JP2008215133A

JP2008215133A - Engine exhaust gas treatment device and engine exhaust gas treatment method using it

Info

Publication number: JP2008215133A
Application number: JP2007051645A
Authority: JP
Inventors: Akira Nishioka; 明西岡; Kiyoshi Amo; 天羽　　清; Hiroshi Yokota; 比呂志横田
Original assignee: Hitachi High Technologies Corp; Hitachi High Tech Corp
Current assignee: Hitachi High Tech Corp
Priority date: 2007-03-01
Filing date: 2007-03-01
Publication date: 2008-09-18
Anticipated expiration: 2027-03-01
Also published as: JP4646934B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a compact engine exhaust gas treatment device providing improved denitration performance even when exhaust gas temperature is low and requiring low electric power consumption, and a method for efficiently denitrating engine exhaust gas by using the exhaust gas treatment device. <P>SOLUTION: When the exhaust gas temperature in a branched gas channel 12 is lower than a predetermined temperature, an electric heater 13 is electrified to heat the branched gas channel 12, and also the amount of urea water required is injected from a sub-injection valve 11 into the branched gas channel 12 to generate urea vapor in the branched gas channel 12. When the exhaust gas temperature in an exhaust gas duct 3 is higher than the predetermined temperature, the electric heater is de-electrified, and also the amount of urea water required is injected from a main injection valve 10 into the exhaust gas duct 3. As a result, the electric power consumption of the electric heater is reduced, and a power unit is miniaturized. Also, Nox treatment is performed highly efficiently at a low temperature and at a high temperature. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、尿素水を還元剤として用いたエンジンの排気処理装置及びエンジンの排気処理方法に係り、特に、排ガス中の窒素酸化物を効率良く除去する手段に関する。 The present invention relates to an engine exhaust treatment apparatus and an engine exhaust treatment method using urea water as a reducing agent, and more particularly to a means for efficiently removing nitrogen oxides in exhaust gas.

従来より、ディーゼルエンジンにおいては、排ガスが流通する排気管の途中に、酸素共存下でも選択的に窒素酸化物（以下ＮＯｘと記す）を還元剤と反応させる性質を備えた選択還元型触媒を装備し、この選択還元型触媒の上流側に必要量の還元剤（炭化水素、アンモニア又はその前駆体）を添加してこの還元剤を選択還元型触媒上で排ガス中のＮＯｘと還元反応させ、これによりＮＯxの排出濃度を低減し得るようにしたものがある。この選択還元型触媒を使ったＮＯｘ低減手法をＳＣＲ（Selective Catalytic Reduction）と呼び、還元剤として尿素を使うものは特に尿素ＳＣＲと呼ばれている。この尿素ＳＣＲを車両に適用するため、尿素水をタンクに貯蔵しておき、エンジン起動中にこのタンクから供給された尿素水を排気通路内に噴射し、エンジンの排気熱を利用して尿素を加水分解させ、これにより生じるアンモニアによってＮＯｘを低減するための技術も知られている（特許文献１）。 Conventionally, a diesel engine is equipped with a selective reduction catalyst that has the property of selectively reacting nitrogen oxides (hereinafter referred to as NOx) with a reducing agent even in the presence of oxygen in the middle of an exhaust pipe through which exhaust gas flows. Then, a necessary amount of a reducing agent (hydrocarbon, ammonia or a precursor thereof) is added upstream of the selective catalytic reduction catalyst, and the reducing agent is subjected to a reduction reaction with NOx in the exhaust gas on the selective catalytic reduction catalyst. In some cases, the NOx emission concentration can be reduced. A NOx reduction method using this selective reduction catalyst is called SCR (Selective Catalytic Reduction), and a method using urea as a reducing agent is particularly called urea SCR. In order to apply this urea SCR to a vehicle, urea water is stored in a tank, urea water supplied from this tank is injected into the exhaust passage while the engine is started, and urea is discharged using the exhaust heat of the engine. A technique for reducing NOx by hydrolyzing and resulting ammonia is also known (Patent Document 1).

また、排ガス温度が低い場合には、脱硝反応が起き難くなることで、脱硝性能が低下する特性があるが、尿素水を添加する際に、電気ヒータによる加熱によって尿素水を気化させ、尿素のアンモニアへの加水分解を促進することで、脱硝触媒を有効に活用し、ＮＯｘ低減性能を高める技術も知られている（特許文献２）。 In addition, when the exhaust gas temperature is low, the denitration reaction is difficult to occur, and there is a characteristic that the denitration performance deteriorates.However, when adding urea water, the urea water is vaporized by heating with an electric heater, There is also known a technology that effectively utilizes a denitration catalyst and enhances NOx reduction performance by promoting hydrolysis to ammonia (Patent Document 2).

即ち、排ガス温度が高い場合は、排ガス中に直接尿素水を噴射しても、排ガスから熱を受けることで尿素水の気化が進むので、排ガス中に尿素が行き渡り、尿素から生じたアンモニアでＮＯｘを処理することができる。しかし、排ガス温度が低い場合は、排ガスの熱だけで尿素水を完全に気化させることが難しいので、噴射された尿素水が排気煙道の壁面に付着して析出を起こし、脱硝触媒上に達するアンモニア量が低下する。また、壁面に付着しなくても、尿素の加水分解反応が進みにくいので、脱硝触媒上で尿素の加水分解反応を起こすことになりやすい。脱硝触媒が加水分解反応に使われる場合、アンモニアによるＮＯｘの還元反応（＝脱硝反応）が行われず、加水分解反応が起きた下流の触媒上で、脱硝反応を行うことになるので、本来の目的で使用できる脱硝触媒の領域が減ってしまう。このように、排ガス温度が低い場合には、脱硝反応の反応速度が低下するばかりでなく、脱硝触媒上に達するアンモニア量が低下したり、脱硝反応に使える触媒の面積が低下したりしやすいので、脱硝性能が大幅に低下する。この問題を解決するため、排ガス温度が低い場合には、尿素を予め加水分解させ、アンモニアガスにした状態で排ガス中に注入することが有効であり、このことから、尿素を気化させるための電気ヒータを備えた排気処理装置は、排ガス温度が低い状態における脱硝性能向上の有効な手段となっている。
特開２０００−０２７６２７号公報特開２００４−３５３５２３号公報 That is, when the exhaust gas temperature is high, even if the urea water is directly injected into the exhaust gas, the urea water is vaporized by receiving heat from the exhaust gas. Can be processed. However, when the exhaust gas temperature is low, it is difficult to completely vaporize the urea water only by the heat of the exhaust gas, so the injected urea water adheres to the wall of the exhaust flue, causes precipitation, and reaches the denitration catalyst. Ammonia amount decreases. Further, since the hydrolysis reaction of urea does not proceed easily even if it does not adhere to the wall surface, the hydrolysis reaction of urea tends to occur on the denitration catalyst. When a denitration catalyst is used for the hydrolysis reaction, the NOx reduction reaction (= denitration reaction) by ammonia is not performed, and the denitration reaction is performed on the downstream catalyst where the hydrolysis reaction occurred. The area of the denitration catalyst that can be used in the process is reduced. In this way, when the exhaust gas temperature is low, not only the reaction rate of the denitration reaction decreases, but also the amount of ammonia reaching the denitration catalyst or the area of the catalyst that can be used for the denitration reaction tends to decrease. The denitration performance is greatly reduced. In order to solve this problem, when the exhaust gas temperature is low, it is effective to pre-hydrolyze urea and inject it into the exhaust gas in the form of ammonia gas. An exhaust treatment apparatus equipped with a heater is an effective means for improving the denitration performance when the exhaust gas temperature is low.
JP 2000-027627 A JP 2004-353523 A

尿素水を気化させるための電気ヒータを備えると、電気ヒータが電力を消費するため、発電器の負荷が増え、エンジンとしてのエネルギー効率が低下する。尿素水の気化に必要な熱エネルギーを全て電気ヒータでまかなおうとする場合、電気ヒータが必要とする電力は、尿素水の噴射量に比例して大きくなる。脱硝反応で消費されるアンモニアは窒素酸化物のモル数とほぼ同じであるため、エンジンから排出される窒素酸化物が増えれば、必要な尿素水の注入量も増え、電気ヒータに要する電力も増えることになる。このように、電気ヒータに要する電力が増加すると、電力供給装置として大電流に対応したものが必要になるので、装置が大型化するという問題も生じる。一般に、エンジンから排出される窒素酸化物が増えるのはエンジンの負荷が高い場合であり、エンジン負荷が高い時はガス温度が高くなる。排ガス温度が高い時は、本来、排ガスが持つ熱エネルギーで尿素水を気化させることが可能であるため、その時に尿素水の気化のために大きな電力を消費することは、システムとして無駄が大きい。 When the electric heater for vaporizing the urea water is provided, the electric heater consumes electric power, so the load on the generator increases and the energy efficiency of the engine decreases. When trying to cover all the heat energy necessary for vaporizing urea water with an electric heater, the electric power required by the electric heater increases in proportion to the injection amount of urea water. Ammonia consumed in the denitration reaction is almost the same as the number of moles of nitrogen oxides. Therefore, if the amount of nitrogen oxides discharged from the engine increases, the required amount of urea water injection increases and the electric power required for the electric heater also increases. It will be. As described above, when the electric power required for the electric heater is increased, a power supply device corresponding to a large current is required, which causes a problem that the device is enlarged. In general, nitrogen oxides discharged from the engine increase when the engine load is high, and the gas temperature increases when the engine load is high. When the exhaust gas temperature is high, the urea water can be vaporized with the heat energy inherent in the exhaust gas, and consuming large electric power for vaporizing the urea water at that time is wasteful as a system.

