JP2007100578A - Exhaust gas purification device for internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
【課題】 硫黄被毒回復処理が必要となる、例えばNOx吸蔵還元触媒のような排気浄化触媒を備えた排気浄化装置において、硫黄被毒回復処理時間の短縮化あるいは硫黄被毒回復処理可能温度の低温化を、より効率的に図ることができ、燃費の向上および触媒浄化能力の維持を図ることが可能な排気浄化装置を提供すること。
【解決手段】 本内燃機関の排気浄化装置は、排気通路に排気浄化触媒が配置された内燃機関の排気浄化装置であって、プラズマ改質部を有するプラズマインジェクタを有し、あらかじめプラズマインジェクタにより燃料および空気の少なくとも一方からプラズマ改質してもたされた活性種を、排気浄化触媒よりも上流の排気に添加して、排気浄化触媒の硫黄被毒回復処理を行うことを特徴とする。
【選択図】 図1PROBLEM TO BE SOLVED: To shorten a sulfur poisoning recovery processing time or a sulfur poisoning recovery processing possible temperature in an exhaust purification device equipped with an exhaust purification catalyst such as a NOx occlusion reduction catalyst which requires sulfur poisoning recovery processing. To provide an exhaust emission control device capable of more efficiently reducing the temperature, improving fuel efficiency and maintaining catalyst purification capability.
An exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine is an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine in which an exhaust gas purification catalyst is disposed in an exhaust passage. The internal combustion engine exhaust gas purification apparatus includes a plasma injector having a plasma reforming unit, and fuel is previously generated by the plasma injector. The active species obtained by plasma reforming from at least one of air and air are added to the exhaust upstream of the exhaust purification catalyst, and the sulfur poisoning recovery process of the exhaust purification catalyst is performed.
[Selection] Figure 1
Description
本発明は、内燃機関の排気浄化装置、特に、排気浄化性能を維持すべく硫黄被毒回復処理が必要となる排気浄化触媒を備えた内燃機関の排気浄化装置に関する。 The present invention relates to an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine, and more particularly to an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine equipped with an exhaust gas purification catalyst that requires a sulfur poisoning recovery process to maintain exhaust gas purification performance.
排気浄化性能を維持すべく硫黄被毒回復処理が必要となると考えられる内燃機関の排気浄化触媒の一つに、NOx吸蔵還元触媒がある。燃費の向上および排出ガス規制の観点から、ガソリン内燃機関において運転領域の大部分がリーン空燃比で運転される希薄燃焼内燃機関の実用化が進められているとともに、ディーゼル内燃機関の適用範囲が拡大されつつある。希薄燃焼ガソリン内燃機関やディーゼル内燃機関では、リーン空燃比すなわち空気過剰のもとで燃料が燃焼せしめられるため、不完全な燃焼成分であるHC(炭化水素)およびCO(一酸化炭素)の排出量が少ない反面、空気中の窒素と燃え残りの酸素とが反応して生成されるNOx(窒素酸化物)の排出量が多くなる。 One of the exhaust purification catalysts for internal combustion engines, which is considered to require sulfur poisoning recovery processing to maintain the exhaust purification performance, is a NOx storage reduction catalyst. From the viewpoint of improving fuel efficiency and exhaust gas regulations, the practical application of lean-burn internal combustion engines in which the majority of the operating range of gasoline internal combustion engines is operated at a lean air-fuel ratio is being promoted, and the application range of diesel internal combustion engines has been expanded. It is being done. In lean-burn gasoline internal combustion engines and diesel internal combustion engines, fuel is burned under a lean air-fuel ratio, that is, excess air, so emissions of incomplete combustion components HC (hydrocarbon) and CO (carbon monoxide) are eliminated. On the other hand, the amount of NOx (nitrogen oxide) generated by the reaction between nitrogen in the air and unburned oxygen increases.
このように比較的多量に生成される有害なNOxの大気中への放出量を低減するために、内燃機関排気系にNOx吸蔵還元触媒を配置することが知られている。NOx吸蔵還元触媒は、流入する排気空燃比がリーン空燃比のときに排気中のNOxを硝酸塩の形態で吸収、吸着もしくはその両方により吸蔵し、流入する排気空燃比がリッチ空燃比であるときに、吸蔵したNOxを放出する役割を果たすものである。放出されたNOxは、還元成分(HC、CO、H2)により還元浄化せしめられる。 In order to reduce the amount of harmful NOx produced in a relatively large amount into the atmosphere in this way, it is known to arrange a NOx storage reduction catalyst in the exhaust system of the internal combustion engine. The NOx occlusion reduction catalyst absorbs NOx in the exhaust by absorbing and adsorbing in the form of nitrate when the inflowing exhaust air-fuel ratio is a lean air-fuel ratio, or both, and when the inflowing exhaust air-fuel ratio is a rich air-fuel ratio. It plays the role of releasing the stored NOx. The released NOx is reduced and purified by reducing components (HC, CO, H2).
このようなNOx吸蔵還元触媒を備えた排気浄化装置によれば、酸素濃度が高い希薄燃焼の排気中からNOxを良好に吸収し、定期的なリッチ混合気燃焼運転(リッチスパイク運転とも称す)によって、排気中の酸素濃度を低下させるとともに排気中にHCやCO等の還元成分を存在させ、吸収したNOxを大気中に放出させることなく良好に還元浄化することができる。 According to the exhaust gas purification apparatus equipped with such a NOx occlusion reduction catalyst, NOx is absorbed well from the exhaust gas of lean combustion with a high oxygen concentration, and is periodically periodic rich-fuel mixture operation (also referred to as rich spike operation). In addition, the oxygen concentration in the exhaust gas can be reduced and reducing components such as HC and CO can be present in the exhaust gas, and the absorbed NOx can be reduced and purified well without being released into the atmosphere.
しかしながら、このようなNOx吸蔵還元触媒を備えた排気浄化装置においては、燃料中の硫黄成分に起因するNOx吸蔵還元触媒のNOx吸蔵能力の低下、いわゆる硫黄被毒が問題となる。 However, in such an exhaust purification device equipped with a NOx occlusion reduction catalyst, a decrease in the NOx occlusion capability of the NOx occlusion reduction catalyst due to sulfur components in the fuel, so-called sulfur poisoning, becomes a problem.
内燃機関の燃料、例えばガソリンや軽油などの燃料には、硫黄成分が含有している場合が多く、この場合、燃焼後の排気中には、SO2やSO3などのSOx(硫黄酸化物)が含まれることになる。排気中にSOxが存在すると、NOx吸蔵還元触媒は、NOxの吸蔵を行う一方で、排気中のSOxも硫酸塩の形態で吸蔵することが知られている。 Fuels of internal combustion engines, such as fuels such as gasoline and light oil, often contain sulfur components. In this case, SOx (sulfur oxide) such as SO 2 and SO 3 is contained in the exhaust gas after combustion. Will be included. It is known that when SOx is present in the exhaust, the NOx occlusion reduction catalyst occludes NOx, while SOx in the exhaust also occludes in the form of sulfate.
