JP2010053847A - Exhaust emission control system for internal combustion engine - Google Patents

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一徳 鈴木
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To promote decomposition reaction from a urea solution to ammonia, and as a result, to appropriately control emission of NOx. <P>SOLUTION: A DPF 12 and an SCR catalyst 13 are arranged in an exhaust pipe 11, and a urea solution addition valve 15 for supplying urea solution into the exhaust pipe 11 is provided between the DPF 12 and the SCR catalyst 13. A water addition valve 41 is provided between the urea solution addition valve 15 and the SCR catalyst 13 in the exhaust pipe 11, and water is supplied into the exhaust pipe 11 by the water addition valve 41. In such a case, urea decomposition reaction from urea solution to ammonia is promoted in the exhaust pipe 11 by the water supplied from the water addition valve 41, and NOx emission control performance in the SCR catalyst 13 can be thereby maintained. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、内燃機関の排気浄化システムに係り、特に尿素ＳＣＲ（Selective Catalytic Reduction）を採用した排気浄化システムを好適に実現するものである。   The present invention relates to an exhaust gas purification system for an internal combustion engine, and in particular, suitably implements an exhaust gas purification system employing urea SCR (Selective Catalytic Reduction).

近年、自動車等に適用されるエンジン（特にディーゼルエンジン）において、排気中のＮＯｘ（窒素酸化物）を高い浄化率で浄化する排気浄化システムとして、尿素ＳＣＲシステムの開発が進められており、一部実用化に至っている。尿素ＳＣＲシステムとしては次の構成が知られている。   In recent years, an urea SCR system has been developed as an exhaust purification system for purifying NOx (nitrogen oxides) in exhaust gas at a high purification rate in engines applied to automobiles (particularly diesel engines). It has been put to practical use. The following configuration is known as a urea SCR system.

すなわち、尿素ＳＣＲシステムでは、エンジン本体に接続された排気管にＳＣＲ触媒が設けられるとともに、その上流側に、ＮＯｘ還元剤としての尿素水（尿素水溶液）を排気管内に添加する尿素水添加弁が設けられている。尿素水添加弁には、尿素水供給管を介して尿素水タンクが接続されており、例えば尿素水タンク内に配設されたポンプが吐出駆動されることで、尿素水が、尿素水タンクから尿素水供給管を通じて尿素水添加弁に供給されるようになっている（例えば、特許文献１参照）。   That is, in the urea SCR system, an SCR catalyst is provided in an exhaust pipe connected to the engine body, and a urea water addition valve for adding urea water (urea aqueous solution) as a NOx reducing agent into the exhaust pipe is provided upstream of the SCR catalyst. Is provided. A urea water tank is connected to the urea water addition valve via a urea water supply pipe. For example, when the pump disposed in the urea water tank is driven to discharge, the urea water is removed from the urea water tank. It is supplied to the urea water addition valve through the urea water supply pipe (see, for example, Patent Document 1).

かかるシステムにおいては、尿素水添加弁により排気管内に尿素水が添加されることで、ＳＣＲ触媒上で排気中のＮＯｘが選択的に還元除去される。ＮＯｘの還元に際しては、尿素水が排気熱で加水分解されることによりアンモニア（ＮＨ3）が生成され、ＳＣＲ触媒にて選択的に吸着された排気中のＮＯｘに対しアンモニアが添加される。そして、同ＳＣＲ触媒上で、アンモニアに基づく還元反応が行われることによってＮＯｘが還元、浄化されることになる。
特開２００３−２９３７３９号公報 In such a system, the urea water is added into the exhaust pipe by the urea water addition valve, so that NOx in the exhaust gas is selectively reduced and removed on the SCR catalyst. When NOx is reduced, urea water is hydrolyzed with exhaust heat to generate ammonia (NH3), and ammonia is added to NOx in the exhaust gas selectively adsorbed by the SCR catalyst. Then, NOx is reduced and purified by performing a reduction reaction based on ammonia on the SCR catalyst.
JP 2003-293739 A

ところで、上述した尿素ＳＣＲシステムにおいて、排気管内に尿素水が添加供給された場合、排気熱により尿素水から水分が離脱し、それに起因して尿素加水分解によるアンモニア生成量が減ることが考えられる。つまり、尿素が熱分解されてアンモニアが生成される温度は約７１℃であるが、排気管内はそれよりも高温の雰囲気にあり、尿素水から水分が離脱する現象が生じると考えられる。アンモニア生成量が減ると、ＳＣＲ触媒におけるＮＯｘ浄化性能が低下する、又は尿素水の過剰供給が強いられる等の不都合が生じる。また、尿素水においてアンモニアへの未反応分が生じると、その未反応分である尿素によりビウレットやシアヌル酸などの尿素変質物が生成され、その尿素変質物がＳＣＲ触媒の表面に付着する。そして、この尿素変質物に起因するＳＣＲ触媒のＮＯｘ浄化性能低下も懸念される。   By the way, in the above-described urea SCR system, when urea water is added and supplied into the exhaust pipe, it is conceivable that moisture is removed from the urea water due to exhaust heat, resulting in a decrease in the amount of ammonia generated by urea hydrolysis. That is, the temperature at which urea is thermally decomposed and ammonia is generated is about 71 ° C., but the exhaust pipe is in a higher temperature atmosphere, and it is considered that a phenomenon occurs in which moisture is desorbed from the urea water. If the amount of ammonia produced decreases, problems such as a decrease in NOx purification performance of the SCR catalyst or a forced supply of urea water occur. Further, when an unreacted component to ammonia is generated in the urea water, a urea modified product such as biuret or cyanuric acid is generated by the urea that is the unreacted component, and the urea modified product adheres to the surface of the SCR catalyst. There is also a concern that the NOx purification performance of the SCR catalyst may be reduced due to this urea alteration.

本発明は、尿素水溶液からアンモニアへの分解反応を促進し、ひいてはＮＯｘ浄化を好適に行わせることができる内燃機関の排気浄化システムを提供することを主たる目的とするものである。   The main object of the present invention is to provide an exhaust gas purification system for an internal combustion engine that promotes a decomposition reaction from urea aqueous solution to ammonia, and thus can suitably perform NOx purification.

以下、上記課題を解決するための手段、及びその作用効果について説明する。   Hereinafter, means for solving the above-described problems and the effects thereof will be described.

本発明における内燃機関の排気浄化システムでは、排気通路に尿素水供給手段により尿素水溶液が供給され、その尿素水溶液の加水分解により生成されるアンモニアによって選択還元型触媒で排気中のＮＯｘ等の還元除去が行われる。ただし、排気通路内では、アンモニアへの分解反応が生じる前に尿素水溶液から水分が離脱（蒸発）することでアンモニアの生成が損なわれることがあると考えられる。   In the exhaust gas purification system for an internal combustion engine according to the present invention, urea aqueous solution is supplied to the exhaust passage by the urea water supply means, and reduction and removal of NOx and the like in the exhaust is performed by the selective reduction catalyst by ammonia generated by hydrolysis of the urea aqueous solution. Is done. However, in the exhaust passage, it is considered that the generation of ammonia may be impaired due to the separation (evaporation) of water from the urea aqueous solution before the decomposition reaction into ammonia occurs.

この点、請求項１に記載の発明では、水供給手段により、排気通路において選択還元型触媒よりも上流側に水が供給される構成となっている。したがって、排気通路内で尿素水溶液から水分が離脱（蒸発）した後でも、水分補給が行われて尿素の加水分解によるアンモニア生成が行われる。その結果、尿素水溶液からアンモニアへの分解反応を促進し、ひいてはＮＯｘ浄化を好適に行わせることができる。   In this regard, in the first aspect of the invention, water is supplied to the upstream side of the selective reduction catalyst in the exhaust passage by the water supply means. Therefore, even after the moisture is desorbed (evaporated) from the urea aqueous solution in the exhaust passage, the water is replenished and ammonia is generated by hydrolysis of urea. As a result, the decomposition reaction from urea aqueous solution to ammonia can be promoted, and thus NOx purification can be suitably performed.

請求項２に記載の発明では、前記水供給手段は、前記尿素水供給手段の尿素水供給口よりも排気下流側に水を添加供給する。これにより、尿素水供給手段の尿素水供給口から供給された尿素水溶液が排気とともに下流側に流れていく過程において、選択還元型触媒に至るまでに尿素水溶液（尿素）に対して好適に水を補給できる。   In the invention according to claim 2, the water supply means adds and supplies water to the exhaust gas downstream side of the urea water supply port of the urea water supply means. Thus, in the process in which the urea aqueous solution supplied from the urea water supply port of the urea water supply means flows downstream along with the exhaust gas, water is suitably supplied to the urea aqueous solution (urea) before reaching the selective reduction catalyst. Can be replenished.

また、請求項３に記載の発明では、前記水供給手段は、前記尿素水供給手段の尿素水供給口よりも排気上流側に水を添加供給する。これにより、排気通路内に供給された水（液状の水）が、同じく排気通路内に供給された尿素水溶液に到達するまでに排気熱により十分に気化され（蒸気となり）、尿素水溶液の加水分解を促進できる。つまり、水の蒸発時間を確保できる構成となっている。   According to a third aspect of the present invention, the water supply means adds and supplies water upstream of the urea water supply port of the urea water supply means. As a result, the water (liquid water) supplied into the exhaust passage is sufficiently vaporized (steamed) by the exhaust heat until reaching the urea aqueous solution also supplied into the exhaust passage, and the urea aqueous solution is hydrolyzed. Can be promoted. That is, it is the structure which can ensure the evaporation time of water.

なお、尿素水供給手段の尿素水供給口よりも排気上流側及び排気下側の両方に水添加手段を設けることも可能である。   It is also possible to provide water addition means on both the exhaust upstream side and the exhaust lower side of the urea water supply port of the urea water supply means.

請求項４に記載の発明では、前記尿素水供給手段と前記水供給手段とが、互いに向かい合う方向に尿素水溶液、水を各々噴射する構成となっている。この場合、尿素水噴霧に対して水噴霧が混ざり合うことで尿素の湿潤化が促され、アンモニアへの分解反応を生じさせることができる。   In the invention according to claim 4, the urea water supply means and the water supply means are configured to inject a urea aqueous solution and water in directions facing each other. In this case, wetting of urea is promoted by mixing water spray with urea water spray, and a decomposition reaction into ammonia can be caused.

請求項５に記載の発明では、前記水供給手段は、前記尿素水供給手段の尿素水供給口に向けて水を噴射するものである。これにより、尿素水供給手段の尿素水供給口において尿素が析出したり尿素変質物が堆積したりしても、それら析出尿素や尿素変質物の除去が可能となる。つまり、尿素水供給手段の尿素水供給口を水噴射により洗浄することができる。したがって、尿素水供給手段による好適なる尿素水供給を継続して実施できる。   In the invention described in claim 5, the water supply means injects water toward the urea water supply port of the urea water supply means. As a result, even if urea is precipitated or urea-modified material is deposited at the urea water supply port of the urea water supply means, it is possible to remove the precipitated urea or urea-modified material. That is, the urea water supply port of the urea water supply means can be washed by water injection. Therefore, the preferable urea water supply by the urea water supply means can be continued.

例えば、尿素水供給手段が尿素水添加弁にて構成される場合には、尿素水供給口である先端噴孔部に向けて水噴射が行われるとよい。   For example, when the urea water supply means is constituted by a urea water addition valve, water injection may be performed toward the tip nozzle hole portion that is the urea water supply port.

上記のように尿素水供給口への水噴射（水洗浄）が行われる構成では、請求項６に記載したように、前記尿素水供給手段による尿素水供給とは異なる時期に、前記尿素水供給手段の尿素水供給口に向けての前記水供給手段による水噴射を実施するとよい。これにより、尿素水供給手段による尿素水供給に悪影響を及ぼすことなく、尿素水供給口の洗浄を実施できる。   In the configuration in which water injection (water washing) is performed to the urea water supply port as described above, the urea water supply is performed at a time different from the urea water supply by the urea water supply means, as described in claim 6. Water injection by the water supply means toward the urea water supply port of the means may be performed. Thereby, the urea water supply port can be cleaned without adversely affecting the urea water supply by the urea water supply means.

尿素水添加弁等よりなる尿素水供給手段を排気の熱的影響から保護するには、尿素水供給手段を排気流に晒されない位置に設けることが望ましい。具体的には、排気通路に他の部位よりも通路外方に張り出した通路拡張部を設け、その通路拡張部において尿素水供給手段が尿素水溶液を供給する構成とする。かかる構成において、通路拡張部では、尿素水噴霧が滞留し、尿素水溶液から尿素が析出したり尿素変質物が堆積したりすることが考えられる。   In order to protect the urea water supply means including the urea water addition valve from the thermal influence of the exhaust, it is desirable to provide the urea water supply means at a position where it is not exposed to the exhaust flow. Specifically, the exhaust passage is provided with a passage expansion portion that protrudes outward from the other portions, and the urea water supply means supplies the urea aqueous solution in the passage expansion portion. In such a configuration, it is conceivable that the urea water spray stays in the passage expanding portion, and urea is precipitated from the urea aqueous solution or urea-modified products are deposited.

この点、請求項７に記載の発明では、前記水供給手段は、前記通路拡張部内に対して水供給を行うため、通路拡張部内に尿素水噴霧が滞留しても、その通路拡張部内での尿素の析出や尿素変質物の堆積を抑制できる。   In this regard, in the invention according to claim 7, since the water supply means supplies water to the inside of the passage expansion portion, even if the urea water spray stays in the passage expansion portion, Urea deposition and urea alteration can be suppressed.

前記尿素水供給手段を尿素水添加弁により構成するとともに、前記水供給手段を水添加弁により構成するとよい。この場合、各添加弁の先端部には尿素水溶液や水を噴出するための噴孔部が設けられており、その噴孔部について請求項８，９の少なくともいずれかの構成が採用されるとよい。
・請求項８に記載の発明では、水添加弁の噴孔部における噴孔の大きさを、尿素水添加弁の噴孔部における噴孔の大きさよりも小さくしている。
・請求項９に記載の発明では、水添加弁の噴孔部における噴孔数を、尿素水添加弁の噴孔部における噴孔数よりも多くしている。 The urea water supply means may be constituted by a urea water addition valve, and the water supply means may be constituted by a water addition valve. In this case, the tip of each addition valve is provided with a nozzle hole for ejecting urea aqueous solution or water, and when the structure of at least one of claims 8 and 9 is adopted for the nozzle hole. Good.
-In invention of Claim 8, the magnitude | size of the nozzle hole in the nozzle hole part of a water addition valve is made smaller than the magnitude | size of the nozzle hole in the nozzle hole part of a urea water addition valve.
-In invention of Claim 9, the number of nozzle holes in the nozzle hole part of a water addition valve is made larger than the number of nozzle holes in the nozzle hole part of a urea water addition valve.

請求項８，９によれば、尿素水添加弁から供給される尿素水溶液については水分の離脱（蒸発）を抑制し、水添加弁から供給される水についてはいち早く気化させることができる。そのため、尿素を好適に湿潤化させることができ、アンモニアへの加水分解を促すことができる。   According to the eighth and ninth aspects, it is possible to suppress the separation (evaporation) of water from the urea aqueous solution supplied from the urea water addition valve, and to quickly vaporize the water supplied from the water addition valve. Therefore, urea can be suitably wetted and hydrolysis to ammonia can be promoted.