一方、尿素水の気化を、電気ヒータを使わずに排ガスが持つ熱エネルギーを使って行うには、尿素水を排気煙道に直接噴射すればよいが、その場合でも、尿素水の噴霧が固体壁面に付着して析出を起こす可能性を含んでいる。即ち、脱硝触媒で目的通りの還元反応を起こすためには、触媒入口の局所的な空間ごとに窒素酸化物と還元剤の量が釣合っている必要がある。このことは、排気煙道に噴射した尿素水の噴霧を排ガスに対して均一に分散させる必要があることを意味する。噴射弁を用いた噴霧では、偏心した位置からの放射状の噴射にならざるを得ないので、排気煙道中に何かしらの構造物を設けるなどの工夫をしなければ、排気煙道中に尿素水の噴霧を均一に分散させることは困難である。しかし、排気煙道中に何かしらの構造物を設けると、その構造物に尿素水の噴霧が衝突しやすくなるし、排気煙道そのものに対しても尿素水の噴霧が集中して衝突する箇所が生じる可能性がある。尿素水の噴霧が頻繁に衝突する場所が生じると、その場所は排ガス温度に比べて大幅に温度が低下する。そのような場所では、平均としての排ガス温度が高くても、局所的には温度が低下した環境になり、尿素の析出が起きやすい。このような析出の発生は、尿素水の利用効率を落とすだけでなく、煙道を閉塞させる可能があったり、堆積した析出物が排ガス温度の急上昇時に一気に気化して大量のアンモニアガスを発生し、外部にアンモニアガスを排出させてしまう可能性を持つ。このように、排ガス温度が高い場合においても、排気煙道に大量の尿素水を噴射するだけでは、排ガス中に含まれるＮＯｘを適正に脱硝することができない。 On the other hand, in order to vaporize urea water using the thermal energy of exhaust gas without using an electric heater, urea water may be injected directly into the exhaust flue, but even in that case, the spray of urea water is solid It includes the possibility of deposition on the wall. That is, in order to cause a reduction reaction as intended by the denitration catalyst, it is necessary that the amounts of nitrogen oxide and reducing agent are balanced for each local space at the catalyst inlet. This means that it is necessary to uniformly disperse the urea water spray injected into the exhaust flue with respect to the exhaust gas. In spraying using an injection valve, radial injection from an eccentric position is unavoidable, so unless some kind of structure is provided in the exhaust flue, urea water is sprayed into the exhaust flue. Is difficult to disperse uniformly. However, when any structure is provided in the exhaust flue, the spray of urea water easily collides with the structure, and there occurs a location where the spray of urea water concentrates and collides with the exhaust flue itself. there is a possibility. When a place where the spray of urea water frequently collides occurs, the temperature of the place is greatly reduced as compared with the exhaust gas temperature. In such a place, even if the exhaust gas temperature as an average is high, an environment in which the temperature is locally lowered is formed, and urea is likely to precipitate. The occurrence of such precipitation not only reduces the utilization efficiency of urea water, but also may block the flue, and the deposited precipitate vaporizes all at once when the exhaust gas temperature rises rapidly, generating a large amount of ammonia gas. There is a possibility of discharging ammonia gas to the outside. Thus, even when the exhaust gas temperature is high, NOx contained in the exhaust gas cannot be properly denitrated only by injecting a large amount of urea water into the exhaust flue.

本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、その目的は、排ガス温度が高い場合のみならず排ガス温度が低い場合にも脱硝性能が高く、かつ消費電力が少なくて小型に構成可能なエンジンの排気処理装置を提供すること、及びこの排気処理装置を用いてエンジン排ガスを高能率に脱硝処理する方法を提供することにある。 The present invention has been made in order to solve such problems, and its purpose is not only when the exhaust gas temperature is high but also when the exhaust gas temperature is low. It is an object to provide an exhaust treatment apparatus for an engine that can be configured as described above, and to provide a method for efficiently denitrating engine exhaust gas using the exhaust treatment apparatus.

前記課題を解決するため、本発明は、排気処理装置に関して第１に、排ガス中の窒素酸化物を脱硝触媒で還元処理するために必要なアンモニアの生成に用いる尿素水を排気煙道内に噴射するメイン噴射弁と、前記尿素水を前記排気煙道から分岐された分流ガス流路内に噴射するサブ噴射弁と、前記分流ガス流路を加熱する電気ヒータとを備え、排ガス温度が所定温度以下の場合は、前記電気ヒータに通電した状態で、前記サブ噴射弁から前記尿素水を噴射し、排ガス温度が所定温度以上の場合は、前記電気ヒータへの通電を断った状態で、前記メイン噴射弁及び前記サブ噴射弁の両方から前記尿素水を噴射するという構成にした。 In order to solve the above-mentioned problem, the present invention firstly relates to an exhaust treatment device, and injects urea water used for generating ammonia necessary for reducing nitrogen oxide in exhaust gas with a denitration catalyst into the exhaust flue. A main injection valve; a sub-injection valve that injects the urea water into the diverted gas flow path branched from the exhaust flue; and an electric heater that heats the diverted gas flow path, and the exhaust gas temperature is equal to or lower than a predetermined temperature. In this case, the urea water is injected from the sub-injection valve while the electric heater is energized. If the exhaust gas temperature is equal to or higher than the predetermined temperature, the main injection is stopped while the electric heater is de-energized. The urea water is injected from both the valve and the sub-injection valve.

かかる構成によると、排ガス温度が低い場合には、電気ヒータに通電した状態でサブ噴射弁から分流ガス流路内に必要量の尿素水を噴射し、排ガス温度が高い場合には、電気ヒータへの通電を断った状態でメイン噴射弁から排気煙道内に必要量の尿素水を噴射するので、電気ヒータが消費する電力を低減できると共に、電気ヒータに電力を供給する電源装置の小型化を図ることができる。また、排ガス温度が低い場合、電気ヒータに通電した状態でサブ噴射弁から分流ガス流路内に尿素水を噴射することから、低温時においても分流ガス流路内に噴射された尿素水を気化させることができ、排ガス中に尿素蒸気を行き渡らせて、尿素から生じたアンモニアにてＮＯｘを処理することができると共に、分流ガス流路内での尿素の析出を防止でき、ＮＯｘの処理を高性能に行うことができる。さらに、排気煙道内の排ガス温度が所定温度以上である場合には、メイン噴射弁から排気煙道内に必要量の尿素水を噴射するので、排気煙道内での尿素の析出を防止でき、ＮＯｘの処理を高性能に行うことができる。また、排気煙道内の排ガス温度が所定温度以上である場合に、メイン噴射弁とともに、サブ噴射弁も尿素水を噴射することにより、サブ噴射弁の噴射が断たれなくなり、噴射弁の過熱防止が図れ、噴射弁内での尿素の析出による詰まりを防止することができる。即ち、ディーゼルエンジンの排気処理のために使用される尿素水は、通常、質量濃度で３２．５％であり、純粋な水に比べて少しだけ沸点が高くなっているに過ぎないので、尿素水の流れが止まった状態でサブ噴射弁の先端が高温の排ガスに曝されると、サブ噴射弁内の尿素水が沸騰を起こし、水分を失った固体の尿素が残って、尿素の析出によって噴射弁が閉塞を起こす恐れがある。そこで、尿素水の噴射を続けることで、尿素水に伝わった熱を噴射した尿素水と共に吐き出すことが可能になり、サブ噴射弁内の尿素水温度が上がらず、尿素水が沸騰しなくなることで、サブ噴射弁の閉塞を防止することができるようになる。また、サブ噴射弁の過熱を防止できることから、弁体を駆動する電磁コイル及び電気回路の損傷を防止することもできる。 According to this configuration, when the exhaust gas temperature is low, a necessary amount of urea water is injected from the sub-injection valve into the diverted gas flow path while the electric heater is energized, and to the electric heater when the exhaust gas temperature is high. Since the required amount of urea water is injected into the exhaust flue from the main injection valve in a state in which the electric current is cut off, the power consumed by the electric heater can be reduced and the power supply device that supplies electric power to the electric heater can be downsized. be able to. In addition, when the exhaust gas temperature is low, urea water is injected from the sub-injection valve into the diverted gas flow path while the electric heater is energized, so the urea water injected into the diverted gas flow path is vaporized even at low temperatures. NOx can be treated with ammonia generated from urea by spreading urea vapor in the exhaust gas, and precipitation of urea in the diverted gas flow path can be prevented. Can be done to performance. Further, when the exhaust gas temperature in the exhaust flue is equal to or higher than a predetermined temperature, since a required amount of urea water is injected from the main injection valve into the exhaust flue, precipitation of urea in the exhaust flue can be prevented, and NOx can be prevented. Processing can be performed with high performance. In addition, when the exhaust gas temperature in the exhaust flue is equal to or higher than the predetermined temperature, the sub injection valve also injects urea water together with the main injection valve, thereby preventing the injection of the sub injection valve from being interrupted and preventing overheating of the injection valve. As a result, clogging due to precipitation of urea in the injection valve can be prevented. That is, urea water used for exhaust treatment of diesel engines is usually 32.5% in mass concentration and has a slightly higher boiling point than pure water. If the tip of the sub-injection valve is exposed to high-temperature exhaust gas while the flow of the fuel is stopped, the urea water in the sub-injection valve will boil, and solid urea that has lost moisture will remain. The valve may become blocked. Therefore, by continuing the injection of urea water, it becomes possible to discharge the heat transferred to the urea water together with the injected urea water, and the urea water temperature in the sub-injection valve does not rise and the urea water does not boil. Thus, the sub-injection valve can be prevented from being blocked. In addition, since the sub-injection valve can be prevented from being overheated, it is possible to prevent damage to the electromagnetic coil and the electric circuit that drive the valve body.

本発明は第２に、前記第１の構成の排気処理装置において、排ガス温度が所定温度以上の場合に前記電気ヒータへの通電を断った状態で行う前記サブ噴射弁の１回の噴射量を、排ガス温度が所定温度以下の場合に前記電気ヒータに通電した状態で前記サブ噴射弁が噴射する１回の噴射量の最小値以下の噴射量にするという構成にした。 According to a second aspect of the present invention, in the exhaust treatment device of the first configuration, when the exhaust gas temperature is equal to or higher than a predetermined temperature, a single injection amount of the sub-injection valve that is performed in a state where the energization to the electric heater is cut off is performed. In addition, when the exhaust gas temperature is equal to or lower than a predetermined temperature, the injection amount is set to be equal to or less than the minimum value of one injection amount that is injected by the sub-injection valve with the electric heater energized.

サブ噴射弁の過熱防止を図るためには、尿素水が少しづつでも噴射されていれば良く、かかる噴射量に設定しても、サブ噴射弁の詰まり、並びにサブ噴射弁を構成する電磁コイル及び電気回路の損傷を防止できる。また、サブ噴射弁が噴射可能な最小噴射量とすることで、サブ噴射弁の噴射量制御を簡略化することができる。 In order to prevent overheating of the sub-injection valve, it is sufficient that the urea water is injected little by little. Even if the injection amount is set, the sub-injection valve is clogged, and the electromagnetic coil and the electric Circuit damage can be prevented. Moreover, the injection amount control of the sub injection valve can be simplified by setting the minimum injection amount that can be injected by the sub injection valve.

本発明は第３に、前記第１の構成の排気処理装置において、前記メイン噴射弁の噴射量の上限値を排ガス温度に応じて設定し、前記メイン噴射弁の尿素水噴射量は、前記上限値を超えないように、前記排気煙道内の排ガス温度に応じて制御することにより、メイン噴射弁から噴射した尿素水が、排ガスから得る熱によって十分に気化する状態に至らないことで、排気煙道に尿素の析出を生じさせてしまうことを回避することができるようになる。 Thirdly, in the exhaust gas processing apparatus of the first configuration, the present invention sets an upper limit value of the injection amount of the main injection valve according to an exhaust gas temperature, and the urea water injection amount of the main injection valve is set to the upper limit value. By controlling according to the exhaust gas temperature in the exhaust flue so as not to exceed the value, the urea water injected from the main injection valve is not sufficiently vaporized by the heat obtained from the exhaust gas. It is possible to avoid the occurrence of urea precipitation on the road.

