JP2010270663A - Exhaust emission purifying apparatus for internal combustion engine - Google Patents

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明 志知
Makoto Koike
誠 小池
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an exhaust emission purifying apparatus for internal combustion engine, capable of using a fuel in order to reduce NOx occluded in a NOx occlusion catalyst, and preventing S poisoning of the NOx occlusion catalyst in a simple manner and at a low cost. <P>SOLUTION: An exhaust emission purifying apparatus 10 for internal combustion engine includes an exhaust gas pipe 17 for discharging an exhaust gas from an internal combustion engine 11, the NOx occlusion catalyst 22 for occluding NOx contained in the exhaust gas, an S component trap catalyst 23 provided on the upstream side of the NOx occlusion catalyst 22, for trapping the S component contained in the exhaust gas, a fuel supply pipe 24 for reduction for connecting a fuel tank 12 for supplying a fuel for reduction for reducing NOx occluded in the NOx occlusion catalyst 22 and the exhaust gas pipe 17 at the downstream side of the S component trap catalyst 23, and an S component absorbent agent 25 provided on the upstream side of a fuel injection engine 26 for reduction in the fuel supply pipe 24 for reduction, for adsorbing the S component contained in fuel. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、内燃機関の排気浄化装置に係り、特に排気中に含まれる窒素酸化物(以下、NOxとする)を吸蔵するNOx吸蔵触媒を排気管内に備える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 provided with an NOx storage catalyst for storing nitrogen oxides (hereinafter referred to as NOx) contained in exhaust gas in an exhaust pipe.

内燃機関の燃焼時には、ピストン内の温度及び圧力の急激な上昇によるNOxの発生が避けられず、特に大量の空気を取り込むディーゼルエンジンではNOxの生成量も多くなる。また、燃料及び潤滑油内には硫黄化合物(以下、S成分とする)が含まれているため、排気中には硫黄酸化物(以下、SOxとする)も含まれる。排気管内には、排気中のNOxを捕捉するために、NOx吸蔵触媒が設けられ、SOxもNOxと共にNOx吸蔵触媒によって捕捉されていたが、NOx吸蔵触媒に吸蔵されるSOxの量が次第に増大していくと、吸蔵できるNOx量が次第に減少するので、NOx吸蔵触媒を再生処置する必要があった。   During combustion of an internal combustion engine, the generation of NOx due to a sudden rise in temperature and pressure in the piston is inevitable, and particularly in a diesel engine that takes in a large amount of air, the amount of NOx produced also increases. Further, since sulfur compounds (hereinafter referred to as S component) are included in the fuel and the lubricating oil, sulfur oxides (hereinafter referred to as SOx) are also included in the exhaust gas. In the exhaust pipe, a NOx storage catalyst is provided to capture NOx in the exhaust, and SOx is also captured by the NOx storage catalyst together with NOx. However, the amount of SOx stored in the NOx storage catalyst gradually increases. As the amount of NOx that can be stored gradually decreases, it is necessary to regenerate the NOx storage catalyst.

NOx吸蔵触媒の再生処理は、還元雰囲気において高温処理することにより行われるので、NOx吸蔵触媒中の貴金属触媒等が熱劣化するという問題があった。そこで、NOx吸蔵触媒にSOxが送り込まれることを阻止するために、SOxトラップ触媒をNOx吸蔵触媒の上流側に設けた内燃機関の排気浄化装置が特許文献1に開示されている。   Since the regeneration treatment of the NOx storage catalyst is performed by performing a high temperature treatment in a reducing atmosphere, there has been a problem that the noble metal catalyst in the NOx storage catalyst is thermally deteriorated. Therefore, Patent Document 1 discloses an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine in which a SOx trap catalyst is provided on the upstream side of the NOx storage catalyst in order to prevent SOx from being sent to the NOx storage catalyst.

具体的に、特許文献1の排気浄化装置は、内燃機関運転中、SOxトラップ触媒に流入する排気の空燃比をリッチにさせることなくリーンに維持し続ける空燃比制御手段と、排気中に含まれるSOxのうちでSOxトラップ触媒に捕獲されるSOxの割合を示すSOxトラップ率を推定する推定手段と、を具備している。そして、NOx吸蔵触媒からトラップしたNOxを放出させるときには、還元剤供給弁から排気通路内に還元剤を供給することによりNOx吸蔵触媒に流入する排気の空燃比を一時的にリッチにするようにしている。   Specifically, the exhaust emission control device of Patent Document 1 is included in the exhaust and air-fuel ratio control means that keeps the air-fuel ratio of the exhaust flowing into the SOx trap catalyst lean without causing the air-fuel ratio to flow into the SOx trap catalyst during operation. Estimation means for estimating a SOx trap rate indicating a ratio of SOx trapped in the SOx trap catalyst in SOx. When releasing the trapped NOx from the NOx storage catalyst, the reducing agent is supplied from the reducing agent supply valve into the exhaust passage so that the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the NOx storage catalyst is temporarily made rich. Yes.

