JP2007021422A - Selective reduction catalyst and engine exhaust control system using the same - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To dispense with the attachment of an independent ammonia oxidizing catalyst to an exhaust passage. <P>SOLUTION: This selective reduction catalyst 22 is composed of a carrier 23 having a large number of through-holes 23b, which are partitioned by porous partition walls 23a formed thereto and the first active components 24 supported on the partition walls 23a and reacting nitrogen oxide in an exhaust gas with ammonia to decompose ammonia. The mutually adjacent inlet parts 23c and outlet parts 23d of a large number of the through-holes 23b are sealed alternately and the partition walls 23a, on which the first active components 24 is supported, has air permeability while a second active component 26 having catalytic action for oxidizing ammonia passed through the partition walls 23a is supported on the inner surfaces of the through-holes 23b. An emission control unit is equipped with the selective reduction catalyst 22, the liquid jet nozzle 29 provided on the upstream side thereof to eject a urea type liquid 23 and the oxidation catalyst 53 provided to an exhaust pipe 16 on the upstream side of the nozzle. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、ディーゼルエンジンの排ガス中に含まれる窒素酸化物を尿素系液体と反応させて分解する選択還元型触媒及びそれを用いたエンジンの排ガス浄化装置に関するものである。   The present invention relates to a selective reduction catalyst that decomposes nitrogen oxides contained in exhaust gas of a diesel engine by reacting with a urea-based liquid and an exhaust gas purification device for an engine using the same.

従来、ディーゼルエンジンの排ガス中に含まれる窒素酸化物（以下、「ＮＯｘ」という。）を低減させる排ガス浄化装置として、ディーゼルエンジンの排気通路の途中に選択還元型触媒を設け、その選択還元型触媒より排ガス上流側の排気管に、その選択還元型触媒に向けて尿素系液体を噴射可能な液体噴射ノズルを設けたディーゼルエンジンの排ガス浄化装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。従来の選択還元型触媒は、貫通孔が互いに平行に複数形成された担体と、触媒作用を有しその隔壁に担持された活性成分とを備える。そしてこの選択還元型触媒を備える従来のディーゼルエンジンの排ガス浄化装置では、液体噴射ノズルから噴射された尿素系液体が排ガスの熱により加熱されて加水分解し、アンモニアが生じる。そしてこのアンモニアは排ガス中のＮＯｘを選択還元型触媒によって浄化する還元剤として機能し、大気に排出されるＮＯｘの量を低減できるようになっている。   Conventionally, as an exhaust gas purification device for reducing nitrogen oxides (hereinafter referred to as “NOx”) contained in exhaust gas of a diesel engine, a selective reduction catalyst is provided in the middle of an exhaust passage of the diesel engine, and the selective reduction catalyst An exhaust gas purification device for a diesel engine is known in which a liquid injection nozzle capable of injecting a urea-based liquid toward the selective reduction catalyst is provided in an exhaust pipe upstream of the exhaust gas (see, for example, Patent Document 1). . A conventional selective catalytic reduction catalyst includes a support having a plurality of through-holes formed in parallel to each other, and an active component having a catalytic action and supported on its partition walls. And in the exhaust gas purification apparatus of the conventional diesel engine provided with this selective reduction-type catalyst, the urea-type liquid injected from the liquid injection nozzle is heated with the heat | fever of exhaust gas, it hydrolyzes, and ammonia is produced. This ammonia functions as a reducing agent that purifies NOx in the exhaust gas by the selective reduction catalyst, and can reduce the amount of NOx discharged to the atmosphere.

一方、このように排気通路の途中に選択還元型触媒を設けた排ガス浄化装置では、余剰のアンモニアが大気に直接放出されることを防止するために、その余剰のアンモニアを酸化するアンモニア酸化触媒を選択還元型触媒とは別にその選択還元型触媒より下流側の排気通路に設けることが行われている。そして、このアンモニア酸化触媒は還元剤として機能することなく選択還元型触媒を通過した余剰のアンモニアを酸化し、そのアンモニアが大気に直接放出されることを防止するようになっている。
特開２００４−２３９１０９号公報（段落番号［００１２］〜［００１５］、図２〜図４） On the other hand, in the exhaust gas purifying apparatus provided with the selective reduction catalyst in the middle of the exhaust passage, an ammonia oxidation catalyst that oxidizes the excess ammonia is used to prevent the excess ammonia from being released directly to the atmosphere. Apart from the selective catalytic reduction catalyst, it is provided in the exhaust passage downstream of the selective catalytic reduction catalyst. The ammonia oxidation catalyst does not function as a reducing agent, oxidizes excess ammonia that has passed through the selective reduction catalyst, and prevents the ammonia from being directly released to the atmosphere.
JP 2004-239109 A (paragraph numbers [0012] to [0015], FIGS. 2 to 4)

しかし、アンモニア酸化触媒を選択還元型触媒とは別にその選択還元型触媒より下流側の排気通路に設けることは、その排気通路の設ける触媒の数を増加させることになり、部品点数の増加から設計の自由度が失われ、設置すべき触媒の増加から触媒設置の工数が増加して単価が押し上げられる不具合があった。
本発明の目的は、独立したアンモニア酸化触媒の排気通路への取付けを不要にし得る選択還元型触媒及びそれを用いたエンジンの排ガス浄化装置を提供することにある。 However, providing an ammonia oxidation catalyst in the exhaust passage downstream of the selective catalytic reduction catalyst separately from the selective catalytic reduction catalyst increases the number of catalysts provided in the exhaust gas passage and is designed to increase the number of parts. There was a problem that the unit cost was increased by increasing the man-hours for catalyst installation due to the increase in the number of catalysts to be installed.
An object of the present invention is to provide a selective catalytic reduction catalyst that can eliminate the need for mounting an independent ammonia oxidation catalyst in an exhaust passage, and an exhaust gas purification apparatus for an engine using the same.

請求項１に係る発明は、図２に示すように、多孔質の隔壁２３ａで仕切られた貫通孔２３ｂが互いに平行に複数形成された担体２３と、隔壁２３ａに担持されエンジン１１の排ガス中の窒素酸化物をアンモニアと反応させて分解するような触媒作用を有する第１活性成分２４とを備えた選択還元型触媒の改良である。
その特徴ある構成は、隔壁２３ａで仕切られた複数の貫通孔２３ｂの相隣接する入口部２３ｃと出口部２３ｄが交互に封止され、第１活性成分２４が担持された隔壁２３ａが通気性を有し一の貫通孔２３ｂの入口部２３ｃから流入した排ガスが隔壁２３ａを通過して一の貫通孔２３ｂに隣接する他の貫通孔２３ｂの出口部２３ｄから排出されるように構成され、隔壁２３ａを通過したアンモニアを酸化するような触媒作用を有する第２活性成分２６が他の貫通孔２３ｂの内面に担持されたところにある。 In the invention according to claim 1, as shown in FIG. 2, a carrier 23 in which a plurality of through holes 23b partitioned by a porous partition wall 23a are formed in parallel with each other, and a carrier 23 supported by the partition wall 23a in the exhaust gas of the engine 11 This is an improvement of the selective catalytic reduction catalyst comprising the first active component 24 having a catalytic action that causes nitrogen oxide to react with ammonia and decompose.
The characteristic configuration is that the inlet portions 23c and the outlet portions 23d adjacent to each other of the plurality of through holes 23b partitioned by the partition walls 23a are alternately sealed, and the partition walls 23a carrying the first active component 24 have air permeability. The exhaust gas flowing from the inlet portion 23c of the one through hole 23b passes through the partition wall 23a and is discharged from the outlet portion 23d of the other through hole 23b adjacent to the one through hole 23b. The second active component 26 having a catalytic action that oxidizes the ammonia that has passed through is carried on the inner surface of the other through hole 23b.

この請求項1に記載された選択還元型触媒では、排ガスがこの選択還元型触媒２２に流入すると、担体２３に担持された第１活性成分２４においてアンモニアが還元剤として機能し、排ガス中のＮＯ、ＮＯ2は還元されてＮ2 やＨ2Ｏに変化し、ＮＯｘが大気にそのまま排出される量を低減する。一方、還元剤として機能することなく担体２３の隔壁２３ａを通過した余剰のアンモニア（ＮＨ3）は、その隔壁２３ａを通過した後その貫通孔２３ｂの内面に担持された第２活性成分２６において酸化されてＮＯｘやＨ2Ｏに変化し、アンモニアが大気にそのまま排出されることを防止する。この余剰のアンモニアを酸化する第２活性成分２６は担体２３に担持されるので、従来余剰のアンモニアを酸化させるために必要とされたアンモニア酸化触媒を選択還元型触媒の下流側に設置することを不要にすることができる。 In the selective catalytic reduction catalyst according to claim 1, when exhaust gas flows into the selective catalytic reduction catalyst 22, ammonia functions as a reducing agent in the first active component 24 supported on the carrier 23, and NO in the exhaust gas. , NO 2 is reduced to N 2 or H 2 O to reduce the amount of NOx discharged into the atmosphere as it is. On the other hand, surplus ammonia (NH 3 ) that has passed through the partition wall 23a of the carrier 23 without functioning as a reducing agent is oxidized in the second active component 26 carried on the inner surface of the through hole 23b after passing through the partition wall 23a. Thus, it is changed to NOx or H 2 O, and ammonia is prevented from being discharged into the atmosphere as it is. Since the second active component 26 that oxidizes surplus ammonia is supported on the carrier 23, it is necessary to install an ammonia oxidation catalyst that has been conventionally required to oxidize surplus ammonia downstream of the selective catalytic reduction catalyst. It can be made unnecessary.