本発明は第４に、前記第１の構成の排気処理装置において、前記サブ噴射弁の噴射量の上限値を排ガス温度に応じて設定し、前記サブ噴射弁の尿素水噴射量は、前記上限値を超えないように、前記排気煙道内の排ガス温度に応じて制御することにより、サブ噴射弁から噴射した尿素水が、電気ヒータと分流排ガスから得る熱によって十分に気化する状態に至らないことで、分流ガス流路内に尿素の析出を生じさせてしまうことを回避することができるようになる。 Fourthly, in the exhaust gas processing apparatus of the first configuration, the present invention sets an upper limit value of the injection amount of the sub injection valve according to an exhaust gas temperature, and the urea water injection amount of the sub injection valve is set to the upper limit value. By controlling according to the exhaust gas temperature in the exhaust flue so as not to exceed the value, the urea water injected from the sub-injection valve is not sufficiently vaporized by the heat obtained from the electric heater and the diverted exhaust gas. Thus, it is possible to avoid the precipitation of urea in the diverted gas flow path.

本発明は第５に、前記第３及び第４の構成の排気処理装置において、前記排ガス中の窒素酸化物を還元処理する上で必要な尿素水噴射量に対し、前記メイン噴射弁の噴射量の上限値と前記サブ噴射弁の噴射量の上限値の合計が、前記必要な尿素水噴射量より少ない場合は、前記メイン噴射弁と前記サブ噴射弁の噴射量を、それぞれの上限値とし、前記メイン噴射弁の噴射量の上限値と前記サブ噴射弁の噴射量の上限値の合計が、前記必要な尿素水噴射量より多い場合は、前記メイン噴射弁と前記サブ噴射弁の噴射量の合計が、前記必要な尿素水噴射量になるように制御することで、排気煙道への尿素の析出防止を図りながら、還元処理できる窒素酸化物の量の最大化を図ることができるようになる。 Fifth, the present invention provides the exhaust amount of the main injection valve with respect to the urea water injection amount necessary for reducing the nitrogen oxides in the exhaust gas in the exhaust treatment apparatus having the third and fourth configurations. When the sum of the upper limit value of the sub injection valve and the upper limit value of the injection amount of the sub injection valve is less than the required urea water injection amount, the injection amounts of the main injection valve and the sub injection valve are respectively set as the upper limit values, When the sum of the upper limit value of the injection amount of the main injection valve and the upper limit value of the injection amount of the sub injection valve is larger than the necessary urea water injection amount, the injection amount of the main injection valve and the sub injection valve By controlling so that the total amount becomes the required urea water injection amount, the amount of nitrogen oxides that can be reduced can be maximized while preventing precipitation of urea in the exhaust flue. Become.

本発明は第６に、前記第１の構成の排気処理装置において、前記メイン噴射弁の噴射量の下限値を排ガス温度に応じて設定し、排ガス温度に応じて、前記メイン噴射弁の尿素水噴射量を、前記下限値以上になるように制御することにより、メイン噴射弁の噴射が断たれなくなり、噴射弁の過熱防止が図れ、メイン噴射弁内での尿素の析出による詰まりを防止することができる。 Sixthly, according to the present invention, in the exhaust gas processing apparatus having the first configuration, the lower limit value of the injection amount of the main injection valve is set according to the exhaust gas temperature, and the urea water of the main injection valve is set according to the exhaust gas temperature. By controlling the injection amount so as to be equal to or higher than the lower limit value, the injection of the main injection valve is not interrupted, the overheating of the injection valve can be prevented, and clogging due to precipitation of urea in the main injection valve is prevented. Can do.

本発明は第７に、前記第１の構成の排気処理装置において、エンジンの負荷情報から排ガス温度を推定し、その推定した排ガス温度に応じて、前記メイン噴射弁及び前記サブ噴射弁並びに前記電気ヒータを制御することにより、排気ガスの温度計測に伴う遅れがなくなり、瞬時ごとに最適な制御を行うことが可能になり、かつ、部品点数が低減されることで、排気処理装置の簡素化を図ることが可能になる。 Seventhly, in the exhaust gas processing apparatus of the first configuration, the present invention estimates an exhaust gas temperature from engine load information, and in accordance with the estimated exhaust gas temperature, the main injection valve, the sub injection valve, and the electric By controlling the heater, there is no delay associated with exhaust gas temperature measurement, optimal control can be performed instantaneously, and the number of parts is reduced, simplifying the exhaust treatment system. It becomes possible to plan.

本発明は第８に、前記第５の構成の排気処理装置において、エンジンの負荷情報からエンジンから排出される窒素酸化物の排出量を推定し、その推定した窒素酸化物の排出量に応じて、前記必要な尿素水噴射量を決定することにより、排気煙道にＮＯｘセンサーを設けてＮＯｘ濃度を計測する必要がなくなり、排気処理装置の簡素化を図ることが可能になる。 Eighthly, according to the present invention, in the exhaust treatment device of the fifth configuration, the amount of nitrogen oxides discharged from the engine is estimated from engine load information, and the estimated amount of nitrogen oxides discharged is estimated. By determining the necessary urea water injection amount, it is not necessary to provide a NOx sensor in the exhaust flue to measure the NOx concentration, and the exhaust treatment device can be simplified.

本発明は第９に、前記第５の構成の排気処理装置において、前記脱硝触媒に蓄積されるアンモニア量を推定し、その推定量を目標値になるように、前記必要な尿素水噴射量を決定し、前記目標値は、温度に応じて決まる前記脱硝触媒のアンモニア蓄積の飽和量をもとにして決めることにより、前記脱硝触媒に蓄積されるアンモニア量の管理が可能になり、排ガス温度が急変した際に生じる脱硝触媒のアンモニア蓄積の飽和量の急変によって、飽和量を超えて蓄積されたアンモニアが排出されて、排ガス中にアンモニアが混ざった状態で大気放出される可能性を防ぐことが可能になる。 Ninthly, in the exhaust gas processing apparatus of the fifth configuration, the present invention estimates the amount of ammonia accumulated in the denitration catalyst, and sets the required urea water injection amount so that the estimated amount becomes a target value. The target value is determined based on the ammonia accumulation saturation amount of the denitration catalyst that is determined according to the temperature, whereby the amount of ammonia accumulated in the denitration catalyst can be managed, and the exhaust gas temperature can be controlled. Preventing the possibility that the ammonia accumulated in excess of the saturation amount is discharged due to a sudden change in the ammonia accumulation saturation amount of the denitration catalyst that occurs when sudden change occurs, and released into the atmosphere in a state where ammonia is mixed in the exhaust gas. It becomes possible.

一方、本発明は、排気処理方法に関して、排ガス中の窒素酸化物を脱硝触媒で還元処理するために必要なアンモニアの生成に用いる尿素水を排気煙道内に噴射するメイン噴射弁と、前記尿素水を前記排気煙道から分岐された分流ガス流路内に噴射するサブ噴射弁と、前記分流ガス流路を加熱する電気ヒータとを備え、排ガス温度が所定温度以下の場合は、前記電気ヒータに通電した状態で、前記サブ噴射弁から尿素水を噴射し、排ガス温度が所定温度以上の場合は、前記電気ヒータへの通電を断った状態で、前記メイン噴射弁及び前記サブ噴射弁の両方から尿素水を噴射するという構成にした。 On the other hand, the present invention relates to an exhaust treatment method, a main injection valve for injecting urea water used for generating ammonia necessary for reducing nitrogen oxide in exhaust gas with a denitration catalyst into the exhaust flue, and the urea water A sub-injection valve that injects the gas into the diverted gas flow path branched from the exhaust flue, and an electric heater that heats the diverted gas flow path. In an energized state, urea water is injected from the sub-injection valve, and when the exhaust gas temperature is equal to or higher than a predetermined temperature, both the main injection valve and the sub-injection valve are turned off while the energization to the electric heater is interrupted The configuration is such that urea water is injected.

かかる構成によると、前記第１の構成の排気処理装置について説明したと同様の作用効果が発揮される。 According to this configuration, the same operational effects as described for the exhaust processing device of the first configuration are exhibited.

本発明に係るエンジンの排気処理装置及び排気処理方法は、排ガス温度が低い場合には、電気ヒータに通電した状態でサブ噴射弁から分流ガス流路内に必要量の尿素水を噴射し、排ガス温度が高い場合には、電気ヒータへの通電を断った状態でメイン噴射弁から排気煙道内に必要量の尿素水を噴射するので、電気ヒータが消費する電力を低減できると共に、電気ヒータに電力を供給する電源装置の小型化を図ることができる。また、排ガス温度が低い場合に、電気ヒータに通電した状態でサブ噴射弁から分流ガス流路内に尿素水を噴射することから、低温時においても分流ガス流路内に噴射された尿素水を気化させることができ、排ガス中のＮＯｘを処理できると共に、分流ガス流路内での尿素の析出を防止でき、ＮＯｘの処理を高性能に行うことができる。さらに、排気煙道内の排ガス温度が所定温度以上である場合には、メイン噴射弁から排気煙道内に必要量の尿素水を噴射するので、排気煙道内での尿素の析出を防止でき、ＮＯｘの処理を高性能に行うことができる。 When the exhaust gas temperature is low, the exhaust processing apparatus and the exhaust processing method for an engine according to the present invention inject a required amount of urea water into the diverted gas flow path from the sub-injection valve while energizing the electric heater, When the temperature is high, the required amount of urea water is injected into the exhaust flue from the main injection valve with the electric power to the electric heater turned off, so that the electric power consumed by the electric heater can be reduced and the electric power to the electric heater can be reduced. It is possible to reduce the size of the power supply device that supplies the power. In addition, when the exhaust gas temperature is low, urea water is injected from the sub-injection valve into the diverted gas flow path while the electric heater is energized. Vaporization can be performed, NOx in the exhaust gas can be treated, urea can be prevented from being precipitated in the diverted gas flow path, and NOx can be treated with high performance. Further, when the exhaust gas temperature in the exhaust flue is equal to or higher than a predetermined temperature, since a required amount of urea water is injected from the main injection valve into the exhaust flue, precipitation of urea in the exhaust flue can be prevented, and NOx can be prevented. Processing can be performed with high performance.

以下、本発明に係る排気処理装置及び排気処理方法の実施形態を、図１乃至図５を用いて詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of an exhaust treatment apparatus and an exhaust treatment method according to the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 1 to 5.

