WO2004104385A1

WO2004104385A1 - 排気浄化装置

Info

Publication number: WO2004104385A1
Application number: PCT/JP2004/006959
Authority: WO
Inventors: Masatoshi Shimoda
Original assignee: Hino Motors, Ltd.
Priority date: 2003-05-22
Filing date: 2004-05-21
Publication date: 2004-12-02
Also published as: KR20060012642A; EP1632654A1; US20060288689A1; US7331170B2

Abstract

　プラズマ発生装置の電極に付着堆積した煤やＳＯＦ分を適宜に燃焼除去し得るようにした排気浄化装置を提供する。　内燃機関（ディーゼルエンジン１）の排気管９の途中に排気ガス８を通気させて浄化する後処理装置（触媒再生型のパティキュレートフィルタ１０）を装備した排気浄化装置に関し、後処理装置より上流側で排気ガス８中に放電してプラズマを発生させるプラズマ発生装置１１と、該プラズマ発生装置１１の前段に装備されたフロースルー型の酸化触媒１２と、該酸化触媒１２より上流側で排気ガス８中に燃料を添加する燃料添加手段（制御装置１７）と、該燃料添加手段により添加された燃料の前記酸化触媒１２上での酸化反応を可能ならしめる温度まで排気温度を上げる昇温手段（吸気絞り弁２２又は制御装置１７）とを備える。

Description

明細書

排気浄化装置

技術分野

[0001] 本発明は、排気浄化装置に関するものである _c

背景技術

[0002] ディーゼルエンジンから排出されるパティキュレート（Particulate Matter :粒子状物質）は、炭素質から成る煤と、高沸点炭化水素成分力成る SOF分（Soluble Organic Fraction :可溶性有機成分）とを主成分とし、更に微量のサルフェート（ミスト状硫酸成分）を含んだ組成を成すものである力この種のパティキュレートの低減対策としては、排気ガスが流通する排気管の途中に、パティキュレートフィルタを装備することが従来より行われている。

[0003] この種のパティキュレートフィルタは、コージエライト等のセラミックから成る多孔質のハニカム構造となっており、格子状に区画された各流路の入口が交互に目封じされ、入口が目封じされてレヽなレ、流路につレ、ては、その出口が目封じされるようになっており、各流路を区画する多孔質薄壁を透過した排気ガスのみが下流側へ排出されるようにしてある。

[0004] そして、排気ガス中のパティキュレートは、前記多孔質薄壁の内側表面に捕集されて堆積するので、目詰まりにより排気抵抗が増加しなレ、うちにパティキュレートを適宜に燃焼除去してパティキュレートフィルタの再生を図る必要がある力通常のディーゼルエンジンの運転状態においては、パティキュレートが自己燃焼するほどの高い排気温度が得られる機会が少ないため、例えばアルミナに白金を担持させたものから成る酸化触媒をパティキュレートフィルタに一体的に担持させたり、パティキュレートフィルタの前段に酸化触媒を別体で配置するようにした触媒再生型のパティキュレートフィルタを採用することが検討されている。

[0005] 即ち、このような触媒再生型のパティキュレートフィルタを採用すれば、捕集されたパティキュレートの酸化反応が促進されて着火温度が低下し、従来より低レ、排気温度でもパティキュレートを燃焼除去することが可能となるのである。 [0006] また、前述したパティキュレートフィルタ以外にも、排気ガス中の NOxの除去を目的とした選択還元型触媒や NOx吸蔵還元触媒等を後処理装置として排気管途中に装備することも提案されており、特に近年においては、パティキュレートフィルタに NOx 吸蔵還元触媒を組み合わせた後処理装置も開発されてきている。

[0007] ただし、これらの何れの後処理装置を採用した場合であっても、パティキュレートの確実な燃焼除去や十分な触媒活性を得るために所定温度以上の排気温度が必要となるので、排気温度が低い運転状態（一般的に軽負荷の運転領域に排気温度が低レ、領域が拡がってレ、る）が続くと、後処理装置を十分に機能させることができなレ、とレ、う問題があり、例えば、都内の路線バス等のように渋滞路ば力、りを走行するような車両では、必要な所定温度以上での運転が長く継続しないため、後処理装置を装備したことによる排気浄化の効果が十分に得られない虞れがあった。

[0008] このため、排気温度が低い運転領域でも後処理装置による排気浄化の効果が十分に得られるようプラズマ発生装置を後処理装置の前段に配置することが検討されており、このプラズマ発生装置により後処理装置の上流側で排気ガス中に放電してブラズマを発生させれば、排気ガスが励起して、未燃の炭化水素が活性化したラデイカノレに、酸素がオゾンに、 NOは NOになり、これらの排気ガス励起成分が活性化状態

2

となっていることから、従来より低い排気温度領域から後処理装置による排気浄化の効果が得られるようになる。

[0009] 尚、パティキュレートフィルタの前段にプラズマ発生装置を配置した排気浄化装置に関しては、例えば、下記の特許文献 1等が先行技術文献として既に存在している。特許文献 1：特表 2002 - 276333号公報

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0010] し力ながら、斯かるプラズマ発生装置の電極は、パティキュレートを含む排気ガスの流れに晒されているため、炭素質の煤や SOF分が付着堆積することで電流のリークが起こり、これにより電極間に電圧力 Sかかり難くなつてプラズマの発生に支障をきたす虞れがあった。

[0011] 本発明は上述の実情に鑑みてなしたもので、プラズマ発生装置の電極に付着堆積した煤や SOF分を適宜に燃焼除去し得るようにした排気浄化装置を提供することを目的としている。

[0012] また、本発明においては、この種のプラズマ発生装置を後処理装置の前段に配置した構成に関し、パティキュレート及び N〇xの同時低減化を図りながら、排気温度が低い運転状態であってもパティキュレートフィルタを確実に再生し且つ良好な NOx低減効果を得られるようにした最適な装置構成にっレ、ても併せて提供してレ、る。

