JP5553582B2 - エンジンの排ガス浄化装置 - Google Patents

Description

本発明は、ディーゼルエンジンの排ガスに含まれる窒素酸化物（以下、ＮＯｘという）の排出を低減する装置に関するものである。

従来、この種の排ガス浄化装置として、燃料インジェクタとリーンＮＯｘトラップとが用いられ、ディーゼル燃料が燃料インジェクタからディーゼル酸化触媒の排ガス上流側に噴射され、このディーゼル燃料がリーンＮＯｘトラップに吸蔵されたＮＯｘを還元する。このときディーゼル燃料の代わりに水素ガスを用いると、更に効率良くＮＯｘを還元できることが知られており、ディーゼル燃料から水素を生成する手段が検討されている。

一方、ディーゼル燃料は何千個もの異なった炭化水素分子で構成される。ディーゼル燃料がＨ₂混合ガスを生成するために反応するとき、これらの異なった分子は、広く様々な反応進路という結果をもたらす広く様々な構造及びサイズを持つ。考えられている多くの異なった反応進路がある間、約８５％のディーゼル燃料はＣ₁₁−Ｃ₂₀の範囲の分子で補われ、これらの反応経路の多くが同じ反応生成物をもたらす。ディーゼル燃料中には各炭素原子毎に約１．７７の水素原子が存在し、ディーゼル燃料をＣ_nＨ_mで表する場合、Ｈ₂混合ガス生成装置で起こる主要な反応は次の４つの式で表される。

燃焼 ：Ｃ_nＨ_m ＋ (ｎ＋ｍ／４)Ｏ₂ ＝ ｎＣＯ₂ ＋ (ｍ／２)Ｈ₂Ｏ
部分酸化 ： Ｃ_nＨ_m ＋ (ｎ／２)Ｏ₂ ＝ ｎＣＯ ＋ (ｍ／２)Ｈ₂
水蒸気改質 ： Ｃ_nＨ_m ＋ ｎＨ₂Ｏ ＝ ｎＣＯ ＋ (ｎ＋ｍ／２)Ｈ₂
水性ガスシフト： ＣＯ ＋ Ｈ₂Ｏ ＝ ＣＯ₂ ＋ Ｈ₂
燃焼と部分酸化は発熱の反応であり、燃焼は部分酸化より著しく多くの熱を放つ。改質は、燃焼から放出される熱より大幅に少ない熱を吸収する吸熱反応である。燃焼反応はＨ₂混合ガス生成装置内に望ましい運転温度を維持するのに重要である。即ち、燃料の発熱値の約３０％は、望ましい工程温度を維持するのに使用される。触媒を用いたＨ₂混合ガス生成装置は、通常、５００℃〜７００℃の温度で作動し、非触媒作用のＨ₂混合ガス生成装置は９００℃と１２００℃の温度で作動する。酸素は、燃焼と部分酸化反応に必要である。等量比は、ディーゼル燃料の完全な燃焼のために要求される酸素量で定義される。即ち、本明細書において『等量比』とは、燃料噴射量を排ガス中の酸素量で割った値（燃料噴射量／排ガス中の酸素量）を意味する。より高い等量比で、より大きい割合の酸素が燃焼に加わることで、より多くの熱の放出が促進される。より低い等量比では、部分酸化反応が優勢である。上記非触媒作用のＨ₂混合ガス生成装置では、温度を９００℃に制御し、外部エア導入量とディーゼル燃料を部分酸化反応等量比に制御することで、Ｈ₂混合ガスを生成する（例えば、非特許文献１参照。）。

一方、放電が電極ギャップを通して行われ、空気と燃料がそのプラズマ領域に噴射され、更にプラズマフォーミングガスとして空気を用い大気圧で作動する低電流プラズマ改質装置が開示されている（例えば、非特許文献２参照。）。この装置では、外部エア導入量とディーゼル燃料を部分酸化反応等量比に制御し、プラズマを用いて部分酸化反応により水素混合ガスを生成する。プラズマ反応部の後流に改質触媒を配置し、更に部分酸化反応を促進させることで効率良くＨ₂水素混合ガスを生成する。

E.Johannes et al., Transient Performance of a Non-Catalytic Syngas Generator for Active DPF Regeneration and NOx Reduction, SAE 2008-01-0446（第２頁左欄第２段落、第２頁右欄第４〜第６段落、第３頁左欄第１及び第３段落、第８頁左欄第２段落、図２） L.Bromberg et al., Aftertreatment of Diesel Vehicle Emissions Using Compact Plasmatron Fuel Converter-Catalyst Systems, Plasma Science and Fusion Center Report PSFC/RR-00-1 (December 1999)（第４頁第３段落、第５頁第１〜第３段落、第７頁第３段落、第８頁第２段落、第９頁第１段落、図１、図２）

しかし、上記従来の非特許文献１に示されたＨ₂混合ガス生成装置及び非特許文献２に示された低電流プラズマ改質装置では、部分酸化反応に用いるＯ₂を供給するために外部エアを導入する必要があり、これにより水素リッチ雰囲気を形成する面で不利になる。

本発明の第１の目的は、外部エアを導入することなく、最適な時期に最適な量の燃料を燃料改質触媒に噴射することにより、排ガス中のＮＯｘを効率良く低減できる、エンジンの排ガス浄化装置を提供することにある。本発明の第２の目的は、燃料改質触媒を燃料の改質反応に必要な温度まで短時間で昇温でき、その後、燃料改質触媒で水素を生成するための燃料過多の雰囲気を速やかに形成できる、エンジンの排ガス浄化装置を提供することにある。

本発明の第１の観点は、図１〜図４に示すように、ディーゼルエンジン１１の排気管１６に設けられたＮＯｘ吸蔵還元触媒１９と、ＮＯｘ吸蔵還元触媒１９より排ガス上流側の排気管１６に設けられた燃料改質触媒２１と、燃料改質触媒２１より排ガス上流側の排気管１６に挿入された噴射ノズル２２ａを有しこの噴射ノズル２２ａから燃料改質触媒２１に向って燃料２９を噴射する燃料噴射手段２２と、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２１より排ガス下流側の排気管１６に設けられたアンモニア選択還元触媒２３と、燃料改質触媒２１の温度を検出する改質触媒温度センサ３３と、改質触媒温度センサ３３の検出出力に基づいて燃料噴射手段２２を制御するコントローラ３７とを備えたディーゼルエンジンの排ガス浄化装置であって、コントローラ３７が、燃料噴射手段２２に対して、燃料改質触媒２１を燃料２９の改質反応可能な温度まで昇温させるための第１噴射制御と、燃料改質触媒２１内に燃料過多の雰囲気を形成して水素を生成させるために第１噴射制御より燃料噴射量を増やす第２噴射制御とをこの順に行うとともに、燃料噴射手段２２に対する第１噴射制御と第２噴射制御との間に、燃料改質触媒２１を燃料２９の改質反応可能な温度に維持するのに必要な燃料量を燃料改質触媒２１の入口温度と排ガス流量から算出して燃料噴射手段２２からの燃料噴射量を制御する温度維持噴射制御と、燃料改質触媒２１内の酸素濃度をゼロに近付けるのに必要な燃料量を排ガス流量と排ガス中の酸素濃度から算出して燃料噴射手段２２からの燃料噴射量を制御する酸素ゼロ噴射制御とをこの順に行うことにより、燃料噴射手段２２からの燃料２９の噴射による燃料改質触媒２１の温度上昇を一次遅れモデルを用いて予測しながら燃料噴射手段２２を制御することを特徴とする。

