(57)【要約】      （修正有）【課題】  ＮＯｘ吸蔵還元型触媒において、排気管燃料添加によるＮＯｘ還元及び硫黄再生処理の効率を向上でき、特に排ガス温度が低温や硫黄成分を含む排ガスの場合にも高水準のＮＯｘ浄化性能を保持することが可能な排ガス浄化装置を提供する。【解決手段】  内燃機関１の排ガス通路４内に配置されたＮＯｘ吸蔵還元型触媒８と、燃料の一部を軽質分燃料と重質分燃料とに加熱分留する燃料分留装置１６と、軽質分燃料を貯留する軽質分燃料タンク２１と、燃料の一部をＮＯｘ吸蔵還元型触媒８の上流側の排ガス通路４内に供給する燃料添加装置２４と、軽質分燃料をＮＯｘ吸蔵還元型触媒８の上流側の排ガス通路４内に供給する軽質分燃料添加装置２５と、ＮＯｘ還元処理及び／又は硫黄再生処理をする場合に、前記燃料を供給した後に前記軽質分燃料を供給するように燃料添加装置２４及び軽質分燃料添加装置２５を制御する燃料添加制御装置３０と、を備える排ガス浄化装置。【選択図】  図１
2007278212.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関に接続された排ガス通路と、
前記排ガス通路内に配置されており、多孔質酸化物担体と該担体に担持された貴金属及びＮＯｘ吸蔵材とを備えた排ガス浄化用触媒と、
燃料タンクに接続されており、燃料の一部を軽質分燃料と重質分燃料とに加熱分留する分留手段と、
前記分留手段に接続されており、前記軽質分燃料を貯留する軽質分燃料タンクと、
前記燃料タンクに接続されており、燃料の一部を前記排ガス浄化用触媒の上流側の前記排ガス通路内に供給する燃料添加手段と、
前記軽質分燃料タンクに接続されており、軽質分燃料を前記排ガス浄化用触媒の上流側の前記排ガス通路内に供給する軽質分燃料添加手段と、
前記燃料添加手段及び前記軽質分燃料添加手段に電気的に接続されており、前記排ガス浄化用触媒に吸蔵されたＮＯｘを還元浄化する場合及び／又は前記排ガス浄化用触媒を被毒している硫黄化合物を還元除去する場合に、前記燃料を供給した後に前記軽質分燃料を供給するように前記燃料添加手段及び前記軽質分燃料添加手段を制御する燃料添加制御手段と、
を備えることを特徴とする排ガス浄化装置。
【請求項２】
前記燃料添加手段から供給される燃料の添加量と前記軽質分燃料添加手段から供給される軽質分燃料の添加量との容量比（燃料の添加量：軽質分燃料の添加量）が１：９〜５：５であることを特徴とする請求項１に記載の排ガス浄化装置。
【請求項３】
前記燃料添加制御手段が、運転時間、走行距離、ＮＯｘ量、及び硫黄化合物量からなる群から選択される少なくとも一つの情報に基づいて前記燃料添加手段及び前記軽質分燃料添加手段を制御することを特徴とする請求項１又は２に記載の排ガス浄化装置。
【請求項４】
多孔質酸化物担体と該担体に担持された貴金属及びＮＯｘ吸蔵材とを備えた排ガス浄化用触媒に、内燃機関から排出された排ガスを接触させて該排ガスを浄化する方法であって、
燃料の一部を軽質分燃料と重質分燃料とに加熱分留する分留工程と、
前記排ガス浄化用触媒に吸蔵されたＮＯｘを還元浄化する場合及び／又は前記排ガス浄化用触媒を被毒している硫黄化合物を還元除去する場合に、前記排ガス浄化用触媒の上流側の前記排ガス中に前記燃料を供給した後に前記軽質分燃料を供給する燃料添加工程と、
を含むことを特徴とする排ガス浄化方法。
【請求項５】
前記排ガス中に添加される燃料の添加量と軽質分燃料の添加量との容量比（燃料の添加量：軽質分燃料の添加量）が１：９〜５：５であることを特徴とする請求項４に記載の排ガス浄化方法。
【請求項６】
前記燃料添加工程において、運転時間、走行距離、ＮＯｘ量、及び硫黄化合物量からなる群から選択される少なくとも一つの情報に基づいて前記排ガス中への前記燃料と前記軽質分燃料との供給を制御することを特徴とする請求項４又は５に記載の排ガス浄化方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排ガス浄化装置及び排ガス浄化方法に関し、より詳しくは、多孔質酸化物担体とそれに担持された貴金属及びＮＯｘ吸蔵材とを備えた排ガス浄化用触媒を用いて内燃機関から排出された排ガスを浄化する装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
地球環境保護の観点から自動車等の内燃機関から排出される排ガス中のＣＯ２が問題とされ、その解決策として燃料を空気過剰雰囲気で希薄燃焼させるいわゆる希薄燃焼方式内燃機関が有望視されている。そのため、酸素過剰雰囲気下でもＮＯｘを高効率に浄化する触媒及び浄化システムの開発が望まれている。
【０００３】