課題を解決するための手段

[0013] 本発明は、内燃機関の排気管の途中に排気ガスを通気させて浄化する後処理装置を装備した排気浄化装置であって、後処理装置より上流側で排気ガス中に放電してプラズマを発生させるプラズマ発生装置と、該プラズマ発生装置の前段に装備されたフロースルー型の酸化触媒と、該酸化触媒より上流側で排気ガス中に燃料を添カロする燃料添加手段と、該燃料添加手段により添加された燃料の前記酸化触媒上での酸化反応を可能ならしめる温度まで排気温度を上げる昇温手段とを備えたことを特徴とするものである。

[0014] このようにすれば、排気ガス中にプラズマ発生装置で放電して排気ガスを励起させることにより、未燃の炭化水素が活性化したラディカルに、酸素がオゾンに、 NOは N Oになり、これらの排気ガス励起成分が活性化状態となっていることから、従来より低

2

い排気温度領域から後処理装置による排気浄化の効果が得られる。

[0015] そして、排気ガス中の煤や S〇F分がプラズマ発生装置の電極に付着堆積し、その付着した煤や S〇F分の除去が必要となった際に、燃料添加手段により酸化触媒の上流側で燃料を添加すれば、この添加燃料が酸化触媒で酸化反応して反応熱を生じ、この反応熱により酸化触媒を通過する排気ガスが大幅に昇温される結果、酸化触媒を経て昇温した排気ガスがプラズマ発生装置に導入されて、その電極に付着堆積している煤や S〇F分が燃焼除去されることになる。

[0016] また、添加燃料が酸化触媒上で酸化反応することができないほど排気温度が極めて低い運転領域で運転が行われていても、昇温手段により適宜に排気温度を上げた後に燃料添加手段による燃料の添加を行うようにすれば良い。

[0017] 更に、本発明の排気浄化装置をより具体的に実施するに際しては、酸化触媒とブラズマ発生装置との間に排気温度を検出する温度センサを配置し、該温度センサの検出値が所定の閾値を超えている条件下でのみ燃料添加手段による燃料添加を適宜に実施し且つ温度センサの検出値が所定の閾値以下になっている時には昇温手段による排気昇温を挟んで前記燃料添加手段による燃料添加を適宜に実施するように構成すると良い。

[0018] また、本発明においては、燃料添加手段が、燃料噴射装置に対しメイン噴射に続レ、て圧縮上死点より遅い非着火のタイミングでポスト噴射を行わしめる燃料噴射制御手段であることが好ましい。

[0019] 更に、排気温度を上げる昇温手段は、吸気流量を適宜に絞り込む吸気絞り手段であっても良いし、燃料噴射装置に対し通常の噴射時期より燃焼可能な範囲で遅延させてメイン噴射を行わしめる燃料噴射制御手段であっても良いし、燃料噴射装置に対しメイン噴射直後の燃焼可能なタイミングでァフタ噴射を行わしめる燃料噴射制御手段であっても良い。

[0020] 即ち、排気温度を上げる昇温手段が、吸気流量を適宜に絞り込む吸気絞り手段である場合に、排気温度が低い運転状態で前記吸気絞り手段による吸気流量の絞り込みを行うと、内燃機関の作動空気量が減ることによりボンビングロスが増大し、これにより必要な出力が発生するよう燃料噴射量が増加されて排気温度が上昇される一方、内燃機関での燃焼による排気ガスの発生量が少なくなつて熱容量が下がることでも更なる排気温度の上昇が図られる。

[0021] また、排気温度を上げる昇温手段が、燃料噴射装置に対し通常の噴射時期より燃焼可能な範囲で遅延させてメイン噴射を行わしめる燃料噴射制御手段である場合には、遅延噴射の燃料が出力に転換され難レ、タイミングで燃焼することにより内燃機関の熱効率が下がり、燃料の発熱量のうちの動力に利用されない熱量が増えて排気温度が上昇することになる。

[0022] 更に、排気温度を上げる昇温手段が、燃料噴射装置に対しメイン噴射直後の燃焼可能なタイミングでァフタ噴射を行わしめる燃料噴射制御手段である場合には、ァフタ噴射の燃料が出力に転換され難レ、タイミングで燃焼することにより内燃機関の熱効率が下がり、燃料の発熱量のうちの動力に利用されない熱量が増えて排気温度が上昇することになる。

[0023] 尚、本発明においては、プラズマ発生装置でプラズマを発生した際における電流及び電圧の少くとも何れか一方を監視してリークの発生を判定することで燃料添カロの実施の要否を決定する判定手段を備えることが好ましぐこのようにすれば、無駄な燃料添加を極力回避することが可能となる。

[0024] また、排気管の途中に後処理装置として触媒再生型のパティキュレートフィルタを装備した場合には、パティキュレートフィルタの後段に、排気ガス中の N〇xを還元浄化する NOx低減触媒を設けると共に、前記パティキュレートフィルタの前段に、排気ガス中に放電してプラズマを発生させるプラズマ発生装置を設け、該プラズマ発生装置を排気温度が低レ、運転状態で作動せしめるように構成すると良レ、。

[0025] このようにした場合に、排気温度が低い運転状態において、排気ガス中にプラズマ発生装置で放電を行うと、排気ガスが励起して、活性のラディカルが発生し、 NOは N Oになり、これらの排気ガス励起成分が活性化状態となっていることから、パティキュレートフィルタに捕集されたパティキュレートの酸化反応が前記排気ガス励起成分により促進され、排気温度が低い運転状態であってもパティキュレートが良好に燃焼除去されることになる。

