JP2009114908A - Exhaust emission control device of internal combustion engine - Google Patents

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Keita Ishizaki
啓太 石崎
Hiroshi Ono
弘志 大野
Fumihiro Suiso
文浩 水掫
Naohiro Sato
尚宏 佐藤
Hiroki Hosoe
広記 細江
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    • Y02T10/12Improving ICE efficiencies

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an exhaust emission control device capable of preventing the deterioration of fuel economy for post injection, and reducing the discharging amount of SOx. <P>SOLUTION: The exhaust emission control device is equipped with a DPF 12 filtering exhaust discharged from an engine 1, and collecting soot in the exhaust, in an exhaust pipe 4 of the engine 1. The exhaust emission control device is equipped with a fuel additive supplying device 16 supplying fuel additive for lowering the combustion temperature of the soot in the exhaust and collecting SOx in the exhaust, and an ECU 20 controlling the fuel additive supplying device 16. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、内燃機関の排気浄化装置に関する。詳しくは、内燃機関の排気中のパティキュレート(粒子状物質)を捕集するフィルタを有する内燃機関の排気浄化装置に関する。   The present invention relates to an exhaust emission control device for an internal combustion engine. More specifically, the present invention relates to an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine having a filter that collects particulates (particulate matter) in the exhaust gas of the internal combustion engine.

従来より、排気中のパティキュレートを捕集するDPF(Diesel Particulate Filter)を、内燃機関の排気系に設けることで、パティキュレートの排出量を低減する技術が広く用いられている。このDPFが捕集できるパティキュレート量には限界があるため、DPFに堆積したパティキュレートを燃焼させるDPF再生処理が適宜実行される。この再生処理は、排気工程中に燃料噴射(以下、「ポスト噴射」という)を実行するとともに酸化触媒などで噴射した燃料を燃焼し、DPFを高温雰囲気下にすることで、堆積したパティキュレートを強制的に燃焼させる。   2. Description of the Related Art Conventionally, a technique for reducing particulate emissions by providing a DPF (Diesel Particulate Filter) that collects particulates in exhaust gas in an exhaust system of an internal combustion engine has been widely used. Since there is a limit to the amount of particulates that can be collected by the DPF, a DPF regeneration process for burning the particulates deposited on the DPF is appropriately executed. In this regeneration process, fuel injection (hereinafter referred to as “post-injection”) is performed during the exhaust process, the fuel injected by the oxidation catalyst or the like is burned, and the DPF is brought into a high-temperature atmosphere so that the accumulated particulates are removed. Force to burn.

しかしながら、堆積したパティキュレートのうち可溶剤有機成分(以下、「SOF」という)については酸化機能を有する触媒で浄化できるものの、パティキュレートを構成する成分のうち多くを占めるスートを燃焼して除去するには、DPFを600℃以上のスート燃焼温度で長時間に亘って保持し続ける必要があるため、ポスト噴射を実行することにより燃費が悪化するおそれがある。そこで、近年では、ポスト噴射による燃費の消費を抑える技術が提案されている。   However, although the solubilizing organic component (hereinafter referred to as “SOF”) of the accumulated particulates can be purified by a catalyst having an oxidation function, the soot occupying most of the components constituting the particulates is burned and removed. In this case, since it is necessary to keep the DPF at a soot combustion temperature of 600 ° C. or more for a long time, there is a possibility that the fuel efficiency is deteriorated by performing the post injection. Therefore, in recent years, a technique for suppressing fuel consumption by post injection has been proposed.

例えば特許文献1には、セリウム化合物の粒子と酸と有機酸とからなり、さらにロジウム及びパラジウムの少なくとも何れかの化合物を含有するコロイド分散体を、燃料添加剤として用いることが提案されている。この提案によれば、上述のような燃料添加剤を燃料に添加することにより、スートの燃焼温度を下げ、ポスト噴射にかかる燃料の消費を低減できる他、窒素酸化物(以下、「NOx」という)の排出をも低減できる。   For example, Patent Document 1 proposes to use a colloidal dispersion composed of particles of a cerium compound, an acid, and an organic acid, and further containing at least one of rhodium and palladium as a fuel additive. According to this proposal, by adding the fuel additive as described above to the fuel, the combustion temperature of the soot can be lowered, the consumption of fuel for post injection can be reduced, and nitrogen oxide (hereinafter referred to as “NOx”). ) Emissions can also be reduced.

一方、内燃機関から排出される排気中には、上述のようなパティキュレートやNOxの他、燃料やオイル中の硫黄分が酸化して生成される硫黄酸化物(以下、「SOx」という)が含まれる。ここで、排気中のNOxを浄化するために、排気の空燃比がリーンであるときにNOxを吸収し、排気中の酸素濃度を低下させると吸収したNOxを放出する特許文献2に示すようなNOx吸収剤を排気系に設ける場合がある。しかしながら、このようなNOx吸収剤を排気系に設けても、排気中のSOxにより被毒してしまいNOx吸収剤の機能が低下するおそれがある。そこで、排気中のSOxを低減するための技術が複数提案されている。   On the other hand, in the exhaust gas discharged from the internal combustion engine, in addition to the particulates and NOx as described above, sulfur oxides (hereinafter referred to as “SOx”) generated by oxidizing the sulfur content in the fuel and oil. included. Here, in order to purify NOx in the exhaust, as shown in Patent Document 2, the NOx is absorbed when the air-fuel ratio of the exhaust is lean, and the absorbed NOx is released when the oxygen concentration in the exhaust is lowered. A NOx absorbent may be provided in the exhaust system. However, even if such an NOx absorbent is provided in the exhaust system, it may be poisoned by SOx in the exhaust and the function of the NOx absorbent may be lowered. Therefore, a plurality of techniques for reducing SOx in exhaust gas have been proposed.

例えば特許文献3には、排気通路にSOxトラップ触媒を設けたものが示されている。このSOxトラップ触媒には、排気中のSOxをその内部に保持する機能を有するSOx保持剤が担持されている。このようなSOxトラップ触媒をNOx吸収剤の上流側に設けることにより、NOx吸収剤がSOxにより被毒するのを防止できる。
この他、例えば特許文献4には、硫黄分を捕捉する硫黄分捕捉材を、DPFに担持させることにより、DPFの下流側に設けられたNOx吸収剤のSOxによる被毒を防止しつつ、システムをコンパクトにするものも提案されている。
特表2007−509193号公報 特許第2600492号公報 特開2006−138223号公報 特開2006−346605号公報
For example, Patent Document 3 discloses an exhaust passage provided with a SOx trap catalyst. This SOx trap catalyst carries a SOx holding agent having a function of holding SOx in the exhaust gas inside. By providing such a SOx trap catalyst upstream of the NOx absorbent, it is possible to prevent the NOx absorbent from being poisoned by SOx.
In addition, for example, Patent Document 4 discloses a system in which a sulfur content capturing material for capturing sulfur content is supported on the DPF, thereby preventing poisoning due to SOx of the NOx absorbent provided on the downstream side of the DPF. There are also proposals to make the compact.
Special table 2007-509193 gazette Japanese Patent No. 2600492 JP 2006-138223 A JP 2006-346605 A

そこで、DPF再生処理のポスト噴射による燃費の悪化を防止し、かつ、SOxの排出量を低減するために、上述の特許文献1〜4に示された技術を組み合わせて排気浄化装置を構成することが考えられる。   Therefore, in order to prevent deterioration of fuel consumption due to post-injection of DPF regeneration processing and reduce the amount of SOx emission, the exhaust purification device is configured by combining the techniques disclosed in Patent Documents 1 to 4 described above. Can be considered.

しかしながら、例えば、特許文献3のSOxトラップ触媒を排気通路に設けると、排気浄化装置が大型化してしまうおそれがある。これは、排気の拡散性から、SOxトラップ触媒の全領域において効率的にSOxを捕集することが難しく、SOxを大量に捕集するためには大きな担体が必要となってしまうためである。また、特許文献4に示されたもののように、SOxトラップ触媒をDPFに担持させると、DPFにおける排気の圧損が増大してしまうおそれがある。   However, for example, if the SOx trap catalyst of Patent Document 3 is provided in the exhaust passage, the exhaust purification device may be increased in size. This is because, due to the diffusibility of the exhaust gas, it is difficult to efficiently collect SOx in the entire region of the SOx trap catalyst, and a large carrier is required to collect a large amount of SOx. Moreover, when the SOx trap catalyst is supported on the DPF as shown in Patent Document 4, the pressure loss of the exhaust gas in the DPF may increase.

本発明は、ポスト噴射にかかる燃費の悪化を防止でき、かつ、SOxの排出量を低減できる排気浄化装置を提供することを目的とし、上述のような装置の大型化や排気の圧損を考慮してなされたものである。   An object of the present invention is to provide an exhaust emission control device that can prevent deterioration in fuel consumption associated with post-injection and that can reduce SOx emissions. It has been made.

上記目的を達成するため請求項1に記載の発明は、内燃機関(1)から排出された排気を濾過し、排気中のスートを捕集する濾過手段(12)を、前記内燃機関の排気通路(4)に備える内燃機関の排気浄化装置において、前記内燃機関の燃焼室内に噴射する前の燃料に、排気中のスートの燃焼温度を低下させ、かつ、排気中のSOxを捕集する燃料添加剤を供給する添加剤供給手段(16,21)を備えることを特徴とする。   In order to achieve the above object, according to the first aspect of the present invention, there is provided a filtering means (12) for filtering exhaust gas discharged from an internal combustion engine (1) and collecting soot in the exhaust gas. In the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine provided in (4), a fuel addition that lowers the combustion temperature of soot in the exhaust and collects SOx in the exhaust to the fuel before being injected into the combustion chamber of the internal combustion engine An additive supply means (16, 21) for supplying the agent is provided.

請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記燃料添加剤は、アルカリ金属及びアルカリ土類金属のうち少なくとも何れかを含んで構成される化合物を含むことを特徴とする。   According to a second aspect of the present invention, in the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the first aspect, the fuel additive includes a compound including at least one of an alkali metal and an alkaline earth metal. It is characterized by that.

請求項3に記載の発明は、請求項2に記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記添加剤供給手段は、アルカリ金属及びアルカリ土類金属の含有量がイオン質量比で5ppm以上かつ飽和溶解度未満となるように、前記燃料添加剤を燃料に供給することを特徴とする。   According to a third aspect of the present invention, in the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the second aspect, the additive supply means has an alkali metal and alkaline earth metal content of 5 ppm or more in terms of ion mass ratio and a saturated solubility. The fuel additive is supplied to the fuel so as to be less than the above.