このような状況の下、希薄燃焼ガソリンエンジンからの排ガスを浄化する触媒として、いわゆるＮＯｘ吸蔵還元型触媒が実用化されている。このようなＮＯｘ吸蔵還元型触媒は、アルカリ金属、アルカリ土類金属等のＮＯｘ吸蔵材と貴金属をアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）等の多孔質担体に担持したものである。このようなＮＯｘ吸蔵還元型触媒では、空燃比を燃料リーン雰囲気から一時的に例えばパルス状に燃料ストイキ〜リッチ雰囲気となるように制御することにより、リーン雰囲気では排ガス中のＮＯが貴金属上でＮＯｘへ酸化され、塩基性物質であるＮＯｘ吸蔵材がＮＯｘと中和反応して硝酸塩や亜硝酸塩を形成することにより吸蔵される。そして、ストイキ〜リッチ雰囲気において、吸蔵されていたＮＯｘの硝酸塩や亜硝酸塩が分解し、ＮＯｘとして放出され、貴金属の触媒作用によりＨＣやＣＯといった還元性成分と反応してＮ２に還元されて浄化される。このように排ガス浄化用触媒に吸蔵されたＮＯｘを還元浄化する処理が「リッチスパイク」と呼ばれる。
【０００４】
一方、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒は、ＳＯ２等の硫黄成分を含む排ガスに曝されると、硫黄成分が貴金属上でＳＯｘへ酸化され、ＮＯｘ吸蔵材がＳＯｘと中和反応して安定な硫酸塩や亜硫酸塩を形成するため、ＮＯｘを吸蔵できなくなる。そのため、一時的に高温のリッチ雰囲気となるように制御することにより、ＮＯｘ吸蔵材を被毒している硫酸塩や亜硫酸塩を還元分解してＳＯ２やＨ２Ｓとして脱離させる必要がある。このように排ガス浄化用触媒を被毒している硫黄化合物を還元除去する処理が「硫黄再生処理」と呼ばれる。
【０００５】
ところが、ディーゼルエンジン等の内燃機関から排出される排ガスの浄化にＮＯｘ吸蔵還元型触媒を適用する場合は、通常の燃焼でリッチ雰囲気を実現することは困難である。そこで、従来から、例えば特開平６−１５９０３７号公報（特許文献１）に記載されているように、エキゾーストマニホールド等の排ガス通路内に還元剤として機能する燃料を供給する手法が採用されている。このようにリッチ雰囲気を実現するために燃料を排ガス通路内に添加する処理が「排気管燃料添加」と呼ばれる。
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載のように、燃料をそのまま用いて排気管燃料添加した場合、十分なＮＯｘ還元性能が得られず、また十分な硫黄再生処理が実施できないため、必ずしも十分なＮＯｘ浄化性能を得られないという問題があった。すなわち、燃料をそのまま排ガス通路内に添加した場合、その多くは液体状態のままでＮＯｘ吸蔵還元型触媒へ到達して付着し、そこで添加された燃料は気体状態になり、排ガス中の酸素と反応して酸素を消費する。その結果、酸素が消費されるまでの間に、燃料中の比較的軽質の成分が先に気体状態になってその一部が酸素と反応することとなり、酸素が消費された後の余剰の燃料（還元剤）は燃料中の比較的重質の成分となる。このような比較的重質の成分は軽質の成分に比べて元来の還元剤としての活性に劣るため、高効率でＮＯｘ還元や硫黄再生処理を実行することができなかった。
【０００７】
また、例えば特開２００５−２４０６０４号公報（特許文献２）には、リッチ雰囲気でのＮＯｘ還元や硫黄再生処理を促進するため、燃料タンクから供給された燃料を軽質分と重質分とに加熱分留し、その軽質分の燃料を排ガス通路内に供給してリッチ雰囲気を実現する方法が開示されている。
【０００８】
しかしながら、特許文献２に記載のように、軽質分の燃料を用いて排気管燃料添加した場合であっても、ＮＯｘ還元や硫黄再生処理の効率を必ずしも十分に向上させることができないという問題があった。すなわち、軽質分の燃料は、重質分を含む通常の燃料と比較して、排ガス通路内に添加された後に気体状態になりやすいため触媒表面との接触性が低く、また発火性の点でも通常同等以下であるため、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒で反応せずに素通りしやすい。その結果、酸素が消費されるまでの間に、酸素を消費するために多量の燃料が費やされることとなるため、高効率でＮＯｘ還元や硫黄再生処理を実行することができなかった。
【特許文献１】特開平６−１５９０３７号公報
【特許文献２】特開２００５−２４０６０４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、上記従来技術の有する課題に鑑みてなされたものであり、ディーゼルエンジン等の内燃機関から排出される排ガスをＮＯｘ吸蔵還元型触媒を用いて浄化する装置及び方法において、リッチ雰囲気を実現するために排気管燃料添加する際にＮＯｘ還元及び硫黄再生処理の効率を十分に向上させることができ、特に排ガス温度が低温である場合や硫黄成分を含む排ガスに曝された場合であっても高水準のＮＯｘ浄化性能を保持することが可能な排ガス浄化装置及び排ガス浄化方法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】
【００１０】