[0026] 更に、この捕集済みパティキュレートの酸化反応で余乗 IJした NO等の比較的安定な排気ガス励起成分は、そのまま後段の NOx低減触媒へと流れ込み、該 NOx低減触媒にて効率良く NOxの低減化が図られることになる。

[0027] 例えば、 NOx低減触媒が NOx吸蔵還元触媒である場合には、プラズマ発生装置の放電により排気ガス中の NOxの大半を占める NOが反応性の高い NOとなって N

Ox吸蔵還元触媒に流れ込む結果、この N〇が効率良く硝酸塩の状態で吸蔵されることになるので、 N〇x吸蔵還元触媒における N〇xの吸蔵反応が著しく促進され、プラズマアシストを行わない場合よりも高い N〇x低減効果が得られる。

[0028] また、吸蔵した N〇xを分解放出させるに際しては、エンジン側でポスト噴射等を実行して排気ガス中に燃料添加を行えば良ぐこのようにすれば、排気ガス中の酸素濃度が低下し且つ排気ガス中の未燃の炭化水素や C〇等の還元成分が増加して N〇x の分解放出が促されることになる。 [0029] この際、前段のパティキュレートフィルタの酸化触媒にて未燃の炭化水素が酸素と反応して熱分解することにより COや水素が生じているので、これら COや水素の増加により N〇x吸蔵還元触媒からの NOxの分解放出反応及び該 NOxの還元浄化反応が著しく促進されることになる。

[0030] 一方、 NOx低減触媒が選択還元型触媒である場合には、プラズマ発生装置の放電により排気ガス中の NOxの大半を占める NOが反応性の高い NOとなって選択還元型触媒に流れ込む結果、この選択還元型触媒の上流側に添加装置を備えて尿素等の還元剤を排気ガス中に添加すると、選択還元型触媒上で N〇が効率良く Nに還元され、プラズマアシストを行わない場合よりも高い N〇x低減効果が得られる。

[0031] 更に、本発明をより具体的に実施するに際しては、排気温度を検出する温度センサと、該温度センサからの検出信号に基づき排気温度が所定値以下である時にプラズマ発生装置を作動せしめる制御装置とを備えることが好ましぐし力、も、この制御装置に関しては、プラズマ発生装置の作動時に排気温度に応じプラズマ発生量を最適化し得るように構成しておくと良レ、。

発明の効果

[0032] 上記した本発明の排気浄化装置によれば、下記の如き種々の優れた効果を奏し得る。

[0033] (I)本発明の一局面によれば、必要に応じ昇温手段により排気温度を上げた上で燃料添加手段により排気ガス中に燃料を添加し、その添加燃料を酸化触媒で酸化反応させることにより生じた反応熱で酸化触媒を通過する排気ガスを大幅に昇温し、この排気ガスをプラズマ発生装置に導入して電極に付着堆積した煤や S〇F分を燃焼除去するので、煤や S〇F分の付着堆積による電流のリークを未然に回避し、これにより電極間に適正な電圧が支障なく印カロされるようにして良好なプラズマの発生を維持する。

[0034] (II)温度センサの検出値に基づいて燃料添加手段と昇温手段を適切に運用してプラズマ発生装置の電極に付着した煤や SOF分を効率良く燃焼除去することができる。

[0035] (III)燃料噴射装置に対しメイン噴射に続いて圧縮上死点より遅い非着火のタイミングでポスト噴射を行わしめる制御を行うだけで、新たな付属設備を必要とせずに排気ガス中に未燃の燃料を添加することができ、燃料添加手段に力かるコストの高騰を抑制すること力 Sできる。

[0036] (IV)内燃機関の作動空気量を減らしてボンピンダロスを増大せしめると共に、内燃機関での燃焼による排気ガスの発生量を減らして熱容量を下げることにより、酸化触媒に到る排気ガスの温度を確実に上昇させることができる。

[0037] (V)遅延噴射の燃料を出力に転換され難レ、タイミングで燃焼させることにより、内燃機関の熱効率を下げて燃料の発熱量のうちの動力に利用されない熱量を増やし、これにより酸化触媒に到る排気ガスの温度を確実に上昇させることができる。

[0038] (VI)ァフタ噴射の燃料を出力に転換され難レ、タイミングで燃焼させることにより、内燃機関の熱効率を下げて燃料の発熱量のうちの動力に利用されない熱量を増やし、これにより酸化触媒に到る排気ガスの温度を確実に上昇させることができる。

[0039] (VII)無駄な燃料添加を極力回避して燃料添加コストを必要最小限に抑制することができる。

[0040] (VIII)本発明の更なる局面によれば、排気温度が低い運転状態であってもパティキュレートフィルタを確実に再生し且つ N〇x低減触媒による良好な N〇x低減効果を得て、しかも、必要以上の無駄なプラズマ発生を極力回避して消費電力の大幅な抑制を図られる。

発明を実施するための最良の形態

[0041] 以下本発明の実施例を図面を参照しつつ説明する。

[0042] 図 1一図 3は本発明の一実施例を示すもので、図 1中における符号の 1はターボチヤージャ 2を搭載したディーゼルエンジン（内燃機関）を示しており、エアクリーナ 3から導いた吸気 4を吸気管 5を通し前記ターボチャージャ 2のコンプレッサ 2aへ導いて加圧し、その加圧された吸気 4をインタークーラ 6を介しディーゼルエンジン 1の各気筒に分配して導入するようにしてある。

[0043] また、このディーゼルエンジン 1の各気筒から排気マ二ホールド 7を介し排出された排気ガス 8を前記ターボチャージャ 2のタービン 2bへ送り、該タービン 2bを駆動した排気ガス 8を触媒再生型のパティキュレートフィルタ 10 (後処理装置）を通してパティキュレートを捕集した上で排出するようにしてある。

