WO2007108169A1 - エンジンの排気浄化装置 - Google Patents

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Kiminobu Hirata
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Nissan Diesel Motor Co., Ltd.
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    • F01N3/18—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by methods of operation; Control
    • F01N3/20—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by methods of operation; Control specially adapted for catalytic conversion ; Methods of operation or control of catalytic converters
    • F01N3/206—Adding periodically or continuously substances to exhaust gases for promoting purification, e.g. catalytic material in liquid form, NOx reducing agents

Definitions

  • the present invention relates to an exhaust purification device for an engine that reduces and purifies nitrogen oxide (NOx) in exhaust.
  • NOx nitrogen oxide
  • exhaust gas purifier relates to a technology for protecting the NOx reduction catalyst installed in the engine exhaust system.
  • Patent Document 1 An exhaust purification device described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-27627 (Patent Document 1) has been proposed as a catalyst purification system for removing NOx contained in engine exhaust.
  • Such an exhaust purification device injects and supplies a reducing agent or a precursor thereof to the upstream side of the NOx reduction catalyst disposed in the engine exhaust system in accordance with the operating state of the engine, thereby reducing NOx and the reducing agent in the exhaust.
  • a catalytic reduction reaction is performed to purify NOx into harmless components.
  • Patent Document 1 JP 2000-27627 A
  • DPF collects and removes PM in exhaust gas using a filter that also serves as a porous member
  • regeneration processing that incinerates the collected PM appropriately is indispensable.
  • PM oxidizes (combusts), raising the exhaust temperature downstream of the DPF exhaust, which could affect the NOx reduction catalyst as well as a fuel injection device failure.
  • the present invention provides a catalyst temperature of the NOx reduction catalyst.
  • a liquid reducing agent or its precursor, water or other liquid is injected upstream of the exhaust, and the exhaust temperature is reduced by using the heat of evaporation. It is an object of the present invention to provide an exhaust purification device that does not affect the heat.
  • an exhaust emission control device in an engine exhaust system, and a reduction catalyst that reduces and purifies nitrogen oxides in exhaust, a catalyst temperature sensor that detects a catalyst temperature of the reduction catalyst, A liquid ejecting apparatus that injects a liquid that lowers the exhaust temperature due to heat of evaporation upstream of the exhaust of the reduction catalyst, and the liquid ejecting apparatus when the catalyst temperature detected by the catalyst temperature sensor becomes higher than a predetermined value. And a control device for actuating. Further, a filter for collecting and removing particulate matter in the exhaust may be disposed upstream of the reduction catalyst.
  • the exhaust gas purification apparatus of the present invention when the exhaust temperature excessively rises for some reason, and the catalyst temperature of the reduction catalyst disposed in the engine exhaust system becomes higher than a predetermined value, the exhaust gas is purified. A liquid that lowers the exhaust temperature by the heat of evaporation is ejected upstream. For this reason, exhaust gas whose temperature has decreased is introduced into the reduction catalyst, and the catalyst temperature decreases, so that it is possible to prevent the reduction catalyst from being affected by heat.
  • FIG. 1 is a configuration diagram of a first embodiment of an exhaust emission control device according to the present invention.
  • FIG. 2 is a flowchart showing the processing contents of a control program.
  • FIG. 3 is a configuration diagram of a second embodiment of the exhaust purification apparatus according to the present invention.
  • FIG. 4 is a configuration diagram of a third embodiment of an exhaust purification apparatus according to the present invention. Explanation of symbols
  • FIG. 1 shows a first embodiment of an exhaust purification device that uses a urea aqueous solution as a precursor of a liquid reducing agent and purifies NOx contained in engine exhaust by a catalytic reduction reaction.
  • the exhaust pipe 14 connected to the exhaust manifold 12 of the engine 10 uses an injection nozzle 16 for supplying an aqueous urea solution along the exhaust flow direction and ammonia obtained by hydrolyzing the aqueous urea solution.