また、その他の排気浄化に関連する技術として、燃料中のS成分を除去する技術が特許文献2及び3に開示されている。特許文献2には、燃料タンクとエンジンのインジェクタとの間、ガソリンスタンドのタンク内又はタンクローリー内に設置される含硫化合物除去装置が開示されており、エンジンから排出される排ガス中のSOxの量を減少させることができ、NOx吸蔵触媒の耐久性を向上できると記載されている。   Further, as other technologies related to exhaust purification, technologies for removing S component in fuel are disclosed in Patent Documents 2 and 3. Patent Document 2 discloses a sulfur-containing compound removing device installed between a fuel tank and an injector of an engine, a tank of a gas station or a tank lorry, and the amount of SOx in exhaust gas discharged from the engine. It is described that the durability of the NOx storage catalyst can be improved.

特許文献3には、燃料を超臨界または亜臨界状態にして硫黄化合物吸着剤と接触させる硫黄化合物除去方法によって、高効率で、かつ車載も可能なコンパクトな硫黄化合物除去装置が得られ、排気浄化触媒のS成分による被毒(S被毒)が防止でき、排気のクリーン化も図れると記載されている。   Patent Document 3 provides a highly efficient and compact sulfur compound removal device that can be mounted on a vehicle by using a sulfur compound removal method in which a fuel is brought into a supercritical or subcritical state and brought into contact with a sulfur compound adsorbent. It is described that poisoning (S poisoning) due to the S component of the catalyst can be prevented and the exhaust gas can be cleaned.

特開2005−133610号公報JP 2005-133610 A 特開2002−161285号公報JP 2002-161285 A 特開2005−042051号公報JP 2005-042051 A

しかしながら、特許文献1の装置では、例えば、還元剤として燃料を使用したときには、燃料中に含まれるS成分によってNOx吸蔵触媒がS被毒されることになる。また、燃料以外の還元剤を使用したときには、別途還元剤充填用のタンクを設置して、ユーザーは専用の還元剤を補充することを余儀なくされるので、コスト削減、利便性向上等の観点から改善の余地がある。   However, in the apparatus of Patent Document 1, for example, when fuel is used as the reducing agent, the NOx storage catalyst is poisoned with S by the S component contained in the fuel. In addition, when a reducing agent other than fuel is used, a separate reducing agent charging tank is installed, and the user is forced to replenish the dedicated reducing agent. From the viewpoint of cost reduction and convenience improvement, etc. There is room for improvement.

一方、特許文献2及び3の装置では、潤滑油由来のS成分については全く考慮されていない。排気中に含まれるS成分は、燃料由来分と潤滑油由来分とが同程度であることが想定され、特許文献2及び3の装置では、排気中に潤滑油由来のS成分が含有されることになるので、特許文献1の装置と同様に、NOx吸蔵触媒がS被毒されることになる。以上のように、従来技術によれば、低コスト且つ簡便な方法によって、NOx吸蔵触媒のS被毒を完全に回避することはできなかった。   On the other hand, in the apparatuses of Patent Documents 2 and 3, the S component derived from the lubricating oil is not considered at all. The S component contained in the exhaust is assumed to have a fuel-derived component and a lubricant-derived component having the same degree, and in the devices of Patent Documents 2 and 3, the S component derived from the lubricant is contained in the exhaust. Therefore, like the apparatus of Patent Document 1, the NOx storage catalyst is poisoned with S. As described above, according to the prior art, S poisoning of the NOx storage catalyst cannot be completely avoided by a low-cost and simple method.

本発明の目的は、NOx吸蔵触媒に吸蔵されたNOxを還元するために燃料を使用することができると共に、NOx吸蔵触媒のS被毒を確実に防止することが可能な内燃機関の排気浄化装置を提供することである。   It is an object of the present invention to use an exhaust purification device for an internal combustion engine that can use fuel to reduce NOx stored in a NOx storage catalyst and can reliably prevent S poisoning of the NOx storage catalyst. Is to provide.

本発明に係る内燃機関の排気浄化装置は、内燃機関に供給する燃料が充填された燃料タンクと、内燃機関から排気を排出するための排気管と、排気管内に設けられ、排気中に含まれるNOxを吸蔵するNOx吸蔵触媒と、NOx吸蔵触媒に吸蔵されたNOxを還元する還元用燃料を燃料タンクから排気管に供給するための還元用燃料供給管と、還元用燃料供給管を開閉して燃料を噴射する燃料噴射弁と、を備えた内燃機関の排気浄化装置であって、排気管内においてNOx吸蔵触媒の上流側に設けられ、排気中に含まれるS成分をトラップするS成分トラップ触媒と、燃料タンク内又は還元用燃料供給管内において燃料噴射弁の上流側に設けられ、燃料中に含まれるS成分を吸着するS成分吸着剤と、を備えることを特徴とする。   An exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the present invention is provided in a fuel tank filled with fuel to be supplied to the internal combustion engine, an exhaust pipe for exhausting exhaust gas from the internal combustion engine, and included in the exhaust pipe. Opening and closing the NOx storage catalyst for storing NOx, the reduction fuel supply pipe for supplying the reduction fuel for reducing NOx stored in the NOx storage catalyst from the fuel tank to the exhaust pipe, and the reduction fuel supply pipe An exhaust purification device for an internal combustion engine, comprising: a fuel injection valve that injects fuel; an S component trap catalyst that is provided upstream of a NOx storage catalyst in an exhaust pipe and traps an S component contained in the exhaust; And an S component adsorbent provided on the upstream side of the fuel injection valve in the fuel tank or the reducing fuel supply pipe and adsorbing the S component contained in the fuel.