NOx吸蔵還元触媒に吸蔵されたSOxは安定していて分解しづらく、NOx吸蔵還元触媒が排気中のNOxを吸蔵し且つ還元浄化することができる温度領域では、NOx吸蔵還元触媒から脱離しないことが明らかにされている。 The SOx occluded in the NOx occlusion reduction catalyst is stable and difficult to decompose, and the NOx occlusion reduction catalyst should not desorb from the NOx occlusion reduction catalyst in a temperature range where the NOx occlusion reduction catalyst can occlude NOx in the exhaust and reduce and purify it. Has been revealed.
このため、NOx吸蔵還元触媒が、排気中のNOxを吸蔵し且つ還元浄化することができる温度領域、例えば、300℃〜450℃の温度領域で、SOxを含有する排気に対して使用される場合、NOxの吸蔵および還元浄化が行われる一方で、NOx吸蔵還元触媒にはSOxが分解されず残存する。従って、時間が経過するにつれてNOx吸蔵還元触媒内のSOx量が増大することになり、かくして、時間が経過するにつれてNOx吸蔵還元触媒が吸蔵することができるNOx量が低下することになり、いわゆる硫黄被毒(またはS被毒)の問題が生じる。 For this reason, the NOx occlusion reduction catalyst is used for exhaust gas containing SOx in a temperature range in which NOx in exhaust gas can be occluded and reduced and purified, for example, in a temperature range of 300 ° C. to 450 ° C. While NOx is occluded and reduced and purified, SOx remains in the NOx occlusion reduction catalyst without being decomposed. Therefore, the amount of SOx in the NOx occlusion reduction catalyst increases as time elapses, and thus the amount of NOx that can be occluded by the NOx occlusion reduction catalyst decreases as time elapses, so-called sulfur. The problem of poisoning (or S poisoning) occurs.
一方で、NOx吸蔵還元触媒温度を上昇させることで、例えば、NOx吸蔵還元触媒温度を600℃以上に上昇させることで、NOx吸蔵還元触媒に吸蔵されたSOxを熱分解させ放出させることができることが明らかにされている。 On the other hand, by increasing the NOx occlusion reduction catalyst temperature, for example, by raising the NOx occlusion reduction catalyst temperature to 600 ° C. or higher, SOx occluded in the NOx occlusion reduction catalyst can be thermally decomposed and released. It has been revealed.
そこで、NOx吸蔵還元触媒を備える排気浄化装置においては、硫黄被毒を解消する一つの方法として、NOx吸蔵還元触媒に流入する排気空燃比をリッチ空燃比にしつつNOx吸蔵還元触媒温度を上昇させる、硫黄被毒回復処理が適用されている。該硫黄被毒回復処理により、NOx吸蔵還元触媒に吸蔵されたSOxを熱分解し、この熱分解されたSOxのNOx吸蔵還元触媒への再吸蔵を防止しつつNOx吸蔵還元触媒からSOxを放出することが可能となる。 Therefore, in an exhaust purification device equipped with a NOx storage reduction catalyst, as one method of eliminating sulfur poisoning, the NOx storage reduction catalyst temperature is raised while the exhaust air-fuel ratio flowing into the NOx storage reduction catalyst is made to be a rich air-fuel ratio. Sulfur poisoning recovery treatment is applied. By the sulfur poisoning recovery process, SOx stored in the NOx storage reduction catalyst is thermally decomposed, and SOx is released from the NOx storage reduction catalyst while preventing re-storage of the thermally decomposed SOx into the NOx storage reduction catalyst. It becomes possible.
例えば、特開平10−54274号明細書においては、NOx吸蔵還元触媒を備え且つ硫黄被毒回復処理が適用されている内燃機関の排気浄化装置が示されており、NOx吸蔵還元触媒からSOxを放出させるべくNOx吸蔵還元触媒温度を上昇させる方法として、点火時期を制御することが示されている。具体的には、点火時期を遅角させることで、NOx吸蔵還元触媒に流入する排気ガスの温度を上昇させ、硫黄被毒回復処理に適した温度領域になるまで、NOx吸蔵還元触媒温度を上昇させることが記載されている。 For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-54274 discloses an exhaust purification device for an internal combustion engine that includes a NOx storage reduction catalyst and to which sulfur poisoning recovery processing is applied, and releases SOx from the NOx storage reduction catalyst. It has been shown that the ignition timing is controlled as a method for increasing the NOx storage reduction catalyst temperature in order to achieve this. Specifically, by retarding the ignition timing, the temperature of the exhaust gas flowing into the NOx storage reduction catalyst is increased, and the temperature of the NOx storage reduction catalyst is increased until it reaches a temperature range suitable for the sulfur poisoning recovery process. Is described.
しかしながら、触媒温度を昇温させるためには、熱エネルギーが必要となり、該熱エネルギーを得るべく燃料を追加供給する場合には燃費の悪化がもたらされる。また、触媒温度が高温とされることによる触媒自体の性能劣化がもたらされる可能性がある。従って、硫黄被毒回復処理が必要となる、例えばNOx吸蔵還元触媒のような排気浄化触媒を備えた排気浄化装置においては、燃費の向上および触媒浄化能力の維持の両観点から、硫黄被毒回復処理時間の短縮化、あるいは、硫黄被毒回復処理可能温度の低温化を図ることが重要な一つの課題になると考える。 However, in order to raise the catalyst temperature, thermal energy is required, and when additional fuel is supplied to obtain the thermal energy, fuel consumption is deteriorated. Further, there is a possibility that the performance of the catalyst itself is deteriorated due to the high catalyst temperature. Therefore, in an exhaust purification device equipped with an exhaust purification catalyst such as a NOx occlusion reduction catalyst that requires sulfur poisoning recovery treatment, sulfur poisoning recovery is performed from both the viewpoints of improving fuel efficiency and maintaining the catalyst purification capability. We believe that shortening the treatment time or lowering the sulfur poisoning recovery treatment temperature is an important issue.
