(57)【要約】【課題】ＮＯｘの還元効率のよい改質燃料を生成する燃料改質方法、その燃料改質方法を実現する燃料改質装置および燃料改質装置で生成される改質燃料を用いてＮＯｘを還元する窒素酸化物処理装置の提供。【解決手段】  窒素酸化物処理システムは、導管６３内を流動する排気ガスから、ＮＯｘセンサー６９により排気ガスに含まれるＮＯｘ量を検知し、ディーゼルエンジン６０の状態から、ＮＯｘの成分を推定する。そして、そのＮＯｘ成分に応じて、燃料改質装置１０が、２００ｋＨｚから４００ｋＨｚの周波数帯に属する第一周波数、または６００ｋＨｚから８００ｋＨｚの周波数帯に属する第二周波数の超音波を収納容器１５内の軽油に照射し、推定されたＮＯｘの還元に適した改質燃料を生成する。さらに、検知されたＮＯｘ量に応じて、燃料噴出機構４０の調整弁４１を開放し、燃料改質装置１０で生成された改質燃料を噴出する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
軽油に超音波を照射して、前記軽油を改質燃料へと改質する燃料改質方法であって、
前記軽油に照射される超音波の周波数は、２００ｋＨｚから４００ｋＨｚまたは６００ｋＨｚから８００ｋＨｚからなる照射周波数帯に属することを特徴とする燃料改質方法。
【請求項２】
前記超音波が照射される前または照射中の前記軽油に気泡を混入させる気泡混入過程を備えることを特徴とする請求項１に記載の燃料改質方法。
【請求項３】
軽油を収納する燃料収納手段と、
前記燃料収納手段に収納された軽油に、２００ｋＨｚから４００ｋＨｚまたは６００ｋＨｚから８００ｋＨｚからなる照射周波数帯に属する周波数の超音波を照射する超音波照射手段と、
を備えることを特徴とする燃料改質装置。
【請求項４】
前記超音波照射手段は、
信号を受けて振動することにより超音波を発生し、少なくとも、その超音波を発生する振動面を有した振動手段と、
前記振動手段が振動するような信号を生成する信号生成手段と、
を備えることを特徴とする請求項３に記載の燃料改質装置。
【請求項５】
前記燃料収納手段内には、超音波を反射する反射面を有した反射部材を設け、
前記反射面は、前記振動手段の振動面と対向し、かつ前記振動面から前記超音波の波長の整数倍の距離だけ離れた位置に配置されることを特徴とする請求項４に記載の燃料改質装置。
【請求項６】
前記燃料収納手段に収納される軽油に、気泡を混入させる気泡混入手段を備えることを特徴とする請求項３ないし請求項５のいずれかに記載の燃料改質装置。
【請求項７】
前記気泡混入手段が前記軽油に混入させる前記気泡は、少なくとも、前記超音波照射手段から照射された超音波を受けることにより、オーラジカル反応を発生する酸素原子を含有する気体からなることを特徴とする請求項６に記載の燃料改質装置。
【請求項８】
請求項３ないし請求項７のいずれかに記載の燃料改質装置と、
少なくとも窒素酸化物を含み内燃機関から排出される排気ガスが流れる導管内に、前記燃料改質装置で改質された改質燃料を噴出する改質燃料噴出手段と、
前記改質燃料噴出手段が噴出する改質燃料と前記排気ガスとの混合気体が通過する前記導管上に配置され、前記窒素酸化物の還元を促進する触媒と、
を備えることを特徴とする窒素酸化物処理装置。
【請求項９】
前記排気ガス中に含まれる前記窒素酸化物の量または成分を検知する窒素酸化物検知手段と、
前記窒素酸化物検知手段の検知結果に基づき、窒素酸化物の還元に必要な前記改質燃料の量または成分に関する改質燃料情報を導出する改質燃料導出手段と、
前記改質燃料導出手段が導出する改質燃料情報に対応する改質燃料に前記燃料改質装置が改質するように前記燃料改質装置を制御する改質制御、または、前記改質燃料導出手段が導出する改質燃料情報に対応する改質燃料を前記改質燃料噴出手段が噴出するように前記改質燃料噴出手段を制御する噴出制御、のうち少なくともいずれか一方を、実行する制御手段と、
を備えることを特徴とする請求項８に記載の窒素酸化物処理装置。
【請求項１０】
前記内燃機関の状態を検知する内燃機関検知手段を備え、
前記窒素酸化物検知手段は、前記内燃機関検知手段の検知結果に基づき、排気ガスに含まれる窒素酸化物の量または成分を推定し、推定結果を前記窒素酸化物検知手段の検知結果とする推定手段を備えることを特徴とする請求項９に記載の窒素酸化物処理装置。
【請求項１１】
前記内燃機関検知手段は、前記内燃機関の回転数、前記排気ガスの温度、前記排気ガスの流量、前記内燃機関に供給される空気の温度のうち、少なくともいずれか一つを検知することを特徴とする請求項１０に記載の窒素酸化物処理装置。
【請求項１２】
前記窒素酸化物検知手段は、
前記触媒の温度を検知する触媒温度検知手段と、
前記触媒温度検知手段の検知結果に基づき、窒素酸化物が還元される時の還元効率を算出する還元効率算出手段と、
を備え、
前記改質燃料導出手段は、前記還元効率算出手段が算出する還元効率に基づき、前記改質燃料情報を導出することを特徴とする請求項９ないし請求項１１のいずれかに記載の窒素酸化物処理装置。