請求項4に記載の発明は、請求項2または3に記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記排気通路のうち前記濾過手段よりも上流側には、排気中のスート量を低減する触媒(11)が設けられることを特徴とする。   According to a fourth aspect of the present invention, in the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the second or third aspect, a catalyst for reducing the amount of soot in the exhaust gas upstream of the filtering means in the exhaust passage ( 11) is provided.

請求項5に記載の発明は、請求項4に記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記排気中のスート量を低減する触媒は、三元触媒または酸化触媒を含むことを特徴とする。   According to a fifth aspect of the present invention, in the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the fourth aspect, the catalyst for reducing the amount of soot in the exhaust gas includes a three-way catalyst or an oxidation catalyst.

請求項6に記載の発明は、請求項1から5の何れかに記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記排気通路のうち前記濾過手段よりも下流側には、排気中のNOxを浄化するNOx浄化装置(14)が設けられることを特徴とする。   According to a sixth aspect of the present invention, in the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to any of the first to fifth aspects, the NOx in the exhaust gas is purified downstream of the filtering means in the exhaust passage. A NOx purification device (14) is provided.

請求項7に記載の発明は、請求項6に記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記NOx浄化装置は、排気の空燃比がリッチであるときにアンモニアを生成するとともに、当該生成されたアンモニアを保持し、排気の空燃比がリーンであるときに前記保持したアンモニアによりNOxを還元する触媒を備えることを特徴とする。   According to a seventh aspect of the present invention, in the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the sixth aspect, the NOx purification apparatus generates ammonia when the air-fuel ratio of the exhaust gas is rich, and the generated ammonia And a catalyst for reducing NOx by the held ammonia when the air-fuel ratio of the exhaust gas is lean.

請求項8に記載の発明は、請求項1から7の何れかに記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記濾過手段は、排気が濾過する浄化フィルタを備え、前記浄化フィルタの内部及び排気の上流側の面には、プラチナ、パラジウム、及び、ロジウムが実質的に担持されていないことを特徴とする。   According to an eighth aspect of the present invention, in the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to any one of the first to seventh aspects, the filtering means includes a purification filter through which exhaust gas is filtered. It is characterized in that platinum, palladium, and rhodium are not substantially supported on the upstream surface.

請求項9に記載の発明は、請求項8に記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記浄化フィルタの下流側の面には、SOxを吸収する機能を有するSOxトラップ材(127)が設けられることを特徴とする。   According to a ninth aspect of the present invention, in the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the eighth aspect, an SOx trap material (127) having a function of absorbing SOx is provided on a downstream surface of the purification filter. It is characterized by that.

請求項10に記載の発明は、請求項1から9の何れかに記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記添加剤供給手段は、前記内燃機関の運転状態または前記内燃機関から排出される排気の状態に応じて、燃料添加剤の供給量を制御することを特徴とする。   A tenth aspect of the present invention is the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to any one of the first to ninth aspects, wherein the additive supply means is an operating state of the internal combustion engine or an exhaust gas discharged from the internal combustion engine. The supply amount of the fuel additive is controlled according to the state.

請求項1に記載の発明によれば、排気中のスートの燃焼温度を低下させ、かつ、排気中のSOxを捕集する機能を有する燃料添加剤が、内燃機関の燃焼室内に噴射する前の燃料中に供給される。これにより、スートの燃焼温度を低下させた分、濾過手段に堆積したスートを燃焼して濾過手段を再生処理する際にかかる燃料の消費を抑制することができる。また、濾過手段の下流に設けられた装置の熱劣化を防止することもできる。
また、上述の燃料添加剤を燃料に供給して、排気中のSOxを捕集することにより、SOxを、濾過手段でスートとともに堆積させることができる。これにより、濾過手段の下流に設けられた装置が、排気中のSOxにより被毒するのを防止できる。
このように、スートの燃焼温度を低下させ、かつ、SOxによる被毒を防止するためには、上述の燃料添加剤を燃料に供給するだけでよい。したがって、本発明によれば、上述の従来の排気浄化装置と比較して、排気浄化装置が大型化したり排気の圧損が大きくなったりすることも無い。
According to the first aspect of the present invention, the fuel additive having a function of reducing the combustion temperature of the soot in the exhaust gas and collecting SOx in the exhaust gas before being injected into the combustion chamber of the internal combustion engine. Supplied in fuel. Accordingly, it is possible to suppress the consumption of fuel when the soot accumulated on the filtering means is burned and the filtering means is regenerated by reducing the combustion temperature of the soot. It is also possible to prevent thermal deterioration of the device provided downstream of the filtering means.
Further, by supplying the fuel additive described above to the fuel and collecting SOx in the exhaust gas, SOx can be deposited together with soot by the filtering means. As a result, it is possible to prevent the device provided downstream of the filtering means from being poisoned by SOx in the exhaust gas.
Thus, in order to reduce the combustion temperature of soot and prevent poisoning by SOx, it is only necessary to supply the fuel additive described above to the fuel. Therefore, according to the present invention, as compared with the above-described conventional exhaust purification device, the exhaust purification device does not increase in size and the exhaust pressure loss does not increase.

請求項2に記載の発明によれば、燃料添加剤には、アルカリ金属またはアルカリ土類金属が含まれる。このような燃料添加剤が添加された燃料を内燃機関で燃焼させることにより、排気中に酸化物及び炭酸塩を生成し、これを濾過手段に堆積させることができる。これら濾過手段に堆積した酸化物及び炭酸塩は、排気中のSOxと反応することで、硫酸塩に変化してSOxを捕捉するトラップ材として作用するため、排気中のSOxを濾過手段に堆積することができる。また、燃料添加剤に含まれるアルカリ金属またはアルカリ土類金属は、排気中のSOxと反応して硫酸化合物を生成することにより、排気中のSOxを除去することができる。
以上のようなアルカリ金属及びアルカリ土類金属の作用により、濾過手段の下流側に設けられた装置のSOxによる被毒を防止することができる。ここで特に、濾過手段の下流側に設けられた装置に、例えば、アルカリ金属、アルカリ土類金属、セリア、ジルコニア等のNOxを吸着する機能を有する触媒、すなわち、SOxによる被毒に弱い触媒が含まれる場合には、このような触媒からSOxを脱離させる処理を実行する頻度を減らすことが可能となり、燃費をさらに向上できる。
According to the invention described in claim 2, the fuel additive contains an alkali metal or an alkaline earth metal. By burning the fuel to which such a fuel additive is added in an internal combustion engine, oxides and carbonates can be generated in the exhaust gas and deposited on the filtering means. The oxides and carbonates deposited on these filtering means react with SOx in the exhaust gas, and change to sulfate to act as a trap material that captures SOx. Therefore, the SOx in the exhaust gas is deposited on the filtering means. be able to. Further, the alkali metal or alkaline earth metal contained in the fuel additive reacts with SOx in the exhaust to produce a sulfate compound, thereby removing SOx in the exhaust.
Due to the action of the alkali metal and alkaline earth metal as described above, poisoning due to SOx of the apparatus provided on the downstream side of the filtering means can be prevented. Here, in particular, a catalyst provided with a function of adsorbing NOx such as alkali metal, alkaline earth metal, ceria, zirconia, or the like, that is, a catalyst that is vulnerable to poisoning by SOx, is provided in the apparatus provided downstream of the filtering means. If included, it is possible to reduce the frequency of executing the process of desorbing SOx from such a catalyst, and the fuel efficiency can be further improved.

また、内燃機関において燃料を燃焼させることで生成されたスートは、内燃機関の燃焼室内及び排気通路内において、燃料添加剤に含まれるアルカリ金属またはアルカリ土類金属と密接に絡み合った状態、すなわち、タイトコンタクト状態となり、これにより、スートの燃焼温度を低下させることができる。
ところで、内燃機関から排出されたスートは、通常、三元触媒や酸化触媒等により燃焼されることが殆どないが、このように、スートと燃料添加剤とがタイトコンタクト状態となることで、三元触媒や酸化触媒でスートを燃焼させることが可能になる。
In addition, the soot generated by burning the fuel in the internal combustion engine is in a state of being intimately intertwined with the alkali metal or alkaline earth metal contained in the fuel additive in the combustion chamber and the exhaust passage of the internal combustion engine, that is, It becomes a tight contact state, and can reduce the combustion temperature of soot by this.
By the way, the soot discharged from the internal combustion engine is hardly burned by a three-way catalyst, an oxidation catalyst, or the like. However, the soot and the fuel additive are in a tight contact state in this manner. It becomes possible to burn soot with the original catalyst or the oxidation catalyst.

請求項3に記載の発明によれば、燃料添加剤が無駄に消費するのを防止しつつ、上述のスートの燃焼温度を低下させる効果、及び、SOxを捕集する効果を奏することができる。また、燃料添加剤を燃料に添加することによる内燃機関の運転状態へ及ぼす影響を最小限にすることもできる。   According to the third aspect of the invention, it is possible to achieve the effect of lowering the combustion temperature of the soot and the effect of collecting SOx while preventing the fuel additive from being wasted. In addition, the influence of the addition of the fuel additive to the fuel on the operating state of the internal combustion engine can be minimized.

請求項4に記載の発明によれば、排気中のスート量を低減する触媒を、濾過手段よりも上流側に設けることにより、濾過手段に堆積するスート量を低減することができる。したがって、濾過手段に堆積したスートを燃焼させる再生処理の実行にかかる燃料の消費をさらに低減できる。   According to the fourth aspect of the present invention, the amount of soot accumulated on the filtering means can be reduced by providing the catalyst for reducing the amount of soot in the exhaust gas upstream of the filtering means. Therefore, it is possible to further reduce the consumption of fuel for performing the regeneration process for burning the soot deposited on the filtering means.

請求項5に記載の発明によれば、三元触媒または酸化触媒を含む触媒を、排気通路のうち濾過手段よりも上流側に設けることにより、この触媒でスートを燃焼し、濾過手段に堆積するスートの量を低減することができる。上述のように、燃料添加剤を添加すると、生成されたスートはアルカリ金属またはアルカリ土類金属と密接に絡み合い、タイトコンタクト状態で触媒に接触する。また、これに加えて、燃料添加剤中のアルカリ金属及びアルカリ土類金属自体がスートの燃焼性に優れることから、このような触媒でスートを燃焼させることが可能となる。これにより、濾過手段に堆積するスートの量を低減するとともに、濾過手段の再生処理を実行する頻度を少なくし、さらに燃費を向上できる。   According to the fifth aspect of the present invention, the catalyst containing the three-way catalyst or the oxidation catalyst is provided on the upstream side of the filtering means in the exhaust passage, so that the soot is burned by this catalyst and is deposited on the filtering means. The amount of soot can be reduced. As described above, when the fuel additive is added, the soot produced is intimately intertwined with the alkali metal or alkaline earth metal and contacts the catalyst in a tight contact state. In addition, since the alkali metal and the alkaline earth metal itself in the fuel additive are excellent in soot combustibility, it is possible to burn soot with such a catalyst. As a result, the amount of soot that accumulates on the filtering means can be reduced, the frequency of executing the regeneration processing of the filtering means can be reduced, and fuel efficiency can be further improved.