本発明者らは、上記目的を達成すべく鋭意研究を重ねた結果、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒を用いた排ガス浄化装置及び方法においてリッチ雰囲気を実現するために排気管燃料添加する際に、重質分の燃料を含む通常の燃料を供給した後に軽質分の燃料を供給することによって、ＮＯｘ還元及び硫黄再生処理の双方の効率が驚くべきことに顕著に向上することを見出し、本発明を完成するに至った。
【００１１】
すなわち、本発明の排ガス浄化装置は、
内燃機関に接続された排ガス通路と、
前記排ガス通路内に配置されており、多孔質酸化物担体と該担体に担持された貴金属及びＮＯｘ吸蔵材とを備えた排ガス浄化用触媒と、
燃料タンクに接続されており、燃料の一部を軽質分燃料と重質分燃料とに加熱分留する分留手段と、
前記分留手段に接続されており、前記軽質分燃料を貯留する軽質分燃料タンクと、
前記燃料タンクに接続されており、燃料の一部を前記排ガス浄化用触媒の上流側の前記排ガス通路内に供給する燃料添加手段と、
前記軽質分燃料タンクに接続されており、軽質分燃料を前記排ガス浄化用触媒の上流側の前記排ガス通路内に供給する軽質分燃料添加手段と、
前記燃料添加手段及び前記軽質分燃料添加手段に電気的に接続されており、前記排ガス浄化用触媒に吸蔵されたＮＯｘを還元浄化する場合及び／又は前記排ガス浄化用触媒を被毒している硫黄化合物を還元除去する場合に、前記燃料を供給した後に前記軽質分燃料を供給するように前記燃料添加手段及び前記軽質分燃料添加手段を制御する燃料添加制御手段と、
を備えることを特徴とするものである。
【００１２】
本発明の排ガス浄化装置においては、前記燃料添加手段から供給される燃料の添加量と前記軽質分燃料添加手段から供給される軽質分燃料の添加量との容量比（燃料の添加量：軽質分燃料の添加量）が１：９〜５：５であることが好ましい。
【００１３】
また、本発明の排ガス浄化装置においては、前記燃料添加制御手段が、運転時間、走行距離、ＮＯｘ量、及び硫黄化合物量からなる群から選択される少なくとも一つの情報に基づいて前記燃料添加手段及び前記軽質分燃料添加手段を制御することが好ましい。
【００１４】
本発明の排ガス浄化方法は、多孔質酸化物担体と該担体に担持された貴金属及びＮＯｘ吸蔵材とを備えた排ガス浄化用触媒に、内燃機関から排出された排ガスを接触させて該排ガスを浄化する方法であって、
燃料の一部を軽質分燃料と重質分燃料とに加熱分留する分留工程と、
前記排ガス浄化用触媒に吸蔵されたＮＯｘを還元浄化する場合及び／又は前記排ガス浄化用触媒を被毒している硫黄化合物を還元除去する場合に、前記排ガス浄化用触媒の上流側の前記排ガス中に前記燃料を供給した後に前記軽質分燃料を供給する燃料添加工程と、
を含むことを特徴とする方法である。
【００１５】
本発明の排ガス浄化方法においては、前記排ガス中に添加される燃料の添加量と軽質分燃料の添加量との容量比（燃料の添加量：軽質分燃料の添加量）が１：９〜５：５であることが好ましい。
【００１６】
また、本発明の排ガス浄化方法においては、前記燃料添加工程において、運転時間、走行距離、ＮＯｘ量、及び硫黄化合物量からなる群から選択される少なくとも一つの情報に基づいて前記排ガス中への前記燃料と前記軽質分燃料との供給を制御することが好ましい。
【００１７】
なお、本発明の排ガス浄化装置及び方法において、リッチ雰囲気を実現するために排気管燃料添加する際に重質分の燃料を含む通常の燃料を供給した後に軽質分の燃料を供給することによって、ＮＯｘ還元及び硫黄再生処理の双方の効率が驚くべきことに顕著に向上する理由は必ずしも定かではないが、本発明者らは以下のように推察する。すなわち、排気管燃料添加する場合の排ガス中には、数％レベルの酸素が残存し、その酸素と反応し消費される分より多い過剰の燃料（還元剤）が存在する。排気管燃料添加を用いてＮＯｘ還元を実行するためには、
（i）燃料と排ガス中の酸素との反応による酸素消費、及び、
（ii）過剰燃料とＮＯｘとの反応によるＮＯｘ還元、
の２つのステップを経て進行する。また、排気管燃料添加を用いて硫黄再生処理を実行するためには、
（i）燃料と排ガス中の酸素との反応による酸素消費、及び、
（ii）過剰燃料と硫酸塩や亜硫酸塩との反応による硫黄化合物の脱離、
の２つのステップを経て進行する。
【００１８】
燃料を軽質分と重質分とに加熱分留した場合、軽質分の燃料は、通常の燃料と比較して元来の還元剤としての活性が高いので、酸素濃度がゼロの場合は高いＮＯｘ還元性能及び硫黄再生能力を示す。すなわち、軽質分の燃料は、上述のステップ（ii）を進行させることに優れる。しかし、軽質分の燃料は、通常の燃料と比較して排ガス通路内に添加されると気体状態になりやすいので、触媒表面との接触性は低く、また発火性の点でも通常同等以下であるため、排ガス浄化用触媒で反応せずに素通りしやすい。一方、重質分の燃料を含む通常の燃料は、軽質分の燃料と比較して、排ガス通路内に添加された後でも一部が液体状態になりやすいので、触媒表面に付着しやすく、排ガス中の酸素と反応するまでの時間を確保しやすい。また、重質分の燃料を含む通常の燃料は、軽質分の燃料と比較して、発火性の点では同等以上なので、酸素と反応しやすい。そのため、重質分の燃料を含む通常の燃料は、上述のステップ（i）を進行させることに優れる。