請求項１０に記載の発明では、前記水供給手段として、排気通路において選択還元型触媒よりも上流側に水蒸気を供給する水蒸気発生手段が設けられている。本構成によれば、排気通路内を水蒸気により湿潤状態に保持することができる。ゆえに、同排気通路の空間内に存在する尿素水溶液の加水分解を促進することができる。   In a tenth aspect of the present invention, the water supply means is provided with water vapor generating means for supplying water vapor upstream of the selective reduction catalyst in the exhaust passage. According to this configuration, the inside of the exhaust passage can be kept wet with water vapor. Therefore, hydrolysis of the urea aqueous solution existing in the space of the exhaust passage can be promoted.

請求項１１に記載の発明では、前記選択還元型触媒の温度又はその付近の排気温度を検出し、その検出温度が、前記選択還元型触媒の活性温度を基準としてそれよりも高温側の温度しきい値よりも高ければ、前記水供給手段による水供給を実施し、前記温度しきい値よりも低ければ、前記水供給手段による水供給を実施しない。   In the invention according to claim 11, the temperature of the selective catalytic reduction catalyst or the exhaust temperature in the vicinity thereof is detected, and the detected temperature is a temperature higher than that based on the activation temperature of the selective catalytic reduction catalyst. If it is higher than the threshold value, water supply by the water supply means is performed, and if it is lower than the temperature threshold value, water supply by the water supply means is not performed.

要するに、排気通路内に水を供給する場合、排気通路内で水が気化することにより排気温度の低下が生じると考えられる。この場合、選択還元型触媒の温度が活性温度（すなわち、所定の排気浄化能力を確保できる温度）以下になると、当該触媒の浄化能力が低下してしまう。この点、上記のとおり水供給実施／非実施の温度条件を規定したため、排気通路内への水供給に起因して選択還元型触媒が活性温度以下になり、当該触媒の浄化能力が低下してしまうといった不都合を抑制できる。   In short, when water is supplied into the exhaust passage, it is considered that the exhaust temperature is lowered due to the vaporization of water in the exhaust passage. In this case, when the temperature of the selective catalytic reduction catalyst becomes equal to or lower than the activation temperature (that is, a temperature at which a predetermined exhaust purification capability can be ensured), the purification capability of the catalyst decreases. In this respect, since the temperature condition for implementing / not implementing the water supply is defined as described above, the selective reduction type catalyst becomes lower than the activation temperature due to the water supply into the exhaust passage, and the purification capacity of the catalyst decreases. The inconvenience that it ends up can be suppressed.

請求項１２に記載の発明では、選択還元型触媒は排気中のＮＯｘを還元浄化するＮＯｘ触媒である。そして、選択還元型触媒の上流側及び下流側の少なくともいずれかのＮＯｘ量を算出し、該算出したＮＯｘ量に基づいて水供給手段による水供給量を制御する。   In the invention of claim 12, the selective catalytic reduction catalyst is a NOx catalyst that reduces and purifies NOx in the exhaust gas. Then, the amount of NOx on at least one of the upstream side and the downstream side of the selective catalytic reduction catalyst is calculated, and the water supply amount by the water supply means is controlled based on the calculated NOx amount.

要するに、選択還元型触媒の上流側又は下流側におけるＮＯｘ量が多い場合には還元剤としてのアンモニアがより多く必要となる。この点、上記のとおり選択還元型触媒の上流側及び下流側の少なくともいずれかのＮＯｘ量に基づいて水供給量を制御することにより、所望の量のアンモニアを確保する上で、排気通路内に対して適正量の水供給を行わせることができる。   In short, when the amount of NOx on the upstream side or downstream side of the selective catalytic reduction catalyst is large, more ammonia as a reducing agent is required. In this regard, as described above, the water supply amount is controlled based on at least one of the upstream and downstream NOx amounts of the selective catalytic reduction catalyst, so that a desired amount of ammonia can be secured in the exhaust passage. On the other hand, an appropriate amount of water can be supplied.

また、請求項１３に記載の発明では、排気通路内に供給された尿素水溶液から生成されるアンモニアについて選択還元型触媒にて余剰となったアンモニア余剰量に関する情報を取得し、該取得したアンモニア余剰量の情報に基づいて前記水供給手段による水供給量を制御する。つまり、アンモニア余剰量が多い場合にはアンモニアが過剰気味であり、それ以上のアンモニアを要しないため、水供給量を少なくする。本構成においても、排気通路内に対して適正量の水供給を行わせることができる。   In the invention according to claim 13, information on the surplus ammonia surplus in the selective reduction catalyst is obtained for ammonia generated from the urea aqueous solution supplied into the exhaust passage, and the obtained surplus ammonia is obtained. The amount of water supplied by the water supply means is controlled based on the amount information. That is, when the ammonia surplus is large, the ammonia is excessive and no further ammonia is required, so the water supply amount is reduced. Also in this configuration, an appropriate amount of water can be supplied into the exhaust passage.

ここで、選択還元型触媒にて反応しきれずに余剰となったアンモニアは酸化触媒にて酸化除去されるのが望ましい。この場合、請求項１４に記載したように、酸化触媒の上流側又は下流側にて排気通路内のアンモニア量を計測し、そのアンモニア計測量をアンモニア余剰量の情報として取得するとよい。   Here, it is desirable that the excess ammonia that cannot be reacted with the selective reduction catalyst is oxidized and removed by the oxidation catalyst. In this case, as described in claim 14, the ammonia amount in the exhaust passage may be measured upstream or downstream of the oxidation catalyst, and the ammonia measurement amount may be acquired as information on the ammonia surplus amount.

内燃機関の運転停止後には、排気通路内や選択還元型触媒に尿素水溶液が残留する。かかる場合、その尿素水溶液の残留分から水が蒸発すると、排気通路内又は触媒表面で尿素の析出が生じる。そこで、請求項１５に記載の発明では、内燃機関の運転停止後における尿素析出対策として、内燃機関の運転停止に伴い尿素水供給手段の尿素水供給が停止された後において、水供給手段による水供給を実施する。   After the operation of the internal combustion engine is stopped, the urea aqueous solution remains in the exhaust passage or in the selective reduction catalyst. In such a case, when water evaporates from the residual portion of the urea aqueous solution, urea is precipitated in the exhaust passage or on the catalyst surface. Accordingly, in the invention described in claim 15, as a countermeasure against urea precipitation after the operation of the internal combustion engine is stopped, the water supply by the water supply means is stopped after the urea water supply by the urea water supply means is stopped along with the operation stop of the internal combustion engine. Implement the supply.

上記構成によれば、内燃機関の停止直後における残熱を利用して残留尿素水の加水分解を行わせることで、尿素の析出を抑制することができる。このとき、内燃機関の停止後において加水分解により生じたアンモニアは選択還元型触媒の表面に吸着する。したがって、次回の内燃機関の始動時には、既に触媒表面に吸着しているアンモニアを使って早期にＮＯｘ浄化を開始できる。   According to the said structure, precipitation of urea can be suppressed by making it hydrolyze residual urea water using the residual heat immediately after a stop of an internal combustion engine. At this time, ammonia generated by hydrolysis after the internal combustion engine is stopped is adsorbed on the surface of the selective catalytic reduction catalyst. Therefore, at the next start-up of the internal combustion engine, NOx purification can be started early using ammonia already adsorbed on the catalyst surface.

請求項１６に記載したように、内燃機関の停止直前期間における尿素水溶液の供給量に基づいて内燃機関停止後の水供給を制御するとよい。これにより、内燃機関の運転停止後において残留尿素水を加水分解する上で適正量の水を排気通路内に供給できる。   According to the sixteenth aspect of the present invention, the water supply after the internal combustion engine is stopped may be controlled based on the supply amount of the aqueous urea solution in the period immediately before the internal combustion engine is stopped. As a result, an appropriate amount of water can be supplied into the exhaust passage for hydrolyzing the residual urea water after the operation of the internal combustion engine is stopped.

また、請求項１７に記載したように、内燃機関の運転停止後における前記排気通路の残熱の変化に応じて水供給を制御するものであるとよい。この場合、内燃機関の運転停止後において、残熱による尿素水溶液の加水分解が可能な期間に水供給を実施できる。   Further, as described in claim 17, it is preferable that the water supply is controlled in accordance with a change in the residual heat in the exhaust passage after the operation of the internal combustion engine is stopped. In this case, after the operation of the internal combustion engine is stopped, water can be supplied during a period in which the aqueous urea solution can be hydrolyzed by residual heat.

（第１の実施形態）
以下、本発明に係る排気浄化装置を具体化した実施形態について図面を参照しつつ説明する。本実施形態の排気浄化装置は、選択還元型触媒を用いて排気中のＮＯｘを浄化するものであり、尿素ＳＣＲシステムとして構築されている。はじめに、図１を参照してこのシステムの構成について詳述する。図１は、本実施形態に係る尿素ＳＣＲシステムの概要を示す構成図である。 (First embodiment)
DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, an embodiment embodying an exhaust emission control device according to the present invention will be described with reference to the drawings. The exhaust purification device of this embodiment purifies NOx in exhaust using a selective reduction catalyst, and is constructed as a urea SCR system. First, the configuration of this system will be described in detail with reference to FIG. FIG. 1 is a configuration diagram showing an outline of a urea SCR system according to the present embodiment.

図１に示すように、本システムは、自動車に搭載されたディーゼルエンジン（図示略）により排出される排気を浄化対象として、排気を浄化するための各種アクチュエータ及び各種センサ、並びにＥＣＵ（電子制御ユニット）４０等を有して構築されている。   As shown in FIG. 1, the present system uses various types of actuators and various sensors for purifying exhaust gas as exhausted by a diesel engine (not shown) mounted on an automobile, and an ECU (electronic control unit). ) It is built with 40 etc.

エンジン排気系の構成として具体的には、エンジン本体Ｅには排気通路を形成する排気管１１が接続されており、その排気管１１にはＤＰＦ（Diesel Particulate Filter）１２と選択還元触媒（以下、ＳＣＲ触媒という）１３とが配設されている。また、排気管１１においてＤＰＦ１２とＳＣＲ触媒１３との間には、還元剤としての尿素水（尿素水溶液）を排気管１１内に添加供給するための尿素水添加弁１５が設けられている。   Specifically, the engine exhaust system is configured such that an exhaust pipe 11 that forms an exhaust passage is connected to the engine body E, and a DPF (Diesel Particulate Filter) 12 and a selective reduction catalyst (hereinafter, referred to as an exhaust pipe 11). (Referred to as SCR catalyst) 13. Further, a urea water addition valve 15 for adding and supplying urea water (urea aqueous solution) as a reducing agent into the exhaust pipe 11 is provided between the DPF 12 and the SCR catalyst 13 in the exhaust pipe 11.

排気管１１においてＳＣＲ触媒１３の下流側には、ＮＯｘ検出部（ＮＯｘセンサ）と排気温検出部（排気温センサ）とが共に内蔵された排気センサ１６が設けられており、排気センサ１６により、ＳＣＲ触媒１３の下流側にて排気中のＮＯｘ量（ひいてはＳＣＲ触媒１３によるＮＯｘの浄化率）、及び排気の温度が検出されるようになっている。排気管１１の更に下流には、余剰のアンモニア（ＮＨ3）を除去するためのアンモニア除去装置（例えば酸化触媒）や、排気中のアンモニア量を検出するためのアンモニアセンサ等が必要に応じて設けられる。   In the exhaust pipe 11, on the downstream side of the SCR catalyst 13, there is provided an exhaust sensor 16 in which a NOx detection unit (NOx sensor) and an exhaust temperature detection unit (exhaust temperature sensor) are both built. At the downstream side of the SCR catalyst 13, the amount of NOx in the exhaust (as a result, the NOx purification rate by the SCR catalyst 13) and the temperature of the exhaust are detected. Further downstream of the exhaust pipe 11, an ammonia removal device (for example, an oxidation catalyst) for removing excess ammonia (NH3), an ammonia sensor for detecting the amount of ammonia in the exhaust, and the like are provided as necessary. .

ＤＰＦ１２は、排気中のＰＭ（粒子状物質）を捕集する連続再生式のＰＭ除去用フィルタである。ＤＰＦ１２は白金系の酸化触媒を担持しており、ＰＭ成分の１つである可溶性有機成分（ＳＯＦ）とともにＨＣやＣＯを除去することができるようになっている。ちなみに、ＤＰＦ１２に捕集されたＰＭは、ディーゼルエンジンにおけるメイン燃料噴射後のポスト噴射等により燃焼除去でき（再生処理に相当）、これによりＤＰＦ１２の継続使用が可能となっている。   The DPF 12 is a continuous regeneration PM removal filter that collects PM (particulate matter) in exhaust gas. The DPF 12 carries a platinum-based oxidation catalyst and can remove HC and CO together with a soluble organic component (SOF) which is one of the PM components. Incidentally, the PM collected in the DPF 12 can be removed by combustion by post-injection after the main fuel injection in the diesel engine or the like (corresponding to the regeneration process), so that the DPF 12 can be used continuously.

ＳＣＲ触媒１３はＮＯｘの還元反応（排気浄化反応）を促進するものであり、例えば、
４ＮＯ＋４ＮＨ3＋Ｏ2→４Ｎ2＋６Ｈ2Ｏ …（式１）
６ＮＯ2＋８ＮＨ3→７Ｎ2＋１２Ｈ2Ｏ …（式２）
ＮＯ＋ＮＯ2＋２ＮＨ3→２Ｎ2＋３Ｈ2Ｏ …（式３）
のような反応を促進して排気中のＮＯｘを還元する。そして、これらの反応においてＮＯｘの還元剤となるアンモニア（ＮＨ3）を添加供給するものが、同ＳＣＲ触媒１３の上流側に設けられた尿素水添加弁１５である。 The SCR catalyst 13 promotes a NOx reduction reaction (exhaust gas purification reaction).
4NO + 4NH3 + O2 → 4N2 + 6H2O (Formula 1)
6NO2 + 8NH3 → 7N2 + 12H2O (Formula 2)
NO + NO2 + 2NH3 → 2N2 + 3H2O (Formula 3)
Such a reaction is promoted to reduce NOx in the exhaust gas. A urea water addition valve 15 provided on the upstream side of the SCR catalyst 13 adds and supplies ammonia (NH 3) as a NOx reducing agent in these reactions.

尿素水添加弁１５は、ガソリン噴射用の既存の燃料噴射弁（インジェクタ）とほぼ同様の構成を有するものであり、公知の構成が採用できるため、ここでは構成を簡単に説明する。尿素水添加弁１５は、電磁ソレノイド等からなる駆動部と、先端噴孔部を開閉するためのニードルを有する弁体部とを備えた電磁式開閉弁として構成されており、ＥＣＵ４０からの噴射駆動信号に基づき開弁又は閉弁する。すなわち、噴射駆動信号に基づき電磁ソレノイドが通電されると、該通電に伴いニードルが開弁方向に移動し先端噴孔部１５ａから尿素水が添加（噴射）される。   The urea water addition valve 15 has substantially the same configuration as an existing fuel injection valve (injector) for gasoline injection, and since a known configuration can be adopted, the configuration will be briefly described here. The urea water addition valve 15 is configured as an electromagnetic on-off valve that includes a drive unit composed of an electromagnetic solenoid or the like and a valve body unit having a needle for opening and closing the tip injection hole, and is driven by injection from the ECU 40. Open or close based on the signal. That is, when the electromagnetic solenoid is energized based on the injection drive signal, the needle moves in the valve opening direction along with the energization, and urea water is added (injected) from the tip injection hole portion 15a.