この課題に対して、例えば特開2002−256853号明細書においては、NOx吸蔵還元触媒よりも上流側の排気通路にプラズマ発生装置が配置された内燃機関の浄化装置において、硫黄被毒回復処理時に選択的にプラズマ発生装置を作動させ、排気自体をプラズマ改質し、すなわち、排気中の還元成分をプラズマ改質により活性化し還元力を強化することで、硫黄被毒回復処理時間の短縮化を図ることが示されている。しかしながら、容量が大きい排気自体をプラズマ改質するためには多大なエネルギーが必要になることが考えられ更なる改良の余地が残されていると考える。 In response to this problem, for example, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-256853, in a purification apparatus for an internal combustion engine in which a plasma generation device is disposed in an exhaust passage upstream of a NOx storage reduction catalyst, a sulfur poisoning recovery process is performed. By selectively operating the plasma generator and plasma-modifying the exhaust itself, that is, reducing the sulfur poisoning recovery processing time by activating the reducing components in the exhaust by plasma reforming and strengthening the reducing power. Shown. However, it is considered that a large amount of energy is required for plasma reforming the exhaust gas having a large capacity, and there is still room for further improvement.
本発明は、上記課題に鑑み、硫黄被毒回復処理が必要となる、例えばNOx吸蔵還元触媒のような触媒を備えた排気浄化装置において、硫黄被毒回復処理時間の短縮化、あるいは硫黄被毒回復処理可能温度の低温化を、より効率的に図ることができ、燃費の向上および触媒浄化能力の維持を図ることが可能な排気浄化装置を提供することを目的とする。 In view of the above problems, the present invention requires a sulfur poisoning recovery process. In an exhaust gas purification apparatus equipped with a catalyst such as a NOx occlusion reduction catalyst, the sulfur poisoning recovery process is shortened or sulfur poisoning is performed. It is an object of the present invention to provide an exhaust emission control device that can lower the recovery processable temperature more efficiently, improve fuel efficiency, and maintain catalyst purification capability.
請求項1の発明によれば、排気通路に排気浄化触媒が配置された内燃機関の排気浄化装置において、プラズマ改質部を有するプラズマインジェクタを有し、あらかじめ前記プラズマインジェクタにより燃料および空気の少なくとも一方からプラズマ改質してもたされた活性種を、前記排気浄化触媒よりも上流の排気に添加して、前記排気浄化触媒の硫黄被毒回復処理を行う、ことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置が提供される。 According to the first aspect of the present invention, an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine in which an exhaust gas purification catalyst is disposed in an exhaust passage has a plasma injector having a plasma reforming portion, and at least one of fuel and air is previously produced by the plasma injector. The exhaust gas of the internal combustion engine, wherein the activated species that have been subjected to plasma reforming is added to the exhaust upstream of the exhaust purification catalyst, and the sulfur purification recovery process of the exhaust purification catalyst is performed A purification device is provided.
すなわち、請求項1の発明では、反応性の高い活性種を排気にもたらすべく、排気自体がプラズマ改質されるのではなく、あらかじめプラズマインジェクタにより空気および燃料の少なくとも一方からプラズマ改質されて生成された反応性の高い活性種が、排気浄化触媒よりも上流の排気に添加されて、硫黄被毒回復処理が実行される。空気および燃料の少なくとも一方からプラズマ改質により生成された反応性の高い活性種により、硫黄被毒回復処理の効率化を図ることが可能となる。 That is, in the first aspect of the invention, the exhaust itself is not plasma-modified in order to bring highly reactive active species to the exhaust, but is generated by plasma reforming from at least one of air and fuel by a plasma injector in advance. The activated reactive species having high reactivity are added to the exhaust upstream of the exhaust purification catalyst, and the sulfur poisoning recovery process is executed. Highly reactive active species generated by plasma reforming from at least one of air and fuel can improve the efficiency of the sulfur poisoning recovery process.
具体的には、空気からプラズマ改質により生成された反応性の高い活性種により、排気浄化触媒上での燃焼反応を促進することができる。これにより、硫黄被毒処理可能温度への到達時間を短縮することができ燃費の向上を図ることを可能とする。また、硫黄被毒回復処理にかかる時間が短縮されることは、排気浄化触媒が高温にさらされる時間が短縮されることとなり、硫黄被毒回復処理の際に排気浄化触媒が受ける高熱に起因する排気浄化触媒の耐久性能劣化を抑制でき、触媒浄化能力の維持を図ることを可能とする。更に、例えばディーゼル内燃機関においては、不完全燃焼成分のHCが排気中に少ないことから、排気浄化触媒温度の昇温のための燃焼反応を促進すべく、排気中に燃料を噴霧することが知られているが、本発明によれば、空気からプラズマ改質により生成された反応性の高い活性種例えばオゾン(O3)により、排気中の少ない不完全燃焼成分のHCとの効率の良い燃焼反応がもたらされ、排気中に新たな燃料を噴霧することなく、排気浄化触媒温度を所定温度へと昇温させることを可能とする。 Specifically, the combustion reaction on the exhaust purification catalyst can be promoted by highly reactive active species generated by plasma reforming from air. As a result, the time required to reach the sulfur poisonable temperature can be shortened, and the fuel consumption can be improved. In addition, the reduction in the time required for the sulfur poisoning recovery process reduces the time during which the exhaust purification catalyst is exposed to a high temperature, which is caused by the high heat received by the exhaust purification catalyst during the sulfur poisoning recovery process. It is possible to suppress deterioration of the durability performance of the exhaust purification catalyst and to maintain the catalyst purification capability. Further, for example, in a diesel internal combustion engine, it is known that fuel is sprayed into the exhaust gas in order to promote the combustion reaction for raising the temperature of the exhaust purification catalyst because the incomplete combustion component HC is small in the exhaust gas. However, according to the present invention, the highly reactive active species generated by plasma reforming from air, for example, ozone (O 3 ), enables efficient combustion with HC, which is a small incomplete combustion component in the exhaust gas. A reaction is brought about, and the exhaust purification catalyst temperature can be raised to a predetermined temperature without spraying new fuel into the exhaust.
また、燃料からプラズマ改質により生成された反応性の高い活性種により、排気浄化触媒上での燃焼反応の促進、硫黄被毒脱離反応の促進および硫黄被毒回復処理可能温度の低温化を図ることができる。これにより、硫黄被毒回復処理時間を短縮することができ、上述した空気からのプラズマ改質の場合と同様に、燃費の向上および触媒浄化能力の維持を図ることを可能とする。 In addition, highly reactive active species generated by plasma reforming from fuel promotes combustion reaction on the exhaust purification catalyst, promotes sulfur poisoning desorption reaction, and lowers the sulfur poisoning recovery treatment temperature. Can be planned. Thereby, the sulfur poisoning recovery processing time can be shortened, and it becomes possible to improve the fuel consumption and maintain the catalyst purification ability as in the case of the plasma reforming from the air described above.