[0044] 図 2に拡大して示す如ぐこのパティキュレートフィルタ 10は、セラミックから成る多孔質のハニカム構造となっており、格子状に区画された各流路 10aの入口が交互に目封じされ、入口が目封じされてレヽなレヽ流路 10aにつレ、ては、その出口が目封じされるようになっており、各流路 10aを区画する多孔質薄壁 10bを透過した排気ガス 8のみが下流側へ排出されるようにしてある。

[0045] 更に、前記パティキュレートフィルタ 10の前段には、排気ガス 8中に放電してプラズマを発生させるプラズマ発生装置 11が装備され、該プラズマ発生装置 11の前段には、図 3に拡大して示す如きハニカム構造を有するフロースルー型の酸化触媒 12が収容されている。

[0046] そして、前記プラズマ発生装置 11は、電極 13, 14を対向配置して相互間に放電を行い得るようにしてある力この電極 13, 14の相互間距離がほぼ一様に設定できるものであれば、板型、ロッド型、円筒型等の様々な形状を適宜に組み合わせて採用することが可能である。

[0047] また、各電極 13, 14に対しては、放電制御ユニット 15を介し電源 16を接続した構造となっており、特に本形態例では、電源 16として車両搭載のバッテリを想定しているので、放電制御ユニット 15により電源 16の電圧を放電可能な適切な電圧まで高めて各電極 13, 14へ給電するようにしてあり、前記放電制御ユニット 15は、エンジン制御コンピュータ（ECU : Electronic Control Unit)を成す制御装置 17からの指令信号 15aを受けて制御されるようにしてある。

[0048] そして、酸化触媒 12とプラズマ発生装置 11との間には、排気温度を検出する温度センサ 18が装備されており、該温度センサ 18の検出信号 18aが前記制御装置 17に入力されるようになっている。

[0049] この制御装置 17は、エンジン制御コンピュータを兼ねていることから燃料の噴射に関する制御も担うようになっており、より具体的には、アクセル開度をディーゼルェンジン 1の負荷として検出するアクセルセンサ 19 (負荷センサ）からのアクセル開度信号 19aと、ディーゼルエンジン 1の機関回転数を検出する回転センサ 20からの回転数信号 20aとに基づき、ディーゼルエンジン 1の各気筒に燃料を噴射する燃料噴射装置 21に向け燃料噴射信号 21aが出力されるようになっている。

[0050] ここで、前記燃料噴射装置 21は、各気筒毎に装備される複数のインジェクタにより構成されており、これら各インジェクタの電磁弁が前記燃料噴射信号 21aにより開弁制御されて燃料の噴射タイミング（開弁時期)及び噴射量（開弁時間）が適切に制御されるようになつている。

[0051] 他方、前記制御装置 17では、アクセル開度信号 19a及び回転数信号 20aに基づき通常モードの燃料噴射信号 21aが決定されるようになっている一方、ポスト噴射による燃料添加を行う必要が生じた際に、通常モードから電極再生モードに切り替わり、圧縮上死点（クランク角 0° )付近で行われる燃料のメイン噴射に続いて圧縮上死点より遅い非着火のタイミングでポスト噴射を行うような燃料噴射信号 21aが決定されるようになつている。

[0052] つまり、このようにメイン噴射に続いて圧縮上死点より遅い非着火のタイミングでボスト噴射が行われると、このポスト噴射により排気ガス 8中に未燃の燃料 (主として炭化水素）が添加されることになり、この未燃の燃料が酸化触媒 12で酸化反応して反応熱を生じ、この反応熱により酸化触媒 12を通過する排気ガス 8が大幅に昇温されることになる。

[0053] ただし、この制御装置 17においては、温度センサ 18からの検出信号 18aに基づき、前記ポスト噴射により添加された燃料の前記酸化触媒 12での酸化反応を可能ならしめる温度（所定の閾値）を超えている条件下でのみポスト噴射による燃料添加を実施し、当該温度以下になっている時には、後述する昇温手段による排気昇温を挟んで前記ポスト噴射による燃料添加を実施するようになっている。

[0054] 即ち、ここに図示している例では、吸気管 5の途中に設けられた吸気絞り弁 22 (吸気絞り手段）に対し、制御装置 17からの開度指令信号 22aで本来の作動から独立した別の作動を指令することにより、前記吸気絞り弁 22を排気温度を上げるための昇温手段として活用するようになっており、排気温度が低い運転状態で前記吸気絞り弁 22により吸気流量の絞り込みを実行すると、ディーゼルエンジン 1の作動空気量が減ることによりボンピンダロスが増大し、これにより必要な出力が発生するよう燃料噴射量が増加されて排気温度が上昇される一方、ディーゼルエンジン 1での燃焼による排気ガス 8の発生量が少なくなつて熱容量が下がることでも更なる排気温度の上昇が図られることになる。

[0055] また、排気温度を上げる昇温手段として、燃料噴射制御手段を兼ねている制御装置 17を活用することも可能であり、より具体的には、燃料噴射装置 21に対し制御装置 17により通常の噴射時期より燃焼可能な範囲で遅延させてメイン噴射を行わしめるようにしたり、燃料噴射装置 21に対しメイン噴射直後の燃焼可能なタイミングでァフタ噴射を行わしめるようにしたりすれば良い。

[0056] 即ち、通常の噴射時期より燃焼可能な範囲で遅延させてメイン噴射を行わしめると、遅延噴射の燃料が出力に転換され難レ、タイミングで燃焼することによりディーゼルエンジン 1の熱効率が下がり、燃料の発熱量のうちの動力に利用されない熱量が増えて排気温度が上昇することになる。