  • a NOx reduction catalyst 18 that reduces and purifies NOx and an ammonia acid catalyst 20 that acidifies the ammonia that has passed through the NOx reduction catalyst 18 are provided. It is. Further, the urea aqueous solution stored in the reducing agent tank 22 is supplied to the reducing agent addition device 26 through a supply pipe 24 having a suction opening at the bottom thereof.
  • the surplus urea solution supplied to the reducing agent addition device 26 that does not contribute to the injection is returned through a return pipe 28 having a return opening at the top of the reducing agent tank 22.
  • the reducing agent addition device 26 is electronically controlled by a reducing agent addition control unit (hereinafter referred to as “reducing agent addition EC Uj”) 30 with a built-in computer, and supplies a required amount of urea aqueous solution according to the engine operating state to compressed air.
  • the reducing agent adding device 26 supplies the required amount of aqueous urea solution according to the engine operating state to the injection nozzle 16 as it is. Adopt the supply configuration.
  • the urea aqueous solution injected and supplied from the injection nozzle 16 is hydrolyzed by exhaust heat and water vapor in the exhaust gas, and converted into ammonia.
  • the converted ammonia undergoes a reduction reaction with NOx in the exhaust gas in the NOx reduction catalyst 18, and water (H
  • ammonia that has passed through 18 is oxidized by the ammonia-acid catalyst 20 disposed downstream of the exhaust gas, so that ammonia is not discharged as it is.
  • an exhaust gas temperature sensor 32 that detects an exhaust gas temperature Tu upstream of the exhaust gas, and an exhaust gas downstream thereof
  • Exhaust temperature sensors 34 for detecting the exhaust gas temperature Td are respectively provided, and an output signal thereof is input to the reducing agent addition ECU 30.
  • the reducing agent added EC U30 is connected to an engine control unit (hereinafter referred to as “engine ECU”! 36 that electronically controls the engine 10 via a network such as CAN (Controller Area Network), and operates the engine.
  • the engine speed Ne and load Q can be read as conditions.
  • the engine ECU 36 also functions as an operating state detection device, and as the load Q, an intake air flow rate, an intake pressure, a boost pressure, a fuel injection amount, or the like can be used.
  • the reducing agent addition ECU 30 implements various functions related to exhaust purification by executing a control program stored in a ROM (Read Only Memory).
  • the reducing agent addition ECU 30 may function as a control device so that the control program is executed by another control unit.
  • at least the injection nozzle 16, the reducing agent tank 22, the supply pipe 24, the reducing agent addition apparatus 26 and the return pipe 28 constitute a liquid injection apparatus.
  • the rotational speed Ne and the load Q as the engine operating state may not be detected indirectly from the engine ECU 36, but may be directly detected by forces such as various known sensors. In this case, various sensors correspond to the operating state detection device.
  • FIG. 2 shows the processing contents of a control program that is repeatedly executed every predetermined time after the engine is started in the reducing agent addition ECU 30.
  • step 1 abbreviated as “S1” in the figure, the same applies hereinafter
  • the exhaust temperature sensors 32 and 34 read the exhaust temperatures Tu and Td upstream and downstream of the NOx reduction catalyst 18, respectively.
  • step 2 it is determined whether or not the exhaust gas temperature Tu upstream of the NOx reduction catalyst 18 is higher than a predetermined value.
  • the predetermined value is set to a temperature at which the NOx reduction catalyst 18 is not affected by heat, specifically, a temperature slightly lower than the heat resistance limit of the catalyst carrier or catalyst component. If the exhaust temperature Tu is higher than a predetermined value, the process proceeds to step 4 (Yes), while if the exhaust temperature Tu is equal to or lower than the predetermined value, the process proceeds to step 3 (No).
  • step 3 it is determined whether or not the exhaust gas temperature Td downstream of the NOx reduction catalyst 18 is higher than a predetermined value. If the exhaust gas temperature Td is higher than the predetermined value, the process proceeds to step 4 (Yes). On the other hand, if the exhaust gas temperature Td is equal to or lower than the predetermined value, the process is ended (No).
  • Step 4 the rotational speed Ne and the load Q as the engine operating state are read from the engine ECU 36, respectively.