請求項2の発明によれば、前記排気浄化触媒の硫黄被毒回復処理は、前記プラズマインジェクタにより、燃料からプラズマ改質してもたらされた活性種と空気からプラズマ改質してもたらされた活性種との両方が活用されて行われる、ことを特徴とする請求項1に記載の内燃機関の排気浄化装置が提供される。 According to the invention of claim 2, the sulfur poisoning recovery treatment of the exhaust purification catalyst is effected by plasma reforming from active species and air produced by plasma reforming from fuel by the plasma injector. The exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to claim 1, wherein both the active species and the active species are utilized.
すなわち、請求項2の発明では、排気浄化触媒の硫黄被毒回復処理に、燃料からプラズマ改質してもたらされた活性種と空気からプラズマ改質してもたらされた活性種との両方が活用される。これにより、燃料からプラズマ改質してもたらされた活性種と空気からプラズマ改質してもたらされた活性種のもたらす、それぞれの有用な作用効果を適宜に活用し、より効率の良い硫黄被毒回復処理を実現することが可能なる。 That is, in the invention of claim 2, both the active species brought about by plasma reforming from the fuel and the active species brought about by plasma reforming from the air in the sulfur poisoning recovery treatment of the exhaust purification catalyst. Is utilized. As a result, more efficient sulfur is obtained by appropriately utilizing the useful effects of the active species brought about by plasma reforming from fuel and the active species brought about by plasma reforming from air. It is possible to realize poisoning recovery processing.
請求項3の発明によれば、前記プラズマインジェクタにより、燃料からプラズマ改質してもたらされた活性種には水素ガスが含まれ、空気からプラズマ改質してもたらされた活性種にはオゾンが含まれる、ことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の内燃機関の排気浄化装置が提供される。 According to the invention of claim 3, the active species brought about by plasma reforming from the fuel by the plasma injector contains hydrogen gas, and the activated species brought about by plasma reforming from the air The exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to claim 1 or 2, wherein ozone is contained.
すなわち、請求項3の発明では、燃料からプラズマ改質してもたらされた活性種に水素ガスが含まれ、空気からプラズマ改質してもたらされた活性種にオゾンが含まれる、ことを限定する。 That is, in the invention of claim 3, hydrogen gas is included in the active species brought about by plasma reforming from the fuel, and ozone is contained in the active species brought about by plasma reforming from the air. limit.
請求項4の発明によれば、前記プラズマインジェクタの結露状態を感知する結露検出手段を有する、ことを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか一つの請求項に記載の内燃機関の排気浄化装置が提供される。 According to a fourth aspect of the present invention, the exhaust of the internal combustion engine according to any one of the first to third aspects, further comprising dew condensation detection means for sensing a dew condensation state of the plasma injector. A purification device is provided.
すなわち、請求項4の発明では、本排気浄化装置が結露検出手段を有し、プラズマインジェクタの結露状態を検知することができ、これにより、プラズマインジェクタ内部での排気中の水分の結露に起因する漏電によるプラズマインジェクタの故障や消費電力の増加などを回避することが可能となる。 That is, in the invention of claim 4, the exhaust gas purification apparatus has dew condensation detection means and can detect the dew condensation state of the plasma injector, thereby causing moisture dew condensation in the exhaust gas inside the plasma injector. It is possible to avoid a plasma injector failure or an increase in power consumption due to electric leakage.
各請求項に記載の発明によれば、硫黄被毒回復処理時間の短縮化あるいは硫黄被毒回復処理可能温度の低温化を、より効率的に図ることができ、燃費の向上および触媒浄化能力の維持を図ることが可能となる共通の効果を奏する。 According to the invention described in each claim, the sulfur poisoning recovery processing time can be shortened or the sulfur poisoning recovery processing temperature can be lowered more efficiently, and fuel efficiency can be improved and catalyst purification ability can be improved. There is a common effect that can be maintained.
以下、添付図面を参照して本発明の一実施形態について説明する。
図1は、本発明の排気浄化装置を自動車用のディーゼル内燃機関あるいは希薄燃焼ガソリン内燃機関に適用した場合の一実施形態を示す模式図である。
図1において、10はディーゼル内燃機関あるいは希薄燃焼ガソリン内燃機関の内燃機関本体、11は排気マニホルド、12は排気管、13はNOx吸蔵還元触媒、をそれぞれ示す。また、図1において、21はSOx被毒判定手段、22は電子制御装置(ECU)、23はプラズマインジェクタ、24はバルブ、25は燃料/空気供給部、26は活性種添加ポート、27は発電機、28はバッテリ、29は電力供給装置、をそれぞれ示す。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is a schematic view showing an embodiment when the exhaust emission control device of the present invention is applied to a diesel internal combustion engine or a lean combustion gasoline internal combustion engine for automobiles.
In FIG. 1, 10 is an internal combustion engine body of a diesel internal combustion engine or a lean combustion gasoline internal combustion engine, 11 is an exhaust manifold, 12 is an exhaust pipe, and 13 is a NOx occlusion reduction catalyst. In FIG. 1, 21 is a SOx poisoning determination means, 22 is an electronic control unit (ECU), 23 is a plasma injector, 24 is a valve, 25 is a fuel / air supply unit, 26 is an active species addition port, and 27 is power generation. , 28 is a battery, and 29 is a power supply device.
まず、図1に示されたディーゼル内燃機関あるいは希薄燃焼ガソリン内燃機関の基本構成となる内燃機関本体10、排気マニホルド11、排気管12、発電機27およびバッテリ28、のそれぞれについて簡単に説明する。
First, each of the internal
内燃機関本体10は、ディーゼル内燃機関あるいは運転領域の大部分がストイキよりもリーンな空燃比で運転される希薄燃焼ガソリン内燃機関の内燃機関本体であり、該内燃機関本体10からの排気の通路となる排気系には、排気マニホルド11、排気管12およびNOx吸蔵還元触媒13が、それぞれ配置されている。
排気マニホルド11は、内燃機関本体10に連結され、該内燃機関本体10内に配置されている各気筒からの排気を1本の排気管12に送り込む役割を果すものである。
発電機27は、内燃機関本体10に接続され、該内燃機関本体10と協働して電気を発生せしめる役割を果すものであり、また、バッテリ28は、発電機27と接続されることで、発生せしめられた電気を蓄える役割を果すものである。
The internal
The
The
次に、図1に示された実施形態となる内燃機関の排気浄化装置が有する各構成要素について説明する。
図1に示された実施形態における内燃機関の排気浄化装置は、概して、NOx吸蔵還元触媒13、SOx被毒判定手段21、電子制御装置(ECU)22、プラズマインジェクタ23、バルブ24、燃料/空気供給部25、活性種添加ポート26、電力供給装置29および結露検知手段30を有する。
Next, each component which the exhaust gas purification apparatus of the internal combustion engine which becomes embodiment shown by FIG. 1 has is demonstrated.
The exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine in the embodiment shown in FIG. 1 generally includes a NOx
NOx吸蔵還元触媒13は、該NOx吸蔵還元触媒13に流入する排気中の酸素濃度が高いときに、排気中のNOxを吸収、吸着もしくはその両方により吸蔵することで排気中からNOxを除去し、該NOx吸蔵還元触媒13に流入する排気中の酸素濃度が低いときに、吸蔵したNOxを放出する機能を有する。放出されたNOxは、排気に含まれる還元成分となるHC、CO等と反応して還元浄化せしめられる。
The NOx
このようにNOx吸蔵還元触媒13は、該NOx吸蔵還元触媒13に流入する排気中の酸素濃度が高いときに排気中のNOxを吸蔵する一方で、NOx吸蔵還元触媒13に流入する排気中にSOxが含まれている場合には、NOxと同様にSOxも吸蔵することが知られている。内燃機関本体10に供給される燃料中には硫黄成分が含まれていることが多く、この場合、NOx吸蔵還元触媒13に流入する排気中には硫黄分の燃焼により生じたSOxが含まれることになり、NOx吸蔵還元触媒13には、NOxばかりでなく、SOxも吸蔵されることになる。
Thus, the NOx
NOx吸蔵還元触媒13に吸蔵されたSOxは、NOx吸蔵還元触媒13に吸蔵されたNOxと比較して、安定度が高く分解しづらく、NOx吸蔵還元触媒13が排気中のNOxを吸蔵し且つ還元浄化することができる温度領域内でNOx吸蔵還元触媒13が使用されるかぎり、NOx吸蔵還元触媒13に吸蔵されたSOxは分解されずにNOx吸蔵還元触媒13に残存することが知られている。従って、NOx吸蔵還元触媒13が排気中のNOxを吸蔵し且つ還元浄化することができる温度領域内でNOx吸蔵還元触媒13が使用されるかぎり、時間が経過するにつれて、NOx吸蔵還元触媒13内のSOx量は増大し、その結果、NOx吸蔵還元触媒13が排気中から吸蔵することができるNOx量は低下することになる。
The SOx occluded in the NOx
しかるに、NOx吸蔵還元触媒13の温度を所定の温度以上に、例えば600℃以上に上昇させ、NOx吸蔵還元触媒13に流入する排気空燃比をリッチ空燃比とすることで、硫黄被毒脱離反応をもたらすことができることも知られている。すなわち、NOx吸蔵還元触媒13の温度を所定の温度以上に上昇させることで、硝酸塩の形態でNOx吸蔵還元触媒13に吸蔵されたSOxを熱分解させ、NOx吸蔵還元触媒13から脱離させ、NOx吸蔵還元触媒13から脱離されたSOxを、排気中のHC、CO、H2などの還元成分によって還元浄化させることができることが知られている。
However, the temperature of the NOx
プラズマインジェクタ23は、このことに基づいて、NOx吸蔵還元触媒温度の昇温のための燃焼反応を促進しおよび/または硫黄被毒脱離反応を促進すべく、反応性の高い活性種をプラズマ改質により燃料および空気の少なくとも一方から生成し、あらかじめプラズマ改質された反応性の高い活性種をNOx吸蔵還元触媒13よりも上流の排気中に添加し、NOx吸蔵還元触媒13の硫黄被毒を効率的に回復する役割を果すものである。
Based on this, the
プラズマインジェクタ23は、プラズマ改質部を有し、バッテリ28に接続された電力供給装置29と協働してプラズマ改質部に電圧を印加することによりプラズマを発生させ、燃料および空気の少なくとも一方から反応性の高い活性種を生成することができる。プラズマインジェクタ23により生成された反応性の高い活性種は、NOx吸蔵還元触媒13よりも上流の排気管12上に配置された活性種添加ポート26を介して、排気中に添加される。
The
プラズマインジェクタ23には、バルブ24を介して、燃料/空気供給部25が流体連通されている。燃料/空気供給部25は、プラズマインジェクタ23に供給する燃料および空気の供給源となる部分である。また、バルブ24は、燃料/空気供給部25からの燃料あるいは空気のいずれか一方のプラズマインジェクタ23への適宜な供給をもたらす役割を果すものである。燃料/空気供給部25は、内燃機関を作動すべく内燃機関本体10に燃料および空気のそれぞれを供給する各構成要素と兼用されてもよく、また、内燃機関本体10に燃料および空気のそれぞれを供給する各構成要素とは別個の構成要素として形成されてもよい。
A fuel /
SOx被毒判定手段21は、概して、SOx吸蔵量検出手段、SOx放出量検出手段およびNOx吸蔵還元触媒温度検出手段を有し、NOx吸蔵還元触媒13のSOx被毒状態を推定する機能を有する。また、SOx被毒判定手段21は、電子制御装置22(以下、ECUと称す)に、NOx吸蔵還元触媒13に吸蔵されたSOx量、硫黄被毒回復処理によりNOx吸蔵還元触媒13から放出されたSOx量、およびNOx吸蔵還元触媒13の温度の各検出情報を伝達可能に構成されている。
The SOx poisoning determination means 21 generally has SOx occlusion amount detection means, SOx release amount detection means, and NOx occlusion reduction catalyst temperature detection means, and has a function of estimating the SOx poisoning state of the NOx
SOx吸蔵量検出手段は、流入する排気によりNOx吸蔵還元触媒13に吸蔵されたSOx量を推定する機能を有する。例えば、SOx吸蔵量は、燃料中の硫黄成分の濃度および消費燃料から推定されうる。この場合、SOx吸蔵量検出手段は、燃料中の硫黄成分の濃度および消費燃料量のそれぞれを検出する構成要素を有して構成されることになる。
The SOx occlusion amount detection means has a function of estimating the amount of SOx occluded in the NOx
SOx放出量検出手段は、硫黄被毒回復処理によりNOx吸蔵還元触媒13から放出あるいは脱離されたSOx量を推定する機能を有する。例えば、NOx吸蔵還元触媒13からSOx放出量は、NOx吸蔵還元触媒温度および排気空燃比から推定されうる。この場合、SOx放出量検出手段は、NOx吸蔵還元触媒温度および排気空燃比のそれぞれを検出する構成要素を有して構成されることになる。排気空燃比の検出には、排気空燃比センサーが使用されうる。
The SOx release amount detection means has a function of estimating the amount of SOx released or desorbed from the NOx
NOx吸蔵還元触媒温度検出手段は、NOx吸蔵還元触媒13の温度を推定する機能を有する。NOx吸蔵還元触媒温度は、例えば、NOx吸蔵還元触媒13に近接して配置された排気温度センサーにより検出された温度情報に基づいて推定されうる。この場合、NOx吸蔵還元触媒温度検出手段は、排気温度センサーを有して構成される。但し、この場合、NOx吸蔵還元触媒13と排気温度センサーとの間には、多少の隔たりがあり、この隔たりにおける温度勾配を推定すべく、回転負荷、空燃比、熱伝達係数、触媒反応速度等のパラメータを用いて補正が行わることになり、これらの各情報を検出する各構成要素もまた、NOx吸蔵還元触媒温度を推定するための構成要素となる。
The NOx storage reduction catalyst temperature detecting means has a function of estimating the temperature of the NOx
結露検知手段30は、プラズマインジェクタ23内部での排気中の水分の結露に起因する漏電によるプラズマインジェクタ23の故障や消費電力の増加などを回避すべく、プラズマインジェクタ23の結露による漏電の可能性の有無を判定する機能を有し、この判定情報をECU22に伝達可能に構成される。結露による漏電の可能性の有無の判定は、具体的には、電流計を配置して電流量を監視することにより行われるか、あるいは、漏電の起こらない湿度条件を規定し、湿度計を配置して湿度を監視することで行われることが考えられるが、これ以外の適当な他の方法で判定されてもよい。硫黄被毒回復処理の実行に当たってプラズマインジェクタ23を利用する場合、プラズマインジェクタ23のプラズマ改質部に結露が存在した状態でプラズマ発生のために電圧が印加されると、結露に起因して電気が漏電することがある。特に、低温領域においては、排ガス中の水分の結露により漏電が起こる可能性が大きく、この漏電を回避すべく結露検知手段30を排気浄化装置の一構成要素として備えることは有用である。但し、該結露検知手段30は、必要不可欠なものではなく、本排気浄化装置の一構成要素として備えられていなくともよく、使用環境条件および設計条件に応じて適宜に備えられる。