尿素水添加弁１５に対しては、尿素水タンク２１から尿素水が逐次供給されるようになっており、次に、尿素水供給系の構成について説明する。   The urea water is sequentially supplied from the urea water tank 21 to the urea water addition valve 15. Next, the configuration of the urea water supply system will be described.

尿素水タンク２１は給液キャップ付きの密閉容器にて構成されており、その内部に所定濃度（３２．５％）の尿素水が貯蔵されている。尿素水タンク２１内には、尿素水に浸漬した状態で尿素水ポンプ２２が設けられている。尿素水ポンプ２２は、ＥＣＵ４０からの駆動信号により回転駆動される電動式ポンプである。尿素水ポンプ２２には尿素水供給管２３の一端が接続されており、同尿素水供給管２３の他端は尿素水添加弁１５に接続されている。尿素水供給管２３内には尿素水通路が形成されている。尿素水ポンプ２２が回転駆動されることにより、尿素水が汲み上げられ尿素水供給管２３を通じて尿素水添加弁１５側に吐出される。   The urea water tank 21 is configured by a sealed container with a liquid supply cap, and urea water having a predetermined concentration (32.5%) is stored therein. A urea water pump 22 is provided in the urea water tank 21 while being immersed in the urea water. The urea water pump 22 is an electric pump that is rotationally driven by a drive signal from the ECU 40. One end of a urea water supply pipe 23 is connected to the urea water pump 22, and the other end of the urea water supply pipe 23 is connected to the urea water addition valve 15. A urea water passage is formed in the urea water supply pipe 23. When the urea water pump 22 is driven to rotate, the urea water is pumped up and discharged to the urea water addition valve 15 side through the urea water supply pipe 23.

尿素水ポンプ２２は、駆動源として電動機（モータ）を備えるタービン式ポンプであり、電動機の駆動に伴いインペラが回転するとともにインペラ外周部に設けられた多数の羽根溝から尿素水が圧送されるようになっている。なお、尿素水ポンプ２２としてはロータ式ポンプ等、他のポンプが適用されてもよい。尿素水ポンプ２２には、尿素水の圧力を調整するための圧力調整弁（図示略）が内蔵されており、同ポンプ２２の吐出圧力は圧力調整弁によって適宜調整される。また、尿素水ポンプ２２の吐出口部分には、尿素水を濾過するためのフィルタ（図示略）が設けられており、逐次吐出される尿素水はフィルタにより異物が除去された後、尿素水供給管２３に吐出される。   The urea water pump 22 is a turbine pump provided with an electric motor (motor) as a drive source, and the impeller rotates as the electric motor is driven, and urea water is pumped from a large number of blade grooves provided on the outer periphery of the impeller. It has become. In addition, as the urea water pump 22, other pumps, such as a rotor type pump, may be applied. The urea water pump 22 incorporates a pressure adjustment valve (not shown) for adjusting the pressure of the urea water, and the discharge pressure of the pump 22 is appropriately adjusted by the pressure adjustment valve. Further, a filter (not shown) for filtering the urea water is provided at the discharge port portion of the urea water pump 22, and the urea water that is sequentially discharged is supplied with the urea water after the foreign matter is removed by the filter. It is discharged to the tube 23.

尿素水タンク２１には、同タンク２１内の尿素水の温度を検出するための尿素水温度センサ２５が設けられている。その他、尿素水供給系には、凍結した尿素水を解凍する目的で、エンジン冷却水を利用した尿素水解凍手段が設けられているが、これに関しては後に詳述する。   The urea water tank 21 is provided with a urea water temperature sensor 25 for detecting the temperature of the urea water in the tank 21. In addition, the urea water supply system is provided with urea water thawing means using engine cooling water for the purpose of thawing frozen urea water, which will be described in detail later.

上記システムの中で電子制御ユニットとして主体的に排気浄化に係る制御を行う部分がＥＣＵ４０である。ＥＣＵ４０は、周知のマイクロコンピュータ（図示略）を備え、各種センサの検出値に基づいて所望とされる態様で尿素水添加弁１５をはじめとする各種アクチュエータを操作することにより、排気浄化に係る各種の制御を行うものである。具体的には、例えば尿素水添加弁１５の通電時間や尿素水ポンプ２２の駆動量等を制御することにより、適切な時期に適正な量の尿素水を排気管１１内に添加供給する。   In the system, the ECU 40 is a part that mainly performs control related to exhaust gas purification as an electronic control unit. The ECU 40 includes a known microcomputer (not shown), and operates various actuators including the urea water addition valve 15 in a desired mode based on detection values of various sensors, thereby various types of exhaust purification. The control is performed. Specifically, an appropriate amount of urea water is added and supplied into the exhaust pipe 11 at an appropriate time by controlling, for example, the energization time of the urea water addition valve 15 and the driving amount of the urea water pump 22.

本実施形態に係る上記システムでは、エンジン運転時において、尿素水ポンプ２２の駆動により尿素水タンク２１内の尿素水が尿素水供給管２３を通じて尿素水添加弁１５に圧送され、尿素水添加弁１５により排気管１１内に尿素水が添加供給される。すると、排気管１１内において排気と共に尿素水がＳＣＲ触媒１３に供給され、ＳＣＲ触媒１３においてＮＯｘの還元反応が行われることによってその排気が浄化される。ＮＯｘの還元に際しては、例えば、
（ＮＨ2）2ＣＯ＋Ｈ2Ｏ→２ＮＨ3＋ＣＯ2 …（式４）
のような反応をもって、尿素水が排気熱で加水分解されることによりアンモニア（ＮＨ3）が生成され、ＳＣＲ触媒１３にて選択的に吸着された排気中のＮＯｘに対し、このアンモニアが添加される。そして、同ＳＣＲ触媒１３上で、そのアンモニアに基づく還元反応（上記反応式（式１）〜（式３））が行われることによって、ＮＯｘが還元、浄化されることになる。 In the system according to the present embodiment, during the engine operation, the urea water in the urea water tank 21 is pumped to the urea water addition valve 15 through the urea water supply pipe 23 by driving the urea water pump 22, and the urea water addition valve 15. Thus, urea water is added and supplied into the exhaust pipe 11. Then, urea water is supplied to the SCR catalyst 13 together with the exhaust gas in the exhaust pipe 11, and the exhaust gas is purified by performing a NOx reduction reaction in the SCR catalyst 13. When reducing NOx, for example,
(NH2) 2CO + H2O → 2NH3 + CO2 (Formula 4)
In this reaction, urea water is hydrolyzed with exhaust heat to produce ammonia (NH 3), and this ammonia is added to NOx in the exhaust gas selectively adsorbed by the SCR catalyst 13. . Then, the reduction reaction based on the ammonia (the above reaction formulas (Formula 1) to (Formula 3)) is performed on the SCR catalyst 13, whereby NOx is reduced and purified.

還元剤として用いられる尿素水は−１１℃で凍結し、その凍結に伴い排気管１１の触媒上流部分に対して尿素水が添加供給できなくなる。そこで本実施形態では、凍結した尿素水を、エンジン冷却水を用いていち早く解凍する構成を採用している。この場合、エンジン冷却水は尿素水（還元剤）を解凍するための解凍用媒体に相当する。   The urea water used as the reducing agent freezes at −11 ° C., and the urea water cannot be added and supplied to the catalyst upstream portion of the exhaust pipe 11 along with the freezing. Therefore, in this embodiment, a configuration is adopted in which the frozen urea water is quickly thawed using engine cooling water. In this case, the engine cooling water corresponds to a thawing medium for thawing urea water (reducing agent).

エンジン冷却水を循環させるための冷却水循環系の構成について以下に説明する。図１に示すように、冷却水循環配管３１は、エンジン本体Ｅにて加熱されたエンジン冷却水を尿素水供給系に循環させるものであり、その一部が尿素水タンク２１内に配設されている。尿素水タンク２１内に配設された配管部分がタンク加熱部Ｈ１であり、当該加熱部Ｈ１においては冷却水循環配管３１が螺旋状（渦巻き状）に曲げ形成されている。この場合、エンジン本体Ｅの冷却水通路（いわゆる、ウォータジャケット）から流れ出たエンジン冷却水は、タンク加熱部Ｈ１を通過した後にエンジン本体Ｅに戻るようにして冷却水循環配管３１内を循環する。なお、エンジン本体Ｅ付近にはエンジン駆動式のウォータポンプＷＰが設けられており、このウォータポンプＷＰの駆動によりエンジン冷却水の循環が行われるようになっている。   The configuration of the cooling water circulation system for circulating the engine cooling water will be described below. As shown in FIG. 1, the cooling water circulation pipe 31 circulates engine cooling water heated by the engine body E to the urea water supply system, and a part thereof is disposed in the urea water tank 21. Yes. A pipe portion disposed in the urea water tank 21 is a tank heating unit H1, and the cooling water circulation pipe 31 is bent and formed in a spiral shape (spiral shape) in the heating unit H1. In this case, the engine coolant flowing out from the coolant passage (so-called water jacket) of the engine body E circulates in the coolant circulation pipe 31 so as to return to the engine body E after passing through the tank heating part H1. An engine-driven water pump WP is provided in the vicinity of the engine main body E, and the engine coolant is circulated by driving the water pump WP.

冷却水循環配管３１において、エンジン本体Ｅからタンク加熱部Ｈ１に至るまでの中途部分には電磁式の開閉弁３２が設けられている。開閉弁３２を開くことでタンク加熱部Ｈ１へのエンジン冷却水の循環（図１のＲ１方向の流れ）が許容され、開閉弁３２を閉じることでタンク加熱部Ｈ１へのエンジン冷却水の循環（図１のＲ１方向の流れ）が阻止されるようになっている。   In the cooling water circulation pipe 31, an electromagnetic on-off valve 32 is provided in the middle part from the engine body E to the tank heating part H1. By opening the on-off valve 32, circulation of the engine cooling water to the tank heating unit H1 (flow in the R1 direction in FIG. 1) is allowed, and by closing the on-off valve 32, circulation of the engine cooling water to the tank heating unit H1 ( The flow in the R1 direction in FIG. 1) is prevented.

また、冷却水循環配管３１は、タンク加熱部Ｈ１を迂回するようにして２点（図のＡ１，Ａ２）で分岐されており、尿素水タンク２１内にエンジン冷却水を導く上記の冷却水経路に加え、尿素水供給管２３に一体化されて設けられる冷却水経路が設けられている。本実施形態では、尿素水供給管２３と冷却水循環配管３１との一体化部分が二重配管にて構成されている。この場合、尿素水供給管２３と冷却水循環配管３１とを比べると、後者の方が大径であり、尿素水供給管２３を内側配管、冷却水循環配管３１を外側配管とすることで二重配管が構成されている。   Further, the cooling water circulation pipe 31 is branched at two points (A1 and A2 in the figure) so as to bypass the tank heating part H1, and the cooling water circulation pipe 31 is connected to the cooling water path that guides the engine cooling water into the urea water tank 21. In addition, a cooling water path provided integrally with the urea water supply pipe 23 is provided. In this embodiment, the integrated part of the urea water supply pipe 23 and the cooling water circulation pipe 31 is constituted by a double pipe. In this case, when the urea water supply pipe 23 and the cooling water circulation pipe 31 are compared, the latter has a larger diameter, and the urea water supply pipe 23 is an inner pipe and the cooling water circulation pipe 31 is an outer pipe. Is configured.

尿素水供給管２３と冷却水循環配管３１との一体化部分（二重配管部分）が尿素水配管加熱部Ｈ２となっている。冷却水循環配管３１において、分岐部（図のＡ１）から尿素水配管加熱部Ｈ２に至るまでの中途部分には電磁式の開閉弁３６が設けられている。開閉弁３６を開くことで尿素水配管加熱部Ｈ２へのエンジン冷却水の循環（図１のＲ２方向の流れ）が許容され、開閉弁３６を閉じることで尿素水配管加熱部Ｈ２へのエンジン冷却水の循環（図１のＲ２方向の流れ）が阻止されるようになっている。   An integrated part (double pipe part) of the urea water supply pipe 23 and the cooling water circulation pipe 31 is a urea water pipe heating part H2. In the cooling water circulation pipe 31, an electromagnetic on-off valve 36 is provided in the middle part from the branch part (A1 in the figure) to the urea water pipe heating part H2. By opening the on-off valve 36, circulation of the engine coolant to the urea water pipe heating part H2 (flow in the R2 direction in FIG. 1) is allowed, and by closing the on-off valve 36, the engine cooling to the urea water pipe heating part H2 Water circulation (flow in the direction R2 in FIG. 1) is prevented.

ところで、上記のように排気管１１内に尿素水が添加供給される場合、排気熱により尿素水から水分が離脱（蒸発）することに起因して尿素加水分解によるアンモニア生成量が減り、ＳＣＲ触媒１３におけるＮＯｘ浄化性能が低下する、又は尿素水の過剰供給（ＮＯｘ浄化率が低下することに伴う増量供給）が強いられる等の不都合が生じる。つまり、水の共存有無により尿素熱分解反応量に違いが生じ、噴射後において尿素水から水分が離脱するとアンモニア生成量が減少する。また、尿素水においてアンモニアへの未反応分が生じると、排気管１１の内面やＳＣＲ触媒１３の前面部に尿素デポジットが付着し残留するという不都合が生じる。尿素デポジットには、尿素水から水分が離脱することで生じる尿素（尿素粉体）や、その尿素が加熱されることで生成される尿素変質物が含まれる。   By the way, when urea water is added and supplied into the exhaust pipe 11 as described above, the amount of ammonia generated by urea hydrolysis is reduced due to the desorption (evaporation) of moisture from the urea water due to exhaust heat, and the SCR catalyst. The NOx purification performance at 13 is reduced, or an excessive supply of urea water (increased supply accompanying a reduction in the NOx purification rate) is caused. That is, the amount of urea pyrolysis reaction varies depending on the presence or absence of water, and the amount of ammonia produced decreases when moisture is released from the urea water after injection. Further, when an unreacted portion of ammonia in urea water occurs, there arises a disadvantage that urea deposits adhere to and remain on the inner surface of the exhaust pipe 11 and the front surface portion of the SCR catalyst 13. The urea deposit includes urea (urea powder) that is generated when moisture desorbs from urea water, and urea-modified products that are generated when the urea is heated.

尿素デポジットの生成について補足する。排気管１１内に尿素水添加弁１５から尿素水が噴射されると、沸点１０３℃（３２．５％尿素水）よりも高温域で尿素水から尿素が析出され、その尿素が、排気熱で尿素の融点１３２℃以上（１５０〜１７０℃）に加熱されることによりビウレット（Ｈ2Ｎ−ＣＯ−ＮＨ−ＣＯ−ＮＨ2）が生成される。また、尿素が、排気熱で約２００℃に加熱されることによりシアヌル酸（Ｃ3Ｎ3（Ｏ−ＣＯ−ＮＨ2）3）が生成される。尿素デポジットとしては、その他に尿素樹脂等も生成される。   It supplements about the production | generation of a urea deposit. When urea water is injected into the exhaust pipe 11 from the urea water addition valve 15, urea is precipitated from the urea water at a temperature higher than the boiling point 103 ° C. (32.5% urea water), and the urea is caused by exhaust heat. Biuret (H2N-CO-NH-CO-NH2) is generated by heating to a melting point of urea of 132 ° C or higher (150 to 170 ° C). Moreover, cyanuric acid (C3N3 (O—CO—NH2) 3) is generated by heating urea to about 200 ° C. with exhaust heat. In addition to the urea deposit, urea resin and the like are also generated.