上記構成によれば、S成分トラップ触媒及びS成分吸着剤によって、NOx吸蔵触媒にS成分が送り込まれることを完全に防止することができるので、NOx吸蔵触媒がS被毒されることがない。したがって、NOx吸蔵触媒の高温再生処理が不要であって、再生処理によるNOx吸蔵触媒の熱劣化や燃費ロスを無くし、また、熱劣化を勘案したNOx吸蔵触媒の容量及び貴金属触媒量の増分が不要となって、NOx吸蔵触媒のコンパクト化や低コスト化を図ることができる。   According to the above configuration, since the S component trap catalyst and the S component adsorbent can completely prevent the S component from being fed into the NOx storage catalyst, the NOx storage catalyst is not poisoned by S. Therefore, the NOx storage catalyst does not need to be regenerated at high temperature, eliminates thermal degradation and fuel consumption loss of the NOx storage catalyst due to regeneration, and does not need to increase the capacity of the NOx storage catalyst and the amount of noble metal catalyst in consideration of thermal degradation. Thus, the NOx storage catalyst can be made compact and low in cost.

また、還元用燃料供給管は、排気管においてS成分トラップ触媒とNOx吸蔵触媒との間に接続されることが好ましい。   The reducing fuel supply pipe is preferably connected between the S component trap catalyst and the NOx storage catalyst in the exhaust pipe.

上記構成によれば、還元用燃料供給管がS成分トラップ触媒の上流側に接続される場合と比べて、還元剤である燃料の使用量を削減することができ、NOx吸蔵触媒の還元効率を向上させることができる。また、S成分トラップ触媒を還元雰囲気に曝すことが無くなるので、S成分トラップ触媒からS成分が離脱してNOx吸蔵触媒をS被毒するおそれがない。   According to the above configuration, the amount of fuel used as the reducing agent can be reduced compared with the case where the reducing fuel supply pipe is connected to the upstream side of the S component trap catalyst, and the reduction efficiency of the NOx storage catalyst can be reduced. Can be improved. Further, since the S component trap catalyst is not exposed to the reducing atmosphere, there is no possibility that the S component is detached from the S component trap catalyst and the NOx storage catalyst is poisoned by S.

また、S成分吸着剤は、さらに、燃料タンクと内燃機関とを接続する燃料供給管内に設けられることが好ましい。   Further, it is preferable that the S component adsorbent is further provided in a fuel supply pipe connecting the fuel tank and the internal combustion engine.

上記構成によれば、S成分トラップ触媒の負荷を半減することができる。即ち、燃料由来分のS成分をS成分吸着剤によって除去することができるため、S成分トラップ触媒に導入されるS成分の量を大幅に低減(半減)することができ、S成分トラップ触媒の容量を大幅にコンパクト化することが可能になる。   According to the above configuration, the load of the S component trap catalyst can be halved. That is, since the S component from the fuel can be removed by the S component adsorbent, the amount of the S component introduced into the S component trap catalyst can be greatly reduced (halved). The capacity can be greatly reduced.

本発明に係る内燃機関の排気浄化装置によれば、NOx吸蔵触媒に吸蔵されたNOxを還元するために燃料を使用することができると共に、NOx吸蔵触媒のS被毒を確実に防止することが可能になる。   According to the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the present invention, fuel can be used to reduce NOx stored in the NOx storage catalyst, and S poisoning of the NOx storage catalyst can be reliably prevented. It becomes possible.

本発明に係る実施形態における内燃機関の排気浄化装置の概略構成を示す模式図である。It is a mimetic diagram showing a schematic structure of an exhaust emission control device of an internal-combustion engine in an embodiment concerning the present invention.

以下に図面を用いて本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の実施形態につき、詳細に説明する。図1は、内燃機関の排気浄化装置10の概略構成を示す図である。   Embodiments of an exhaust emission control device for an internal combustion engine according to the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of an exhaust purification device 10 for an internal combustion engine.

図1に示すように、内燃機関の排気浄化装置10(以下、排気浄化装置10とする)は、内燃機関11と、内燃機関11に供給する燃料を充填した燃料タンク12とを搭載した車両において、内燃機関11の排気中に含まれるNOx及びSOxをトラップして排気を浄化する装置である。   As shown in FIG. 1, an exhaust gas purification device 10 for an internal combustion engine (hereinafter referred to as an exhaust gas purification device 10) is a vehicle equipped with an internal combustion engine 11 and a fuel tank 12 filled with fuel to be supplied to the internal combustion engine 11. This is a device for purifying exhaust gas by trapping NOx and SOx contained in the exhaust gas of the internal combustion engine 11.

