JP6094556B2 - Highly active substance addition equipment - Google Patents

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Description

本発明は、NOxの還元に用いる還元剤を添加する、高活性物質添加装置に関する。   The present invention relates to a highly active substance addition apparatus for adding a reducing agent used for NOx reduction.

従来より、内燃機関の排気に含まれるNOx(窒素酸化物)を、触媒上で還元剤と反応させて浄化する技術が知られている。そして、特許文献1には、静電気により微粒化した液体の還元剤を、放電する電極間に通過させることで改質し、改質された還元剤を触媒の上流側へ添加する高活性物質添加装置が開示されている。   2. Description of the Related Art Conventionally, a technique for purifying NOx (nitrogen oxide) contained in exhaust gas of an internal combustion engine by reacting with a reducing agent on a catalyst is known. In Patent Document 1, a highly active substance addition is performed in which a liquid reducing agent atomized by static electricity is reformed by passing between discharge electrodes, and the reformed reducing agent is added to the upstream side of the catalyst. An apparatus is disclosed.

特開2009−162173号公報JP 2009-162173 A

しかし、上記従来の高活性物質添加装置では、還元剤を微粒化させる際の構成が比較的複雑であり、また、気化した還元剤が凝縮して、例えば空気通路や電極等に付着することがある。このような付着が生じると、付着した還元剤が気化するタイミングについては意図通りに制御できないので、改質した還元剤を触媒の上流側へ添加するにあたり、所望のタイミングで添加できなくなる。   However, in the conventional highly active substance addition apparatus, the configuration when atomizing the reducing agent is relatively complicated, and the reducing agent that has vaporized may condense and adhere to, for example, an air passage or an electrode. is there. When such adhesion occurs, the timing at which the adhering reducing agent vaporizes cannot be controlled as intended. Therefore, when the reformed reducing agent is added to the upstream side of the catalyst, it cannot be added at a desired timing.

本発明は、上記問題を鑑みてなされたもので、その目的は、還元剤を容易に、且つ十分に気化し、さらに、還元剤が付着することの抑制を図った高活性物質添加装置を提供することにある。   The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a highly active substance addition device that easily and sufficiently vaporizes the reducing agent and further suppresses the attachment of the reducing agent. There is to do.

ここに開示される発明は上記目的を達成するために以下の技術的手段を採用する。なお、特許請求の範囲およびこの項に記載した括弧内の符号は、ひとつの態様として後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであって、発明の技術的範囲を限定するものではない。   The invention disclosed herein employs the following technical means to achieve the above object. Note that the reference numerals in parentheses described in the claims and in this section indicate a corresponding relationship with specific means described in the embodiments described later as one aspect, and limit the technical scope of the invention. Not what you want.

開示される発明のひとつは高活性物質添加装置である。この高活性物質添加装置は、内燃機関(10)の排気に含まれるNOxを還元触媒上で浄化するNOx浄化装置(15)が排気通路(10ex)に備えられた燃焼システムに設けられ、排気通路のうち還元触媒の上流側へ還元剤を添加することを前提とする。そして、供給された液体の炭化水素を加熱して、その炭化水素の炭素数を減少させるようにクラッキングさせる加熱手段(34A、34B)を備え、加熱手段は、液体の炭化水素を加熱して気化する気化加熱面(343、342A)、および気化した炭化水素をさらに加熱してクラッキングするクラッキング加熱面(344、342B)を有するとともに、前記気化加熱面を加熱する発熱体(341A)および前記クラッキング加熱面を加熱する発熱体(341B)を別々に有し、加熱手段によりクラッキングされた炭化水素を、部分酸化させることで、高活性物質として改質還元剤を生成することを特徴とする。 One of the disclosed inventions is a highly active substance adding device. This highly active substance addition device is provided in a combustion system in which an NOx purification device (15) for purifying NOx contained in exhaust gas of an internal combustion engine (10) on a reduction catalyst is provided in an exhaust passage (10ex). It is assumed that a reducing agent is added to the upstream side of the reduction catalyst. Then, heating means ( 34A, 34B) for heating the supplied liquid hydrocarbon and cracking so as to reduce the carbon number of the hydrocarbon is provided, and the heating means heats the liquid hydrocarbon. vaporizing heated surface for vaporizing (343,342A), and the vaporized hydrocarbons further heated while chromatic cracking heated surface cracking (344,342B), heating elements for heating the vaporizing heating surface (341A) and said heating elements for heating the cracking heating surface (341B) possess separately, the cracked hydrocarbon by the heating means, by partial oxidation, and generating a reformed reducing agent as a highly active substance .

この発明によれば、供給された炭化水素が気化された後にクラッキングされることにより、該炭化水素の沸点が低下する。そのため、供給された炭化水素は十分に気化され、凝縮して通路や電極等に付着することが抑制される。よって、改質した還元剤を排気通路へ添加するにあたり所望のタイミングで添加できなくなる、といった不具合を比較的容易に抑制できる。   According to the present invention, the boiling point of the hydrocarbon is lowered by cracking after the supplied hydrocarbon is vaporized. Therefore, the supplied hydrocarbons are sufficiently vaporized, and are prevented from condensing and adhering to the passages and electrodes. Therefore, it is possible to relatively easily suppress the problem that the modified reducing agent cannot be added at a desired timing when it is added to the exhaust passage.

本発明の第1実施形態に係る高活性物質添加装置、およびその装置が適用される燃焼システムを示す模式図。The schematic diagram which shows the combustion system to which the highly active substance addition apparatus which concerns on 1st Embodiment of this invention, and its apparatus are applied. 第1実施形態において、加熱手段の詳細を示す模式図。The schematic diagram which shows the detail of a heating means in 1st Embodiment. 第1実施形態において、加熱手段の加熱面で生じる膜沸騰を説明する図。The figure explaining film | membrane boiling which arises on the heating surface of a heating means in 1st Embodiment. 第1実施形態において、改質HCが生成されるメカニズムを説明する模式図。The schematic diagram explaining the mechanism in which reformed HC is generated in a 1st embodiment. 第1実施形態において、オゾンが生成されるメカニズムを説明する模式図。The schematic diagram explaining the mechanism by which ozone is produced | generated in 1st Embodiment. 第1実施形態において、放電リアクタの断面構造を模式的に示す図。The figure which shows typically the cross-section of a discharge reactor in 1st Embodiment. 第1実施形態において、オゾン生成と改質HC生成とを切り替える制御の手順を示すフローチャート。The flowchart which shows the procedure of the control which switches ozone production | generation and reformed HC production | generation in 1st Embodiment. 第1実施形態において、燃料供給量およびヒータ温度を制御する手順を示すフローチャート。The flowchart which shows the procedure which controls fuel supply amount and heater temperature in 1st Embodiment. 本発明の第2実施形態において、加熱手段の詳細を示す模式図。The schematic diagram which shows the detail of a heating means in 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第3実施形態において、加熱手段の詳細を示す模式図。The schematic diagram which shows the detail of a heating means in 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第4実施形態において、加熱手段の詳細を示す模式図。The schematic diagram which shows the detail of a heating means in 4th Embodiment of this invention. 本発明の第5実施形態において、加熱手段の詳細を示す模式図。The schematic diagram which shows the detail of a heating means in 5th Embodiment of this invention. 膜沸騰を抑制することによる効果を説明する図。The figure explaining the effect by suppressing film boiling. 本発明の第6実施形態に係る高活性物質添加装置、およびその装置が適用される燃焼システムを示す模式図。The schematic diagram which shows the combustion system to which the highly active substance addition apparatus which concerns on 6th Embodiment of this invention, and its apparatus are applied.

以下、図面を参照しながら発明を実施するための複数の形態を説明する。各形態において、先行する形態で説明した事項に対応する部分には同一の参照符号を付して重複する説明を省略する場合がある。各形態において、構成の一部のみを説明している場合は、構成の他の部分については先行して説明した他の形態を参照し適用することができる。   Hereinafter, a plurality of modes for carrying out the invention will be described with reference to the drawings. In each embodiment, portions corresponding to the matters described in the preceding embodiment may be denoted by the same reference numerals and redundant description may be omitted. In each embodiment, when only a part of the configuration is described, the other configurations described above can be applied to other portions of the configuration.

(第1実施形態)
図1に示す燃焼システムは、以下に詳述する内燃機関10、過給機11、微粒子捕集装置(DPF14)、NOx浄化装置15、還元剤浄化装置(DOC16)および高活性物質添加装置を備える。燃焼システムは車両に搭載されたものであり、当該車両は、内燃機関10の出力を駆動源として走行する。内燃機関10は、圧縮自着火式のディーゼルエンジンであり、燃焼に用いる燃料には軽油を用いている。
(First embodiment)
The combustion system shown in FIG. 1 includes an internal combustion engine 10, a supercharger 11, a particulate collection device (DPF 14), a NOx purification device 15, a reducing agent purification device (DOC 16), and a highly active substance addition device, which will be described in detail below. . The combustion system is mounted on a vehicle, and the vehicle travels using the output of the internal combustion engine 10 as a drive source. The internal combustion engine 10 is a compression self-ignition diesel engine, and light oil is used as a fuel for combustion.

過給機11は、タービン11a、回転軸11bおよびコンプレッサ11cを備える。タービン11aは、内燃機関10の排気通路10exに配置され、排気の運動エネルギにより回転する。回転軸11bは、タービン11aおよびコンプレッサ11cの各インペラを結合することで、タービン11aの回転力をコンプレッサ11cに伝達する。コンプレッサ11cは、内燃機関10の吸気通路10inに配置され、吸気を圧縮して内燃機関10へ過給する。   The supercharger 11 includes a turbine 11a, a rotating shaft 11b, and a compressor 11c. The turbine 11a is disposed in the exhaust passage 10ex of the internal combustion engine 10 and rotates by the kinetic energy of the exhaust. The rotating shaft 11b couples the impellers of the turbine 11a and the compressor 11c to transmit the rotational force of the turbine 11a to the compressor 11c. The compressor 11c is disposed in the intake passage 10in of the internal combustion engine 10, compresses the intake air, and supercharges the internal combustion engine 10.

吸気通路10inのうちコンプレッサ11cの下流側には、コンプレッサ11cで圧縮された吸気を冷却する冷却器12が配置されている。冷却器12により冷却された圧縮吸気は、スロットルバルブ13により流量調整された後、吸気マニホールドにより内燃機関10の複数の燃焼室へ分配される。   A cooler 12 for cooling the intake air compressed by the compressor 11c is disposed on the downstream side of the compressor 11c in the intake passage 10in. The compressed intake air cooled by the cooler 12 is adjusted in flow rate by a throttle valve 13 and then distributed to a plurality of combustion chambers of the internal combustion engine 10 by an intake manifold.