【請求項１３】
前記窒素酸化物検知手段は、
前記燃料改質装置に供給される供給軽油の状態を検知する軽油状態検知手段と、
前記軽油状態検知手段の検知結果に基づき、前記燃料改質装置が軽油から改質燃料へと改質する時の改質効率を算出する改質効率算出手段と、
を備え、
前記改質燃料導出手段は、前記改質効率算出手段が算出する改質効率に基づき、前記改質燃料情報を導出することを特徴とする請求項９ないし請求項１２のいずれかに記載の窒素酸化物処理装置。
【請求項１４】
前記軽油状態検知手段は、前記供給軽油の温度、前記供給軽油の成分比率のうち、少なくともいずれかひとつを検知することを特徴とする請求項１３に記載の窒素酸化物処理装置。
【請求項１５】
前記触媒は、少なくとも銀を含む物質であり、アルミナ担体に担持されたものであることを特徴とする請求項８ないし請求項１４のいずれかに記載の窒素酸化物処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料を改質する燃料改質方法およびその燃料改質方法を用いた燃料改質装置、燃料改質装置により得られる還元剤を用いて窒素酸化物を還元する窒素酸化物処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、内燃機関から排出される排気ガスに窒素酸化物（以下、ＮＯｘとする）を還元する還元剤（以下、ＮＯｘ還元剤とする）を噴射し、排気ガスに含まれるＮＯｘを低減するＮＯｘ選択還元法（以下、ＨＣ−ＳＣＲとする）を用いた窒素酸化物処理装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
また、ＨＣ−ＳＣＲでは、一般的に、軽油や軽油を改質した改質燃料をＮＯｘ還元剤として用いている。
なお、軽油は、炭素数が大きな直鎖系炭化水素を多く含むため、軽油を改質した場合、炭素数が大きなものから小さなものまで様々な炭化水素が生成される。
【０００４】
ここで、図６（Ａ）は、炭化水素の炭素数や分子結合がＮＯｘの還元に与える影響を示したものであり、図６（Ｂ）は、直鎖系炭化水素の炭素数がＮＯｘの還元に与える影響を示したものである。
【０００５】
この図６（Ａ）に示すように、直鎖系炭化水素は、一般的な軽油を用いてＮＯｘを還元した場合に比べ、ＮＯｘの還元率が高く、ＨＣ−ＳＣＲで用いられる還元剤として適している。しかし、図６（Ｂ）に示すように、炭素数が小さい直鎖系炭化水素（Ｃ1からＣ4程度）は、内燃機関から排出される排気ガスの温度条件下においてＮＯｘの還元率が低く、ＨＣ−ＳＣＲで用いられる還元剤として不適である。
【０００６】
つまり、ＨＣ−ＳＣＲで用いるＮＯｘ還元剤としては、直鎖系炭化水素の中でも、Ｃ8からＣ12の炭化水素が適していることが知られている（例えば、非特許文献１参照）。
また、この炭化水素を生成する一つの方法として、内燃機関用の燃料（軽油など）に超音波を照射することで、燃料内に溶存した気体によりキャビテーションを発生させ、燃料の成分を改質させることが試みられている（最終生成物は、炭化水素を含む改質燃料）。
【特許文献１】特開平５−２３７３３６号公報
【非特許文献１】高橋、外二名、“ディーゼルエンジン用炭化水素還元型ＮＯｘ触媒の開発”、学術講演会前刷集、社団法人自動車技術会、Ｎｏ２９−０４、ｐ．５−８
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところが、従来の改質方法では、炭素数が大きなものから小さなものまで様々な炭化水素が生成されており、この改質燃料を用いてＮＯｘの還元を実行しても還元効率が悪いという問題があった。
【０００８】
そこで、本発明は、ＮＯｘの還元効率のよい改質燃料を生成する燃料改質方法、その燃料改質方法を実現する燃料改質装置および燃料改質装置で生成される改質燃料を用いてＮＯｘを還元する窒素酸化物処理装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するためになされた本発明の燃料改質方法は、軽油に２００ｋＨｚから４００ｋＨｚまたは６００ｋＨｚから８００ｋＨｚからなる照射周波数帯に属する周波数の超音波を照射し、軽油を改質燃料へと改質するものである。
【００１０】
本発明の発明者らが行った研究により、軽油に照射される超音波の周波数とその超音波を照射した時に生成されるＣ10からＣ12の炭化水素の濃度との間には、高い相関関係があることが見出されており、本発明の燃料改質方法は、その知見に基づくものである。
【００１１】
つまり、本発明の発明者らは、図７に示すように、２００ｋＨｚから４００ｋＨｚの周波数では、Ｃ10、Ｃ11の炭化水素が、６００ｋＨｚから８００ｋＨｚの周波数では、Ｃ10、Ｃ11、Ｃ12の炭化水素がいずれも多く生成されるとの知見を得た。
【００１２】