  • step 5 with reference to the control map in which the reducing agent increment corresponding to the exhaust temperature, rotational speed and load is set, the reducing agent increment corresponding to the exhaust temperature Tu, rotational speed Ne and load Q is set. Is calculated.
  • step 6 the reducing agent is replaced with the urea aqueous solution necessary for reducing and purifying NOx in the exhaust gas, and the urea aqueous solution increased by the amount of the reducing agent is injected and supplied from the injection nozzle 16.
  • the addition device 26 is controlled.
  • the increased amount of the reducing agent is added to the urea aqueous solution necessary for reducing and purifying NOx in the exhaust, and the reducing agent adding device 26 is controlled based on the added value.
  • a urea aqueous solution as a liquid that lowers the exhaust temperature by the heat of evaporation is injected and supplied. For this reason, the exhaust gas whose temperature has been lowered is introduced into the NOx reduction catalyst 18 and the catalyst temperature is lowered, so that it is possible to prevent the NOx reduction catalyst 18 from being affected by heat.
  • the urea aqueous solution necessary to reduce and purify NOx in the exhaust gas is secured, the basic performance as an exhaust gas purification device that reduces and purifies NOx can be exhibited.
  • the liquid that lowers the exhaust temperature is an increase in the amount of urea aqueous solution that is injected and supplied upstream of the NOx reduction catalyst 18, it can be handled only by changing the control logic without having to add a new liquid injection device. can do.
  • the catalyst temperature of the NOx reduction catalyst 18 can be determined by appropriately setting a control map for determining the increase amount of the reducing agent. Can be prevented from lowering below the catalyst activation temperature.
  • the urea aqueous solution as a liquid that lowers the exhaust temperature by the heat of evaporation is injected and supplied, so the NOx reduction catalyst 18 Although the entire amount passes without being consumed, it is oxidized by the ammonia oxidation catalyst 20 disposed downstream of the exhaust, so that there is no problem of ammonia being discharged.
  • FIG. 3 shows a second embodiment of the exhaust purification device. Note that the same components as those of the first embodiment are denoted by the same reference numerals in order to avoid redundant description (the same applies hereinafter).
  • PM in the exhaust gas is collected in the exhaust upstream of the NOx reduction catalyst 18, specifically, in the exhaust pipe 14 located upstream of the exhaust of the injection nozzle 16.
  • a DPF 38 is provided as a filter to be removed.
  • the DPF38 has a substantially cylindrical shape made of a porous member, and a number of cells that are substantially parallel to the exhaust flow are formed by a hermetic partition, and the inlet and outlet of each cell are alternately sealed with a sealing material. .
  • the exhaust gas passes through the partition wall and flows into the adjacent cell, the PM in the exhaust gas is collected and removed by the partition wall. It is.
  • FIG. 4 shows a third embodiment of the exhaust purification device.
  • water is used instead of the urea aqueous solution in the first embodiment as the liquid that lowers the exhaust temperature. That is, an injection nozzle 40 for injecting water into the exhaust pipe 14 is disposed upstream of the NOx reduction catalyst 18, specifically, between the injection nozzle 16 and the NOx reduction catalyst 18. Further, the water stored in the water tank 42 is supplied to the water adding device 46 through a supply pipe 44 having a suction opening at the bottom. On the other hand, surplus water that does not contribute to the injection of water supplied to the water addition device 46 is returned through a return pipe 48 having an opening at the top of the water tank 42. The water addition device 46 is electronically controlled by the reducing agent addition ECU 30.
  • at least the injection nozzle 40, the water tank 42, the supply pipe 44, the water addition apparatus 46, and the return pipe 48 constitute a liquid injection apparatus.
  • control content of the water addition device 46 by the ECU 30 is calculated by calculating the water injection amount instead of the reducing agent increase amount in step 5 in the flowchart of FIG. 2 showing the control content of the first embodiment.
  • the water addition device 46 may be controlled in accordance with the water injection amount.
  • the exhaust temperature decreases due to the heat of evaporation when water evaporates, and the same operations and effects as in the first embodiment can be achieved. Further, since the urea aqueous solution is not consumed as a liquid for lowering the exhaust temperature, the operation cost can be reduced. Furthermore, since the injection supply amount of the urea aqueous solution is not increased in order to lower the exhaust temperature, the amount of ammonia passing through the NOx reduction catalyst 18 becomes very small, and the ammonia-acid catalyst 20 is not essential. Reduction can also be achieved.