図１は実施形態に係る排気処理装置の全体構成図である。図示しないディーゼルエンジンから排出された排ガス１は、排気処理のための触媒群を納めた排気煙道３を通過し、粒子状物質（ＰＭ）や窒素酸化物（ＮＯｘ）を除去され、浄化された排ガス２となって大気に放出される。一般に、触媒やフィルターはガスが流れる際の圧力損失が大きくなり易いため、流路面積を大きくすることで、圧力損失の抑制を図る。このため、触媒群を納めた排気煙道３においては、入口及び出口の配管径に比べて、大きな断面積にする。本例においては、触媒群が、上流側から酸化触媒４、粒子状物質除去のためのフィルター（ＤＰＦ）５、脱硝触媒６、アンモニア処理のための触媒７の順に配置されているが、これ以外の組合せであってもかまわない。ただし、排ガスに対する尿素水の注入は脱硝触媒６の上流で行う。 FIG. 1 is an overall configuration diagram of an exhaust treatment apparatus according to an embodiment. Exhaust gas 1 discharged from a diesel engine (not shown) passes through an exhaust flue 3 containing a catalyst group for exhaust treatment, and particulate matter (PM) and nitrogen oxides (NOx) are removed and purified. The exhaust gas 2 is released into the atmosphere. In general, a catalyst or a filter tends to have a large pressure loss when a gas flows. Therefore, the pressure loss is suppressed by increasing the flow path area. For this reason, the exhaust flue 3 containing the catalyst group has a larger cross-sectional area than the inlet and outlet pipe diameters. In this example, the catalyst group is arranged in order of the oxidation catalyst 4, the filter (DPF) 5 for removing particulate matter, the denitration catalyst 6, and the catalyst 7 for ammonia treatment from the upstream side. A combination of these may be used. However, urea water is injected into the exhaust gas upstream of the denitration catalyst 6.

ディーゼルエンジンの排ガスに含まれる粒子状物質は、フィルター物質の表面に付着させることで除去されるが、使用に伴いフィルター５の内部に粒子状物質が蓄積するので、フィルター詰まり防止のため、蓄積した物質を定期的に焼却して再生する。フィルター５を再生する際は、ディーゼルエンジンから排出される排ガス１に未燃物質が多く含まれるようにし、その未燃物質を酸化触媒４で酸化反応させることにより、燃焼熱によって排ガスの温度を上昇させ、それによってフィルター５に蓄積された物質を着火させ、ゆるやかに燃焼させることで除去する。この他、酸化触媒４は、脱硝性能の向上のための役割も担う。即ち、エンジンから排出された直後のガスに含まれる窒素酸化物（ＮＯｘ）はほとんど一酸化窒素（ＮＯ）の状態になっており、このＮＯの一部を酸化触媒４で酸化させ、二酸化窒素（ＮＯ２）の状態にすると、脱硝触媒６でアンモニアによりＮＯｘを還元させる反応が促進される。これは、比較的低温の状態では、ＮＯとＮＯ２のモル比が１：１になっている場合にアンモニアによる還元反応が最も進むことに起因する。 Particulate matter contained in the exhaust gas of diesel engine is removed by adhering to the surface of the filter material. However, since particulate matter accumulates inside the filter 5 with use, it accumulates to prevent clogging of the filter. Incinerate and recycle materials periodically. When the filter 5 is regenerated, the exhaust gas 1 discharged from the diesel engine contains a large amount of unburned material, and the unburnt material is oxidized by the oxidation catalyst 4 to increase the temperature of the exhaust gas by combustion heat. Thus, the substance accumulated in the filter 5 is ignited and removed by gently burning. In addition, the oxidation catalyst 4 also plays a role for improving the denitration performance. That is, most of the nitrogen oxides (NOx) contained in the gas immediately after being discharged from the engine are in the state of nitric oxide (NO), and a part of this NO is oxidized by the oxidation catalyst 4 to form nitrogen dioxide ( In the state of NO2), the denitration catalyst 6 promotes the reaction of reducing NOx with ammonia. This is because, in a relatively low temperature state, when the molar ratio of NO and NO2 is 1: 1, the reduction reaction by ammonia proceeds most.

尿素水噴射用のメイン噴射弁１０及びサブ噴射弁１１で噴射された尿素水は、加熱されることで気化し、さらに加水分解することでアンモニアを生成する。この際の加水分解反応は以下の化学式で表される。 The urea water injected by the main injection valve 10 and the sub injection valve 11 for urea water injection is vaporized by being heated, and is further hydrolyzed to generate ammonia. The hydrolysis reaction at this time is represented by the following chemical formula.

（ＮＨ_２）_２ＣＯ＋Ｈ_２Ｏ → ２ＮＨ_３＋ＣＯ_２
よって、尿素は水と反応し、アンモニアと二酸化炭素が生成される。また、加水分解反応により生じたアンモニア（ＮＨ_３）を用いてＮＯｘを還元する際の主となる反応は以下の化学式で表される。 (NH ₂ ) ₂ CO + H ₂ O → 2NH ₃ + CO ₂
Therefore, urea reacts with water to produce ammonia and carbon dioxide. Moreover, the main reaction when reducing NOx using ammonia (NH ₃ ) generated by the hydrolysis reaction is represented by the following chemical formula.

ＮＯ＋ＮＯ_２＋２ＮＨ_３ → ２Ｎ_２＋３Ｈ_２Ｏ
よって、ＮＯｘは窒素と水に変換されることで無害化される。上記の反応では、ＮＯｘ＝２モルに対し、アンモニア（ＮＨ_３）が２モル消費されることから、還元剤としてのアンモニアは、モル比でＮＯｘ：ＮＨ_３＝１：１が理論混合比となる。尿素にさかのぼって捉えると、ＮＯｘ：尿素＝２：１のモル比で添加すると当量比＝１での供給となる。 NO + NO ₂ + 2NH ₃ → 2N ₂ + 3H ₂ O
Therefore, NOx is rendered harmless by being converted to nitrogen and water. In the above reaction, 2 mol of ammonia (NH ₃ ) is consumed with respect to 2 mol of NOx, and therefore, the ammonia as a reducing agent has a molar mixing ratio of NOx: NH ₃ = 1: 1. . Looking back at urea, when it is added at a molar ratio of NOx: urea = 2: 1, it is supplied at an equivalent ratio = 1.

アンモニアとＮＯｘの反応が理想的に行われなかった場合は、反応しなかったアンモニアが脱硝触媒６を通過して出てくることになる。アンモニアは人体に対して有害な物質であるため、大気に放出するのは避けなくてはならず、これを処理するための触媒７を設ける。一般に、触媒７は酸化触媒でその機能を果たすが、その際の化学反応は以下のようになる。 When the reaction between ammonia and NOx is not ideally performed, ammonia that has not reacted will pass through the denitration catalyst 6 and come out. Since ammonia is a harmful substance to the human body, it must be avoided to release it to the atmosphere, and a catalyst 7 for treating this is provided. In general, the catalyst 7 is an oxidation catalyst and performs its function. The chemical reaction at that time is as follows.

２ＮＨ_３＋３Ｏ_２ → ＮＯ＋ＮＯ_２＋３Ｈ_２Ｏ
即ち、アンモニアをＮＯｘと水に変換することで、アンモニアの処理がなされる。この方法はＮＯｘを再び生成してしまうために、トータルとしてのＮＯｘ低減率が悪化することから、触媒７にはアンモニアとＮＯｘの反応を促進させる機能も持たせることが望ましい。その場合、触媒７の中でアンモニアが一旦ＮＯｘになるが、そのＮＯｘはアンモニアと反応することで窒素と水になるため、最終的にはアンモニアが窒素と水になる。 2NH ₃ + 3O ₂ → NO + NO ₂ + 3H ₂ O
That is, ammonia is processed by converting ammonia into NOx and water. Since this method generates NOx again, the total NOx reduction rate deteriorates, so it is desirable that the catalyst 7 has a function of promoting the reaction between ammonia and NOx. In that case, ammonia once becomes NOx in the catalyst 7, but the NOx reacts with ammonia to become nitrogen and water, so that finally ammonia becomes nitrogen and water.

メイン噴射弁１０及びサブ噴射弁１１は、尿素水タンク８から供給し、ポンプ９で加圧した尿素水を噴射すると同時に、必要な尿素量だけが注入されるよう、尿素水の噴射量を調整する役割を果たす。噴射弁１０，１１の噴出口は微細な通路にし、ポンプ９で供給される圧力を利用して尿素水が噴出する際の速度を上げ、その慣性力を用いて噴出の際に形成される液滴の微粒化を図る。さらに、噴射弁１０，１１の開閉を数Ｈｚ〜数十Ｈｚ程度の周期で繰返し、開弁時間と閉弁時間の割合を制御することにより、尿素水の噴射量を制御すると同時に、断続的な噴霧を作り出す。メイン噴射弁１０は、噴射した噴霧が直接排ガスと混合するように、排気煙道３に取り付ける。また、メイン噴射弁１０から噴射された噴霧の分散促進のために、噴霧の一部を反射して飛散させる衝突板などの構造物を設置することも有効である。 The main injection valve 10 and the sub injection valve 11 are supplied from the urea water tank 8 and inject the urea water pressurized by the pump 9, and at the same time, adjust the injection amount of the urea water so that only the necessary urea amount is injected. To play a role. The injection ports 10 and 11 have fine outlets, and the pressure formed by the pump 9 is used to increase the speed at which the urea water is ejected, and the liquid formed during the ejection using the inertial force. Atomize the droplets. Further, the injection valves 10 and 11 are repeatedly opened and closed at a frequency of about several Hz to several tens Hz, and the ratio of the valve opening time and the valve closing time is controlled to control the urea water injection amount and at the same time intermittently. Create a spray. The main injection valve 10 is attached to the exhaust flue 3 so that the injected spray is directly mixed with the exhaust gas. It is also effective to install a structure such as a collision plate that reflects and scatters a part of the spray in order to promote dispersion of the spray injected from the main injection valve 10.

分流ガス流路１２は、排ガス１の一部を分流させ、尿素水を噴射したガス１７を再び主流の排ガス１に合流させる通路である。この分流ガス流路１２には、上流から順にサブ噴射弁１１、電気ヒータ１３、加水分解触媒１４が取り付けられる。サブ噴射弁１１によって噴射された尿素水噴霧は、電気ヒータ１３による加熱によって気化される。気化の形態としては、水分の気化が先行して、粉状の尿素が出来、そこからさらに加熱を受けると、尿素の熱分解が起こり、気体になる。粉状になった尿素若しくは熱分解を起こしたものは、加水分解触媒１４を通過することで、加水分解が起こり、完全なアンモニアガスになる。加水分解触媒１４がある環境は、尿素水の気化で発生した水蒸気と、排ガスに含まれている水蒸気とで水分が十分にある環境となっており、２５０℃程度以上の温度にあれば、加水分解反応が十分に行われる。このため、主流の排ガス温度が２００℃を下回るような低排気温度の条件においても、電気ヒータ１３と加水分解触媒１４の効果によって、尿素水から十分にアンモニアガスを生成することが可能になる。よって、サブ噴射弁１１が尿素水を噴射している場合は、分流ガス流路１２から出てくる排ガス１７にアンモニアが含まれる。なお、排ガス温度の検出は、排気煙道３のフィルタ５よりも下流側で、分流ガス流路１２におけるサブ噴射弁１１の設定位置よりも上流側で行うことが好ましい。 The diverted gas flow path 12 is a passage that diverts a part of the exhaust gas 1 and joins the gas 17 in which the urea water is injected to the main exhaust gas 1 again. A sub-injection valve 11, an electric heater 13, and a hydrolysis catalyst 14 are attached to the diverted gas flow path 12 in order from the upstream. The urea water spray injected by the sub injection valve 11 is vaporized by heating by the electric heater 13. As a form of vaporization, the vaporization of moisture precedes to form powdery urea, and when further heated from there, urea is thermally decomposed to become a gas. Urea in powder form or one that has undergone thermal decomposition passes through the hydrolysis catalyst 14 to cause hydrolysis and become complete ammonia gas. The environment where the hydrolysis catalyst 14 is present is an environment in which water vapor generated by vaporization of urea water and water vapor contained in the exhaust gas have sufficient water content. The decomposition reaction is sufficiently performed. For this reason, even under conditions of low exhaust temperature where the mainstream exhaust gas temperature is lower than 200 ° C., it is possible to sufficiently generate ammonia gas from urea water due to the effects of the electric heater 13 and the hydrolysis catalyst 14. Therefore, when the sub-injection valve 11 is injecting urea water, ammonia is contained in the exhaust gas 17 coming out from the diverted gas flow path 12. The detection of the exhaust gas temperature is preferably performed downstream of the filter 5 in the exhaust flue 3 and upstream of the set position of the sub-injection valve 11 in the shunt gas flow path 12.