このため、本発明の燃料改質方法によれば、２００ｋＨｚから４００ｋＨｚからなる照射周波数帯に属する周波数の超音波を照射した場合、軽油よりもＣ10、Ｃ11の炭化水素を多く含む改質燃料へと改質することができ、６００ｋＨｚから８００ｋＨｚからなる照射周波数帯に属する周波数の超音波を照射した場合、軽油よりもＣ10、Ｃ11、Ｃ12の炭化水素を多く含む改質燃料へと改質することができる。
【００１３】
つまり、本発明の燃料改質方法によれば、軽油から、窒素酸化物の還元剤として適した炭化水素が増加された改質燃料へと改質することができる。このため、窒素酸化物の還元剤として適した炭化水素を多く含む改質燃料を得ることができる。
【００１４】
また、本発明の燃料改質方法は、気泡混入過程において、超音波が照射される前または照射中の軽油に気泡を混入させることが望ましい。
本発明の燃料改質方法によれば、キャビテーションの核となる気泡を混入させることにより、キャビテーションを発生しやすくし、還元剤として適した改質燃料の生成に要する時間を短縮することができる。
【００１５】
また、本発明の燃料改質装置は、燃料収納手段が軽油を収納し、超音波照射手段が燃料収納手段に収納された軽油に、２００ｋＨｚから４００ｋＨｚまたは６００ｋＨｚから８００ｋＨｚからなる照射周波数帯に属する周波数の超音波を照射するものである。
【００１６】
つまり、本発明の燃料改質装置は、前述した本発明の燃料改質方法を実現するための装置である。このため、本発明の燃料改質装置によれば、軽油を、窒素酸化物の還元剤として適した炭化水素を多く含む改質燃料へと改質することができる。
【００１７】
また、本発明の燃料改質装置における超音波照射手段は、少なくとも、その超音波を発生する振動面を有した振動手段が、信号生成手段が生成する信号を受けて振動することにより超音波を発生するように構成されていてもよい。
【００１８】
さらに、本発明の燃料改質装置は、燃料収納手段内に、超音波を反射する反射面を有した反射部材が設けられ、振動手段の振動面と対向し、かつ振動面から超音波の波長の整数倍の距離だけ離れた位置に反射面が配置されたものでも良い。
【００１９】
このように構成された本発明の燃料改質装置によれば、燃料収納手段内の軽油に定在波を照射することができるため、軽油から還元剤として適した炭化水素を多く含む改質燃料へと効率よく改質することができる。
【００２０】
また、本発明の燃料改質装置において、燃料収納手段に収納される軽油に、気泡混入手段が気泡を混入させることが望ましい。
つまり、本発明の燃料改質装置は、前述された燃料改質方法（請求項２）を実現するための装置である。このため、本発明の燃料改質装置によれば、還元剤として適した改質燃料の生成に要する時間を短縮することができる。
【００２１】
ところで、軽油に含まれる炭素数の大きな直鎖系炭化水素から、還元剤として適したＣ8からＣ12の炭化水素が生成される際に必要となるエネルギー源として、キャビテーションにより発生するオーラジカル反応（酸素ラジカル反応）が考えらる。
【００２２】
このため、気泡混入手段が軽油に混入させる気泡は、少なくとも、超音波照射手段から照射された超音波を受けることにより、オーラジカル反応を発生する酸素原子を含有する気体からなることが望ましい。
【００２３】
また、本発明の窒素酸化物処理装置は、少なくとも窒素酸化物を含み内燃機関から排出される排気ガスが流れる導管中に、改質燃料噴出手段が本発明の燃料改質装置で改質された改質燃料を噴出する。そして、改質燃料と排気ガスとの混合気体が、導管上に配置され、窒素酸化物の還元を促進させる触媒を通過する。
【００２４】
つまり、本発明の窒素酸化物処理装置は、前述された本発明の燃料改質装置で改質される改質燃料を用いて窒素酸化物の還元を実行する窒素酸化物処理装置である。このため、本発明の窒素酸化物処理装置によれば、排気ガスに含まれる窒素酸化物を効率よく還元することができる。
【００２５】
また、本発明の窒素酸化物処理装置において、窒素酸化物検知手段が排気ガス中に含まれる窒素酸化物の量または成分を検知し、改質燃料導出手段が窒素酸化物検知手段の検知結果に基づき、窒素酸化物の還元に必要な改質燃料の量または成分に関する改質燃料情報を導出し、制御手段が、改質燃料導出手段が導出する改質燃料情報に対応する改質燃料へと改質するように燃料改質装置を制御する改質制御、または、改質燃料導出手段が導出する改質燃料情報に対応する改質燃料を噴出するように改質燃料噴出手段を制御する噴出制御、のうち少なくともいずれか一方を、実行するように構成されていることが望ましい。
【００２６】
このように構成された本発明の窒素酸化物処理装置によれば、排気ガス中に含まれる窒素酸化物の量や成分に応じて、燃料改質装置にて改質された改質燃料の量または成分や改質燃料噴出手段が噴出する改質燃料の量または成分を、還元に必要なものへと変更するため、排気ガス中の窒素酸化物を確実に低減させることができる。
【００２７】