本実施形態では、排気管１１内において尿素水からアンモニアへの尿素分解反応を促進すべく、すなわちアンモニア未反応分を減らすべく、図１に示すように、排気管１１において尿素水添加弁１５とＳＣＲ触媒１３との間に水添加弁４１を設置し、その水添加弁４１により排気管１１内に水を添加供給する。かかる場合、水添加弁４１から供給される水により、排気管１１内において尿素水からアンモニアへの尿素分解反応が促進され、ＳＣＲ触媒１３におけるＮＯｘ浄化性能が維持できる。また、アンモニア未変換分が減ることにより、尿素デポジットの生成が抑制される。   In the present embodiment, in order to accelerate the urea decomposition reaction from urea water to ammonia in the exhaust pipe 11, that is, to reduce the amount of unreacted ammonia, as shown in FIG. A water addition valve 41 is installed between the SCR catalyst 13 and water is added and supplied into the exhaust pipe 11 by the water addition valve 41. In such a case, the water supplied from the water addition valve 41 promotes the urea decomposition reaction from urea water to ammonia in the exhaust pipe 11, and the NOx purification performance in the SCR catalyst 13 can be maintained. Moreover, the production | generation of a urea deposit is suppressed by the ammonia unconverted part reducing.

詳細には、図１に示すように、排気管１１において尿素水添加弁１５よりも下流側に水添加弁４１が設けられている。水添加弁４１は、その先端噴孔部４１ａを排気上流側に向けて設置されている。いい加えると、水添加弁４１は、尿素水添加弁１５と向かい合うようにして設けられている。この場合、尿素水添加弁１５は排気下流側に向けて尿素水を噴射するのに対して、水添加弁４１は排気上流側に向けて水を噴射する。   Specifically, as shown in FIG. 1, a water addition valve 41 is provided in the exhaust pipe 11 on the downstream side of the urea water addition valve 15. The water addition valve 41 is installed with its tip injection hole 41a facing the exhaust upstream side. In other words, the water addition valve 41 is provided so as to face the urea water addition valve 15. In this case, the urea water addition valve 15 injects urea water toward the exhaust downstream side, whereas the water addition valve 41 injects water toward the exhaust upstream side.

水添加弁４１は、尿素水添加弁１５と同様、ガソリン噴射用の既存の燃料噴射弁（電磁ソレノイド式インジェクタ）とほぼ同様の構成を有しており、ＥＣＵ４０からの噴射駆動信号に基づき開弁又は閉弁する。このとき、水添加弁４１が開弁駆動されることで、先端噴孔部４１ａから水が添加（噴射）される。   Similar to the urea water addition valve 15, the water addition valve 41 has substantially the same configuration as an existing fuel injection valve (electromagnetic solenoid injector) for gasoline injection, and is opened based on an injection drive signal from the ECU 40. Or close the valve. At this time, when the water addition valve 41 is driven to open, water is added (injected) from the tip injection hole portion 41a.

尿素水添加弁１５の先端噴孔部１５ａと水添加弁４１の先端噴孔部４１ａとの間の距離（離間距離Ｌ１）は、尿素水添加弁１５からの尿素水噴霧に対して、水添加弁４１からの水噴霧が好適に交わるように設定されている。具体的には、離間距離Ｌ１は３５０〜５００ｍｍ程度である。   The distance (separation distance L1) between the tip nozzle hole portion 15a of the urea water addition valve 15 and the tip nozzle hole portion 41a of the water addition valve 41 is such that water is added to the urea water spray from the urea water addition valve 15. The water spray from the valve 41 is set so as to cross suitably. Specifically, the separation distance L1 is about 350 to 500 mm.

尿素水添加弁１５と水添加弁４１とは先端噴孔部１５ａ，４１ａの構成の一部が相違しており、その相違点を説明する。図２（ａ）は尿素水添加弁１５の先端噴孔部１５ａにおける噴孔配置を示す平面図、図２（ｂ）は水添加弁４１の先端噴孔部４１ａにおける噴孔配置を示す平面図である。   The urea water addition valve 15 and the water addition valve 41 are different from each other in the configuration of the tip nozzle holes 15a and 41a, and the difference will be described. 2A is a plan view showing the nozzle hole arrangement in the tip nozzle hole portion 15a of the urea water addition valve 15, and FIG. 2B is a plan view showing the nozzle hole arrangement in the tip nozzle hole part 41a of the water addition valve 41. It is.

図２（ａ）に示すように、尿素水添加弁１５の先端噴孔部１５ａには、ｍ個（図では４つ）の噴孔１５ｂが設けられている。各噴孔１５ｂは同一円上に並ぶようにして略均等に設けられている。また、図２（ｂ）に示すように、水添加弁４１の先端噴孔部４１ａには、尿素水添加弁１５の噴孔数ｍよりも多いｎ個（図では８つ）の噴孔４１ｂが設けられている。各噴孔４１ｂは同一円上に並ぶようにして略均等に設けられている。尿素水添加弁１５の噴孔１５ｂと水添加弁４１の噴孔４１ｂとを比較すると、噴孔数ｍ，ｎが「ｍ＜ｎ」であることに加え、各噴孔１５ｂ，４１ｂの孔径Ｄ１，Ｄ２が「Ｄ１＞Ｄ２」となっている。   As shown in FIG. 2A, m (four in the figure) nozzle holes 15 b are provided in the tip nozzle hole portion 15 a of the urea water addition valve 15. The nozzle holes 15b are provided substantially equally so as to be aligned on the same circle. Further, as shown in FIG. 2B, the tip nozzle hole portion 41a of the water addition valve 41 has n (eight in the figure) nozzle holes 41b larger than the number m of nozzle holes of the urea water addition valve 15. Is provided. The nozzle holes 41b are provided substantially equally so as to be aligned on the same circle. Comparing the nozzle hole 15b of the urea water addition valve 15 and the nozzle hole 41b of the water addition valve 41, in addition to the number of nozzle holes m and n being “m <n”, the hole diameter D1 of each nozzle hole 15b and 41b. , D2 is “D1> D2.”

水添加弁４１には給水配管４２を介して給水タンク４３が接続されている。給水タンク４３は給液キャップ付きの密閉容器にて構成されており、その内部に水が貯蔵されている。例えば、給水タンク４３には、イオン交換水や蒸留水など、触媒反応を阻害する成分を含まない成分の水が貯留されている。給水タンク４３内には、水に浸漬した状態で給水ポンプ４４が設けられている。給水ポンプ４４は、ＥＣＵ４０からの駆動信号により回転駆動される電動式ポンプである。給水ポンプ４４には給水配管４２の一端が接続されている。給水ポンプ４４が回転駆動されることにより、水が汲み上げられ給水配管４２を通じて水添加弁４１側に吐出される。   A water supply tank 43 is connected to the water addition valve 41 via a water supply pipe 42. The water supply tank 43 is comprised by the airtight container with a liquid supply cap, and the water is stored in the inside. For example, the water supply tank 43 stores water that does not include components that inhibit the catalytic reaction, such as ion-exchanged water and distilled water. A water supply pump 44 is provided in the water supply tank 43 while being immersed in water. The water supply pump 44 is an electric pump that is rotationally driven by a drive signal from the ECU 40. One end of a water supply pipe 42 is connected to the water supply pump 44. When the water supply pump 44 is driven to rotate, water is pumped up and discharged to the water addition valve 41 side through the water supply pipe 42.

給水タンク４３には、同タンク４３内の水の温度を検出するための水温センサ４５が設けられており、その検出結果はＥＣＵ４０に逐次入力される。   The water supply tank 43 is provided with a water temperature sensor 45 for detecting the temperature of the water in the tank 43, and the detection result is sequentially input to the ECU 40.

また、給水タンク４３には、尿素水タンク２１と同様、冷却水循環配管３１の一部が配設されている。すなわち、冷却水循環配管３１には分岐配管４６が接続されており、その分岐配管４６において給水タンク４３内に配設された配管部分がタンク加熱部Ｈ３となっている。当該加熱部Ｈ３においては分岐配管４６が螺旋状（渦巻き状）に曲げ形成されている。この場合、エンジン本体Ｅの冷却水通路から流れ出たエンジン冷却水は、尿素水タンク２１のタンク加熱部Ｈ１に加え、給水タンク４３のタンク加熱部Ｈ３にも給送される。   In addition, like the urea water tank 21, a part of the cooling water circulation pipe 31 is disposed in the water supply tank 43. That is, a branch pipe 46 is connected to the cooling water circulation pipe 31, and a pipe portion provided in the water supply tank 43 in the branch pipe 46 is a tank heating section H3. In the heating part H3, the branch pipe 46 is bent and formed in a spiral shape (spiral shape). In this case, the engine cooling water flowing out from the cooling water passage of the engine body E is fed to the tank heating part H3 of the water supply tank 43 in addition to the tank heating part H1 of the urea water tank 21.

冷却水循環配管３１において、分岐配管４６には電磁式の開閉弁４７が設けられている。開閉弁４７を開くことでタンク加熱部Ｈ３へのエンジン冷却水の循環（図１のＲ３方向の流れ）が許容され、開閉弁４７を閉じることでタンク加熱部Ｈ３へのエンジン冷却水の循環（図１のＲ３方向の流れ）が阻止されるようになっている。   In the cooling water circulation pipe 31, the branch pipe 46 is provided with an electromagnetic on-off valve 47. By opening the on-off valve 47, circulation of the engine cooling water to the tank heating unit H3 (flow in the R3 direction in FIG. 1) is allowed, and by closing the on-off valve 47, circulation of the engine cooling water to the tank heating unit H3 ( The flow in the direction R3 in FIG. 1 is prevented.

上記構成の排気浄化システムでは、ディーゼルエンジンの運転中において排気管１１内に尿素水添加弁１５から尿素水が添加供給されるとともに、同じく排気管１１内に水添加弁４１から水が添加供給される。このとき、排気管１１内では、尿素水の加水分解によりアンモニアが生成され、そのアンモニアによってＳＣＲ触媒１３で排気中のＮＯｘの還元除去が行われる。また、排気管１１内では、尿素水がアンモニアに変換される前に尿素水から水分が離脱（蒸発）するという事態が生じるが、水添加弁４１により水分が補給されることにより、尿素が湿潤化されてアンモニアへの変換作用が促される。これにより、アンモニア生成量が増え、ＮＯｘ浄化率が高められる。また、尿素水のうちアンモニアへの未反応分が減ることから、尿素水の過剰供給が抑制されるとともに、尿素デポジットの生成が抑制される。   In the exhaust purification system having the above configuration, urea water is added and supplied from the urea water addition valve 15 into the exhaust pipe 11 during operation of the diesel engine, and water is also supplied from the water addition valve 41 to the exhaust pipe 11. The At this time, ammonia is generated in the exhaust pipe 11 by hydrolysis of urea water, and the SCR catalyst 13 reduces and removes NOx in the exhaust gas by the ammonia. Further, in the exhaust pipe 11, there occurs a situation in which moisture desorbs (evaporates) from the urea water before the urea water is converted to ammonia. However, the water is replenished by the water addition valve 41, so that the urea is moistened. To promote the conversion to ammonia. As a result, the amount of ammonia produced increases and the NOx purification rate is increased. Moreover, since the unreacted part to ammonia among urea water reduces, the excessive supply of urea water is suppressed and the production | generation of a urea deposit is suppressed.

また、寒冷地等では、尿素水タンク２１及び尿素水供給管２３の尿素水や、給水タンク４３の水が凍結する場合ある。故に、尿素水温度センサ２５により尿素水タンク２１内の尿素水温度が逐次検出され、尿素水温度が所定の凍結判定値（凍結の可能性のある温度、例えば−７℃）未満となった場合には、開閉弁３２，３６が開放されてタンク加熱部Ｈ１や尿素水配管加熱部Ｈ２に対してエンジン冷却水（温水）が給送されるようになっている。これにより、尿素水タンク２１及び尿素水供給管２３の尿素水の凍結が抑制される。仮に尿素水が凍結した場合には、いち早く解凍できる。   In cold districts, the urea water in the urea water tank 21 and the urea water supply pipe 23 and the water in the water supply tank 43 may freeze. Therefore, when the urea water temperature in the urea water tank 21 is sequentially detected by the urea water temperature sensor 25 and the urea water temperature becomes lower than a predetermined freezing determination value (a temperature at which freezing is possible, for example, −7 ° C.). The on-off valves 32 and 36 are opened to supply engine cooling water (hot water) to the tank heating part H1 and the urea water pipe heating part H2. Thereby, freezing of the urea water of the urea water tank 21 and the urea water supply pipe 23 is suppressed. If urea water freezes, it can be thawed quickly.

また、水温センサ４５により給水タンク４３内の水温が逐次検出され、水温が所定の凍結判定値（凍結の可能性のある温度、例えば４℃）未満となった場合には、開閉弁４７が開放されてタンク加熱部Ｈ３に対してエンジン冷却水（温水）が給送されるようになっている。これにより、給水タンク４３内の水の凍結が抑制される。仮に水が凍結した場合には、いち早く解凍できる。   Further, when the water temperature in the water supply tank 43 is sequentially detected by the water temperature sensor 45 and the water temperature becomes lower than a predetermined freezing judgment value (a temperature at which freezing is possible, for example, 4 ° C.), the on-off valve 47 is opened. Thus, engine cooling water (hot water) is supplied to the tank heating section H3. Thereby, freezing of the water in the water supply tank 43 is suppressed. If water freezes, it can be thawed quickly.

以上詳述した本実施形態によれば、以下の優れた効果が得られる。   According to the embodiment described in detail above, the following excellent effects can be obtained.

尿素ＳＣＲを用いた排気浄化システムにおいて排気管１１内への水供給を行う構成としたため、尿素水からアンモニアへの分解反応を促進し、ひいてはＮＯｘ浄化を好適に行わせることができる。すなわち、排気浄化効果が向上し、排気エミッションの改善を図ることができる。   Since the exhaust gas purification system using urea SCR is configured to supply water into the exhaust pipe 11, the decomposition reaction from urea water to ammonia can be promoted, and NOx purification can be suitably performed. That is, the exhaust purification effect is improved and exhaust emission can be improved.

また、水添加弁４１を尿素水添加弁１５よりも排気下流側に設けたため、尿素水添加弁１５から供給された尿素水が排気とともに下流側に流れていく過程において、ＳＣＲ触媒１３に至るまでに尿素水（尿素）に対して好適に水を補給できる。   In addition, since the water addition valve 41 is provided on the exhaust downstream side of the urea water addition valve 15, the urea water supplied from the urea water addition valve 15 flows downstream along with the exhaust until the SCR catalyst 13 is reached. In addition, water can be suitably supplied to urea water (urea).