  • the NOx reduction catalyst 18 a catalyst that does not use a reducing agent or a solid reducing agent is used. There is something. In this case, since the exhaust temperature cannot be lowered by injecting the liquid reducing agent or its precursor, it is desirable to adopt the configuration as in this embodiment.
  • water may be injected instead of increasing the injection supply amount of the urea aqueous solution.
  • liquid reducing agent or the precursor thereof is not limited to the urea aqueous solution, and an ammonia aqueous solution or alcohol mainly composed of hydrocarbons can be used according to the NOx purification mechanism of the NOx reduction catalyst 18. .

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Abstract

　エンジン排気管に配設されたＮＯｘ還元触媒の触媒温度が所定値より高くなったときに、蒸発熱により排気温度を低下させる液体をＮＯｘ還元触媒の排気上流に適宜噴射する。ここで、所定値としては、ＮＯｘ還元触媒に熱影響が及ばない温度、具体的には、その触媒担体又は触媒成分の耐熱限界より若干低い温度とする。また、液体としては、ＮＯｘ還元触媒に供給される液体還元剤又はその前駆体の増量分、又は、水を利用する。

Description

明 細 書
エンジンの排気浄ィ匕装置
技術分野
[0001] 本発明は、排気中の窒素酸化物 (NOx)を還元浄化するエンジンの排気浄化装置
(以下「排気浄ィ匕装置」という）において、特に、エンジン排気系に配設された NOx還 元触媒を保護する技術に関する。
背景技術
[0002] エンジン排気に含まれる NOxを除去する触媒浄ィ匕システムとして、特開 2000— 27 627号公報 (特許文献 1)に記載された排気浄ィ匕装置が提案されている。かかる排気 浄化装置は、エンジン排気系に配設された NOx還元触媒の排気上流に、エンジン 運転状態に応じて還元剤又はその前駆体を噴射供給することで、排気中の NOxと 還元剤とを触媒還元反応させて、 NOxを無害成分に浄化処理するものである。
特許文献 1：特開 2000— 27627号公報
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0003] ところで、例えば、エンジンへの燃料供給量を制御する燃料噴射装置に故障が発 生すると、エンジンへ必要量以上の燃料が供給され、排気温度が過度に上昇するこ とが想定される。このような現象が発生すると、 NOx還元触媒に高温となった排気が 導入され、その温度が触媒担体の耐熱限界を越えて熱影響が及ぶおそれがあった。 また、近年では、排気中の NOxだけではなぐ粒子状物質 (PM)の除去効率を向 上させる社会的要請もあり、 NOx還元触媒の排気上流に DPF (Diesel Particular Filt er)を配設することも考えられる。 DPFは、多孔性部材カもなるフィルタで排気中の P Mを捕集除去するため、捕集された PMを適宜焼却する再生処理が不可欠である。 再生処理中には、 PMが酸化 (燃焼)するため、 DPFの排気下流における排気温度 が上昇し、燃料噴射装置の故障と同様に、 NOx還元触媒に熱影響が及ぶおそれが めつに。