また、内燃機関の状態が変化した場合、内燃機関から排出される排気ガスに含まれる窒素酸化物の成分や量が変化する。例えば、内燃機関における燃焼温度が上昇した場合、排気ガス中に含まれる一酸化窒素および二酸化窒素の量が増加する。
【００２８】
このため、本発明の窒素酸化物処理装置において、内燃機関検知手段が内燃機関の状態を検知し、推定手段が、内燃機関検知手段の検知結果に基づき、排気ガスに含まれる窒素酸化物の量または成分を推定し、推定結果を窒素酸化物検知手段の検知結果とすることが望ましい。
【００２９】
つまり、本発明の窒素酸化物処理装置によれば、内燃機関の状態に基づいて推定される量または成分の窒素酸化物を還元するために最適な量もしくは成分の改質燃料へと改質する改質制御（または、噴出制御）が実行されるため、内燃機関の状態に関わらず、排気ガス中の窒素酸化物を確実に低減させることができる。
【００３０】
そして、本発明の窒素酸化物処理装置では、内燃機関の回転数、排気ガスの温度、排気ガスの流量、内燃機関に供給される空気の温度を検知することにより内燃機関の状態を検知しても良い。
【００３１】
さらに、触媒における窒素酸化物の還元効率が低下すると、窒素酸化物処理装置の外部へ排出される排気ガスに残存する窒素酸化物の量が増加する。つまり、例えば、還元効率が低下する前と同じ量の改質燃料を噴出した場合でも、還元効率が低下したことにより、窒素酸化物が還元されずに、窒素酸化物処理装置の外部に排出される。
【００３２】
このため、本発明の窒素酸化物処理装置において、触媒温度検知手段が検知する触媒の温度に基づき、還元効率算出手段が窒素酸化物が還元される時の還元効率を算出し、改質燃料導出手段が還元効率算出手段で算出される還元効率に基づき、改質燃料情報を導出することが望ましい。
【００３３】
つまり、本発明の窒素酸化物処理装置によれば、触媒の温度から算出される還元効率の下で窒素酸化物を還元するために必要な改質燃料へと改質する改質制御（または、噴出制御）が実行されるため、還元効率に関わらず、排気ガス中の窒素酸化物を確実に低減させることができる。
【００３４】
ところで、燃料改質装置が軽油から改質燃料へと改質する際、軽油に照射される超音波の周波数が同じでも、軽油の状態が異なる時には、改質された改質燃料の成分比率が一定になるとは限らない。つまり、軽油の状態によっては、還元剤として不適な改質燃料が生成される。
【００３５】
このため、本発明の窒素酸化物処理装置において、軽油状態検知手段が検知する燃料改質装置に供給される供給軽油の状態に基づき、改質効率算出手段が燃料改質装置が軽油から改質燃料へと改質する時の改質効率を算出し、改質燃料導出手段が、改質効率算出手段で算出される改質効率に基づき、改質燃料情報を導出することが望ましい。
【００３６】
つまり、本発明の窒素酸化物処理装置によれば、軽油の状態から算出される改質効率の下で窒素酸化物を還元するために必要な量または成分の改質燃料へと改質する改質制御が実行されるため、軽油の状態に関わらず、排気ガス中に含まれる窒素酸化物を確実に低減させることができる。
【００３７】
そして、本発明の窒素酸化物処理装置では、供給軽油の温度、供給軽油の成分比率のうち、いずれかひとつを検知することにより軽油の状態を検知しても良い。
なお、本発明の窒素酸化物処理装置において、触媒は、銀を含有するものであり、アルミナ担体に担持されたものであることが望ましい。
【００３８】
このように構成された本発明の窒素酸化物処理装置によれば、銀を含有しアルミナ担体に担持された触媒が還元剤の働きをより促進するため、排気ガス中の窒素酸化物を効率よく還元することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３９】
以下、本発明の実施形態について図面と共に説明する。
〈装置構成について〉
図１は、車両に搭載された窒素酸化物処理システム周辺の概略構成を示す説明図であり、図２は、内燃機関（即ち、ディーゼルエンジン）周辺の構成を示す説明図である。
【００４０】
図２に示すように、軽油を燃料とする車両には、燃料タンク６２に貯蔵された軽油を燃料ポンプ６１を介してディーゼルエンジン６０に供給する燃料供給系と、ディーゼルエンジン６０から排出された窒素酸化物（以下、ＮＯｘとする）を含む排気ガスを導管６３内を流動させることにより車両外へと排出する排気系と、が備えられている。
【００４１】
また、図１に示すように、窒素酸化物処理システムは、燃料タンク６２から燃料ポンプ６１を介して供給される軽油を改質燃料へと改質する燃料改質装置１０と、導管６３内を流動する排気ガスに燃料改質装置１０で改質された改質燃料を噴出する燃料噴出機構４０と、改質燃料（即ち、還元剤）の働きを促進させる触媒ユニット６４と、燃料改質装置１０で改質される改質燃料の成分比率や燃料噴出機構４０から噴出される改質燃料の量を制御するＥＣＵ６５と、を備えている。
【００４２】