排気通路10exのうちタービン11aの下流側には、DPF14(Diesel Particulate Filter)、NOx浄化装置15、DOC16(Diesel Oxidation Catalyst)が順に配置されている。DPF14は、排気に含まれている微粒子を捕集する。排気通路10exのうちDPF14の下流側かつNOx浄化装置15の上流側には、高活性物質添加装置の供給管24が接続されている。この供給管24から排気通路10exへ、高活性物質添加装置により生成された改質還元剤が添加される。改質還元剤とは、還元剤として用いる炭化水素(燃料)を部分的に酸化して部分酸化炭化水素に改質したものであり、図4を用いて後に詳述する。   In the exhaust passage 10ex, on the downstream side of the turbine 11a, a DPF 14 (Diesel Particulate Filter), a NOx purification device 15, and a DOC 16 (Diesel Oxidation Catalyst) are arranged in this order. The DPF 14 collects fine particles contained in the exhaust. A supply pipe 24 of a highly active substance addition device is connected to the exhaust passage 10ex on the downstream side of the DPF 14 and the upstream side of the NOx purification device 15. The reforming / reducing agent generated by the highly active substance adding device is added from the supply pipe 24 to the exhaust passage 10ex. The reforming / reducing agent is obtained by partially oxidizing a hydrocarbon (fuel) used as the reducing agent to reform it into a partially oxidized hydrocarbon, which will be described in detail later with reference to FIG.

NOx浄化装置15は、還元触媒を担持するハニカム状の担体15bと、担体15bを内部に収容するハウジング15aとを備える。NOx浄化装置15は、排気中のNOxを還元触媒上で改質還元剤と反応させてNに還元することで、排気に含まれているNOxを浄化する。なお、排気中にはNOxの他にOも含まれているが、改質還元剤はO存在下においてNOxと選択的に反応する。 The NOx purification device 15 includes a honeycomb-shaped carrier 15b that carries a reduction catalyst, and a housing 15a that houses the carrier 15b. The NOx purifying device 15 purifies NOx contained in the exhaust by reacting NOx in the exhaust with the reforming reducing agent on the reduction catalyst and reducing it to N 2 . The exhaust gas contains O 2 in addition to NOx, but the reforming / reducing agent reacts selectively with NOx in the presence of O 2 .

還元触媒には、NOxを吸着する機能を有したものが用いられている。詳細には、還元反応が可能となる活性化温度よりも触媒温度が低い場合には、還元触媒は排気中のNOxを吸着する機能を発揮する。そして、触媒温度が活性化温度以上の場合には、吸着されていたNOxは改質還元剤により還元されて、還元触媒から放出される。例えば、担体15bに担持された銀アルミナによる還元触媒により、NOx吸着機能を有したNOx浄化装置15が提供される。   A reduction catalyst having a function of adsorbing NOx is used. Specifically, when the catalyst temperature is lower than the activation temperature at which the reduction reaction is possible, the reduction catalyst exhibits a function of adsorbing NOx in the exhaust. When the catalyst temperature is equal to or higher than the activation temperature, the adsorbed NOx is reduced by the reforming reducing agent and released from the reduction catalyst. For example, the NOx purification device 15 having a NOx adsorption function is provided by a reduction catalyst made of silver alumina supported on the carrier 15b.

DOC16は、酸化触媒を担持する担体をハウジング内に収容して構成されている。DOC16は、還元触媒上にてNOx還元に用いられずにNOx浄化装置15から流出した還元剤を、酸化触媒上で酸化する。これにより、排気通路10exの出口から還元剤が大気に放出されることを防止する。なお、酸化触媒の活性化温度(例えば200℃)は、還元触媒の活性化温度(例えば250℃)よりも低い。   The DOC 16 is configured by accommodating a carrier carrying an oxidation catalyst in a housing. The DOC 16 oxidizes the reducing agent that has not been used for NOx reduction on the reduction catalyst and has flowed out of the NOx purification device 15 on the oxidation catalyst. This prevents the reducing agent from being released into the atmosphere from the outlet of the exhaust passage 10ex. Note that the activation temperature of the oxidation catalyst (eg, 200 ° C.) is lower than the activation temperature of the reduction catalyst (eg, 250 ° C.).

次に、改質還元剤を生成して供給管24から排気通路10exへ添加する高活性物質添加装置について説明する。高活性物質添加装置は、以下に詳述する放電リアクタ20、エアポンプ31、燃料噴射弁33および電気ヒータ34を備える。放電リアクタ20は、接地電圧および高電圧となる一対の電極21を複数組備える。各々の電極21は平板形状であり、互いに平行に対向するように配置されている。電極21への電圧印加は、電子制御装置(ECU80)が備えるマイクロコンピュータ(マイコン81)により制御される。   Next, a highly active substance adding device that generates a reforming and reducing agent and adds it to the exhaust passage 10ex from the supply pipe 24 will be described. The highly active substance addition apparatus includes a discharge reactor 20, an air pump 31, a fuel injection valve 33, and an electric heater 34, which will be described in detail below. The discharge reactor 20 includes a plurality of pairs of a pair of electrodes 21 that have a ground voltage and a high voltage. Each electrode 21 has a flat plate shape and is disposed so as to face each other in parallel. The voltage application to the electrode 21 is controlled by a microcomputer (microcomputer 81) included in the electronic control unit (ECU 80).

放電リアクタ20の上流側には、内部に混合室30aを形成する混合ケース30が取り付けられている。混合室30aには、エアポンプ31により送風された空気が送風管32を通じて流入する。エアポンプ31は電動モータにより駆動し、その電動モータはマイコン81により制御される。エアポンプ31が送風する空気は、高活性物質添加装置の周囲に存在する常温常圧の大気である。空気には酸素分子が含まれているので、酸素を含むガスをエアポンプ31は混合室30aへ供給していると言える。以下、このように少なくとも酸素を含むガスのことを、単に酸素ガスと呼ぶ。エアポンプ31は酸素ガスを放電リアクタ20へ供給する「酸素供給手段」を提供する。   A mixing case 30 that forms a mixing chamber 30 a is attached to the upstream side of the discharge reactor 20. The air blown by the air pump 31 flows into the mixing chamber 30a through the blow pipe 32. The air pump 31 is driven by an electric motor, and the electric motor is controlled by the microcomputer 81. The air blown by the air pump 31 is a normal temperature and normal pressure atmosphere existing around the highly active substance adding device. Since air contains oxygen molecules, it can be said that the air pump 31 supplies oxygen-containing gas to the mixing chamber 30a. Hereinafter, such a gas containing at least oxygen is simply referred to as oxygen gas. The air pump 31 provides “oxygen supply means” for supplying oxygen gas to the discharge reactor 20.

燃料タンク33t内の液体燃料は、ポンプ33pにより燃料噴射弁33に供給され、燃料噴射弁33の噴孔から混合室30aへ噴射される。燃料タンク33t内の燃料は、先述した燃焼用の燃料としても用いられており、内燃機関10の燃焼に用いる燃料と、還元剤として用いる燃料は共用される。燃料噴射弁33は、電磁ソレノイドによる電磁力により開弁作動させる構造であり、その電磁ソレノイドへの通電はマイコン81により制御される。燃料噴射弁33は、燃料を噴射することで電気ヒータ34へ炭化水素を供給する「炭化水素噴射手段」を提供する。   The liquid fuel in the fuel tank 33t is supplied to the fuel injection valve 33 by the pump 33p and injected from the injection hole of the fuel injection valve 33 into the mixing chamber 30a. The fuel in the fuel tank 33t is also used as the fuel for combustion described above, and the fuel used for combustion of the internal combustion engine 10 and the fuel used as the reducing agent are shared. The fuel injection valve 33 is structured to open by an electromagnetic force generated by an electromagnetic solenoid, and the energization of the electromagnetic solenoid is controlled by the microcomputer 81. The fuel injection valve 33 provides “hydrocarbon injection means” for supplying hydrocarbons to the electric heater 34 by injecting fuel.

ポンプ33pにより燃料噴射弁33に圧送された燃料は、燃料噴射弁33の噴孔から噴射されて減圧することにより、微粒化された状態で電気ヒータ34へ供給される。つまり、燃料噴射弁33は、液体燃料を微粒化して電気ヒータ34へ供給する「微粒化手段」も提供しており、例えば、液体燃料の粒径を60μm以下の状態にして噴射する。   The fuel pressure-fed to the fuel injection valve 33 by the pump 33p is injected from the injection hole of the fuel injection valve 33 and decompressed to be supplied to the electric heater 34 in the atomized state. That is, the fuel injection valve 33 also provides “atomization means” for atomizing the liquid fuel and supplying it to the electric heater 34. For example, the fuel injection valve 33 injects the liquid fuel with a particle size of 60 μm or less.

混合ケース30には、燃料供給管35aにより気化ケース35が接続されている。気化ケース35には、燃料噴射弁33および電気ヒータ34が取り付けられている。図2に示すように、電気ヒータ34は、通電により発熱する発熱体341と、発熱体341を覆って外部から絶縁保護する保護部材342とを備える。電気ヒータ34のうち保護部材342の部分は、気化ケース35内の気化室35bに配置される。燃料噴射弁33は、気化室35b内へ液体燃料を噴射する。噴射された微粒子状の液体燃料は電気ヒータ34により加熱される。   A vaporizing case 35 is connected to the mixing case 30 by a fuel supply pipe 35a. A fuel injection valve 33 and an electric heater 34 are attached to the vaporizing case 35. As shown in FIG. 2, the electric heater 34 includes a heating element 341 that generates heat when energized, and a protective member 342 that covers the heating element 341 and protects it from the outside. A portion of the protective member 342 in the electric heater 34 is disposed in the vaporizing chamber 35 b in the vaporizing case 35. The fuel injection valve 33 injects liquid fuel into the vaporizing chamber 35b. The injected particulate liquid fuel is heated by the electric heater 34.

保護部材342の表面は、燃料を加熱する加熱面として機能する。保護部材342は、上下方向に延びる棒状であり、加熱面の下方部分は、噴射された液体燃料を加熱して気化する気化加熱面343として機能する。加熱面の上方部分は、以下に説明するクラッキング加熱面344として機能する。クラッキング加熱面344は、気化加熱面343により気化された燃料をさらに加熱して、炭素数の少ない炭化水素に分解する。このように分解されることをクラッキングと呼び、クラッキングされた燃料は沸点が低くなる。   The surface of the protection member 342 functions as a heating surface that heats the fuel. The protection member 342 has a rod shape extending in the vertical direction, and a lower portion of the heating surface functions as a vaporization heating surface 343 that heats and vaporizes the injected liquid fuel. The upper part of the heating surface functions as a cracking heating surface 344 described below. The cracking heating surface 344 further heats the fuel vaporized by the vaporization heating surface 343 and decomposes it into hydrocarbons having a small number of carbon atoms. Such cracking is called cracking, and the cracked fuel has a low boiling point.

気化加熱面343およびクラッキング加熱面344は同一の熱源(発熱体341)を共有していると言える。発熱体341への通電状態はマイコン81により制御される。例えば、軽油がクラッキングされる温度(350℃〜500℃)に燃料を加熱するよう、マイコン81が発熱体341を制御することで、液体燃料は混合室30a内で気化してクラッキングされる。また、クラッキング可能温度は気化温度よりも高いので、発熱体341をクラッキング可能温度以上に制御することで、気化加熱面343は必然的に気化温度以上になる。   It can be said that the vaporization heating surface 343 and the cracking heating surface 344 share the same heat source (heating element 341). The microcomputer 81 controls the energization state of the heat generator 341. For example, the microcomputer 81 controls the heating element 341 so that the fuel is heated to a temperature at which light oil is cracked (350 ° C. to 500 ° C.), whereby the liquid fuel is vaporized and cracked in the mixing chamber 30a. Further, since the cracking possible temperature is higher than the vaporization temperature, the vaporization heating surface 343 inevitably becomes equal to or higher than the vaporization temperature by controlling the heating element 341 to be equal to or higher than the cracking possible temperature.