請求項6に記載の発明によれば、排気中のNOxを浄化するNOx浄化装置を設けることで、排気中のNOxを浄化することができる。特に、このようなNOx浄化装置を、排気通路のうち濾過手段の下流側に設けることにより、排気中のSOxによりNOx浄化装置が被毒するのを防止し、NOx浄化装置からSOxを脱離する処理を実行する頻度を削減することができる。したがって、燃費を向上できるとともに、NOx浄化装置の熱劣化を抑制することができる。   According to the sixth aspect of the present invention, the NOx in the exhaust gas can be purified by providing the NOx purification device that purifies the NOx in the exhaust gas. In particular, by providing such a NOx purification device downstream of the filtering means in the exhaust passage, the NOx purification device is prevented from being poisoned by SOx in the exhaust gas, and SOx is desorbed from the NOx purification device. The frequency of executing the process can be reduced. Therefore, fuel efficiency can be improved and thermal degradation of the NOx purification device can be suppressed.

請求項7に記載の発明によれば、空燃比がリッチであるときにアンモニアを発生し、リーンであるときにNOxを還元する触媒をNOx浄化装置に用いることで、このNOx浄化装置のSOx脱離温度を低くできる。したがって、NOx浄化装置からSOxを脱離する処理を実行にかかる燃料の消費を抑制するとともに、NOx浄化装置の熱劣化をさらに抑制することができる。   According to the seventh aspect of the present invention, a catalyst that generates ammonia when the air-fuel ratio is rich and reduces NOx when the air-fuel ratio is lean is used in the NOx purification device. The separation temperature can be lowered. Therefore, it is possible to suppress fuel consumption for executing the process of desorbing SOx from the NOx purification device and further suppress thermal deterioration of the NOx purification device.

請求項8に記載の発明によれば、濾過手段の浄化フィルタの内部及び上流側の面、すなわち、排気を濾過する際にスートや燃料添加剤が堆積する部分には、プラチナ、パラジウム、及び、ロジウム等の貴金属が実質的に担持されない。浄化フィルタに堆積したスートを燃焼して濾過手段を再生処理する際、浄化フィルタに上述のような貴金属が含まれていると、硫化物として浄化フィルタに堆積したSOxが脱離するおそれがあるが、本発明によれば、このようなSOxによる被毒のおそれがなくなる。また、ここで、燃料添加剤が到達できない浄化フィルタの下流側の面には、上述のような貴金属を含む酸化触媒や三元触媒等を担持させることは可能である。   According to the invention described in claim 8, platinum, palladium, and the surface on the inside and upstream side of the purification filter of the filtering means, that is, the portion where the soot and fuel additive are deposited when the exhaust gas is filtered, Noble metals such as rhodium are substantially not supported. When the soot deposited on the purification filter is burned and the filtering means is regenerated, if the purification filter contains noble metals as described above, SOx deposited on the purification filter as sulfide may be desorbed. According to the present invention, there is no possibility of such poisoning by SOx. Here, it is possible to carry an oxidation catalyst, a three-way catalyst, or the like containing the above-mentioned noble metal on the downstream surface of the purification filter where the fuel additive cannot reach.

請求項9に記載の発明によれば、浄化フィルタの下流側の面に、SOxを吸収する機能を有するSOxトラップ材を設けることで、濾過手段の下流側に設けられた装置のSOxによる被毒をより効果的に防止することができる。また、このようなSOxトラップ材を濾過手段の浄化フィルタの下流側の面に設けることにより、濾過手段と別に設けた場合と比較して、排気浄化装置を小型化することができる。   According to the ninth aspect of the present invention, the SOx trap material having a function of absorbing SOx is provided on the downstream surface of the purification filter, so that the device provided downstream of the filtering means is poisoned by SOx. Can be prevented more effectively. Further, by providing such a SOx trap material on the downstream surface of the purification filter of the filtration means, it is possible to reduce the size of the exhaust purification device as compared with the case where it is provided separately from the filtration means.

請求項10に記載の発明によれば、燃料添加剤の供給量は、内燃機関の運転状態または内燃機関から排出される排気の状態に応じて制御される。ここで、内燃機関の運転状態とは、回転数、トルク値、及び累積走行距離等が挙げられる。また、排気の状態とは、排気中のSOx濃度、NOx濃度、及び空燃比などが挙げられる。このような状態に応じて燃料添加剤の供給量を制御することにより、燃料添加剤が無駄に消費するのを防止しつつ、上述のスートの燃焼温度を低下させる効果、及び、SOxを捕集する効果を奏することができる。   According to the tenth aspect of the present invention, the supply amount of the fuel additive is controlled according to the operating state of the internal combustion engine or the state of the exhaust discharged from the internal combustion engine. Here, the operating state of the internal combustion engine includes a rotational speed, a torque value, a cumulative travel distance, and the like. Further, the exhaust state includes SOx concentration, NOx concentration, air-fuel ratio, and the like in the exhaust. By controlling the supply amount of the fuel additive according to such a state, the fuel additive is prevented from being consumed unnecessarily, and the effect of lowering the combustion temperature of the above-mentioned soot and collecting SOx. The effect to do can be show | played.

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。
[第1の実施形態]
図1は、本発明の第1の実施形態に係る内燃機関及びその排気浄化装置の構成を示す図である。内燃機関(以下単に「エンジン」という)1は、各気筒内に燃料を直接噴射するディーゼルエンジンであり、各気筒には燃料噴射弁が設けられている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[First Embodiment]
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of an internal combustion engine and an exhaust purification device thereof according to a first embodiment of the present invention. An internal combustion engine (hereinafter simply referred to as “engine”) 1 is a diesel engine that directly injects fuel into each cylinder, and each cylinder is provided with a fuel injection valve.

これら燃料噴射弁には、燃料タンク15に貯留された燃料(軽油)が、図示しないポンプ及びコモンレールを介して適宜供給されるようになっている。これら燃料噴射弁は、電子制御ユニット(以下「ECU」という)20により電気的に接続されており、燃料噴射弁の開弁時間及び閉弁時間は、ECU20により制御される。また、燃料タンク15には、この燃料タンク15に貯留された燃料に燃料添加剤を供給する添加剤供給装置16が接続されている。   The fuel (light oil) stored in the fuel tank 15 is appropriately supplied to these fuel injection valves via a pump and a common rail (not shown). These fuel injection valves are electrically connected by an electronic control unit (hereinafter referred to as “ECU”) 20, and the valve opening time and valve closing time of the fuel injection valve are controlled by the ECU 20. The fuel tank 15 is connected to an additive supply device 16 for supplying a fuel additive to the fuel stored in the fuel tank 15.

添加剤供給装置16は、エンジン1の各気筒内に燃料噴射弁で噴射する前の燃料中に所定の機能を有する燃料添加剤を供給する。この燃料添加剤は、燃料とともに燃焼させることにより、排気中のパティキュレートに含まれるスートの燃焼温度を低下させ、かつ、排気中のSOxを捕集する機能を有する。   The additive supply device 16 supplies a fuel additive having a predetermined function into the fuel before being injected by the fuel injection valve into each cylinder of the engine 1. The fuel additive has a function of lowering the combustion temperature of soot contained in the particulates in the exhaust gas and capturing SOx in the exhaust gas by being burned together with the fuel.

より具体的には、この燃料添加剤は、アルカリ金属及びアルカリ土類金属のうちの何れか、または、アルカリ金属及びアルカリ土類金属を含んで構成される化合物を含む。添加剤供給装置16は、このようなアルカリ金属及びアルカリ土類金属を含む燃料添加剤に対して、燃料に可溶な化合物を混入した上で燃料に供給する。また、この添加剤供給装置16は、ECU20に電気的に接続されており、燃料添加剤の供給量が調整される。燃料添加剤の供給量は、燃料添加剤を燃料に供給した状態で、これらアルカリ金属及びアルカリ土類金属の含有量は、イオン質量比で5ppm以上かつ飽和溶解度未満になるように調整される。   More specifically, the fuel additive includes any one of an alkali metal and an alkaline earth metal, or a compound containing an alkali metal and an alkaline earth metal. The additive supply device 16 supplies the fuel additive containing the alkali metal and the alkaline earth metal to the fuel after mixing a compound soluble in the fuel. The additive supply device 16 is electrically connected to the ECU 20 to adjust the supply amount of the fuel additive. The supply amount of the fuel additive is adjusted so that the content of these alkali metals and alkaline earth metals is 5 ppm or more and less than the saturation solubility in terms of ion mass ratio in a state where the fuel additive is supplied to the fuel.

また、エンジン1には、吸気が流通する吸気管2と、排気が流通する排気管4とが設けられている。吸気管2は、エンジン1の各気筒の吸気ポートに接続されている。排気管4は、エンジン1の各気筒の排気ポートに接続されている。   Further, the engine 1 is provided with an intake pipe 2 through which intake air flows and an exhaust pipe 4 through which exhaust flows. The intake pipe 2 is connected to an intake port of each cylinder of the engine 1. The exhaust pipe 4 is connected to the exhaust port of each cylinder of the engine 1.

吸気管2内には、加圧された空気を冷却するためのインタークーラや、吸入空気量を制御するスロットル弁が設けられている。スロットル弁は、アクチュエータを介してECU20に接続されており、その開度はECU20により電磁的に制御される。   In the intake pipe 2, an intercooler for cooling the pressurized air and a throttle valve for controlling the intake air amount are provided. The throttle valve is connected to the ECU 20 via an actuator, and its opening degree is electromagnetically controlled by the ECU 20.

排気管4には、上流側から下流側へ向かって順に、触媒コンバータ11と、濾過手段としての粒子状物質捕集装置(以下「DPF」(Diesel Particulate Filter)という)12と、NOx浄化装置14とが設けられている。   In the exhaust pipe 4, in order from the upstream side to the downstream side, a catalytic converter 11, a particulate matter collection device (hereinafter referred to as “DPF”) (Diesel Particulate Filter) 12 as a filtering means, and a NOx purification device 14. And are provided.