さらに、窒素酸化物処理システムには、導管６３内を流れ、改質燃料が噴出される前の排気ガスの単位流量に含まれるＮＯｘの量を検知するＮＯｘセンサー６９、燃料タンク６２内に配置され、軽油の温度を検知する軽油温度センサー７１、ディーゼルエンジン６０に供給される空気の量を検知する吸入ガス流量センサー７２、ディーゼルエンジン６０に供給される空気の温度を検知する吸入ガス温度センサー７３、ディーゼルエンジン６０から排出される排気ガスの温度を検知する排気ガス温度センサー７４、触媒ユニット６４の温度を検知する触媒温度センサー７７、図２に示すアクセル６７の踏み込み量を検知するアクセル開度センサー７５、ディーゼルエンジン６０のクランク角を検知するクランク角センサー７６、からなるセンサー群７０が備えられている。
【００４３】
また、図１に示す触媒ユニット６４は、銀を含有しＮＯｘを還元する触媒をアルミナ担体に収納したものであり、導管６３の一部を形成するように構成されている。その触媒ユニット６４の近傍には、触媒の温度を制御するための触媒温度制御装置３１が配置されている。
【００４４】
そして、燃料噴出機構４０は、改質燃料の量を調整するための弁機構を有し、ＥＣＵ６５により制御される調整弁４１と、調整弁４１で調整された量の改質燃料を噴出するノズル等の噴出機構４２と、を備えている。なお、この燃料噴出機構４０として、エンジンのシリンダ内に燃料を噴出する周知のインジェクタ等を用いても良い。
【００４５】
即ち、この窒素酸化物処理システムでは、ディーゼルエンジン６０から導管６３を用いて車両の外部へ排出される排気ガスは、その経路上において、ＮＯｘセンサー６９等により排気ガス中に含まれるＮＯｘ量及び成分が検知される。また、燃料噴出機構４０の調整弁４１が開放されると、燃料噴出機構４０から改質燃料を噴出する。燃料噴出機構４０から噴出された改質燃料は、排気ガスと混合され、その混合気体が導管６３を流れ、触媒ユニット６４を通過する。この触媒ユニット６４を混合気体が通過することにより、改質燃料の働き（即ち、還元剤としての働き）が促進されるため、排気ガス中に含まれるＮＯｘの還元が進み、ＮＯｘの低減された排気ガスを大気中に排出する。
〈燃料改質装置について〉
燃料改質装置１０は、燃料タンク６２から供給される軽油に気泡を混入させる気泡発生装置１１と、気泡発生装置１１により気泡が混入された軽油を収納する収納容器１５と、収納容器１５に収納された軽油に超音波を照射する超音波発生装置２０と、を備えている。
【００４６】
まず、気泡発生装置１１は、周知のマイクロバブル発生装置を中心に構成され、大気中の空気（即ち、酸素を含む気体）を気泡（本実施形態における気泡径は、１から１００μｍ程度）として軽油に混入させるものである。
【００４７】
また、超音波発生装置２０は、振動面が振動することにより超音波を発生する振動子２１と、ＥＣＵ６５が出力する駆動信号を増幅して振動子２１へ伝達する増幅器２５と、を備えている。
【００４８】
そして、振動子２１は、電圧の印加により伸縮する圧電素子を中心に構成された部材であり、超音波を発生する振動面が収納容器１５の内部に向けて超音波を照射するように配置されている。この圧電素子を中心に構成された振動子２１は、印加電圧の大きさに応じた変形量で形状が変形するため、電圧の大きさが周期的に変化する駆動信号を印加すると、その周期で振動し、超音波を発生する。
【００４９】
なお、収納容器１５は、収納容器１５内に収納された軽油に、振動子２１から超音波が照射されることにより生じるキャビテーションに耐えうる強度で形成されている。そして、収納容器１５は、軽油が収納される内部に、振動子２１が発生した超音波を反射する反射面を有した反射部材（図示せず）を備えている。
【００５０】
この燃料改質装置１０では、燃料タンク６２から燃料ポンプ６１を介して供給される軽油に、気泡発生装置１１が大気中の空気を気泡として混入し、気泡が混入された軽油を収納容器１５内に収納する。さらに、ＥＣＵ６５が出力する駆動信号を受けた振動子２１は、振動して超音波を発生し、収納容器１５内の軽油に超音波を照射する。
【００５１】
そして、超音波が照射された軽油は、その軽油中に溶解された気体や気泡発生装置１１で混入された気泡がキャビテーションを起こすことにより、還元剤（即ち、ＮＯｘ還元剤）として適した炭化水素を含有する改質燃料へと改質される。
【００５２】
ここで、図３に、窒素酸化物処理システムの制御系を表すブロック図を示す。
ＥＣＵ６５は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭからなる周知のマイクロコンピュータを中心に構成され、燃料改質装置１０にて改質される改質燃料の成分比率および燃料噴出機構４０が噴出する改質燃料の量を決定する燃料改質噴出処理を実行し、燃料改質噴出処理で決定される周波数の駆動信号を増幅器２５（即ち、燃料改質装置１０）に対して出力するものである。つまり、ＥＣＵ６５は、センサー群７０の検知結果に基づいて燃料改質噴出処理等の処理を実行し、排気ガス中に含まれるＮＯｘを還元するように、燃料改質装置１０や燃料噴出機構４０を制御するものである。