図3に示すように気化ケース35内へ噴射される液体燃料の単位時間当たりの噴射量が、単位時間当たりに気化する気化量よりも多くなると、気化ケース35内に液体燃料が貯留されることとなる。この場合、気化ケース35は、噴射された液体燃料を気化するまで一時的に貯留する貯留槽を提供する。図中の符号Lは、気化ケース35内に溜まった燃料の液面を示す。液面Lから蒸発した気体燃料は、液面Lの上方に位置するクラッキング加熱面344によりさらに加熱されてクラッキングされる。   As shown in FIG. 3, when the amount of liquid fuel injected into the vaporization case 35 per unit time is larger than the amount of vaporization vaporized per unit time, the liquid fuel is stored in the vaporization case 35. It becomes. In this case, the vaporizing case 35 provides a storage tank that temporarily stores the injected liquid fuel until it is vaporized. The symbol L in the figure indicates the liquid level of the fuel accumulated in the vaporizing case 35. The gaseous fuel evaporated from the liquid level L is further heated and cracked by the cracking heating surface 344 located above the liquid level L.

燃料噴射弁33は、気化加熱面343へ向けて液体燃料を噴き付けるように配置されている。また、燃料噴射弁33は、気化加熱面343の上方側から液体燃料を噴き付けるように、上下方向に延びる棒状の保護部材342に対して傾けて配置されている。気化ケース35内に液体燃料が溜まった状態では、燃料噴射弁33から噴射された燃料は液面Lに噴き付けられる。   The fuel injection valve 33 is disposed so as to spray liquid fuel toward the vaporization heating surface 343. Further, the fuel injection valve 33 is disposed so as to be inclined with respect to the rod-shaped protection member 342 extending in the vertical direction so as to spray liquid fuel from the upper side of the vaporization heating surface 343. In a state where liquid fuel is accumulated in the vaporizing case 35, the fuel injected from the fuel injection valve 33 is sprayed onto the liquid level L.

混合室30aでは、電気ヒータ34により気化およびクラッキングされた燃料と、エアポンプ31により供給された酸素ガスを含む空気とが混合される。その混合気は、放電リアクタ20の電極21間の電極間通路21aを流通し、供給管24を通じて排気通路10exへ添加される。放電リアクタ20は、混合気に含まれる燃料(炭化水素)を酸化させて高活性物質として改質還元剤を生成する。以下、図4を用いてその生成反応について説明する。   In the mixing chamber 30a, the fuel vaporized and cracked by the electric heater 34 and the air containing the oxygen gas supplied by the air pump 31 are mixed. The air-fuel mixture flows through the interelectrode passage 21 a between the electrodes 21 of the discharge reactor 20 and is added to the exhaust passage 10 ex through the supply pipe 24. The discharge reactor 20 oxidizes fuel (hydrocarbon) contained in the air-fuel mixture to generate a reforming reducing agent as a highly active substance. Hereinafter, the production reaction will be described with reference to FIG.

先ず、図4中の符号(1)に示すように、電極21から放出された電子が、混合気に含まれる酸素ガス(酸素分子)に衝突する。すると、酸素分子は電離して活性酸素の状態になる(符号(2)参照)。次に、活性酸素は、混合気に含まれる気体燃料(炭化水素)と反応して炭化水素を部分的に酸化する(符号(3)参照)。これにより、炭化水素が部分的に酸化された状態の改質還元剤が生成される(符号(4)参照)。改質還元剤の具体例としては、炭化水素の一部がヒドロキシ基(OH)、アルデヒド基(CHO)に酸化された状態の部分酸化物が挙げられる。   First, as indicated by reference numeral (1) in FIG. 4, the electrons emitted from the electrode 21 collide with oxygen gas (oxygen molecules) contained in the air-fuel mixture. Then, the oxygen molecules are ionized and become active oxygen (see symbol (2)). Next, the active oxygen reacts with the gaseous fuel (hydrocarbon) contained in the air-fuel mixture to partially oxidize the hydrocarbon (see symbol (3)). Thereby, the reforming / reducing agent in a state where the hydrocarbons are partially oxidized is generated (see reference numeral (4)). Specific examples of the reforming / reducing agent include partial oxides in a state in which a part of the hydrocarbon is oxidized to a hydroxy group (OH) or an aldehyde group (CHO).

さらに放電リアクタ20は、燃料噴射弁33による燃料噴射が停止されて燃料が流入していない状態では、図5に示すようにオゾンを活発に生成するようになる。すなわち、先ず、電極21から放出された電子が、エアポンプ31により送風されてくる酸素ガス(酸素分子)に衝突する(符号(1)参照)。すると、酸素分子は電離して活性酸素の状態になる(符号(2)参照)。そして活性酸素は、送風されてくる酸素分子と反応して酸化する(符号(5)参照)。   Further, the discharge reactor 20 actively generates ozone as shown in FIG. 5 in a state where the fuel injection by the fuel injection valve 33 is stopped and no fuel flows. That is, first, electrons emitted from the electrode 21 collide with oxygen gas (oxygen molecules) blown by the air pump 31 (see reference numeral (1)). Then, the oxygen molecules are ionized and become active oxygen (see symbol (2)). Then, the active oxygen is oxidized by reacting with the oxygen molecules that are blown (see symbol (5)).

要するに、電極21に電圧を印加してエアポンプ31を作動させた状態にすれば、放電リアクタ20は、酸素ガスをグロー放電によりプラズマ状態にして、酸素分子を電離させて活性酸素にする。そして、この状態で燃料が噴射されていれば、放電リアクタ20は活性酸素により燃料を部分的に酸化させて改質還元剤を生成する。一方、燃料噴射が停止されていれば、放電リアクタ20は活性酸素により酸素ガスから高活性物質としてオゾンを生成する。生成された改質還元剤またはオゾンは、エアポンプ31の送風圧力により電極21間の電極間通路21aから流出し、供給管24を通じて排気通路10exへ添加される。   In short, if a voltage is applied to the electrode 21 to activate the air pump 31, the discharge reactor 20 turns oxygen gas into a plasma state by glow discharge and ionizes oxygen molecules into active oxygen. If the fuel is injected in this state, the discharge reactor 20 partially oxidizes the fuel with active oxygen to generate a reforming and reducing agent. On the other hand, if the fuel injection is stopped, the discharge reactor 20 generates ozone as a highly active substance from the oxygen gas by active oxygen. The generated reforming / reducing agent or ozone flows out from the interelectrode passage 21 a between the electrodes 21 by the blowing pressure of the air pump 31, and is added to the exhaust passage 10 ex through the supply pipe 24.

放電リアクタ20は、内部に流通路22aを形成するハウジング22を備え、流通路22aに電極21が配置されている(図1参照)。以下、ハウジング22内部における電極21の配置状態を、図6を用いて詳細に説明する。図示されるように、電極21は、絶縁基板21b、金属板21cおよび絶縁保護膜21dを備えて構成されている。絶縁基板21bは、セラミック製であり、金属板21cを保持する。金属板21cに高電圧が印加されることにより流通路22aにおいて放電する。絶縁保護膜21dは、金属板21cが電極間通路21aに露出しないように、電極間通路21a側から金属板21cの表面を覆う。   The discharge reactor 20 includes a housing 22 that forms a flow passage 22a therein, and an electrode 21 is disposed in the flow passage 22a (see FIG. 1). Hereinafter, the arrangement state of the electrodes 21 in the housing 22 will be described in detail with reference to FIG. As illustrated, the electrode 21 includes an insulating substrate 21b, a metal plate 21c, and an insulating protective film 21d. The insulating substrate 21b is made of ceramic and holds the metal plate 21c. When a high voltage is applied to the metal plate 21c, discharge occurs in the flow passage 22a. The insulating protective film 21d covers the surface of the metal plate 21c from the interelectrode passage 21a side so that the metal plate 21c is not exposed to the interelectrode passage 21a.

複数の電極21は、スペーサ23を介して積層配置されている。これにより、平板形状の電極21が互いに平行に対向するように配置される。また、一対の電極21はスペーサ23により所定の間隔に保たれ、電極21間に電極間通路21aが形成される。放電リアクタ20は、一対の電極21を複数組備えている。各々の電極21間において、図4および図5を用いて説明した通り改質還元剤およびオゾンが生成される。   The plurality of electrodes 21 are stacked and arranged via spacers 23. Thereby, the flat electrode 21 is arrange | positioned so that it may mutually oppose in parallel. The pair of electrodes 21 is kept at a predetermined interval by the spacer 23, and an interelectrode passage 21 a is formed between the electrodes 21. The discharge reactor 20 includes a plurality of pairs of electrodes 21. As described with reference to FIGS. 4 and 5, the reforming / reducing agent and ozone are generated between the electrodes 21.

ECU80が備えるマイコン81は、プログラムを記憶する記憶装置と、記憶されたプログラムにしたがって演算処理を実行する中央演算処理装置と、を備える。ECU80は、各種センサの検出値に基づき内燃機関10の作動を制御する。上記各種センサの具体例として、アクセルペダルセンサ91、機関回転速度センサ92、スロットル開度センサ93、吸気圧センサ94、吸気量センサ95、排気温度センサ96等が挙げられる。   The microcomputer 81 provided in the ECU 80 includes a storage device that stores a program and a central processing unit that executes arithmetic processing according to the stored program. The ECU 80 controls the operation of the internal combustion engine 10 based on detection values of various sensors. Specific examples of the various sensors include an accelerator pedal sensor 91, an engine speed sensor 92, a throttle opening sensor 93, an intake pressure sensor 94, an intake air amount sensor 95, an exhaust temperature sensor 96, and the like.

アクセルペダルセンサ91は、ユーザのアクセルペダル踏込量を検出する。機関回転速度センサ92は、内燃機関10の出力軸10aの回転速度を検出する。スロットル開度センサ93はスロットルバルブ13の開度を検出する。吸気圧センサ94は、吸気通路10inのうちスロットルバルブ13の下流側の圧力を検出する。吸気量センサ95は吸気の質量流量を検出する。   The accelerator pedal sensor 91 detects a user's accelerator pedal depression amount. The engine rotation speed sensor 92 detects the rotation speed of the output shaft 10 a of the internal combustion engine 10. The throttle opening sensor 93 detects the opening of the throttle valve 13. The intake pressure sensor 94 detects the pressure on the downstream side of the throttle valve 13 in the intake passage 10in. The intake air amount sensor 95 detects the mass flow rate of intake air.