本発明の第２の観点は、第１の観点に基づく発明であって、更に図１及び図５に示すように、排ガス温度の低いときに、コントローラ３７が、第１噴射制御の前に、燃料２９の噴射量を第１噴射制御の噴射量に達するまで徐々に増やす漸増噴射制御を行うことを特徴とする。

本発明の第３の観点は、第１の観点に基づく発明であって、更に一次遅れモデルが、燃料噴射手段２２から噴射された燃料２９のもつエネルギに温度上昇率を乗じて投入エネルギ量を算出し、この投入エネルギ量に一次遅れの時定数を考慮してエネルギ上昇量を求め、このエネルギ上昇量から燃料改質触媒２１の上昇温度を算出し、更にこの上昇温度を燃料改質触媒２１の入口温度に加算して燃料改質触媒２１の出口温度を求めるように構成されたことを特徴とする。

本発明の第４の観点は、第３の観点に基づく発明であって、更に一次遅れモデルの温度上昇率が基本温度上昇率に温度上昇率補正値を乗じて算出され、基本温度上昇率が、燃料改質触媒２１の入口温度と一次遅れモデルから算出された燃料改質触媒２１の出口温度との触媒温度平均値と、排ガス流量との関係から求められ、温度上昇率補正値が、触媒温度平均値と、排ガス流量及び燃料噴射量を乗じた値との関係から求められることを特徴とする。

本発明の第５の観点は、第３の観点に基づく発明であって、更に一次遅れモデルの時定数が基本時定数に時定数補正値を乗じて算出され、基本時定数が、燃料改質触媒２１の入口温度と一次遅れモデルから算出された燃料改質触媒２１の出口温度の触媒温度平均値と、排ガス流量との関係から求められ、時定数補正値が、触媒温度平均値と、排ガス流量及び燃料噴射量を乗じた値との関係から求められることを特徴とする。

本発明の第６の観点は、第１又は第２の観点に基づく発明であって、更に図１９〜図２３に示すように、第１噴射制御時の燃料噴射量が低排ガス流量時より高排ガス流量時に少なく設定されたことを特徴とする。

本発明の第１の観点の排ガス浄化装置では、コントローラが、燃料噴射手段からの燃料の噴射による燃料改質触媒の温度上昇を一次遅れモデルを用いて予測しながら燃料噴射手段を制御して、燃料噴射手段の噴射ノズルから最適な時期に噴射した最適な量の燃料を噴射することにより、この燃料の一部が燃料改質触媒で改質されてＮＯｘ還元性能の高い水素や一酸化炭素が生成され、ＮＯｘ吸蔵還元触媒でこの触媒に吸蔵されたＮＯｘが上記水素や炭化水素（燃料）と反応してアンモニア、窒素、水等が生成される。そして、この生成されたアンモニアはアンモニア選択還元触媒で排ガス中のＮＯｘと反応して窒素が生成される。この結果、外部エアを導入することなく、排ガス中のＮＯｘを効率良く低減できる。

また、本発明の第１の観点の排ガス浄化装置では、第１噴射制御により燃料改質触媒を燃料の改質反応に必要な温度まで短時間で昇温でき、その後、第２噴射制御により燃料改質触媒で水素や一酸化炭素を生成するための燃料過多の雰囲気を速やかに形成できる。

更に、本発明の第１の観点の排ガス浄化装置では、燃料噴射手段に対する第１噴射制御と第２噴射制御との間に、温度維持噴射制御を行うことにより、燃料改質触媒の改質部の入口温度が燃料を改質可能な温度に上昇するまで燃料改質触媒の発熱部の温度が高くなり過ぎずかつ低くなり過ぎないように維持する。また温度維持噴射制御後、酸素ゼロ噴射制御を行うことにより、燃料改質触媒内の酸素濃度をゼロに近付ける。この結果、排ガス中の酸素濃度がゼロに近付いた状態で第２噴射制御を行うので、燃料改質触媒は速やかに燃料過多の雰囲気になる。

本発明の第２の観点の排ガス浄化装置では、排ガス温度の低いときに、コントローラが、第１噴射制御の前に漸増噴射制御を行うことにより、燃料の噴射量を第１噴射制御の噴射量に達するまで徐々に増やす。この結果、燃料改質触媒の昇温に寄与せずに排出される未燃燃料の発生を抑制できる。

本発明の第３の観点の排ガス浄化装置では、一次遅れモデルの温度上昇率と時定数を用いることにより、燃料噴射手段からどの時期にどのくらいの量の燃料を噴射すれば、燃料改質触媒を燃料の改質反応に必要な温度まで短時間で昇温でき、燃料改質触媒で水素を生成するための燃料過多の雰囲気を速やかに形成できるかを予測できる。この結果、上記一次遅れモデルを用いて燃料噴射手段から噴射される燃料量を制御することにより、排ガス中のＮＯｘを効率良く低減できる。

本発明の第４の観点の排ガス浄化装置では、一次遅れモデルの温度上昇率を基本温度上昇率に温度上昇率補正値を乗じて算出することにより、上記温度上昇率を比較的精度良く求めることができる。

本発明の第５の観点の排ガス浄化装置では、一次遅れモデルの時定数を基本時定数に時定数補正値を乗じて算出することにより、上記時定数を比較的精度良く求めることができる。

本発明の第６の観点の排ガス浄化装置では、第１噴射制御時の燃料噴射量を低排ガス流量時より高排ガス流量時に少なく設定したので、高排ガス流量時における燃料改質触媒の昇温効率が高くなるとともに、高排ガス流量時における総燃料噴射量を少なくすることができる。