【００１９】
したがって、本発明の排ガス浄化装置及び方法においては、先ず重質分の燃料を含む通常の燃料を供給することによって上述のステップ（i）が高効率で進行し、それによって酸素が消費されて触媒温度が上昇した後に軽質分の燃料を供給することによって上述のステップ（ii）が高効率で進行するため、ＮＯｘ還元と硫黄再生処理の双方の効率が驚くべきことに顕著に向上し、結果として排ガス温度が低温である場合や硫黄成分を含む排ガスに曝された場合であってもＮＯｘ浄化性能が高水準に保持されるようになると本発明者らは推察する。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、ディーゼルエンジン等の内燃機関から排出される排ガスをＮＯｘ吸蔵還元型触媒を用いて浄化する装置及び方法において、リッチ雰囲気を実現するために排気管燃料添加する際にＮＯｘ還元及び硫黄再生処理の効率を十分に向上させることができ、特に排ガス温度が低温である場合や硫黄成分を含む排ガスに曝された場合であっても高水準のＮＯｘ浄化性能を保持することが可能な排ガス浄化装置及び排ガス浄化方法を提供することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、以下の説明及び図面中、同一又は相当する要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【００２２】
図１に、本発明の排ガス浄化装置を備えた内燃機関の好適な一実施形態の模式図を示す。図１に示す内燃機関１は、複数（図１では４つ）の気筒２を有するディーゼルエンジンとして構成されており、内燃機関１には吸気通路３及び排ガス通路４が接続され、吸気通路３には、ターボチャージャ５のコンプレッサ５ａ、吸気を冷却するインタークーラ６、吸気量調整用のスロットルバルブ７が設けられている。そして、排ガス通路４には、ターボチャージャ５の排ガスタービン５ｂと、排ガス浄化装置を構成する排ガス浄化用触媒８とが設けられている。また、排ガス通路４の排ガスマニホールド４ａは、排ガスの一部を吸気通路３へ戻すためＥＧＲクーラ９を介してＥＧＲ通路１０によって吸気通路３と接続されている。
【００２３】
本発明にかかる排ガス浄化触媒８としては、多孔質酸化物担体とそれに担持された貴金属及びＮＯｘ吸蔵材とを備えた排ガス浄化用触媒（ＮＯｘ吸蔵還元型触媒）が用いられる。
【００２４】
このような多孔質酸化物担体を構成する金属酸化物としては、特に限定されないが、例えば、チタニア、アルミナ、シリカ、ジルコニア、ジルコニア−チタニア固溶体、シリカ−アルミナ固溶体を挙げることができる。また、多孔質酸化物担体は粉末であることが好ましく、一種の金属酸化物の粉末を単独で、或いは二種以上の金属酸化物の粉末を組み合わせて用いることができる。このような多孔質酸化物担体の量は特に限定されないが、後述する基材１リットル当たり３０〜４００ｇの範囲であることが好ましい。
【００２５】
また、ＮＯｘ吸蔵材としては、特に限定されないが、アルカリ金属、アルカリ土類金属及び希土類からなる群から選択される少なくとも一つの元素が好適に用いられる。このようなアルカリ金属元素としては、リチウム（Ｌｉ）、ナトリウム（Ｎａ）、カリウム（Ｋ）、セシウム（Ｃｓ）等が挙げられる。また、このようなアルカリ土類金属元素としては、マグネシウム（Ｍｇ）、カルシウム（Ｃａ）、ストロンチウム（Ｓｒ）、バリウム（Ｂａ）等が挙げられる。さらに、このような希土類元素としては、スカンジウム（Ｓｃ）、イットリウム（Ｙ）、ランタン（Ｌａ）、セリウム（Ｃｅ）、プラセオジム（Ｐｒ）、ネオジム（Ｎｄ）等が挙げられる。これらのＮＯｘ吸蔵材の中でも、塩基度が高いアルカリ金属及びアルカリ土類金属から選択される少なくとも一つの元素を用いることが好ましい。また、アルカリ金属は高温域におけるＮＯｘ吸蔵能が高く、アルカリ土類金属は低温域におけるＮＯｘ吸蔵能が高いので、両者を併用することがより好ましく、中でもＫ及びＢａを併用することが特に好ましい。このようなＮＯｘ吸蔵材の担持量も特に限定されないが、後述する基材１リットル当たり０．１〜１．２モルの範囲であることが好ましい。
【００２６】
さらに、貴金属としては、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、ロジウム（Ｒｈ）、イリジウム（Ｉｒ）、ルテニウム（Ｒｕ）が挙げられる。これらの中でも、ＮＯの酸化活性が高いという観点からＰｔが特に好ましい。このような貴金属の担持量も特に限定されないが、後述する基材１リットル当たり０．１〜２０ｇの範囲であることが好ましい。
【００２７】