請求項２に係る発明は、図１に示すように、ディーゼルエンジン１１の排気管１６に設けられた請求項１記載の選択還元型触媒２２と、選択還元型触媒２２より排ガス上流側の排気管１６に設けられ選択還元型触媒２２に向けて尿素系液体３２を噴射可能な液体噴射ノズル２９と、選択還元型触媒２２より排ガス上流側の排気管１６に設けられた酸化触媒５３とを備えたエンジンの排ガス浄化装置である。
この請求項２に記載されたエンジンの排ガス浄化装置では、液体噴射ノズル２９から尿素系液体を噴射すると、その尿素系液体は加水分解してアンモニアが生じ、そのアンモニアは排ガス中のＮＯｘを選択還元型触媒２２によって浄化する還元剤として機能し、大気に排出されるＮＯｘの量を低減する。一方、選択還元型触媒２２に粒子状固形物の例えば硝酸アンモニウムが堆積するとその隔壁２３ａにおける細孔を詰まらせたりするけれども、選択還元型触媒２２より排ガス上流側の排気管１６に設けられた酸化触媒５３において排ガス中のＨＣ等が酸化することにより排ガスの温度は上昇し、選択還元型触媒２２に堆積した粒子状固形物の例えば硝酸アンモニウムを燃焼させ、その選択還元型触媒２２を再生させる。 As shown in FIG. 1, the invention according to claim 2 is the selective reduction catalyst 22 according to claim 1 provided in the exhaust pipe 16 of the diesel engine 11 and the exhaust pipe upstream of the selective reduction catalyst 22 from the exhaust gas. 16 is provided with a liquid injection nozzle 29 capable of injecting the urea-based liquid 32 toward the selective reduction catalyst 22 and an oxidation catalyst 53 provided in the exhaust pipe 16 upstream of the selective reduction catalyst 22. This is an engine exhaust gas purification device.
In the exhaust gas purification apparatus for an engine according to claim 2, when urea-based liquid is injected from the liquid injection nozzle 29, the urea-based liquid is hydrolyzed to produce ammonia, and the ammonia selectively reduces NOx in the exhaust gas. It functions as a reducing agent to be purified by the type catalyst 22, and reduces the amount of NOx discharged to the atmosphere. On the other hand, when particulate solid material such as ammonium nitrate is deposited on the selective catalytic reduction catalyst 22, pores in the partition wall 23a are clogged, but the oxidation catalyst provided in the exhaust pipe 16 upstream of the selective catalytic reduction catalyst 22 is provided. At 53, the temperature of the exhaust gas rises as a result of oxidation of HC or the like in the exhaust gas, and particulate solid material, for example, ammonium nitrate, deposited on the selective catalytic reduction catalyst 22 is burned to regenerate the selective catalytic reduction catalyst 22.

請求項３に係る発明は、図４に示すように、ディーゼルエンジン１１の排気管１６に設けられた請求項１記載の選択還元型触媒２２と、選択還元型触媒２２より排ガス上流側の排気管１６に設けられ選択還元型触媒２２に向けて尿素系液体３２を噴射可能な液体噴射ノズル２９と、選択還元型触媒２２より排ガス上流側の排気管１６に設けられたディーゼルパティキュレートフィルタ５１と、ディーゼルパティキュレートフィルタ５１の温度を所定値以上に上昇可能に構成されたフィルタ温度上昇手段とを備えたエンジンの排ガス浄化装置である。
この請求項３に記載されたエンジンの排ガス浄化装置では、ディーゼルエンジン１１の排ガス中におけるパティキュレートをパティキュレートフィルタ５１により捕集して、そのパティキュレートが外部に排出されることを有効に防止することができる。また、液体噴射ノズルから尿素系液体を噴射すると、その尿素系液体は加水分解してアンモニアが生じ、そのアンモニアは排ガス中のＮＯｘを選択還元型触媒２２によって浄化する還元剤として機能し、大気に排出されるＮＯｘの量を低減することができる。
一方、選択還元型触媒２２に粒子状固形物の例えば硝酸アンモニウムが堆積するとその隔壁２３ａにおける細孔を詰まらせたり、その隔壁２３ａの表面を覆ってしまうことにより、ＮＯｘ浄化反応を阻害するおそれがある。また、ディーゼルパティキュレートフィルタ５１に捕集されたパティキュレートの量が増大すると、パティキュレートフィルタ５１を通る排気の流路抵抗が増大する。この場合には、フィルタ温度上昇手段によりパティキュレートフィルタ５１の温度を上昇させてパティキュレート燃焼させることによりパティキュレートフィルタ５１を再生するとともに、選択還元型触媒２２に堆積した粒子状固形物の例えば硝酸アンモニウムも同時に燃焼させ、その選択還元型触媒２２も同時に再生させることができる。 As shown in FIG. 4, the invention according to claim 3 is the selective reduction catalyst 22 according to claim 1 provided in the exhaust pipe 16 of the diesel engine 11, and the exhaust pipe upstream of the exhaust gas from the selective reduction catalyst 22. 16, a liquid injection nozzle 29 that is capable of injecting urea-based liquid 32 toward the selective reduction catalyst 22, a diesel particulate filter 51 provided in the exhaust pipe 16 on the exhaust gas upstream side of the selective reduction catalyst 22, The engine exhaust gas purification device includes a filter temperature increasing means configured to increase the temperature of the diesel particulate filter 51 to a predetermined value or more.
In the exhaust gas purifying apparatus for an engine according to claim 3, particulates in the exhaust gas of the diesel engine 11 are collected by the particulate filter 51, and the particulates are effectively prevented from being discharged to the outside. be able to. Further, when the urea-based liquid is injected from the liquid injection nozzle, the urea-based liquid is hydrolyzed to generate ammonia, and the ammonia functions as a reducing agent that purifies NOx in the exhaust gas by the selective catalytic reduction catalyst 22, and enters the atmosphere. The amount of NOx discharged can be reduced.
On the other hand, if particulate solid material such as ammonium nitrate is deposited on the selective catalytic reduction catalyst 22, the pores in the partition wall 23a may be clogged or the surface of the partition wall 23a may be blocked, thereby inhibiting the NOx purification reaction. . Further, when the amount of particulates collected by the diesel particulate filter 51 increases, the flow passage resistance of the exhaust gas passing through the particulate filter 51 increases. In this case, the particulate filter 51 is regenerated by raising the temperature of the particulate filter 51 by the filter temperature raising means and performing particulate combustion, and the particulate solid deposited on the selective catalytic reduction catalyst 22 is, for example, ammonium nitrate. And the selective catalytic reduction catalyst 22 can be regenerated at the same time.

本発明の選択還元型触媒では、隔壁で仕切られた複数の貫通孔の相隣接する入口部と出口部を交互に封止し、第１活性成分が担持された隔壁が通気性を有し一の貫通孔の入口部から流入した排ガスが隔壁を通過して一の貫通孔に隣接する他の貫通孔の出口部から排出されるように構成され、隔壁を通過したアンモニアを酸化するような触媒作用を有する第２活性成分を他の貫通孔の内面に担持させたので、排ガスがこの選択還元型触媒に流入すると、担体に担持された第１活性成分においてアンモニアが還元剤として機能し、排ガス中のＮＯ、ＮＯ2は還元されてＮ2 やＨ2Ｏに変化し、ＮＯｘが大気にそのまま排出される量を低減する。一方、還元剤として機能することなく担体の隔壁を通過した余剰のアンモニア（ＮＨ3）は、その隔壁を通過した後他の貫通孔の内面に担持された第２活性成分において酸化されてＮＯｘやＨ2Ｏに変化し、アンモニアが大気にそのまま排出されることを防止する。この余剰のアンモニアを酸化する第２活性成分は担体に担持されるので、従来余剰のアンモニアを酸化させるために必要とされたアンモニア酸化触媒を選択還元型触媒の下流側に設置することを不要にすることができる。 In the selective catalytic reduction catalyst of the present invention, adjacent inlet portions and outlet portions of a plurality of through holes partitioned by the partition walls are alternately sealed, and the partition walls supporting the first active component have air permeability. A catalyst that oxidizes ammonia that has passed through the partition wall so that the exhaust gas flowing in from the inlet portion of the through hole passes through the partition wall and is discharged from the outlet part of another through hole adjacent to the one through hole. Since the second active component having an action is supported on the inner surface of the other through-hole, when the exhaust gas flows into the selective reduction catalyst, ammonia functions as a reducing agent in the first active component supported on the carrier, and the exhaust gas NO and NO 2 in the inside are reduced to change to N 2 and H 2 O, and the amount of NOx discharged into the atmosphere as it is is reduced. On the other hand, surplus ammonia (NH 3 ) that has passed through the partition walls of the carrier without functioning as a reducing agent is oxidized by the second active component carried on the inner surface of the other through-holes after passing through the partition walls, so that NOx or It changes to H 2 O and prevents ammonia from being discharged into the atmosphere as it is. Since the second active component that oxidizes the surplus ammonia is supported on the carrier, it is unnecessary to install an ammonia oxidation catalyst that has been conventionally required to oxidize surplus ammonia downstream of the selective catalytic reduction catalyst. can do.