分流ガス流路１２の出口は旋回翼１６の裏側にすることが望ましい。分流ガス流路１２に行かなかった主流の排ガスは、主流ガス絞り流路１５を流れる。この流路は上流に比べて流路面積が減少していることにより流速が増加し、動圧が増加することで静圧が低下する。分流ガスと主流ガスが合流する際は静圧が同じになるため、合流部での静圧が同じになるように分流ガスと主流ガスの流量比が決まる。分流ガス流路１２は、加水分解触媒１４があることなどで圧力損失が大きくなり易いので、分流ガスの流量比を確保するためには、主流ガスが分流ガスを吸引することが望ましい。よって、本例においては、主流ガス流路１５が絞られており、静圧が低下することで分流ガスを吸引している。また、流路を絞った箇所で分流ガスと主流ガスを合流させることは、ガスの混合に対しても有利になる。さらに、分流ガスが合流する箇所の上流に固定の旋回翼１６を設けることで、主流ガスに旋回がかかり、分流ガスの混合促進が図られる。同時に、旋回翼１６は、主流ガスに圧力損失を与えるため、分流ガスの合流部より上流に旋回翼があることは、主流ガスが分流ガスを吸引することに役立つ。さらに、旋回翼１６はメイン噴射１０から噴射された噴霧を排ガス中に均一に分散させることに対しても役立つ。 It is desirable that the outlet of the diverted gas flow path 12 be on the back side of the swirl vane 16. The mainstream exhaust gas that does not go to the diverted gas flow path 12 flows through the mainstream gas throttle path 15. In this flow channel, the flow velocity increases due to a decrease in the flow channel area compared to the upstream, and the static pressure decreases as the dynamic pressure increases. Since the static pressure is the same when the shunt gas and the main stream gas are merged, the flow ratio of the shunt gas and the main stream gas is determined so that the static pressure at the merge portion is the same. Since the shunt gas flow path 12 tends to have a large pressure loss due to the presence of the hydrolysis catalyst 14 or the like, it is desirable that the main stream gas sucks the shunt gas in order to ensure the flow rate ratio of the shunt gas. Therefore, in this example, the mainstream gas flow path 15 is throttled, and the diverted gas is sucked by the decrease in static pressure. In addition, it is advantageous for gas mixing to join the shunt gas and the mainstream gas at a location where the flow path is narrowed. Further, by providing the fixed swirl vane 16 upstream of the location where the diverted gas joins, the mainstream gas is swirled, and the mixing of the diverted gas is promoted. At the same time, since the swirl vane 16 gives a pressure loss to the mainstream gas, the presence of the swirl vane upstream from the junction of the diverted gas helps the mainstream gas to suck the diverted gas. Further, the swirl vanes 16 are useful for uniformly dispersing the spray injected from the main injection 10 in the exhaust gas.

尿素水の注入を制御するための制御装置１８は、エンジンコントロールユニット１９が管理しているエンジンの状態に関する情報を、情報通信回路２０から得、保持しているマップデータを参照することで、排出されているＮＯｘ量及び排ガス温度を推定することができる。また、制御装置１８には、尿素水タンク８の残量に関する情報も送られ、それらの情報をもとに、メイン噴射弁及びサブ噴射弁から噴射する尿素水の量を決め、尿素水ポンプ９、噴射弁１０、１１、電気ヒータ１３の制御を行う。この他、排気煙道３に温度センサ及びＮＯｘセンサを取り付け、制御装置１８がその計測情報を得ることで、システムの制御を行うことも可能である。 The control device 18 for controlling the injection of urea water obtains information on the state of the engine managed by the engine control unit 19 from the information communication circuit 20, and discharges by referring to the held map data. The amount of NOx and the exhaust gas temperature can be estimated. Further, information related to the remaining amount of the urea water tank 8 is also sent to the control device 18, and the amount of urea water injected from the main injection valve and the sub injection valve is determined based on the information, and the urea water pump 9. The injection valves 10 and 11 and the electric heater 13 are controlled. In addition, it is also possible to control the system by attaching a temperature sensor and a NOx sensor to the exhaust flue 3 and obtaining the measurement information by the control device 18.

尿素水ポンプ９は、尿素水タンク８に尿素水が存在し、かつエンジンが起動している場合に運転され、それ以外の場合は停止される。 The urea water pump 9 is operated when urea water is present in the urea water tank 8 and the engine is started, and is stopped otherwise.

メイン噴射弁１０及びサブ噴射弁１１から噴射する尿素水の量は、先に合計の噴射量を決め、次に、排ガス温度に応じてメイン噴射弁１０及びサブ噴射弁１１の噴射量の割り振りを決める。その際に、電気ヒータ１３のオン・オフも決める。 The amount of urea water injected from the main injection valve 10 and the sub injection valve 11 first determines the total injection amount, and then allocates the injection amount of the main injection valve 10 and the sub injection valve 11 according to the exhaust gas temperature. Decide. At that time, on / off of the electric heater 13 is also determined.

合計の噴射量を決めるに当たっては、排出されるＮＯｘ量の推定値から、理論混合比になる尿素水量にする決め方が１つの方法としてある。この方法の延長として、排ガス温度に応じて脱硝触媒６での反応率（＝脱硝率）が変化することを考慮し、低温時などで脱硝反応がある程度しか期待できない場合には反応しない分の尿素を減らすことで、理論混合比から補正した量を合計噴射量とすることもできる。また、尿素水の消費量を節約するため、理論混合比からの補正を行って合計噴射量を決めることもできる。さらには、脱硝率を向上するため、理論混合比から上積みした量の噴射量にすることもできる。 In determining the total injection amount, there is one method of determining the urea water amount to be a theoretical mixture ratio from the estimated value of the discharged NOx amount. As an extension of this method, considering that the reaction rate (= denitration rate) in the denitration catalyst 6 changes according to the exhaust gas temperature, urea that does not react when denitration reaction can be expected to some extent at low temperatures. By reducing this, the amount corrected from the theoretical mixture ratio can be made the total injection amount. Moreover, in order to save the consumption amount of urea water, the total injection amount can be determined by performing correction from the theoretical mixture ratio. Furthermore, in order to improve the denitration rate, the injection amount can be increased from the theoretical mixing ratio.

以上の方法に加えて、全く別の合計噴射量の決め方を図６に示す。脱硝触媒６は温度に応じてアンモニアを溜め込んだり、吐き出したりする特性をもつことから、この特性を踏まえて、脱硝触媒６に蓄積されるアンモニア量を推定し、その蓄積量を目標値になるように合計尿素水噴射量を決めることもできる。この場合の決め方を、図６のフローチャートに沿って説明する。ステップ１１０でエンジンが掛かっていることが確認され、ステップ１１１の尿素水の残量の有無によってプロセスが分かれる。残量なしの場合は、ステップ１１２になり、ポンプ９、噴射弁１０，１１及び電気ヒータ１３が停止される。残量ありの場合は、合計噴射量を決めるステップ１１３に入る。尿素水の合計噴射量が決まれば、ステップ１１４で脱硝触媒６に供給されるアンモニア量が決まる。一方、脱硝触媒６には、エンジンから排出されたＮＯｘが流入し、このＮＯｘを還元した分だけ、アンモニアが消費される。エンジンから排出さるＮＯｘ量は事前にエンジンの特性を調べてＮＯｘ排出量の特性データを持っておくことで、エンジン負荷に関する情報から推定することができる。また、脱硝触媒６での反応率（＝脱硝率）も、排ガス温度との関係でデータを持っておくことにより推定できる。但し、脱硝触媒６に蓄積されているアンモニア量の飽和率によっても脱硝率は変化することも考慮する必要がある。以上のプロセス１１５で、脱硝触媒６におけるアンモニア消費量は推定できる。供給されるアンモニア量と、消費されるアンモニア量の差で、供給量が上回れば、その分は余剰となって脱硝触媒に蓄積され、消費量が上回れば、不足分が脱硝触媒の蓄積量から補われる。また、脱硝触媒６におけるアンモニアの飽和蓄積量は温度が上がる程低下するので、排ガス温度の急な上昇があると、アンモニア蓄積量は変わらなくても飽和蓄積量を超え、アンモニアの放出が起きる場合があり、これがステップ１２０になる。このアンモニア放出量の推定は、脱硝触媒の飽和量を参照するステップ１１９と、蓄積量が飽和量を超えてスリップになるかどうかを判定するステップにより行われる。以上のことを積分し続けるステップ１１７により、脱硝触媒６のアンモニア蓄積量を把握することができる。そして、飽和蓄積量に対する目標比率を目標飽和率として決めておき、この目標飽和率から目標蓄積量をステップ１２１で算出し、実際に蓄積されていると推定される量との比較から、ステップ１２２を通じて尿素水噴射量の修正量が出され、ステップ１１３の合計の尿素水噴射量を決めるプロセスに反映される。 In addition to the above method, a completely different method of determining the total injection amount is shown in FIG. Since the denitration catalyst 6 has the characteristic of accumulating and discharging ammonia according to the temperature, the amount of ammonia accumulated in the denitration catalyst 6 is estimated based on this characteristic so that the accumulated amount becomes the target value. It is also possible to determine the total urea water injection amount. The determination method in this case is demonstrated along the flowchart of FIG. In step 110, it is confirmed that the engine is running, and the process is divided depending on the presence or absence of the remaining amount of urea water in step 111. When there is no remaining amount, the routine proceeds to step 112, where the pump 9, the injection valves 10, 11 and the electric heater 13 are stopped. If there is a remaining amount, step 113 for determining the total injection amount is entered. If the total injection amount of urea water is determined, the amount of ammonia supplied to the denitration catalyst 6 is determined in step 114. On the other hand, NOx discharged from the engine flows into the NOx removal catalyst 6, and ammonia is consumed by the amount of NOx reduced. The amount of NOx discharged from the engine can be estimated from the information regarding the engine load by examining the characteristics of the engine in advance and having the characteristic data of the NOx emission amount. Further, the reaction rate (= denitration rate) in the denitration catalyst 6 can also be estimated by having data in relation to the exhaust gas temperature. However, it is necessary to consider that the denitration rate also changes depending on the saturation rate of the ammonia amount accumulated in the denitration catalyst 6. Through the above process 115, the ammonia consumption amount in the denitration catalyst 6 can be estimated. If the supply amount exceeds the supply amount due to the difference between the amount of ammonia supplied and the amount of ammonia consumed, that amount will be surplus and accumulated in the denitration catalyst. If the consumption amount exceeds, the shortage will be deducted from the accumulation amount of the denitration catalyst. Be compensated. Further, the saturated accumulation amount of ammonia in the denitration catalyst 6 decreases as the temperature rises, so if the exhaust gas temperature suddenly rises, even if the ammonia accumulation amount does not change, the saturation accumulation amount is exceeded and ammonia is released. This is step 120. The estimation of the ammonia release amount is performed by a step 119 that refers to the saturation amount of the denitration catalyst and a step that determines whether or not the accumulated amount exceeds the saturation amount and causes a slip. Through step 117 in which the above is continuously integrated, the amount of ammonia accumulated in the denitration catalyst 6 can be grasped. Then, a target ratio with respect to the saturation accumulation amount is determined as a target saturation rate, the target accumulation amount is calculated from the target saturation rate in step 121, and compared with the amount estimated to be actually accumulated, step 122 is performed. Through this, the correction amount of the urea water injection amount is output and reflected in the process of determining the total urea water injection amount in step 113.