内燃機関11は、燃焼室である複数の気筒13を備え、各気筒13に燃料を噴射する電子制御式燃料噴射弁を含むインジェクタ14、各気筒13に空気を供給する図示しない吸気マニホールド、及び各気筒13から排気を排出する排気マニホールド15を有する。排気マニホールド15は、排気ターボチャージャ16に連結され、排気ターボチャージャ16からは、排気管17が延設されている。   The internal combustion engine 11 includes a plurality of cylinders 13 serving as combustion chambers, an injector 14 including an electronically controlled fuel injection valve that injects fuel into each cylinder 13, an intake manifold (not shown) that supplies air to each cylinder 13, and each An exhaust manifold 15 that exhausts exhaust from the cylinder 13 is provided. The exhaust manifold 15 is connected to an exhaust turbocharger 16, and an exhaust pipe 17 extends from the exhaust turbocharger 16.

燃料タンク12は、内燃機関11に供給するガソリンや軽油等の燃料を充填する容器である。燃料タンク12からは燃料供給管18が延設しており、燃料供給管18は、コモンレール19を介して、各気筒13の各インジェクタ14に連結されている。コモンレール19は、電子制御式の高圧ポンプ20によって高圧化された燃料を各インジェクタ14へ均一に供給する装置であり、電子制御によって、燃料の噴射圧力、噴射時期、及び噴射量のきめ細かいコントロールを実現する。なお、コモンレール19からは、余剰の燃料を燃料タンク12に戻すための戻し配管21が設けられる。   The fuel tank 12 is a container filled with fuel such as gasoline or light oil supplied to the internal combustion engine 11. A fuel supply pipe 18 extends from the fuel tank 12, and the fuel supply pipe 18 is connected to each injector 14 of each cylinder 13 via a common rail 19. The common rail 19 is a device that uniformly supplies the fuel pressurized by the electronically controlled high-pressure pump 20 to each injector 14, and realizes fine control of fuel injection pressure, injection timing, and injection amount by electronic control. To do. A return pipe 21 is provided from the common rail 19 to return excess fuel to the fuel tank 12.

車両には、内燃機関11の上記各要素を制御する図示しない電子制御ユニットが搭載されている。電子制御ユニットは、コンピュータから構成され、図示しない各センサからの情報に基いて燃料吐出や吸気等を制御する。また、この電子制御ユニットは、後述する還元用燃料噴射弁26の開閉状態を制御して、還元用燃料の噴出量等を調整する機能も有する。   The vehicle is equipped with an electronic control unit (not shown) that controls each element of the internal combustion engine 11. The electronic control unit is composed of a computer and controls fuel discharge, intake air, and the like based on information from sensors (not shown). The electronic control unit also has a function of controlling the opening / closing state of a reduction fuel injection valve 26, which will be described later, to adjust the injection amount of the reduction fuel.

排気浄化装置10は、上記のように、内燃機関11の排気中に含まれるNOx及びSOxをトラップして排気を浄化する装置であり、また、トラップしたNOxを還元して無害化放出する機能も有する。図1に示すように、排気浄化装置10は、排気管17と、排気管17内に設けられるNOx吸蔵触媒22と、排気管17においてNOx吸蔵触媒22の上流側に設けられるS成分トラップ触媒23とを主要構成要素として備える。さらに、排気浄化装置10は、還元用燃料供給管24と、燃料中のS成分をトラップするS成分吸着剤25を主要構成要素として備える。   As described above, the exhaust purification device 10 is a device that traps NOx and SOx contained in the exhaust gas of the internal combustion engine 11 to purify the exhaust, and also has a function of reducing the trapped NOx and detoxifying it. Have. As shown in FIG. 1, the exhaust purification device 10 includes an exhaust pipe 17, a NOx storage catalyst 22 provided in the exhaust pipe 17, and an S component trap catalyst 23 provided upstream of the NOx storage catalyst 22 in the exhaust pipe 17. And as a main component. Further, the exhaust purification device 10 includes a reducing fuel supply pipe 24 and an S component adsorbent 25 that traps an S component in the fuel as main components.

NOx吸蔵触媒22は、排気中のNOxをトラップする機能を有し、NOxの大気中への排出を阻止するために設けられる。また、詳しくは後述するように、トラップしたNOxを還元して無害化放出する機能も有する。このような機能を有するNOx吸蔵触媒22は、上記のように、排気管17内に設けられ、触媒物質と、NOx吸着剤と、これらを担持する触媒担体とから構成されている。   The NOx storage catalyst 22 has a function of trapping NOx in the exhaust, and is provided to prevent NOx from being discharged into the atmosphere. Further, as will be described in detail later, it also has a function of detoxifying and releasing trapped NOx. The NOx storage catalyst 22 having such a function is provided in the exhaust pipe 17 as described above, and is composed of a catalyst substance, a NOx adsorbent, and a catalyst carrier that carries these.

触媒担体としては、三次元網目構造のモノリス担体やペレット状担体、ハニカム構造のパティキュレートフィルタ等が挙げられる。パティキュレートフィルタは、平行に伸びる複数の排気流通路を有し、例えば、コージライトのような多孔質材料から形成されている。パティキュレートフィルタのような触媒担体の表面に、NOx吸蔵剤の層が形成されると共に、触媒物質として貴金属触媒が分散して担持され、NOx吸蔵触媒22を構成している。   Examples of the catalyst carrier include a three-dimensional network monolith carrier, a pellet carrier, and a honeycomb particulate filter. The particulate filter has a plurality of exhaust flow passages extending in parallel, and is made of a porous material such as cordierite, for example. A layer of a NOx storage agent is formed on the surface of a catalyst carrier such as a particulate filter, and a noble metal catalyst is dispersed and supported as a catalyst material to constitute the NOx storage catalyst 22.