[0057] また、メイン噴射直後の燃焼可能なタイミングでァフタ噴射を行わしめると、そのァフタ噴射の燃料が出力に転換され難いタイミングで燃焼することによりディーゼルェンジン 1の熱効率が下がり、燃料の発熱量のうちの動力に利用されない熱量が増えて排気温度が上昇することになる。

[0058] そして、以上に述べた如き昇温手段は、温度センサ 18からの検出信号 18aに基づき、添加燃料が酸化触媒 12上で酸化反応することができなくなる限界温度を閾値として、この閾値以下になっている時に、ポスト噴射を実行する電極再生モードに移行するための前処理として昇温モードが間に挟んで昇温手段を作動させるようにしてあり、他方、電極再生モードは、温度センサ 18の検出値が所定の閾値を超えている条件下で切り替えられてポスト噴射が実行されるようになっている。

[0059] 而して、このように排気浄化装置を構成すれば、排気ガス 8中にプラズマ発生装置 11で放電して排気ガス 8を励起させることにより、未燃の炭化水素が活性化したラディカルに、酸素がオゾンに、 N〇は N〇になり、これらの排気ガス励起成分が活性化状態となっていることから、パティキュレートフィルタ 10に捕集されたパティキュレートの酸化反応が前記排気ガス励起成分により促進され、従来より低い排気温度でもパティキュレートが着火して燃焼除去されることになる。

[0060] そして、排気ガス 8中の煤や S〇F分がプラズマ発生装置 11の電極 13， 14に付着堆積し、その付着した煤や SOF分の除去が必要となった際には、温度センサ 18の検出値が所定の閾値を超えている条件下で電極再生モードが選択され、制御装置 1 7により燃料の噴射パターンが通常モードから電極再生モードに切り替えられ、メイン噴射に続き圧縮上死点より遅い非着火のタイミングでポスト噴射を行う噴射パターンが採用される結果、該ポスト噴射により排気ガス 8中に未燃のまま添加された燃料が酸化触媒 12で酸化反応することにより反応熱を生じ、この反応熱により酸化触媒 12 を通過する排気ガス 8が大幅に昇温され、この酸化触媒 12を経て昇温した排気ガス 8がプラズマ発生装置 11に導入されて、該プラズマ発生装置 11の電極 13， 14に付着堆積している煤や S〇F分が燃焼除去されることになる。

[0061] また、添加燃料が酸化触媒 12上で酸化反応することができないほど排気温度が極めて低い運転領域で運転が行われていても、温度センサ 18からの検出信号 18aを受けた制御装置 17により、電極再生モードに移行するための前処理として昇温モードが間に挟まれ、吸気絞り弁 22が絞り込まれて酸化触媒 12に到る排気ガス 8の温度が高められる（通常の噴射時期より燃焼可能な範囲で遅延させてメイン噴射を実行したり、燃料のメイン噴射直後の燃焼可能なタイミングでァフタ噴射を実行したりしても良い）。

[0062] そして、温度センサ 18の検出値が所定の閾値を超えて電極再生モードに移行した段階では、酸化触媒 12にて確実に添加燃料が酸化反応する状態となっているので、その反応熱で大幅に昇温した排気ガス 8によりプラズマ発生装置 11の電極 13, 14 に付着堆積している煤や SOF分が燃焼除去されることになる。

[0063] 尚、プラズマ発生装置 11の電極 13, 14に付着した煤や SOF分の除去が必要か否かについては、例えば、プラズマ発生装置 11でプラズマを発生した際における電圧や電流等を制御装置 17を判定手段として常に監視してリークの発生を判定するようにしておけば良いが、運転時間等を目安として定期的にポスト噴射を実施するようにしても良い。

[0064] 従って、上記実施例によれば、必要に応じ吸気絞り弁 22等の昇温手段により排気温度を上げた上でポスト噴射により排気ガス 8中に燃料を添加し、その添加燃料を酸化触媒 12で酸化反応させることにより生じた反応熱で酸化触媒 12を通過する排気ガス 8を大幅に昇温し、この排気ガス 8をプラズマ発生装置 11に導入して電極 13, 1 4に付着堆積した煤や SOF分を燃焼除去することができるので、煤や SOF分の付着堆積による電流のリークを未然に回避することができ、これにより電極 13, 14間に適正な電圧が支障なく印加されるようにして良好なプラズマの発生を維持することができる。

[0065] 図 4一図 7は本発明の別の実施例を示すもので、本実施例においては、排気管 9の途中に後処理装置として触媒再生型のパティキュレートフィルタ 10を装備した場合に、このパティキュレートフィルタ 10の後段に、排気ガス 8中の NOxを還元浄化する NO X低減触媒としてフロースルー形式の NOx吸蔵還元触媒 23 (この種の N〇x吸蔵還元触媒 23には、白金'バリウム 'アルミナ触媒や、イリジウム'白金'バリウム 'アルミナ触媒等が既に知られている。）を配設する一方、前記パティキュレートフィルタ 10の前段に、前述の図 1一図 3の実施例と同様のプラズマ発生装置 11を配設するようにしている。

[0066] 即ち、前記プラズマ発生装置 11の作動は、制御装置 17からの指令信号 15aを受けた放電制御ユニット 15により実行されるようになっており、他方、この制御装置 17 においては、プラズマ発生装置 11の入側で排気温度を検出する温度センサ 18からの検出信号 18aが入力されるようになっていて、この検出信号 18aに基づき排気温度が所定値以下である時にプラズマ発生装置 11が作動されるようになっている。

[0067] ただし、所定値以下の排気温度で常にプラズマ発生装置 11を作動させなくても、例えば、パティキュレートフィルタ 10の圧損を圧力センサで検出する等してパティキュレートの堆積量を判定し、その堆積量が多いと判定されている条件下でのみ所定値以下の排気温度でプラズマ発生装置 11を作動させるようにしても良い。尚、パティキュレートの堆積量は、運転状態に基づき発生量と処理量を推定して時々刻々積算して求めたり、運転時間を目安として判定したりすることが可能である。