この選択還元型触媒と、選択還元型触媒より排ガス上流側の排気管に設けられ選択還元型触媒に向けて尿素系液体を噴射可能な液体噴射ノズルと、選択還元型触媒より排ガス上流側の排気管に設けられた酸化触媒とを備えたエンジンの排ガス浄化装置では、液体噴射ノズルから尿素系液体を噴射すると、その尿素系液体は加水分解してアンモニアが生じ、そのアンモニアは排ガス中のＮＯｘを選択還元型触媒によって浄化する還元剤として機能し、大気に排出されるＮＯｘの量を低減する。一方、選択還元型触媒に粒子状固形物の例えば硝酸アンモニウムが堆積するとその隔壁における細孔を詰まらせたりするけれども、酸化触媒において排ガス中のＨＣ等が酸化することにより排ガスの温度は上昇し、選択還元型触媒に堆積した粒子状固形物を燃焼させ、その選択還元型触媒を再生させることができる。   The selective reduction catalyst, a liquid injection nozzle provided in an exhaust pipe upstream of the selective reduction catalyst and capable of injecting urea-based liquid toward the selective reduction catalyst, and an exhaust gas upstream of the selective reduction catalyst In an exhaust gas purification apparatus for an engine having an oxidation catalyst provided in a pipe, when urea-based liquid is injected from a liquid injection nozzle, the urea-based liquid is hydrolyzed to produce ammonia, and the ammonia converts NOx in the exhaust gas. It functions as a reducing agent that is purified by the selective catalytic reduction catalyst, and reduces the amount of NOx discharged to the atmosphere. On the other hand, accumulation of particulate solid material such as ammonium nitrate on the selective catalytic reduction catalyst clogs pores in the partition walls, but the oxidation catalyst raises the temperature of the exhaust gas due to oxidation of HC, etc. in the exhaust gas. The particulate solid deposited on the reduction catalyst can be burned to regenerate the selective reduction catalyst.

一方、この選択還元型触媒と、選択還元型触媒より排ガス上流側の排気管に設けられ選択還元型触媒に向けて尿素系液体を噴射可能な液体噴射ノズルと、選択還元型触媒より排ガス上流側の排気管に設けられたディーゼルパティキュレートフィルタと、ディーゼルパティキュレートフィルタの温度を所定値以上に上昇可能に構成されたフィルタ温度上昇手段とを備えたエンジンの排ガス浄化装置では、ディーゼルエンジンの排ガス中におけるパティキュレートをパティキュレートフィルタにより捕集して、そのパティキュレートが外部に排出されることを有効に防止することができる。また、液体噴射ノズルから尿素系液体を噴射すると、その尿素系液体は加水分解してアンモニアが生じ、そのアンモニアは排ガス中のＮＯｘを選択還元型触媒によって浄化する還元剤として機能し、大気に排出されるＮＯｘの量を低減することができる。一方、粒子状固形物の硝酸アンモニウム等が選択還元型触媒に堆積することもあるため、選択還元型触媒は定期的に再生させる必要があるけれども、フィルタ温度上昇手段により選択還元型触媒より排ガス上流側の排気管に設けられたディーゼルパティキュレートフィルタの温度を上昇させてディーゼルパティキュレートフィルタに堆積させたパティキュレートを燃焼させ、パティキュレートの燃焼によりディーゼルパティキュレートフィルタを通過する排ガスの温度を上昇させ、温度が上昇した排ガスの熱により選択還元型触媒に堆積した粒子状固形物の硝酸アンモニウム等を燃焼して分解させれば、パティキュレートフィルタを再生するとともに、選択還元型触媒も同時に再生させることができる。   On the other hand, the selective reduction catalyst, a liquid injection nozzle provided in the exhaust pipe upstream of the selective reduction catalyst and capable of injecting urea-based liquid toward the selective reduction catalyst, and the exhaust gas upstream of the selective reduction catalyst An exhaust gas purification apparatus for an engine comprising a diesel particulate filter provided in an exhaust pipe of the engine and a filter temperature increasing means configured to increase the temperature of the diesel particulate filter to a predetermined value or higher. It is possible to effectively prevent the particulates from being discharged to the outside by collecting the particulates by the particulate filter. In addition, when urea-based liquid is injected from the liquid injection nozzle, the urea-based liquid is hydrolyzed to produce ammonia, which functions as a reducing agent that purifies NOx in the exhaust gas by a selective reduction catalyst and is discharged to the atmosphere. The amount of NOx produced can be reduced. On the other hand, since particulate ammonium nitrate or the like may be deposited on the selective catalytic reduction catalyst, the selective catalytic reduction catalyst needs to be regenerated periodically. The temperature of the diesel particulate filter provided in the exhaust pipe is increased to burn the particulate deposited on the diesel particulate filter, the temperature of the exhaust gas passing through the diesel particulate filter is increased by the combustion of the particulate, If the particulate solid ammonium nitrate or the like deposited on the selective catalytic reduction catalyst is burned and decomposed by the heat of the exhaust gas whose temperature has risen, the particulate filter can be regenerated and the selective catalytic reduction catalyst can be regenerated at the same time. .

次に本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて説明する。
図１に示すように、ディーゼルエンジン１１の吸気ポートには吸気マニホルド１２を介して吸気管１３が接続され、排気ポートには排気マニホルド１４を介して排気管１６が接続される。吸気管１３には、ターボ過給機１７のコンプレッサ１７ａと、ターボ過給機１７により圧縮された吸気を冷却するインタクーラ１８とがそれぞれ設けられ、排気管１６にはターボ過給機１７のタービン１７ｂが設けられる。図示しないがコンプレッサ１７ａの回転翼とタービン１７ｂの回転翼とはシャフトにより連結される。エンジン１１から排出される排ガスのエネルギによりタービン１７ｂ及びシャフトを介してコンプレッサ１７ａが回転し、このコンプレッサ１７ａの回転により吸気管１３内の吸入空気が圧縮されるように構成される。 Next, the best mode for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings.
As shown in FIG. 1, an intake pipe 13 is connected to an intake port of a diesel engine 11 via an intake manifold 12, and an exhaust pipe 16 is connected to an exhaust port via an exhaust manifold 14. The intake pipe 13 is provided with a compressor 17a of the turbocharger 17 and an intercooler 18 for cooling the intake air compressed by the turbocharger 17, and the exhaust pipe 16 is provided with a turbine 17b of the turbocharger 17. Is provided. Although not shown, the rotor blades of the compressor 17a and the rotor blades of the turbine 17b are connected by a shaft. The compressor 17a is rotated by the energy of the exhaust gas discharged from the engine 11 through the turbine 17b and the shaft, and the intake air in the intake pipe 13 is compressed by the rotation of the compressor 17a.

図示しないが、エンジン１１には燃料噴射装置が設けられる。この実施の形態における燃料噴射装置は先端部がシリンダに臨みシリンダに燃料である軽油を噴射可能な筒内インジェクタと、内部に軽油を蓄圧し上記インジェクタに軽油を圧送するコモンレールと、このコモンレールに軽油を供給するフィードポンプとを有する。筒内インジェクタはこのインジェクタに内蔵された電磁弁により軽油の噴射量及び噴射時期が調整可能に構成される。この燃料噴射装置は、ピストンの上死点の後に燃料である軽油をシリンダに噴射するポスト噴射が可能に構成され、このポスト噴射の有無により、エンジン１１から排気管１６に供給される炭化水素を増減可能に構成される。排気管１６の途中には選択還元型触媒２２が設けられる。選択還元型触媒２２は排気管１６の直径を拡大した筒状のコンバータ２１に収容される。   Although not shown, the engine 11 is provided with a fuel injection device. The fuel injection device according to this embodiment includes a cylinder injector capable of injecting light oil as fuel into the cylinder with the tip portion facing the cylinder, a common rail for accumulating light oil inside and pumping light oil to the injector, and light oil to the common rail. A feed pump. The in-cylinder injector is configured such that the injection amount and the injection timing of the light oil can be adjusted by a solenoid valve built in the injector. This fuel injection device is configured to be capable of post injection in which light oil as fuel is injected into the cylinder after the top dead center of the piston, and hydrocarbons supplied from the engine 11 to the exhaust pipe 16 depending on the presence or absence of this post injection. Can be increased or decreased. A selective reduction catalyst 22 is provided in the middle of the exhaust pipe 16. The selective reduction catalyst 22 is accommodated in a cylindrical converter 21 in which the diameter of the exhaust pipe 16 is enlarged.