本発明にかかる排ガス浄化用触媒の形態も特に制限されず、ハニカム形状のモノリス触媒、ペレット形状のペレット触媒等の形態とすることができる。ここで用いられる基材も特に制限されず、パティキュレートフィルタ基材（ＤＰＦ基材）、モノリス状基材、ペレット状基材、プレート状基材等が好適に採用されるが、中でもパティキュレートフィルタ基材を用いると本発明の効果がより確実に達成される傾向にある。また、このような基材の材質も特に制限されないが、コーディエライト、炭化ケイ素、ムライト等のセラミックスからなる基材や、クロム及びアルミニウムを含むステンレススチール等の金属からなる基材が好適に採用される。
【００２８】
図１に示す内燃機関１には、燃料供給装置１１が設けられている。燃料供給装置１１は、各気筒２内へ燃料を噴射する燃料噴射弁１２と、燃料噴射弁１２から噴射する高圧の燃料を蓄えるコモンレール１３と、燃料を貯留する燃料タンク１４と、燃料タンク１４からコモンレール１３へ燃料を供給する燃料ポンプ１５とを備えている。
【００２９】
また、図１に示す内燃機関１には、燃料を、低沸点成分を多く含み軽質な気相燃料（以下、軽質分燃料という。）と、高沸点成分を多く含み重質な液相燃料（以下、重質分燃料という。）とに分留する燃料分留装置（分留手段）１６が設けられている。
【００３０】
燃料分留装置１６は、分留管１７と、燃料タンク１４から分留管１７へ燃料の一部（分留用燃料）を供給するための分留用燃料ポンプ１８と、分留管１７から分岐する気相通路１９及び液相通路２０と、分留管１７で分留された軽質分燃料を貯留する軽質分燃料タンク２１と、軽質燃料タンク２１に貯留されている軽質分燃料の量に対応した信号を出力する貯留量センサ２２とを備えている。また、分留管１７には、分留管１７内の温度に対応した信号を出力する分留温度センサ２３が設けられている。
【００３１】
図２に燃料分留装置１６の分留管１７を示す。分留管１７は、排ガス通路４の排ガスマニホールド４ａ内に配置されており、分留用燃料ポンプ１８により接続された通路１８ａから供給された分留用燃料が排ガス熱を利用して目標温度範囲（例えば２００〜２５０℃）まで昇温され、気化した軽質分燃料は気相通路１９を経て凝縮し、軽質分燃料タンク２１へ蓄えられる。一方、気化しなかった重質分燃料は液相通路２０を経て燃料タンク１４に戻される。
【００３２】
そして、図１に示す内燃機関１には、燃料タンク１４中の燃料の一部を排ガス浄化用触媒４の上流側の排ガス通路４内に供給する燃料添加装置（燃料添加手段）２４と、軽質分燃料タンク２１中の軽質分燃料を排ガス浄化用触媒８の上流側の排ガス通路４内に供給する軽質分燃料添加装置（軽質分燃料添加手段）２５とが設けられている。燃料添加装置２４は、排ガス浄化用触媒８の上流側の排ガス通路４内に重質分を含む通常の燃料を添加する燃料添加インジェクタ２６と、燃料添加インジェクタ２６へ燃料を送り出す添加用燃料ポンプ２７とを備えている。また、軽質分燃料添加装置２５は、排ガス浄化用触媒８の上流側の排ガス通路４内に軽質分燃料を添加する軽質分燃料添加インジェクタ２８と、軽質分燃料添加インジェクタ２８へ軽質分燃料を送り出す軽質分燃料ポンプ２９とを備えている。
【００３３】
図１に示す内燃機関１の運転状態はエンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）３０により制御される。ＥＣＵ３０は、マイクロプロセッサ及びその動作に必要なＲＯＭ、ＲＡＭ等の周辺装置を組み合わせたコンピュータとして構成されている。そして、ＥＣＵ３０は、燃料添加装置２４及び軽質分燃料添加装置２５を制御する燃料添加制御手段と、燃料分留装置１６の制御手段とを兼ねており、分留温度センサ２３、貯留量センサ２２等からの出力信号が入力され、燃料添加インジェクタ２６、軽質分燃料添加インジェクタ２８等に制御信号を出力する。
【００３４】
以上説明した、排ガス浄化用触媒８、燃料分留装置１６、燃料添加装置２４、軽質分燃料添加装置２５、及びＥＣＵ３０により本発明の排ガス浄化装置が構成されている。そして、本発明の排ガス浄化装置を備えた内燃機関１においては、(i)排ガスの空燃比をストイキ又はリッチ雰囲気に設定して触媒８に吸蔵されているＮＯｘを放出させるＮＯｘ還元時、及び／又は、(ii)排ガスの空燃比をストイキ又はリッチ雰囲気に設定するとともにＮＯｘ還元時よりも排ガスの温度を上昇させて触媒８に吸蔵された硫黄分を放出させる硫黄再生時に、燃料添加インジェクタ２６から重質分を含む通常の燃料を供給した後に、軽質分燃料添加インジェクタ２８から軽質分燃料を供給するように燃料添加装置２４及び軽質分燃料添加装置２５が制御され、それによってＮＯｘ還元処理及び／又は硫黄再生処理が高効率で実行される。
【００３５】
なお、燃料添加装置２４から供給される燃料の添加量と軽質分燃料添加装置２５から供給される軽質分燃料の添加量は、特に限定されないが、両者の添加量の容量比（燃料の添加量：軽質分燃料の添加量）が１：９〜５：５であることが好ましい。重質分を含む通常の燃料の添加量が前記下限より少ないと、前記ステップ(i)が遅いため酸素を消費するのに必要な燃料が多量となってＮＯｘ還元や硫黄再生処理の効率が低下する傾向にあり、他方、重質分を含む通常の燃料の添加量が前記上限より多いと、ＮＯｘ還元や硫黄再生処理の効率そのものが低下する傾向にある。