触媒コンバータ11は、ハニカム構造を有する担体に白金などからなる酸化触媒を担持して構成され、排気中に含まれる炭化水素(HC)や一酸化炭素(CO)の酸化を促進し、これを除去する。これにより、触媒コンバータ11は、炭化水素などで構成される排気中のスートの量を低減する。なお、この触媒コンバータ11が担持する触媒としては、酸化触媒に限らず三元触媒を用いてもよい。   The catalytic converter 11 is configured by supporting an oxidation catalyst made of platinum or the like on a carrier having a honeycomb structure, and promotes oxidation of hydrocarbons (HC) and carbon monoxide (CO) contained in exhaust gas and removes them. To do. As a result, the catalytic converter 11 reduces the amount of soot in the exhaust gas composed of hydrocarbons or the like. The catalyst supported by the catalytic converter 11 is not limited to the oxidation catalyst, and a three-way catalyst may be used.

DPF12は、排気通路4を流通する排気を濾過することにより、排気中のパティキュレートを捕集する浄化フィルタを備える。より具体的には、DPF12は、排気が浄化フィルタの微細な孔を通過する際、排気中のパティキュレートを、浄化フィルタの表面及び浄化フィルタの内部の孔に堆積させることによって捕集する。この浄化フィルタとしては、ハニカム構造を有するウォールフロー型のものを用いる。また、浄化フィルタの構成材料としては、例えば、炭化珪素(SiC)などのセラミックスや金属多孔体を用いる。またここで、この浄化フィルタの内部及び上流側の面には、プラチナ、パラジウム、及び、ロジウムなどの貴金属が実質的には担持されていない。   The DPF 12 includes a purification filter that collects particulates in the exhaust gas by filtering the exhaust gas flowing through the exhaust passage 4. More specifically, the DPF 12 collects particulates in the exhaust gas by depositing them on the surface of the purification filter and the holes inside the purification filter when the exhaust gas passes through the fine holes of the purification filter. As this purification filter, a wall flow type having a honeycomb structure is used. Moreover, as a constituent material of the purification filter, for example, ceramics such as silicon carbide (SiC) or a porous metal body is used. Here, noble metals such as platinum, palladium, and rhodium are substantially not supported on the inside and upstream surfaces of the purification filter.

DPF12のスート捕集能力の限界、すなわち堆積限界までパティキュレートを捕集すると、圧損が大きくなるので、堆積したパティキュレートを燃焼させるDPF再生処理を適宜行う必要がある。このDPF再生処理は、ポスト噴射を実行して排気の温度を、パティキュレートを構成する成分のうち最も多くを占めるスートの燃焼温度まで上昇することで行われる。このポスト噴射は、エンジン1の燃料噴射弁により、排気工程において行われる燃料噴射である。   When the particulates are collected up to the limit of the soot collecting ability of the DPF 12, that is, the deposition limit, the pressure loss increases. Therefore, it is necessary to appropriately perform the DPF regeneration process for burning the accumulated particulates. This DPF regeneration process is performed by performing post injection to raise the temperature of the exhaust gas to the combustion temperature of soot that occupies the most of the components constituting the particulates. This post-injection is fuel injection performed in the exhaust process by the fuel injection valve of the engine 1.

NOx浄化装置14は、エンジン1から排出される排気の空燃比がリーンである時には、排気中のNOxを捕捉し、排気の空燃比がリッチである時には、捕捉したNOxを還元することにより、排気中のNOxを浄化する。   The NOx purification device 14 captures NOx in the exhaust when the air-fuel ratio of the exhaust discharged from the engine 1 is lean, and reduces the captured NOx when the air-fuel ratio of the exhaust is rich. Purifies NOx inside.

より具体的には、NOx浄化装置14は、アルミナ(Al)担体に担持された、触媒として作用する白金(Pt)と、NOx吸着能力を有するセリアと、排気中のアンモニア(NH)を、アンモニウムイオン(NH )として保持する機能を有するゼオライトとを備える。 More specifically, the NOx purification device 14 is composed of platinum (Pt) acting as a catalyst, supported on an alumina (Al 2 O 3 ) carrier, ceria having NOx adsorption capability, and ammonia (NH 3) in exhaust gas. ) And zeolite having a function of holding ammonium ions (NH 4 + ).

NOx浄化装置14の吸着アンモニア量が少なくなると、NOxの浄化能力が低下するので、適宜NOxを還元するために、NOx浄化装置14への還元剤の供給(以下「還元化」という)が行われる。この還元化では、燃料噴射弁から噴射される燃料量の増量とスロットル弁による吸入空気量の減量とによって燃焼室内の混合気の空燃比を理論空燃比よりリッチ側にすることにより、還元剤をNOx浄化装置14に供給する。すなわち、空燃比をリッチ化することにより、NOx浄化装置14へ流入する排気中の還元剤濃度が、酸素濃度より高くなり、還元化が実行される。   When the amount of adsorbed ammonia in the NOx purifying device 14 decreases, the NOx purifying ability decreases. Therefore, in order to appropriately reduce NOx, a reducing agent is supplied to the NOx purifying device 14 (hereinafter referred to as “reduction”). . In this reduction, the reducing agent is reduced by making the air-fuel ratio of the air-fuel mixture in the combustion chamber richer than the stoichiometric air-fuel ratio by increasing the amount of fuel injected from the fuel injection valve and decreasing the amount of intake air by the throttle valve. The NOx purification device 14 is supplied. That is, by enriching the air-fuel ratio, the reducing agent concentration in the exhaust gas flowing into the NOx purification device 14 becomes higher than the oxygen concentration, and reduction is performed.

このNOx浄化装置14におけるNOxの浄化について説明する。
先ず、エンジン1で燃焼する混合気の空燃比を理論空燃比よりリーン側に設定し、いわゆるリーンバーン運転を行うと、NOx浄化装置14へ流入する排気中の還元剤濃度が、酸素濃度より低くなる。その結果、排気中の一酸化炭素(NO)と酸素(O)とが触媒の作用で反応し、NOとしてセリアに吸着される。また、酸素と反応していない一酸化炭素(CO)も、セリアに吸着される。
The NOx purification in the NOx purification device 14 will be described.
First, when the air-fuel ratio of the air-fuel mixture combusted in the engine 1 is set to be leaner than the stoichiometric air-fuel ratio, so-called lean burn operation is performed, the reducing agent concentration in the exhaust gas flowing into the NOx purification device 14 is lower than the oxygen concentration. Become. As a result, carbon monoxide (NO) and oxygen (O 2 ) in the exhaust gas react with each other by the action of the catalyst and are adsorbed on the ceria as NO 2 . Carbon monoxide (CO) that has not reacted with oxygen is also adsorbed by ceria.

次に、排気中の還元剤濃度を酸素濃度より高くする還元化を実行すると、排気中の一酸化炭素(CO)が水(HO)と反応して、二酸化炭素(CO)と水素(H)が生成され、また排気中の単価水素(HC)が水と反応して、一酸化炭素(CO)及び二酸化炭素(CO)とともに、水素が生成される。またさらに、排気中に含まれるNOx、及びセリア(及び白金)に吸着されているNOx(NO,NO)と、生成された水素とが触媒の作用で反応し、アンモニア(NH)及び水が生成される。また、ここで生成されたアンモニアは、アンモニウムイオン(NH )の形でゼオライトに吸着される。 Next, when reduction is performed to make the reducing agent concentration in the exhaust gas higher than the oxygen concentration, carbon monoxide (CO) in the exhaust gas reacts with water (H 2 O), and carbon dioxide (CO 2 ) and hydrogen (H 2 ) is generated, and unit hydrogen (HC) in the exhaust gas reacts with water to generate hydrogen together with carbon monoxide (CO) and carbon dioxide (CO 2 ). Furthermore, NOx (NO, NO 2 ) adsorbed on NOx and ceria (and platinum) contained in the exhaust gas and the generated hydrogen react by the action of the catalyst, and ammonia (NH 3 ) and water Is generated. Further, the ammonia generated here is adsorbed on the zeolite in the form of ammonium ions (NH 4 + ).

次に、空燃比を理論空燃比よりリーン側に設定するリーンバーン運転を行い、NOx浄化装置14へ流入する排気中の還元剤濃度を、酸素濃度より低い側に設定すると、セリアにNOxが吸着される。さらにゼオライトにアンモニウムイオンが吸着した状態では、排気中のNOx及び酸素と、アンモニアとが反応して、窒素(N)と水が生成される。 Next, when lean burn operation is performed in which the air-fuel ratio is set to be leaner than the stoichiometric air-fuel ratio, and the reducing agent concentration in the exhaust gas flowing into the NOx purification device 14 is set to be lower than the oxygen concentration, NOx is adsorbed by ceria. Is done. Further, when ammonium ions are adsorbed on the zeolite, NOx and oxygen in the exhaust gas react with ammonia to generate nitrogen (N 2 ) and water.

このように、NOx浄化装置14によれば、還元剤供給中に生成されるアンモニアがゼオライトに吸着され、リーンバーン運転中に吸着されたアンモニアがNOxと反応するので、NOxの浄化を効率よく行うことができる。   Thus, according to the NOx purification device 14, ammonia generated during the supply of the reducing agent is adsorbed by the zeolite, and the ammonia adsorbed during the lean burn operation reacts with NOx, so that the NOx is efficiently purified. be able to.

また、排気管4のうち、DPF12とNOx浄化装置14との間には、SOxセンサ13が設けられている。このSOxセンサ13は、排気管4のうち、DPF12とNOx浄化装置14の間を流通する排気のSOx濃度を検出し、検出したSOx濃度に略比例した検出信号をECU20に供給する。   In the exhaust pipe 4, an SOx sensor 13 is provided between the DPF 12 and the NOx purification device 14. The SOx sensor 13 detects the SOx concentration of the exhaust gas flowing between the DPF 12 and the NOx purification device 14 in the exhaust pipe 4 and supplies a detection signal substantially proportional to the detected SOx concentration to the ECU 20.

ECU20は、各種センサからの入力信号波形を整形し、電圧レベルを所定のレベルに修正し、アナログ信号値をデジタル信号値に変換するなどの機能を有する入力回路と、中央演算処理ユニット(以下「CPU」という)とを備える。この他、ECU20は、CPUで実行される各種演算プログラム及び演算結果などを記憶する記憶回路と、エンジン1の燃料噴射弁等に制御信号を出力する出力回路とを備える。   The ECU 20 shapes input signal waveforms from various sensors, corrects a voltage level to a predetermined level, converts an analog signal value into a digital signal value, and a central processing unit (hereinafter referred to as “a processing unit”). CPU ”). In addition, the ECU 20 includes a storage circuit that stores various calculation programs and calculation results executed by the CPU, and an output circuit that outputs a control signal to the fuel injection valve of the engine 1.