図２に詳しく示すように、選択還元型触媒２２は、担体２３とこの担体２３に担持された触媒作用を有する第１及び第２活性成分２４，２６からなる。担体２３は例えばコージェライト、炭化ケイ素のようなセラミックからなる多孔質体からなり、多孔質の隔壁２３ａで仕切られた貫通孔２３ｂが互いに平行に複数形成される。この担体２３は、隔壁２３ａで仕切られた複数の貫通孔２３ｂの相隣接する入口部２３ｃと出口部２３ｄが交互に封止され、その多孔質体の隔壁２３ａに金属ゼオライト、金属アルミナのような第１活性成分２４がコーティングされることによりその隔壁２３ａに担持される。そして、隔壁２３ａは第１活性成分２４が担持された状態で通気性を有するように構成され、一の貫通孔２３ｂの入口部２３ｃから流入した排ガスが図の実線矢印で示すようにその隔壁２３ａを通過して一の貫通孔２３ｂに隣接する他の貫通孔２３ｂに流入し、その他の貫通孔２３ｂの出口部２３ｄから排出されるように構成される。   As shown in detail in FIG. 2, the selective reduction catalyst 22 includes a carrier 23 and first and second active components 24 and 26 having a catalytic action supported on the carrier 23. The carrier 23 is made of, for example, a porous body made of ceramic such as cordierite or silicon carbide, and a plurality of through holes 23b partitioned by a porous partition wall 23a are formed in parallel to each other. In this carrier 23, adjacent inlet portions 23c and outlet portions 23d of a plurality of through holes 23b partitioned by partition walls 23a are alternately sealed, and the porous partition walls 23a are made of metal zeolite, metal alumina or the like. The first active ingredient 24 is coated on the partition wall 23a. The partition wall 23a is configured to have air permeability in a state where the first active component 24 is supported, and the exhaust gas flowing from the inlet portion 23c of one through hole 23b is indicated by a solid line arrow in the partition wall 23a. It is configured so as to flow into the other through hole 23b adjacent to the one through hole 23b and to be discharged from the outlet 23d of the other through hole 23b.

隔壁２３ａに担持された第１活性成分２４はエンジン１１の排ガス中のＮＯｘをアンモニア或いは尿素系液体と反応させて分解するように構成され、この例における第１活性成分２４は排気管１６に流入する排ガス中のＮＯｘを比較的低温で、例えば２００〜３００℃で還元するような金属ゼオライト、金属アルミナのようなものが用いられる。一方、隔壁２３ａを通過した排ガスが流入する他の貫通孔２３ｂの内面には第２活性成分２６が担持される。第２活性成分２６は隔壁２３ａを通過したアンモニアを酸化するような触媒作用を有するものであって、貴金属系ゼオライト、貴金属系アルミナ等のようなものが用いられる。   The first active component 24 carried on the partition wall 23a is configured to decompose NOx in the exhaust gas of the engine 11 by reacting with ammonia or urea-based liquid, and the first active component 24 in this example flows into the exhaust pipe 16. For example, a metal zeolite or a metal alumina that reduces NOx in exhaust gas at a relatively low temperature, for example, 200 to 300 ° C., is used. On the other hand, the second active component 26 is carried on the inner surface of the other through hole 23b into which the exhaust gas that has passed through the partition wall 23a flows. The second active component 26 has a catalytic action to oxidize the ammonia that has passed through the partition wall 23a, and a precious metal-based zeolite, a precious metal-based alumina, or the like is used.

この選択還元型触媒２２の具体的な製造方法を説明すると、図３（ａ）に示すように、上記担体２３を第１活性成分２４となる金属ゼオライト、金属アルミナなどをスラリー化した第１液体中に完全に浸漬させ、その第１液体を入口部２３ｃ又は出口部２３ｄのいずれかが封止されている全ての貫通孔２３ｂの内面にまで接触させるか、或いは入り口側から浸漬させて単体２３を長さ方向で８〜９割程度第１液体に浸漬させ、出口２３ｄが封止された貫通孔２３ｂの内面に第１液体を接触させる。その後、その担体２３を第１液体から引き上げて脱液し、図３（ｂ）に示すように、その入口側及び出口側からそれぞれエアを吹き付けてそのエアを隔壁２３ａに通過させて余剰の第１液体を除去するとともに隔壁２３ａの通気性を確保する。その後、図３（ｃ）に示すように、担体２３を第２活性成分２６となる貴金属系ゼオライト、貴金属系アルミナ等を有機系成分とともにスラリー化した第２液体に出口側から浸漬する。即ち、単体２３を長さ方向で８〜９割程度第２液体に浸漬させ、出口２３ｄが封止された貫通孔２３ｂの内面に第２液体を接触させずに、入口２３ｃが封止された全ての貫通孔２３ｂの内面にのみその第２液体を接触させる。このとき入口側からエアを吸引して入口２３ｃが封止された貫通孔２３ｂの内面に第２液体を接触させるようにしてもよい。その後、その担体２３を再び引き上げて脱液し、乾燥焼成することにより第１及び第２活性成分２４、２６を担体２３にそれぞれ担持させる。この焼成により第２液体における有機系成分は燃焼して消失し、有機系成分が存在していた部分が空間となって隔壁２３ａの通気性は確保される。このようにして第１及び第２活性成分２４，２６が担体２３にそれぞれ担持された選択還元型触媒２２が作られる。   A specific method for producing the selective reduction catalyst 22 will be described. As shown in FIG. 3A, the carrier 23 is a first liquid in which metal zeolite, metal alumina, or the like serving as the first active component 24 is slurried. The first liquid is completely immersed in it, and the first liquid is brought into contact with the inner surfaces of all the through holes 23b in which either the inlet portion 23c or the outlet portion 23d is sealed, or is immersed from the inlet side to form a single body 23. Is immersed in the first liquid about 80 to 90% in the length direction, and the first liquid is brought into contact with the inner surface of the through hole 23b in which the outlet 23d is sealed. Thereafter, the carrier 23 is pulled up from the first liquid to be drained, and as shown in FIG. 3 (b), air is blown from the inlet side and the outlet side, respectively, to pass the air through the partition wall 23a, and the excess second 1 liquid is removed and the air permeability of the partition wall 23a is secured. Thereafter, as shown in FIG. 3 (c), the carrier 23 is immersed from the outlet side in a second liquid in which noble metal zeolite, noble metal alumina and the like as the second active component 26 are slurried together with organic components. That is, the single-piece 23 is immersed in the second liquid about 80 to 90% in the length direction, and the inlet 23c is sealed without bringing the second liquid into contact with the inner surface of the through hole 23b in which the outlet 23d is sealed. The second liquid is brought into contact only with the inner surfaces of all the through holes 23b. At this time, the second liquid may be brought into contact with the inner surface of the through hole 23b in which the inlet 23c is sealed by sucking air from the inlet side. Thereafter, the carrier 23 is pulled up again to drain the liquid and dried and fired to carry the first and second active ingredients 24 and 26 on the carrier 23, respectively. By this firing, the organic component in the second liquid burns and disappears, and the portion where the organic component was present becomes a space, and the air permeability of the partition wall 23a is ensured. In this way, the selective reduction catalyst 22 in which the first and second active components 24 and 26 are respectively supported on the carrier 23 is produced.

図１に戻って、この選択還元型触媒２２の排ガス上流側の排気管１６、即ち選択還元型触媒２２の入口には、液体噴射ノズル２９が選択還元型触媒２２に向けて設けられる。この液体噴射ノズル２９には液体供給管３１の一端が接続され、この液体供給管３１の他端は尿素系液体３２が貯留された液体タンク３３に接続される。また液体供給管３１には液体噴射ノズル２９への液体３２の供給量を調整する液体調整弁３４が設けられ、液体調整弁３４と液体タンク３３との間の液体供給管３１には液体タンク３３内の液体３２を液体噴射ノズル２９に供給可能なポンプ３６が設けられる。液体調整弁３４は第１〜第３ポート３４ａ〜３４ｃを有する三方弁であり、第１ポート３４ａはポンプ３６の吐出口に接続され、第２ポート３４ｂは液体噴射ノズル２９に接続され、更に第３ポート３４ｃは戻り管３７を介して液体タンク３３に接続される。そして、液体調整弁３４がオンすると第１及び第２ポート３４ａ，３４ｂが連通し、オフすると第１及び第３ポート３４ａ，３４ｃが連通するように構成される。   Returning to FIG. 1, a liquid injection nozzle 29 is provided toward the selective reduction catalyst 22 at the exhaust pipe 16 on the exhaust gas upstream side of the selective reduction catalyst 22, that is, at the inlet of the selective reduction catalyst 22. One end of a liquid supply pipe 31 is connected to the liquid ejection nozzle 29, and the other end of the liquid supply pipe 31 is connected to a liquid tank 33 in which a urea-based liquid 32 is stored. The liquid supply pipe 31 is provided with a liquid adjustment valve 34 that adjusts the supply amount of the liquid 32 to the liquid jet nozzle 29. The liquid supply pipe 31 between the liquid adjustment valve 34 and the liquid tank 33 is provided with the liquid tank 33. A pump 36 capable of supplying the liquid 32 in the liquid jet nozzle 29 is provided. The liquid regulating valve 34 is a three-way valve having first to third ports 34a to 34c, the first port 34a is connected to the discharge port of the pump 36, the second port 34b is connected to the liquid injection nozzle 29, and the first The 3 port 34 c is connected to the liquid tank 33 through a return pipe 37. The first and second ports 34a and 34b communicate with each other when the liquid regulating valve 34 is turned on, and the first and third ports 34a and 34c communicate with each other when the liquid adjustment valve 34 is turned off.