【００３６】
また、排ガス通路４内に供給される燃料と軽質分燃料との総量も特に限定されず、例えば、内燃機関の大きさ、ＮＯｘ量（例えば、触媒のＮＯｘ吸蔵量又はその予想量）、硫黄化合物量（例えば、触媒の硫黄被毒量又はその予想量）、前回処理してからの運転時間や走行距離といった情報に基づいて適宜設定される。なお、ＮＯｘ還元時と硫黄再生時とでは、処理に要する燃料と軽質分燃料との総量が異なり、硫黄再生時にはＮＯｘ還元時よりも多くの燃料及び軽質分燃料が供給される傾向にある。
【００３７】
さらに、燃料添加インジェクタ２６からの燃料の供給と軽質分燃料添加インジェクタ２８からの軽質分燃料の供給のタイミングも特に限定されず、例えば、前回処理してからの運転時間や走行距離、ＮＯｘ量（例えば、触媒のＮＯｘ吸蔵量又はその予想量）、硫黄化合物量（例えば、触媒の硫黄被毒量又はその予想量）といった情報に基づいて適宜設定される。なお、ＮＯｘ還元処理においては、所定量の燃料の供給と所定量の軽質分燃料の供給とを間歇的に交互に繰り返すことが好ましく、内燃機関の運転条件（温度や空間速度）にも依存するが、燃料添加インジェクタ２６からの燃料の供給開始から軽質分燃料添加インジェクタ２８からの軽質分燃料の供給開始までの時間（Δｔ）は０．５秒から２．０秒の間が好ましい。また、硫黄再生処理においては、連続又は間歇的に所定量の燃料を供給した後に、連続又は間歇的に所定量の軽質分燃料を供給することが好ましい。
【００３８】
また、燃料分留装置１６は、ＥＣＵ３０により例えば以下のように制御される。すなわち、分留温度センサ２３により検出される分留管１７の温度が目標温度範囲（例えば２００〜２５０℃）になった場合で、且つ、貯留量センサ２２により検出される軽質分燃料タンク２１の中の軽質分燃料が目標量より少なかった場合に、分留用燃料ポンプ１８が動作し、燃料分留が開始する。分留管１７の温度が目標温度範囲から外れた場合や、軽質分燃料が目標量より多くなった場合は、分留用燃料ポンプ１８は停止し、燃料分留が終了する。
【００３９】
内燃機関１の通常の運転状態では、分留管１７の温度が２００℃から２５０℃までの範囲に入る割合は多く、例えばこれを目標温度範囲に設定すれば、軽質分燃料タンク１４の中の軽質分燃料の貯留量は十分に確保され、軽質分燃料添加インジェクタ２８から送り出す量を賄うことができる。また、分留管１７の温度が２００℃から２５０℃までの範囲に入る場合、沸点が約２５０℃以下の燃料成分が気化し、気相通路１９を経て凝縮し、軽質分燃料となる。その代表的な成分としては、ｎ−テトラデカン（ｎ−Ｃ１４Ｈ３０、沸点２５２．５℃）、ｎ−トリデカン（ｎ−Ｃ１３Ｈ２８、沸点２３４℃）、ｎ−ドデカン（ｎ−Ｃ１２Ｈ２６、沸点２１４．５℃）、ｎ−ウンデカン（ｎ−Ｃ１１Ｈ２４、沸点１９４．５℃）、ｎ−デカン（ｎ−Ｃ１０Ｈ２２、沸点１７４℃）、及びこれらの異性体等がある。
【００４０】
以上、本発明の本発明の排ガス浄化装置及び排ガス浄化方法の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。例えば、本発明を適用する内燃機関はディーゼルエンジンに限定されず、ガソリンエンジンに本発明を適用することもできる。
【実施例】
【００４１】
以下、実施例及び比較例に基づいて本発明をより具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
【００４２】
（実施例１）
＜排ガス浄化用触媒の調製＞
以下の方法により排ガス浄化用触媒を調製した。すなわち、先ず、体積２．０リットル、細孔容積０．５８〜０．６２ｃｃ／ｇ、細孔平均径２５〜３５μｍのコーディエライト製ウォールフロー型フィルタ基材（ＤＰＦ基材）を基材として使用した。そして、この基材に、γ−アルミナ粉末（比表面積２２０ｍ２／ｇ）、チタニア−ジルコニア固溶体粉末（比表面積１００ｍ２／ｇ）及びセリア粉末（比表面積２０ｍ２／ｇ）を含有し、粘度を１００ｃｐｓ以下に且つ粒径を０．７μｍ以下に調整したスラリーをコーティング装置を用いてコートし、５００℃で３時間焼成した。この操作により、多孔質酸化物担体とＮＯｘ吸蔵材とのコート層は薄く形成され、コーティング後の隔壁内部の細孔平均径は２５μｍ以上に確保された。各多孔質酸化物担体及びＮＯｘ吸蔵材のコート量は、基材体積１．０リットル当たり、γ−アルミナ７０ｇ、チタニア−ジルコニア固溶体７０ｇ、セリア２０ｇとした。その後、多孔質酸化物担体のコート層を有する基材を、所定濃度のＰｔ（ＮＯ２）２（ＮＨ３）２水溶液に含浸させ、３００℃で３時間焼成することによりＰｔを担持せしめた後、さらに所定濃度の酢酸リチウム、酢酸バリウム及び酢酸カリウムの混合水溶液に含浸させ、３００℃で３時間焼成することによりＬｉ、Ｂａ及びＫを担持せしめた。得られた排ガス浄化用触媒におけるＰｔ担持量は基材体積１．０リットル当たり３ｇであり、Ｌｉ、Ｂａ及びＫの担持量は基材体積１．０リットル当たり０．３ｍｏｌ、０．０５ｍｏｌ及び０．０２５ｍｏｌであった。