概略、ECU80は、出力軸10aの回転速度および内燃機関10の負荷に応じて、図示しない燃料噴射弁から噴射される燃焼用燃料の噴射量および噴射時期を制御する。さらにECU80は、排気温度センサ96により検出された排気温度に基づき、高活性物質添加装置の作動を制御する。すなわち、マイコン81は、図7および図8に示す手順のプログラムを所定周期で繰り返し実行することで、改質還元剤の生成とオゾンの生成を切り替えるように制御する。これらのプログラムは、イグニッションスイッチがオン操作されたことをトリガとして始動し、内燃機関10の運転期間中は常時実行される。   In general, the ECU 80 controls the injection amount and injection timing of combustion fuel injected from a fuel injection valve (not shown) according to the rotation speed of the output shaft 10a and the load of the internal combustion engine 10. Further, the ECU 80 controls the operation of the highly active substance adding device based on the exhaust temperature detected by the exhaust temperature sensor 96. That is, the microcomputer 81 performs control so that the generation of the reforming / reducing agent and the generation of ozone are switched by repeatedly executing the program of the procedure shown in FIGS. 7 and 8 at a predetermined period. These programs are triggered by the ignition switch being turned on as a trigger, and are always executed during the operation period of the internal combustion engine 10.

先ず、図7のステップS10において、マイコン81はエアポンプ31を作動させる。続くステップS11では、電極21へ電圧を印加して放電リアクタ20での放電を実施する。続くステップS12では、NOx浄化装置15が有する還元触媒の温度(NOx触媒温度)が、活性化温度未満であるか否かを判定する。NOx触媒温度は、排気温度センサ96により検出された排気温度から推定される。ここで、還元触媒の活性化温度とは、改質還元剤によりNOxを還元浄化できる温度を示す。   First, in step S10 in FIG. 7, the microcomputer 81 operates the air pump 31. In subsequent step S <b> 11, a voltage is applied to the electrode 21 to discharge in the discharge reactor 20. In subsequent step S12, it is determined whether or not the temperature of the reduction catalyst (NOx catalyst temperature) of the NOx purification device 15 is lower than the activation temperature. The NOx catalyst temperature is estimated from the exhaust temperature detected by the exhaust temperature sensor 96. Here, the activation temperature of the reduction catalyst indicates a temperature at which NOx can be reduced and purified by the reforming reducing agent.

NOx触媒温度が活性化温度未満であると判定された場合には、ステップS13においてオゾン生成フラグをオンに設定する。このオゾン生成フラグは、図5の如くオゾンを生成するように指令するものである。一方、NOx触媒温度が活性化温度未満でないと判定された場合には、ステップS14において改質フラグをオンに設定する。この改質フラグは、図4の如く改質還元剤を生成するように指令するものである。   If it is determined that the NOx catalyst temperature is lower than the activation temperature, the ozone generation flag is set to ON in step S13. This ozone generation flag instructs to generate ozone as shown in FIG. On the other hand, if it is determined that the NOx catalyst temperature is not lower than the activation temperature, the reforming flag is set to ON in step S14. This reforming flag instructs to generate a reforming reducing agent as shown in FIG.

次に、図8のステップS20では、改質フラグがオンに設定されているか否かを判定する。改質フラグがオンでないと判定されれば、続くステップS21にて電気ヒータ34への通電を停止させるとともに、ステップS22において、燃料噴射を停止させるように燃料噴射弁33を閉弁作動させる。ステップS22の処理を実行している時のマイコン81は「オゾン生成制御手段」を提供する。   Next, in step S20 of FIG. 8, it is determined whether or not the reforming flag is set to ON. If it is determined that the reforming flag is not on, energization of the electric heater 34 is stopped in the subsequent step S21, and the fuel injection valve 33 is closed so as to stop the fuel injection in step S22. The microcomputer 81 at the time of executing the process of step S22 provides “ozone generation control means”.

一方、改質フラグがオンであると判定されれば、続くステップS23にて、NOx浄化装置15が単位時間当りに必要とする改質還元剤の量(必要還元剤量)を算出する。このステップS23の処理を実行している時のマイコン81は「必要量算出手段」を提供する。以下、必要還元剤量を算出する具体例を説明する。   On the other hand, if it is determined that the reforming flag is on, in the subsequent step S23, the amount of reforming reducing agent (necessary reducing agent amount) required by the NOx purification device 15 per unit time is calculated. The microcomputer 81 at the time of executing the process of step S23 provides “necessary amount calculation means”. Hereinafter, a specific example of calculating the necessary reducing agent amount will be described.

先ず、内燃機関10の負荷、出力軸10aの回転速度および燃焼用の燃料の噴射量等、内燃機関10の運転状態に基づき、排気中のNOx濃度および排気量を算出する。次に、算出したNOx濃度および排気量に基づき排気中のNOx量(NOx排出量)を算出する。次に、算出したNOx排出量、供給した改質還元剤量およびNOx触媒温度等の履歴に基づき、NOx浄化装置15で吸着されているNOx量(NOx吸着量)を算出する。次に、算出したNOx吸着量に現時点でのNOx排出量を加算してNOx総量を算出する。次に、NOx総量を浄化するのに必要な改質還元剤の量を、必要還元剤量として算出する。   First, the NOx concentration in the exhaust gas and the exhaust amount are calculated based on the operating state of the internal combustion engine 10 such as the load of the internal combustion engine 10, the rotational speed of the output shaft 10a, and the amount of fuel injected for combustion. Next, the NOx amount (NOx emission amount) in the exhaust gas is calculated based on the calculated NOx concentration and the exhaust gas amount. Next, the amount of NOx adsorbed by the NOx purification device 15 (NOx adsorption amount) is calculated based on the calculated NOx emission amount, the supplied amount of reforming / reducing agent, NOx catalyst temperature, and the like. Next, the total NOx amount is calculated by adding the current NOx emission amount to the calculated NOx adsorption amount. Next, the amount of reforming / reducing agent necessary to purify the total NOx amount is calculated as the necessary reducing agent amount.

以上の如くステップS23にて必要還元剤量を算出した後、続くステップS24では、算出した必要還元剤量に基づき目標ヒータ温度を算出する。具体的には、必要還元剤量が多いほど目標ヒータ温度を高く設定する。但し、目標ヒータ温度の下限値はクラッキング可能温度以上に設定される。   After calculating the required reducing agent amount in step S23 as described above, in the subsequent step S24, the target heater temperature is calculated based on the calculated required reducing agent amount. Specifically, the target heater temperature is set higher as the required amount of reducing agent is larger. However, the lower limit value of the target heater temperature is set to be equal to or higher than the crackable temperature.

続くステップS25では、目標ヒータ温度となるように電気ヒータ34への供給電力を制御する。例えば、電気ヒータ34へ印加する電圧のパルス幅をデューティ制御することで供給電力を制御する。燃料が気化する際に、気化潜熱によって気化加熱面343から熱量を持ち去るため、気化潜熱による温度低下分を考慮して、目標ヒータ温度となるように電気ヒータ34へ電力供給する。続くステップS26では、単位時間当たりの燃料噴射量が必要還元剤量になるよう、燃料噴射弁33の開弁時間を制御して燃料噴射を実施する。ステップS26の処理を実行している時のマイコン81は「改質制御手段」を提供する。   In the subsequent step S25, the power supplied to the electric heater 34 is controlled so as to reach the target heater temperature. For example, the supply power is controlled by duty-controlling the pulse width of the voltage applied to the electric heater 34. When the fuel is vaporized, the amount of heat is removed from the vaporization heating surface 343 by the latent heat of vaporization. Therefore, electric power is supplied to the electric heater 34 so as to reach the target heater temperature in consideration of the temperature decrease due to the latent vaporization heat. In the subsequent step S26, the fuel injection is performed by controlling the valve opening time of the fuel injection valve 33 so that the fuel injection amount per unit time becomes the required reducing agent amount. The microcomputer 81 when executing the process of step S26 provides “reforming control means”.

以上に説明した通り、本実施形態に係る高活性物質添加装置は、電極21の放電により酸素ガスを電離させる放電リアクタ20と、液体燃料を加熱して、その燃料の炭素数を減少させるようにクラッキングさせる電気ヒータ34とを備える。そして、電気ヒータ34によりクラッキングされた燃料を放電リアクタ20へ供給することで、該燃料を、電離された酸素ガスで部分的に酸化させて改質還元剤を生成する。   As described above, the highly active substance adding device according to this embodiment is configured to heat the liquid fuel and reduce the carbon number of the fuel by discharging the oxygen gas by the discharge of the electrode 21 and the liquid fuel. And an electric heater 34 for cracking. Then, by supplying the fuel cracked by the electric heater 34 to the discharge reactor 20, the fuel is partially oxidized with the ionized oxygen gas to generate the reforming and reducing agent.

そのため、燃料の沸点がクラッキングされることにより低下するので、気化した燃料が酸素ガスによって冷却されて温度低下する際に、燃料が再度液化することが抑制される。つまり、燃料供給管35aから供給される気体燃料が、凝縮して電極21に付着することを抑制できる。よって、改質還元剤が低排気温時に意図に反して添加されたり、改質還元剤の添加が遅れたりする等の不具合、つまり、改質還元剤を排気通路10exへ添加するタイミングを意図通りに制御できなくなる不具合を抑制できる。   Therefore, since the boiling point of the fuel is lowered by being cracked, the fuel is suppressed from being liquefied again when the vaporized fuel is cooled by oxygen gas and the temperature is lowered. That is, the gaseous fuel supplied from the fuel supply pipe 35 a can be prevented from condensing and adhering to the electrode 21. Therefore, the problem that the reforming / reducing agent is added unintentionally at a low exhaust temperature or the addition of the reforming / reducing agent is delayed, that is, the timing of adding the reforming / reducing agent to the exhaust passage 10ex as intended. It is possible to suppress a problem that the control becomes impossible.

さらに本実施形態では、電気ヒータ34は、液体燃料を加熱して気化する気化加熱面343、および気化した燃料をさらに加熱してクラッキングさせるクラッキング加熱面344を有する。このように、気化用の気化加熱面343と、クラッキング用のクラッキング加熱面344とを別々に有するので、気化加熱面343を有しない場合に比べて、クラッキング加熱面344の熱負荷を軽減できる。   Further, in the present embodiment, the electric heater 34 has a vaporization heating surface 343 that heats and vaporizes the liquid fuel, and a cracking heating surface 344 that further heats and vaporizes the vaporized fuel. As described above, since the vaporization heating surface 343 for vaporization and the cracking heating surface 344 for cracking are separately provided, the thermal load on the cracking heating surface 344 can be reduced as compared with the case where the vaporization heating surface 343 is not provided.

さらに本実施形態では、気化加熱面343およびクラッキング加熱面344は同一の熱源(発熱体341)を共有しており、発熱体341の温度は、クラッキング可能温度以上に設定されている。そのため、同一熱源で燃料の気化とクラッキングが可能となり、加熱手段の小型化を図ることができる。   Furthermore, in this embodiment, the vaporization heating surface 343 and the cracking heating surface 344 share the same heat source (heating element 341), and the temperature of the heating element 341 is set to be equal to or higher than the crackable temperature. Therefore, fuel can be vaporized and cracked with the same heat source, and the heating means can be downsized.