[0004] そこで、本発明は以上のような従来の問題点に鑑み、 NOx還元触媒の触媒温度が 所定値より高くなつたときに、その排気上流に液体還元剤又はその前駆体，水などの 液体を噴射し、これが蒸発する蒸発熱を利用して排気温度を低下させることで、 NO X還元触媒に熱影響が及ばな 、ようにした排気浄ィ匕装置を提供することを目的とする
課題を解決するための手段
[0005] このため、本発明に係る排気浄化装置は、エンジン排気系に配設され、排気中の 窒素酸化物を還元浄化する還元触媒と、前記還元触媒の触媒温度を検出する触媒 温度センサと、蒸発熱により排気温度を低下させる液体を還元触媒の排気上流に噴 射する液体噴射装置と、前記触媒温度センサにより検出された触媒温度が所定値よ り高くなつたときに、前記液体噴射装置を作動させる制御装置と、を含んで構成され る。また、前記還元触媒の排気上流に、排気中の粒子状物質を捕集除去するフィル タを配設してもよい。
発明の効果
[0006] 本発明に係る排気浄ィ匕装置によれば、何らかの要因で排気温度が過度に上昇し、 エンジン排気系に配設された還元触媒の触媒温度が所定値より高くなると、その排 気上流に、蒸発熱により排気温度を低下させる液体が噴射される。このため、温度が 低下した排気が還元触媒に導入され、その触媒温度が低下することから、還元触媒 に熱影響が及ぶことを防止できる。
[0007] そして、還元触媒の排気上流にフィルタが配設されれば、前述した効果に加え、排 気中の粒子状物質が除去され、近年における粒子状物質の除去効率向上という社 会的要請に応えることができる。また、また、フィルタ再生処理中に、その排気下流に おける排気温度が過度に上昇しても、還元触媒に導入される排気温度が低下するこ とから、還元触媒に熱影響が及ぶことを防止できる。
図面の簡単な説明
[0008] [図 1]図 1は、本発明に係る排気浄化装置の第 1実施形態の構成図である。
[図 2]図 2は、制御プログラムの処理内容を示すフローチャートである。
[図 3]図 3は、本発明に係る排気浄ィ匕装置の第 2実施形態の構成図である。
[図 4]図 4は、本発明に係る排気浄ィ匕装置の第 3実施形態の構成図である。 符号の説明
10 エンジン
14 排気管
16 噴射ノズル
18 NOx還元触媒
20 アンモニア酸ィ匕触媒
22 還元剤タンク
24 供給配管
26 還元剤添加装置
28 戻り配管
30 還元剤添カ卩 ECU
32 排気温度センサ
34 排気温度センサ
36 エンジン ECU
38 DPF
40 噴射ノズル
42 水タンク
44 供給配管
46 水添加装置
48 戻り配管
発明を実施するための最良の形態
以下、添付された図面を参照して本発明を詳述する。
図 1は、液体還元剤の前駆体たる尿素水溶液を使用し、エンジン排気に含まれる N Oxを触媒還元反応により浄化する排気浄化装置の第 1実施形態を示す。
エンジン 10の排気マ-フォールド 12に接続される排気管 14には、排気流通方向 に沿って、尿素水溶液を噴射供給する噴射ノズル 16と、尿素水溶液を加水分解して 得られるアンモニアを使用して NOxを還元浄ィ匕する NOx還元触媒 18と、 NOx還元 触媒 18を通過したアンモニアを酸ィ匕させるアンモニア酸ィ匕触媒 20と、が夫々配設さ れる。また、還元剤タンク 22に貯蔵される尿素水溶液は、その底部で吸込口が開口 する供給配管 24を通って還元剤添加装置 26に供給される。一方、還元剤添加装置 26に供給された尿素水溶液のうち噴射に寄与しない余剰のものは、還元剤タンク 22 の上部で戻り口が開口する戻り配管 28を通って戻される。そして、還元剤添加装置 2 6は、コンピュータを内蔵した還元剤添加コントロールユニット（以下「還元剤添加 EC Ujという） 30により電子制御され、エンジン運転状態に応じた必要量の尿素水溶液 を、圧縮空気と混合した噴霧状態で噴射ノズル 16に供給する。なお、圧縮空気の供 給源がないときには、還元剤添加装置 26は、エンジン運転状態に応じた必要量の尿 素水溶液を、そのまま噴射ノズル 16に供給する構成を採用すればょ ヽ。