【００５３】
次に、ＥＣＵ６５が出力し、振動子２１に入力される駆動信号を図４に示す。図示されているように、駆動信号は、高周波の連続波であり、後述する燃料改質噴出処理によって決定される周波数を有したものである。
【００５４】
このような駆動信号が増幅器２５を介して振動子２１に入力された場合、駆動信号の周波数と同じ周波数で振動子２１が振動し、駆動信号の周波数と同じ周波数の超音波が発生される。
【００５５】
そして、駆動信号の周波数として、２００ｋＨｚから４００ｋＨｚの周波数帯に属する第一周波数（本実施形態では、３５０ｋＨｚ）と、６００ｋＨｚから８００ｋＨｚの周波数帯に属する第二周波数（本実施形態では、７００ｋＨｚ）と、を用いる。
【００５６】
なお、振動子２１の振動面と反射部材の反射面との距離は、第一周波数の超音波における波長の整数倍となるように設定されている。つまり、本実施形態では、第二周波数が第一周波数の整数倍であるため、周波数の小さな第一周波数に合わせて、振動面と反射面との距離を設定することにより、その距離が第二周波数の超音波における波長の整数倍を満たすようにしたものである。
〈燃料改質処理について〉
次に、ＥＣＵ６５が実行する燃料改質噴出処理について、図５に示すフローチャートを用いて説明する。
【００５７】
なお、ＥＣＵ６５のＲＯＭには、実験等により得られた結果に基づいて、ＮＯｘの量や成分に応じて、還元剤として最適な成分の改質燃料が燃料改質装置１０で生成され、かつ還元剤として最適な量の改質燃料が燃料噴出機構４０から噴出されるように、ＮＯｘの量、排気ガス温度、吸気ガス温度、触媒ユニット６４の温度等の検知結果と、燃料改質装置１０で照射される超音波の周波数及び燃料噴出機構４０の調整弁４１の開放量と、を対応付けた駆動信号テーブルが記憶されている。
【００５８】
この駆動信号テーブルは、排気ガス中に含まれるＮＯｘの量が増加した場合、燃料噴出機構４０から噴出される改質燃料の量が増加されるように、ＮＯｘの量と、燃料噴出機構４０の調整弁４１の開放量と、を対応付けた項目を有している。
【００５９】
さらに、駆動信号テーブルは、触媒ユニット６４の還元効率（即ち、触媒の働き）が低下するような場合、燃料噴出機構４０から噴出される改質燃料の量が増加されるように、触媒ユニット６４の還元効率を判断するための指標である触媒ユニット６４の温度と、燃料噴出機構４０の調整弁４１の開放量と、を対応付けた項目を有している。
【００６０】
また、一般的なディーゼルエンジンでは、ディーゼルエンジンの状態によって、排気ガス中に含まれるＮＯｘの成分（即ち、一酸化窒素や二酸化窒素等の比率）が変化する。このような場合、ＮＯｘの成分に応じて還元に用いられる改質燃料の成分比率（即ち、還元剤として適したＣ10からＣ12の炭化水素の比率）も異なるため、燃料改質装置１０では、還元に適した改質燃料へと改質される必要がある。このため、駆動信号テーブルは、排気ガス中に含まれるＮＯｘの成分に応じて、還元に適した改質燃料が生成されるように、ＮＯｘの成分を判断するための指標である排気ガス温度や吸気ガス温度、ディーゼルエンジンに供給される空気の量等と、燃料改質装置１０が照射する超音波の周波数と、を対応付けた項目を有している。
【００６１】
また、駆動信号テーブルは、燃料改質装置１０において軽油から改質燃料へと改質する際の改質効率が低下するような場合、改質燃料の成分比率をＮＯｘ還元剤として適した改質燃料に維持（即ち、Ｃ10からＣ12の炭化水素の生成量を維持）するように、改質効率を判断するための指標である軽油の温度や外気温等と、燃料改質装置１０が照射する超音波の周波数と、を対応付けた項目を有している。
【００６２】
この燃料改質噴出処理は、ディーゼルエンジン６０が始動された時に実行されるものである。そして、燃料改質噴出処理が実行されると、まず、Ｓ２１０では、アクセル開度センサー７５で検知されるアクセル開度、およびクランク角センサー７６で検知されるクランク角（即ち、エンジンの回転数）を取得する。
【００６３】
続く、Ｓ２２０では、Ｓ２１０で取得されたアクセル開度およびクランク角に基づき、エンジンの負荷を算出し、算出されたエンジンの負荷に基づき、ディーゼルエンジン６０から排出される排気ガスの流量を算出する。
【００６４】
そして、Ｓ２３０では、軽油温度センサー７１で検知される軽油の温度、吸入ガス流量センサー７２で検知される空気の流量、吸入ガス温度センサー７３で検知される空気の温度、排出ガス温度センサー７４で検知される排気ガスの温度、触媒温度センサー７７で検知される触媒ユニット６４の温度を取得する。
【００６５】
続く、Ｓ２４０では、ＮＯｘセンサー６９で検知されるＮＯｘの量を取得し、取得されたＮＯｘの量とＳ２２０で算出された排気ガスの流量とに基づき、排気ガス中に含まれるＮＯｘの量を算出する。
【００６６】