ここで、気化加熱面343のうち液体燃料に埋没している部分で生じる可能性のある膜沸騰について、図3を用いて説明する。貯留された液体燃料は液面Lから蒸発して気化していくが、液体燃料がある温度に達すると、液面L以外の部分で気化して気泡状態になる核沸騰が生じるようになる。図3に示す例の場合、貯留された液体燃料のうち気化加熱面343に接触している部分が最も高温になるため、この部分で最初に核沸騰が生じる。その後、液体燃料をさらに加熱していくと、上記気泡の数が増えていき、気泡同士が繋がるようになる。すると、図中の一点鎖線に示すように、気体燃料の膜Mが気化加熱面343に生じるようになる。このように膜状に沸騰する状態を膜沸騰と呼ぶ。   Here, film boiling that may occur in a portion of the vaporization heating surface 343 that is buried in the liquid fuel will be described with reference to FIG. The stored liquid fuel evaporates from the liquid level L and evaporates. However, when the liquid fuel reaches a certain temperature, nucleate boiling that vaporizes in a portion other than the liquid level L and enters a bubble state occurs. In the example shown in FIG. 3, the portion of the stored liquid fuel that is in contact with the vaporization heating surface 343 has the highest temperature, and nucleate boiling occurs first in this portion. Thereafter, when the liquid fuel is further heated, the number of bubbles increases and the bubbles are connected. Then, as shown by a one-dot chain line in the figure, a gaseous fuel film M is generated on the vaporization heating surface 343. Such a state of boiling in the form of a film is called film boiling.

気化加熱面343に気体燃料の膜Mが形成されると、気化加熱面343が液体燃料に接触することが阻害されてしまい、気化加熱面343から液体燃料への熱伝播が悪化する。つまり、気体燃料の膜Mが形成されていなければ、気化加熱面343からの熱伝導により液体燃料が加熱される。これに対し、気体燃料の膜Mが形成されると、気化加熱面343からの熱放射により液体燃料が加熱されることになるので、液体燃料の温度上昇が抑制される。   When the gaseous fuel film M is formed on the vaporization heating surface 343, the vaporization heating surface 343 is prevented from coming into contact with the liquid fuel, and heat propagation from the vaporization heating surface 343 to the liquid fuel is deteriorated. That is, if the gaseous fuel film M is not formed, the liquid fuel is heated by heat conduction from the vaporization heating surface 343. On the other hand, when the gaseous fuel film M is formed, the liquid fuel is heated by the heat radiation from the vaporization heating surface 343, so that the temperature rise of the liquid fuel is suppressed.

これに対し、本実施形態では、液体燃料を気化加熱面343へ向けて噴射するよう、燃料噴射弁33を配置している。そのため、噴射された燃料が気体燃料の膜Mに衝突して膜Mが破壊される。或いは、噴射された燃料が液面Lに衝突することで、貯留している燃料が撹拌されて膜Mが破壊される。よって、貯留する液体燃料を気化加熱面343に接触させることを促進できるので、膜沸騰の発生により気化量が低下することを抑制できる。   On the other hand, in the present embodiment, the fuel injection valve 33 is arranged so that the liquid fuel is injected toward the vaporization heating surface 343. Therefore, the injected fuel collides with the gaseous fuel film M and the film M is destroyed. Alternatively, when the injected fuel collides with the liquid level L, the stored fuel is agitated and the membrane M is destroyed. Therefore, since it can accelerate | stimulate contacting the liquid fuel to store to the vaporization heating surface 343, it can suppress that the vaporization amount falls by generation | occurrence | production of film | membrane boiling.

さらに本実施形態では、電極21は、互いに対向するように配置された平板形状であり、一対の電極21の間に、酸素ガスが流通する電極間通路21aが形成されている。このように、放電リアクタ20の電極21が平行平板構造であった場合、限られた面積で効率よく放電が可能となるが、その背反として、燃料が付着する表面が広くなる。しかも、電極21のうち電極間通路21aの端部を形成する部分に、表面張力により付着した燃料が滞留しやすくなる。そのため、電極21への付着抑制といった先述の効果が、より一層効果的に発揮されるようになる。   Furthermore, in the present embodiment, the electrodes 21 have a flat plate shape disposed so as to face each other, and an interelectrode passage 21 a through which oxygen gas flows is formed between the pair of electrodes 21. As described above, when the electrode 21 of the discharge reactor 20 has a parallel plate structure, the discharge can be efficiently performed in a limited area, but as a contradiction, the surface to which the fuel adheres becomes wide. Moreover, the fuel adhering to the surface tension tends to stay in the portion of the electrode 21 that forms the end of the interelectrode passage 21a. Therefore, the above-described effects such as suppression of adhesion to the electrode 21 are more effectively exhibited.

さらに本実施形態では、供給された酸素ガスを放電により電離させて活性酸素にする放電リアクタ20と、放電リアクタ20へ燃料を供給する燃料噴射弁33とを備える。そして、図8のステップS22によるオゾン生成制御手段、およびステップS26による改質制御手段がマイコン81により提供される。そのため、オゾン生成制御手段により燃料噴射を停止させれば、活性酸素によりオゾンが生成され、改質制御手段により燃料を噴射させれば、活性酸素により燃料が酸化(改質)されて改質還元剤が生成される。よって、1つの放電リアクタ20で、還元剤の改質とオゾン生成の両方を実現できる。   Furthermore, in this embodiment, the discharge reactor 20 which ionizes supplied oxygen gas by discharge and makes it active oxygen, and the fuel injection valve 33 which supplies a fuel to the discharge reactor 20 are provided. And the ozone production | generation control means by FIG.8 S22 and the reforming control means by step S26 are provided by the microcomputer 81. FIG. Therefore, if fuel injection is stopped by the ozone generation control means, ozone is generated by active oxygen, and if fuel is injected by the reforming control means, the fuel is oxidized (reformed) by active oxygen and reformed and reduced. An agent is produced. Therefore, both the reforming of the reducing agent and the generation of ozone can be realized with one discharge reactor 20.

ここで、液体燃料が電極21に付着すると、改質還元剤の生成からオゾンの生成に切り替えた場合に、燃料供給を停止させているにも拘わらず、付着していた燃料が気化して電極間通路21a内に燃料が存在することとなる。すると、放電により生成された活性酸素は、燃料を酸化させて改質還元剤を生成してしまい、酸素分子を酸化させてオゾンを生成する量が少なくなる。これに対し本実施形態によれば、上述の如く電極21への燃料付着を抑制できるので、オゾン生成フラグオン時に改質還元剤が生成されるといった不具合を抑制できる。   Here, when the liquid fuel adheres to the electrode 21, when switching from the generation of the reforming / reducing agent to the generation of ozone, the adhering fuel is vaporized and the electrode is vaporized even though the fuel supply is stopped. There will be fuel in the inter-passage 21a. Then, the active oxygen generated by the discharge oxidizes the fuel to generate a reforming and reducing agent, and the amount of ozone that is generated by oxidizing oxygen molecules is reduced. On the other hand, according to this embodiment, since the fuel adhesion to the electrode 21 can be suppressed as described above, it is possible to suppress the problem that the reforming / reducing agent is generated when the ozone generation flag is on.

さらに本実施形態では、液体燃料を微粒化した状態で電気ヒータ34へ供給する燃料噴射弁33を備える。そのため、電気ヒータ34にて液体燃料を気化してクラッキングするのに要する時間が短縮される。よって、必要還元剤量に対する改質還元剤の添加の応答性を速くできる。   Furthermore, in this embodiment, the fuel injection valve 33 which supplies the liquid fuel to the electric heater 34 in the state atomized is provided. Therefore, the time required to vaporize and crack the liquid fuel with the electric heater 34 is shortened. Therefore, the responsiveness of adding the modified reducing agent with respect to the necessary reducing agent amount can be accelerated.

さらに本実施形態では、図8のステップS23により必要還元剤量を算出し、必要還元剤量に応じてヒータ温度および燃料噴射量を制御する。これによれば、必要還元剤量が多い場合には、燃料噴射量を増大させるのみならず、ヒータ温度も上昇させて添加量を増大できる。一方、必要還元剤量が少ない場合には、燃料噴射量を減少させるとともにヒータ温度も低下させることで、電気ヒータ34での消費電力軽減を図ることができる。   Further, in the present embodiment, the necessary reducing agent amount is calculated in step S23 of FIG. 8, and the heater temperature and the fuel injection amount are controlled according to the necessary reducing agent amount. According to this, when the amount of necessary reducing agent is large, not only the fuel injection amount can be increased, but also the heater temperature can be increased to increase the addition amount. On the other hand, when the required amount of reducing agent is small, the power consumption in the electric heater 34 can be reduced by reducing the fuel injection amount and lowering the heater temperature.

さらに本実施形態では、還元触媒がNOxを吸着する機能を有している。そのため、放電リアクタ20にて生成されたオゾンを排気通路10exに添加すると、排気中のNOがNOに酸化され、還元触媒に吸着されやすくなる。よって、生成したオゾンを、還元触媒でのNOx吸着性向上に利用することができる。 Furthermore, in this embodiment, the reduction catalyst has a function of adsorbing NOx. Therefore, when ozone generated in the discharge reactor 20 is added to the exhaust passage 10ex, NO in the exhaust is oxidized to NO 2 and is easily adsorbed by the reduction catalyst. Therefore, the generated ozone can be used for improving NOx adsorption on the reduction catalyst.

さらに本実施形態では、還元触媒が活性化温度未満であることを条件としてオゾンを生成させ、還元触媒が活性化温度以上であることを条件として改質還元剤を生成させる。そのため、還元触媒が還元能力を発揮できない低温時に改質還元剤が排気通路10exに添加されることを回避できる。そして、上記低温時には排気通路10exにオゾンを添加してNOをNOに酸化させ、NOx吸着性を向上させるので、低温時にNOxが浄化されないままNOx浄化装置15から流出することを抑制できる。また、オゾンは高温であるほど熱分解しやすくなるが、本実施形態では、上記低温時にオゾンが排気通路10exに添加され、低温時以外では添加されない。よって、添加したオゾンが排気熱で熱分解するおそれを低減できる。 Further, in the present embodiment, ozone is generated on the condition that the reduction catalyst is lower than the activation temperature, and the reforming reducing agent is generated on the condition that the reduction catalyst is higher than the activation temperature. Therefore, it can be avoided that the reforming reducing agent is added to the exhaust passage 10ex at a low temperature when the reduction catalyst cannot exhibit the reducing ability. And, at the low temperature, ozone is added to the exhaust passage 10ex to oxidize NO to NO 2 and improve NOx adsorption, so that NOx can be prevented from flowing out of the NOx purification device 15 without being purified at low temperatures. Further, although ozone is more likely to be thermally decomposed as the temperature is higher, in the present embodiment, ozone is added to the exhaust passage 10ex when the temperature is low, and is not added except when the temperature is low. Therefore, the possibility that the added ozone is thermally decomposed by exhaust heat can be reduced.