また、ECU20は、これら入力回路、CPU、記憶回路、及び出力回路等のハードウェアの構成により機能する複数の制御ブロックを備える。具体的には、ECU20は、添加剤供給装置16を制御する供給装置制御部21を備える。   The ECU 20 includes a plurality of control blocks that function according to the hardware configuration such as the input circuit, the CPU, the storage circuit, and the output circuit. Specifically, the ECU 20 includes a supply device control unit 21 that controls the additive supply device 16.

供給装置制御部21は、SOxセンサ13からの出力に応じて、添加剤供給装置16の燃料添加剤の供給量を制御する。より具体的には、供給装置制御部21は、DPF12とNOx浄化装置14の間におけるSOx濃度と、最適な燃料添加剤の供給量との関係を示す制御マップを備えており、この制御マップに基づいて燃料添加剤の供給量を制御する。ここで、最適な燃料添加剤の供給量とは、例えば、NOx浄化装置14のSOxによる被毒を低減するために最適な供給量であるとするが、これに限るものではない。   The supply device control unit 21 controls the supply amount of the fuel additive of the additive supply device 16 according to the output from the SOx sensor 13. More specifically, the supply device control unit 21 includes a control map indicating the relationship between the SOx concentration between the DPF 12 and the NOx purification device 14 and the optimum supply amount of the fuel additive. Based on this, the supply amount of the fuel additive is controlled. Here, the optimal supply amount of the fuel additive is, for example, an optimal supply amount for reducing poisoning due to SOx of the NOx purification device 14, but is not limited thereto.

以上詳述したように、本実施形態の排気浄化装置によれば、排気中のスートの燃焼温度を低下させ、かつ、排気中のSOxを捕集する機能を有する燃料添加剤が、エンジン1の各気筒内に噴射する前の燃料中に供給される。これにより、スートの燃焼温度を低下させた分、DPF12に堆積したスートを燃焼してDPF12を再生処理する際にかかる燃料の消費を抑制することができる。また、DPF12の下流に設けられたNOx浄化装置14等の熱劣化を防止することもできる。
また、上述の燃料添加剤を燃料に供給して、排気中のSOxを捕集することにより、SOxを、DPF12でスートとともに堆積させることができる。これにより、NOx浄化装置14が、排気中のSOxにより被毒するのを防止できる。
このように、スートの燃焼温度を低下させ、かつ、SOxによる被毒を防止するためには、上述の燃料添加剤を燃料に供給するだけでよい。したがって、本実施形態の排気浄化装置によれば、排気通路4にSOxを吸収するSOxトラップ材を設ける場合と比較して、排気浄化装置が大型化したり排気の圧損が大きくなったりすることも無い。
As described above in detail, according to the exhaust gas purification apparatus of the present embodiment, the fuel additive having the function of lowering the combustion temperature of soot in exhaust gas and collecting SOx in exhaust gas is It is supplied into the fuel before being injected into each cylinder. As a result, the consumption of fuel when the soot accumulated on the DPF 12 is burned and the DPF 12 is regenerated can be suppressed by reducing the soot combustion temperature. Further, thermal deterioration of the NOx purification device 14 provided downstream of the DPF 12 can be prevented.
Further, by supplying the fuel additive described above to the fuel and collecting SOx in the exhaust gas, SOx can be deposited together with soot by the DPF 12. Thereby, it is possible to prevent the NOx purification device 14 from being poisoned by SOx in the exhaust gas.
Thus, in order to reduce the combustion temperature of soot and prevent poisoning by SOx, it is only necessary to supply the fuel additive described above to the fuel. Therefore, according to the exhaust purification device of the present embodiment, the exhaust purification device does not increase in size or the exhaust pressure loss does not increase as compared with the case where the SOx trap material that absorbs SOx is provided in the exhaust passage 4. .

また、燃料添加剤には、アルカリ金属またはアルカリ土類金属が含まれる。このような燃料添加剤が添加された燃料をエンジン1で燃焼させることにより、排気中に酸化物及び炭酸塩を生成し、これをDPF12に堆積させることができる。これらDPF12に堆積した酸化物及び炭酸塩は、排気中のSOxと反応することで、硫酸塩に変化してSOxを捕捉するトラップ材として作用するため、排気中のSOxをDPF12に堆積することができる。また、燃料添加剤に含まれるアルカリ金属またはアルカリ土類金属は、排気中のSOxと反応して硫酸化合物を生成することにより、排気中のSOxを除去することができる。
ここで特に、NOx浄化装置14に、例えば、アルカリ金属、アルカリ土類金属、セリア、ジルコニア等のNOxを吸着する機能を有する触媒、すなわち、SOxによる被毒に弱い触媒が含まれる場合には、このような触媒からSOxを脱離させる処理を実行する頻度を減らすことが可能となり、燃費をさらに向上できる。
The fuel additive includes an alkali metal or an alkaline earth metal. By burning the fuel to which such a fuel additive is added in the engine 1, oxides and carbonates can be generated in the exhaust gas and can be deposited on the DPF 12. The oxides and carbonates deposited on the DPF 12 react with SOx in the exhaust gas, and change to sulfate to act as a trap material that captures SOx. Therefore, the SOx in the exhaust gas can be deposited on the DPF 12. it can. Further, the alkali metal or alkaline earth metal contained in the fuel additive reacts with SOx in the exhaust to produce a sulfate compound, thereby removing SOx in the exhaust.
Here, in particular, when the NOx purification device 14 includes a catalyst having a function of adsorbing NOx such as alkali metal, alkaline earth metal, ceria, zirconia, that is, a catalyst vulnerable to poisoning by SOx, It is possible to reduce the frequency of executing the process of desorbing SOx from such a catalyst, and the fuel consumption can be further improved.

また、エンジン1において燃料を燃焼させることで生成されたスートは、エンジン1の気筒内及び排気通路4内において、燃料添加剤に含まれるアルカリ金属またはアルカリ土類金属と密接に絡み合った状態、すなわち、タイトコンタクト状態となり、これにより、スートの燃焼温度を低下させることができる。   In addition, the soot generated by burning the fuel in the engine 1 is in a state of being closely intertwined with the alkali metal or alkaline earth metal contained in the fuel additive in the cylinder and the exhaust passage 4 of the engine 1, that is, Thus, a tight contact state is obtained, and thus the combustion temperature of the soot can be lowered.

また、酸化触媒を含む触媒コンバータ11を排気通路4のうちDPF12よりも上流側に設けることにより、この触媒コンバータ11でスートを燃焼し、DPF12に堆積するスート量を低減することができる。
ところで、エンジン1から排出されたスートは、通常、三元触媒や酸化触媒等により燃焼されることが殆どない。しかしながら、上述のように燃料添加剤を添加すると、生成されたスートはアルカリ金属またはアルカリ土類金属と密接に絡み合い、タイトコンタクト状態で触媒コンバータ11に接触する。また、これに加えて、燃料添加剤中のアルカリ金属及びアルカリ土類金属自体がスートの燃焼性に優れることから、このような触媒コンバータ11でスートを燃焼させることが可能となる。これにより、DPF12に堆積するスートの量を低減するとともに、DPF12の再生処理を実行する頻度を少なくし、さらに燃費を向上できる。
Further, by providing the catalytic converter 11 including the oxidation catalyst on the upstream side of the DPF 12 in the exhaust passage 4, the catalytic converter 11 can burn soot and the amount of soot deposited on the DPF 12 can be reduced.
By the way, the soot discharged from the engine 1 is usually hardly burned by a three-way catalyst or an oxidation catalyst. However, when the fuel additive is added as described above, the generated soot is intimately intertwined with the alkali metal or alkaline earth metal and contacts the catalytic converter 11 in a tight contact state. In addition to this, since the alkali metal and the alkaline earth metal itself in the fuel additive are excellent in the soot combustibility, the soot can be combusted by such a catalytic converter 11. As a result, the amount of soot that accumulates on the DPF 12 can be reduced, the frequency of executing the regeneration process of the DPF 12 can be reduced, and fuel efficiency can be further improved.

また、燃料添加剤の供給量は、燃料添加剤を燃料に供給した状態で、アルカリ金属及びアルカリ土類金属の含有量は、イオン質量比で5ppm以上かつ飽和溶解度未満となるように調整される。これにより、燃料添加剤が無駄に消費するのを防止しつつ、スートの燃焼温度を低下させる効果、及び、SOxを捕集する効果を奏することができる。また、燃料添加剤を燃料に添加することによるエンジン1の運転状態へ及ぼす影響を最小限にすることもできる。   The supply amount of the fuel additive is adjusted so that the content of the alkali metal and the alkaline earth metal is 5 ppm or more and less than the saturation solubility in an ion mass ratio in a state where the fuel additive is supplied to the fuel. . Thereby, while preventing the fuel additive from being consumed unnecessarily, the effect of lowering the soot combustion temperature and the effect of collecting SOx can be achieved. Moreover, the influence which it has on the driving | running state of the engine 1 by adding a fuel additive to a fuel can also be minimized.

また、排気中のNOxを浄化するNOx浄化装置14を設けることにより、排気中のNOxを浄化することができる。特に、このようなNOx浄化装置14を、排気通路4のうちDPF12の下流側に設けることにより、排気中のSOxによりNOx浄化装置14が被毒するのを防止し、NOx浄化装置14からSOxを脱離する処理を実行する頻度を削減することができる。したがって、燃費を向上できるとともに、NOx浄化装置14の熱劣化を抑制することができる。   Further, by providing the NOx purification device 14 that purifies NOx in the exhaust, NOx in the exhaust can be purified. In particular, by providing such a NOx purification device 14 on the downstream side of the DPF 12 in the exhaust passage 4, the NOx purification device 14 is prevented from being poisoned by SOx in the exhaust, and SOx is removed from the NOx purification device 14. The frequency of executing the desorption process can be reduced. Therefore, fuel efficiency can be improved and thermal deterioration of the NOx purification device 14 can be suppressed.

また、空燃比がリッチであるときにアンモニアを発生し、リーンであるときにNOxを還元する触媒をNOx浄化装置14に用いることで、このNOx浄化装置14のSOx脱離温度を低くできる。したがって、NOx浄化装置14からSOxを脱離する処理を実行にかかる燃料の消費を抑制するとともに、NOx浄化装置14の熱劣化をさらに抑制することができる。   Further, by using a catalyst that generates ammonia when the air-fuel ratio is rich and reduces NOx when it is lean for the NOx purification device 14, the SOx desorption temperature of the NOx purification device 14 can be lowered. Accordingly, it is possible to suppress the fuel consumption for executing the process of desorbing SOx from the NOx purification device 14 and further suppress the thermal deterioration of the NOx purification device 14.

