３が連結される。
【０１１２】
よって、水電解装置２４にて水から製造された水素は、水素連絡管８１を通じて水素貯蔵装置８２に送給されて貯蔵される。必要に応じて、水素貯蔵装置８２に貯蔵された水素は水素送給管８３を通じてＮＯｘ浄化装置１５の排ガス流通方向上流側へ送給される。一方、水電解装置２４にて水から製造された酸素は、酸素送給管２６を通じて酸素吸着剤２７に送給されて貯蔵される。必要に応じて、酸素吸着剤２７に貯蔵された酸素は酸素送給管６１を通じて第二の酸化触媒１７およびＤＰＦ１３の排ガス流通方向上流側へ送給される。その結果、ＮＯｘ浄化装置１５にて、前記水素と排ガス中の窒素酸化物とが当該装置内に設置されるＳＣＲ触媒にて接触し、当該窒素酸化物が還元除去される。また、第二の酸化触媒１７およびＤＰＦ１３の排ガス流通方向上流側へ水電解装置２４で製造された酸素を供給することで、水電解装置２４にて製造された酸素が活性期の酸素であり、当該活性期の酸素が第二の酸化触媒１７にて排ガス中の炭化水素や一酸化炭素の酸化を促進したり、前記排ガス中に余剰のアンモニアを含むときにはその酸化も促進したりすることができ、排ガスをより一層浄化することができる。また前記活性期の酸素により、ＤＰＦ１３が捕集した微粒子を低温にて燃焼除去でき、排ガスをより一層浄化することができる。
【０１１３】
［第四の実施形態］
本発明に係る排ガス浄化システムを自動車から排気される排ガスの浄化処理に適用した場合の第四の実施形態につき図８を用いて説明する。
図８は、排ガス浄化システムの概略構成図である。
【０１１４】
本発明の第四の実施形態に係る排ガス浄化システムは、上述した本発明の第三の実施形態に係る排ガス浄化システムが有するＮＯｘ浄化装置をマフラー内に設置したものであり、それ以外は同じ構成を有する。
本発明の第四の実施形態に係る排ガス浄化システムにおいて、上述した本発明の第三の実施形態に係る排ガス浄化システムと同一装置には同一符号を付記しその説明を省略する。
【０１１５】
本発明の第四の実施形態に係る排ガス浄化システム９０は、図８に示すように、エンジン１０の排ガスの排気経路にて排ガス流通方向上流側からその下流側に向かって、集合排気管３、第四の連絡配管７１、第二の連絡配管６３、第二の酸化触媒１７、第三の連絡配管６４、ＤＰＦ１３、マフラー９８の順序にて配置される。
【０１１６】
ただし、マフラー９８内にはＮＯｘ浄化装置が配置される。このＮＯｘ浄化装置は、上述した通り、還元剤である水素と排ガス中の窒素酸化物とが接触して当該窒素酸化物を還元除去するＳＣＲ触媒を具備するものである。水電解装置２４で製造された水素は、水素連絡管８１を通じて水素を貯蔵する水素貯蔵装置８２と連絡する。水素貯蔵装置８２には水素をマフラー９８へ送給する水素送給管９１が連結される。
【０１１７】
上述したマフラー９８は、複数のチャンバーを有しており、排ガスの温度を例えば２００℃程度に低減すると共に排ガスの圧力を低減する上に、騒音を低減するものである。
【０１１８】
よって、排ガス浄化システム９０によれば、ＮＯｘ浄化装置をマフラー９８内に配置したことにより、上述した通りマフラー９８自体が排ガス温度を低下させるものであり、低温となった排ガスに含まれる酸素と還元剤である水素との酸化反応を抑制することができる。ＳＣＲ触媒にて排ガス中の窒素酸化物と還元剤である水素とを接触させることによる還元除去を常時行うことができる。その結果、従来排ガス温度が高い場合に還元剤として利用していたアンモニアを用いる必要が無くなり、アンモニアの製造装置および前記ＳＣＲ触媒を通過したアンモニアを処理するための装置が不要となり、システムのコンパクト化を図ることが出来る上に、システムのコストを低減することができる。さらに、ＳＣＲ触媒が設置される箇所を流通する排ガスの流速が遅いため、排ガス中の窒素酸化物と前記ＳＣＲ触媒との接触時間が長くなって窒素酸化物の還元反応率が向上する。よって、前記箇所に配置するＳＣＲ触媒の量を減らすことができ、システムのコンパクト化、およびコストの低減を図ることができる。
【０１１９】