互いに向かい合う方向に尿素水溶液、水を各々噴射する向きに尿素水添加弁１５と水添加弁４１とを設置したため、尿素水噴霧に対して水噴霧が混ざり合うことで尿素の湿潤化が促され、アンモニアへの分解反応を生じさせることができる。   Since the urea water addition valve 15 and the water addition valve 41 are installed in the directions in which the urea aqueous solution and water are respectively injected in the directions facing each other, wetting of the urea is promoted by mixing the water spray with the urea water spray, A decomposition reaction into ammonia can occur.

水添加弁４１の噴孔４１ｂの大きさを尿素水添加弁１５の噴孔１５ｂの大きさよりも小さくし、かつ水添加弁４１の噴孔数を尿素水添加弁１５の噴孔数よりも多くした。これにより、尿素水添加弁１５から供給される尿素水については水分の離脱（蒸発）を抑制することができる。また、水添加弁４１から供給される水についてはいち早く気化させることにより尿素を好適に湿潤化させることができ、アンモニアへの加水分解を促すことができる。   The size of the nozzle hole 41b of the water addition valve 41 is made smaller than the size of the nozzle hole 15b of the urea water addition valve 15, and the number of nozzle holes of the water addition valve 41 is larger than the number of nozzle holes of the urea water addition valve 15. did. Thereby, with respect to the urea water supplied from the urea water addition valve 15, the separation (evaporation) of moisture can be suppressed. In addition, the water supplied from the water addition valve 41 is vaporized quickly, whereby urea can be suitably wetted, and hydrolysis to ammonia can be promoted.

水添加弁４１への給水を行う給水タンク４３に冷却水循環配管３１の一部を配設したため、仮に給水タンク４３の水が凍結しても、エンジン冷却水（温水）の流通により加熱され、いち早く解凍することができる。尿素水タンク２１や尿素水供給管２３についても同様に、エンジン冷却水を利用して加熱する構成としたため、尿素水の凍結時にもいち早く解凍できる。上記のようにエンジン冷却水を用いて加熱を行う構成によれば、ヒータ通電により加熱を行う構成に比してバッテリ負荷が軽減できる等のメリットもある。   Since a part of the cooling water circulation pipe 31 is disposed in the water supply tank 43 that supplies water to the water addition valve 41, even if the water in the water supply tank 43 is frozen, it is heated by the circulation of the engine cooling water (hot water). Can be thawed. Similarly, since the urea water tank 21 and the urea water supply pipe 23 are configured to be heated using engine cooling water, they can be thawed quickly even when urea water is frozen. According to the configuration in which heating is performed using engine cooling water as described above, there is an advantage that the battery load can be reduced as compared with the configuration in which heating is performed by energizing the heater.

尿素水添加弁１５及び水添加弁４１としてインジェクタタイプの電磁式開閉弁を用いる構成としたため、尿素水や水の添加制御を高精度に行うことが可能となる。これにより、尿素水や水の無駄な消費を抑制でき、尿素水消費量や水消費量の低減を図ることができる。   Since the injector-type electromagnetic on-off valve is used as the urea water addition valve 15 and the water addition valve 41, the addition control of urea water and water can be performed with high accuracy. Thereby, useless consumption of urea water and water can be suppressed, and urea water consumption and water consumption can be reduced.

尿素水添加弁１５及び水添加弁４１を、ＤＰＦ１２（ＰＭ除去用フィルタ）の下流側に設ける構成とした。これにより、尿素水添加弁１５や水添加弁４１の先端添加口がＰＭにより汚染されるといった不都合が抑制でき、尿素水添加弁１５や水添加弁４１を長期にわたって使用することが可能になる。   The urea water addition valve 15 and the water addition valve 41 are provided downstream of the DPF 12 (PM removal filter). Thereby, it is possible to suppress the inconvenience that the tip addition ports of the urea water addition valve 15 and the water addition valve 41 are contaminated with PM, and the urea water addition valve 15 and the water addition valve 41 can be used over a long period of time.

（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。本実施形態では、主に尿素水添加弁１５及び水添加弁４１についての制御内容を説明する。 (Second Embodiment)
Next, a second embodiment of the present invention will be described. In the present embodiment, the control content of the urea water addition valve 15 and the water addition valve 41 will be mainly described.

図３は、本実施形態における尿素ＳＣＲシステムの概要を示す構成図であり、これは図１の一部を変更したものである。なお、図３において、図１と重複する構成については同一の符号を付すとともに説明を割愛する。図示は略すが、尿素水や水の供給系に関する構成は図１と同一である。   FIG. 3 is a configuration diagram showing an outline of the urea SCR system in the present embodiment, which is a partial modification of FIG. In FIG. 3, the same components as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted. Although illustration is omitted, the configuration relating to the urea water and the water supply system is the same as FIG.

図３では図１の構成との相違点として、ＳＣＲ触媒１３の下流側には、ＳＣＲ触媒１３で余剰となり同ＳＣＲ触媒１３から流出したアンモニアを酸化除去するための酸化触媒５１が設けられるとともに、さらに下流側にはアンモニア濃度を検出するためのアンモニアセンサ５２が設けられている。アンモニアセンサ５２の検出信号は、上述した排気センサ１６（ＮＯｘセンサ）の検出信号と同様、ＥＣＵ４０に入力される。ＥＣＵ４０では、排気センサ１６やアンモニアセンサ５２の検出信号などに基づいて、尿素水添加弁１５の尿素水添加量や水添加弁４１の水添加量を制御する。   In FIG. 3, as a difference from the configuration of FIG. 1, an oxidation catalyst 51 is provided on the downstream side of the SCR catalyst 13 to oxidize and remove ammonia that has become surplus in the SCR catalyst 13 and flows out of the SCR catalyst 13. Further, an ammonia sensor 52 for detecting the ammonia concentration is provided on the downstream side. The detection signal of the ammonia sensor 52 is input to the ECU 40 in the same manner as the detection signal of the exhaust sensor 16 (NOx sensor) described above. The ECU 40 controls the urea water addition amount of the urea water addition valve 15 and the water addition amount of the water addition valve 41 based on detection signals from the exhaust sensor 16 and the ammonia sensor 52.

ＥＣＵ４０による水添加弁４１の制御に関して説明すると、エンジン運転中において、センサ１６，５２の検出信号に基づいてＳＣＲ触媒１３の下流側におけるＮＯｘ量と酸化触媒５１の下流側におけるアンモニア量（アンモニア余剰量）とを算出し、これらＮＯｘ量とアンモニア量とに基づいて水添加弁４１の水添加量を制御する。この場合、ＳＣＲ触媒１３の下流側におけるＮＯｘ量が多いほどアンモニアがより多く必要となるため、水添加量を多くする（図４（ａ）参照）。このとき、ＮＯｘ量に応じて水添加量を多くすることで尿素の加水分解が促進され、ひいてはＮＯｘの還元浄化が向上する。また、酸化触媒５１の下流側におけるアンモニア量が多い場合にはアンモニアが過剰気味であり、それ以上のアンモニアを要しないため、水添加量を少なくする（図４（ａ）参照）。このとき、アンモニア量に応じて水添加量を少なくすることで余分のアンモニア発生が抑制される。   The control of the water addition valve 41 by the ECU 40 will be described. During the engine operation, the NOx amount on the downstream side of the SCR catalyst 13 and the ammonia amount on the downstream side of the oxidation catalyst 51 (ammonia surplus amount) based on the detection signals of the sensors 16 and 52. ) And the water addition amount of the water addition valve 41 is controlled based on the NOx amount and the ammonia amount. In this case, as the amount of NOx on the downstream side of the SCR catalyst 13 increases, more ammonia is required, so the amount of water added is increased (see FIG. 4A). At this time, by increasing the amount of water added according to the amount of NOx, the hydrolysis of urea is promoted, and the reduction and purification of NOx is improved. In addition, when the amount of ammonia on the downstream side of the oxidation catalyst 51 is large, the ammonia is excessive and no further ammonia is required, so the amount of water added is reduced (see FIG. 4A). At this time, generation of excess ammonia is suppressed by reducing the amount of water added according to the amount of ammonia.

また、エンジンの運転停止後には、排気管１１内やＳＣＲ触媒１３に尿素水が残留し、その残留尿素水から水が蒸発すると、排気管１１内又は触媒表面で尿素の析出が生じる。そこで、エンジン運転停止後における尿素析出対策として、エンジン運転停止に伴い尿素水添加弁１５による尿素水添加が停止された後において、所定期間だけ水添加弁４１による水添加を実施することとしている。本実施形態では、エンジン運転中に所定期間単位で尿素水添加量の積算値（尿素水積算量）を逐次算出するとともに、その尿素水積算量のうちエンジン停止直前の算出値に基づいて、エンジン停止直後における水添加弁４１の水添加量を制御する。具体的には、エンジン停止直前の尿素水積算量が多いほど水添加量を多くする（図４（ｂ）参照）。   Further, after the operation of the engine is stopped, urea water remains in the exhaust pipe 11 or the SCR catalyst 13, and when water evaporates from the residual urea water, urea is precipitated in the exhaust pipe 11 or on the catalyst surface. Therefore, as a countermeasure against urea precipitation after the engine operation is stopped, water addition by the water addition valve 41 is performed for a predetermined period after the urea water addition by the urea water addition valve 15 is stopped along with the engine operation stop. In the present embodiment, the integrated value of urea water addition amount (urea water integrated amount) is sequentially calculated in units of a predetermined period during engine operation, and the engine is calculated based on the calculated value of the urea water integrated amount immediately before the engine is stopped. The water addition amount of the water addition valve 41 immediately after the stop is controlled. Specifically, the water addition amount is increased as the urea water integrated amount immediately before the engine is stopped is increased (see FIG. 4B).

なお、エンジン運転中の水添加量とエンジン停止後の水添加量とを比べると、後者の場合には水供給量を少なめにするのが望ましいと考えられる。エンジンの運転停止後における水添加量を一定量で制御することも可能である。   In addition, when the amount of water added during engine operation is compared with the amount of water added after the engine is stopped, in the latter case, it may be desirable to reduce the amount of water supplied. It is also possible to control the amount of water added after the engine is stopped by a constant amount.

尿素水添加弁１５の制御については、周知の技術を採用すればよいため、略述すると、ＳＣＲ触媒１３の下流側におけるＮＯｘ量や同ＳＣＲ触媒１３におけるＮＯｘ浄化率等を算出し、それらＮＯｘ量やＮＯｘ浄化率に基づいて、尿素水添加弁１５の尿素水添加量を制御する。   As the control of the urea water addition valve 15 may be performed by using a well-known technique, the NOx amount on the downstream side of the SCR catalyst 13, the NOx purification rate in the SCR catalyst 13, and the like are calculated, and these NOx amounts are briefly described. And the urea water addition amount of the urea water addition valve 15 is controlled based on the NOx purification rate.

次に、尿素水添加弁１５による尿素水添加の制御手順と、水添加弁４１による水添加の制御手順とを説明する。図５（ａ）は、尿素水添加弁１５による尿素水添加の制御手順を示すフローチャートであり、図５（ｂ）は、水添加弁４１による水添加の制御手順を示すフローチャートである。図５（ａ）（ｂ）の各処理は、イグニッションスイッチのオン操作など、所定のエンジン始動操作に伴い起動され、所定の時間周期で繰り返し実行される。   Next, the urea water addition control procedure by the urea water addition valve 15 and the water addition control procedure by the water addition valve 41 will be described. FIG. 5A is a flowchart showing a control procedure of urea water addition by the urea water addition valve 15, and FIG. 5B is a flowchart showing a control procedure of water addition by the water addition valve 41. Each process in FIGS. 5A and 5B is started in accordance with a predetermined engine starting operation such as an ignition switch ON operation, and is repeatedly executed at a predetermined time period.

図５（ａ）において、ステップＳ１１では、エンジン始動後、所定時間Ｔが経過したか否かを判定する。この処理は、エンジン停止中に尿素水が凍結した場合においてその尿素水を解凍するために要する時間であり、所定時間Ｔは数分（例えば５分）程度の時間である。なお、外気温などにより所定時間Ｔを可変設定することも可能である。   In FIG. 5A, in step S11, it is determined whether or not a predetermined time T has elapsed after the engine is started. This process is a time required for thawing the urea water when the urea water is frozen while the engine is stopped, and the predetermined time T is about several minutes (for example, 5 minutes). It is also possible to variably set the predetermined time T according to the outside air temperature or the like.

その後、ステップＳ１２では、排気センサ１６の出力に基づいてＳＣＲ触媒１３の下流側におけるＮＯｘ量を算出する。続くステップＳ１３では、ＳＣＲ触媒１３の下流側ＮＯｘ量に基づいて尿素水添加量を算出する。ステップＳ１４では、都度の尿素水添加量に対応する駆動信号を駆動回路に出力し、尿素水添加弁１５を駆動させて尿素水添加を実行する。なお、尿素水添加は、イグニッションスイッチがオフ操作された時点で終了される。   Thereafter, in step S12, the NOx amount on the downstream side of the SCR catalyst 13 is calculated based on the output of the exhaust sensor 16. In the subsequent step S13, the urea water addition amount is calculated based on the downstream NOx amount of the SCR catalyst 13. In step S14, a drive signal corresponding to each urea water addition amount is output to the drive circuit, and the urea water addition valve 15 is driven to execute urea water addition. The urea water addition is terminated when the ignition switch is turned off.

次に、水添加弁４１による水添加の制御手順を図５（ｂ）を用いて説明する。なお、上述した図５（ａ）では、イグニッションスイッチのオフ操作時点（エンジン停止時点）で尿素水添加が終了されるのに対し、図５（ｂ）では、イグニッションスイッチのオフ操作後（エンジン停止後）も所定期間だけ水供給が継続されるものとなっている。   Next, the water addition control procedure by the water addition valve 41 will be described with reference to FIG. In FIG. 5A described above, the urea water addition is completed when the ignition switch is turned off (when the engine is stopped), whereas in FIG. 5B, after the ignition switch is turned off (when the engine is stopped). In the latter case, the water supply is continued for a predetermined period.

図５（ｂ）において、ステップＳ２１では、エンジン始動後、所定時間Ｔが経過したか否かを判定する（図５（ａ）のステップＳ１１と同様）。続くステップＳ２２では、今現在、エンジン運転中であるか否かを判定する。このとき、例えば、イグニッションスイッチがオン状態であれば、エンジン運転中であると判定してステップＳ２３に進み、イグニッションスイッチのオフ状態であれば、エンジンが運転停止したと判定してステップＳ２６に進む。   5B, in step S21, it is determined whether or not a predetermined time T has elapsed after the engine is started (similar to step S11 in FIG. 5A). In a succeeding step S22, it is determined whether or not the engine is currently operating. At this time, for example, if the ignition switch is on, it is determined that the engine is operating, and the process proceeds to step S23. If the ignition switch is off, it is determined that the engine has stopped operating and the process proceeds to step S26. .