そして、Ｓ２５０では、Ｓ２３０で取得された軽油の温度、空気の流量、空気の温度、排気ガスの温度等の検知結果に基づき、ＲＯＭに記憶された駆動信号テーブルから、その検知結果に対応する超音波の周波数を読み込む。即ち、このＳ２５０では、燃料改質装置１０が照射する超音波の周波数が決定される（即ち、本実施形態では、３５０ｋＨｚまたは７００ｋＨｚのいずれかが選択される）。
【００６７】
続く、Ｓ２６０では、Ｓ２４０で算出された排気ガス中に含まれるＮＯｘの量やＳ２３０で取得された触媒ユニット６４の温度等の検知結果に基づき、ＲＯＭに記憶された駆動信号テーブルから、その検知結果に対応する調整弁４１の開放量を読み込む。即ち、このＳ２６０では、燃料噴出機構４０から噴出される改質燃料の量が決定される。
【００６８】
そして、Ｓ２７０では、Ｓ２５０で決定された周波数の駆動信号を燃料改質装置１０へと出力する。
さらに、このＳ２７０では、駆動信号の他に、Ｓ２６０で決定された燃料噴出機構４０が噴出する改質燃料の量を排気ガスに噴出するため、調整弁４１を開放する開放信号を出力する。このため、開放信号を受けた調整弁４１は、弁機構を開放状態とし、排気ガス導管を流れる排気ガスに改質燃料を噴出する。
【００６９】
なお、燃料噴出機構４０が改質燃料を噴出するタイミングは、クランク角センサー７６により検知されるディーゼルエンジン６０の排気のタイミングと同期するように制御し、さらに、噴出される改質燃料と同じ量の軽油が、燃料改質装置１０に供給されるように燃料ポンプ６１を制御する。
【００７０】
そして、Ｓ２７０において駆動信号と開放信号とを出力した後、Ｓ２１０へと戻る。
つまり、燃料改質噴射処理は、ディーゼルエンジン６０が稼動している限り、Ｓ２１０からＳ２７０のステップを繰り返し実行する。
【００７１】
〈実施形態の効果〉
以上、説明したように本実施形態における燃料改質装置１０によれば、２００ｋＨｚから４００ｋＨｚの周波数帯に属する第一周波数、または６００ｋＨｚから８００ｋＨｚの周波数帯に属する第二周波数の超音波を照射することにより軽油を改質するため、還元剤として適したＣ10からＣ12の炭化水素を多く含む改質燃料を効率よく生成することができる。このため、燃料改質装置１０で生成された改質燃料を用いてＮＯｘを還元する本実施形態の窒素酸化物処理システムによれば、排気ガスに含まれるＮＯｘを効率よく還元することができる。この結果、本実施形態の窒素酸化物処理システムによれば、車両外に排出される排気ガスに含まれるＮＯｘを低減することができる。
【００７２】
また、燃料改質装置１０では、軽油に照射する超音波の周波数を第一周波数または第二周波数から選択するように構成されている。このため、本実施形態の窒素酸化物処理システムによれば、排気ガス中のＮＯｘの量やＮＯｘの成分に応じて、燃料改質装置１０が生成する改質燃料の成分を制御することができる。また、本実施形態の窒素酸化物処理システムによれば、排気ガス中のＮＯｘの量やＮＯｘの成分に応じて、燃料噴出機構４０から噴射される改質燃料の量を制御することができる。これらの結果として、本実施形態の窒素酸化物処理システムによれば、排気ガス中のＮＯｘを確実に低減させることができる。
【００７３】
さらに、燃料改質装置１０では、気泡発生装置が軽油に気泡を混入させるように構成されている。このため、燃料改質装置１０によれば、超音波の照射時にキャビテーションが起こりやすくなるため、改質燃料の生成に必要となる時間を短縮することができる。さらに、燃料改質装置１０によれば、混入される気泡に、キャビテーションによりオーラジカル反応を起こす酸素原子が含有されるため、改質を促進させ、改質燃料を効率よく生成することができる。
【００７４】
また、燃料改質装置１０では、第二周波数が第一周波数の整数倍に設定されており、振動子２１の振動面と反射部材の反射面との距離が、第一周波数の超音波における波長の整数倍となるように設定されている。このため、燃料改質装置１０によれば、第一周波数または第二周波数に関わらず、振動面と反射面との間に定在波が発生することにより、超音波の振動を効率よく軽油へ伝達することができる。
【００７５】
以上、本発明の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く、本発明の要旨を逸脱しない範囲において様々な態様にて実施することが可能である。
【００７６】
例えば、本実施形態において、ＥＣＵ６５から出力される駆動信号は、図４に示すような高周波のサイン波であったが、これに限らず、高周波な矩形波であってもよい。つまり、駆動信号は、振動子２１を振動させ、２００ｋＨｚから４００ｋＨｚまたは６００ｋＨｚから８００ｋＨｚからなる周波数帯に属する周波数の超音波を発生するようなものであれば良い。
【００７７】
また、本実施形態における燃料改質装置１０には、超音波を反射させる反射部材を設けたが、反射部材は、省略されていても良いし、収納容器１５の側壁を反射面としても良い。
【００７８】