なお、上記では、マフラー９８内にＮＯｘ浄化装置（ＳＣＲ触媒）を配置した排ガス浄化システム９０を用いて説明したが、排ガスを大気へ排気する排気経路における排ガス温度が２００℃以下となる箇所に前記ＳＣＲ触媒を配置した排ガス浄化システムとしても良く、このような排ガス浄化システムであっても、上述した排ガス浄化システム９０と同様、排ガスに含まれる酸素と還元剤である水素との酸化反応を抑制することができ、還元触媒にて排ガス中の窒素酸化物と還元剤である水素とを接触させることによる還元除去を常時行うことができる。その結果、従来排ガス温度が高い場合に還元剤として利用していたアンモニアを用いる必要が無くなり、アンモニアの製造装置および前記還元触媒を通過したアンモニアを処理するための装置が不要となり、システムのコンパクト化を図ることが出来る上に、システムのコストを低減することができる。
【０１２０】
［他の実施形態］
上述した本発明に係る排ガス浄化システムの第一〜第四の実施形態では、自動車に適用した排ガス浄化システム５０，６０，７０，８０，９０を用いて説明したが、上述した排ガス浄化システム５０，６０，７０，８０，９０を、定置型内燃機関を具備する設備に適用することも可能である。このような設備であっても、上述した排ガス浄化システム５０，６０，７０，８０，９０と同様な作用効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【０１２１】
【図１】本発明に係る排ガス浄化システムの第一の実施形態の概略構成図である。
【図２】本発明に係る排ガス浄化システムの第一の実施形態の制御フローを示す図である。
【図３】エンジンの回転数およびトルクと相関して示される排ガス温度分布および一酸化窒素の濃度分布の一例を示すデータマップである。
【図４】燃料噴射弁による燃料の噴射時期および噴射期間の一例を示す図である。
【図５】本発明に係る排ガス浄化システムの第二の実施形態の概略構成図である。
【図６】本発明に係る排ガス浄化システムの第二の実施形態の他例を示す概略構成図である。
【図７】本発明に係る排ガス浄化システムの第三の実施形態の概略構成図である。
【図８】本発明に係る排ガス浄化システムの第四の実施形態の概略構成図である。
【符号の説明】
【０１２２】
１          エンジン本体
２          吸気通路
３          排気マニホールド（集合排気管）
４          ＥＧＲ弁
５          排ガス循環通路（ＥＧＲ管）
１０        エンジン
１１        第一の酸化触媒
１２        第一の連絡配管
１３        ディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）
１４        第二の連絡配管
１５        ＮＯｘ浄化装置
１６        第三の連絡配管
１７        第二の酸化触媒
１８        マフラー
１９        マイクロリアクター
２０        燃料
２１        吸着剤
２２        還元剤供給管
２３        水回収装置
２４        水電解装置
２５        第一の水供給管
２６        連絡管
２７        酸素吸着剤
２８        酸素および水の供給管
２９        酸素供給管
３０        水素送給管
３１，３２，３３，３４  センサ
４１        電子制御装置（ＥＣＵ）
５０，６０，７０，８０，９０  排ガス浄化システム
６１        酸素供給管
６２        第一の連絡配管
６３        第二の連絡配管
６４        第三の連絡配管
７１        第四の連絡配管
８１        水素連絡管
８２        水素貯蔵装置
８３，９１  水素送給管
９８        マフラー
【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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