ステップＳ２３では、排気センサ１６の出力に基づいてＳＣＲ触媒１３の下流側におけるＮＯｘ量を算出するとともに、アンモニアセンサ５２の出力に基づいて酸化触媒５１の下流側におけるアンモニア量を算出する。その後、ステップＳ２４では、ＳＣＲ触媒１３の下流側ＮＯｘ量と酸化触媒５１の下流側アンモニア量とに基づいて水添加量を算出する。このとき、図４（ａ）の関係を用いて水添加量が算出される。ステップＳ２５では、都度の水添加量（ステップＳ２４での算出値）に対応する駆動信号を駆動回路に出力し、水添加弁４１を駆動させて水添加を実施する。   In step S23, the NOx amount on the downstream side of the SCR catalyst 13 is calculated based on the output of the exhaust sensor 16, and the ammonia amount on the downstream side of the oxidation catalyst 51 is calculated based on the output of the ammonia sensor 52. Thereafter, in step S24, the water addition amount is calculated based on the downstream NOx amount of the SCR catalyst 13 and the downstream ammonia amount of the oxidation catalyst 51. At this time, the water addition amount is calculated using the relationship shown in FIG. In step S25, a drive signal corresponding to each water addition amount (calculated value in step S24) is output to the drive circuit, and the water addition valve 41 is driven to perform water addition.

一方、ステップＳ２６では、今現在、エンジン停止直後の水添加期間中であるか否かを判定する。水添加期間は、エンジン停止後に排気管１１内への水添加が実施される期間であり、イグニッションスイッチのオフ操作時点を始まりとして設定され、例えば数秒程度である。このとき、尿素が加水分解されるには排気管１１内が所定の高温状態（最低８０℃程度の雰囲気）であることが必要であり、エンジン停止後における排気管１１内の残熱の変化に応じて水添加が実施されるのが好ましい。具体的には、例えば、排気管１１内の残熱の変化は外気温に応じて相違し、外気温が低いほど残熱は早く減少（減衰）する。ゆえに、外気温が低いほど水添加期間を短い期間とする。   On the other hand, in step S26, it is determined whether or not it is during the water addition period immediately after the engine is stopped. The water addition period is a period in which water is added into the exhaust pipe 11 after the engine is stopped, and is set to start from the ignition switch OFF operation time, and is, for example, about several seconds. At this time, in order for urea to be hydrolyzed, the inside of the exhaust pipe 11 needs to be in a predetermined high temperature state (atmosphere of at least about 80 ° C.), and changes in the residual heat in the exhaust pipe 11 after the engine is stopped. Accordingly, water addition is preferably performed. Specifically, for example, the change in the residual heat in the exhaust pipe 11 differs depending on the outside air temperature, and the residual heat decreases (decays) earlier as the outside air temperature is lower. Therefore, the water addition period is made shorter as the outside air temperature is lower.

水添加期間中であればステップＳ２７に進み、エンジン停止直前に算出した尿素水積算量に基づいて水添加量を算出する。このとき、図４（ｂ）の関係を用いて水添加量が算出される。その後、ステップＳ２８では、都度の水添加量（ステップＳ２７での算出値）に対応する駆動信号を駆動回路に出力し、水添加弁４１を駆動させて水添加を実施する。なお、エンジン停止後の水添加は、水添加期間に相当する時間が経過した時点で終了される。   If it is during a water addition period, it will progress to step S27 and will calculate a water addition amount based on the urea water integrated amount calculated just before engine stop. At this time, the water addition amount is calculated using the relationship shown in FIG. Thereafter, in step S28, a drive signal corresponding to each water addition amount (calculated value in step S27) is output to the drive circuit, and the water addition valve 41 is driven to perform water addition. In addition, the water addition after engine stop is complete | finished when the time equivalent to a water addition period passes.

以上第２の実施形態によれば、エンジン運転中においてＳＣＲ触媒１３の下流側におけるＮＯｘ量と酸化触媒５１の下流側におけるアンモニア量（アンモニア余剰量）とに基づいて水添加弁４１による水添加量を制御する構成としたため、排気管１１内に対して適正量の水添加を行わせることができる。   As described above, according to the second embodiment, the amount of water added by the water addition valve 41 based on the NOx amount on the downstream side of the SCR catalyst 13 and the ammonia amount (ammonia surplus amount) on the downstream side of the oxidation catalyst 51 during engine operation. Therefore, an appropriate amount of water can be added to the exhaust pipe 11.

また、エンジンの運転停止後における尿素析出対策として、エンジン運転停止に伴い尿素水添加弁１５の尿素水供給が停止された後において水添加弁４１による水供給を実施する構成としたため、エンジン停止直後における残熱を利用して排気管１１内の残留尿素水の加水分解を行わせ、尿素の析出を抑制することができる。このとき、エンジン停止後において加水分解により生じたアンモニアはＳＣＲ触媒１３の表面に吸着する。したがって、次回のエンジン始動時には、既に触媒表面に吸着しているアンモニアを使って早期にＮＯｘ浄化を開始できる。   Further, as a countermeasure against urea precipitation after the engine is stopped, the water supply by the water addition valve 41 is performed after the urea water supply of the urea water addition valve 15 is stopped along with the stop of the engine operation. It is possible to cause the residual urea water in the exhaust pipe 11 to be hydrolyzed using the residual heat in, thereby suppressing urea precipitation. At this time, ammonia generated by hydrolysis after the engine is stopped is adsorbed on the surface of the SCR catalyst 13. Therefore, at the next engine start, NOx purification can be started early using ammonia already adsorbed on the catalyst surface.

エンジン停止直前期間における尿素水添加量（所定期間の尿素水積算量）に基づいてエンジン停止後の水添加量を制御する構成としたため、エンジン運転停止後において残留尿素水を加水分解する上で適正量の水を排気管１１内に供給できる。   Since the amount of water added after the engine is stopped is controlled based on the amount of urea water added in the period immediately before the engine is stopped (the amount of urea water accumulated during a predetermined period), it is appropriate for hydrolyzing residual urea water after the engine is stopped. An amount of water can be supplied into the exhaust pipe 11.

また、エンジン運転停止後における排気管１１内の残熱の変化に応じて水添加を制御する構成としたため、エンジン運転停止後において、残熱による尿素水の加水分解が可能な期間に適正なる水添加を実施できる。   Further, since the water addition is controlled according to the change in the residual heat in the exhaust pipe 11 after the engine operation is stopped, the water that is suitable for a period in which the urea water can be hydrolyzed by the residual heat after the engine operation is stopped. Addition can be performed.

（第３の実施形態）
第３の実施形態では、尿素水添加弁１５の先端噴孔部１５ａ（尿素水供給口）に付着した析出尿素や尿素変質物を、水添加弁４１の水噴射により洗浄除去する構成としている。 (Third embodiment)
In the third embodiment, the configuration is such that precipitated urea and urea-modified substances adhering to the tip nozzle hole portion 15a (urea water supply port) of the urea water addition valve 15 are washed and removed by water injection of the water addition valve 41.

詳細には、図６に示すように、排気管１１において尿素水添加弁１５の先端噴孔部１５ａに対向する位置に水添加弁４１を設け、この場合特に、水添加弁４１の水噴霧中心線ＬＡが尿素水添加弁１５の先端噴孔部１５ａを通るように配置する。尿素水添加弁１５の先端噴孔部１５ａに向けて水添加弁４１が水噴射を行うことにより、先端噴孔部１５ａにおいて尿素が析出したり尿素変質物が堆積したりしても、それら析出尿素や尿素変質物の洗浄除去が可能となる。したがって、尿素水添加弁１５による好適なる尿素水供給を継続して実施できる。   Specifically, as shown in FIG. 6, a water addition valve 41 is provided in the exhaust pipe 11 at a position facing the tip nozzle hole portion 15 a of the urea water addition valve 15. In this case, in particular, the water spray center of the water addition valve 41 is provided. The line LA is arranged so as to pass through the tip injection hole portion 15a of the urea water addition valve 15. The water addition valve 41 performs water injection toward the tip nozzle hole portion 15a of the urea water addition valve 15, so that even if urea precipitates or urea alteration products accumulate in the tip nozzle hole portion 15a, these precipitates are deposited. Urea and urea-modified products can be removed by washing. Accordingly, it is possible to continuously carry out a suitable urea water supply by the urea water addition valve 15.

上記のように尿素水添加弁１５の洗浄を目的として水添加弁４１による水噴射を実施する場合、図７にフローチャートで示す演算処理が実施される。図７の処理は、ＥＣＵ４０により所定周期で繰り返し実行される。   When water injection by the water addition valve 41 is performed for the purpose of cleaning the urea water addition valve 15 as described above, the arithmetic processing shown in the flowchart in FIG. 7 is performed. The process of FIG. 7 is repeatedly executed by the ECU 40 at a predetermined cycle.

図７において、ステップＳ３１では、今現在、尿素水添加弁１５による尿素水添加が行われているか否かを判定する。尿素水添加の実施中であれば、そのまま本処理を終了する。ちなみに、尿素水添加弁１５による尿素水添加は、例えば排気温に応じて実施又は停止されるようになっており、排気温が所定のしきい値（例えば１５０℃）以上であれば尿素水添加を実施し（例えば実施フラグをＯＮし）、排気温が所定のしきい値（例えば１５０℃）未満であれば尿素水添加を停止する（例えば実施フラグをＯＦＦする）。   In FIG. 7, in step S <b> 31, it is determined whether urea water addition is currently performed by the urea water addition valve 15. If the urea water addition is being performed, this process is terminated as it is. Incidentally, the urea water addition by the urea water addition valve 15 is performed or stopped in accordance with, for example, the exhaust temperature. If the exhaust temperature is equal to or higher than a predetermined threshold (for example, 150 ° C.), the urea water addition is performed. (For example, the execution flag is turned ON), and the urea water addition is stopped (for example, the execution flag is turned OFF) if the exhaust gas temperature is lower than a predetermined threshold value (for example, 150 ° C.).

尿素水添加の実施中でなければ、ステップＳ３２に進み、水噴射の実施条件を設定する。具体的には、水の噴射圧力（図１の給水ポンプ４４の吐出圧力）や水の噴射時間（水添加弁４１の開弁時間）を、先端噴孔部１５ａにおける析出尿素等の付着状態に応じて可変に設定する。ここで、先端噴孔部１５ａにおける析出尿素等の付着状態（付着量など）は、車両の走行距離や尿素水添加量（又は添加時間）の積算値に相関していると考えられるため、本実施形態では、車両の走行距離や尿素水添加量（又は添加時間）の積算値に基づいて、水の噴射圧力及び水の噴射時間の少なくとも一方を設定する。このとき、車両の走行距離や尿素水添加量（又は添加時間）の積算値が大きいほど、水の噴射圧力を大きい値とする。また、車両の走行距離や尿素水添加量（又は添加時間）の積算値が大きいほど、水の噴射時間を長い時間とする。なお、水噴射は、尿素水の非添加期間に１回のみ実施されればよい。   If the urea water addition is not in progress, the process proceeds to step S32 to set the water injection execution conditions. Specifically, the water injection pressure (the discharge pressure of the water supply pump 44 in FIG. 1) and the water injection time (the valve opening time of the water addition valve 41) are changed to the attached state of precipitated urea or the like in the tip nozzle hole portion 15a. Set to be variable accordingly. Here, since the adhesion state (deposition amount or the like) of precipitated urea or the like in the tip nozzle hole portion 15a is considered to correlate with the integrated value of the travel distance of the vehicle or the urea water addition amount (or addition time). In the embodiment, at least one of the water injection pressure and the water injection time is set based on the integrated value of the travel distance of the vehicle and the urea water addition amount (or addition time). At this time, the greater the integrated value of the travel distance of the vehicle and the urea water addition amount (or addition time), the greater the water injection pressure. Further, the longer the vehicle travel distance and the integrated value of the urea water addition amount (or addition time), the longer the water injection time. In addition, water injection should just be implemented once in the non-addition period of urea water.

続くステップＳ３３では、上記の実施条件にて水添加弁４１による水噴射を実施する。なお、上記のように水噴射の実施条件を可変設定する構成は必須ではなく、同実施条件を固定とすることも可能である。   In the subsequent step S33, water injection by the water addition valve 41 is performed under the above-described execution conditions. In addition, the structure which variably sets the implementation condition of water injection as described above is not essential, and the implementation condition can be fixed.

上記のとおり、尿素水添加弁１５による尿素水添加とは異なる時期に尿素水添加弁１５の先端噴孔部１５ａに向けての水噴射を実施することにより、尿素水添加弁１５による尿素水添加に悪影響を及ぼすことなく、先端噴孔部１５ａの洗浄を実施できる。また、水噴射の実施条件を可変設定することにより、先端噴孔部１５ａにおける析出尿素等の付着状態に応じた洗浄を実施できる。   As described above, the urea water addition by the urea water addition valve 15 is performed by performing water injection toward the tip nozzle hole portion 15a of the urea water addition valve 15 at a time different from the urea water addition by the urea water addition valve 15. The tip nozzle hole portion 15a can be cleaned without adversely affecting the operation. In addition, by setting the water injection conditions to be variably set, it is possible to carry out cleaning according to the adhesion state of precipitated urea or the like in the tip nozzle hole portion 15a.

（他の実施形態）
本発明は上記実施形態の記載内容に限定されず、例えば次のように実施されてもよい。 (Other embodiments)
The present invention is not limited to the description of the above embodiment, and may be implemented as follows, for example.

・排気管１１において、尿素水添加弁１５と水添加弁４１との設置形態を変更する。例えば、図８（ａ）では、尿素水添加弁１５と水添加弁４１とをいずれも排気下流側に向けて設置しており、図８（ｂ）では、尿素水添加弁１５と水添加弁４１とをいずれも排気上流側に向けて設置している。また、図８（ｃ）では、尿素水添加弁１５と水添加弁４１とを排気流れ方向においてほぼ同位置に設置している。この場合特に、尿素水添加弁１５からの尿素水噴霧に対してその噴霧直後に水添加弁４１からの水噴霧が交わるようにすべく各添加弁１５，４１が対向配置されている。ただし、図８（ｃ）において、各添加弁１５，４１を噴霧方向が平行となる向きに配置することも可能である。図８（ｄ）では、図１等とは設置順序を逆にし、水添加弁４１を排気上流側に、尿素水添加弁１５を排気下流側に設けている。   -In the exhaust pipe 11, the installation form of the urea water addition valve 15 and the water addition valve 41 is changed. For example, in FIG. 8A, both the urea water addition valve 15 and the water addition valve 41 are installed toward the exhaust downstream side, and in FIG. 8B, the urea water addition valve 15 and the water addition valve are arranged. No. 41 is installed toward the exhaust upstream side. Moreover, in FIG.8 (c), the urea water addition valve 15 and the water addition valve 41 are installed in the substantially the same position in the exhaust flow direction. In this case, in particular, the addition valves 15 and 41 are arranged to face each other so that the water spray from the water addition valve 41 intersects immediately after the urea water spray from the urea water addition valve 15. However, in FIG.8 (c), it is also possible to arrange | position each addition valve 15 and 41 in the direction from which a spraying direction becomes parallel. In FIG. 8D, the installation order is reversed from that in FIG. 1 and the like, and the water addition valve 41 is provided on the exhaust upstream side and the urea water addition valve 15 is provided on the exhaust downstream side.