また、DPF12の浄化フィルタの内部及び上流側の面、すなわち、排気を濾過する際にスートや燃料添加剤が堆積する部分には、プラチナ、パラジウム、及び、ロジウム等の貴金属が実質的に担持されない。浄化フィルタに堆積したスートを燃焼してDPF12を再生処理する際、浄化フィルタに上述のような貴金属が含まれていると、硫化物として浄化フィルタに堆積したSOxが脱離するおそれがあるが、本実施形態の排気浄化装置によれば、このようなSOxによる被毒のおそれがなくなる。   Also, noble metals such as platinum, palladium, and rhodium are not substantially supported on the inside and upstream surfaces of the purification filter of the DPF 12, that is, on the portion where soot and fuel additives are deposited when the exhaust gas is filtered. . When the soot accumulated on the purification filter is burned and the DPF 12 is regenerated, the SOx deposited on the purification filter as sulfide may be desorbed if the purification filter contains the above-mentioned noble metal. According to the exhaust gas purification apparatus of the present embodiment, there is no possibility of such poisoning due to SOx.

また、燃料添加剤の供給量は、SOxセンサ13により検出されたDPF12とNOx浄化装置14の間におけるSOx濃度に応じて制御される。これにより、燃料添加剤が無駄に消費するのを防止しつつ、上述のスートの燃焼温度を低下させる効果、及び、SOxを捕集する効果を奏することができる。また、NOx浄化装置14がSOxにより被毒するのを防止することもできる。   Further, the supply amount of the fuel additive is controlled according to the SOx concentration between the DPF 12 detected by the SOx sensor 13 and the NOx purification device 14. Thereby, while preventing the fuel additive from being wasted, the effect of lowering the combustion temperature of the soot and the effect of collecting SOx can be achieved. Further, it is possible to prevent the NOx purification device 14 from being poisoned by SOx.

本実施形態では、DPF12が濾過手段を構成し、添加剤供給装置16及びECU20の供給装置制御部21が添加剤供給手段を構成する。   In the present embodiment, the DPF 12 constitutes a filtering means, and the additive supply device 16 and the supply device control unit 21 of the ECU 20 constitute an additive supply means.

[第2の実施形態]
本発明の第2の実施形態について、図2を参照して説明する。本実施形態の排気浄化装置は、第1の実施形態に係る排気浄化装置と、DPF12Aの構成が異なる。
[Second Embodiment]
A second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The exhaust purification device of this embodiment differs from the exhaust purification device according to the first embodiment in the configuration of the DPF 12A.

図2は、DPF12Aの浄化フィルタ122の断面図である。
図2に示すように、浄化フィルタ122は、ハニカム状であり、排気が流通する複数の通路を備える。各通路には、それぞれ、排気が上流側から通路内部へ流入するのを遮断する上流側目封じ123と、排気が通路内部から下流側へ流出するのを遮断する下流側目封じ124とが、互い違いに設けられている。これにより、排気が流入する流入側セル125と、排気が流出する流出側セル126とが交互に形成される。
FIG. 2 is a cross-sectional view of the purification filter 122 of the DPF 12A.
As shown in FIG. 2, the purification filter 122 has a honeycomb shape and includes a plurality of passages through which exhaust flows. Each passage has an upstream seal 123 that blocks exhaust from flowing into the passage from the upstream side, and a downstream seal 124 that blocks exhaust from flowing from the interior of the passage to the downstream side, respectively. It is provided alternately. Thereby, the inflow side cell 125 into which exhaust flows in and the outflow side cell 126 from which exhaust flows out are alternately formed.

すなわち、エンジン1から排出されDPF12A内へ流入する排気は、先ず、流入側セル125内に流入し、浄化フィルタ122を通過して、流出側セル126内へ流入し、DPF12A外へ流出する。ここで、排気が浄化フィルタ122を通過する際、浄化フィルタ122の上流側の面、及び、浄化フィルタ122内に形成された孔には、排気中に含まれるパティキュレートが堆積する。   That is, the exhaust gas discharged from the engine 1 and flowing into the DPF 12A first flows into the inflow side cell 125, passes through the purification filter 122, flows into the outflow side cell 126, and flows out of the DPF 12A. Here, when the exhaust gas passes through the purification filter 122, particulates contained in the exhaust gas accumulate on the upstream surface of the purification filter 122 and the holes formed in the purification filter 122.

一方、浄化フィルタ122の下流側の面には、排気中のSOxを吸収する機能を有するSOxトラップ材127が設けられる。上述のようなSOx量を低減する燃料添加剤に加えて、このようなSOxトラップ材127を設けることにより、SOxの排出量をさらに低減し、DPF12Aの下流側に設けられたNOx浄化装置14のSOxによる被毒をより効果的に防止できる。また、このようなSOxトラップ材127をDPF12Aの浄化フィルタの下流側の面に設けることにより、DPF12Aと別に設けた場合と比較して、排気浄化装置を小型化することができる。   On the other hand, a SOx trap material 127 having a function of absorbing SOx in the exhaust is provided on the downstream surface of the purification filter 122. By providing such a SOx trap material 127 in addition to the fuel additive for reducing the SOx amount as described above, the amount of SOx discharged can be further reduced, and the NOx purification device 14 provided on the downstream side of the DPF 12A. The poisoning by SOx can be prevented more effectively. Further, by providing such an SOx trap material 127 on the downstream surface of the purification filter of the DPF 12A, the exhaust purification device can be downsized as compared with the case where it is provided separately from the DPF 12A.

次に、本発明の第1の実施形態の実施例1〜3と、これら実施例1〜3の比較対象となる比較例1〜3について説明する。   Next, Examples 1 to 3 of the first embodiment of the present invention and Comparative Examples 1 to 3 to be compared with Examples 1 to 3 will be described.

[実施例1]
実施例1では、ステアリン酸カルシウム及びステアリン酸マグネシウムの含有量が、それぞれ、イオン質量比で130ppm及び60ppmとなるように、標準軽油に燃料添加剤を供給したものを、燃料として用いる。
また、DPFには、SiC製で、気孔径10.7μm、気孔率42%、セル密度300cpsi、及び壁厚12mmの、イビデン社製のウォールフロー型のものを用いる。
[Example 1]
In Example 1, what supplied the fuel additive to the standard light oil so that content of calcium stearate and magnesium stearate might be 130 ppm and 60 ppm by ion mass ratio, respectively is used as fuel.
The DPF is a wall flow type made of SiC and having a pore diameter of 10.7 μm, a porosity of 42%, a cell density of 300 cpsi, and a wall thickness of 12 mm.

[実施例2]
実施例2では、ステアリン酸カルシウム及びステアリン酸マグネシウムの含有量が、それぞれ、イオン質量比で65ppm及び30ppmとなるように、標準軽油に燃料添加剤を供給したものを、燃料として用いる。
また、DPFには、SiC製で、気孔径10.7μm、気孔率42%、セル密度300cpsi、及び壁厚12mmの、イビデン社製のウォールフロー型のものを用いる。
[Example 2]
In Example 2, what supplied the fuel additive to the standard light oil so that content of calcium stearate and magnesium stearate may be 65 ppm and 30 ppm by ion mass ratio, respectively is used as fuel.
The DPF is a wall flow type made of SiC and having a pore diameter of 10.7 μm, a porosity of 42%, a cell density of 300 cpsi, and a wall thickness of 12 mm.

[実施例3]
実施例3では、ステアリン酸カルシウム及びステアリン酸マグネシウムの含有量が、それぞれ、イオン質量比で11ppm及び5ppmとなるように、標準軽油に燃料添加剤を供給したものを、燃料として用いる。
また、DPFには、SiC製で、気孔径10.7μm、気孔率42%、セル密度300cpsi、及び壁厚12mmの、イビデン社製のウォールフロー型のものを用いる。
[Example 3]
In Example 3, what supplied the fuel additive to the standard light oil so that content of calcium stearate and magnesium stearate might be 11 ppm and 5 ppm by ion mass ratio, respectively is used as fuel.
The DPF is a wall flow type made of SiC and having a pore diameter of 10.7 μm, a porosity of 42%, a cell density of 300 cpsi, and a wall thickness of 12 mm.

[比較例1]
比較例1では、燃料として標準軽油を用いる。上述の実施例1〜3と異なり、燃料添加剤は添加しない。
また、DPFには、SiC製で、気孔径10.7μm、気孔率42%、セル密度300cpsi、及び壁厚12mmの、イビデン社製のウォールフロー型のものを用いる。
[Comparative Example 1]
In Comparative Example 1, standard light oil is used as the fuel. Unlike the above-described Examples 1 to 3, no fuel additive is added.
The DPF is a wall flow type made of SiC and having a pore diameter of 10.7 μm, a porosity of 42%, a cell density of 300 cpsi, and a wall thickness of 12 mm.

[比較例2]
比較例2では、燃料として標準軽油を用いる。上述の実施例1〜3と異なり、燃料添加剤は添加しない。
また、DPFには、SiC製で、気孔径10.7μm、気孔率42%、セル密度300cpsi、及び壁厚12mmの、イビデン社製のウォールフロー型のものに、酸化触媒を担持させたものを用いる。より具体的には、このDPFは、純度99%のジニトロジアミン白金酸、純度99%の硝酸パラジウム、比表面積130m/gを有するアルミナ、及び、全アルミナ量の10重量%となるように日産化学工業株式会社製アルミナゾル520を添加して調整した溶液に、上述のイビデン社製のDPFを含浸し、さらに、550℃焼成により得られ、アルミナ担持量30g/L、白金担持量3.2g/L、及びパラジウム担持量1.8g/Lとなっている。
[Comparative Example 2]
In Comparative Example 2, standard light oil is used as the fuel. Unlike the above-described Examples 1 to 3, no fuel additive is added.
Further, the DPF is made of SiC, having a pore diameter of 10.7 μm, a porosity of 42%, a cell density of 300 cpsi, and a wall thickness of 12 mm and having an oxidation catalyst supported on a wall flow type made by Ibiden. Use. More specifically, the DPF has a purity of 99% dinitrodiamine platinic acid, a purity of 99% palladium nitrate, an alumina having a specific surface area of 130 m 2 / g, and 10% by weight of the total amount of alumina. A solution prepared by adding alumina sol 520 manufactured by Chemical Industry Co., Ltd. was impregnated with the above-mentioned DPF manufactured by Ibiden Co., Ltd., and further obtained by baking at 550 ° C., with an alumina loading of 30 g / L and a platinum loading of 3.2 g / L and the amount of palladium supported are 1.8 g / L.