貴金属触媒としては、例えば、白金(Pt)が用いられ、NOx吸蔵剤を構成する成分としては、例えば、カリウム(K)、ナトリウム(Na)、セシウム(Cs)のようなアルカリ金属、バリウム(Ba)、カルシウム(Ca)のようなアルカリ土類金属、ランタン(La)、イットリウム(Y)のような希土類金属から選ばれた少なくとも1つが用いられている。   As the noble metal catalyst, for example, platinum (Pt) is used, and as the component constituting the NOx storage agent, for example, alkali metal such as potassium (K), sodium (Na), cesium (Cs), barium (Ba) ), Alkaline earth metals such as calcium (Ca), and rare earth metals such as lanthanum (La) and yttrium (Y) are used.

NOx吸蔵触媒22によれば、例えば、排気中に含まれるNOが白金(Pt)上で酸化されてNO2となり、NOx吸蔵剤の構成成分(例えば、酸化バリウムBaO)と結合して、硝酸イオン(NO3 -)の形でNOx吸蔵剤に吸収される。排気中の酸素濃度が高いとき、即ち、通常の排気条件では、白金(Pt)の表面でNO2が生成され、NOx吸蔵剤のNOx吸収能力が飽和しない限り、排気中のNOxは、硝酸イオン(NO3 -)の形でNOx吸蔵剤に吸収されることになる。 According to the NOx storage catalyst 22, for example, has been become NO 2 oxidation NO contained in the exhaust gas on the platinum (Pt), components of the NOx storage agent (e.g., barium oxide BaO) combined with nitrate ions It is absorbed by the NOx storage agent in the form of (NO 3 ). When the oxygen concentration in the exhaust gas is high, that is, under normal exhaust conditions, NO 2 is generated on the surface of platinum (Pt), and NOx in the exhaust gas is nitrate ions unless the NOx absorption capacity of the NOx storage agent is saturated. It is absorbed by the NOx storage agent in the form of (NO 3 ).

一方、NOx吸蔵触媒22を後述する還元用燃料によって還元雰囲気にすると、排気中の酸素濃度が低下するために反応が逆方向(NO3 -→NO2)に進む。そして、NOx吸蔵剤内の硝酸イオンNO3 -がNO2の形でNOx吸蔵剤から放出され、放出されたNOxは排気中に含まれる未燃HC、COによって還元されて、N2(H2O、CO2)となって大気中に放出されることになる。 On the other hand, when the NOx occlusion catalyst 22 is made into a reducing atmosphere with a reducing fuel described later, the oxygen concentration in the exhaust gas decreases, so that the reaction proceeds in the reverse direction (NO 3 → NO 2 ). Then, nitrate ions NO 3 in the NOx storage agent are released from the NOx storage agent in the form of NO 2 , and the released NOx is reduced by unburned HC and CO contained in the exhaust gas, and N 2 (H 2 O, CO 2 ) and released into the atmosphere.

NOx吸蔵触媒22の上流側に設けられるS成分トラップ触媒23は、排気中のS成分、特にSOxをトラップする機能を有する。S成分トラップ触媒23をNOx吸蔵触媒22の上流側に設けることによって、内燃機関11から排出されるSOxがNOx吸蔵触媒22に送り込まれることを阻止することができる。   The S component trap catalyst 23 provided on the upstream side of the NOx storage catalyst 22 has a function of trapping S components in the exhaust gas, particularly SOx. By providing the S component trap catalyst 23 on the upstream side of the NOx storage catalyst 22, it is possible to prevent the SOx discharged from the internal combustion engine 11 from being sent to the NOx storage catalyst 22.

S成分トラップ触媒23は、触媒物質、SOx吸着剤と、これらを担持する触媒担体とから構成することができ、触媒物質等の各構成要素は、NOx吸蔵触媒22と同種のものを使用することができる。S成分トラップ触媒23によって、排気中に含まれるSOxは、触媒担体中を拡散して、その表面に存在する白金(Pt)によって酸化され、次いでSOx吸着剤に吸収される。即ち、白金により酸化されたSO2は、硫酸イオン(SO4 2-)形で触媒担体上に形成されたSOx吸着剤のコート層内に拡散して硫酸塩を形成することによりトラップされる。 The S component trap catalyst 23 can be composed of a catalyst material, an SOx adsorbent, and a catalyst carrier that supports them, and each component such as the catalyst material should be of the same type as the NOx storage catalyst 22. Can do. By the S component trap catalyst 23, SOx contained in the exhaust gas diffuses in the catalyst carrier, is oxidized by platinum (Pt) present on the surface thereof, and is then absorbed by the SOx adsorbent. That is, SO 2 oxidized by platinum is trapped by diffusing into the SOx adsorbent coat layer formed on the catalyst support in the form of sulfate ions (SO 4 2− ) to form sulfates.