図８（ｄ）の構成について説明を補足する。図８（ｄ）では、水添加弁４１が、尿素水添加弁１５の先端噴孔部１５ａよりも排気上流側に水を添加供給するものとなっている。そのため、排気管１１内に供給された水（液状の水）が、同じく排気管１１内に供給された尿素水に到達するまでに排気熱により十分に気化され（蒸気となり）、尿素水の加水分解を促進できる。つまり、水の蒸発時間を確保できる構成となっている。   The description of the configuration of FIG. In FIG. 8 (d), the water addition valve 41 adds water to the exhaust upstream side of the tip nozzle hole portion 15 a of the urea water addition valve 15 and supplies it. For this reason, the water (liquid water) supplied into the exhaust pipe 11 is sufficiently vaporized (steamed) by the exhaust heat until reaching the urea water also supplied into the exhaust pipe 11, and the water of the urea water is added. Degradation can be accelerated. That is, it is the structure which can ensure the evaporation time of water.

・尿素水添加弁１５を排気の熱的影響から保護するには、尿素水添加弁１５を排気流に晒されない位置に設けることが望ましい。具体的には、図９に示すように、排気管１１に他の部位よりも排気通路外方に張り出した通路拡張部６１を設けるとともに、その通路拡張部６１に尿素水添加弁１５を設置する。つまり、尿素水添加弁１５が通路拡張部６１内に尿素水を添加供給する構成とする。この場合、通路拡張部６１内において尿素水噴霧が滞留し、尿素水から尿素が析出したり尿素変質物が堆積したりすることが考えられる。なお、通路拡張部６１では中央部分と壁面付近とで尿素水噴霧の流速が相違するため（壁面付近はほぼ０）、尿素水噴霧が旋回しつつ滞留する。   In order to protect the urea water addition valve 15 from the thermal influence of the exhaust, it is desirable to provide the urea water addition valve 15 at a position where it is not exposed to the exhaust flow. Specifically, as shown in FIG. 9, the exhaust pipe 11 is provided with a passage expansion portion 61 that protrudes outward from the exhaust passage, and the urea water addition valve 15 is installed in the passage expansion portion 61. . That is, the urea water addition valve 15 is configured to add and supply urea water into the passage expanding portion 61. In this case, it is conceivable that the urea water spray stays in the passage expanding portion 61, and urea is precipitated from the urea water or urea-modified products are deposited. In addition, since the flow rate of the urea water spray is different between the central portion and the vicinity of the wall surface in the passage expanding portion 61 (the vicinity of the wall surface is almost 0), the urea water spray stays while swirling.

そこで、通路拡張部６１内での尿素析出や尿素変質物の堆積を抑制すべく、通路拡張部６１内に対して水添加弁４１による水噴射を実施する構成とする。具体的には、図９（ａ）に示すように、排気管１１において通路拡張部６１に対向する位置に水添加弁４１を設け、水添加弁４１が通路拡張部６１内に水供給を行う構成とする。又は、図９（ｂ）に示すように、通路拡張部６１において、尿素水添加弁１５と水添加弁４１とを並設し、水添加弁４１が通路拡張部６１内に水供給を行う構成とする。図９（ａ）、（ｂ）の構成によれば、通路拡張部６１に尿素水噴霧が滞留しても、その通路拡張部６１内での尿素の析出や尿素変質物の堆積を抑制できる。   In view of this, in order to suppress urea precipitation and urea-deteriorated substance accumulation in the passage expanding portion 61, water injection by the water addition valve 41 is performed in the passage expanding portion 61. Specifically, as shown in FIG. 9A, a water addition valve 41 is provided at a position facing the passage expansion portion 61 in the exhaust pipe 11, and the water addition valve 41 supplies water into the passage expansion portion 61. The configuration. Alternatively, as shown in FIG. 9B, a configuration in which the urea water addition valve 15 and the water addition valve 41 are provided side by side in the passage expansion portion 61, and the water addition valve 41 supplies water into the passage expansion portion 61. And 9 (a) and 9 (b), even if urea water spray stays in the passage expanding portion 61, it is possible to suppress urea precipitation or urea alteration in the passage expanding portion 61.

・排気管１１内（排気通路内）に水を供給する場合、排気管１１内で水が気化することにより排気温度の低下が生じると考えられる。この場合、ＳＣＲ触媒１３の温度が活性温度（すなわち、所定のＮＯｘ浄化能力を確保できる温度）以下になると、当該ＳＣＲ触媒１３の浄化能力が低下してしまう。   -When water is supplied into the exhaust pipe 11 (in the exhaust passage), it is considered that the exhaust temperature decreases due to vaporization of water in the exhaust pipe 11. In this case, when the temperature of the SCR catalyst 13 is equal to or lower than the activation temperature (that is, a temperature at which a predetermined NOx purification capability can be ensured), the purification capability of the SCR catalyst 13 decreases.

そこで、ＳＣＲ触媒１３の温度又は排気温度を検出し、その検出温度が、ＳＣＲ触媒１３の活性温度を基準としてそれよりも高温側の温度しきい値よりも高ければ、水添加弁４１による水供給を実施し、前記温度しきい値よりも低ければ、水添加弁４１による水供給を実施しない構成とする。以下、ＥＣＵ４０による具体的な処理内容を図１０のフローチャートを用いて説明する。図１０は、上述した図５（ｂ）の処理の一部を変更したものであり、図５（ｂ）と同一の処理については同一のステップ番号を付すとともに説明を省略する。   Therefore, the temperature of the SCR catalyst 13 or the exhaust temperature is detected, and if the detected temperature is higher than the temperature threshold value on the higher temperature side with respect to the activation temperature of the SCR catalyst 13, the water supply by the water addition valve 41 is supplied. If the temperature is lower than the temperature threshold, the water supply by the water addition valve 41 is not performed. Hereinafter, the specific processing content by ECU40 is demonstrated using the flowchart of FIG. FIG. 10 is obtained by changing a part of the processing of FIG. 5B described above. The same processing as that of FIG. 5B is denoted by the same step number and description thereof is omitted.

図１０において、エンジン運転中である場合（ステップＳ２２がＹＥＳである場合）にステップＳ４１に進むと、同ステップＳ４１では、ＳＣＲ触媒１３の温度（ＳＣＲ触媒温度）を算出する。ＳＣＲ触媒温度は、例えば、排気管１１においてＳＣＲ触媒１３の近傍（より具体的には、ＳＣＲ触媒１３よりも上流側であってＤＰＦ１２よりも下流側）に設けられた図示しない排気温センサの検出値により算出される。なお、都度のエンジン運転状態（エンジン回転速度や負荷等）に基づいてＳＣＲ触媒温度を算出したり、ＳＣＲ触媒温度に代えて排気温度を算出したりする構成であってもよい。   In FIG. 10, when the engine is operating (when step S22 is YES), when the process proceeds to step S41, the temperature of the SCR catalyst 13 (SCR catalyst temperature) is calculated in step S41. For example, the SCR catalyst temperature is detected by an exhaust temperature sensor (not shown) provided in the vicinity of the SCR catalyst 13 in the exhaust pipe 11 (more specifically, upstream of the SCR catalyst 13 and downstream of the DPF 12). Calculated by value. Note that the SCR catalyst temperature may be calculated based on the engine operating state (engine rotational speed, load, etc.), or the exhaust gas temperature may be calculated instead of the SCR catalyst temperature.

ステップＳ４２では、ＳＣＲ触媒温度が所定の温度しきい値Ｋ以上であるか否かを判定する。温度しきい値Ｋは、ＳＣＲ触媒１３の活性温度を基準としてそれよりも高温側に設定されている。本実施形態では、ＳＣＲ触媒１３の活性温度域の最低温度に、水の気化による温度低下分を加算した温度を温度しきい値Ｋとする。より具体的には、例えば、ＳＣＲ触媒１３の活性温度域の最小値が１７０℃であるなら、Ｋ＝１７０℃＋３０℃とする。そして、ＳＣＲ触媒温度≧Ｋであれば、後続のステップＳ２３に進み、水添加弁４１による水添加を実施する（ステップＳ２３〜Ｓ２５）。また、ＳＣＲ触媒温度＜Ｋであれば、水添加弁４１による水添加を実施することなく本処理を終了する。上記のとおり水供給実施の温度条件を規定したため、排気管１１内への水供給に起因してＳＣＲ触媒１３が活性温度以下になり、ＳＣＲ触媒１３の浄化能力が低下してしまうといった不都合を抑制できる。   In step S42, it is determined whether or not the SCR catalyst temperature is equal to or higher than a predetermined temperature threshold value K. The temperature threshold value K is set on the higher temperature side with respect to the activation temperature of the SCR catalyst 13. In this embodiment, the temperature threshold value K is a temperature obtained by adding a temperature decrease due to water vaporization to the lowest temperature in the activation temperature range of the SCR catalyst 13. More specifically, for example, if the minimum value of the activation temperature range of the SCR catalyst 13 is 170 ° C., K = 170 ° C. + 30 ° C. And if SCR catalyst temperature> = K, it will progress to subsequent Step S23 and will perform water addition by water addition valve 41 (Steps S23-S25). Further, if the SCR catalyst temperature <K, the present process is terminated without performing water addition by the water addition valve 41. Since the temperature condition for water supply is defined as described above, the disadvantage that the SCR catalyst 13 becomes below the activation temperature due to the water supply into the exhaust pipe 11 and the purification capability of the SCR catalyst 13 is reduced is suppressed. it can.

・排気管１１に複数の水添加弁４１を設置することも可能である。例えば、尿素水添加弁１５を挟んで、その上流側と下流側にそれぞれ水添加弁４１を設置する。   It is also possible to install a plurality of water addition valves 41 in the exhaust pipe 11. For example, the water addition valve 41 is installed on each of the upstream side and the downstream side of the urea water addition valve 15.

・上記実施形態では、尿素水添加弁１５の噴孔１５ｂと水添加弁４１の噴孔４１ｂとに関して、（１）各添加弁１５，４１の噴孔数ｍ，ｎが「ｍ＜ｎ」、（２）孔径Ｄ１，Ｄ２が「Ｄ１＞Ｄ２」であるとしたが、これを変更し、上記（１）（２）のいずれかのみが満たされる関係であってもよい。又は、尿素水添加弁１５と水添加弁４１とが同一の構成であってもよい。   In the above embodiment, regarding the nozzle hole 15b of the urea water addition valve 15 and the nozzle hole 41b of the water addition valve 41, (1) the number m of nozzles of each addition valve 15, 41 is “m <n”, (2) Although the hole diameters D1 and D2 are assumed to be “D1> D2,” this may be changed and only one of the above (1) and (2) may be satisfied. Alternatively, the urea water addition valve 15 and the water addition valve 41 may have the same configuration.

・上記実施形態では、尿素水タンク２１内にインタンクポンプとして尿素水ポンプ２２を設けたが、これを変更し、尿素水供給管２３にインラインポンプとして尿素水ポンプ２２を設けてもよい。また、給水タンク４３内にインタンクポンプとして給水ポンプ４４を設けたが、これを変更し、給水配管４２にインラインポンプとして給水ポンプ４４を設けてもよい。尿素水ポンプ２２や給水ポンプ４４をインラインポンプとすることで、尿素水タンク２１や給水タンク４３内における尿素水や水の凍結・膨張によるポンプの破損を抑制できる。   In the above embodiment, the urea water pump 22 is provided as an in-tank pump in the urea water tank 21, but this may be changed and the urea water pump 22 may be provided as an inline pump in the urea water supply pipe 23. Moreover, although the water supply pump 44 is provided in the water supply tank 43 as an in-tank pump, this may be changed and the water supply pump 44 may be provided in the water supply pipe 42 as an inline pump. By using the urea water pump 22 and the water supply pump 44 as in-line pumps, damage to the pump due to freezing and expansion of urea water and water in the urea water tank 21 and the water supply tank 43 can be suppressed.

・上記第２の実施形態では、水添加弁４１の制御に関して、エンジン運転中においてＳＣＲ触媒１３の下流側におけるＮＯｘ量と酸化触媒５１の下流側におけるアンモニア量（アンモニア余剰量）とに基づいて水添加量を制御する構成としたが、これを変更し、酸化触媒５１の下流側におけるアンモニア量（アンモニア余剰量）を用いずに水添加量を制御する構成としてもよい。また、ＳＣＲ触媒１３の上流側にＮＯｘセンサを設け、ＳＣＲ触媒１３の下流側におけるＮＯｘ量に代えてＳＣＲ触媒１３の上流側におけるＮＯｘ量を用いて水添加量を制御する構成、又は、ＳＣＲ触媒１３の上流側及び下流側におけるＮＯｘ量に基づいて水添加量を制御する構成としてもよい。ＳＣＲ触媒１３の上流側及び下流側の両方のＮＯｘ量を用いる場合、それら両方のＮＯｘ量からＮＯｘ浄化率を算出し、ＮＯｘ浄化率に基づいて尿素水添加弁１５の尿素水添加量を制御する構成であってもよい。なお、ＮＯｘ浄化率Ｘ１は、触媒上流側ＮＯｘ量Ｙ１と触媒下流側ＮＯｘ量Ｙ２とに基づいて算出される（Ｘ１＝（Ｙ１−Ｙ２）／Ｙ１）。このとき、ＮＯｘ排出量Ｙ１は、都度のエンジン運転状態（エンジン回転速度、燃料噴射量）に基づいてマップや数式により算出されてもよい。   In the second embodiment, regarding the control of the water addition valve 41, the water is controlled based on the NOx amount downstream of the SCR catalyst 13 and the ammonia amount (ammonia surplus amount) downstream of the oxidation catalyst 51 during engine operation. Although the configuration is such that the addition amount is controlled, this may be changed and the water addition amount may be controlled without using the ammonia amount (ammonia surplus amount) on the downstream side of the oxidation catalyst 51. A configuration in which a NOx sensor is provided on the upstream side of the SCR catalyst 13 and the water addition amount is controlled using the NOx amount on the upstream side of the SCR catalyst 13 instead of the NOx amount on the downstream side of the SCR catalyst 13, or the SCR catalyst It is good also as a structure which controls the amount of water addition based on the amount of NOx in 13 upstream and downstream. When both the upstream and downstream NOx amounts of the SCR catalyst 13 are used, the NOx purification rate is calculated from both NOx amounts, and the urea water addition amount of the urea water addition valve 15 is controlled based on the NOx purification rate. It may be a configuration. The NOx purification rate X1 is calculated based on the catalyst upstream side NOx amount Y1 and the catalyst downstream side NOx amount Y2 (X1 = (Y1−Y2) / Y1). At this time, the NOx emission amount Y1 may be calculated by a map or a mathematical formula based on each engine operating state (engine speed, fuel injection amount).

また、酸化触媒５１の下流側でアンモニア量（アンモニア余剰量）を計測する構成、すなわち酸化触媒５１の下流側にアンモニアセンサを設ける構成に代えて、酸化触媒５１の上流側でアンモニア量（アンモニア余剰量）を計測する構成、すなわち酸化触媒５１の上流側にアンモニアセンサを設ける構成としてもよい。   Further, instead of a configuration in which the ammonia amount (ammonia surplus amount) is measured on the downstream side of the oxidation catalyst 51, that is, a configuration in which an ammonia sensor is provided on the downstream side of the oxidation catalyst 51, an ammonia amount (ammonia surplus amount) on the upstream side of the oxidation catalyst 51. For example, an ammonia sensor may be provided upstream of the oxidation catalyst 51.