本発明実施形態のエンジンの排ガス浄化装置を示す構成図である。 燃料改質触媒で水素や一酸化炭素を生成のための燃料噴射制御を示すフローチャート図である。 第１及び第２噴射制御からなる燃料噴射制御を示す図である。 第１及び第２噴射制御に温度維持噴射制御及び酸素ゼロ噴射制御を加えた燃料噴射制御を示す図である。 第１及び第２噴射制御に漸増噴射制御、温度維持噴射制御及び酸素ゼロ噴射制御を加えた燃料噴射制御を示す図である。 噴射ノズルから噴射された燃料の燃焼エネルギの大部分が燃料改質触媒の改質部の温度を上昇させるためのエネルギに変化する状態を時系列的に示す図である。 低排ガス流量時であって燃料改質触媒の改質部入口温度を２２０〜３００℃の範囲内で２０℃毎に一定に保ったときの等量比（燃料噴射量／排ガス中の酸素量）の変化に対する改質部の温度上昇率の変化を示す図である。 中排ガス流量時であって燃料改質触媒の改質部入口温度を２２０〜３００℃の範囲内で２０℃毎に一定に保ったときの等量比（燃料噴射量／排ガス中の酸素量）の変化に対する改質部の温度上昇率の変化を示す図である。 高排ガス流量時であって燃料改質触媒の改質部入口温度を２４０〜３００℃の範囲内で２０℃毎に一定に保ったときの等量比（燃料噴射量／排ガス中の酸素量）の変化に対する改質部の温度上昇率の変化を示す図である。 燃料改質触媒の改質部入口温度を２２０〜３００℃の範囲内で２０℃毎に一定に保ったときの排ガス流量と燃料噴射量と改質部の温度上昇率との関係を示す図である。 コントローラのメモリに記憶された基本温度上昇率のマップである。 コントローラのメモリに記憶された温度上昇率補正値のマップである。 低排ガス流量時であって燃料改質触媒の改質部入口温度を２２０〜３００℃の範囲内で２０℃毎に一定に保ったときの等量比（燃料噴射量／排ガス中の酸素量）の変化に対する時定数の変化を示す図である。 中排ガス流量時であって燃料改質触媒の改質部入口温度を２２０〜３００℃の範囲内で２０℃毎に一定に保ったときの等量比（燃料噴射量／排ガス中の酸素量）の変化に対する時定数の変化を示す図である。 高排ガス流量時であって燃料改質触媒の改質部入口温度を２２０〜３００℃の範囲内で２０℃毎に一定に保ったときの等量比（燃料噴射量／排ガス中の酸素量）の変化に対する時定数の変化を示す図である。 燃料改質触媒の改質部入口温度を２２０〜３００℃の範囲内で２０℃毎に一定に保ったときの排ガス流量と燃料噴射量と時定数との関係を示す図である。 コントローラのメモリに記憶された基本時定数のマップである。 コントローラのメモリに記憶された時定数補正値のマップである。 （ａ）は低排ガス流量時における昇温時の指示空気過剰率の変化を示す図であり、（ｂ）は低排ガス流量時における燃料噴射量の変化を示す図である。 （ａ）は高排ガス流量時における昇温時の指示空気過剰率の変化を示す図であり、（ｂ）は高排ガス流量時における燃料噴射量の変化を示す図である。 低排ガス流量時における昇温時の燃料噴射量の変化に対する総燃料噴射量の変化を示す図である。 高排ガス流量時における昇温時の燃料噴射量の変化に対する総燃料噴射量の変化を示す図である。 燃料噴射制御率と排ガス流量との関係を示す図である。 実施例１の燃料噴射制御による燃料改質触媒の各部の実測温度及び予測温度の変化を示す図である。 実施例１の燃料噴射制御による燃料改質触媒の改質部出口における水素及び一酸化炭素の濃度の変化を示す図である。 実施例２の燃料噴射制御による燃料改質触媒の各部の実測温度及び予測温度の変化を示す図である。 実施例２の燃料噴射制御による燃料改質触媒の改質部出口における水素及び一酸化炭素の濃度の変化を示す図である。

次に本発明を実施するための形態を図面に基づいて説明する。図１に示すように、ディーゼルエンジン１１の吸気ポートには吸気マニホルド１２を介して吸気管１３が接続され、排気ポートには排気マニホルド１４を介して排気管１６が接続される。吸気管１３には、ターボ過給機１７のコンプレッサハウジング１７ａと、ターボ過給機１７により圧縮された吸気を冷却するインタクーラ１８とがそれぞれ設けられ、排気管１６にはターボ過給機１７のタービンハウジング１７ｂが設けられる。コンプレッサハウジング１７ａにはコンプレッサ回転翼（図示せず）が回転可能に収容され、タービンハウジング１７ｂにはタービン回転翼（図示せず）が回転可能に収容される。コンプレッサ回転翼とタービン回転翼とはシャフト（図示せず）により連結され、エンジン１１から排出される排ガスのエネルギによりタービン回転翼及びシャフトを介してコンプレッサ回転翼が回転し、このコンプレッサ回転翼の回転により吸気管１３内の吸入空気が圧縮されるように構成される。

排気管１６には排ガス浄化装置が設けられる。この排ガス浄化装置は、排気管１６に設けられたＮＯｘ吸蔵還元触媒１９と、ＮＯｘ吸蔵還元触媒１９より排ガス上流側の排気管１６に設けられた燃料改質触媒２１と、燃料改質触媒２１より排ガス上流側の排気管１６に挿入された噴射ノズル２２ａを有する燃料噴射手段２２と、ＮＯｘ吸蔵還元触媒１９より排ガス下流側の排気管１６に設けられたアンモニア選択還元触媒２３とを備える。噴射ノズル２２ａと燃料改質触媒２１との間にはミキサ２４が設けられ、燃料改質触媒２１とＮＯｘ吸蔵還元触媒１９との間にはヒートマス２６が設けられ、更にＮＯｘ吸蔵還元触媒１９とアンモニア選択還元触媒２３との間にはパティキュレートフィルタ２７が設けられる。即ち、上記排気管１６には、エンジン側（排ガス上流側）から順に、噴射ノズル２２ａ、ミキサ２４、燃料改質触媒２１、ヒートマス２６、ＮＯｘ吸蔵還元触媒１９、パティキュレートフィルタ２７及びアンモニア選択還元触媒２３とが設けられる。燃料改質触媒２１、ヒートマス２６、ＮＯｘ吸蔵還元触媒１９、パティキュレートフィルタ２７及びアンモニア選択還元触媒２３は排気管１６より直径を拡大した筒状のコンバータ２８に収容される。

ミキサ２４は、噴射ノズル２２ａから噴射された燃料２９を排ガス中に均一に分散する機能を有する。このミキサ２４は、軸線方向に排ガスが通過する筒状のミキサ本体２４ａと、ミキサ本体２４ａ内の排ガスの通過を遮るようにミキサ本体２４ａ内に所定の間隔をあけて設けられた複数枚の仕切板２４ｂ,２４ｃ,２４ｄとを備える。複数枚の仕切板２４ｂ,２４ｃ,２４ｄには複数のガス孔（貫通孔）がそれぞれ形成される。また各仕切板２４ｂ,２４ｃ,２４ｄに形成された複数のガス孔は、隣接する仕切板２４ｂ,２４ｃ,２４ｄに形成された複数のガス孔とミキサ本体２４ａの軸線方向に重ならないようにそれぞれ形成される。この実施の形態では、ミキサ本体２４ａ内に３枚の仕切板２４ｂ,２４ｃ,２４ｄが配設される。なお、仕切板の枚数は３枚ではなく、２枚、４枚、又は５枚以上であってもよい。

燃料改質触媒２１は、排ガス上流側から順に設けられた発熱部２１ａと改質部２１ｂとを有する。発熱部２１ａは、図示しないが、両端が開放されかつ排ガスの流通方向に延びる複数のセル（貫通孔）が形成されたステンレス鋼製の円筒状のメタル担体と、このメタル担体の表面にＰｔ−Ｐｄ、Ｐｔ−Ｐｄ−Ｒｈ等を担持するためにコーティングされたアルミナ等の金属酸化物からなるコーティング層と、このコーティング層に分散されたＰｔ−Ｐｄ、Ｐｔ−Ｐｄ−Ｒｈ等の貴金属とを有する。メタル担体は、図示しないが、帯板状のステンレス鋼箔上に波板状のステンレス鋼箔を固定した状態で、帯板状のステンレス鋼箔を螺旋状に巻いてステンレス鋼板製の短管内に挿入することにより形成される。改質部２１ｂは、発熱部のメタル担体と略同一形状のメタル担体と、このメタル担体の表面にＲｈ、Ｐｄ、Ｐｔ等を担持するためにコーティングされたアルミナ、ジルコニア、セリア等の金属酸化物からなるコーティング層と、このコーティング層に分散されたＲｈ、Ｐｄ、Ｐｔ等の貴金属とを有する。発熱部２１ａ及び改質部２１ｂのメタル担体を形成するための帯状のステンレス鋼箔の厚さは１０〜５０μｍと薄く形成され、発熱部２１ａ及び改質部２１ｂのメタル担体を形成するための波板状のステンレス鋼箔の厚さも１０〜５０μｍと薄く形成される。