(第2実施形態)
図9に示す本実施形態では、気化加熱面343およびクラッキング加熱面344の各々にメッシュ部材345、346が取り付けられている。気化加熱面343に取り付けられたメッシュ部材345は、気化ケース35に溜まった液体燃料を毛細管現象により引き寄せて気化加熱面343へ付着させるように機能し、「毛細管部材」を提供する。これによれば、気化加熱面343に液体燃料が強制的に付着されるようになるので、図3に示す膜Mの形成が抑制される。よって、膜沸騰の発生により気化量が低下することを抑制できる。
(Second Embodiment)
In this embodiment shown in FIG. 9, mesh members 345 and 346 are attached to the vaporization heating surface 343 and the cracking heating surface 344, respectively. The mesh member 345 attached to the vaporization heating surface 343 functions to attract the liquid fuel accumulated in the vaporization case 35 by the capillary phenomenon and adhere to the vaporization heating surface 343, thereby providing a “capillary member”. According to this, since the liquid fuel is forcibly attached to the vaporization heating surface 343, the formation of the film M shown in FIG. 3 is suppressed. Therefore, it can suppress that the vaporization amount falls by generation | occurrence | production of film | membrane boiling.

クラッキング加熱面344に取り付けられたメッシュ部材346は、気化した燃料を加熱する面積を拡大させるように機能し、「加熱面積拡大部材」を提供する。これによれば、クラッキング加熱面344により加熱されたメッシュ部材346が気体燃料を加熱するので、クラッキング加熱面344およびメッシュ部材346の両方により気体燃料は加熱される。このことは、クラッキング加熱面344と気体燃料との接触面積をメッシュ部材346が増大させているとも言える。よって、気体燃料がクラッキング加熱面344により加熱されることが促進され、気体燃料のクラッキングが促進される。   The mesh member 346 attached to the cracking heating surface 344 functions to increase the area for heating the vaporized fuel and provides a “heating area expanding member”. According to this, since the mesh member 346 heated by the cracking heating surface 344 heats the gaseous fuel, the gaseous fuel is heated by both the cracking heating surface 344 and the mesh member 346. This can be said that the mesh member 346 increases the contact area between the cracking heating surface 344 and the gaseous fuel. Therefore, it is promoted that the gaseous fuel is heated by the cracking heating surface 344, and the cracking of the gaseous fuel is promoted.

(第3実施形態)
図2および図9に示す実施形態では、加熱面が上下方向に延びる向きに電気ヒータ34を設置している。これに対し、図10に示す本実施形態では、加熱面が左右方向に延びる向きに電気ヒータ34を設置している。燃料噴射弁33から噴射された液体燃料が気化加熱面343には直接付着し、クラッキング加熱面344には直接付着しないよう、燃料噴射弁33および電気ヒータ34は配置されている。
(Third embodiment)
In the embodiment shown in FIGS. 2 and 9, the electric heater 34 is installed in a direction in which the heating surface extends in the vertical direction. On the other hand, in this embodiment shown in FIG. 10, the electric heater 34 is installed in the direction in which the heating surface extends in the left-right direction. The fuel injection valve 33 and the electric heater 34 are arranged so that the liquid fuel injected from the fuel injection valve 33 directly adheres to the vaporization heating surface 343 and does not directly adhere to the cracking heating surface 344.

(第4実施形態)
図2、図9および図10に示す実施形態では、気化加熱面343およびクラッキング加熱面344は同一の熱源(発熱体341)を共有している。これに対し、図11に示す本実施形態では、気化加熱用の第1電気ヒータ34Aと、クラッキング加熱用の第2電気ヒータ34Bとを別々に設けている。
(Fourth embodiment)
In the embodiment shown in FIGS. 2, 9, and 10, the vaporization heating surface 343 and the cracking heating surface 344 share the same heat source (heating element 341). On the other hand, in this embodiment shown in FIG. 11, the first electric heater 34A for vaporization heating and the second electric heater 34B for cracking heating are provided separately.

各々の電気ヒータ34A、34Bは、発熱体341A、341Bと、発熱体341A、341Bを覆って外部から絶縁保護する保護部材342A、342Bとを備える。保護部材342Aの表面は気化加熱用の加熱面として機能し、保護部材342Bの表面はクラッキング加熱用の加熱面として機能する。燃料噴射弁33および第1電気ヒータ34Aが取り付けられた第1ケース351と、第2電気ヒータ34Bが取り付けられた第2ケース352とが、連通管353により接続されている。   Each of the electric heaters 34A and 34B includes heating elements 341A and 341B, and protection members 342A and 342B that cover the heating elements 341A and 341B and are insulated and protected from the outside. The surface of the protection member 342A functions as a heating surface for vaporization heating, and the surface of the protection member 342B functions as a heating surface for cracking heating. A first case 351 to which the fuel injection valve 33 and the first electric heater 34A are attached and a second case 352 to which the second electric heater 34B is attached are connected by a communication pipe 353.

第1ケース351内の第1空間351aでは、噴射された液体燃料が第1電気ヒータ34Aにより加熱されて気化する。気化した燃料は、連通管353を通じて第2ケース352内の第2空間352aへ流入し、第2電気ヒータ34Bにより加熱されてクラッキングされる。クラッキングされた気体燃料は、燃料供給管35aを通じて混合室30aへ流入する。   In the first space 351a in the first case 351, the injected liquid fuel is heated and vaporized by the first electric heater 34A. The vaporized fuel flows into the second space 352a in the second case 352 through the communication pipe 353, and is heated and cracked by the second electric heater 34B. The cracked gaseous fuel flows into the mixing chamber 30a through the fuel supply pipe 35a.

(第5実施形態)
図2、図9、図10および図11に示す実施形態では、燃料噴射弁33の噴孔から液体燃料を噴射して微粒化させている。これに対し図12に示す本実施形態では、燃料噴射弁33を電磁バルブ33Aに置き換えている。マイコン81により電磁バルブ33Aが開弁するように制御されると、ポンプ33pから供給された燃料は微粒化されることなく電磁バルブ33Aから気化ケース35へ流出し、気化ケース35内に一旦貯留される。その後、貯留された液体燃料は、気化加熱面343により加熱されて液面Lから蒸発し、その後さらにクラッキング加熱面344により加熱されてクラッキングされる。
(Fifth embodiment)
In the embodiment shown in FIGS. 2, 9, 10, and 11, liquid fuel is injected from the injection hole of the fuel injection valve 33 to be atomized. On the other hand, in this embodiment shown in FIG. 12, the fuel injection valve 33 is replaced with an electromagnetic valve 33A. When the microcomputer 81 controls the electromagnetic valve 33A to open, the fuel supplied from the pump 33p flows out from the electromagnetic valve 33A to the vaporizing case 35 without being atomized, and is temporarily stored in the vaporizing case 35. The Thereafter, the stored liquid fuel is heated by the vaporization heating surface 343 and evaporated from the liquid surface L, and then further heated by the cracking heating surface 344 and cracked.

但し、電磁バルブ33Aを用いた本実施形態に係るバルブ方式によれば、燃料噴射弁33を用いたインジェクタ方式の如く、先述した膜沸騰の抑制を十分に図ることができない。図13は、インジェクタ方式による膜沸騰抑制の効果を示す試験結果であり、図中の符合L1はインジェクタ方式、符号L2はバルブ方式の試験結果である。この試験では、沸点Taになっているヒータ温度をさらに上昇させていき、クラッキングが可能な温度Tb以上にまで上昇させた場合における、単位時間当りの気化量とヒータ温度との関係を計測している。   However, according to the valve system according to the present embodiment using the electromagnetic valve 33A, the above-described film boiling cannot be sufficiently suppressed unlike the injector system using the fuel injection valve 33. FIG. 13 shows the test results showing the effect of suppressing the film boiling by the injector method. In FIG. 13, reference numeral L1 shows the injector method and reference character L2 shows the valve method. In this test, the heater temperature at the boiling point Ta is further increased, and the relationship between the amount of vaporization per unit time and the heater temperature is measured when the temperature is increased to a temperature Tb or higher at which cracking is possible. Yes.

図示されるように、ヒータ温度が沸点Taから上昇してある温度に達するまでは、インジェクタ方式およびバルブ方式のいずれにおいても気化量は同様に増加していく。しかし、バルブ方式の場合、ヒータ温度がある温度に達した時点で、膜沸騰が発生して気化量が急激に減少していく。これに対し、インジェクタ方式の場合には、クラッキングが可能な温度Tbを超えてヒータ温度を上昇させていっても、直ぐには膜沸騰が発生せず気化量は増加していく。したがって、インジェクタ方式を採用して膜沸騰発生を抑制させれば、クラッキングが可能な温度Tbにヒータ温度を制御しても、膜沸騰は発生しない。   As shown in the figure, the vaporization amount similarly increases in both the injector method and the valve method until the heater temperature rises from the boiling point Ta and reaches a certain temperature. However, in the case of the valve method, when the heater temperature reaches a certain temperature, film boiling occurs and the amount of vaporization decreases rapidly. On the other hand, in the case of the injector system, even if the heater temperature is increased beyond the temperature Tb at which cracking is possible, film boiling does not occur immediately and the amount of vaporization increases. Therefore, if the injector system is employed to suppress the occurrence of film boiling, film boiling does not occur even if the heater temperature is controlled to a temperature Tb at which cracking is possible.

(第6実施形態)
上記第1実施形態では、放電リアクタ20は、電気ヒータ34より空気流れ下流側に設置されている。これに対し本実施形態では、図14に示すように、電気ヒータ34より空気流れ上流側に放電リアクタ20が設置されている。エアポンプ31により送風された空気は先ず放電リアクタ20に流入する。この放電リアクタ20の電極21間で放電させると、空気中の酸素からオゾンが生成される。このように生成されたオゾンは、空気とともに供給管24へ供給される。
(Sixth embodiment)
In the first embodiment, the discharge reactor 20 is installed downstream of the electric heater 34 in the air flow. On the other hand, in this embodiment, as shown in FIG. 14, the discharge reactor 20 is installed upstream of the electric heater 34 in the air flow. The air blown by the air pump 31 first flows into the discharge reactor 20. When discharging is performed between the electrodes 21 of the discharge reactor 20, ozone is generated from oxygen in the air. The ozone thus generated is supplied to the supply pipe 24 together with air.

なお、本実施形態に係る放電リアクタ20、気化ケース35、燃料噴射弁33、および電気ヒータ34の構造は、上記第1実施形態と同じである。そして、燃料噴射弁33および電気ヒータ34の制御内容についても、本実施形態は上記第1実施形態と同じである。よって、燃料噴射弁33から噴射された液体燃料は、気化室35bにおいて気化およびクラッキングされる。   The structures of the discharge reactor 20, the vaporization case 35, the fuel injection valve 33, and the electric heater 34 according to the present embodiment are the same as those in the first embodiment. And also about the control content of the fuel injection valve 33 and the electric heater 34, this embodiment is the same as the said 1st Embodiment. Therefore, the liquid fuel injected from the fuel injection valve 33 is vaporized and cracked in the vaporization chamber 35b.