・水供給手段として、排気管１１においてＳＣＲ触媒１３よりも上流側に水蒸気発生器（水蒸気発生手段）を設ける構成としてもよい。水蒸気発生器は、超音波等により水蒸気を発生させて排気管１１内に噴出するものである。本構成によれば、排気管１１内を水蒸気により湿潤状態に保持することができる。ゆえに、同排気管１１の空間内に存在する尿素水の加水分解を促進することができる。こうして水蒸気を供給する構成では、排気管１１内に浮遊する尿素分を加水分解することができ、排気管１１内の全体で加水分解を促進する上で有利であると考えられる。   -As a water supply means, it is good also as a structure which provides a water vapor generator (water vapor generation means) in the exhaust pipe 11 upstream from the SCR catalyst 13. FIG. The water vapor generator generates water vapor using ultrasonic waves or the like and ejects it into the exhaust pipe 11. According to this structure, the inside of the exhaust pipe 11 can be kept wet by water vapor. Therefore, the hydrolysis of the urea water existing in the space of the exhaust pipe 11 can be promoted. In the configuration in which the water vapor is supplied in this manner, the urea component floating in the exhaust pipe 11 can be hydrolyzed, and it is considered advantageous in promoting hydrolysis throughout the exhaust pipe 11.

なお、水供給手段として水蒸気発生器を用いる構成では、第２の実施形態で説明した水添加制御手順に従い水蒸気供給量が制御されるとよい（図５（ｂ）のフローチャート参照）。   In the configuration using a steam generator as the water supply means, the steam supply amount may be controlled according to the water addition control procedure described in the second embodiment (see the flowchart in FIG. 5B).

・上記各実施形態では、水供給手段としてインジェクタタイプの水添加弁４１を用いたが、これを変更してもよい。例えば、パイプ状（細管状）のノズルを排気管１１内に突出させて設け、そのノズル先端部から水を添加供給する構成であってもよい。この場合、水を加圧供給するのではなく、加圧しない状態の水（水滴）を排気管１１内に滴下する構成であってもよい。排気管１１内に水滴を滴下する構成であっても、排気管１１内の熱で水が蒸発することで、尿素を好適に湿潤化させることができる。   In each of the above embodiments, the injector type water addition valve 41 is used as the water supply means, but this may be changed. For example, a pipe-shaped (thin tubular) nozzle may be provided so as to protrude into the exhaust pipe 11, and water may be added and supplied from the nozzle tip. In this case, instead of supplying water under pressure, a configuration in which water (water droplets) that is not pressurized is dropped into the exhaust pipe 11 may be employed. Even in a configuration in which water droplets are dropped into the exhaust pipe 11, the water can evaporate by heat in the exhaust pipe 11, whereby urea can be suitably wetted.

・車載ディーゼルエンジン用の尿素ＳＣＲシステムとしての実用化以外に、他のエンジン、例えばガソリンエンジン（火花点火式エンジン）用の尿素ＳＣＲシステムとしての実用化が可能である。   In addition to practical use as a urea SCR system for in-vehicle diesel engines, practical application as a urea SCR system for other engines such as gasoline engines (spark ignition engines) is possible.

発明の実施の形態における尿素ＳＣＲシステムの概略を示す構成図。The block diagram which shows the outline of the urea SCR system in embodiment of invention. （ａ）は尿素水添加弁の先端噴孔部における噴孔配置を示す平面図、（ｂ）は水添加弁の先端噴孔部における噴孔配置を示す平面図。(A) is a top view which shows the nozzle hole arrangement | positioning in the front end nozzle hole part of a urea water addition valve, (b) is a top view which shows the nozzle hole arrangement | positioning in the front end nozzle hole part of a water addition valve. 第２の実施形態における尿素ＳＣＲシステムの概略を示す構成図。The block diagram which shows the outline of the urea SCR system in 2nd Embodiment. （ａ）はエンジン運転中の水添加量を設定するための図、（ｂ）はエンジン停止直後の水添加量を設定するための図。(A) is a figure for setting the amount of water addition during engine operation, (b) is a figure for setting the amount of water addition immediately after engine stop. （ａ）は尿素水添加弁による尿素水添加の制御手順を示すフローチャート、（ｂ）は水添加弁による水添加の制御手順を示すフローチャート。(A) is a flowchart which shows the control procedure of urea water addition by a urea water addition valve, (b) is a flowchart which shows the control procedure of water addition by a water addition valve. 第３の実施形態において尿素水添加弁と水添加弁との配置を示す概略図。Schematic which shows arrangement | positioning of a urea water addition valve and a water addition valve in 3rd Embodiment. 尿素水添加弁を洗浄するための水噴射処理を示すフローチャート。The flowchart which shows the water injection process for wash | cleaning a urea water addition valve. 他の実施形態において尿素水添加弁と水添加弁との配置を示す概略図。Schematic which shows arrangement | positioning of a urea water addition valve and a water addition valve in other embodiment. 他の実施形態において尿素水添加弁と水添加弁との配置を示す概略図。Schematic which shows arrangement | positioning of a urea water addition valve and a water addition valve in other embodiment. 他の実施形態において水添加の制御手順を示すフローチャート。The flowchart which shows the control procedure of water addition in other embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

１１…排気管、１３…ＳＣＲ触媒（選択還元型触媒）、１５…尿素水添加弁（尿素水供給手段）、１５ａ…先端噴孔部（尿素水供給口）、１５ｂ…噴孔、４０…ＥＣＵ（ＮＯｘ量算出手段、水供給制御手段、情報取得手段、機関停止後時制御手段、及び温度検出手段）、４１…水添加弁（水供給手段）、４１ａ…先端噴孔部、４１ｂ…噴孔、５１…酸化触媒、５２…アンモニアセンサ、６１…通路拡張部。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 ... Exhaust pipe, 13 ... SCR catalyst (selective reduction type catalyst), 15 ... Urea water addition valve (urea water supply means), 15a ... Front-end injection hole part (urea water supply port), 15b ... Injection hole, 40 ... ECU (NOx amount calculation means, water supply control means, information acquisition means, post-engine stop time control means, and temperature detection means), 41 ... water addition valve (water supply means), 41a ... tip nozzle hole part, 41b ... nozzle hole , 51... Oxidation catalyst, 52... Ammonia sensor, 61.

Claims (17)

内燃機関の排気通路に選択還元型触媒が設けられており、前記排気通路において前記選択還元型触媒よりも上流側に尿素水供給手段により尿素水溶液を供給する内燃機関の排気浄化システムであり、
前記排気通路において前記選択還元型触媒よりも上流側に水を供給する水供給手段を備えることを特徴とする内燃機関の排気浄化システム。 An exhaust purification system for an internal combustion engine, wherein a selective reduction catalyst is provided in an exhaust passage of the internal combustion engine, and urea aqueous solution is supplied to the upstream side of the selective reduction catalyst in the exhaust passage by urea water supply means,
An exhaust purification system for an internal combustion engine, comprising water supply means for supplying water upstream of the selective reduction catalyst in the exhaust passage. 前記水供給手段は、前記尿素水供給手段の尿素水供給口よりも排気下流側に水を添加供給するものである請求項１に記載の内燃機関の排気浄化システム。   2. The exhaust gas purification system for an internal combustion engine according to claim 1, wherein the water supply means supplies water to the exhaust gas downstream side of the urea water supply port of the urea water supply means. 前記水供給手段は、前記尿素水供給手段の尿素水供給口よりも排気上流側に水を添加供給するものである請求項１又は２に記載の内燃機関の排気浄化システム。   The exhaust gas purification system for an internal combustion engine according to claim 1 or 2, wherein the water supply means is configured to supply water to an exhaust upstream side of a urea water supply port of the urea water supply means. 前記尿素水供給手段と前記水供給手段とは、互いに向かい合う方向に尿素水溶液、水を各々噴射するものである請求項１乃至３のいずれか一項に記載の内燃機関の排気浄化システム。   The exhaust purification system of an internal combustion engine according to any one of claims 1 to 3, wherein the urea water supply means and the water supply means inject a urea aqueous solution and water in directions facing each other. 前記水供給手段は、前記尿素水供給手段の尿素水供給口に向けて水を噴射するものである請求項１乃至４のいずれか一項に記載の内燃機関の排気浄化システム。   The exhaust gas purification system for an internal combustion engine according to any one of claims 1 to 4, wherein the water supply means injects water toward a urea water supply port of the urea water supply means. 前記尿素水供給手段による尿素水供給とは異なる時期に、前記尿素水供給手段の尿素水供給口に向けての前記水供給手段による水噴射を実施する請求項５に記載の内燃機関の排気浄化システム。   The exhaust gas purification of the internal combustion engine according to claim 5, wherein water injection by the water supply means toward the urea water supply port of the urea water supply means is performed at a time different from the urea water supply by the urea water supply means. system. 前記排気通路には他の部位よりも通路外方に張り出して通路拡張部が設けられ、その通路拡張部に前記尿素水供給手段が尿素水溶液を供給する構成を有し、
前記水供給手段は、前記通路拡張部内に対して水供給を行う請求項１乃至６のいずれか一項に記載の内燃機関の排気浄化システム。 The exhaust passage is provided with a passage expansion portion that projects outward from the other portions than other portions, and the urea water supply means supplies the urea aqueous solution to the passage expansion portion,
The exhaust purification system for an internal combustion engine according to any one of claims 1 to 6, wherein the water supply means supplies water to the inside of the passage expansion portion. 前記尿素水供給手段としての尿素水添加弁と、前記水供給手段としての水添加弁とを備え、
前記水添加弁の噴孔部における噴孔の大きさを、前記尿素水添加弁の噴孔部における噴孔の大きさよりも小さくした請求項１乃至７のいずれか一項に記載の内燃機関の排気浄化システム。 A urea water addition valve as the urea water supply means, and a water addition valve as the water supply means,
The internal combustion engine according to any one of claims 1 to 7, wherein a size of the nozzle hole in the nozzle hole portion of the water addition valve is smaller than a size of the nozzle hole in the nozzle hole portion of the urea water addition valve. Exhaust purification system. 前記尿素水供給手段としての尿素水添加弁と、前記水供給手段としての水添加弁とを備え、
前記水添加弁の噴孔部における噴孔数を、前記尿素水添加弁の噴孔部における噴孔数よりも多くした請求項１乃至８のいずれか一項に記載の内燃機関の排気浄化システム。 A urea water addition valve as the urea water supply means, and a water addition valve as the water supply means,
The exhaust purification system for an internal combustion engine according to any one of claims 1 to 8, wherein the number of nozzle holes in the nozzle hole portion of the water addition valve is greater than the number of nozzle holes in the nozzle hole portion of the urea water addition valve. . 前記水供給手段として、前記排気通路において前記選択還元型触媒よりも上流側に水蒸気を供給する水蒸気発生手段が設けられている請求項１又は２に記載の内燃機関の排気浄化システム。   The exhaust gas purification system for an internal combustion engine according to claim 1 or 2, wherein the water supply means is provided with a water vapor generating means for supplying water vapor upstream of the selective reduction catalyst in the exhaust passage. 前記選択還元型触媒の温度又はその付近の排気温度を検出する温度検出手段を備え、
前記温度検出手段による検出温度が、前記選択還元型触媒の活性温度を基準としてそれよりも高温側の温度しきい値よりも高ければ、前記水供給手段による水供給を実施し、前記温度しきい値よりも低ければ、前記水供給手段による水供給を実施しない請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の内燃機関の排気浄化システム。 Temperature detecting means for detecting the temperature of the selective catalytic reduction catalyst or the exhaust temperature in the vicinity thereof,
If the temperature detected by the temperature detecting means is higher than a temperature threshold value on the higher temperature side based on the activation temperature of the selective catalytic reduction catalyst, water supply is performed by the water supplying means, and the temperature threshold is set. 11. The exhaust gas purification system for an internal combustion engine according to claim 1, wherein if the value is lower than the value, water supply by the water supply means is not performed. 前記選択還元型触媒は排気中のＮＯｘを還元浄化するＮＯｘ触媒であり、
前記選択還元型触媒の上流側及び下流側の少なくともいずれかのＮＯｘ量を算出するＮＯｘ量算出手段と、
前記ＮＯｘ量算出手段により算出したＮＯｘ量に基づいて前記水供給手段による水供給量を制御する水供給制御手段と、
を備える請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の内燃機関の排気浄化システム。 The selective reduction catalyst is a NOx catalyst that reduces and purifies NOx in the exhaust,
NOx amount calculation means for calculating at least one of the upstream and downstream NOx amounts of the selective catalytic reduction catalyst;
Water supply control means for controlling the water supply amount by the water supply means based on the NOx amount calculated by the NOx amount calculation means;
An exhaust purification system for an internal combustion engine according to any one of claims 1 to 11, further comprising: 前記排気通路内に供給された尿素水溶液から生成されるアンモニアについて前記選択還元型触媒にて余剰となったアンモニア余剰量に関する情報を取得する情報取得手段を備え、
前記水供給制御手段は、前記取得したアンモニア余剰量の情報に基づいて前記水供給手段による水供給量を制御する請求項１２に記載の内燃機関の排気浄化システム。 Comprising information acquisition means for acquiring information related to the surplus ammonia surplus in the selective reduction catalyst for ammonia produced from the urea aqueous solution supplied into the exhaust passage;
The exhaust gas purification system for an internal combustion engine according to claim 12, wherein the water supply control means controls a water supply amount by the water supply means based on the acquired information on the surplus ammonia amount. 前記選択還元型触媒の下流側に設けられ、同触媒で余剰となったアンモニアを酸化除去する酸化触媒と、
前記酸化触媒の上流側又は下流側にて排気通路内のアンモニア量を計測する手段とを備え、
前記情報取得手段は、前記アンモニア余剰量の情報として、前記酸化触媒の上流側又は下流側におけるアンモニア計測量を取得する請求項１３に記載の内燃機関の排気浄化システム。 An oxidation catalyst provided on the downstream side of the selective catalytic reduction catalyst for oxidizing and removing ammonia surplus in the catalyst;
Means for measuring the amount of ammonia in the exhaust passage upstream or downstream of the oxidation catalyst,
The exhaust gas purification system for an internal combustion engine according to claim 13, wherein the information acquisition means acquires an ammonia measurement amount upstream or downstream of the oxidation catalyst as information on the ammonia surplus amount. 前記内燃機関の運転停止に伴い前記尿素水供給手段の尿素水供給が停止された後において、前記水供給手段による水供給を実施する機関停止後時制御手段を備える請求項１乃至１４のいずれか一項に記載の内燃機関の排気浄化システム。   The engine stop time control means for implementing water supply by the water supply means after the urea water supply of the urea water supply means is stopped in accordance with the operation stop of the internal combustion engine. The exhaust gas purification system for an internal combustion engine according to one item. 前記機関停止時制御手段は、前記内燃機関の停止直前期間における前記尿素水溶液の供給量に基づいて内燃機関停止後の水供給を制御する請求項１５に記載の内燃機関の排気浄化システム。   The exhaust purification system of an internal combustion engine according to claim 15, wherein the engine stop control means controls water supply after the internal combustion engine is stopped based on a supply amount of the urea aqueous solution in a period immediately before the internal combustion engine is stopped. 前記機関停止時制御手段は、前記内燃機関の運転停止後における前記排気通路の残熱の変化に応じて水供給を制御するものである請求項１５又は１６に記載の内燃機関の排気浄化システム。   The exhaust purification system for an internal combustion engine according to claim 15 or 16, wherein the engine stop control means controls water supply in accordance with a change in residual heat in the exhaust passage after the operation of the internal combustion engine is stopped.
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