S成分トラップ触媒23は、S成分のトラップ能力が低下したときに交換される、或いはトラップしたS成分を放出させることもできるが、ユーザーの利便性向上、NOx吸蔵触媒22のS被毒防止の観点から、車両の走行距離を考慮して交換不要な容量のS成分とラップ触媒23を予め搭載しておくことが好ましい。特に、後述のS成分吸着剤25を内燃機関11の燃料供給側にも設けた場合には、S成分トラップ触媒23にトラップされるS成分の量が半減するので、S成分トラップ触媒23の容量をコンパクト化しても交換不要とすることができる。   The S component trap catalyst 23 can be replaced when the trapping ability of the S component is reduced, or the trapped S component can be released. From the viewpoint, it is preferable that an S component having a capacity that does not need to be replaced and the lap catalyst 23 are mounted in advance in consideration of the travel distance of the vehicle. In particular, when the S component adsorbent 25 described later is also provided on the fuel supply side of the internal combustion engine 11, the amount of S component trapped by the S component trap catalyst 23 is halved. Even if it is made compact, it can be made unnecessary to replace.

上記のように、NOx吸蔵触媒22を還元雰囲気にすると、排気中の酸素濃度が低下するために吸着されているNOxを無害化して放出することができる。そして、排気浄化装置10は、NOx吸蔵触媒22を還元する還元剤として燃料を使用し、還元用燃料をNOx吸蔵触媒22へ供給するために還元用燃料供給管24を備える。   As described above, when the NOx storage catalyst 22 is in a reducing atmosphere, the oxygen concentration in the exhaust gas decreases, so that the adsorbed NOx can be rendered harmless and released. The exhaust purification device 10 includes a reducing fuel supply pipe 24 that uses fuel as a reducing agent for reducing the NOx storage catalyst 22 and supplies the reducing fuel to the NOx storage catalyst 22.

還元用燃料供給管24は、上記のように、NOx吸蔵触媒22の還元用燃料を供給するための配管であって、燃料タンク12から排気管17までを接続している。還元用燃料供給管24には、高圧ポンプ20と、排気管17との接続部近傍に還元用燃料噴射弁26とが設置され、高圧化された還元用燃料は、還元用燃料噴射弁26を開閉することにより、排気管17内に噴射される。なお、還元用燃料噴射弁26は、NOx吸蔵触媒22からトラップされたNOxを無害化放出しようとする際に、上記の電子制御ユニットの制御の下で開放されることになる。   The reducing fuel supply pipe 24 is a pipe for supplying the reducing fuel for the NOx storage catalyst 22 as described above, and connects the fuel tank 12 to the exhaust pipe 17. The reducing fuel supply pipe 24 is provided with a reducing fuel injection valve 26 in the vicinity of the connection between the high-pressure pump 20 and the exhaust pipe 17, and the reduced reducing fuel is supplied to the reducing fuel injection valve 26. By opening and closing, it is injected into the exhaust pipe 17. The reducing fuel injection valve 26 is opened under the control of the electronic control unit when attempting to detoxify and release NOx trapped from the NOx storage catalyst 22.

還元用燃料供給管24内には、S成分吸着剤25が設けられ、燃料中に含有されるS成分が除去される。したがって、還元用燃料供給管24は、排気管17において、S成分トラップ触媒23の上流側に接続されても良いが、図1に示すように、下流側に接続されることが好ましい。還元用燃料は、排気管17内に噴射されると排気と混合されて、下流側に設けられるNOx吸蔵触媒22を還元雰囲気にする。なお、還元用燃料供給管24をNOx吸蔵触媒22が充填される部分の排気管17に接続することもできる。   An S component adsorbent 25 is provided in the reducing fuel supply pipe 24 to remove the S component contained in the fuel. Therefore, the reducing fuel supply pipe 24 may be connected to the upstream side of the S component trap catalyst 23 in the exhaust pipe 17, but is preferably connected to the downstream side as shown in FIG. When the reducing fuel is injected into the exhaust pipe 17, it is mixed with the exhaust gas, and the NOx storage catalyst 22 provided on the downstream side is brought into a reducing atmosphere. Note that the reducing fuel supply pipe 24 may be connected to the exhaust pipe 17 in a portion where the NOx storage catalyst 22 is filled.

図1に示す構成とすれば、還元用燃料供給管24がS成分トラップ触媒の上流側に接続される場合と比べて、還元剤である燃料の使用量を削減することができ、NOx吸蔵触媒22の還元効率を向上させることができる。また、S成分トラップ触媒23を還元雰囲気にするとトラップされているS成分が放出される可能性があるが、同図に示す構成とすれば、S成分トラップ触媒23を還元雰囲気に曝すことが無くなるので、S成分トラップ触媒23からS成分が離脱してNOx吸蔵触媒22をS被毒するおそれがないという効果を奏する。   With the configuration shown in FIG. 1, the amount of fuel used as a reducing agent can be reduced compared to the case where the reducing fuel supply pipe 24 is connected to the upstream side of the S component trap catalyst, and the NOx storage catalyst. The reduction efficiency of 22 can be improved. Further, when the S component trap catalyst 23 is placed in a reducing atmosphere, the trapped S component may be released. However, with the configuration shown in FIG. 3, the S component trap catalyst 23 is not exposed to the reducing atmosphere. Therefore, there is an effect that there is no possibility that the S component is detached from the S component trap catalyst 23 and the NOx storage catalyst 22 is poisoned with S.