合計の尿素水噴射量を決めた後は、図２に示した噴射量マップに応じて、サブ噴射弁１１の噴射量を決め、残りをメイン噴射弁１０で噴射する。 After determining the total urea water injection amount, the injection amount of the sub injection valve 11 is determined according to the injection amount map shown in FIG. 2, and the rest is injected by the main injection valve 10.

図２の上段は、排ガス温度に応じたサブ噴射弁の噴射量範囲を表し、図２の下段は排ガス温度に応じた電気ヒータの稼動範囲を表す。 The upper part of FIG. 2 represents the injection amount range of the sub-injection valve according to the exhaust gas temperature, and the lower part of FIG. 2 represents the operating range of the electric heater according to the exhaust gas temperature.

所定の温度Ｔ_１よりも排ガス温度が低い場合は、脱硝反応が期待できないため、尿素水噴射量はゼロにする。サブ噴射弁１１が尿素水を噴射しない場合は、電気ヒータ１３もオフにする。一例として、Ｔ_１を１５０℃に設定してもよい。排ガス温度がＴ_１になった場合は、上限噴射量をｍ_１とし、前述のいづれかの方法で決めた合計噴射量がｍ_１以下の場合は、その合計噴射量をサブ噴射弁１１で噴射する。合計噴射量がｍ_１を超える場合は、サブ噴射弁１１の噴射量をｍ_１にする。以下同様に、合計噴射量が上限噴射量を超える場合は、噴射量を上限値にする。また、サブ噴射弁１１が尿素水を噴射する場合は、電気ヒータ１３をオンにする。ｍ_１の値は、尿素水を気化する電気ヒータ１３の容量によって決まる。同様に、排ガス温度がＴ_２の時は上限噴射量をｍ_２にする。排ガス温度がＴ_１とＴ_２の間にある場合は、ｍ_１とｍ_２の値を排ガス温度で比例配分して求まる値を上限噴射量にする。排ガス温度に応じてサブ噴射弁の上限噴射量が変わるのは、電気ヒータの発熱が、分流ガスに奪われる量が変化するためである。排ガス温度が高い場合ほど、熱が奪われずに済み、同じ発熱量でもより多くの尿素水を気化できるようになるので、上限噴射量を増やすことが可能になる。排ガス温度がＴ_２からＴ_３の間にある時は上限噴射量をｍ_２にする。また、この温度範囲では、メイン噴射弁１０を使用してもよく、後述のメイン噴射弁１０の噴射量で必要な尿素水量が足りる時は、サブ噴射弁１１及び電気ヒータ１３を停止してもよい。排ガス温度がＴ_３を超えると、サブ噴射弁１１を停止し、電気ヒータ１３もオフにする。排ガス温度がＴ_４以上になった場合は、電気ヒータ１３をオフとしたままで、サブ噴射弁１１からｍ_４の量だけ尿素水の噴射を行う。この噴射は、サブ噴射弁１１を排ガスの熱から守るために行うものであり、ｍ_４の量はサブ噴射弁１１が計量できる最小噴射量で良い。 If the exhaust gas temperature than the predetermined temperature T ₁ is low, the denitration reaction can not be expected, the urea water injection amount is zero. When the sub injection valve 11 does not inject urea water, the electric heater 13 is also turned off. As an example, T ₁ may be set to 150 ° C. If the exhaust gas temperature reaches T _1, the upper-limit injection amount is m _1, the total injection quantity determined in ways Izure the aforementioned case of m ₁ below, injects the total injection quantity in the sub injection valve 11 . If the amount of the total injection exceeds m _1, the injection amount of sub-injection valve 11 to m _1. Similarly, when the total injection amount exceeds the upper limit injection amount, the injection amount is set to the upper limit value. Moreover, when the sub injection valve 11 injects urea water, the electric heater 13 is turned on. The value of m ₁ is determined by the capacity of the electric heater 13 that vaporizes urea water. Similarly, when the exhaust gas temperature is T ₂ are the upper limit injection amount in m _2. If the exhaust gas temperature is between T ₁ and T ₂ values of m ₁ and m ₂ is the upper limit injection amount of the obtained values was prorated exhaust gas temperature. The reason why the upper limit injection amount of the sub-injection valve changes according to the exhaust gas temperature is that the amount of heat generated by the electric heater is deprived by the shunt gas. The higher the exhaust gas temperature is, the more heat is not lost, and more urea water can be vaporized with the same calorific value, so that the upper limit injection amount can be increased. When the exhaust gas temperature is between T ₂ of T ₃ is the upper-limit injection amount in m _2. In this temperature range, the main injection valve 10 may be used, and when the amount of urea water necessary for the injection amount of the main injection valve 10 described later is sufficient, the sub injection valve 11 and the electric heater 13 may be stopped. Good. When the exhaust gas temperature exceeds T _3, to stop the sub-injector 11, the electric heater 13 is also turned off. If the exhaust gas temperature reaches T ₄ or more, the electric heater 13 remains turned off, it performs injection by the urea water amount m ₄ sub injection valve 11. This injection is performed in order to protect the sub injection valve 11 from the heat of the exhaust gas, and the amount of m ₄ may be the minimum injection amount that the sub injection valve 11 can measure.

なお、噴射弁１０，１１の噴射量を変化させる方法としては、一般的に、（ａ）開弁を繰り返す時間間隔を一定として、噴射弁の開弁時間を変化させる方法、（ｂ）噴射弁開弁時間を一定として、開弁を繰り返す時間間隔を変化させる方法とが採られているが、いずれの方法を採るにせよ、噴射弁１０，１１の冷却を行うためには、所定の流量（体積／時間）を確保するように開弁時間或いは繰り返しの時間間隔を調整して噴射することが望ましい。例えば、上記（ａ）の方法を採る場合においては、開弁時間を、装置が尿素水を噴射するために実際に実施している開弁時間の中で、最小の時間以下の時間に設定すると良い。 In general, as a method of changing the injection amount of the injection valves 10 and 11, (a) a method of changing the valve opening time with the time interval for repeating the valve opening being constant, and (b) an injection valve. A method of changing the time interval for repeating the valve opening while keeping the valve opening time constant is employed. Regardless of which method is used, in order to cool the injection valves 10 and 11, a predetermined flow rate ( It is desirable to perform injection while adjusting the valve opening time or the repetition time interval so as to ensure (volume / time). For example, in the case of adopting the above method (a), if the valve opening time is set to a time equal to or shorter than the minimum time among the valve opening times that the apparatus is actually implementing in order to inject urea water. good.

図３は、排ガス温度に応じたメイン噴射弁の噴射量範囲を表す。 FIG. 3 shows the injection amount range of the main injection valve according to the exhaust gas temperature.

排ガス温度がＴ_５未満である場合は、メイン噴射弁１０は噴射を行わない。このことで、サブ噴射弁１１とメイン噴射弁１０の合計噴射量が、脱硝触媒６が必要としている合計噴射量に対して不足する場合でも、図３の噴射量範囲を優先する。排ガス温度がＴ_６の場合の上限噴射量はｍ_６とし、排ガス温度がＴ_５Ｔ_６の間にある場合は、Ｔ_５の時をゼロとして、排ガス温度で比例配分して求まる量を上限噴射量にする。なお、本実施形態では、Ｔ_５とＴ_２を同じ温度に設定し、Ｔ_６とＴ_３を同じ温度に設定しているが、必ずしも同じ温度にする必要はない。Ｔ_５の温度は、メイン噴射弁１０から尿素水を噴射した場合にも、尿素噴霧が排気煙道３内の壁面に析出を起こさない条件から決まり、一例として、Ｔ_５を２５０℃に設定してもよい。Ｔ_６は、メイン噴射弁１０だけで必要な尿素水の全量を噴射できるようになる条件から決まり、一例として、Ｔ_６を３００℃に設定してもよい。メイン噴射弁１０の能力としての上限噴射量をｍ_８とし、その噴射量で尿素の析出を起こさず運転できる最低の排ガス温度をＴ_８とすると、排ガス温度がＴ_６とＴ_８の間にある場合は、上限噴射量はその比例配分で求まる量にする。また、排ガス温度がＴ_７以上である場合は、メイン噴射弁の下限噴射量をｍ_７として、メイン噴射弁１０を停止させることがないようにする。これは、サブ噴射弁１１の場合と同様で、排ガスの熱からメイン噴射弁１０を守るために行うものであり、ｍ_７の量は、メイン噴射弁１０が計量できる最小噴射量でよい。本実施形態では、Ｔ_７とＴ_４を同じ温度に設定しているが、必ずしも同じ温度にする必要はない。 If the exhaust gas temperature is lower than T ₅ includes a main injector 10 does not perform the injection. Thus, even when the total injection amount of the sub injection valve 11 and the main injection valve 10 is insufficient with respect to the total injection amount required by the denitration catalyst 6, the injection amount range in FIG. 3 is given priority. When the exhaust gas temperature is T ₆ , the upper limit injection amount is m _6, and when the exhaust gas temperature is between T _{5 and} T ₆ , the upper limit injection is the amount obtained by proportionally allocating the exhaust gas temperature with zero at T _5. Make quantity. In this embodiment, T ₅ and T ₂ are set to the same temperature, and T ₆ and T ₃ are set to the same temperature. However, it is not always necessary to set the same temperature. The temperature of T ₅ is determined from the condition that urea spray does not precipitate on the wall surface in the exhaust flue 3 even when urea water is injected from the main injection valve 10. As an example, T ₅ is set to 250 ° C. May be. T ₆ is determined based on conditions that enable the entire amount of urea water necessary to be injected only by the main injection valve 10. As an example, T ₆ may be set to 300 ° C. Assuming that the upper limit injection amount as the capacity of the main injection valve 10 is m ₈ and the minimum exhaust gas temperature at which the injection amount can be operated without causing precipitation of urea is T ₈ , the exhaust gas temperature is between T ₆ and T _8. In this case, the upper limit injection amount is set to an amount obtained by the proportional distribution. Further, if the exhaust gas temperature is T ₇ or more, the lower limit injection amount of main injection valve as m _7, so as not to stop the main injection valve 10. This is the same as in the case of the sub-injection valve 11 and is performed to protect the main injection valve 10 from the heat of the exhaust gas. The amount of m ₇ may be the minimum injection amount that the main injection valve 10 can measure. In this embodiment, T ₇ and T ₄ are set to the same temperature, but it is not always necessary to set the same temperature.