一方、排気管１６にはその排気管１６内の排ガス温度を検出する第１及び第２温度センサ４３ａ，４３ｂが設けられる。即ち、液体噴射ノズル２９及び選択還元型触媒２２間である選択還元型触媒２２の入口には、その入口における排気管１６内の排ガス温度を検出する第１温度センサ４３ａが設けられる。一方、選択還元型触媒２２の出口には、その出口における排気管１６内の排ガス温度を検出する第２温度センサ４３ｂが設けられる。これらの第１及び第２温度センサ４３ａ，４３ｂの検出出力はマイクロコンピュータからなるコントローラ４４の制御入力にそれぞれ接続される。その他コントローラ４４の制御入力には、エンジン１１の回転速度を検出する回転センサ４６と、エンジン１１の負荷を検出する負荷センサ４７などの各検出出力が接続される。上記負荷センサ４７はこの実施の形態では燃料噴射ポンプ（図示せず）のロードレバーの変位量を検出する。コントローラ４４の制御出力は液体調整弁３４及びポンプ３６にそれぞれ接続される。コントローラ４４はメモリ４４ａを備える。メモリ４４ａには、選択還元型触媒２２の入口及び出口の排ガス温度、エンジン回転、エンジン負荷等に応じた液体調整弁３４のオン又はオフ並びにオン時における開度、更にポンプ３６の作動の有無が予め記憶される。   On the other hand, the exhaust pipe 16 is provided with first and second temperature sensors 43 a and 43 b for detecting the exhaust gas temperature in the exhaust pipe 16. That is, a first temperature sensor 43 a that detects the exhaust gas temperature in the exhaust pipe 16 at the inlet is provided at the inlet of the selective reduction catalyst 22 between the liquid injection nozzle 29 and the selective reduction catalyst 22. On the other hand, the outlet of the selective catalytic reduction catalyst 22 is provided with a second temperature sensor 43b for detecting the exhaust gas temperature in the exhaust pipe 16 at the outlet. The detection outputs of the first and second temperature sensors 43a and 43b are respectively connected to control inputs of a controller 44 composed of a microcomputer. Other detection outputs such as a rotation sensor 46 that detects the rotation speed of the engine 11 and a load sensor 47 that detects a load of the engine 11 are connected to the control input of the controller 44. In this embodiment, the load sensor 47 detects a displacement amount of a load lever of a fuel injection pump (not shown). The control output of the controller 44 is connected to the liquid regulating valve 34 and the pump 36, respectively. The controller 44 includes a memory 44a. In the memory 44a, the exhaust gas temperature at the inlet and outlet of the selective catalytic reduction catalyst 22, the rotation of the liquid regulating valve 34 according to the engine rotation, the engine load, etc., the opening degree at the time of turning on, and the presence or absence of the operation of the pump 36 are also stored. Stored in advance.

また、選択還元型触媒２２より排ガス上流側の排気管１６には、酸化触媒５３が設けられる。この酸化触媒５３は、選択還元型触媒２２より上流側の排気管１６の直径を拡大した筒状のコンバータ５２に並べられて収容される。図示しないが、酸化触媒５３は、排ガスの流れる方向に格子状（ハニカム状）の通路が形成された図示しないモノリス担体（材質：コージェライト）を有し、このモノリス担体上に白金−ゼオライト触媒又は白金−アルミナ触媒がコーティングされる。このコーティングにより、酸化触媒５３に煤や炭化水素（ＨＣなど）の酸化力が付与される。
一方、図示しない燃料噴射装置は、軽油をシリンダ内にポスト噴射可能に構成される。従って、この燃料噴射装置では、軽油をシリンダ内にポスト噴射することにより、炭化水素を排ガス中に増加させてエンジン１１から排ガスとともに排気管１６に供給させるように構成される。そして、排ガス中に炭化水素が増加すると、その増加した炭化水素は酸化触媒５３において酸化反応して排ガス自体の温度を上昇可能に構成される。 In addition, an oxidation catalyst 53 is provided in the exhaust pipe 16 on the exhaust gas upstream side of the selective catalytic reduction catalyst 22. The oxidation catalyst 53 is accommodated side by side in a cylindrical converter 52 in which the diameter of the exhaust pipe 16 upstream of the selective reduction catalyst 22 is enlarged. Although not shown, the oxidation catalyst 53 has a monolithic carrier (material: cordierite) (not shown) in which lattice-like (honeycomb-like) passages are formed in the flow direction of the exhaust gas, and a platinum-zeolite catalyst or A platinum-alumina catalyst is coated. This coating imparts oxidizing power of soot and hydrocarbons (HC, etc.) to the oxidation catalyst 53.
On the other hand, a fuel injection device (not shown) is configured such that light oil can be post-injected into the cylinder. Therefore, this fuel injection device is configured to post-inject light oil into the cylinder to increase hydrocarbons in the exhaust gas and to supply the exhaust pipe 16 together with the exhaust gas from the engine 11. When the hydrocarbons increase in the exhaust gas, the increased hydrocarbon is oxidized in the oxidation catalyst 53 to increase the temperature of the exhaust gas itself.

このように構成されたエンジンの排ガスを浄化する装置の動作を説明する。
エンジン１１を始動すると、その排ガスは排気マニホルド１４から排気管１６に至り、その排気管１６を介して選択還元型触媒２２に至る。そして、排ガス中のＮＯｘはこの選択還元型触媒２２において浄化される。即ち、排ガスの温度が比較的高温であることを第１及び第２温度センサ４３ａ，４３ｂの検出出力から判断したコントローラ４４は液体調整弁３４をオンして液体調整弁３４における第１及び第２ポート３４ａ，３４ｂを連通させ、液体噴射ノズル２９から尿素系液体３２を噴射する。これは、排ガス中のＮＯｘを選択還元型触媒２２によって浄化するのに還元剤が必要だからであり、尿素系液体３２は予め所定の濃度に調整されたものが液体タンク３３に貯留される。コントローラ４４は回転センサ４６及び負荷センサ４７の各検出出力に基づいて求められるディーゼルエンジン１１の運転状態から排ガス中のＮＯｘ濃度を推定し、このＮＯｘを浄化するのに必要な還元剤としての尿素量を求める。そして、コントローラ４４は、求められた還元剤として必要な尿素量から具体的な尿素系液体３２の噴射量を決定し、液体調整弁３４をオンして噴射ノズル２９から最適な量の尿素系液体３２を噴射する。噴射された尿素系液体は、排ガスによって加熱されて加水分解しアンモニアを生じる。このアンモニアが選択還元型触媒２２に流入すると、担体２３に担持された第１活性成分２４において排ガス中のＮＯ、ＮＯ2は還元されてＮ2 やＨ2Ｏに変化し、ＮＯｘが大気にそのまま排出される量を低減する。 The operation of the apparatus for purifying exhaust gas of the engine configured as described above will be described.
When the engine 11 is started, the exhaust gas reaches the exhaust pipe 16 from the exhaust manifold 14, and reaches the selective reduction catalyst 22 through the exhaust pipe 16. The NOx in the exhaust gas is purified by the selective reduction catalyst 22. That is, the controller 44 that has determined from the detection outputs of the first and second temperature sensors 43a and 43b that the temperature of the exhaust gas is relatively high turns on the liquid regulating valve 34 to turn the first and second in the liquid regulating valve 34 on. The ports 34 a and 34 b are communicated, and the urea-based liquid 32 is ejected from the liquid ejection nozzle 29. This is because a reducing agent is required to purify NOx in the exhaust gas by the selective reduction catalyst 22, and the urea-based liquid 32 that has been adjusted to a predetermined concentration in advance is stored in the liquid tank 33. The controller 44 estimates the NOx concentration in the exhaust gas from the operating state of the diesel engine 11 obtained based on the detection outputs of the rotation sensor 46 and the load sensor 47, and the amount of urea as a reducing agent necessary for purifying this NOx. Ask for. Then, the controller 44 determines a specific injection amount of the urea-based liquid 32 from the obtained urea amount necessary as the reducing agent, turns on the liquid adjustment valve 34, and optimizes the urea-based liquid from the injection nozzle 29. 32 is injected. The injected urea-based liquid is heated by the exhaust gas and hydrolyzed to produce ammonia. When this ammonia flows into the selective catalytic reduction catalyst 22, the NO and NO 2 in the exhaust gas are reduced in the first active component 24 carried on the carrier 23 and changed to N 2 and H 2 O, and NOx remains in the atmosphere. Reduce the amount discharged.