S成分吸着剤25は、上記のように、燃料中に含有されるS成分を吸着する機能を有し、還元用燃料供給管24において、還元用燃料噴射弁26よりも上流側に設けられる。また、S成分吸着剤25を、燃料タンク12と内燃機関11とを接続する燃料供給管18内にも設けることができ、このような構成とすれば、S成分トラップ触媒23の負荷を半減することができる。即ち、燃料由来分のS成分をS成分吸着剤25によって除去することができるため、S成分トラップ触媒23に導入されるS成分の量を大幅に半減することが可能になる。   As described above, the S component adsorbent 25 has a function of adsorbing the S component contained in the fuel, and is provided upstream of the reducing fuel injection valve 26 in the reducing fuel supply pipe 24. Further, the S component adsorbent 25 can also be provided in the fuel supply pipe 18 that connects the fuel tank 12 and the internal combustion engine 11. With such a configuration, the load on the S component trap catalyst 23 is halved. be able to. That is, since the S component derived from the fuel can be removed by the S component adsorbent 25, the amount of the S component introduced into the S component trap catalyst 23 can be greatly halved.

排気浄化装置10は、内燃機関11への燃料供給用及びNOx吸蔵触媒22への還元用燃料供給用の高圧ポンプ20を2つ設置することもできるが、図1に示すように、1つの高圧ポンプ20を使用して、1つのS成分吸着剤25を燃料タンク12と高圧ポンプ20との接続配管(燃料供給管18及び還元用燃料供給管24を兼用)に設けることもできる。また、S成分吸着剤25を、燃料タンク12内の燃料中に浸漬させることにより燃料と接触させることもでき、この場合には、燃料の自然流動を利用してもよく、又は強制循環を用いてもよい。   The exhaust purification device 10 can be provided with two high-pressure pumps 20 for supplying fuel to the internal combustion engine 11 and for supplying fuel for reduction to the NOx storage catalyst 22, but as shown in FIG. One S component adsorbent 25 can also be provided in a connecting pipe between the fuel tank 12 and the high-pressure pump 20 (also used as the fuel supply pipe 18 and the reducing fuel supply pipe 24) by using the pump 20. Further, the S component adsorbent 25 can be brought into contact with the fuel by immersing it in the fuel in the fuel tank 12, and in this case, the natural flow of the fuel may be used, or forced circulation is used. May be.

S成分吸着剤25は、燃料中のS成分を吸着除去できる材料であれば特に限定されない。S成分吸着剤25としては、例えば、メソポーラスシリカ多孔体(FSM)、ゼオライト、酸性白土、及び活性炭等の多孔質体、活性アルミナ、酸化チタン(TiO2)、酸化ニッケル(NiO)、二酸化マンガン(MnO2)、過マンガン酸カリウム(KMnO4)、硫酸マンガン(MnSO4)、酸化バナジウム(V25)、及び酸化モリブデン(MoO3)等の金属酸化物、白金やニッケル等の金属触媒などを使用することができる。なお、S成分吸着剤25としては、S成分トラップ触媒23と同様の触媒を使用することもできる。 The S component adsorbent 25 is not particularly limited as long as it is a material that can adsorb and remove the S component in the fuel. Examples of the S component adsorbent 25 include porous materials such as mesoporous silica (FSM), zeolite, acidic clay, and activated carbon, activated alumina, titanium oxide (TiO 2 ), nickel oxide (NiO), manganese dioxide ( Metal oxides such as MnO 2 ), potassium permanganate (KMnO 4 ), manganese sulfate (MnSO 4 ), vanadium oxide (V 2 O 5 ), and molybdenum oxide (MoO 3 ); metal catalysts such as platinum and nickel Can be used. As the S component adsorbent 25, a catalyst similar to the S component trap catalyst 23 can be used.

以上のように、排気浄化装置10は、排気管17において、排気中に含まれるNOxを吸蔵するNOx吸蔵触媒22と、NOx吸蔵触媒22の上流側に設けられ、排気中に含まれるS成分をトラップするS成分トラップ触媒23と、燃料タンク12からS成分トラップ触媒23とNOx吸蔵触媒22との間に接続される還元用燃料供給管24と、還元用燃料供給管24において還元用燃料噴射弁26の上流側に設けられS成分吸着剤25とを備えるので、NOx吸蔵触媒22にS成分が送り込まれることを完全に防止することができる。   As described above, the exhaust purification device 10 is provided in the exhaust pipe 17 at the upstream side of the NOx storage catalyst 22 that stores NOx contained in the exhaust, and the S component contained in the exhaust. The S component trap catalyst 23 to be trapped, the reduction fuel supply pipe 24 connected between the S component trap catalyst 23 and the NOx storage catalyst 22 from the fuel tank 12, and the reduction fuel injection valve in the reduction fuel supply pipe 24 Since the S component adsorbent 25 is provided upstream of the S 26, it is possible to completely prevent the S component from being fed into the NOx storage catalyst 22.