ヒートマス２６は、図示しないが、両端が開放されかつ排ガスの流通方向に延びる複数のセル（貫通孔）が形成されたステンレス鋼製の円筒状のメタル担体を有する。このメタル担体は、厚さ１００〜４００μｍと比較的厚い帯板状のステンレス鋼箔上に、厚さ１００〜４００μｍと比較的厚い波板状のステンレス鋼箔を固定した状態で、帯板状のステンレス鋼箔を螺旋状に巻いてステンレス鋼板製の短管内に挿入することにより形成される。ヒートマス２６のメタル担体を形成するためのステンレス鋼箔を、発熱部２１ａ及び改質部２１ｂのメタル担体を形成するためのステンレス鋼箔より厚くしたのは、ヒートマス２６の熱容量を大きくすることにより、燃料改質触媒２１に流入する排ガス温度の変化を抑制するためである。具体的には、燃料改質触媒２１での燃料改質により発生する高温の排ガスをヒートマス２６にて緩和することにより、この高温の排ガスのＮＯｘ吸蔵還元触媒１９への流入が抑制され、ＮＯｘ吸蔵還元触媒１９の過昇温が防止される。

ＮＯｘ吸蔵還元触媒１９は、図示しないが、排ガスの流れる方向に格子状（ハニカム状）の通路が形成されたモノリス担体（材質：コージェライト）と、このモノリス担体上に形成されかつ貴金属及びＮＯｘ吸蔵剤が担持されたコート層とを有する。貴金属としてはＰｔが挙げられ、ＮＯｘ吸蔵剤としてはＬｉ，Ｎａ，Ｋ，Ｃｓ等のアルカリ金属や、Ｍｇ，Ｃａ，Ｂａ等のアルカリ土類金属や、Ｙ，Ｌａ，Ｃｅ，Ｐｒ，Ｎｄ，Ｅｕ，Ｇｄ，Ｄｙ（Ｙ以外はランタノイド系金属）等の希土類金属が挙げられる。またコート層としてはアルミナが挙げられる。パティキュレートフィルタ２７は、図示しないが、排ガスの通過可能な多孔質の隔壁で区画されかつ排ガスの流通方向に延びる複数のセル（貫通孔）が形成されたコージェライト製の円筒状の担体と、複数のセル（貫通孔）の相隣接する入口部と出口部を交互に実質的に封止する封止部材とを有する。このフィルタ２７により排ガス中のパティキュレートが捕集される。アンモニア選択還元触媒２３は、図示しないが、排ガスの流れる方向に格子状（ハニカム状）の通路が形成されたモノリス担体（材質：コージェライト）と、このモノリス担体上に鉄系ゼオライト、銅系ゼオライト、コバルト系ゼオライト、銀−アルミナ、イリジウム触媒等をコーティングすることにより形成されたコート層とを有する。銅系ゼオライトの具体例としては、Ｎａ型のＺＳＭ−５ゼオライトのＮａイオンをＣｕイオンとイオン交換した物質である銅イオン交換ゼオライト（Ｃｕ−ＺＳＭ−５）が挙げられる。コバルト系ゼオライトの具体例としては、Ｎａ型のＺＳＭ−５ゼオライトのＮａイオンをＣｏイオンとイオン交換した物質であるコバルトイオン交換ゼオライト（Ｃｏ−ＺＳＭ−５）が挙げられる。

一方、燃料噴射手段２２は、排気管１６にミキサ２４に向けて挿入された上記噴射ノズル２２ａと、この噴射ノズル２２ａに一端が接続された燃料供給管２２ｂと、この燃料供給管２２ｂの他端に接続され燃料２９が貯留されたタンク２２ｃとを有する。また燃料供給管２２ｂには噴射ノズル２２ａへの燃料２９の供給圧力を調整する圧力調整弁２２ｄが設けられ、圧力調整弁２２ｄとタンク２２ｃとの間の燃料供給管２２ｂにはタンク２２ｃ内の燃料２９を噴射ノズル２２ａに供給可能なポンプ２２ｅが設けられる。圧力調整弁２２ｄは第１〜第３ポート２２ｆ,２２ｇ,２２ｈを有する三方弁であり、第１ポート２２ｆはポンプ２２ｅの吐出口に接続され、第２ポート２２ｇは噴射ノズル２２ａに接続され、更に第３ポート２２ｈは戻り管２２ｉを介してタンク２２ｃに接続される。なお、タンク２２ｃに貯留される燃料２９は軽油である。また、圧力調整弁２２ｄがオンすると第１ポート２２ｆと第２ポート２２ｇが連通し、オフすると第１ポート２２ｆと第３ポート２２ｈが連通するように構成される。更に噴射ノズル２２ａにはこのノズルを開閉するノズル開閉弁２２ｊが設けられる。この開閉弁２２ｊは間欠的に開いて、その開く間隔及び開く回数を変えることにより、噴射ノズル２２ａから噴射される燃料２９の噴射量が調整されるように構成される。

ターボ過給機１７のタービンハウジング１７ｂと燃料噴射手段２２の噴射ノズル２２ａとの間の排気管１６には燃料改質触媒２１に流入する排ガス中のＮＯｘ濃度及びＯ₂濃度を検出する第１ＮＯｘセンサ３１が設けられ、ＮＯｘ吸蔵還元触媒１９とパティキュレートフィルタ２７との間のコンバータ２８にはＮＯｘ吸蔵還元触媒１９から流出する排ガス中のＮＯｘ濃度及びＯ₂濃度を検出する第２ＮＯｘセンサ３２が設けられる。また燃料改質触媒２１にはこの触媒２１の温度を検出する改質触媒温度センサ３３が設けられる。この改質触媒温度センサ３３は燃料改質触媒２１の発熱部２１ａと改質部２１ｂとの間に挿入される。更にエンジン１１の回転速度は回転センサ３４により検出され、エンジン指示燃料噴射量はエンジン指示燃料噴射センサ３６により検出される。第１ＮＯｘセンサ３１、第２ＮＯｘセンサ３２、改質触媒温度センサ３３、回転センサ３４及びエンジン指示燃料噴射センサ３６の各検出出力はコントローラ３７の制御入力に接続され、コントローラ３７の制御出力は燃料噴射手段２２の圧力調整弁２２ｄ、ポンプ２２ｅ及び開閉弁２２ｊにそれぞれ接続される。そしてコントローラ３７は、燃料噴射手段２２の噴射ノズル２２ａからの燃料２９の噴射による燃料改質触媒２１の温度上昇を一次遅れモデルを用いて予測しながら燃料噴射手段２２の圧力調整弁２２ｄ、ポンプ２２ｅ及び開閉弁２２ｊを制御するように構成される。

具体的には、図１〜図３に示すように、コントローラ３７は、燃料噴射手段２２に対して、燃料改質触媒２１を燃料２９の改質反応可能な温度まで昇温させるための第１噴射制御と、燃料改質触媒２１内に燃料過多の雰囲気を形成して水素を生成させるために第１噴射制御より燃料噴射量を増やす第２噴射制御とをこの順に行う。但し、図１及び図４に示すように、コントローラ３７は、燃料噴射手段２２に対する第１噴射制御と第２噴射制御との間に、燃料改質触媒２１を燃料２９の改質反応可能な温度に維持するのに必要な燃料量を燃料改質触媒２１の入口温度と排ガス流量から算出して燃料噴射手段２２からの燃料噴射量を制御する温度維持噴射制御と、燃料改質触媒２１内の酸素濃度をゼロに近付けるのに必要な燃料量を排ガス流量と排ガス中の酸素濃度から算出して燃料噴射手段２２からの燃料噴射量を制御する酸素ゼロ噴射制御とをこの順に行うことができる。温度維持噴射制御は、この実施の形態では、第１噴射制御より燃料２９の噴射量を減らすことにより、燃料改質触媒２１を燃料２９の改質反応可能な温度に維持している。また酸素ゼロ噴射制御は、この実施の形態では、温度維持噴射制御による燃料２９の噴射量より多くかつ第２噴射制御による燃料２９の噴射量より少なく燃料２９を噴射することにより、燃料改質触媒２１内の酸素濃度をゼロに近付ける。なお、エンジンの運転状況により、第１噴射制御より燃料の噴射量を増やすことにより、燃料改質触媒を燃料の改質反応可能な温度に維持することができる場合には、温度維持噴射制御時に第１噴射制御より燃料の噴射量を増やしてもよい。また、エンジンの運転状況により、温度維持噴射制御による燃料の噴射量より少なく燃料を噴射することにより、燃料改質触媒内の酸素濃度をゼロに近付けることができる場合には、減量噴射制御による燃料の噴射量より少なく燃料を噴射してもよい。