[0011] カゝかる排気浄ィ匕装置において、噴射ノズル 16から噴射供給された尿素水溶液は、 排気熱及び排気中の水蒸気により加水分解され、アンモニアへと転化される。転化さ れたアンモニアは、 NOx還元触媒 18において排気中の NOxと還元反応し、水（H
2
O)及び窒素 (N )へと転ィ匕されることは知られたことである。このとき、 NOx還元触媒
2
18を通過したアンモニアは、その排気下流に配設されたアンモニア酸ィ匕触媒 20によ り酸化されるので、アンモニアがそのまま排出されることがな 、。
[0012] 本発明の特徴として、 NOx還元触媒 18の触媒温度を間接的に検出すベぐ触媒 温度センサとして、その排気上流における排気温度 Tuを検出する排気温度センサ 3 2、及び、その排気下流における排気温度 Tdを検出する排気温度センサ 34が夫々 設けられ、その出力信号が還元剤添加 ECU30に入力される。また、還元剤添加 EC U30は、 CAN (Controller Area Network)などのネットワークを介して、エンジン 10を 電子制御するエンジンコントロールユニット（以下「エンジン ECU」と!、う） 36に接続さ れ、エンジン運転状態としてのエンジンの回転速度 Ne及び負荷 Qを読み込み可能 になっている。ここで、エンジン ECU36は運転状態検出装置としての機能を兼備し、 負荷 Qとしては、吸気流量，吸気圧，過給圧，燃料噴射量などを用いることができる。 そして、還元剤添加 ECU30は、その ROM (Read Only Memory)に記憶された制御 プログラムを実行することで、排気浄化に係る各種機能を実現する。なお、本実施形 態では、還元剤添加 ECU30が制御装置として機能する力 他のコントロールュ-ッ トにお 、て制御プログラムを実行させるようにしてもょ 、。 [0013] ここで、少なくとも、噴射ノズル 16,還元剤タンク 22,供給配管 24,還元剤添加装 置 26及び戻り配管 28により、液体噴射装置が構成される。また、エンジン運転状態 としての回転速度 Ne及び負荷 Qは、エンジン ECU36から間接的に検出せず、公知 の各種センサなど力 直接検出するようにしてもよい。この場合、各種センサが運転 状態検出装置に該当する。
[0014] 図 2は、還元剤添加 ECU30において、エンジン始動後所定時間ごとに繰り返し実 行される制御プログラムの処理内容を示す。
ステップ 1 (図では「S1」と略記する。以下同様)では、排気温度センサ 32及び 34か ら、 NOx還元触媒 18の排気上流及び排気下流における排気温度 Tu及び Tdを夫々 読み込む。
[0015] ステップ 2では、 NOx還元触媒 18の排気上流における排気温度 Tuが所定値より高 いか否かを判定する。ここで、所定値としては、 NOx還元触媒 18に熱影響が及ばな い温度、具体的には、その触媒担体又は触媒成分の耐熱限界より若干低い温度に 設定する。そして、排気温度 Tuが所定値より高ければステップ 4へと進む一方 (Yes) 、排気温度 Tuが所定値以下であればステップ 3へと進む (No)。
[0016] ステップ 3では、 NOx還元触媒 18の排気下流における排気温度 Tdが所定値より高 いか否かを判定する。そして、排気温度 Tdが所定値より高ければステップ 4へと進む 一方 (Yes)、排気温度 Tdが所定値以下であれば処理を終了する (No)。
ステップ 4では、エンジン ECU36から、エンジン運転状態としての回転速度 Ne及 び負荷 Qを夫々読み込む。
[0017] ステップ 5では、排気温度，回転速度及び負荷に対応した還元剤増量分が設定さ れた制御マップを参照し、排気温度 Tu,回転速度 Ne及び負荷 Qに応じた還元剤増 量分を演算する。