The dew condensation detection means 30 may cause a leakage due to the condensation of the
ECU22は、プラズマインジェクタ23による硫黄被毒回復処理を実行すべく、SOx被毒判定手段21の検出情報および結露検知手段30の検知情報に基づいて、プラズマインジェクタ23に電圧を印加する電力供給装置29およびバルブ24の作動を制御する役割を果すものである。また、ECU22はバッテリ28と接続され、バッテリ28から電力の供給を受けることができるように構成される。
The
上述した各構成要素を有する本実施形態の内燃機関の排気浄化装置の作用効果について以下に説明する。
図2は、本排気浄化装置が適用された図1に示す内燃機関で実行される硫黄被毒回復処理制御の制御ルーチンの一実施形態を示すフローチャート図である。
The effects of the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine of the present embodiment having the above-described components will be described below.
FIG. 2 is a flowchart showing an embodiment of a control routine of sulfur poisoning recovery process control executed in the internal combustion engine shown in FIG. 1 to which the present exhaust purification apparatus is applied.
図2に示す制御ルーチンでは、SOx被毒判定手段21の検出情報に基づいて硫黄被毒回復処理の必要性が有ると判断された場合、まず、結露検知手段30により結露による漏電の可能性の有無の判定が行われる。漏電の可能性が有りと判定された場合には、プラズマ改質部のパージすなわちプラズマ改質部からの結露除去が実行される。漏電の可能性が無いと判定された場合には、プラズマインジェクタ23による空気からの活性種の生成がなされ、NOx吸蔵還元触媒13の温度の昇温のための燃焼反応が促進される。そして、NOx吸蔵還元触媒13の温度が所定温度に昇温されたことが確認されると、次に、プラズマインジェクタによる燃料からの活性種の生成がなされ、NOx吸蔵還元触媒13からのSOx放出のための硫黄被毒脱離反応が促進される。最後に、硫黄被毒の回復が終了したことが確認されることで一連の硫黄被毒回復処理が終了される。
以下に各ステップの詳細について説明する。
In the control routine shown in FIG. 2, when it is determined that there is a need for sulfur poisoning recovery processing based on the detection information of the SOx
Details of each step will be described below.
まず、ステップ101では、NOx吸蔵還元触媒13に対する硫黄被毒回復処理の必要性の有無の判断がなされる。この判断は、SOx被毒判定手段21の一構成要素となるSOx吸蔵量検出手段からのNOx吸蔵還元触媒13のSOx吸蔵量の検出情報に基づいてECU22によりなされる。硫黄被毒回復処理の必要性が無いと判断された場合には、本制御ルーチンは終了される。硫黄被毒回復処理の必要性が有ると判断された場合には、続くステップ102に進む。
First, in
ステップ102においては、プラズマインジェクタ23を作動すべく、電力供給装置29によるプラズマインジェクタ23への電圧の印加を許可して良いか否かの判断がなさる。この判断は、具体的には、プラズマインジェクタ23の結露による漏電の可能性の有無を判定する結露検知手段30からの検知情報に基づいてECU22によりなされる。
In
ステップ102において、プラズマインジェクタ23の結露による漏電の可能性が有ると判断された場合には、ステップ103に進み、プラズマインジェクタ23のプラズマ改質部のパージすなわち結露除去が実行され、該パージは、プラズマインジェクタ23の結露による漏電の可能性が無いとの判断がなされるまで繰り返し実行される。このプラズマ改質部のパージの実行により、プラズマインジェクタ23内部で排気中の水蒸気が結露し、この水が伝わって電気を漏電して、プラズマインジェクタ23を故障させてしまうような不具合を回避することができ、また、漏電による消費電力増加を防止することができ、効率的にプラズマを発生させることが可能となる。
If it is determined in
プラズマインジェクタ23のパージ方法については、例えば、空気をプラズマ改質部に流通させて実行されるか、あるいは、ヒータによる水分除去が考えられるが、これ以外の他の適当な方法で実行されてもよい。空気をプラズマ改質部に流通させて水分除去がなされる場合においては、ECU22によりバルブ24が空気をプラズマインジェクタ23に供給すべく制御される。尚、排気浄化装置の一構成要素として、結露検知手段30が備えられていない場合には、ステップ102およびステップ103は実行されることなくステップ104へと進む。
As for the purge method of the
ステップ102において、プラズマインジェクタ23の結露による漏電の可能性が無いと判断された場合には、ステップ104に進み、NOx吸蔵還元触媒温度の昇温のための燃焼反応を促進すべく、プラズマインジェクタ23による空気からの反応性の高い活性種の生成がなされる。具体的には、まず、ECU22によりバルブ24および電力供給装置29が制御され、燃料/空気供給部25からプラズマインジェクタ23のプラズマ改質部に空気が供給され、プラズマインジェクタ23に電圧が印加され、空気へのプラズマ改質なされ、反応性の高い活性種の生成がなされる。そして、あらかじめ空気のプラズマ改質により生成された活性種が、活性種添加ポート26を介して、NOx吸蔵還元触媒13よりも上流の排気中に添加される。
If it is determined in
ステップ102で生成される活性種の一つに、酸素へのプラズマ改質により生成されるオゾン(O3)がある。生成されたオゾンがNOx吸蔵還元触媒13よりも上流の排気に添加されることで、酸素の酸化力を向上させることができ、低温領域においてもNOx吸蔵還元触媒上での燃焼反応を促進することができ、硫黄被毒回復処理可能温度への到達時間を低減することが可能となる。これにより、硫黄被毒処理可能温度への到達時間を短縮することができ燃費の向上を図ることを可能とする。また、硫黄被毒回復処理にかかる時間が短縮されることは、排気浄化触媒が高温にさらされる時間が短縮されることとなり、硫黄被毒回復処理の際に排気浄化触媒が受ける高熱に起因する排気浄化触媒の耐久性能劣化を抑制でき、触媒浄化能力の維持を図ることを可能とする。
One of the active species generated in
ステップ105においては、ステップ104にて実行されたプラズマインジェクタ23による空気のプラズマ改質によるNOx吸蔵還元触媒13の昇温により、NOx吸蔵還元触媒13の温度が所定温度に到達したか否かの判断がなされる。この判断は、SOx被毒判定手段21の一構成要素となるNOx吸蔵還元触媒温度検出手段からのNOx吸蔵還元触媒温度情報にもとづいてECU22によりなされる。NOx吸蔵還元触媒温度が所定温度に到達していないと判断された場合は、再びステップ104に戻り、プラズマインジェクタ23による空気のプラズマ改質が実行され、該プラズマ改質は、NOx吸蔵還元触媒温度が所定温度に到達した判断されるまで繰り返し実行される。
In