[0068] また、特に本実施例においては、プラズマ発生装置 11の作動時に排気温度に応じプラズマ発生量が最適化されるようになっており、より具体的には、図 5にグラフで示す如ぐ制御装置 17において、排気温度が所定値 Xより低くなるに従いプラズマ発生量が多くなるような最適化が電圧、電流、周波数等の調整により実行され、これにより必要以上の無駄なプラズマ発生が抑制されて消費電力が必要最小限に抑えられるようになつている。

[0069] 而して、排気温度が低い運転状態において、温度センサ 18からの検出信号 18aに基づき制御装置 17から指令信号 15aが出力され、この指令信号 15aを受けた放電制御ユニット 15によりプラズマ発生装置 11が作動されて排気ガス 8中に放電が行われると、該排気ガス 8が励起して、活性のラディカルが発生し、 NOは NOになり、これ

2 らの排気ガス励起成分が活性化状態となっていることから、パティキュレートフィルタ 1 0に捕集されたパティキュレートの酸化反応が前記排気ガス励起成分により促進され

、排気温度が低い運転状態であってもパティキュレートが良好に燃焼除去されることになる。

[0070] 事実、本発明者による検証実験によれば、図 6のグラフ中で実線で示す通り、ブラズマアシスト（プラズマ発生装置 11による放電）を行わなレ、場合に、少なくとも約 230 °C程度の排気温度がないと捕集済みパティキュレートの燃焼が起こらないが、プラズマアシストを行う場合には、図 6のグラフ中で鎖線で示す通り、 230°C以下の排気温度でも所要の燃焼速度で捕集済みパティキュレートの燃焼が起こることが確認された

[0071] 更に、このパティキュレートフィルタ 10における捕集済みパティキュレートの酸化反応で余剰した NO等の比較的安定な排気ガス励起成分は、そのまま後段の N〇x吸

2

蔵還元触媒 23へと流れ込み、該 NOx吸蔵還元触媒 23にて効率良く NOxの低減化力 S図られることになる。

[0072] 即ち、プラズマ発生装置 11の放電により排気ガス 8中の NOxの大半を占める NOが反応性の高い N〇となって N〇x吸蔵還元触媒 23に流れ込む結果、この N〇が効率

2 2 良く硝酸塩の状態で吸蔵されることになるので、 N〇x吸蔵還元触媒 23における NOx の吸蔵反応が著しく促進され、プラズマアシストを行わない場合よりも高い N〇x低減効果が得られる。

[0073] 事実、本発明者による検証実験によれば、図 7のグラフ中で実線で示す通り、ブラズマアシストを行わない場合に、少なくとも 250°C 300°C程度の排気温度がないと N〇x低減率が立ち上がつてこないが、プラズマアシストを行う場合には、図 7のグラフ中で鎖線で示す通り、 250°C— 300°Cを大幅に下まわるかなり低い排気温度から N Ox低減率が立ち上がってくることが確認された。

[0074] また、吸蔵した N〇xを分解放出させるに際しては、ディーゼルエンジン 1側でポスト噴射等を実行して排気ガス 8中に燃料添加を行えば良ぐこのようにすれば、排気ガス 8中の酸素濃度が低下し且つ排気ガス 8中の未燃の炭化水素や CO等の還元成分が増加して NOxの分解放出が促されることになる。

[0075] この際、前段のパティキュレートフィルタ 10に担持された酸化触媒にて未燃の炭化水素が酸素と反応して熱分解することにより C〇や水素が生じているので、これら C〇や水素の増加により NOx吸蔵還元触媒 23からの N〇xの分解放出反応及び該 N〇x の還元浄化反応が著しく促進されることになる。

[0076] 従って、上記実施例によれば、排気温度が低レ、運転状態でプラズマ発生装置 11を作動させ、該プラズマ発生装置 11による放電で排気ガス 8中に活性の高い排気ガス励起成分を生成し、この排気ガス励起成分により捕集済みパティキュレートの酸化反応と NOx吸蔵還元触媒 23での NOx吸蔵反応とを著しく促進することができるので、排気温度が低い運転状態であってもパティキュレートフィルタ 10を確実に再生し且つ NOx吸蔵還元触媒 23による良好な NOx低減効果を得ることができる。

[0077] また、プラズマ発生装置 11を排気温度が低い運転状態でのみ作動せしめ、しかも、その作動時に排気温度に応じプラズマ発生量を最適化するようにしているので、必要以上の無駄なプラズマ発生を極力回避して消費電力の大幅な抑制を図ることができる。

[0078] 更に、以上に説明した図 4一図 7の実施例においては、 NOx低減触媒として NOx 吸蔵還元触媒 23を採用した場合を例示したが、この NOx吸蔵還元触媒 23に替えて、尿素と NOxとの反応選択性を高めた選択還元型触媒を採用することも可能であり、このようにした場合には、プラズマ発生装置 11の放電により排気ガス 8中の N〇xの大半を占める N〇が反応性の高い N〇となって選択還元型触媒に流れ込む結果、この選択還元型触媒の上流側に図示しない尿素添加装置等を備えて尿素を排気ガス 8 中に添加すると、この尿素を還元剤として選択還元型触媒上で NOが効率良く Nに還元され、プラズマアシストを行わない場合よりも高い N〇x低減効果が得られることになる。

[0079] 事実、本発明者による検証実験によれば、図 8のグラフ中で実線で示す通り、ブラズマアシストを行わない場合に、少なくとも 200°C— 250°C程度の排気温度がないと N〇x低減率が立ち上がつてこないが、プラズマアシストを行う場合には、図 8のグラフ中で鎖線で示す通り、 200°C 250°Cを大幅に下まわるかなり低い排気温度から N Ox低減率が立ち上がってくることが確認された。