ステップ 6では、排気中の NOxを還元浄ィ匕するのに必要な尿素水溶液にカ卩え、還 元剤増量分だけ増量した尿素水溶液が噴射ノズル 16から噴射供給されるように、還 元剤添加装置 26を制御する。要するに、排気中の NOxを還元浄化するのに必要な 尿素水溶液に還元剤増量分を加算し、その加算値に基づ 、て還元剤添加装置 26 を制御する。 [0018] 力かる排気浄ィ匕装置によれば、 NOx還元触媒 18の排気上流及び排気下流にお ける排気温度 Tu及び Tdの少なくとも一方が所定値より高くなると、 NOx還元触媒 18 の排気上流に、排気中の NOxを還元浄化するのに必要な尿素水溶液に加え、蒸発 熱により排気温度を低下させる液体としての尿素水溶液が噴射供給される。このため 、温度が低下した排気が NOx還元触媒 18に導入され、その触媒温度が低下するこ とから、 NOx還元触媒 18に熱影響が及ぶことを防止できる。また、排気中の NOxを 還元浄化するのに必要な尿素水溶液が確保されるため、 NOxを還元浄化する排気 浄ィ匕装置としての基本性能を発揮することができる。さらに、排気温度を低下させる 液体は、 NOx還元触媒 18の排気上流に噴射供給される尿素水溶液の増量分であ るため、新たな液体噴射装置を追加する必要がなぐ制御ロジックの変更のみで対応 することができる。
[0019] このとき、エンジン運転状態に応じて尿素水溶液の噴射供給量が増量されるので、 その還元剤増量分を決定する制御マップを適切に設定することで、 NOx還元触媒 1 8の触媒温度が触媒活性温度以下まで低下することを防止できる。また、排気中の N Oxを還元浄化するのに必要な尿素水溶液に加え、蒸発熱により排気温度を低下さ せる液体としての尿素水溶液が噴射供給されるため、 NOx還元触媒 18でアンモ- ァの全量が消費されず通過してしまうが、その排気下流に配設されたアンモニア酸 化触媒 20によりこれが酸ィ匕されるため、アンモニアが排出されるという問題は生じな い。
[0020] 図 3は、排気浄化装置の第 2実施形態を示す。なお、先の第 1実施形態と同一構成 については、重複説明を回避するため、同一符号を付してその説明を省略するもの とする (以下同様)。
本実施形態においては、第 1実施形態の構成に加え、 NOx還元触媒 18の排気上 流、具体的には、噴射ノズル 16の排気上流に位置する排気管 14に、排気中の PM を捕集除去するフィルタとしての DPF38が配設される。 DPF38は、多孔性部材から なる略円柱形状をなし、ハ-カム状の隔壁により排気流と略平行なセルが多数形成 され、各セルの入口と出口とが封鎖材により交互に目封じされる。そして、排気が隔 壁を通過して隣接するセルに流入するときに、排気中の PMが隔壁により捕集除去さ れる。
[0021] このようにすれば、第 1実施形態の作用及び効果に加え、排気中の PMが除去され るため、近年における PM除去効率向上という社会的要請に応えることができる。また 、 DPF38の再生処理中に、その排気下流における排気温度が過度に上昇しても、 図 2に示す制御プログラムが実行されることで、 NOx還元触媒 18に導入される排気 温度を低下させることができる。
[0022] 図 4は、排気浄化装置の第 3実施形態を示す。
本実施形態においては、排気温度を低下させる液体として、第 1実施形態における 尿素水溶液に代えて水を用いる。即ち、 NOx還元触媒 18の排気上流、具体的には 、噴射ノズル 16と NOx還元触媒 18との間には、排気管 14内に水を噴射するための 噴射ノズル 40が配設される。また、水タンク 42に貯蔵される水は、その底部で吸込口 が開口する供給配管 44を通って水添加装置 46に供給される。一方、水添加装置 46 に供給された水のうち噴射に寄与しない余剰のものは、水タンク 42の上部で戻り口 が開口する戻り配管 48を通って戻される。そして、水添加装置 46は、還元剤添加 E CU30により電子制御される。ここで、本実施形態では、少なくとも、噴射ノズル 40, 水タンク 42,供給配管 44,水添加装置 46及び戻り配管 48により、液体噴射装置が 構成される。
[0023] 還元剤添加 ECU30による水添加装置 46の制御内容としては、第 1実施形態の制 御内容を示す図 2のフローチャートにおいて、ステップ 5で還元剤増量分に代えて水 噴射量を演算し、ステップ 6でその水噴射量に応じて水添加装置 46を制御するよう にすればよい。