ステップ105において、NOx吸蔵還元触媒温度が所定温度に到達したと判断されると、次に、ステップ106に進み、NOx吸蔵還元触媒13上での硫黄被毒脱離反応を促進すべく、プラズマインジェクタ23による燃料からの反応性の高い活性種の生成がなされる。具体的は、まず、ECU22により燃料/空気供給部25、バルブ24および電力供給装置29が制御され、燃料/空気供給部25からプラズマインジェクタ23のプラズマ改質部に燃料が供給され、プラズマインジェクタ23に電圧が印加され、燃料へのプラズマ改質がなされ、反応性の高い活性種の生成がなされる。そして、あらかじめ燃料のプラズマ改質により生成された活性種は、活性種添加ポート26を介して、NOx吸蔵還元触媒13よりも上流の排気中に添加される。
If it is determined in
ステップ106において、留意すべき点は、あらかじめプラズマインジェクタ23によりプラズマ改質され、気化あるいは微粒子化された燃料が、硫黄被毒脱離反応を促進すべくNOx吸蔵還元触媒13よりも上流の排気に添加されることである。
In
例えばディーゼル内燃機関において、硫黄被毒回復処理を実行する一手段として、排気中に軽油などの液体燃料を噴霧することが知られている。液体燃料は、噴霧してもすぐには反応せず、NOx吸蔵還元触媒などの排気浄化触媒や配管で気化してから燃焼反応を開始するため、燃料噴霧と酸化燃焼反応開始との間にタイムラグが生じる可能性がある。また、液体燃料は、気化された燃料あるいは微粒子化された燃料と比較して拡散性が低いため、排気浄化触媒上での反応領域が限定される可能性がある。 For example, in a diesel internal combustion engine, as one means for executing a sulfur poisoning recovery process, it is known to spray liquid fuel such as light oil into exhaust gas. Liquid fuel does not react immediately even when sprayed, but starts a combustion reaction after it is vaporized by an exhaust purification catalyst such as a NOx storage reduction catalyst or piping, so there is a time lag between the fuel spray and the start of the oxidation combustion reaction. May occur. Further, since liquid fuel has low diffusibility compared to vaporized fuel or finely divided fuel, there is a possibility that the reaction region on the exhaust purification catalyst is limited.
これに対して、プラズマインジェクタを有する本排気浄化装置においては、あらかじめ気化あるいは微粒子化された還元性の高い改質燃料を排気中に添加することができるため、排気浄化触媒上での硫黄被毒脱離反応の促進および硫黄被毒回復処理可能温度領域の低温化を可能とし、硫黄被毒回復処理時間の短縮化を図ることが可能となる。また、あらかじめ気化あるいは微粒子化された還元性の高い改質燃料を排気中に添加することで、NOx吸蔵還元触媒13上での燃焼反応を促進することができ、硫黄被毒回復処理可能温度への到達時間を低減することをも可能とする。
In contrast, in the present exhaust purification apparatus having a plasma injector, sulfur-poisoning on the exhaust purification catalyst can be performed because highly reformed reformed fuel previously vaporized or finely divided can be added to the exhaust. It is possible to accelerate the desorption reaction and lower the temperature range in which sulfur poisoning recovery processing is possible, and to shorten the sulfur poisoning recovery processing time. In addition, by adding a highly reducible reformed fuel that has been vaporized or atomized in advance to the exhaust gas, the combustion reaction on the NOx
プラズマインジェクタ23による燃料のプラズマ改質から生成される活性種には、低級HC、H2あるいはCOなどが考えられる。図3に、還元種として軽油、C3H6、COおよびH2のそれぞれを単独で使用した場合において、同じ時間で同じ量のSOxを触媒から脱離するために必要となる温度の比較であって、反応解析に基づく比較の一例を示す。また、図4に、還元種として軽油およびH2のそれぞれを単独で使用した場合において、同じ量のSOxを同じ温度で触媒から脱離させるために必要となる時間の比較であって、反応解析に基づく比較の一例を示す。図3および図4から、プラズマ改質されていない軽油が還元種として使用された場合と比較して、例えば、燃料のプラズマ改質によりもたらされたH2を還元種として使用することで、硫黄被毒回復処理可能温度の低温化を可能とし、また、硫黄被毒回復処理時間を短縮することが可能であることわかる。
The active species generated from the plasma reforming of the fuel by the
また、硫黄被毒回復処理を実行する一手段として、排気自体をプラズマ改質することで硫黄被毒回復処理の効率化を図ることが知られているが、この場合、排気自体の容量が大きいためにプラズマ改質するためには多大なエネルギーの投入が必要となることが考えられる。これに対して、本排気浄化装置においては、プラズマ改質する燃料量あるいは空気量をECU22とバルブ24とが協働して制御でき、且つ、あらかじめ気化あるいは微粒子化された還元性の高い改質燃料を排気中に添加することができるため、容量の大きい排気自体をプラズマ改質する場合と比較して、効率的に硫黄被毒回復処理を実行することが可能となる。
Further, as one means for performing the sulfur poisoning recovery process, it is known to improve the efficiency of the sulfur poisoning recovery process by plasma reforming the exhaust itself, but in this case, the capacity of the exhaust itself is large. Therefore, it is considered that a large amount of energy needs to be input in order to perform plasma reforming. On the other hand, in this exhaust purification apparatus, the amount of fuel or air to be plasma-reformed can be controlled in cooperation with the
ステップ107においては、ステップ106にて実行されたプラズマインジェクタ23による燃料のプラズマ改質による硫黄被毒脱離反応の促進により、NOx吸蔵還元触媒13の硫黄被毒回復処理が終了したか否かの判断がなされる。この判断は、SOx被毒判定手段21の一構成要素となるSOx放出量検出手段からのSOx放出量情報にもとづいてECU22によりなされる。硫黄被毒回復処理が終了していないと判断された場合は、再びステップ106に戻り、プラズマインジェクタ23による燃料のプラズマ改質が実行され、燃料のプラズマ改質は硫黄被毒回復処理が終了したと判断されるまで繰り返し実行される。そして、ステップ107において、硫黄被毒回復処理が終了したと判断されると、次に、ステップ108に進み、プラズマインジェクタ23への電力供給装置29による電圧の印加がECU22により停止され、本硫黄被毒回復処理制御の制御ルーチンは終了する。