図４は、メイン噴射弁１０とサブ噴射弁１１の合計噴射量の範囲を排ガス温度との関係で示したものであり、図２と図３の組み合わせから得られる。図４の噴射量範囲は、ＮＯｘを処理するために必要と算出される噴射量よりも優先される。これは、尿素水を析出させてしまうような条件で尿素水を噴射量しても、ＮＯｘの低減にあまり役立たず、弊害をもたらす可能性の方が高いためである。図４より、排ガス温度がＴ_１未満の時は、尿素水は噴射されず、Ｔ_１からＴ_２の間は、ｍ_１とｍ_２の比例配分値が上限噴射量となる。排ガス温度がＴ_２からＴ_３の間は、ｍ_２とｍ_２＋ｍ_６の比例配分値が上限噴射量となる。この区間では、メイン噴射弁１０の噴射量だけでは必要な噴射量に対して尿素水が不足する場合にのみ、サブ噴射弁１１の噴射を行うようにすると、サブ噴射弁１１を使わないでおく時間が増え、電気ヒータ１３がオフになる時間が増え、省エネルギー化に役立つ。排ガス温度がＴ_３を超えた瞬間に、Ｔ_３未満の場合より上限噴射量が減少するが、ｍ_６の噴射量が実際の使用する噴射量をカバーしていれば問題はない。排ガス温度がＴ_３からＴ_８の間は、ｍ_６とｍ_８の比例配分値が上限噴射量となる。また、排ガス温度がＴ_４以上の時は、サブ噴射弁１１も噴射を行うため、合計噴射量がｍ_４＋ｍ_７を下回ることは無くなる。 FIG. 4 shows the range of the total injection amount of the main injection valve 10 and the sub injection valve 11 in relation to the exhaust gas temperature, and is obtained from the combination of FIG. 2 and FIG. The injection amount range in FIG. 4 is prioritized over the injection amount calculated to be necessary for processing NOx. This is because even if the urea water is injected under conditions that cause the urea water to precipitate, it is not very useful in reducing NOx and is more likely to cause adverse effects. From FIG. 4, when the exhaust gas temperature is lower than T _1, the urea water is not injected, between T ₁ of the T ₂ are, prorated value of m ₁ and m ₂ is the upper-limit injection amount. During the exhaust gas temperature of _{T 3} from _{T 2} are, prorated value of _{m 2} and _m 2 + _{m 6} is the upper limit injection amount. In this section, if the injection of the sub-injection valve 11 is performed only when the urea water is insufficient with respect to the required injection amount with only the injection amount of the main injection valve 10, the sub-injection valve 11 is not used. The time increases and the time when the electric heater 13 is turned off increases, which helps to save energy. At the moment when the exhaust gas temperature exceeds T ₃ , the upper limit injection amount decreases compared to the case where it is less than T ₃ , but there is no problem as long as the injection amount of m ₆ covers the actual injection amount. During the exhaust gas temperature is _{T 8} from _{T 3} is proportional distribution values of _{m 6} and _{m 8} is the upper limit injection amount. Further, when the exhaust gas temperature is T ₄ or more, for performing sub-injection valve 11 is also injection, it is eliminated that the total amount of injection is less than the m _{4 +} m _7.

以上の各噴射弁１０，１１の噴射量及び電気ヒータ１３の運転を決めるプロセスをまとめたものが図５である。即ち、ステップ１００でエンジンの状態に関する情報を得て、ステップ１０１で排ガス温度を推定する。ただし、この他に温度センサで計測することで排気ガス温度を得る方法に変えることもできる。ステップ１０２で、エンジン情報からＮＯｘ排出量を推定し、ステップ１０３で尿素水の仮の合計噴射量を決める。この合計噴射量の決め方には、ＮＯｘ排出量に対して当量比１にする方法や、脱硝触媒６に対するアンモニア蓄積量を基準にする図６の方法などがある。仮の合計噴射量が決まった後、サブ噴射弁１１とメイン噴射弁１０に振り分けるにあたっては、排ガス温度に応じて順序が変わり、排ガス温度がＴ_２からＴ_３の間以外の場合は、ステップ１０６で、図２を参照しながら、サブ噴射弁１１の噴射量と電気ヒータ１３のオン／オフを決め、次に、ステップ１０７で、合計噴射量とサブ噴射弁１１の噴射量の差からメイン噴射弁１０の噴射量を決める。排ガス温度がＴ_２からＴ_３の間の場合は、ステップ１０８で、図３を参照しながら、メイン噴射弁１０の噴射量を決め、次に、ステップ１０９で合計噴射量とメイン噴射弁１０の噴射量の差からサブ噴射弁１１の噴射量を決める。この場合、サブ噴射弁１１でも噴射することになった場合のみ、電気ヒータ１３をオンにする。 FIG. 5 summarizes the process for determining the injection amount of each of the injection valves 10 and 11 and the operation of the electric heater 13. That is, information about the state of the engine is obtained at step 100, and the exhaust gas temperature is estimated at step 101. However, it can also be changed to a method of obtaining the exhaust gas temperature by measuring with a temperature sensor. In step 102, the NOx emission amount is estimated from the engine information, and in step 103, a temporary total injection amount of urea water is determined. As a method of determining the total injection amount, there are a method of setting the equivalent ratio to 1 with respect to the NOx emission amount and a method of FIG. 6 using the ammonia accumulation amount with respect to the denitration catalyst 6 as a reference. After a fixed total injection amount of temporary, when the distributed to sub-injector 11 and main injector 10, the order is changed in accordance with the exhaust gas temperature, if the exhaust gas temperature is other than between T ₂ of the T _3, step 106 2, the injection amount of the sub injection valve 11 and the on / off state of the electric heater 13 are determined. Next, in step 107, the main injection is determined from the difference between the total injection amount and the injection amount of the sub injection valve 11. The injection amount of the valve 10 is determined. If the exhaust gas temperature is between T ₂ of the T _3, at step 108, with reference to FIG. 3, determines the injection quantity of the main injection valve 10, then, the total injection amount and the main injection valve 10 at step 109 The injection amount of the sub injection valve 11 is determined from the difference in injection amount. In this case, the electric heater 13 is turned on only when the sub-injection valve 11 also injects.

本例の排気処理装置及び排気処理方法は、排ガス温度が低い場合には、電気ヒータ１３に通電した状態でサブ噴射弁１１から分流ガス流路１２内に必要量の尿素水を噴射し、排ガス温度が高い場合には、電気ヒータ１３への通電を断った状態でメイン噴射弁１０から排気煙道３内に必要量の尿素水を噴射するので、電気ヒータ１３が消費する電力を低減できると共に、電気ヒータ１３に電力を供給する電源装置の小型化を図ることができる。また、排ガス温度が低い場合、電気ヒータ１３に通電した状態でサブ噴射弁１１から分流ガス流路１２内に尿素水を噴射することから、低温時においても分流ガス流路１２内に噴射された尿素水を気化させることができ、尿素から生じたアンモニアにてＮＯｘを処理することができると共に、分流ガス流路１２内での尿素の析出を防止でき、ＮＯｘの処理を高性能に行うことができる。さらに、排気煙道３内の排ガス温度が所定温度以上である場合には、メイン噴射弁１０から排気煙道３内に必要量の尿素水を噴射するので、排気煙道３内での尿素の析出を防止でき、ＮＯｘの処理を高性能に行うことができる。 In the exhaust treatment apparatus and the exhaust treatment method of this example, when the exhaust gas temperature is low, a necessary amount of urea water is injected from the sub-injection valve 11 into the diverted gas passage 12 while the electric heater 13 is energized, and the exhaust gas is exhausted. When the temperature is high, since the required amount of urea water is injected into the exhaust flue 3 from the main injection valve 10 in a state in which the electric heater 13 is turned off, the electric power consumed by the electric heater 13 can be reduced. The power supply device that supplies power to the electric heater 13 can be downsized. In addition, when the exhaust gas temperature is low, urea water is injected from the sub-injection valve 11 into the diverted gas passage 12 while the electric heater 13 is energized, so that it was injected into the diverted gas passage 12 even at low temperatures. Urea water can be vaporized, NOx can be treated with ammonia generated from urea, urea can be prevented from precipitating in the diverted gas flow path 12, and NOx can be treated with high performance. it can. Further, when the exhaust gas temperature in the exhaust flue 3 is equal to or higher than a predetermined temperature, a necessary amount of urea water is injected into the exhaust flue 3 from the main injection valve 10, so that urea in the exhaust flue 3 is injected. Precipitation can be prevented and NOx treatment can be performed with high performance.

また、本例の排気処理装置及び排気処理方法は、排気煙道３内の排ガス温度が所定温度以上になった場合、メイン噴射弁１０及びサブ噴射弁１１から少量の尿素水を噴射するので、サブ噴射弁１１内及びメイン噴射弁１０内における尿素水の沸騰を防止でき、サブ噴射弁１１及びメイン噴射弁１０の閉塞を防止できると共に、弁体を駆動する電磁コイル及び電気回路の損傷を防止することもできる。 Further, the exhaust treatment device and the exhaust treatment method of this example inject a small amount of urea water from the main injection valve 10 and the sub injection valve 11 when the exhaust gas temperature in the exhaust flue 3 becomes a predetermined temperature or higher. Boiling of urea water in the sub-injection valve 11 and the main injection valve 10 can be prevented, the sub-injection valve 11 and the main injection valve 10 can be prevented from being blocked, and the electromagnetic coil driving the valve body and the electric circuit can be prevented from being damaged. You can also

さらに、本例の排気処理装置及び排気処理方法は、排気ガス温度に応じたメイン噴射弁１０の噴射量の上限値を設けるので、排気煙道３内への過剰な尿素水の噴射が防止され、排気煙道３若しくは排気煙道３内に設けられた構造物への尿素の析出を防止することができる。よって、尿素の無駄を解消でき、尿素水の消費量を低減することができる。 Furthermore, since the exhaust treatment apparatus and the exhaust treatment method of this example provide an upper limit value of the injection amount of the main injection valve 10 according to the exhaust gas temperature, injection of excessive urea water into the exhaust flue 3 is prevented. The precipitation of urea on the exhaust flue 3 or the structure provided in the exhaust flue 3 can be prevented. Therefore, the waste of urea can be eliminated and the consumption of urea water can be reduced.