このようにすれば、水が蒸発するときの蒸発熱により排気温度が低下し、第 1実施形 態と同様な作用及び効果を奏することができる。また、排気温度を低下させる液体と して尿素水溶液が消費されないため、運用コストを低減することができる。さらに、排 気温度を低下させるために尿素水溶液の噴射供給量を増量しな 、ため、 NOx還元 触媒 18を通過するアンモニアが微量となり、アンモニア酸ィ匕触媒 20が必須ではなく なることから、コスト低減なども図ることができる。
[0024] ところで、 NOx還元触媒 18として、還元剤を使用しないものや、固形還元剤を用い るものがある。この場合、液体還元剤又はその前駆体を噴射して排気温度を低下さ せることができないので、本実施形態のような構成を採用することが望ましい。
なお、第 1及び第 2実施形態において、尿素水溶液の噴射供給量を増量する代わ りに、水を噴射するようにしてもよい。
また、液体還元剤又はその前駆体としては、尿素水溶液に限らず、 NOx還元触媒 18の NOx浄化メカニズムに応じて、アンモニア水溶液や、炭化水素類を主成分とす るアルコールなどを用いることができる。

Claims

請求の範囲
[1] エンジン排気系に配設され、排気中の窒素酸化物を還元浄化する還元触媒と、 前記還元触媒の触媒温度を検出する触媒温度センサと、
蒸発熱により排気温度を低下させる液体を還元触媒の排気上流に噴射する液体 噴射装置と、
前記触媒温度センサにより検出された触媒温度が所定値より高くなつたときに、前 記液体噴射装置を作動させる制御装置と、
を含んで構成されたことを特徴とするエンジンの排気浄化装置。
[2] 前記液体は、前記還元触媒の排気上流に噴射供給される液体還元剤又はその前 駆体の増量分であることを特徴とする請求項 1記載のエンジンの排気浄ィ匕装置。
[3] 前記還元触媒の排気下流に、該還元触媒を通過した還元剤を酸化させる酸化触 媒がさらに配設されたことを特徴とする請求項 2記載のエンジンの排気浄ィ匕装置。
[4] 前記液体は、水であることを特徴とする請求項 1記載のエンジンの排気浄ィ匕装置。
[5] エンジン運転状態を検出する運転状態検出装置を備え、
前記制御装置は、前記運転状態検出装置により検出されたエンジン運転状態に応 じた液体噴射量を演算し、その液体噴射量に基づ ヽて液体噴射装置を制御すること を特徴とする請求項 1記載のエンジンの排気浄ィ匕装置。
[6] 前記触媒温度センサは、排気温度から触媒温度を間接的に検出することを特徴と する請求項 1記載のエンジンの排気浄ィ匕装置。
[7] エンジン排気系に配設され、排気中の粒子状物質を捕集除去するフィルタと、 前記フィルタの排気下流に配設され、排気中の窒素酸化物を還元浄化する還元触 媒と、
前記還元触媒の触媒温度を検出する触媒温度センサと、
蒸発熱により排気温度を低下させる液体を還元触媒の排気上流に噴射する液体 噴射装置と、
前記触媒温度センサにより検出された触媒温度が所定値より高くなつたときに、前 記液体噴射装置を作動させる制御装置と、
を含んで構成されたことを特徴とするエンジンの排気浄化装置。
[8] 前記液体は、前記還元触媒の排気上流に噴射供給される液体還元剤又はその前 駆体の増量分であることを特徴とする請求項 7記載のエンジンの排気浄ィ匕装置。
[9] 前記還元触媒の排気下流に、該還元触媒を通過した還元剤を酸化させる酸化触 媒がさらに配設されたことを特徴とする請求項 8記載のエンジンの排気浄ィ匕装置。
[10] 前記液体は、水であることを特徴とする請求項 7記載のエンジンの排気浄ィ匕装置。
[11] エンジン運転状態を検出する運転状態検出装置を備え、
前記制御装置は、前記運転状態検出装置により検出されたエンジン運転状態に応 じた液体噴射量を演算し、その液体噴射量に基づ ヽて液体噴射装置を制御すること を特徴とする請求項 7記載のエンジンの排気浄ィ匕装置。
[12] 前記触媒温度センサは、排気温度から触媒温度を間接的に検出することを特徴と する請求項 7記載のエンジンの排気浄ィ匕装置。
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