【００４３】
＜排ガス浄化装置を備えた内燃機関の構成＞
総排気量２．０リットル、４気筒のターボチャージャ付きのディーゼルエンジンと、上記で得られた排ガス浄化用触媒とを用いて図１に示す本発明の排ガス浄化装置を備えた内燃機関を構成した。なお、燃料分留装置１６を運転する分留管１７の目標温度範囲を２００〜２５０℃に設定したところ、沸点が約２５０℃以下の燃料成分が軽質分燃料として軽質分燃料タンク１４中に十分に確保された。
【００４４】
＜ＮＯｘ浄化性能試験＞
上記の排ガス浄化装置を備えた内燃機関を用いて、以下の２つの評価条件においてＮＯｘ浄化性能試験を実施し、各々の条件におけるＮＯｘ浄化率及びＨＣ浄化率を求めた。なお、ＮＯｘ浄化率及びＨＣ浄化率はそれぞれ以下の式により算出した。
ＮＯｘ浄化率（％）＝｛１−（排ガス浄化用触媒からの出ガス中のＮＯｘ濃度）／（同触媒への入りガス中のＮＯｘ濃度）｝×１００
ＨＣ浄化率（％）＝｛１−（排ガス浄化用触媒からの出ガス中のＨＣ濃度）／（同触媒への入りガス中のＨＣ濃度）｝×１００。
【００４５】
［評価条件１］
先ず、ディーゼルエンジンを回転数１２００ｒｐｍ、トルク４０Ｎｍ、空気流入量１２ｇ／ｓｅｃ、空燃比２８となる条件で運転した。このときのエンジン出ガスのＮＯｘ濃度は約８０ｐｐｍであり、排ガス浄化用触媒の触媒床温度は約２３０℃であった。これをベース運転条件１とした。そして、ベース運転条件１の下で、以下の条件にしたがって５０秒間毎に以下の排気管燃料添加を実施した。排気管燃料添加のパターンとして、図３に示すように、燃料添加インジェクタ２６から０．７５秒間で８００ｍｍ３の燃料を添加した後、０．２５秒後に０．７５秒間で軽質分燃料添加インジョクタ２８から８００ｍｍ３の軽質分燃料を添加した。このとき、燃料添加インジェクタ２６からの燃料添加開始から、軽質分燃料添加インジェクタ２８からの軽質分燃料添加開始までの時間Δｔは１秒であった。この評価条件１の下で実施した排気管燃料添加によるＮＯｘ浄化率及びＨＣ浄化率を求め、得られた結果を図４及び図５にそれぞれ示す。
【００４６】
［評価条件２］
先ず、ディーゼルエンジンを回転数２４００ｒｐｍ、トルク９０Ｎｍ、空気流入量４０ｇ／ｓｅｃ、空燃比２８となる条件で運転した。このときのエンジン出ガスのＮＯｘ濃度は約２００ｐｐｍであり、排ガス浄化用触媒の触媒床温度は約３７０℃であった。これをベース運転条件２とした。そして、ベース運転条件２の下で、以下の条件にしたがって２０秒毎に以下の排気管燃料添加を実施した。排気管燃料添加のパターンとして、図３に示すように、燃料添加インジェクタ２６から０．７５秒間で８００ｍｍ３の燃料を添加した後、０．２５秒後に０．７５秒間で軽質分燃料添加インジョクタ２８から８００ｍｍ３の軽質分燃料を添加した。このとき、燃料添加インジェクタ２６からの燃料添加開始から、軽質分燃料添加インジェクタ２８からの軽質分燃料添加開始までの時間Δｔは１秒であった。この評価条件２の下で実施した排気管燃料添加によるＮＯｘ浄化率及びＨＣ浄化率を求め、得られた結果を図４及び図５にそれぞれ示す。
【００４７】
＜硫黄再生処理試験＞
上記の排ガス浄化装置を備えた内燃機関を用いて、以下の硫黄再生処理試験を実施し、硫黄脱離量を求めた。
【００４８】
［硫黄被毒処理］
硫黄含有量３７０ｐｐｍの燃料を用いて、ディーゼルエンジンを回転数２２００ｒｐｍ、トルク１２０Ｎｍの条件で、１００ｋｍ走行に相当する時間だけ運転した。このときの排ガス浄化用触媒の触媒床温度は約４５０℃であり、触媒に流入した硫黄の量は８ｇであった。
【００４９】
［硫黄再生処理］
ディーゼルエンジンを回転数２０００ｒｐｍ、トルク４０Ｎｍ、空気流入量２８ｇ／ｓｅｃとなる条件で運転し、排気管燃料添加を５秒間実施した後に７秒間実施しない１２秒周期の排気管燃料添加サイクルを５０回（１０分間）繰り返した。そのときの排ガス浄化用触媒の触媒床温度は約６５０℃であった。排気管燃料添加のパターンとしては、５秒間で４８００ｍｍ３の燃料を添加した。そして、１０分間の硫黄再生処理のうち、最初のサイクル５回（１分間）は燃料添加インジェクタ２６から燃料を添加し、そのあとのサイクル４５回（９分間）は軽質分燃料添加インジョクタ２８から軽質分燃料を添加した。この硫黄再生処理により触媒から脱離した硫黄の量を求め、得られた結果を図６に示す。
【００５０】
（比較例１）
軽質分燃料添加インジョクタ２８からの軽質分燃料の添加をせずに、実施例１における軽質分燃料の添加を全て燃料添加インジェクタ２６からの燃料の添加に変更したこと以外は実施例１と同様にしてＮＯｘ浄化性能試験を実施した。評価条件１及び評価条件２の下で実施した排気管燃料添加によるＮＯｘ浄化率及びＨＣ浄化率を求め、得られた結果を図４及び図５にそれぞれ示す。
【００５１】
また、軽質分燃料添加インジョクタ２８からの軽質分燃料の添加をせずに、実施例１における軽質分燃料の添加を全て燃料添加インジェクタ２６からの燃料の添加に変更したこと以外は実施例１と同様にして硫黄再生処理試験を実施した。その硫黄再生処理により触媒から脱離した硫黄の量を求め、得られた結果を図６に示す。