さて、上記第1実施形態では、クラッキングされた気体燃料を放電リアクタ20へ供給し、放電リアクタ20の内部で燃料を部分酸化させて改質させている。これに対し本実施形態では、主に供給管24内で燃料を部分酸化させている。すなわち、気化室35bで気化されてクラッキングされた燃料は、燃料供給管35aから流出した後、エアポンプ31により送風される空気と供給管24内で混合され、この空気に含まれる酸素により部分酸化(改質)される。このように改質された燃料(還元剤)は供給管24を通じて排気通路10exに添加される。また、エアポンプ31により送風される空気には、放電リアクタ20により生成されたオゾンが含まれており、このオゾンが、上記部分酸化の反応を促進させる。   In the first embodiment, the cracked gaseous fuel is supplied to the discharge reactor 20, and the fuel is partially oxidized inside the discharge reactor 20 to be reformed. On the other hand, in the present embodiment, the fuel is partially oxidized mainly in the supply pipe 24. That is, the fuel that has been vaporized and cracked in the vaporizing chamber 35b flows out of the fuel supply pipe 35a, is mixed in the supply pipe 24 with the air blown by the air pump 31, and is partially oxidized by oxygen contained in this air ( Modified). The fuel (reducing agent) thus reformed is added to the exhaust passage 10ex through the supply pipe 24. The air blown by the air pump 31 contains ozone generated by the discharge reactor 20, and this ozone promotes the partial oxidation reaction.

以上に説明した通り、本実施形態においても、供給された液体の炭化水素を加熱して、その炭化水素の炭素数を減少させるようにクラッキングさせる電気ヒータ34(加熱手段)を備える。加熱手段は、液体の炭化水素を加熱して気化する気化加熱面343、および気化した炭化水素をさらに加熱してクラッキングするクラッキング加熱面344を有する。そして、加熱手段によりクラッキングされた炭化水素から高活性物質として改質還元剤を生成する。   As described above, the present embodiment also includes the electric heater 34 (heating means) that heats the supplied liquid hydrocarbon and cracks it so as to reduce the carbon number of the hydrocarbon. The heating means has a vaporization heating surface 343 for heating and vaporizing liquid hydrocarbons, and a cracking heating surface 344 for further heating and cracking the vaporized hydrocarbons. And a reforming reducing agent is produced | generated as a highly active substance from the hydrocarbon cracked by the heating means.

そのため、燃料の沸点がクラッキングされることにより低下するので、気化した燃料が、エアポンプ31から送風される空気によって冷却されて温度低下する際に、燃料が再度液化することが抑制される。つまり、燃料供給管35aから供給される気体燃料が、凝縮して供給管24の内壁面に付着することを抑制できる。よって、このように付着した燃料が意図に反した時期に排気通路10exへ添加される不具合を抑制できる。   Therefore, since the boiling point of the fuel is lowered by being cracked, the fuel is suppressed from being liquefied again when the vaporized fuel is cooled by the air blown from the air pump 31 and the temperature is lowered. That is, it is possible to suppress the gaseous fuel supplied from the fuel supply pipe 35 a from condensing and adhering to the inner wall surface of the supply pipe 24. Therefore, it is possible to suppress a problem that the fuel adhering in this way is added to the exhaust passage 10ex at a time contrary to the intention.

(他の実施形態)
以上、発明の好ましい実施形態について説明したが、発明は上述した実施形態に何ら制限されることなく、以下に例示するように種々変形して実施することが可能である。各実施形態で具体的に組合せが可能であることを明示している部分同士の組合せばかりではなく、特に組合せに支障が生じなければ、明示してなくとも実施形態同士を部分的に組み合せることも可能である。
(Other embodiments)
The preferred embodiments of the present invention have been described above, but the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made as illustrated below. Not only combinations of parts that clearly show that combinations are possible in each embodiment, but also combinations of the embodiments even if they are not explicitly stated unless there is a problem with the combination. Is also possible.

図8のステップS26において燃料噴射量を制御するにあたり、クラッキング加熱面344が埋没しないように噴射量を制御することが望ましい。これによれば、気化ケース35内で気化した燃料が、クラッキングされないまま燃料供給管35aから流出することを抑制できる。   In controlling the fuel injection amount in step S26 of FIG. 8, it is desirable to control the injection amount so that the cracking heating surface 344 is not buried. According to this, it is possible to suppress the fuel vaporized in the vaporization case 35 from flowing out from the fuel supply pipe 35a without being cracked.

図1に示す実施形態では、液体の炭化水素を加熱して気化させる加熱手段として電気ヒータ34を採用しているが、内燃機関10の廃熱を利用した熱交換器を加熱手段として採用してもよい。また、図1に示す実施形態では、燃料噴射弁33から混合室30aへ液体燃料を供給しているが、混合室30aの外部で液体燃料を加熱して気化させておき、気体燃料を混合室30aへ供給するようにしてもよい。   In the embodiment shown in FIG. 1, the electric heater 34 is employed as a heating means for heating and vaporizing liquid hydrocarbons, but a heat exchanger using waste heat of the internal combustion engine 10 is employed as the heating means. Also good. In the embodiment shown in FIG. 1, the liquid fuel is supplied from the fuel injection valve 33 to the mixing chamber 30a. However, the liquid fuel is heated and vaporized outside the mixing chamber 30a, and the gaseous fuel is mixed into the mixing chamber 30a. You may make it supply to 30a.

図1に示す実施形態では、車両搭載状態において板形状の電極21が水平の向きになるように放電リアクタ20を設置している。これに対し、板形状の電極21の板面が水平方向に対して傾くように設置することで、電極21に付着した液体燃料が重力で落下しやすくなるようにしてもよい。また、板形状の電極21の板面が上下方向に対して平行な向きになるように設置してもよい。   In the embodiment shown in FIG. 1, the discharge reactor 20 is installed so that the plate-like electrode 21 is in a horizontal orientation in a vehicle-mounted state. On the other hand, the liquid fuel attached to the electrode 21 may be easily dropped by gravity by installing the plate-shaped electrode 21 so that the plate surface is inclined with respect to the horizontal direction. Moreover, you may install so that the plate | board surface of the plate-shaped electrode 21 may become the direction parallel to the up-down direction.

図1に示す実施形態では、液体の炭化水素を微粒化して加熱手段へ供給する微粒化手段として、燃料噴射弁33を採用している。これに対し、超音波等の高周波数で振動する振動板に液体燃料を接触させることで、液体燃料を振動させて微粒化させる振動装置を、微粒化手段として採用してもよい。   In the embodiment shown in FIG. 1, the fuel injection valve 33 is employed as the atomizing means for atomizing liquid hydrocarbons and supplying them to the heating means. On the other hand, a vibrating device that vibrates the liquid fuel and makes it atomize by bringing the liquid fuel into contact with a vibration plate that vibrates at a high frequency such as ultrasonic waves may be employed as the atomizing means.

図1に示す実施形態では、放電リアクタ20へ酸素ガスを供給する酸素供給手段として、大気を送風するエアポンプ31を採用している。これに対し、内燃機関10の吸気の一部を分岐させて放電リアクタ20へ流入させるようにしてもよい。この場合、コンプレッサ11cの下流側に位置する吸気通路10inのうち、冷却器12の上流部分から吸気を分岐させてもよいし、冷却器12の下流部分から吸気を分岐させてもよい。   In the embodiment shown in FIG. 1, an air pump 31 that blows air is used as oxygen supply means for supplying oxygen gas to the discharge reactor 20. On the other hand, a part of the intake air of the internal combustion engine 10 may be branched and allowed to flow into the discharge reactor 20. In this case, in the intake passage 10in located on the downstream side of the compressor 11c, the intake air may be branched from the upstream portion of the cooler 12, or the intake air may be branched from the downstream portion of the cooler 12.

また、冷却器12の上流部分から冷却器12により冷却される前の高温吸気を分岐させるモードと、冷却器12の下流部分から冷却器12により冷却された後の低温吸気を分岐させるモードとを切り替えるようにしてもよい。この場合、オゾン生成時には低温吸気を分岐させるモードにして、生成したオゾンが吸気の熱で破壊されることを抑制することが望ましい。また、改質還元剤生成時には高温吸気を分岐させるモードにして、電気ヒータ34により加熱された燃料が、混合室30a内で吸気により冷却されることを抑制することが望ましい。   Further, a mode in which the high-temperature intake air before being cooled by the cooler 12 is branched from the upstream portion of the cooler 12 and a mode in which the low-temperature intake air after being cooled by the cooler 12 from the downstream portion of the cooler 12 are branched. You may make it switch. In this case, it is desirable to suppress the destruction of the generated ozone by the heat of the intake air by setting a mode in which the low-temperature intake air is branched when ozone is generated. In addition, it is desirable to suppress the cooling of the fuel heated by the electric heater 34 by the intake air in the mixing chamber 30a by setting the mode in which the high temperature intake air is branched when the reforming / reducing agent is generated.

オゾンの生成および改質還元剤の生成をともに停止させている完全停止の場合には、放電リアクタ20による放電を停止させて、無駄な電力消費の抑制を図るようにしてもよい。上記完全停止させるケースの具体例としては、NOx触媒温度が活性化温度未満であり、かつ、NOx吸着量が飽和状態になっているケースや、NOx触媒温度が還元可能範囲を超えて高温になっているケースが挙げられる。また、上記完全停止の場合には、エアポンプ31の作動を停止して酸素ガスの供給を停止させることで、電力消費の低減を図ってもよい。   In the case of a complete stop in which both the generation of ozone and the generation of the reforming reducing agent are stopped, the discharge by the discharge reactor 20 may be stopped to suppress wasteful power consumption. Specific examples of the case of complete stop include a case where the NOx catalyst temperature is lower than the activation temperature and the NOx adsorption amount is saturated, or the NOx catalyst temperature exceeds the reducible range and becomes high. There are cases. In the case of the complete stop, power consumption may be reduced by stopping the operation of the air pump 31 and stopping the supply of oxygen gas.

図1に示す上記実施形態では、NOxを物理的に捕捉(つまり吸着)する還元触媒が採用されているが、NOxを化学的結合により捕捉(つまり吸蔵)する還元触媒が採用された燃焼システムに、高活性物質添加装置を適用させてもよい。   In the above embodiment shown in FIG. 1, a reduction catalyst that physically captures (that is, adsorbs) NOx is employed. However, the combustion system employs a reduction catalyst that traps (that is, stores) NOx by chemical bonding. Alternatively, a highly active substance addition apparatus may be applied.

内燃機関10が理論空燃比よりもリーンな状態で燃焼させている時に、NOx浄化装置15がNOxを吸着し、リーン燃焼以外の時にNOxを還元させる燃焼システムに、高活性物質添加装置を適用させてもよい。この場合、リーン燃焼時にはオゾンを生成し、リーン燃焼以外の時に改質還元剤を生成させればよい。このようにリーン燃焼時にNOxを捕捉する触媒の具体例としては、担体に担持された白金とバリウムによる吸蔵還元触媒が挙げられる。   When the internal combustion engine 10 is burned in a state leaner than the stoichiometric air-fuel ratio, the highly active substance addition device is applied to a combustion system in which the NOx purification device 15 adsorbs NOx and reduces NOx in other than lean combustion. May be. In this case, ozone may be generated at the time of lean combustion, and a reforming reducing agent may be generated at times other than lean combustion. As a specific example of the catalyst that captures NOx during lean combustion in this way, an occlusion reduction catalyst using platinum and barium supported on a carrier can be cited.