また、図１及び図５に示すように、排ガス温度の低いときに、コントローラ３７は、第１噴射制御の前に、燃料２９の噴射量を第１噴射制御の噴射量に達するまで徐々に増やす漸増噴射制御を行うことが好ましい。この制御は、排ガス温度の低いときに燃料２９を多く噴射しても燃焼せずに排出される未燃燃料が発生してしまうため、これを防止するために行われる制御である。この漸増噴射制御の傾斜角（図５）は、排ガスの温度及び流量で決まる、即ち酸素流量に対して噴射できる燃料量から決まる。例えば、排ガス温度が２００℃であるとき、燃料２９の最大噴射量の１０％程度噴射すると、排ガス温度が次第に上昇していき、燃料２９の噴射量も次第に上昇していくので、漸増噴射制御の傾斜角（図５）が決まる。この漸増噴射制御は排ガス温度が２００〜３００℃の範囲内で行われる。

一方、一次遅れモデルは次のように構成される。先ず燃料噴射手段２２から噴射された燃料のもつエネルギに温度上昇率を乗じて投入エネルギ量を算出する。ここで、図１及び図６に示すように、噴射ノズル２２ａから噴射された燃料２９が燃料改質触媒２１の発熱部２１ａで燃焼すると極めて短時間に多くのエネルギを発生するけれども、この燃焼エネルギが排ガスとともに改質部２１ｂに流入すると、改質部２１ｂの各部にエネルギが熱として時間をかけて少しずつ与えられる。このとき燃料２９の燃焼エネルギの一部は放熱されたり或いは改質部を通過してしまい、改質部２１ｂの温度上昇に寄与しない。このため改質部２１ｂの温度を予測するために改質部２１ｂの温度上昇率を求める必要がある。即ち、一次遅れモデルとは、噴射ノズル２２ａから噴射された燃料が燃料改質触媒２１の発熱部２１ａで燃焼して発生したエネルギにより、改質部２１ｂが瞬時に温度上昇せずに遅れて温度上昇することであると定義することができる。

排ガス流量が低流量であって、改質部２１ｂ入口温度を２２０℃、２４０℃、２６０℃、２８０℃及び３００℃にそれぞれ一定に保ったときの等量比（燃料噴射量／排ガス中の酸素量）の変化に対する改質部２１ｂの温度上昇率の変化は図７に示すようになる。即ち、改質部２１ｂ入口温度が２４０℃、２６０℃、２８０℃及び３００℃であるときに、燃料噴射量を増加させても改質部２１ｂの温度上昇率は略一定であるけれども、改質部２１ｂ入口温度が２２０℃であるときには、燃料噴射量を増加させると改質部２１ｂの温度上昇率は減少する傾向にある。また排ガス流量が中流量であって、改質部２１ｂ入口温度を２２０℃、２４０℃、２６０℃、２８０℃及び３００℃にそれぞれ一定に保ったときの等量比（燃料噴射量／排ガス中の酸素量）の変化に対する改質部２１ｂの温度上昇率の変化は図８に示すようになる。即ち、改質部２１ｂ入口温度が２６０℃、２８０℃及び３００℃であるときに、燃料噴射量を増加させても改質部２１ｂの温度上昇率は略一定であるけれども、改質部２１ｂ入口温度が２２０℃及び２４０℃であるときには、燃料噴射量を増加させると改質部２１ｂの温度上昇率は減少する傾向にある。更に排ガス流量が高流量であって、改質部２１ｂ入口温度を２４０℃、２６０℃、２８０℃及び３００℃にそれぞれ一定に保ったときの等量比（燃料噴射量／排ガス中の酸素量）の変化に対する改質部２１ｂの温度上昇率の変化は図９に示すようになる。即ち、改質部２１ｂ入口温度が２８０℃及び３００℃であるときに、燃料噴射量を増加させても改質部２１ｂの温度上昇率は略一定であるけれども、改質部２１ｂ入口温度が２４０℃及び２６０℃であるときには、燃料噴射量を増加させると改質部２１ｂの温度上昇率は減少する傾向にある。

上述のことから、燃料改質触媒２１の発熱部２１ａの温度が発熱部２１ａの反応開始温度より高いときには、燃料の燃焼が良好であるため、燃料噴射量を増加しても改質部２１ｂの温度上昇率は略一定であるけれども、発熱部２１ａの温度が発熱部２１ａの反応開始温度の境界温度付近では、燃料噴射量を増加させると、燃料の一部がリークしてしまい、改質部２１ｂの温度上昇率は減少する傾向にあることが分かる。なお、発熱部２１ａの反応開始温度は排ガス流量が多くなると、若干高くなる傾向がある。

上記図７〜図９のグラフを一つにまとめると、図１０のグラフになる。図１０では、パラメータが排ガス流量と燃料噴射量と温度上昇率の３つであるため、取扱いが不便である。そこで、排ガス流量と最少量の燃料噴射時における改質部２１ｂの温度上昇率（基本温度上昇率）との２つのパラメータからなる基本温度上昇率マップ（図１１）と、燃料噴射量及び排ガス流量を乗じた値と補正係数（温度上昇率補正値）との２つのパラメータからなる温度上昇率補正値マップ（図１２）を用いて、温度上昇率を算出する。即ち、温度上昇率は基本温度上昇率に温度上昇率補正値を乗じて算出される。最少量の燃料噴射時における改質部２１ｂ入口温度と一次遅れモデルから算出された改質部２１ｂ出口温度とから触媒温度平均値を求める。基本温度上昇率（最少量の燃料噴射時における改質部２１ｂの温度上昇率）は、上記触媒温度平均値と排ガス流量との関係から求められる。また温度上昇率補正値（補正係数）は、上記触媒温度平均値と、排ガス流量及び燃料噴射量を乗じた値との関係から求められる。上記基本温度上昇率マップと温度上昇率補正値マップはコントローラ３７のメモリ３８に記憶される。