一方、還元剤として機能することなく担体２３の隔壁２３ａを通過した余剰のアンモニア（ＮＨ3）は、その隔壁２３ａを通過した後その貫通孔２３ｂの内面に担持された第２活性成分２６において酸化されてＮＯｘやＨ2Ｏに変化し、アンモニアが大気にそのまま排出されることが防止される。そしてこの余剰のアンモニアを酸化する第２活性成分２６は担体２３に担持されるので、従来余剰のアンモニアを酸化させるために必要とされたアンモニア酸化触媒を不要にすることができる。この結果、アンモニア酸化触媒を選択還元型触媒とは別に排気通路に設けることを必要とする従来に比較して、設計の自由度は向上し、必要とする触媒の数が減少することからその取付け工数が従来に比較して増加することを回避することができる。 On the other hand, surplus ammonia (NH 3 ) that has passed through the partition wall 23a of the carrier 23 without functioning as a reducing agent is oxidized in the second active component 26 carried on the inner surface of the through hole 23b after passing through the partition wall 23a. Thus, NOx and H 2 O are changed to prevent ammonia from being discharged into the atmosphere as it is. Since the second active component 26 that oxidizes this surplus ammonia is carried on the carrier 23, it is possible to eliminate the need for an ammonia oxidation catalyst that has been conventionally required to oxidize surplus ammonia. As a result, the degree of freedom in design is improved and the number of required catalysts is reduced compared to the conventional case where an ammonia oxidation catalyst is provided in the exhaust passage separately from the selective reduction catalyst. It is possible to avoid an increase in the number of man-hours as compared with the prior art.

なお、本発明における選択還元型触媒２２では、担体２３における貫通孔２３ｂの相隣接する入口部２３ｃと出口部２３ｄを交互に封止しているので、その隔壁２３ａにパティキュレートが堆積することを回避する必要がある。特にアンモニアを還元剤として用いるので、排ガスの温度が比較的低温である場合には、アンモニアがＮＯｘと反応して生成される硝酸アンモニウム等が固形物となって担体２３の隔壁２３ａに堆積することが考えられる。選択還元型触媒２２に粒子状固形物である硝酸アンモニウムが過度に堆積すると、その触媒２２の隔壁２３ａにおける細孔を詰まらせたり、その隔壁２３ａの表面を覆ってしまうことにより、ＮＯｘ浄化反応を阻害するおそれがある。   In the selective reduction catalyst 22 according to the present invention, the inlet portions 23c and the outlet portions 23d adjacent to each other of the through holes 23b in the carrier 23 are alternately sealed, so that particulates accumulate on the partition walls 23a. It is necessary to avoid it. In particular, since ammonia is used as the reducing agent, when the temperature of the exhaust gas is relatively low, ammonium nitrate or the like produced by the reaction of ammonia with NOx may become a solid and deposit on the partition wall 23a of the carrier 23. Conceivable. If the ammonium nitrate which is a particulate solid is excessively deposited on the selective catalytic reduction catalyst 22, the pores in the partition wall 23a of the catalyst 22 are clogged or the surface of the partition wall 23a is blocked, thereby inhibiting the NOx purification reaction. There is a risk.

これを回避するためには選択還元型触媒２２を再生させる必要があり、その選択還元型触媒２２の再生は、図示しない燃料噴射装置により燃料である軽油をシリンダ内にポスト噴射させることにより行われる。このポスト噴射により、炭化水素を排ガス中に増加させてエンジン１１から排ガスとともに排気管１６に供給させると、排ガス中に炭化水素が増加し、その増加した炭化水素は酸化触媒５３において酸化反応して排ガス自体の温度を上昇させる。温度が上昇した排ガスはその下流側に設けられた選択還元型触媒２２に達する。選択還元型触媒２２に堆積した硝酸アンモニウムは２１０℃以上で燃焼するので、温度が上昇した排ガスの熱により選択還元型触媒２２に堆積した粒子状固形物である硝酸アンモニウムは燃焼して分解し、これにより選択還元型触媒２２を再生することができる。   In order to avoid this, it is necessary to regenerate the selective catalytic reduction catalyst 22, and the selective catalytic reduction catalyst 22 is regenerated by post-injecting light oil as fuel into the cylinder by a fuel injection device (not shown). . By this post-injection, when hydrocarbon is increased in the exhaust gas and supplied from the engine 11 to the exhaust pipe 16 together with the exhaust gas, the hydrocarbon increases in the exhaust gas, and the increased hydrocarbon undergoes an oxidation reaction in the oxidation catalyst 53. Increase the temperature of the exhaust gas itself. The exhaust gas whose temperature has risen reaches the selective catalytic reduction catalyst 22 provided on the downstream side thereof. Since ammonium nitrate deposited on the selective catalytic reduction catalyst 22 burns at 210 ° C. or higher, the ammonium nitrate that is a particulate solid deposited on the selective catalytic reduction catalyst 22 is burned and decomposed by the heat of the exhaust gas whose temperature has increased. The selective catalytic reduction catalyst 22 can be regenerated.

図4の本発明の別の実施の形態を示す。図面中上述した実施の形態と同一符号は同一部品を示し、繰り返しての説明を省略する。
図4に示すように、この実施の形態では、選択還元型触媒２２より排ガス上流側の排気管１６に、多孔質セラミックから成るディーゼルパティキュレートフィルタ５１が設けられ、このフィルタ５１の上流側に酸化触媒５３が設けられる。このディーゼルパティキュレートフィルタ５１及び酸化触媒５３は、選択還元型触媒２２より上流側の排気管１６の直径を拡大した筒状のコンバータ５２に並べられて収容される。図示しないが、パティキュレートフィルタ５１は、上流側に栓が施された第１通路と下流側に栓が施された第２通路とが交互に配置されたハニカム状をなし、排ガスは第２通路から多孔質セラミックの流路壁面を通過して第１通路に流入して下流側に流れるように構成される。そして、排ガス中のパティキュレートは多孔質セラミックによって捕集され、パティキュレートの大気への放出を防止するように構成される。一方、酸化触媒５３は、上述した実施の形態と同一部品であるので繰り返しての説明を省略する。 FIG. 5 shows another embodiment of the present invention of FIG. In the drawings, the same reference numerals as those in the above-described embodiment denote the same parts, and repeated description will be omitted.
As shown in FIG. 4, in this embodiment, a diesel particulate filter 51 made of porous ceramics is provided in the exhaust pipe 16 upstream of the exhaust gas from the selective catalytic reduction catalyst 22, and oxidation is performed upstream of the filter 51. A catalyst 53 is provided. The diesel particulate filter 51 and the oxidation catalyst 53 are accommodated side by side in a cylindrical converter 52 in which the diameter of the exhaust pipe 16 upstream of the selective reduction catalyst 22 is enlarged. Although not shown, the particulate filter 51 has a honeycomb shape in which a first passage with a plug on the upstream side and a second passage with a plug on the downstream side are alternately arranged, and the exhaust gas passes through the second passage. From the flow path wall surface of the porous ceramic to the first passage and to the downstream side. The particulates in the exhaust gas are collected by the porous ceramic, and are configured to prevent the particulates from being released into the atmosphere. On the other hand, since the oxidation catalyst 53 is the same component as that of the above-described embodiment, repeated description is omitted.

そして、このディーゼルパティキュレートフィルタ５１の温度を所定値に上昇可能に構成されたフィルタ温度上昇手段が設けられる。この実施の形態におけるフィルタ温度上昇手段は、前述した酸化触媒５３と図示しない燃料噴射装置からなる。即ち、燃料噴射装置により軽油をシリンダ内にポスト噴射することにより、炭化水素を排ガス中に増加させてエンジン１１から排ガスとともに排気管１６に供給させる。排ガス中に炭化水素が増加すると、その増加した炭化水素は酸化触媒５３において酸化反応して排ガス自体の温度が上昇し、その下流側に存在するディーゼルパティキュレートフィルタ５１の温度を所定値に上昇させる。   And the filter temperature raising means comprised so that the temperature of this diesel particulate filter 51 can be raised to a predetermined value is provided. The filter temperature raising means in this embodiment includes the above-described oxidation catalyst 53 and a fuel injection device (not shown). That is, light oil is post-injected into the cylinder by the fuel injection device, whereby hydrocarbons are increased in the exhaust gas and supplied from the engine 11 to the exhaust pipe 16 together with the exhaust gas. When the hydrocarbons increase in the exhaust gas, the increased hydrocarbons undergo an oxidation reaction in the oxidation catalyst 53 to increase the temperature of the exhaust gas itself, and increase the temperature of the diesel particulate filter 51 existing downstream thereof to a predetermined value. .