[比較例3]
比較例3では、含有金属量が12ppmとなるように、Rhodia社製EOLYS176を標準軽油に添加したものを、燃料として用いる。
また、DPFには、SiC製で、気孔径10.7μm、気孔率42%、セル密度300cpsi、及び壁厚12mmの、イビデン社製のウォールフロー型のものを用いる。
[Comparative Example 3]
In the comparative example 3, what added EOLYS176 by Rhodia to standard light oil so that a content metal content might be 12 ppm is used as a fuel.
The DPF is a wall flow type made of SiC and having a pore diameter of 10.7 μm, a porosity of 42%, a cell density of 300 cpsi, and a wall thickness of 12 mm.

次に、上述の実施例1〜3と比較例1〜3を比較するための試験1〜3について、図3〜図7を参照して説明する。   Next, Tests 1 to 3 for comparing the above Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 3 will be described with reference to FIGS.

[試験1(スート排出量試験)]
試験1では、触媒コンバータ(酸化触媒)によるスートの排出量の低減効果を検証する。より具体的には、エンジンを定常状態で運転し、酸化触媒を通過した排気からパティキュレートを収集し、収集したパティキュレートの粒径の分布について、高速応答微粒子度分布計(形式DMS500)を用いて測定する。
[Test 1 (soot emissions test)]
Test 1 verifies the soot emission reduction effect of the catalytic converter (oxidation catalyst). More specifically, the engine is operated in a steady state, the particulates are collected from the exhaust gas that has passed through the oxidation catalyst, and the particle size distribution of the collected particulates is measured using a high-speed response fineness distribution meter (type DMS500). To measure.

図3は、酸化触媒を通過したパティキュレートの粒径の分布を示す図であり、試験1の結果を示す図である。図3において、横軸はパティキュレートの粒径であり、縦軸は単位体積当りの粒子数である。
図3に示すように、粒径が約60nm〜120nmの間において、本発明の実施例1〜3は、比較例1に対して、パティキュレートの排出量、すなわちスートの排出量が少なくなっている。
FIG. 3 is a diagram showing the particle size distribution of the particulates that have passed through the oxidation catalyst, and shows the results of Test 1. FIG. In FIG. 3, the horizontal axis is the particle size of the particulates, and the vertical axis is the number of particles per unit volume.
As shown in FIG. 3, when the particle size is between about 60 nm and 120 nm, Examples 1 to 3 of the present invention have less particulate emissions, that is, soot emissions than Comparative Example 1. Yes.

図4は、酸化触媒を通過したパティキュレートのうち粒径が87nmの粒子数を示す図であり、試験1の結果を示す図である。図4において、縦軸は、比較例1の粒子数を1とした場合における粒子数である。
図4に示すように、燃料添加剤を燃料に添加した本発明の実施例1〜3では、燃料添加剤を添加していない比較例1と比較して、パティキュレートの排出量、すなわちスートの排出量が少なくなっている。
FIG. 4 is a diagram showing the number of particles having a particle size of 87 nm among the particulates that have passed through the oxidation catalyst, and is a diagram showing the results of Test 1. FIG. In FIG. 4, the vertical axis represents the number of particles when the number of particles in Comparative Example 1 is 1.
As shown in FIG. 4, in Examples 1 to 3 of the present invention in which the fuel additive is added to the fuel, compared with Comparative Example 1 in which the fuel additive is not added, the particulate discharge amount, that is, the soot amount Emissions are low.

以上、試験1の結果が示すように、本発明のように燃料添加剤を燃料に添加することで、酸化触媒におけるスートの燃焼を促進し、スートの排出量を低減することができる。   As described above, as the result of Test 1 shows, by adding the fuel additive to the fuel as in the present invention, combustion of soot in the oxidation catalyst can be promoted, and soot emission can be reduced.

[試験2(スート燃焼温度試験)]
試験2では、DPFによるスートの燃焼温度の低減効果を検証する。
この試験では、先ず、エンジンを定常状態で運転するとともに、触媒コンバータを通過した排気をDPFで濾過し、排出物を2g/L堆積する。ここで、実施例1〜3では燃料に燃料添加剤を添加しているので、排出物には、スートの他、この燃料添加剤の燃焼物が含まれる。
[Test 2 (soot combustion temperature test)]
Test 2 verifies the effect of reducing the soot combustion temperature by the DPF.
In this test, first, the engine is operated in a steady state, and the exhaust gas that has passed through the catalytic converter is filtered with a DPF to deposit 2 g / L of exhaust. Here, in Examples 1 to 3, since the fuel additive is added to the fuel, the emissions include combustion products of the fuel additive in addition to the soot.

次に、排出物が堆積したDPFを、図5に示すようなテスト装置にセットし、DPFに堆積したスートの燃焼試験を行う。より具体的には、モデルガスを所定の線速度で排気通路に流通させながら、DPFを加熱炉で室温から690℃まで20℃/minで昇温し、この間におけるスートの燃焼により生成したCO及びCOの濃度を、堀場製作所製MEXA−7500Dにより測定する。ここで、モデルガスとしては酸素10%及び窒素90%の割合で含む混合ガスを用い、線速度は23000m/hとする。 Next, the DPF on which the discharge is accumulated is set in a test apparatus as shown in FIG. 5, and a combustion test of the soot accumulated on the DPF is performed. More specifically, while circulating the model gas through the exhaust passage at a predetermined linear velocity, the DPF is heated from room temperature to 690 ° C. at a rate of 20 ° C./min in the heating furnace, and CO generated by combustion of soot during this period The concentration of CO 2 is measured with MEXA-7500D manufactured by Horiba. Here, a mixed gas containing 10% oxygen and 90% nitrogen is used as the model gas, and the linear velocity is 23000 m / h.

図6は、スートの燃焼温度を示す図であり、試験2の結果を示す図である。図6において、横軸はDPFの温度であり、縦軸はCO及びCOの濃度である。
図6に示すように、燃料添加剤を燃料に添加しない比較例1,2では、DPFの温度が約660℃〜680℃の間に、CO及びCO濃度のピークがある。すなわち、これら比較例1,2では、スートは約660℃〜680℃において最も効率よく燃焼する。
FIG. 6 is a diagram showing the combustion temperature of soot, and is a diagram showing the results of Test 2. In FIG. 6, the horizontal axis represents the temperature of the DPF, and the vertical axis represents the concentrations of CO and CO 2 .
As shown in FIG. 6, in Comparative Examples 1 and 2 in which the fuel additive is not added to the fuel, there is a peak of CO and CO 2 concentration when the DPF temperature is between about 660 ° C. and 680 ° C. That is, in these comparative examples 1 and 2, soot burns most efficiently at about 660 ° C to 680 ° C.

これに対して、燃料添加剤を燃料に添加した実施例1〜3では、DPFの温度が約520℃〜580℃の間に、CO及びCO濃度のピークがある。したがって、これら実施例1〜3と比較例1,2を比較すると、本発明の実施例1〜3は、より低温でスートを効率よく燃焼することができると言える。
ここで、比較例3では、DPFの温度が約520℃付近に、CO及びCO濃度のピークがある。これは、上述のような添加剤を燃料に添加したためである。
On the other hand, in Examples 1 to 3 in which the fuel additive is added to the fuel, there is a peak of CO and CO 2 concentration when the temperature of the DPF is between about 520 ° C. and 580 ° C. Therefore, comparing Examples 1 to 3 with Comparative Examples 1 and 2, it can be said that Examples 1 to 3 of the present invention can efficiently burn soot at a lower temperature.
Here, in Comparative Example 3, there are peaks of CO and CO 2 concentration when the temperature of the DPF is around 520 ° C. This is because the additive as described above is added to the fuel.

以上、試験2の結果が示すように、本発明のように燃料添加剤を燃料に添加することで、DPFにおけるスートの燃焼温度を低減することができる。   As described above, as shown by the results of Test 2, the soot combustion temperature in the DPF can be reduced by adding the fuel additive to the fuel as in the present invention.

[試験3(SOx捕捉試験)]
試験3では、DPFによるSOx捕集効果を検証する。
この試験では、先ず、試験2と同様に、エンジンを定常状態で運転するとともに、触媒コンバータを通過した排気をDPFで濾過し、排出物を10g/L堆積する。
次に、排出物が堆積したDPFを、試験2と同様に、図5に示すテスト装置にセットし、SOxの捕集試験を行う。より具体的には、DPFを加熱炉で約550℃に加熱した状態で、モデルガスを所定の線速度で排気通路に流通させながら、30分間に亘ってDPFの下流側のSOx濃度を堀場製作所製MEXA−6000FTにより測定する。
ここで、モデルガスには、Nをバランスガスとして、SOxを30ppm、Oを6%、COを6%、Cを500ppmC、COを900ppm、HOを7%の割合で混合したガスを用いる。また、線速度は25000m/hとする。
[Test 3 (SOx capture test)]
Test 3 verifies the SOx trapping effect of DPF.
In this test, first, as in Test 2, the engine is operated in a steady state, and the exhaust gas that has passed through the catalytic converter is filtered with DPF to deposit 10 g / L of exhaust.
Next, the DPF on which the effluent is accumulated is set in the test apparatus shown in FIG. More specifically, while the DPF is heated to about 550 ° C. in a heating furnace, the SOx concentration on the downstream side of the DPF is adjusted for 30 minutes while passing the model gas through the exhaust passage at a predetermined linear velocity. It measures by MEXA-6000FT made.
Here, the model gas includes N 2 as a balance gas, SOx 30 ppm, O 2 6%, CO 2 6%, C 3 H 6 500 ppm C, CO 2 900 ppm, H 2 O 7% Use gas mixed in proportions. The linear velocity is 25000 m / h.

図7は、DPFによるSOxの捕集率を示す図である、試験3の結果を示す図である。図7において、横軸は時間であり、縦軸はSOx捕集率である。
図7に示すように、燃料添加剤を燃料に添加しない比較例1,2では、測定を開始してから終了するまでに亘って、SOx捕集率は約0%である。
FIG. 7 is a diagram showing the results of Test 3, which is a diagram showing the collection rate of SOx by DPF. In FIG. 7, the horizontal axis represents time, and the vertical axis represents the SOx collection rate.
As shown in FIG. 7, in Comparative Examples 1 and 2 in which no fuel additive is added to the fuel, the SOx collection rate is about 0% from the start to the end of the measurement.