次に上記投入エネルギ量に一次遅れの時定数を考慮してエネルギ上昇量を求める。排ガス流量が低流量であって、改質部２１ｂ入口温度を２２０℃、２４０℃、２６０℃、２８０℃及び３００℃にそれぞれ一定に保ったときの等量比（燃料噴射量／排ガス中の酸素量）の変化に対する時定数の変化は図１３に示すようになる。即ち、改質部２１ｂ入口温度が２４０℃、２６０℃、２８０℃及び３００℃であるときに、燃料噴射量を増加させても時定数は略一定であるけれども、改質部２１ｂ入口温度が２２０℃であるときには、燃料噴射量を増加させると時定数は増加する傾向にある。また排ガス流量が中流量であって、改質部２１ｂ入口温度を２２０℃、２４０℃、２６０℃、２８０℃及び３００℃にそれぞれ一定に保ったときの等量比（燃料噴射量／排ガス中の酸素量）の変化に対する時定数の変化は図１４に示すようになる。即ち、改質部２１ｂ入口温度が２４０℃、２６０℃、２８０℃及び３００℃であるときに、燃料噴射量を増加させても時定数は略一定であるけれども、改質部２１ｂ入口温度が２２０℃であるときには、燃料噴射量を増加させると時定数は増加する傾向にある。更に排ガス流量が高流量であって、改質部２１ｂ入口温度を２４０℃、２６０℃、２８０℃及び３００℃にそれぞれ一定に保ったときの等量比（燃料噴射量／排ガス中の酸素量）の変化に対する時定数の変化は図１５に示すようになる。即ち、改質部２１ｂ入口温度が２６０℃、２８０℃及び３００℃であるときに、燃料噴射量を増加させても時定数は略一定であるけれども、改質部２１ｂ入口温度が２４０℃であるときには、燃料噴射量を増加させると時定数は増加する傾向にある。

上述のことから、燃料改質触媒２１の発熱部２１ａの温度が発熱部２１ａの反応開始温度より高いときには、燃料の燃焼が良好であるため、燃料噴射量を増加しても時定数は略一定であるけれども、発熱部２１ａの温度が発熱部２１ａの反応開始温度の境界温度付近では、燃料噴射量を増加させると、燃料が燃焼し難いため、時定数は増加する傾向にあることが分かる。なお、発熱部２１ａの反応開始温度は排ガス流量が多くなると、若干高くなる傾向がある。

上記図１３〜図１５のグラフを一つにまとめると、図１６のグラフになる。図１６では、パラメータが排ガス流量と燃料噴射量と排ガス温度の３つであるため、取扱いが不便である。そこで、排ガス流量と最少量の燃料噴射時における時定数（基本時定数）との２つのパラメータからなる基本時定数マップ（図１７）と、燃料噴射量及び排ガス流量を乗じた値と補正係数（時定数補正値）との２つのパラメータからなる時定数補正値マップ（図１８）を用いて、時定数を算出する。即ち、時定数は基本時定数に時定数補正値を乗じて算出される。最少量の燃料噴射時における改質部２１ｂ入口温度と一次遅れモデルから算出された改質部２１ｂ出口温度とから触媒温度平均値を求める。基本時定数（最少量の燃料噴射時における時定数）は、上記触媒温度平均値と排ガス流量との関係から求められる。また時定数補正値（補正係数）は、上記触媒温度平均値と、排ガス流量及び燃料噴射量を乗じた値との関係から求められる。上記基本時定数マップと時定数補正値マップはコントローラ３７のメモリ３８に記憶される。

更に上記エネルギ上昇量から燃料改質触媒２１の改質部２１ｂの上昇温度を算出した後に、この上昇温度を改質部２１ｂの入口温度に加算して改質部２１ｂの出口温度を求める。これらの操作や演算等を繰り返して改質部２１ｂの温度予測が行われる。なお、この実施の形態では、燃料改質触媒に流入する排ガス中のＮＯｘ濃度及びＯ₂濃度を検出する第１ＮＯｘセンサと、ＮＯｘ吸蔵還元触媒から流出する排ガス中のＮＯｘ濃度及びＯ₂濃度を検出する第２ＮＯｘセンサ３２とを用いたが、第１及び第２ＮＯｘセンサを用いなくてもよい。この場合、エンジン出口におけるＮＯｘ流量は、予め実験により求められたＮＯｘモデルから予測され、ＮＯｘ吸蔵還元触媒の出口におけるＮＯｘ流量は、上記エンジン出口におけるＮＯｘ流量の例えば８０％がＮＯｘ吸蔵還元触媒に吸蔵されるとして求められる。また排ガス中のＯ₂濃度は、エンジン指示燃料噴射センサの検出するエンジン指示燃料噴射量と、マスエアフローセンサの検出する吸入空気の積算流量とから算出して求められる。

第１噴射制御での実際の燃料噴射量は、排ガス中の酸素濃度による噴射制限量に、触媒温度平均値と排ガス流量による噴射制限率を乗じることにより求められる。上記噴射制限量は、燃料改質触媒２１の改質部２１ｂの昇温時に燃料過多とならないように、即ち排ガス中の酸素濃度がゼロにならないように定められる。ここで、排ガス中の酸素濃度は、Ｏ₂センサにより求めるか、或いは吸入空気量とエンジンへの燃料噴射量とから算出して求められる。また噴射制限率は、触媒温度平均値（改質部２１ｂ入口温度と一次遅れモデルから算出された改質部２１ｂ出口温度との平均値）と排ガス流量との関係から定められる。

一方、第２噴射制御での実際の燃料噴射量は、排ガス中の酸素を消費するための燃料量と、水素や一酸化炭素を発生させるための燃料量とを加算することにより求められる。なお、燃料改質触媒２１の改質部２１ｂでの主な燃料改質反応は次の式（１）〜式（４）で表される。

２Ｃ₁₆Ｈ₃₀ ＋ ４７Ｏ₂ → ３２ＣＯ₂ ＋ ３０Ｈ₂Ｏ …（１）
Ｃ₁₆Ｈ₃₀ ＋ ８Ｏ₂ → １６ＣＯ ＋ １５Ｈ₂ …（２）
ＣＯ ＋ Ｈ₂Ｏ → ＣＯ₂ ＋ Ｈ₂ …（３）
Ｃ₁₆Ｈ₃₀ ＋ １６Ｈ₂Ｏ → １６ＣＯ ＋ ３１Ｈ₂ …（４）
ここで、式（１）は燃焼反応であり、式（２）は部分酸化反応であり、式（３）は水性ガスシフト反応であり、式（４）は水蒸気改質反応である。なお、式（４）の反応が支配的な反応であるため、式（４）により必要な燃料噴射量が算出される。

このように構成されたエンジンの排ガス浄化装置の動作を説明する。コントローラは、第１ＮＯｘセンサ３１の検出したＮＯｘ濃度と、回転センサ３４及びエンジン指示燃料噴射センサ３６の検出出力から算出された排ガス流量とから、ＮＯｘ吸蔵還元触媒１９の入口側のＮＯｘ流量を算出し、第２ＮＯｘセンサ３２の検出したＮＯｘ濃度と、回転センサ３４及びエンジン指示燃料噴射センサ３６の検出出力から算出された排ガス流量とから、ＮＯｘ吸蔵還元触媒１９の出口側のＮＯｘ流量を算出する。そしてコントローラ３７はこれらのＮＯｘ流量の差を積分することにより、ＮＯｘ吸蔵還元触媒１９に吸蔵されたＮＯｘ量を算出する。コントローラ３７がＮＯｘ吸蔵還元触媒１９に所定量のＮＯｘが吸蔵されたと判断すると、或いはコントローラ３７がＮＯｘ吸蔵還元触媒１９の入口及び出口におけるＮＯｘ濃度の差からＮＯｘ吸蔵還元触媒１９によるＮＯｘ低減率が所定値以下になったと判断すると、燃料噴射手段２２のポンプ２２ｅ、圧力調整弁２２ｄ及び開閉弁２２ｊを制御して噴射ノズル２２ａから燃料を噴射する。このときコントローラ３７は、噴射ノズル２２ａからの燃料２９の噴射による燃料改質触媒２１の温度上昇を一次遅れモデルを用いて予測しながらポンプ２２ｅ、圧力調整弁２２ｄ及び開閉弁２２ｊを制御して、噴射ノズル２２ａから最適な時期に噴射した最適な量の燃料２９を噴射する。即ち、一次遅れモデルの温度上昇率を基本温度上昇率に温度上昇率補正値を乗じて算出し、一次遅れモデルの時定数を基本時定数に時定数補正値を乗じて算出することにより、噴射ノズル２２ａからどの時期にどのくらいの量の燃料２９を噴射すれば、燃料改質触媒２１を燃料の改質反応に必要な温度（例えば、６００〜７００℃）まで短時間で昇温でき、燃料改質触媒２１の改質部２１ｂで水素や一酸化炭素を生成するための燃料過多の雰囲気を速やかに形成できるかを予測できる。