このように構成されたエンジンの排ガスを浄化する装置の動作を説明する。
エンジン１１を始動すると、その排ガスは排気マニホルド１４から排気管１６に至り、その排気管１６を介してディーゼルパティキュレートフィルタ５１に至る。ディーゼルエンジン１１の排ガス中におけるパティキュレートはこのディーゼルパティキュレートフィルタ５１により捕集される。そして、パティキュレートが捕集されてそれが除去された排ガスはそのパティキュレートフィルタ５１を通過し、その下流側に存在する選択還元型触媒２２に至る。そして、排ガス中のＮＯｘはこの選択還元型触媒２２において浄化される。 The operation of the apparatus for purifying exhaust gas of the engine configured as described above will be described.
When the engine 11 is started, the exhaust gas reaches the exhaust pipe 16 from the exhaust manifold 14, and reaches the diesel particulate filter 51 through the exhaust pipe 16. Particulates in the exhaust gas of the diesel engine 11 are collected by the diesel particulate filter 51. The exhaust gas from which the particulates have been collected and removed passes through the particulate filter 51 and reaches the selective catalytic reduction catalyst 22 existing on the downstream side. The NOx in the exhaust gas is purified by the selective reduction catalyst 22.

即ち、排ガスの温度が比較的高温であることを第１及び第２温度センサ４３ａ，４３ｂの検出出力から判断したコントローラ４４は液体調整弁３４をオンして液体調整弁３４における第１及び第２ポート３４ａ，３４ｂを連通させ、液体噴射ノズル２９から尿素系液体３２を噴射する。これは、排ガス中のＮＯｘを選択還元型触媒２２によって浄化するのに還元剤が必要だからであり、尿素系液体３２は予め所定の濃度に調整されたものが液体タンク３３に貯留される。コントローラ４４は回転センサ４６及び負荷センサ４７の各検出出力に基づいて求められるディーゼルエンジン１１の運転状態から排ガス中のＮＯｘ濃度を推定し、このＮＯｘを浄化するのに必要な還元剤としての尿素量を求める。そして、コントローラ４４は、求められた還元剤として必要な尿素量から具体的な尿素系液体３２の噴射量を決定し、液体調整弁３４をオンして噴射ノズル２９から最適な量の尿素系液体３２を噴射する。噴射された尿素系液体は、排ガスによって加熱されて加水分解しアンモニアを生じる。このアンモニアが選択還元型触媒２２に流入すると、担体２３に担持された第１活性成分２４において排ガス中のＮＯ、ＮＯ2は還元されてＮ2 やＨ2Ｏに変化し、ＮＯｘが大気にそのまま排出される量を低減する。 That is, the controller 44 that has determined from the detection outputs of the first and second temperature sensors 43a and 43b that the temperature of the exhaust gas is relatively high turns on the liquid regulating valve 34 to turn the first and second in the liquid regulating valve 34 on. The ports 34 a and 34 b are communicated, and the urea-based liquid 32 is ejected from the liquid ejection nozzle 29. This is because a reducing agent is required to purify NOx in the exhaust gas by the selective reduction catalyst 22, and the urea-based liquid 32 that has been adjusted to a predetermined concentration in advance is stored in the liquid tank 33. The controller 44 estimates the NOx concentration in the exhaust gas from the operating state of the diesel engine 11 obtained based on the detection outputs of the rotation sensor 46 and the load sensor 47, and the amount of urea as a reducing agent necessary for purifying this NOx. Ask for. Then, the controller 44 determines a specific injection amount of the urea-based liquid 32 from the obtained urea amount necessary as the reducing agent, turns on the liquid adjustment valve 34, and optimizes the urea-based liquid from the injection nozzle 29. 32 is injected. The injected urea-based liquid is heated by the exhaust gas and hydrolyzed to produce ammonia. When this ammonia flows into the selective catalytic reduction catalyst 22, the NO and NO 2 in the exhaust gas are reduced in the first active component 24 carried on the carrier 23 and changed to N 2 and H 2 O, and NOx remains in the atmosphere. Reduce the amount discharged.

一方、還元剤として機能することなく担体２３の隔壁２３ａを通過した余剰のアンモニア（ＮＨ3）は、その隔壁２３ａを通過した後その貫通孔２３ｂの内面に担持された第２活性成分２６において酸化されてＮＯｘやＨ2Ｏに変化し、アンモニアが大気にそのまま排出されることが防止される。そしてこの余剰のアンモニアを酸化する第２活性成分２６は担体２３に担持されるので、従来余剰のアンモニアを酸化させるために必要とされたアンモニア酸化触媒を不要にすることができる。この結果、アンモニア酸化触媒を選択還元型触媒とは別に排気通路に設けることを必要とする従来に比較して、設計の自由度は向上し、必要とする触媒の数が減少することからその取付け工数が従来に比較して増加することを回避することができる。 On the other hand, surplus ammonia (NH 3 ) that has passed through the partition wall 23a of the carrier 23 without functioning as a reducing agent is oxidized in the second active component 26 carried on the inner surface of the through hole 23b after passing through the partition wall 23a. Thus, NOx and H 2 O are changed to prevent ammonia from being discharged into the atmosphere as it is. Since the second active component 26 that oxidizes this surplus ammonia is carried on the carrier 23, it is possible to eliminate the need for an ammonia oxidation catalyst that has been conventionally required to oxidize surplus ammonia. As a result, the degree of freedom in design is improved and the number of required catalysts is reduced compared to the conventional case where an ammonia oxidation catalyst is provided in the exhaust passage separately from the selective reduction catalyst. It is possible to avoid an increase in the number of man-hours as compared with the prior art.

なお、本発明における選択還元型触媒２２では、担体２３における貫通孔２３ｂの相隣接する入口部２３ｃと出口部２３ｄを交互に封止しているので、その隔壁２３ａにパティキュレートが堆積することを回避する必要がある。特にアンモニアを還元剤として用いるので、排ガスの温度が比較的低温である場合には、アンモニアがＮＯｘと反応して生成される硝酸アンモニウム等が固形物となって担体２３の隔壁２３ａに堆積することが考えられる。選択還元型触媒２２に粒子状固形物である硝酸アンモニウムが過度に堆積すると、その触媒２２の隔壁２３ａにおける細孔を詰まらせたり、その隔壁２３ａの表面を覆ってしまうことにより、ＮＯｘ浄化反応を阻害するおそれがある。これを回避するために、選択還元型触媒２２の上流側にディーゼルパティキュレートフィルタ５１を設けているけれども、このディーゼルパティキュレートフィルタ５１にあっても、このディーゼルパティキュレートフィルタ５１に捕集されたパティキュレートの量が増大すると、パティキュレートフィルタ５１を通る排気の流路抵抗が増大する。このため、選択還元型触媒２２や、その上流側に設けられたディーゼルパティキュレートフィルタ５１は定期的に再生させる必要がある。この再生方法を以下に説明する。   In the selective reduction catalyst 22 according to the present invention, the inlet portions 23c and the outlet portions 23d adjacent to each other of the through holes 23b in the carrier 23 are alternately sealed, so that particulates accumulate on the partition walls 23a. It is necessary to avoid it. In particular, since ammonia is used as the reducing agent, when the temperature of the exhaust gas is relatively low, ammonium nitrate or the like produced by the reaction of ammonia with NOx may become a solid and deposit on the partition wall 23a of the carrier 23. Conceivable. If the ammonium nitrate which is a particulate solid is excessively deposited on the selective catalytic reduction catalyst 22, the pores in the partition wall 23a of the catalyst 22 are clogged or the surface of the partition wall 23a is blocked, thereby inhibiting the NOx purification reaction. There is a risk. In order to avoid this, although the diesel particulate filter 51 is provided on the upstream side of the selective catalytic reduction catalyst 22, even in the diesel particulate filter 51, the particulates collected by the diesel particulate filter 51 are not present. As the amount of curate increases, the flow path resistance of the exhaust gas passing through the particulate filter 51 increases. For this reason, it is necessary to periodically regenerate the selective catalytic reduction catalyst 22 and the diesel particulate filter 51 provided on the upstream side thereof. This reproducing method will be described below.