【００５２】
（比較例２）
燃料添加インジェクタ２６からの燃料の添加をせずに、実施例１における燃料の添加を全て軽質分燃料添加インジョクタ２８からの軽質分燃料の添加に変更したこと以外は実施例１と同様にしてＮＯｘ浄化性能試験を実施した。評価条件１及び評価条件２の下で実施した排気管燃料添加によるＮＯｘ浄化率及びＨＣ浄化率を求め、得られた結果を図４及び図５にそれぞれ示す。
【００５３】
また、燃料添加インジェクタ２６からの燃料の添加をせずに、実施例１における燃料の添加を全て軽質分燃料添加インジョクタ２８からの軽質分燃料の添加に変更したこと以外は実施例１と同様にして硫黄再生処理試験を実施した。その硫黄再生処理により触媒から脱離した硫黄の量を求め、得られた結果を図６に示す。
【００５４】
図４に示した結果から明らかなように、本発明の排ガス浄化装置を用いた本発明の排ガス浄化方法（実施例１）により達成されたＮＯｘ浄化率は、比較例１や比較例２で達成されたＮＯｘ浄化率より高かった。特に、排ガス温度が低温である場合（評価条件１）、実施例１の優位性が顕著であった。すなわち、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒を用いてＮＯｘを還元処理する場合に、燃料を軽質分と重質分とに加熱分留し、重質分を含む通常の燃料を供給した後に軽質分の燃料を供給することによって、排ガス温度が低温である場合であっても、高いＮＯｘ浄化活性が達成されることが確認された。また、図５に示した結果から明らかなように、実施例１により達成されたＨＣ浄化率は、特に比較例１で達成されたＨＣ浄化率より高かった。従って、実施例１の排ガス浄化方法においては、添加した燃料と軽質分の燃料が有効に利用されたたため、高いＮＯｘ浄化活性が達成されたものと推察される。
【００５５】
また、図６に示した結果から明らかなように、本発明の排ガス浄化装置を用いた本発明の排ガス浄化方法（実施例１）により達成された硫黄脱離量は、比較例１や比較例２で達成された硫黄脱離量より多かった。すなわち、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒を用いて硫黄再生処理する場合に、燃料を軽質分と重質分とに加熱分留し、重質分を含む通常の燃料を供給した後に軽質分の燃料を供給することによって、高い硫黄脱離性能が達成されることが確認された。
【００５６】
以上の結果より、本発明によれば、リッチ雰囲気を実現するために排気管燃料添加する際にＮＯｘ還元及び硫黄再生処理の効率を十分に向上させることができ、特に排ガス温度が低温である場合や硫黄成分を含む排ガスに曝された場合であっても高水準のＮＯｘ浄化性能が保持されることが確認された。
【産業上の利用可能性】
【００５７】
以上説明したように、本発明によれば、ディーゼルエンジン等の内燃機関から排出される排ガスをＮＯｘ吸蔵還元型触媒を用いて浄化する装置及び方法において、リッチ雰囲気を実現するために排気管燃料添加する際にＮＯｘ還元及び硫黄再生処理の効率を十分に向上させることができ、特に排ガス温度が低温である場合や硫黄成分を含む排ガスに曝された場合であっても高水準のＮＯｘ浄化性能を保持することが可能な排ガス浄化装置及び排ガス浄化方法を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本発明の排ガス浄化装置を備えた内燃機関の好適な一実施形態の模式図である。
【図２】図１に示す燃料分留装置１６の分留管１７を示す模式断面図である。
【図３】ＮＯｘ浄化性能試験における排気管燃料添加のパターン（評価条件１及び評価条件２）を示すグラフである。
【図４】ＮＯｘ浄化性能試験により得られたＮＯｘ浄化率を示すグラフである。
【図５】ＮＯｘ浄化性能試験により得られたＨＣ浄化率を示すグラフである。
【図６】硫黄再生処理試験により得られた硫黄脱離量を示すグラフである。
【符号の説明】
【００５９】
１…内燃機関、２…気筒、３…吸気通路、４…排ガス通路、４ａ…排ガスマニホールド、５…ターボチャージャ、５ａ…コンプレッサ、５ｂ…排ガスタービン、６…インタークーラ、７…スロットルバルブ、８…排ガス浄化用触媒、９…ＥＧＲクーラ、１０…ＥＧＲ通路、１１…燃料供給装置、１２…燃料噴射弁、１３…コモンレール、１４…燃料タンク、１５…燃料ポンプ、１６…燃料分留装置、１７…分留管、１８…分留用燃料ポンプ、１９…気相通路、２０…液相通路、２１…軽質分燃料タンク、２２…貯留量センサ、２３…分留温度センサ、２４…燃料添加装置、２５…軽質分燃料添加装置、２６…燃料添加インジェクタ、２７…添加用燃料ポンプ、２８…軽質分燃料添加インジェクタ、２９…軽質分燃料ポンプ、３０…ＥＣＵ。
【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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