加えて、本例の排気処理装置及び排気処理方法は、２つの噴射弁１０，１１から噴射される尿素水噴射量の振り分けを、主に排ガス温度から決め、その排ガス温度は、エンジン負荷の情報から推定して得られる値を用いるので、排ガス温度の計測に伴う遅れがなく、最適な振り分けで、それぞれの噴射弁１０，１１の噴射量を決めることが可能になる。 In addition, the exhaust treatment apparatus and the exhaust treatment method of the present example determine the distribution of the urea water injection amount injected from the two injection valves 10 and 11 mainly from the exhaust gas temperature, and the exhaust gas temperature is information on engine load. Therefore, there is no delay associated with the measurement of the exhaust gas temperature, and it is possible to determine the injection amount of each of the injection valves 10 and 11 by optimal distribution.

本発明に係る排気処理装置及び排気処理方法は、ディーゼルエンジンの排ガスに含まれるＮＯｘの除去に有効であり、ディーゼルエンジンを動力源とする車両等に適用することができる。 The exhaust treatment device and the exhaust treatment method according to the present invention are effective for removing NOx contained in exhaust gas of a diesel engine, and can be applied to a vehicle or the like using a diesel engine as a power source.

本発明に係る排気処理装置の構成図である。1 is a configuration diagram of an exhaust treatment apparatus according to the present invention. サブ噴射弁の噴射量及び噴射範囲とヒータの運転範囲とを示す図である。It is a figure which shows the injection quantity and injection range of a sub injection valve, and the operation range of a heater. メイン噴射弁の噴射量及び噴射範囲を示す図である。It is a figure which shows the injection quantity and injection range of a main injection valve. サブ噴射弁とメイン噴射弁の合計噴射量とその噴射範囲とを示す図である。It is a figure which shows the total injection amount of a sub injection valve and a main injection valve, and its injection range. 各噴射弁の噴射量及びヒータの運転を決めるためのフローチャートである。It is a flowchart for determining the injection amount of each injection valve and the operation of the heater. 合計噴射量を決めるためのフローチャートである。3 is a flowchart for determining a total injection amount.

符号の説明Explanation of symbols

１，２排ガス
３排気煙道
４酸化触媒
５フィルター
６脱硝触媒
７アンモニア処理触媒
８尿素水タンク
９ポンプ
１０メイン噴射弁
１１サブ噴射弁
１２分流ガス流路
１３電気ヒータ
１４加水分解触媒
１５主流ガス絞り流路
１６旋回翼
１７分流ガス
１８制御装置
１９エンジンコントロールユニット
２０情報通信回路 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1, 2 Exhaust gas 3 Exhaust flue 4 Oxidation catalyst 5 Filter 6 Denitration catalyst 7 Ammonia processing catalyst 8 Urea water tank 9 Pump 10 Main injection valve 11 Sub-injection valve 12 Shunt gas flow path 13 Electric heater 14 Hydrolysis catalyst 15 Mainstream gas throttle Flow path 16 Swirling blade 17 Shunt gas 18 Controller 19 Engine control unit 20 Information communication circuit

Claims

排ガス中の窒素酸化物を脱硝触媒で還元処理するために必要なアンモニアの生成に用いる尿素水を排気煙道内に噴射するメイン噴射弁と、前記尿素水を前記排気煙道から分岐された分流ガス流路内に噴射するサブ噴射弁と、前記分流ガス流路を加熱する電気ヒータとを備え、
排ガス温度が所定温度以下の場合は、前記電気ヒータに通電した状態で、前記サブ噴射弁から前記尿素水を噴射し、
排ガス温度が所定温度以上の場合は、前記電気ヒータへの通電を断った状態で、前記メイン噴射弁及び前記サブ噴射弁の両方から前記尿素水を噴射することを特徴とするエンジンの排気処理装置。 A main injection valve for injecting urea water used for generating ammonia necessary for reducing nitrogen oxide in exhaust gas with a denitration catalyst into the exhaust flue, and a diverted gas branched from the exhaust flue A sub-injection valve that injects into the flow path, and an electric heater that heats the shunt gas flow path,
When the exhaust gas temperature is equal to or lower than a predetermined temperature, the urea water is injected from the sub-injection valve in a state where the electric heater is energized,
When the exhaust gas temperature is equal to or higher than a predetermined temperature, the urea water is injected from both the main injection valve and the sub injection valve in a state in which the electric power to the electric heater is cut off. .

排ガス温度が所定温度以上の場合に前記電気ヒータへの通電を断った状態で行う前記サブ噴射弁の１回の噴射量を、排ガス温度が所定温度以下の場合に前記電気ヒータに通電した状態で前記サブ噴射弁が噴射する１回の噴射量の最小値以下の噴射量とすることを特徴とする請求項１に記載のエンジンの排気処理装置。 When the exhaust gas temperature is equal to or higher than the predetermined temperature, the injection amount of the sub-injection valve performed in a state in which the electric power to the electric heater is cut off is determined while the electric heater is energized when the exhaust gas temperature is equal to or lower than the predetermined temperature. The exhaust processing apparatus for an engine according to claim 1, wherein the injection amount is equal to or less than a minimum value of one injection amount injected by the sub-injection valve.

前記メイン噴射弁の噴射量の上限値を排ガス温度に応じて設定し、前記メイン噴射弁の尿素水噴射量は、前記上限値を超えないように、前記排気煙道内の排ガス温度に応じて制御することを特徴とする請求項１に記載のエンジンの排気処理装置。 The upper limit value of the injection amount of the main injection valve is set according to the exhaust gas temperature, and the urea water injection amount of the main injection valve is controlled according to the exhaust gas temperature in the exhaust flue so as not to exceed the upper limit value The engine exhaust treatment apparatus according to claim 1.

前記サブ噴射弁の噴射量の上限値を排ガス温度に応じて設定し、前記サブ噴射弁の尿素水噴射量は、前記上限値を超えないように、前記排気煙道内の排ガス温度に応じて制御することを特徴とする請求項１に記載のエンジンの排気処理装置。 The upper limit value of the injection amount of the sub injection valve is set according to the exhaust gas temperature, and the urea water injection amount of the sub injection valve is controlled according to the exhaust gas temperature in the exhaust flue so as not to exceed the upper limit value. The engine exhaust treatment apparatus according to claim 1.

前記排ガス中の窒素酸化物を還元処理するために必要な尿素水噴射量に対し、前記メイン噴射弁の噴射量の上限値と前記サブ噴射弁の噴射量の上限値の合計が、前記必要な尿素水噴射量より少ない場合は、前記メイン噴射弁と前記サブ噴射弁の噴射量をそれぞれの上限値とし、
前記メイン噴射弁の噴射量の上限値と前記サブ噴射弁の噴射量の上限値の合計が、前記必要な尿素水噴射量より多い場合は、前記メイン噴射弁と前記サブ噴射弁の噴射量の合計が、前記必要な尿素水噴射量になるように制御することを特徴とする請求項３および４に記載のエンジンの排気処理装置。 The total of the upper limit value of the injection amount of the main injection valve and the upper limit value of the injection amount of the sub-injection valve with respect to the urea water injection amount necessary for reducing the nitrogen oxides in the exhaust gas is the required amount. When it is less than the urea water injection amount, the injection amounts of the main injection valve and the sub injection valve are the upper limit values,
When the sum of the upper limit value of the injection amount of the main injection valve and the upper limit value of the injection amount of the sub injection valve is larger than the necessary urea water injection amount, the injection amount of the main injection valve and the sub injection valve The engine exhaust treatment apparatus according to claim 3 or 4, wherein a total is controlled so as to be the required urea water injection amount.

前記メイン噴射弁の噴射量の下限値を排ガス温度に応じて設定し、排ガス温度に応じて、前記メイン噴射弁の尿素水噴射量を、前記下限値以上になるように制御することを特徴とする請求項１に記載のエンジンの排気処理装置。 The lower limit value of the injection amount of the main injection valve is set according to the exhaust gas temperature, and the urea water injection amount of the main injection valve is controlled to be equal to or higher than the lower limit value according to the exhaust gas temperature. The exhaust treatment apparatus for an engine according to claim 1.

エンジンの負荷情報から排ガス温度を推定し、その推定した排ガス温度に応じて、前記メイン噴射弁及び前記サブ噴射弁並びに前記電気ヒータを制御することを特徴とする請求項１に記載のエンジンの排気処理装置。 2. The engine exhaust according to claim 1, wherein an exhaust gas temperature is estimated from engine load information, and the main injection valve, the sub injection valve, and the electric heater are controlled in accordance with the estimated exhaust gas temperature. Processing equipment.

エンジンの負荷情報からエンジンから排出される窒素酸化物の排出量を推定し、その推定した窒素酸化物の排出量に応じて、前記必要な尿素水噴射量を決定することを特徴とする請求５に記載のエンジンの排気処理装置。 6. The amount of nitrogen oxides discharged from the engine is estimated from engine load information, and the necessary urea water injection amount is determined according to the estimated amount of nitrogen oxide discharged. An engine exhaust treatment apparatus according to claim 1.

前記脱硝触媒に蓄積されるアンモニア量を推定し、その推定量を目標値になるように、前記必要な尿素水噴射量を決定し、前記目標値は、排ガス温度に応じて決まる前記脱硝触媒のアンモニア蓄積の飽和量をもとにして決めることを特徴とする請求項５に記載のエンジンの排気処理装置。 The amount of ammonia accumulated in the denitration catalyst is estimated, the required urea water injection amount is determined so that the estimated amount becomes a target value, and the target value is determined according to the exhaust gas temperature. 6. The engine exhaust treatment device according to claim 5, wherein the exhaust treatment device is determined based on a saturation amount of ammonia accumulation.

排ガス中の窒素酸化物を脱硝触媒で還元処理するために必要なアンモニアの生成に用いる尿素水を排気煙道内に噴射するメイン噴射弁と、前記尿素水を前記排気煙道から分岐された分流ガス流路内に噴射するサブ噴射弁と、前記分流ガス流路を加熱する電気ヒータとを備え、
排ガス温度が所定温度以下の場合は、前記電気ヒータに通電した状態で、前記サブ噴射弁から尿素水を噴射し、
排ガス温度が所定温度以上の場合は、前記電気ヒータへの通電を断った状態で、前記メイン噴射弁及び前記サブ噴射弁の両方から尿素水を噴射することを特徴とするエンジンの排気処理方法。 A main injection valve for injecting urea water used for generating ammonia necessary for reducing nitrogen oxide in exhaust gas with a denitration catalyst into the exhaust flue, and a diverted gas branched from the exhaust flue A sub-injection valve that injects into the flow path, and an electric heater that heats the shunt gas flow path,
When the exhaust gas temperature is equal to or lower than the predetermined temperature, urea water is injected from the sub-injection valve in a state where the electric heater is energized,
An exhaust processing method for an engine, characterized in that, when the exhaust gas temperature is equal to or higher than a predetermined temperature, urea water is injected from both the main injection valve and the sub injection valve in a state where power to the electric heater is cut off.