具体的には、図１〜図３に示すように、コントローラ３７は、第１噴射制御を行った後に、第２噴射制御を行う。第１噴射制御を行うと、噴射ノズル２２ａから噴射された燃料２９がミキサ２４で撹拌されて排ガス中に均一に分散され、排ガスとともに燃料改質触媒２１の発熱部２１ａに流入する。この発熱部２１ａに流入した燃料は発熱部２１ａで燃焼して排ガスを昇温させる。この昇温した排ガスが燃料改質触媒２１の改質部２１ｂに流入すると、この排ガスにより改質部２１ｂが燃料の改質反応に必要な温度まで昇温する。第２噴射制御を行うと、噴射ノズル２２ａから噴射された燃料がミキサ２４で撹拌されて排ガス中に均一に分散され、排ガスとともに燃料改質触媒２１の発熱部２１ａに流入するけれども、燃料過多（燃料リッチ）雰囲気では、多くの燃料が発熱部２１ａで燃焼せずに通過して改質部２１ｂに流入する。この改質部２１ｂに流入した燃料の一部は改質部２１ｂで改質されてＮＯｘ還元性能の高い水素や一酸化炭素が生成される。

上記水素、一酸化炭素、炭化水素（燃料）を含む排ガスはパティキュレートフィルタ２７に流入し、このフィルタ２７で排ガス中のパティキュレートが捕集される。フィルタ２７を通過した水素、一酸化炭素、炭化水素（燃料）を含む排ガスはＮＯｘ吸蔵還元触媒１９に流入する。ＮＯｘ吸蔵還元触媒１９でこの触媒１９に吸蔵されたＮＯｘは上記水素、一酸化炭素、炭化水素（燃料）と反応してアンモニア、窒素、水、二酸化炭素等が生成される。そして生成されたアンモニアはアンモニア選択還元触媒２３で排ガス中のＮＯｘと反応して窒素が生成される。この結果、排ガス中のＮＯｘを効率良く低減できる。

ここで、図１及び図４に示すように、コントローラ３７は、第１噴射制御と第２噴射制御との間に、温度維持噴射制御を行うことができる。この温度維持噴射制御により、燃料改質触媒２１の改質部２１ｂを燃料の改質反応可能な温度（例えば、６００〜７００℃）に維持することができる。この結果、燃料改質触媒２１の温度が燃料改質に適した温度より高くなり過ぎるのを防止できる。またコントローラ３７は、温度維持噴射制御後、酸素ゼロ噴射制御を行うことができる。この酸素ゼロ噴射制御により、燃料改質触媒２１の改質部２１ｂ内の酸素濃度をゼロに近付けることができる。この結果、排ガス中の酸素濃度がゼロに近付いた状態で第２噴射制御を行うので、改質部２１ｂは速やかに燃料過多の雰囲気になり、改質部２１ｂで燃料が効率良く水素や一酸化炭素に改質される。更に図１及び図５に示すように、排ガス温度の低いときに、コントローラ３７は、第１噴射制御の前に漸増噴射制御を行うことができる。この漸増噴射制御により、燃料２９の噴射量を第１噴射制御の噴射量に達するまで徐々に増やす。この結果、燃料改質触媒２１の改質部２１ｂの昇温に寄与せずに排出される未燃燃料の発生を抑制できる。

なお、この実施の形態では、エンジンとしてターボ過給機付ディーゼルエンジンを挙げたが、自然吸気型ディーゼルエンジンであってもよい。また、この実施の形態では、排ガスの一部を吸気に還流するＥＧＲ装置を設けていないが、本発明はＥＧＲ装置を備えたディーゼルエンジンにも適用できる。

更に図１９〜図２３に示すように、第１噴射制御時の燃料噴射量が低排ガス流量時より高排ガス流量時に少なく設定される。これにより高排ガス流量時における昇温効率が高くなるとともに、高排ガス流量時における総燃料噴射量を少なくすることができる。その理由は次の通りである。燃料改質触媒２１を改質可能温度に昇温させるまでに必要な燃料の最適噴射量をＡとし、燃料と空気を理想的な割合で混合して完全燃焼させる状態（stoichiometryの状態、以下「ストイキ」という。）にするために必要な燃料の最適噴射量をＢとし、Ａ／Ｂを噴射制限率とするとき、低排ガス流量時には噴射制限率Ａ／Ｂが１に近くなるのに対し（図２１）、高排ガス流量時には噴射制限率Ａ／Ｂが１よりかなり小さくなる（図２２）。ここで、低排ガス流量時に燃料の最適噴射量が、ストイキにするために必要な燃料の最適噴射量Ｂに近くなるのは、低排ガス流量であるため燃料改質触媒２１の発熱部２１ａで燃料が燃焼（酸化）し易くなるからである。また高排ガス流量時に燃料の最適噴射量が、ストイキにするために必要な燃料の最適噴射量Ｂよりかなり小さくなるのは、高排ガス流量であるため燃料改質触媒２１の発熱部２１ａで燃料が燃焼（酸化）し難くなるからである。この結果、低排ガス流量時には、第１噴射制御として、ストイキにするために必要な燃料の最適噴射量Ｂに近い量の燃料を噴射し（図１９）、高排ガス流量時には、第１噴射制御として、ストイキにするために必要な燃料の最適噴射量Ｂよりかなり少ない量の燃料を噴射する（図２０）。従って、上述のように、第１噴射制御時の燃料噴射量を低排ガス流量時より高排ガス流量時に少なく設定すると、高排ガス流量時における昇温効率が高くなるとともに、高排ガス流量時における総燃料噴射量を少なくすることができる。

次に本発明の実施例を比較例とともに詳しく説明する。
＜実施例１＞
排ガスを導入可能な内径８０ｍｍの排気管に燃料改質触媒を設け、この燃料改質触媒の排ガス上流側に燃料噴射手段の噴射ノズルを燃料改質触媒に向けて挿入した。燃料改質触媒は、排ガス上流側から順に設けられた発熱部と改質部とを有する。発熱部は、両端が開放されかつ排ガスの流通方向に延びる複数のセル（貫通孔）が形成されたステンレス鋼製の円筒状のメタル担体と、このメタル担体の表面にＰｔ−Ｐｄを担持するためにコーティングされたアルミナからなるコーティング層と、このコーティング層に分散されたＰｔ−Ｐｄとを有する。改質部は、発熱部のメタル担体と略同一形状のメタル担体と、このメタル担体の表面にＲｈを担持するためにコーティングされたアルミナからなるコーティング層と、このコーティング層に分散されたＲｈとを有する。