これに対して、燃料添加剤を燃料に添加した実施例1〜3では、測定を開始してから終了するまでに亘って、SOx捕集率は約100%を維持する。したがって、これら実施例1〜3と比較例1,2を比較すると、本発明の実施例1〜3は、DPFによりSOxを捕集する能力が高いと言える。
ここで、比較例3では、測定を開始してから約10分に亘り5%〜15%程度のSOx捕集率を示す。これは、上述の添加剤にはセリアが含まれているためであると言える。
In contrast, in Examples 1 to 3 in which the fuel additive is added to the fuel, the SOx collection rate is maintained at about 100% from the start to the end of the measurement. Therefore, comparing Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 and 2, it can be said that Examples 1 to 3 of the present invention have a high ability to collect SOx by DPF.
Here, in Comparative Example 3, an SOx collection rate of about 5% to 15% is shown for about 10 minutes after the measurement is started. This can be said to be because the above-mentioned additive contains ceria.

以上、試験3の結果が示すように、本発明のように燃料添加剤を燃料に添加することで、DPFにより排気中のSOxを捕集することができる。   As described above, as the result of Test 3 shows, SOx in the exhaust gas can be collected by the DPF by adding the fuel additive to the fuel as in the present invention.

なお本発明は上述した実施形態及び実施例に限るものではなく、種々の変形が可能である。
上述の実施形態では、供給装置制御部21は、SOxセンサ13により検出されたSOx濃度に基づいて、燃料添加剤の供給量を調整したが、これに限らない。例えば、NOxセンサや、空燃比センサをNOx浄化装置の下流に設け、これらセンサの出力に基づいて、燃料添加剤の供給量を制御してもよい。この他、エンジン1の運転状態、すなわち回転数、トルク数、及び累計走行距離等に応じて燃料添加剤の供給量を制御してもよい。
The present invention is not limited to the above-described embodiments and examples, and various modifications can be made.
In the above-described embodiment, the supply device control unit 21 adjusts the supply amount of the fuel additive based on the SOx concentration detected by the SOx sensor 13, but is not limited thereto. For example, a NOx sensor or an air-fuel ratio sensor may be provided downstream of the NOx purification device, and the amount of fuel additive supplied may be controlled based on the output of these sensors. In addition, the supply amount of the fuel additive may be controlled in accordance with the operating state of the engine 1, that is, the rotational speed, the torque number, the cumulative travel distance, and the like.

また、上述の実施形態では、アルカリ金属またはアルカリ土類金属を含む燃料添加剤に対し、燃料に可溶な化合物を混入させた上で、燃料添加剤を燃料に供給したが、これに限らない。燃料添加剤が水溶性物質である場合には、燃料添加剤を水に溶解するとともに界面活性剤を添加し、エマルジョン状態にした上で、燃料に供給してもよい。   In the above-described embodiment, the fuel additive is supplied to the fuel after the compound soluble in the fuel is mixed into the fuel additive containing the alkali metal or the alkaline earth metal. However, the present invention is not limited to this. . When the fuel additive is a water-soluble substance, the fuel additive may be dissolved in water and a surfactant may be added to form an emulsion, and then supplied to the fuel.

また、上述の実施形態では、燃料添加剤は、アルカリ金属及びアルカリ土類金属、または、アルカリ金属及びアルカリ土類金属の何れかを含んで構成される化合物を含むものとしたが、とりわけ、アルカリ土類金属のみを含むことが好ましい。例えば、燃料添加剤にアルカリ金属を含む場合であっても上述のような効果を奏することができるものの、DPFの担体がコーディエライトまたは炭化珪素を含む場合、DPFの再生処理時にアルカリ金属が担体中に入り込むおそれがある。   Further, in the above-described embodiment, the fuel additive includes a compound composed of either alkali metal and alkaline earth metal or alkali metal and alkaline earth metal. Preferably it contains only earth metals. For example, even if the fuel additive contains an alkali metal, the above-described effects can be achieved. However, when the DPF carrier contains cordierite or silicon carbide, the alkali metal is supported during the regeneration process of the DPF. There is a risk of getting inside.

また、上述の第2の実施形態では、浄化フィルタ122の下流側の面に、SOxトラップ材を設けたが、これに限らず、必要に応じて酸化触媒や三元触媒を設けてもよい。   In the second embodiment described above, the SOx trap material is provided on the downstream surface of the purification filter 122. However, the present invention is not limited to this, and an oxidation catalyst or a three-way catalyst may be provided as necessary.

また本発明は、クランク軸を鉛直方向とした船外機などのような船舶推進用エンジンなどの排気浄化装置にも適用が可能である。   The present invention can also be applied to an exhaust emission control device such as a marine vessel propulsion engine such as an outboard motor having a vertical crankshaft.

本発明の第1の実施形態に係る内燃機関及びその排気浄化装置の構成を示す図である。1 is a diagram illustrating a configuration of an internal combustion engine and an exhaust purification device thereof according to a first embodiment of the present invention. 本発明の第2の実施形態に係るDPFの断面図である。It is sectional drawing of DPF which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. 酸化触媒を通過したパティキュレートの粒径の分布を示す図である。It is a figure which shows distribution of the particle size of the particulates which passed the oxidation catalyst. 酸化触媒を通過したパティキュレートのうち粒径が87nmの粒子数を示す図である。It is a figure which shows the particle number with a particle size of 87 nm among the particulates which passed the oxidation catalyst. テスト装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of a test apparatus. スートの燃焼温度を示す図である。It is a figure which shows the combustion temperature of soot. DPFによるSOxの捕集率を示す図である。It is a figure which shows the collection rate of SOx by DPF.

符号の説明Explanation of symbols

1…内燃機関(内燃機関)
2…吸気管
4…排気管(排気通路)
11…触媒コンバータ
12…DPF(濾過手段)
127…SOxトラップ材(SOxトラップ材)
13…SOxセンサ(SOxセンサ)
14…NOx浄化装置(NOx浄化装置)
16…添加剤供給装置(添加剤供給手段)
20…電子制御ユニット
21…供給装置制御部(添加剤供給手段)
1 ... Internal combustion engine (internal combustion engine)
2 ... Intake pipe 4 ... Exhaust pipe (exhaust passage)
11 ... Catalytic converter 12 ... DPF (filtering means)
127 ... SOx trap material (SOx trap material)
13 ... SOx sensor (SOx sensor)
14 ... NOx purification device (NOx purification device)
16 ... Additive supply device (additive supply means)
20 ... Electronic control unit 21 ... Supply device controller (additive supply means)

Claims (10)

内燃機関から排出された排気を濾過し、排気中のスートを捕集する濾過手段を、前記内燃機関の排気通路に備える内燃機関の排気浄化装置において、
前記内燃機関の燃焼室内に噴射する前の燃料に、排気中のスートの燃焼温度を低下させ、かつ、排気中のSOxを捕集する燃料添加剤を供給する添加剤供給手段を備えることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
In the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine, the exhaust gas filtering apparatus for filtering the exhaust gas discharged from the internal combustion engine and collecting the soot in the exhaust gas in the exhaust passage of the internal combustion engine,
Additive supply means for supplying a fuel additive for lowering the combustion temperature of soot in exhaust gas and collecting SOx in exhaust gas to fuel before being injected into the combustion chamber of the internal combustion engine. An exhaust purification device for an internal combustion engine.
前記燃料添加剤は、アルカリ金属及びアルカリ土類金属のうち少なくとも何れかを含んで構成される化合物を含む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。   2. The exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to claim 1, wherein the fuel additive includes a compound including at least one of an alkali metal and an alkaline earth metal. 前記添加剤供給手段は、アルカリ金属及びアルカリ土類金属の含有量がイオン質量比で5ppm以上かつ飽和溶解度未満となるように、前記燃料添加剤を燃料に供給することを特徴とする請求項2に記載の内燃機関の排気浄化装置。   The said additive supply means supplies the said fuel additive to a fuel so that content of an alkali metal and an alkaline earth metal may be 5 ppm or more and less than saturation solubility by ion mass ratio. 2. An exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to 1. 前記排気通路のうち前記濾過手段よりも上流側には、排気中のスート量を低減する触媒が設けられることを特徴とする請求項2または3に記載の内燃機関の排気浄化装置。   The exhaust purification device for an internal combustion engine according to claim 2 or 3, wherein a catalyst for reducing the amount of soot in the exhaust is provided upstream of the filtering means in the exhaust passage. 前記排気中のスート量を低減する触媒は、三元触媒または酸化触媒を含むことを特徴とする請求項4に記載の内燃機関の排気浄化装置。   The exhaust purification device for an internal combustion engine according to claim 4, wherein the catalyst for reducing the amount of soot in the exhaust includes a three-way catalyst or an oxidation catalyst. 前記排気通路のうち前記濾過手段よりも下流側には、排気中のNOxを浄化するNOx浄化装置が設けられることを特徴とする請求項1から5の何れかに記載の内燃機関の排気浄化装置。   The exhaust purification device for an internal combustion engine according to any one of claims 1 to 5, wherein a NOx purification device for purifying NOx in the exhaust is provided downstream of the filtering means in the exhaust passage. . 前記NOx浄化装置は、排気の空燃比がリッチであるときにアンモニアを生成するとともに、当該生成されたアンモニアを保持し、排気の空燃比がリーンであるときに前記保持したアンモニアによりNOxを還元する触媒を備えることを特徴とする請求項6に記載の内燃機関の排気浄化装置。   The NOx purification device generates ammonia when the air-fuel ratio of exhaust gas is rich, holds the generated ammonia, and reduces NOx by the held ammonia when the air-fuel ratio of exhaust gas is lean The exhaust emission control device for an internal combustion engine according to claim 6, further comprising a catalyst. 前記濾過手段は、排気を濾過する浄化フィルタを備え、
前記浄化フィルタの内部及び上流側の面には、プラチナ、パラジウム、及び、ロジウムが実質的に担持されていないことを特徴とする請求項1から7の何れかに記載の内燃機関の排気浄化装置。
The filtering means includes a purification filter for filtering exhaust gas,
The exhaust purification device for an internal combustion engine according to any one of claims 1 to 7, wherein platinum, palladium, and rhodium are substantially not carried on the inside and upstream surfaces of the purification filter. .
前記浄化フィルタの下流側の面には、SOxを吸収する機能を有するSOxトラップ材が設けられることを特徴とする請求項8に記載の内燃機関の排気浄化装置。   The exhaust purification device of an internal combustion engine according to claim 8, wherein a SOx trap material having a function of absorbing SOx is provided on a downstream surface of the purification filter. 前記添加剤供給手段は、前記内燃機関の運転状態または前記内燃機関から排出される排気の状態に応じて、燃料添加剤の供給量を制御することを特徴とする請求項1から9の何れかに記載の内燃機関の排気浄化装置。   The additive supply means controls the supply amount of the fuel additive in accordance with the operating state of the internal combustion engine or the state of exhaust discharged from the internal combustion engine. 2. An exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to 1.
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