JP2011106313A - Exhaust emission control device for engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、エンジンの排気に含まれるNOx(窒素酸化物)を選択的に還元浄化する排気浄化装置に関する。 The present invention relates to an exhaust purification device that selectively reduces and purifies NOx (nitrogen oxides) contained in engine exhaust.
エンジンの排気に含まれるNOxを浄化する触媒浄化システムとして、特開2009−127472号公報(特許文献1)に記載されるような排気浄化装置が提案されている。この排気浄化装置は、エンジン排気管に配設されたSCR(Selective Catalytic Reduction)触媒の排気上流に、エンジン運転状態に応じた流量の液体還元剤又はその前駆体を噴射供給し、SCR触媒でNOxを選択還元反応させることで、NOxを無害成分に浄化処理する。 As a catalyst purification system for purifying NOx contained in engine exhaust, an exhaust purification device as described in JP 2009-127472 A (Patent Document 1) has been proposed. This exhaust purification device injects and supplies a liquid reducing agent or a precursor thereof at a flow rate according to the engine operating state upstream of the exhaust of an SCR (Selective Catalytic Reduction) catalyst disposed in an engine exhaust pipe, and NOx is supplied by the SCR catalyst. By performing a selective reduction reaction, NOx is purified to harmless components.
ところで、このような排気浄化装置においては、SCR触媒の排気上流に噴射供給された液体還元剤又はその前駆体がエンジン排気管の内壁に付着すると、エンジン運転状態によっては、溶媒のみが蒸発して還元剤成分たる溶質が析出してしまうおそれがある。このため、排気温度が所定温度未満であるときには、液体還元剤又はその前駆体の噴射供給を停止し、エンジン排気管への還元剤成分の析出を抑制するようにしていた。 By the way, in such an exhaust purification device, when the liquid reducing agent or its precursor injected and supplied upstream of the exhaust of the SCR catalyst adheres to the inner wall of the engine exhaust pipe, only the solvent evaporates depending on the engine operating state. There is a possibility that the solute as the reducing agent component is deposited. For this reason, when the exhaust temperature is lower than the predetermined temperature, the injection supply of the liquid reducing agent or its precursor is stopped to suppress the deposition of the reducing agent component in the engine exhaust pipe.
しかしながら、エンジン排気管の壁面温度は、外気温度や液体還元剤又はその前駆体の付着などにより低下するため、排気温度が所定温度以上であっても、エンジン排気管への還元剤成分の析出が起こるおそれがあった。 However, since the wall surface temperature of the engine exhaust pipe decreases due to the outside air temperature, the attachment of a liquid reducing agent or its precursor, etc., even if the exhaust temperature is higher than a predetermined temperature, the reducing agent component is deposited on the engine exhaust pipe. There was a risk of it happening.
そこで、本発明は従来技術の問題点に鑑み、エンジン排気管の壁面温度が所定温度未満であるときには、排気温度の高低にかかわらず、液体還元剤又はその前駆体の噴射供給を減量又は中止することで、エンジン排気管への還元剤成分の析出を抑制したエンジンの排気浄化装置を提供することを目的とする。 Therefore, in view of the problems of the prior art, the present invention reduces or stops the injection supply of the liquid reducing agent or its precursor when the wall surface temperature of the engine exhaust pipe is lower than a predetermined temperature, regardless of the level of the exhaust temperature. Thus, it is an object of the present invention to provide an engine exhaust purification device that suppresses precipitation of a reducing agent component on an engine exhaust pipe.
このため、本発明に係るエンジンの排気浄化装置は、還元剤を使用してNOxを選択還元浄化するSCR触媒と、その排気上流に液体還元剤又はその前駆体を噴射供給する噴射装置と、エンジン運転状態に応じた液体還元剤又はその前駆体の流量を算出する算出手段と、噴射装置とSCR触媒との間に位置するエンジン排気管の壁面温度を検出する温度検出手段と、温度検出手段により検出された壁面温度が所定温度未満のときに、算出手段により算出された流量を補正する補正手段と、算出手段により算出された流量、又は、補正手段により補正された流量に基づいて、噴射装置から噴射供給される液体還元剤又はその前駆体の流量を制御する制御手段と、を含んで構成される。 For this reason, an exhaust emission control device for an engine according to the present invention includes an SCR catalyst that selectively reduces and purifies NOx using a reducing agent, an injection device that injects and supplies a liquid reducing agent or a precursor thereof upstream of the exhaust, and an engine A calculating means for calculating the flow rate of the liquid reducing agent or its precursor according to the operating state, a temperature detecting means for detecting the wall surface temperature of the engine exhaust pipe located between the injector and the SCR catalyst, and a temperature detecting means. Based on the correction means for correcting the flow rate calculated by the calculation means and the flow rate calculated by the calculation means or the flow rate corrected by the correction means when the detected wall surface temperature is lower than the predetermined temperature And a control means for controlling the flow rate of the liquid reducing agent or the precursor thereof injected and supplied from the control unit.