[0080] 従って、 NOx低減触媒として選択還元型触媒を採用した場合であっても、プラズマ発生装置 11によるプラズマアシストを受けることで良好な NOx低減効果を得ることができ、先の実施例の場合と同様の作用効果を奏することが可能である。

産業上の利用可能性

[0081] 本発明の排気浄化装置は、上述の実施例にのみ限定されるものではなぐ図 1一図 3の実施例に関し、後処理装置には、触媒再生型のパティキュレートフィルタ以外に、排気ガス中の NOxの除去を目的とした選択還元型触媒や NOx吸蔵還元触媒等を採用しても良いこと、また、燃料添加手段には、排気管の適宜位置 (排気マ二ホールドでも可）にインジヱクタを貫通装着し、このインジヱクタにより排気ガス中に燃料を直噴して添加するようにしても良いこと、更に、先に説明した実施例で例示した三つの昇温手段は、夫々を選択的に単独使用したり、レ、くつかを組み合わせて使用したりしても良いこと、また、図 4一図 7、図 8の実施例に関し、排気温度を直接計測する以外に、エンジンの回転数と負荷とを検出して運転状態を推定し、排気温度が低い運転領域にあると推定された運転状態でプラズマ発生装置を作動させるようにしても良レ、こと、また、 NOx低減触媒として選択還元型触媒を採用した場合に還元剤として尿素以外のものを採用しても良いこと、その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得る。

図面の簡単な説明

[0082] [図 1]本発明の一実施例を示す概略図である。

[図 2]図 1のパティキュレートフィルタの詳細を示す断面図である。

[図 3]図 1の酸化触媒の詳細を示す一部を切り欠いた斜視図である。

[図 4]本発明の別の実施例を示す概略図である。 [図 5]排気温度とプラズマ発生量との関係を示すグラフである。

[図 6]排気温度と捕集済みパティキュレートの燃焼速度との関係を示すグラフである _c [図 7]NOx吸蔵還元触媒での排気温度と NOx低減率との関係を示すグラフである。

[図 8]選択還元型触媒での排気温度と N〇x低減率との関係を示すグラフである。符号の説明

1 ディーゼルエンジン（内燃機関）

8 排気ガス

9 排気管

10 パティキュレートフィルタ（後処理装置）

11 プラズマ発生装置

12 酸化触媒

13 電極

14 電極

17 制御装置 (燃料添加手段：昇温手段;燃料噴射制御手段：判定手段）

18 温度センサ

18a 検出信号

21 燃料噴射装置

22 吸気絞り弁 (昇温手段）

23 N〇x吸蔵還元触媒 (NOx低減触媒）

Claims

請求の範囲

[1] 内燃機関の排気管の途中に排気ガスを通気させて浄化する後処理装置を装備した排気浄化装置であって、後処理装置より上流側で排気ガス中に放電してプラズマを発生させるプラズマ発生装置と、該プラズマ発生装置の前段に装備されたフロースルー型の酸化触媒と、該酸化触媒より上流側で排気ガス中に燃料を添加する燃料添加手段と、該燃料添加手段により添加された燃料の前記酸化触媒上での酸化反応を可能ならしめる温度まで排気温度を上げる昇温手段とを備えてなる排気浄化装置。

[2] 酸化触媒とプラズマ発生装置との間に排気温度を検出する温度センサを配置し、該温度センサの検出値が所定の閾値を超えている条件下でのみ燃料添加手段による燃料添加を適宜に実施し且つ温度センサの検出値が所定の閾値以下になっている時には昇温手段による排気昇温を挟んで前記燃料添加手段による燃料添加を適宜に実施するように構成した、請求項 1に記載の排気浄化装置。

[3] 燃料添加手段が、燃料噴射装置に対しメイン噴射に続いて圧縮上死点より遅い非着火のタイミングでポスト噴射を行わしめる燃料噴射制御手段である、請求項 1に記載の排気浄化装置。

[4] 燃料添加手段が、燃料噴射装置に対しメイン噴射に続いて圧縮上死点より遅い非着火のタイミングでポスト噴射を行わしめる燃料噴射制御手段である、請求項 2に記載の排気浄化装置。

[5] 排気温度を上げる昇温手段が、吸気流量を適宜に絞り込む吸気絞り手段である、請求項 1に記載の排気浄化装置。

[6] 排気温度を上げる昇温手段が、吸気流量を適宜に絞り込む吸気絞り手段である、請求項 2に記載の排気浄化装置。

[7] 排気温度を上げる昇温手段が、吸気流量を適宜に絞り込む吸気絞り手段である、請求項 3に記載の排気浄化装置。

[8] 排気温度を上げる昇温手段が、吸気流量を適宜に絞り込む吸気絞り手段である、請求項 4に記載の排気浄化装置。

[9] 排気温度を上げる昇温手段が、燃料噴射装置に対し通常の噴射時期より燃焼可能な範囲で遅延させてメイン噴射を行わしめる燃料噴射制御手段である、請求項 1 に記載の排気浄化装置。

[10] 排気温度を上げる昇温手段が、燃料噴射装置に対し通常の噴射時期より燃焼可能な範囲で遅延させてメイン噴射を行わしめる燃料噴射制御手段である、請求項 2 に記載の排気浄化装置。

[11] 排気温度を上げる昇温手段が、燃料噴射装置に対し通常の噴射時期より燃焼可能な範囲で遅延させてメイン噴射を行わしめる燃料噴射制御手段である、請求項 3 に記載の排気浄化装置。

[12] 排気温度を上げる昇温手段が、燃料噴射装置に対し通常の噴射時期より燃焼可能な範囲で遅延させてメイン噴射を行わしめる燃料噴射制御手段である、請求項 4 に記載の排気浄化装置。