In
図5は、図2に示す硫黄被毒回復処理制御の制御ルーチンの全体にわたる、NOx吸蔵還元触媒13の温度推移の一例を示す図である。図5において、T1は硫黄被毒回復処理可能温度への到達時間、T2は硫黄被毒脱離反応時間、T3は硫黄被毒回復処理に費やす全体時間、をそれぞれ示す。また、図5においては、プラズマインジェクタ13を使用した場合と使用しない場合の硫黄被毒回復処理における、T1、T2およびT3の比較を示すべく、プラズマインジェクタ23を使用した場合のNOx吸蔵還元触媒13の温度推移を実線で示し、プラズマインジェクタ23を使用しない場合のNOx吸蔵還元触媒13の温度推移を破線で示す。
FIG. 5 is a diagram showing an example of a temperature transition of the NOx
硫黄被毒回復処理可能温度への到達時間T1は、図2に示す硫黄被毒回復処理制御の制御ルーチンにおいては、主としてステップ104に関連し、硫黄被毒脱離反応時間T2は、主としてステップ106に関連する。あらかじめ空気あるいは燃料をプラズマで改質、生成した反応性の高い活性種をNOx吸蔵還元触媒13よりも上流の排気に添加することができる本排気浄化装置においては、プラズマインジェクタ13を使用しない排気浄化装置と比較して、硫黄被毒回復処理可能温度への到達時間T1および硫黄被毒脱離反応時間T2を短縮化することができ、よって、硫黄被毒回復処理に費やす全体時間T3を短縮化することを可能とする。これにより、燃費の向上を図ることが可能となる。また、硫黄被毒回復処理にかかる時間が短縮されることは、排気浄化触媒が高温にさらされる時間が短縮されることとなり、硫黄被毒回復処理の際に排気浄化触媒が受ける高熱に起因する排気浄化触媒の耐久性能劣化を抑制でき、触媒浄化能力の維持を図ることを可能とする。更に、本排気浄化装置は、プラズマインジェクタを使用しない排気浄化装置と比較して、硫黄被毒回復処理可能な触媒温度の低温化図ることができ、硫黄被毒回復処理の際に触媒が受ける高熱に起因する触媒耐久性能劣化を抑制でき、触媒浄化能力の維持を図ることを可能とする。
In the control routine of the sulfur poisoning recovery process control shown in FIG. 2, the time T1 to reach the sulfur poisoning recovery processable temperature is mainly related to step 104, and the sulfur poisoning desorption reaction time T2 is mainly related to step 106. is connected with. In the present exhaust purification apparatus capable of adding highly reactive active species generated by reforming air or fuel in advance with plasma to the exhaust upstream of the NOx
尚、本実施形態においては、排気浄化性能を維持すべく硫黄被毒回復処理が必要となる排気浄化触媒としてNOx吸蔵還元触媒を示したが、硫黄被毒回復処理を必要とする他の排気浄化触媒にも本排気浄化装置の適用は可能である。 In the present embodiment, the NOx occlusion reduction catalyst is shown as an exhaust purification catalyst that requires a sulfur poisoning recovery process to maintain the exhaust purification performance. However, other exhaust purifications that require a sulfur poisoning recovery process are shown. The present exhaust purification device can also be applied to the catalyst.
また、本実施形態においては、硫黄被毒回復処理を実行するに当たって、プラズマインジェクタ13により、空気からプラズマ改質された反応性の高い活性種と、燃料からプラズマ改質された反応性の高い活性種との両方が活用されるような構成とされているが、空気から改質してもたらされた反応性の高い活性種あるいは燃料から改質してもたらされた反応性の高い活性種のどちらか一方の活性種のみが活用されるような構成とされてもよい。
In the present embodiment, in executing the sulfur poisoning recovery process, the
更に、本実施形態においては、空気および燃料のそれぞれを一つのプラズマインジェクタ13を使用してプラズマ改質するように構成されているが、空気および燃料のそれぞれを別個のインジェクタでプラズマ改質するように構成されてもよい。プラズマインジェクタ23を、電圧が印加されていないときには、プラズマ化されない燃料のインジェクタとしての機能も果すことができものとすると、空気および燃料をそれぞれ別個のインジェクタが配置された場合、例えば、空気からプラズマ改質された反応性の高い活性種を排気に添加しつつ、他方のプラズマインジェクタにより、プラズマ改質されていない燃料を排気中に添加することもできる。
Furthermore, in the present embodiment, each of air and fuel is configured to be plasma-reformed using one
10 内燃機関本体
11 排気マニホルド
12 排気管
13 NOx吸蔵還元触媒
21 SOx被毒判定手段
22 ECU
23 プラズマインジェクタ
24 バルブ
25 燃料/空気供給部
26 活性種添加ポート
27 発電機
28 バッテリ
29 電力供給装置
30 結露検知手段
DESCRIPTION OF
DESCRIPTION OF
Claims (4)
プラズマ改質部を有するプラズマインジェクタを有し、
あらかじめ前記プラズマインジェクタにより燃料および空気の少なくとも一方からプラズマ改質してもたされた活性種を、前記排気浄化触媒よりも上流の排気に添加して、前記排気浄化触媒の硫黄被毒回復処理を行う、
ことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。 In an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine in which an exhaust gas purification catalyst is disposed in an exhaust passage,
Having a plasma injector having a plasma reforming section;
The activated species previously plasma-modified from at least one of fuel and air by the plasma injector is added to the exhaust upstream of the exhaust purification catalyst, and the sulfur poisoning recovery process of the exhaust purification catalyst is performed. Do,
An exhaust emission control device for an internal combustion engine.
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