また、本実施形態において燃料改質装置１０の振動子２１には、圧電素子を中心に構成されたものを用いたが、これに限るものではない。つまり、ＥＣＵ６５が出力する信号に応じて振動し、超音波を発生するようなものであればどのようなものでも良い。
【００７９】
さらに、本実施形態における燃料改質装置１０は、車両に搭載されて使用されるものに限らない。つまり、軽油が供給され、超音波を照射することにより改質燃料を生成するものであれば良い。ただし、燃料改質装置１０を車両外において用いる場合には、燃料改質装置内に振動子２１を駆動させるための駆動信号を出力する信号出力部が備えられていることが望ましい。
【００８０】
なお、気泡発生装置１１が気泡を発生するために取り込む気体は、大気中の空気に限るものではない。例えば、気泡発生装置１１は、気体（酸素やオゾン等）を貯蔵するタンクと、気体の供給装置とを備え、そのタンクから供給される気体を用いて気泡を軽油に混入させるものでも良い。そして、この場合、タンクに酸素やオゾンを貯蔵することにより、それらの気体を気泡として軽油に混入させることができる。
【００８１】
また、本実施形態における窒素酸化物処理システムには、一つの燃料改質装置が設けられているが、複数の燃料改質装置を設けても良い。この場合、それぞれの燃料改質装置で照射される超音波の周波数を異なったものとすることにより、生成される改質燃料内の炭化水素の成分比率をより確実に制御することができる。このため、複数の燃料改質装置を有するように構成された窒素酸化物処理システムによれば、それらの燃料改質装置で改質される改質燃料を用いることにより、排気ガス中のＮＯｘをより確実に低減させることができる。
【００８２】
さらに、本実施形態における窒素酸化物処理システムでは、燃料噴出機構４０から導管６３内を流れる排気ガスに改質燃料を噴射しているが、これに限られるものではない。例えば、ディーゼルエンジン６０に燃料噴出機構４０を設け、ディーゼルエンジン６０から排出される前の排気ガス（一般的に言う燃焼行程が終了した状態、つまり、排気行程前のシリンダに残っている排気ガス）に改質燃料を噴出しても良い。
【００８３】
また、本実施形態における窒素酸化物処理システムの駆動信号テーブルは、ＮＯｘの量、排気ガス温度、吸気ガス温度、触媒ユニット温度等の検知結果と超音波の照射される周波数および改質燃料の噴射量とが対応付けられているが、これに限られるものではない。例えば、駆動信号条件は、ＮＯｘの量、排気ガス温度、吸気ガス温度、触媒ユニット温度、軽油温度等の検知結果と、超音波の照射時間、超音波の音圧またはデューティー比等とが対応付けられたものでも良い。
【００８４】
つまり、駆動信号テーブルは、排気ガス中に含まれるほとんど全てのＮＯｘが還元される（即ち、車両外に排出される排気ガス中のＮＯｘが予め規定された規定値以下となる）ように、ＮＯｘの量や排気ガスの温度、触媒の温度等の検知結果と、改質燃料の噴射量や改質燃料の成分比率、生成される改質燃料の量等の制御対象と、が対応付けられたものであれば良い。
【００８５】
さらに、駆動信号テーブルは、テーブルとして表されていなくとも良い。即ち、ＮＯｘの量等の検知結果と、超音波の照射される周波数および改質燃料の噴射量と、を関係付けた式等によって表されたものでも良い。
【図面の簡単な説明】
【００８６】
【図１】窒素酸化物処理装置およびその周辺の概略構成を示す説明図である。
【図２】ディーゼルエンジン周辺の概略構成を示す説明図である。
【図３】窒素酸化物処理システムの制御系を示すブロック図である。
【図４】ＥＣＵが出力する駆動信号を示す説明図である。
【図５】改質燃料を生成し、噴射する改質噴射処理のフローチャートである。
【図６】ＮＯｘの還元剤として炭化水素が適していることを示すグラフである。
【図７】軽油に照射される超音波の周波数とその超音波を照射した時に生成されるＣ10からＣ12の炭化水素の濃度との関係を示す実験結果である。
【符号の説明】
【００８７】
１０…燃料改質装置  １１…気泡発生装置  １５…収納容器  ２０…超音波発生装置  ２１…振動子  ２５…増幅器  ４０…燃料噴出機構  ４１…調整弁  ４２…噴出機構  ６０…ディーゼルエンジン  ６１…燃料ポンプ  ６２…燃料タンク  ６３…導管  ６４…触媒ユニット  ６９…ＮＯｘセンサー  ７０…センサー群  ７１…軽油温度センサー  ７２…吸入ガス流量センサー  ７３…吸入ガス温度センサー  ７４…排気ガス温度センサー  ７５…アクセル開度センサー  ７６…クランク角センサー  ７７…触媒温度センサー
【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１】
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【図２】
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