燃料噴射手段は、上記噴射ノズルと、この噴射ノズルに一端が接続された燃料供給管と、この燃料供給管の他端に接続され燃料が貯留されたタンクとを有する。また燃料供給管には噴射ノズルへの燃料の供給量を調整する圧力調整弁を設け、圧力調整弁とタンクとの間の燃料供給管にはタンク内の燃料を噴射ノズルに供給可能なポンプを設けた。更に噴射ノズルにはこのノズルを開閉するノズル開閉弁を設け、発熱部と改質部との間の排気管には温度センサを挿入した。温度センサの検出出力をコントローラに制御入力に接続し、コントローラの制御出力をポンプ、圧力調整弁及び開閉弁に接続した。コントローラにメモリには、図１１の基本温度上昇率マップと、図１２の温度上昇率補正値マップと、図１７の基本時定数マップと、図１８の時定数補正値マップとを記憶させた。

この状態で、排気管に改質反応開始温度より若干高い温度の排ガスを流した。コントローラは、噴射ノズルからの燃料の噴射による燃料改質触媒の改質部の温度上昇を一次遅れモデルを用いて予測しながら燃料噴射手段を制御した。具体的には、コントローラは、図２４に示すように、燃料噴射手段に対して、改質部を燃料の改質反応可能な温度まで昇温させるための第１噴射制御と、改質部内に燃料過多の雰囲気を形成して水素を生成させるために第１噴射制御より燃料噴射量を増やす第２噴射制御とをこの順に行った。

＜実施例２＞
コントローラが、図２６に示すように、燃料噴射手段に対する第１噴射制御と第２噴射制御との間に、改質部を燃料の改質反応可能な温度に維持するのに必要な燃料量を改質部の入口温度と排ガス流量から算出して燃料噴射手段からの燃料噴射量を制御する温度維持噴射制御と、改質部内の酸素濃度をゼロに近付けるのに必要な燃料量を排ガス流量と排ガス中の酸素濃度から算出して燃料噴射手段からの燃料噴射量を制御する酸素ゼロ噴射制御とをこの順に行った。上記以外は実施例１と同様に構成した。

＜比較例１＞
コントローラが、一次遅れモデルを用いた予測を行わずに、温度センサの検出出力に基づいて、噴射ノズルから略一定の流量で燃料を噴射した。上記以外は実施例１と同様に構成した。

＜比較試験１及び評価＞
実施例１、実施例２及び比較例１の装置の排気管の排ガス下流端に水素及び一酸化炭素の濃度の測定装置を接続して、水素及び一酸化炭素の濃度をそれぞれ測定した。その結果を図２５及び図２７に示す。比較例１では、温度を予測せずに、単に温度センサの検出出力に基づいて燃料を燃料改質触媒に向って噴射するため、燃料改質触媒が昇温した時点で燃料を噴射してしまい、燃料改質触媒の温度が急激に上昇して１０００℃以上になり、燃料改質触媒が破損した。これに対し、実施例１及び２では、図２５及び図２７から明らかなように、実施例１及び２では水素濃度及び一酸化炭素濃度が高くなった。特に実施例２では水素濃度及び一酸化炭素濃度が実施例１のそれぞれ約３倍となった。

１１ ディーゼルエンジン
１６ 排気管
１９ ＮＯｘ吸蔵還元触媒
２１ 燃料改質触媒
２２ 燃料噴射手段
２２ａ 噴射ノズル
２３ アンモニア選択還元触媒
２９ 燃料
３３ 改質触媒温度センサ
３７ コントローラ

Claims (6)

1. ディーゼルエンジン(11)の排気管(16)に設けられたＮＯｘ吸蔵還元触媒(19)と、前記ＮＯｘ吸蔵還元触媒(19)より排ガス上流側の排気管(16)に設けられた燃料改質触媒(21)と、前記燃料改質触媒(21)より排ガス上流側の排気管(16)に挿入された噴射ノズル(22a)を有しこの噴射ノズル(22a)から前記燃料改質触媒(21)に向って燃料(29)を噴射する燃料噴射手段(22)と、前記ＮＯｘ吸蔵還元触媒(19)より排ガス下流側の排気管(16)に設けられたアンモニア選択還元触媒(23)と、前記燃料改質触媒(21)の温度を検出する改質触媒温度センサ(33)と、前記改質触媒温度センサ(33)の検出出力に基づいて前記燃料噴射手段(22)を制御するコントローラ(37)とを備えたディーゼルエンジンの排ガス浄化装置であって、
   前記コントローラ(37)が、前記燃料噴射手段(22)に対して、前記燃料改質触媒(21)を燃料の改質反応可能な温度まで昇温させるための第１噴射制御と、前記燃料改質触媒(21)内に燃料過多の雰囲気を形成して水素を生成させるために前記第１噴射制御より前記燃料噴射量を増やす第２噴射制御とをこの順に行うとともに、前記燃料噴射手段(22)に対する前記第１噴射制御と前記第２噴射制御との間に、前記燃料改質触媒(21)を前記燃料(29)の改質反応可能な温度に維持するのに必要な燃料量を前記燃料改質触媒(21)の入口温度と排ガス流量から算出して前記燃料噴射手段(22)からの燃料噴射量を制御する温度維持噴射制御と、前記燃料改質触媒(21)内の酸素濃度をゼロに近付けるのに必要な燃料量を排ガス流量と排ガス中の酸素濃度から算出して前記燃料噴射手段(22)からの燃料噴射量を制御する酸素ゼロ噴射制御とをこの順に行うことにより、前記燃料噴射手段(22)からの前記燃料(29)の噴射による前記燃料改質触媒(21)の温度上昇を一次遅れモデルを用いて予測しながら前記燃料噴射手段(22)を制御することを特徴とするディーゼルエンジンの排ガス浄化装置。
2. 排ガス温度の低いときに、コントローラ(37)が、第１噴射制御の前に、燃料(29)の噴射量を前記第１噴射制御の噴射量に達するまで徐々に増やす漸増噴射制御を行う請求項１記載のディーゼルエンジンの排ガス浄化装置。
3. 一次遅れモデルが、燃料噴射手段(22)から噴射された燃料(29)のもつエネルギに温度上昇率を乗じて投入エネルギ量を算出し、この投入エネルギ量に一次遅れの時定数を考慮してエネルギ上昇量を求め、このエネルギ上昇量から燃料改質触媒(21)の上昇温度を算出し、更にこの上昇温度を前記燃料改質触媒(21)の入口温度に加算して前記燃料改質触媒(21)の出口温度を求めるように構成された請求項１記載のディーゼルエンジンの排ガス浄化装置。
4. 一次遅れモデルの温度上昇率が基本温度上昇率に温度上昇率補正値を乗じて算出され、
   前記基本温度上昇率が、燃料改質触媒(21)の入口温度と前記一次遅れモデルから算出された前記燃料改質触媒(21)の出口温度との触媒温度平均値と、排ガス流量との関係から求められ、
   前記温度上昇率補正値が、前記触媒温度平均値と、前記排ガス流量及び燃料噴射量を乗じた値との関係から求められる請求項３記載のディーゼルエンジンの排ガス浄化装置。
5. 一次遅れモデルの時定数が基本時定数に時定数補正値を乗じて算出され、
   前記基本時定数が、燃料改質触媒(21)の入口温度と前記一次遅れモデルから算出された前記燃料改質触媒(21)の出口温度の触媒温度平均値と、排ガス流量との関係から求められ、
   前記時定数補正値が、前記触媒温度平均値と、排ガス流量及び燃料噴射量を乗じた値との関係から求められる請求項３記載のディーゼルエンジンの排ガス浄化装置。
6. 第１噴射制御時の燃料噴射量が低排ガス流量時より高排ガス流量時に少なく設定された請求項１又は２記載のディーゼルエンジンの排ガス浄化装置。

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