吸着または吸蔵の機能を有しないNOx浄化装置15が採用された燃焼システムに、高活性物質添加装置を適用させてもよい。この場合、放電リアクタ20で生成されたオゾンをDPF14の再生に用いればよい。すなわち、DPF14の上流へオゾンを添加することで、排気中のNOをNOに酸化してDPF14へ流入させる。すると、DPF14で捕集されて堆積した微粒子の炭素成分が、NOと反応して酸化される。これにより、DPF14に堆積した微粒子が除去されて、DPF14が再生される。 The highly active substance addition device may be applied to a combustion system in which the NOx purification device 15 that does not have an adsorption or storage function is employed. In this case, ozone generated in the discharge reactor 20 may be used for regeneration of the DPF 14. That is, by adding ozone upstream of the DPF 14, NO in the exhaust is oxidized to NO 2 and flows into the DPF 14. Then, the carbon component of the fine particles collected and deposited by the DPF 14 reacts with NO 2 and is oxidized. Thereby, the fine particles deposited on the DPF 14 are removed, and the DPF 14 is regenerated.

上記第1実施形態では、図7のステップS12で用いるNOx触媒温度を、排気温度センサ96により検出された排気温度から推定している。これに対し、NOx浄化装置15に温度センサを取り付けて、NOx触媒温度を直接計測してもよい。或いは、出力軸10aの回転速度および内燃機関10の負荷等に基づき、NOx触媒温度を推定してもよい。   In the first embodiment, the NOx catalyst temperature used in step S <b> 12 of FIG. 7 is estimated from the exhaust temperature detected by the exhaust temperature sensor 96. On the other hand, a temperature sensor may be attached to the NOx purification device 15 to directly measure the NOx catalyst temperature. Alternatively, the NOx catalyst temperature may be estimated based on the rotation speed of the output shaft 10a, the load of the internal combustion engine 10, and the like.

図1に示す実施形態では、放電リアクタ20は、平板形状の電極21を互いに平行に対向するように配置して構成されている。これに対し、放電リアクタは、針状に突出した形状の針状電極と、針状電極を環状に取り囲む環状電極とから構成されていてもよい。   In the embodiment shown in FIG. 1, the discharge reactor 20 is configured by arranging flat-plate electrodes 21 so as to face each other in parallel. On the other hand, the discharge reactor may be constituted by a needle-like electrode protruding in a needle shape and an annular electrode surrounding the needle-like electrode in an annular shape.

図1に示す実施形態では、車両に搭載された燃焼システムに高活性物質添加装置を適用させている。これに対し、定置式の燃焼システムに高活性物質添加装置を適用させてもよい。図1に示す実施形態では、圧縮自着火式のディーゼルエンジンに高活性物質添加装置を適用させており、燃焼用の燃料として用いる軽油を還元剤として用いている。これに対し、点火着火式のガソリンエンジンに高活性物質添加装置を適用させて、燃焼用の燃料として用いるガソリンを還元剤として用いてもよい。   In the embodiment shown in FIG. 1, a highly active substance addition device is applied to a combustion system mounted on a vehicle. On the other hand, a highly active substance addition device may be applied to a stationary combustion system. In the embodiment shown in FIG. 1, a highly active substance addition device is applied to a compression self-ignition diesel engine, and light oil used as a fuel for combustion is used as a reducing agent. On the other hand, gasoline used as a fuel for combustion may be used as a reducing agent by applying a highly active substance addition device to an ignition ignition type gasoline engine.

図14に示す実施形態では、高活性物質添加装置が放電リアクタ20を備えているが、本発明は、放電リアクタ20を備える装置に限定されるものではなく、放電リアクタ20を廃止した装置にも適用可能である。この場合、部分酸化の反応をオゾンで促進できないものの、クラッキングされた気体燃料が空気中の酸素により部分酸化(改質)させることは可能であり、改質燃料を排気通路10exに添加することができる。   In the embodiment shown in FIG. 14, the highly active substance addition apparatus includes the discharge reactor 20, but the present invention is not limited to the apparatus including the discharge reactor 20, and the apparatus that eliminates the discharge reactor 20 may be used. Applicable. In this case, although the partial oxidation reaction cannot be promoted by ozone, the cracked gaseous fuel can be partially oxidized (reformed) by oxygen in the air, and the reformed fuel can be added to the exhaust passage 10ex. it can.

図14に示す実施形態では、気化ケース35でクラッキングされた気体燃料、および放電リアクタ20で生成されたオゾンは、供給管24で混合される。つまり、気体燃料供給経路およびオゾン供給経路は、供給管24に対して並列に接続されていると言える。これに対し、気化ケース35へオゾンを供給し、気体燃料とオゾンを気化ケース35内で混合させてから供給管24へ送風してもよい。つまり、放電リアクタ20を気化ケース35の上流側に設置しつつ、オゾン供給経路、気体燃料供給経路および供給管24を直列に接続してもよい。   In the embodiment shown in FIG. 14, the gaseous fuel cracked in the vaporization case 35 and the ozone generated in the discharge reactor 20 are mixed in the supply pipe 24. That is, it can be said that the gaseous fuel supply path and the ozone supply path are connected in parallel to the supply pipe 24. On the other hand, ozone may be supplied to the vaporizing case 35, and gaseous fuel and ozone may be mixed in the vaporizing case 35 and then blown to the supply pipe 24. That is, the ozone supply path, the gaseous fuel supply path, and the supply pipe 24 may be connected in series while the discharge reactor 20 is installed on the upstream side of the vaporization case 35.

10…内燃機関、10ex…排気通路、15…NOx浄化装置、20…放電リアクタ、21…電極、22a…流通路、34、34A、34B…電気ヒータ(加熱手段)。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Internal combustion engine, 10ex ... Exhaust passage, 15 ... NOx purification apparatus, 20 ... Discharge reactor, 21 ... Electrode, 22a ... Flow passage, 34, 34A, 34B ... Electric heater (heating means).

Claims (8)

内燃機関(10)の排気に含まれるNOxを還元触媒上で浄化するNOx浄化装置(15)が排気通路(10ex)に備えられた燃焼システムに設けられ、前記排気通路のうち前記還元触媒の上流側へ高活性物質を添加する高活性物質添加装置において、
供給された液体の炭化水素を加熱して、その炭化水素の炭素数を減少させるようにクラッキングさせる加熱手段(34A、34B)を備え、
前記加熱手段は、前記液体の炭化水素を加熱して気化する気化加熱面(343、342A)、および気化した炭化水素をさらに加熱してクラッキングするクラッキング加熱面(344、342B)を有するとともに、前記気化加熱面を加熱する発熱体(341A)および前記クラッキング加熱面を加熱する発熱体(341B)を別々に有し、
前記加熱手段によりクラッキングされた炭化水素を、部分酸化させることで、前記高活性物質として改質還元剤を生成することを特徴とする高活性物質添加装置。
A NOx purification device (15) for purifying NOx contained in the exhaust gas of the internal combustion engine (10) on the reduction catalyst is provided in a combustion system provided in the exhaust passage (10ex), and upstream of the reduction catalyst in the exhaust passage. In a highly active substance addition device that adds a highly active substance to the side,
Heating means ( 34A, 34B) for heating the supplied liquid hydrocarbon and cracking it to reduce the carbon number of the hydrocarbon;
It said heating means, vaporizing heating surface to heat vaporizing hydrocarbons of the liquid (343,342A), and the vaporized hydrocarbons further heated while chromatic cracking heated surface cracking (344,342B), the heating element for heating the vaporizing heating surface (341A) and the heating element for heating the cracking heating surface (341B) possess separately,
The highly active substance addition apparatus characterized by producing | generating the reforming | reducing reducing agent as said highly active substance by partially oxidizing the hydrocarbon cracked by the said heating means.
放電によりオゾンを生成する電極(21)を有するとともに、生成されたオゾンを前記加熱手段へ供給するように前記加熱手段の上流側に配置された放電リアクタ(20)を備えることを特徴とする請求項1に記載の高活性物質添加装置。It has an electrode (21) for generating ozone by discharge, and further comprises a discharge reactor (20) arranged upstream of the heating means so as to supply the generated ozone to the heating means. Item 2. The highly active substance addition device according to Item 1. 少なくとも酸素を含んだ酸素ガスが流通する流通路(22a)を形成するとともに、前記流通路に配置された電極(21)を有し、前記電極の放電により前記酸素ガスを電離させる放電リアクタ(20)を備え、
前記クラッキングされた炭化水素を前記流通路へ供給することで、該炭化水素を、前記放電リアクタにより電離された酸素ガスで酸化させて前記高活性物質として改質還元剤を生成することを特徴とする請求項1に記載の高活性物質添加装置。
A discharge reactor (20) which forms a flow passage (22a) through which oxygen gas containing at least oxygen flows and has an electrode (21) disposed in the flow passage and ionizes the oxygen gas by discharging the electrode. )
By supplying the cracked hydrocarbon to the flow path, the hydrocarbon is oxidized with oxygen gas ionized by the discharge reactor to generate a reforming and reducing agent as the highly active substance. The highly active substance adding device according to claim 1.
前記電極は、互いに対向するように配置された平板形状であり、
一対の前記電極の間に、前記酸素ガスが流通する電極間通路(21a)が形成されていることを特徴とする請求項に記載の高活性物質添加装置。
The electrodes have a flat plate shape arranged to face each other,
The highly active substance addition apparatus according to claim 3 , wherein an interelectrode passage (21a) through which the oxygen gas flows is formed between the pair of electrodes.
前記加熱手段への炭化水素の供給を停止させることで、前記放電リアクタにより前記電離された酸素ガスからオゾンを生成させるように制御するオゾン生成制御手段(S22)と、
前記加熱手段への炭化水素の供給を実施させることで、前記放電リアクタにより電離された酸素ガスで炭化水素を酸化させて前記改質還元剤を生成させるように制御する改質制御手段(S26)と、
を備えることを特徴とする請求項またはに記載の高活性物質添加装置。
Ozone generation control means (S22) for controlling the generation of ozone from the oxygen gas ionized by the discharge reactor by stopping the supply of hydrocarbons to the heating means;
Reform control means (S26) for controlling to oxidize hydrocarbons with oxygen gas ionized by the discharge reactor to produce the reforming reductant by supplying hydrocarbons to the heating means. When,
The highly active substance addition apparatus according to claim 3 or 4 , characterized by comprising:
前記液体の炭化水素を前記気化加熱面へ向けて噴射する炭化水素噴射手段(33)を備えることを特徴とする請求項1〜のいずれか1つに記載の高活性物質添加装置。 The highly active substance addition device according to any one of claims 1 to 5 , further comprising hydrocarbon injection means (33) for injecting the liquid hydrocarbon toward the vaporization heating surface. 前記気化加熱面には、前記液体の炭化水素を毛細管現象により引き寄せて前記気化加熱面へ付着させる毛細管部材(345)が取り付けられていることを特徴とする請求項1〜のいずれか1つに記載の高活性物質添加装置。 Wherein the vaporization heating surface, any one of claims 1-6, characterized in that it said capillary member to adhere to the vaporization heating surface (345) is mounted attracted by the hydrocarbon capillary action of the liquid The highly active substance addition apparatus described in 1. 前記クラッキング加熱面には、網目状のメッシュ部材(346)が取り付けられていることを特徴とする請求項1〜のいずれか1つに記載の高活性物質添加装置。 The highly active substance addition device according to any one of claims 1 to 7 , wherein a mesh-like mesh member (346) is attached to the cracking heating surface.
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