したがって、NOx吸蔵触媒22の高温再生処理が不要であって、再生処理によるNOx吸蔵触媒22の熱劣化や燃費ロスを無くし、また、熱劣化を勘案したNOx吸蔵触媒22の容量及び貴金属触媒量の増分が不要となって、NOx吸蔵触媒22のコンパクト化や低コスト化を図ることができる。また、還元剤である燃料の使用量を削減することができ、NOx吸蔵触媒の還元効率を向上させることができる。また、還元用燃料供給管24は、S成分トラップ触媒23とNOx吸蔵触媒22との間に接続されるので、S成分トラップ触媒23を還元雰囲気に曝すことが無くなって、S成分トラップ触媒23からS成分が離脱してNOx吸蔵触媒22をS被毒するおそれがない。即ち、NOx吸蔵触媒22に吸蔵されたNOxを還元するために燃料を使用することができると共に、NOx吸蔵触媒22のS被毒を確実に防止することが可能になる。   Therefore, the high temperature regeneration process of the NOx storage catalyst 22 is not required, the thermal deterioration and fuel efficiency loss of the NOx storage catalyst 22 due to the regeneration process are eliminated, and the capacity of the NOx storage catalyst 22 and the amount of the noble metal catalyst in consideration of the thermal deterioration are reduced. Increment is not required, and the NOx storage catalyst 22 can be made compact and low in cost. In addition, the amount of fuel used as the reducing agent can be reduced, and the reduction efficiency of the NOx storage catalyst can be improved. Further, since the reducing fuel supply pipe 24 is connected between the S component trap catalyst 23 and the NOx storage catalyst 22, the S component trap catalyst 23 is not exposed to the reducing atmosphere. There is no possibility that the S component is detached and the NOx storage catalyst 22 is poisoned with S. That is, fuel can be used to reduce the NOx stored in the NOx storage catalyst 22, and S poisoning of the NOx storage catalyst 22 can be reliably prevented.

10 内燃機関の排気浄化装置、11 内燃機関、12 燃料タンク、13 気筒、14 インジェクタ、15 排気マニホールド、16 排気ターボチャージャ、17 排気管、18 燃料供給管、19 コモンレール、20 高圧ポンプ、21 戻し配管、22 NOx吸蔵触媒、23 S成分トラップ触媒、24 還元用燃料供給管、25 S成分吸着剤、26 還元用燃料噴出弁。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Exhaust gas purification device of internal combustion engine, 11 Internal combustion engine, 12 Fuel tank, 13 cylinders, 14 injector, 15 Exhaust manifold, 16 Exhaust turbocharger, 17 Exhaust pipe, 18 Fuel supply pipe, 19 Common rail, 20 High pressure pump, 21 Return pipe , 22 NOx storage catalyst, 23 S component trap catalyst, 24 fuel supply pipe for reduction, 25 S component adsorbent, 26 fuel injection valve for reduction.

Claims (3)

内燃機関から排気を排出するための排気管と、
排気管内に設けられ、排気中に含まれるNOxを吸蔵するNOx吸蔵触媒と、
NOx吸蔵触媒に吸蔵されたNOxを還元する還元用燃料を燃料タンクから排気管に供給するための還元用燃料供給管と、
還元用燃料供給管を開閉して還元用燃料を噴射する還元用燃料噴射弁と、
を備えた内燃機関の排気浄化装置であって、
排気管内においてNOx吸蔵触媒の上流側に設けられ、排気中に含まれるS成分をトラップするS成分トラップ触媒と、
燃料タンク内又は還元用燃料供給管内において燃料噴射弁の上流側に設けられ、燃料中に含まれるS成分を吸着するS成分吸着剤と、
を備えることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
An exhaust pipe for exhausting the exhaust from the internal combustion engine;
A NOx storage catalyst that is provided in the exhaust pipe and stores NOx contained in the exhaust;
A reducing fuel supply pipe for supplying a reducing fuel for reducing NOx stored in the NOx storage catalyst from the fuel tank to the exhaust pipe;
A fuel injection valve for reduction for injecting the fuel for reduction by opening and closing the fuel supply pipe for reduction;
An exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine comprising:
An S component trap catalyst that is provided upstream of the NOx storage catalyst in the exhaust pipe and traps the S component contained in the exhaust;
An S component adsorbent that is provided upstream of the fuel injection valve in the fuel tank or the fuel supply pipe for reduction, and adsorbs the S component contained in the fuel;
An exhaust emission control device for an internal combustion engine, comprising:
請求項1に記載の内燃機関の排気浄化装置において、
還元用燃料供給管は、
S成分トラップ触媒とNOx吸蔵触媒との間に接続されることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
The exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to claim 1,
The fuel supply pipe for reduction is
An exhaust purification device for an internal combustion engine, which is connected between an S component trap catalyst and a NOx storage catalyst.
請求項1又は2に記載の内燃機関の排気浄化装置において、
S成分吸着剤は、
さらに、燃料タンクと内燃機関とを接続する燃料供給管内に設けられることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
The exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to claim 1 or 2,
S component adsorbent is
Further, the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine is provided in a fuel supply pipe connecting the fuel tank and the internal combustion engine.
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