[13] 排気温度を上げる昇温手段が、燃料噴射装置に対しメイン噴射直後の燃焼可能なタイミングでァフタ噴射を行わしめる燃料噴射制御手段である、請求項 1に記載の排気浄化装置。

[14] 排気温度を上げる昇温手段が、燃料噴射装置に対しメイン噴射直後の燃焼可能なタイミングでァフタ噴射を行わしめる燃料噴射制御手段である、請求項 2に記載の排気浄化装置。

[15] 排気温度を上げる昇温手段が、燃料噴射装置に対しメイン噴射直後の燃焼可能なタイミングでァフタ噴射を行わしめる燃料噴射制御手段である、請求項 3に記載の排気浄化装置。

[16] 排気温度を上げる昇温手段が、燃料噴射装置に対しメイン噴射直後の燃焼可能なタイミングでァフタ噴射を行わしめる燃料噴射制御手段である、請求項 4に記載の排気浄化装置。

[17] プラズマ発生装置でプラズマを発生した際における電流及び電圧の少くとも何れか一方を監視してリークの発生を判定することで燃料添加の実施の要否を決定する判定手段を備えた、請求項 1に記載の排気浄化装置。

[18] プラズマ発生装置でプラズマを発生した際における電流及び電圧の少くとも何れか一方を監視してリークの発生を判定することで燃料添加の実施の要否を決定する判定手段を備えた、請求項 2に記載の排気浄化装置。

[19] プラズマ発生装置でプラズマを発生した際における電流及び電圧の少くとも何れ力一方を監視してリークの発生を判定することで燃料添加の実施の要否を決定する判定手段を備えた、請求項 3に記載の排気浄化装置。

[20] プラズマ発生装置でプラズマを発生した際における電流及び電圧の少くとも何れ力 ^ 一方を監視してリークの発生を判定することで燃料添加の実施の要否を決定する判定手段を備えた、請求項 4に記載の排気浄化装置。

[21] プラズマ発生装置でプラズマを発生した際における電流及び電圧の少くとも何れか一方を監視してリークの発生を判定することで燃料添加の実施の要否を決定する判定手段を備えた、請求項 5に記載の排気浄化装置。

[22] プラズマ発生装置でプラズマを発生した際における電流及び電圧の少くとも何れ力 ^ 一方を監視してリークの発生を判定することで燃料添加の実施の要否を決定する判定手段を備えた、請求項 6に記載の排気浄化装置。

[23] プラズマ発生装置でプラズマを発生した際における電流及び電圧の少くとも何れ力一方を監視してリークの発生を判定することで燃料添加の実施の要否を決定する判定手段を備えた、請求項 7に記載の排気浄化装置。

[24] プラズマ発生装置でプラズマを発生した際における電流及び電圧の少くとも何れ力一方を監視してリークの発生を判定することで燃料添加の実施の要否を決定する判定手段を備えた、請求項 8に記載の排気浄化装置。

[25] プラズマ発生装置でプラズマを発生した際における電流及び電圧の少くとも何れ力一方を監視してリークの発生を判定することで燃料添加の実施の要否を決定する判定手段を備えた、請求項 9に記載の排気浄化装置。

[26] プラズマ発生装置でプラズマを発生した際における電流及び電圧の少くとも何れ力 ^ 一方を監視してリークの発生を判定することで燃料添加の実施の要否を決定する判定手段を備えた、請求項 10に記載の排気浄化装置。

[27] プラズマ発生装置でプラズマを発生した際における電流及び電圧の少くとも何れ力 ^ 一方を監視してリークの発生を判定することで燃料添加の実施の要否を決定する判定手段を備えた、請求項 11に記載の排気浄化装置。

[28] プラズマ発生装置でプラズマを発生した際における電流及び電圧の少くとも何れか一方を監視してリークの発生を判定することで燃料添加の実施の要否を決定する判定手段を備えた、請求項 12に記載の排気浄化装置。

[29] プラズマ発生装置でプラズマを発生した際における電流及び電圧の少くとも何れか一方を監視してリークの発生を判定することで燃料添加の実施の要否を決定する判定手段を備えた、請求項 13に記載の排気浄化装置。

[30] プラズマ発生装置でプラズマを発生した際における電流及び電圧の少くとも何れか一方を監視してリークの発生を判定することで燃料添加の実施の要否を決定する判定手段を備えた、請求項 14に記載の排気浄化装置。

[31] プラズマ発生装置でプラズマを発生した際における電流及び電圧の少くとも何れか一方を監視してリークの発生を判定することで燃料添加の実施の要否を決定する判定手段を備えた、請求項 15に記載の排気浄化装置。

[32] プラズマ発生装置でプラズマを発生した際における電流及び電圧の少くとも何れか一方を監視してリークの発生を判定することで燃料添加の実施の要否を決定する判定手段を備えた、請求項 16に記載の排気浄化装置。

[33] 排気管の途中に後処理装置として触媒再生型のパティキュレートフィルタを装備した排気浄化装置であって、パティキュレートフィルタの後段に、排気ガス中の NOxを還元浄化する NOx低減触媒を設けると共に、前記パティキュレートフィルタの前段に

、排気ガス中に放電してプラズマを発生させるプラズマ発生装置を設け、該プラズマ発生装置を排気温度が低レ、運転状態で作動せしめるように構成してなる排気浄化装置。

[34] 排気温度を検出する温度センサと、該温度センサからの検出信号に基づき排気温度が所定値以下である時にプラズマ発生装置を作動せしめる制御装置とを備えたことを特徴とする請求項 33に記載の排気浄化装置。

[35] プラズマ発生装置の作動時に排気温度に応じプラズマ発生量を最適化し得るように制御装置を構成した、請求項 34に記載の排気浄化装置。