選択還元型触媒２２の再生はパティキュレートフィルタ５１の再生とともに行われる。そして、パティキュレートフィルタ５１の再生は、フィルタ温度上昇手段である図示しない燃料噴射装置により燃料である軽油をシリンダ内にポスト噴射させることにより行われる。このポスト噴射により、炭化水素を排ガス中に増加させてエンジン１１から排ガスとともに排気管１６に供給させる。排ガス中に炭化水素が増加すると、その増加した炭化水素は酸化触媒５３において酸化反応して排ガス自体の温度が上昇し、その下流側に存在するディーゼルパティキュレートフィルタ５１の温度を上昇させる。パティキュレートフィルタ５１の温度が上昇してパティキュレートが燃焼可能な温度、例えば６００℃を越えると、パティキュレートフィルタ５１に捕集されたパティキュレートはその熱により燃焼し、これによりパティキュレートフィルタ５１は再生する。   The regeneration of the selective catalytic reduction catalyst 22 is performed together with the regeneration of the particulate filter 51. The regeneration of the particulate filter 51 is performed by post-injecting light oil, which is fuel, into the cylinder by a fuel injection device (not shown) that is a filter temperature raising means. By this post injection, hydrocarbons are increased in the exhaust gas and supplied from the engine 11 to the exhaust pipe 16 together with the exhaust gas. When the hydrocarbons increase in the exhaust gas, the increased hydrocarbons undergo an oxidation reaction in the oxidation catalyst 53 to increase the temperature of the exhaust gas itself, thereby increasing the temperature of the diesel particulate filter 51 existing downstream thereof. When the temperature of the particulate filter 51 rises and exceeds a temperature at which the particulates can be combusted, for example, 600 ° C., the particulates collected by the particulate filter 51 are combusted by the heat, and the particulate filter 51 is thereby heated. Reproduce.

パティキュレートフィルタ５１の温度が上昇してパティキュレートが燃焼すると、そのパティキュレートフィルタ５１を通過した排ガスの温度は著しく上昇し、温度が上昇した排ガスはその下流側に設けられた選択還元型触媒２２に達する。一方、選択還元型触媒２２に堆積した硝酸アンモニウムは２１０℃以上で燃焼し、温度が上昇した排ガスの熱により選択還元型触媒２２に堆積した粒子状固形物である硝酸アンモニウムは燃焼して分解し、これにより選択還元型触媒２２を再生することができる。   When the temperature of the particulate filter 51 rises and the particulates burn, the temperature of the exhaust gas that has passed through the particulate filter 51 rises remarkably, and the exhaust gas whose temperature has risen is the selective reduction catalyst 22 provided on the downstream side thereof. To reach. On the other hand, ammonium nitrate deposited on the selective catalytic reduction catalyst 22 burns at 210 ° C. or higher, and ammonium nitrate, which is a particulate solid deposited on the selective catalytic reduction catalyst 22 by the heat of the exhaust gas whose temperature has risen, burns and decomposes. Thus, the selective catalytic reduction catalyst 22 can be regenerated.

なお、上述した実施の形態では、エンジンとしてターボ過給機付ディーゼルエンジンを挙げたが、自然吸気型ディーゼルエンジンに本発明の排ガスを浄化する装置を用いてもよい。
また、上述した実施の形態では、フィルタ温度上昇手段としてポスト噴射可能な燃料噴射装置を用いて説明したが、フィルタ温度上昇手段は、排ガスの温度を上昇させる等してフィルタの温度を上昇させることができるものであれば、例えば、ＥＧＲ制御弁、吸気スロットル弁又は排気ブレーキ弁を閉じる、ＶＧ（Variable Geometry）ターボのズルベーン開度を大きくする等してエンジン負荷を大きくしたりしても良く、フィルタの直前に炭化水素を直接そのフィルタに向かって噴射可能なノズルを設けても良い。 In the embodiment described above, the turbocharged diesel engine is used as the engine. However, the apparatus for purifying exhaust gas of the present invention may be used for a naturally aspirated diesel engine.
In the above-described embodiment, the post-injectable fuel injection device is used as the filter temperature increasing means. However, the filter temperature increasing means increases the temperature of the filter by increasing the temperature of the exhaust gas. For example, the engine load may be increased by closing the EGR control valve, the intake throttle valve or the exhaust brake valve, or increasing the VG (Variable Geometry) turbo sulbane opening, A nozzle capable of injecting hydrocarbons directly toward the filter may be provided immediately before the filter.

本発明の実施形態の排ガス浄化装置の構成を示す構成図である。It is a block diagram which shows the structure of the exhaust gas purification apparatus of embodiment of this invention. その選択還元型触媒の拡大断面図である。It is an expanded sectional view of the selective reduction catalyst. その選択還元型触媒の製造手順を示す図である。It is a figure which shows the manufacturing procedure of the selective reduction catalyst. 本発明の別の実施形態の排ガス浄化装置の構成を示す構成図である。It is a block diagram which shows the structure of the exhaust gas purification apparatus of another embodiment of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

１１ ディーゼルエンジン
１６ 排気管
２２ 選択還元型触媒
２３ 担体
２３ａ 隔壁
２３ｂ 貫通孔
２３ｃ 入口部
２３ｄ 出口部
２４ 第１活性成分
２６ 第２活性成分
２９ 液体噴射ノズル
３２ 尿素系液体
５１ ディーゼルパティキュレートフィルタ
５３ 酸化触媒 DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Diesel engine 16 Exhaust pipe 22 Selective reduction type catalyst 23 Support | carrier 23a Partition wall 23b Through-hole 23c Inlet part 23d Outlet part 24 1st active component 26 2nd active component 29 Liquid injection nozzle 32 Urea system liquid 51 Diesel particulate filter 53 Oxidation catalyst

Claims (3)

多孔質の隔壁(23a)で仕切られた貫通孔(23b)が互いに平行に複数形成された担体(23)と、前記隔壁(23a)に担持されエンジン(11)の排ガス中の窒素酸化物をアンモニアと反応させて分解するような触媒作用を有する第１活性成分(24)とを備えた選択還元型触媒において、
前記隔壁(23a)で仕切られた複数の前記貫通孔(23b)の相隣接する入口部(23c)と出口部(23d)が交互に封止され、
前記第１活性成分(24)が担持された前記隔壁(23a)が通気性を有し一の貫通孔(23b)の入口部(23c)から流入した前記排ガスが前記隔壁(23a)を通過して前記一の貫通孔(23b)に隣接する他の貫通孔(23b)の出口部(23d)から排出されるように構成され、
前記隔壁(23a)を通過したアンモニアを酸化するような触媒作用を有する第２活性成分(26)が前記他の貫通孔(23b)の内面に担持された
ことを特徴とする選択還元型触媒。 A carrier (23) in which a plurality of through-holes (23b) partitioned by a porous partition wall (23a) are formed in parallel with each other, and nitrogen oxide in the exhaust gas of the engine (11) carried on the partition wall (23a). A selective reduction catalyst comprising a first active component (24) having a catalytic action that decomposes by reacting with ammonia,
The adjacent inlet portions (23c) and outlet portions (23d) of the plurality of through holes (23b) partitioned by the partition wall (23a) are alternately sealed,
The partition wall (23a) carrying the first active component (24) is air permeable, and the exhaust gas flowing from the inlet (23c) of one through hole (23b) passes through the partition wall (23a). Is configured to be discharged from the outlet (23d) of the other through hole (23b) adjacent to the one through hole (23b),
A selective reduction catalyst characterized in that a second active component (26) having a catalytic action to oxidize ammonia that has passed through the partition wall (23a) is supported on the inner surface of the other through hole (23b). ディーゼルエンジン(11)の排気管(16)に設けられた請求項1記載の選択還元型触媒(22)と、
前記選択還元型触媒(22)より排ガス上流側の前記排気管(16)に設けられ前記選択還元型触媒(22)に向けて尿素系液体(32)を噴射可能な液体噴射ノズル(29)と、
前記選択還元型触媒(22)より排ガス上流側の前記排気管(16)に設けられた酸化触媒(53)と
を備えたエンジンの排ガス浄化装置。 The selective reduction catalyst (22) according to claim 1, provided in the exhaust pipe (16) of the diesel engine (11),
A liquid injection nozzle (29) provided in the exhaust pipe (16) upstream of the exhaust gas from the selective reduction catalyst (22) and capable of injecting a urea-based liquid (32) toward the selective reduction catalyst (22); ,
An exhaust gas purification apparatus for an engine, comprising: an oxidation catalyst (53) provided in the exhaust pipe (16) upstream of the exhaust gas from the selective reduction catalyst (22). ディーゼルエンジン(11)の排気管(16)に設けられた請求項1記載の選択還元型触媒(22)と、
前記選択還元型触媒(22)より排ガス上流側の前記排気管(16)に設けられ前記選択還元型触媒(22)に向けて尿素系液体(32)を噴射可能な液体噴射ノズル(29)と、
前記選択還元型触媒(22)より排ガス上流側の前記排気管(16)に設けられたディーゼルパティキュレートフィルタ(51)と、
前記ディーゼルパティキュレートフィルタ(51)の温度を所定値以上に上昇可能に構成されたフィルタ温度上昇手段と
を備えたエンジンの排ガス浄化装置。
The selective reduction catalyst (22) according to claim 1, provided in the exhaust pipe (16) of the diesel engine (11),
A liquid injection nozzle (29) provided in the exhaust pipe (16) upstream of the exhaust gas from the selective reduction catalyst (22) and capable of injecting a urea-based liquid (32) toward the selective reduction catalyst (22); ,
A diesel particulate filter (51) provided in the exhaust pipe (16) on the exhaust gas upstream side of the selective catalytic reduction catalyst (22);
An exhaust gas purifying apparatus for an engine, comprising: a filter temperature increasing means configured to increase a temperature of the diesel particulate filter (51) to a predetermined value or more.
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