本発明によれば、エンジン運転状態に応じた液体還元剤又はその前駆体の流量が算出されると共に、噴射装置とSCR触媒との間に位置するエンジン排気管の壁面温度が所定温度未満であるときには、エンジン運転状態に応じた液体還元剤又はその前駆体の流量が補正される。そして、エンジン運転状態に応じた流量、又は、壁面温度が所定温度未満であるために補正された流量に基づいて、噴射装置から噴射供給される液体還元剤又はその前駆体の流量が制御される。このため、壁面温度が所定温度未満であるときには、液体還元剤又はその前駆体の流量補正を適切に行うことで、エンジン排気管の内壁に付着する液体還元剤又はその前駆体の絶対量が減り、エンジン排気管への還元剤成分の析出を抑制することができる。 According to the present invention, the flow rate of the liquid reducing agent or the precursor thereof according to the engine operating state is calculated, and the wall surface temperature of the engine exhaust pipe positioned between the injector and the SCR catalyst is less than a predetermined temperature. Sometimes, the flow rate of the liquid reducing agent or its precursor according to the engine operating state is corrected. Then, based on the flow rate according to the engine operating state or the flow rate corrected because the wall surface temperature is lower than the predetermined temperature, the flow rate of the liquid reducing agent or its precursor supplied from the injection device is controlled. . For this reason, when the wall surface temperature is lower than the predetermined temperature, the absolute amount of the liquid reducing agent or its precursor adhering to the inner wall of the engine exhaust pipe is reduced by appropriately correcting the flow rate of the liquid reducing agent or its precursor. The precipitation of the reducing agent component in the engine exhaust pipe can be suppressed.
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、本発明を具現化した排気浄化装置の一実施形態を示す。
ディーゼルエンジン10の吸気マニフォールド12に接続される吸気管14には、吸気流通方向に沿って、空気中の埃などを除去するエアクリーナ16,ターボチャージャ18のコンプレッサ18A,ターボチャージャ18により高温となった吸気を冷却するインタークーラ20,吸気脈動を平滑化する吸気コレクタ22がこの順番で配設される。
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 shows an embodiment of an exhaust emission control device embodying the present invention.
The
一方、ディーゼルエンジン10の排気マニフォールド24に接続される排気管26には、排気流通方向に沿って、ターボチャージャ18のタービン18B,連続再生式DFP(Diesel Particulate Filter)装置28,還元剤前駆体としての尿素水溶液を噴射供給する噴射ノズル30,尿素水溶液から生成されるアンモニアを使用してNOxを選択還元浄化するSCR触媒32,SCR触媒32を通過したアンモニアを酸化させる酸化触媒34がこの順番で配設される。連続再生式DPF装置28は、少なくともNO(一酸化窒素)をNO2(二酸化窒素)へと酸化させるDOC(Diesel Oxidation Catalyst)28Aと、排気中のPM(Particulate Matter)を捕集除去するDPF28Bと、を含んで構成される。なお、DPF28Bの代わりに、その表面に触媒(活性成分及び添加成分)を担持させたCSF(Catalyzed Soot Filter)を使用することもできる。ここで、噴射ノズル30が、噴射装置の一例として挙げられる。
On the other hand, the
還元剤タンク36に貯蔵される尿素水溶液は、ポンプ及び流量制御弁が内蔵された還元剤添加ユニット38を経由して、噴射ノズル30に供給される。ここで、還元剤添加ユニット38としては、ポンプが内蔵されたポンプモジュールと、流量制御弁が内蔵されたドージングモジュールと、に2分割された構成であってもよい。また、噴射ノズル30は、還元剤添加ユニット38と一体化された構成であってもよい。
The aqueous urea solution stored in the
排気浄化装置の制御系として、連続再生式DPF装置28と噴射ノズル30との間に位置する排気管26には、エンジン運転状態の一例としての排気温度を検出する排気温度センサ40が取り付けられる。また、噴射ノズル30とSCR触媒32との間に位置する排気管26には、排気管26の壁面温度を検出する壁面温度センサ42(温度検出手段)が取り付けられる。ここで、尿素水溶液の付着により壁面温度が低下したことを確実に検知すべく、壁面温度センサ42は、噴射ノズル30から噴射供給された尿素水溶液が付着し易い部分の壁面温度を検出することが望ましい。
As a control system of the exhaust purification device, an
排気温度センサ40及び壁面温度センサ42の各出力信号は、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(DCU)44に入力される。また、還元剤添加コントロールユニット44は、エンジン運転状態の一例としての回転速度及び負荷を適宜読み込み可能とすべく、CAN(Controller Area Network)などの車載ネットワークを介して、ディーゼルエンジン10を電子制御するエンジンコントロールユニット(ECU)46と接続される。そして、還元剤添加コントロールユニット44は、ROM(Read Only Memory)などに記憶された制御プログラムを実行することで、排気温度,壁面温度,回転速度及び負荷に応じて還元剤添加ユニット38を電子制御する。
The output signals of the
ここで、ディーゼルエンジン10の負荷としては、例えば、燃料噴射流量,吸気流量,吸気圧力,過給圧力,アクセル開度,スロットル開度など、トルクと密接に関連する状態量を適用することができる。また、ディーゼルエンジン10の回転速度及び負荷は、エンジンコントロールユニット46から読み込む構成に限らず、公知のセンサによって直接検出するようにしてもよい。
Here, as the load of the
なお、還元剤添加コントロールユニット44は、制御プログラムを実行することで、算出手段及び補正手段を夫々具現化する。また、還元剤添加コントロールユニット44と還元剤添加ユニット38とが協働して、制御手段を具現化する。
The reducing agent
図2は、ディーゼルエンジン10が始動されたことを契機として、還元剤添加コントロールユニット44が所定時間ごとに繰り返し実行する制御プログラムの内容を示す。
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40から排気温度を読み込む。
FIG. 2 shows the contents of a control program that the reducing agent
In step 1 (abbreviated as “S1” in the figure, the same applies hereinafter), the exhaust temperature is read from the
ステップ2では、エンジンコントロールユニット46からディーゼルエンジン10の回転速度及び負荷を読み込む。
ステップ3では、エンジン運転状態としての排気温度,回転速度及び負荷に応じた還元剤添加流量を算出する。即ち、エンジン運転状態に応じたNOx排出量を推定し、このNOxを選択還元浄化するのに要する尿素水溶液の添加流量を算出する。
In
In
ステップ4では、壁面温度センサ42から壁面温度を読み込む。
ステップ5では、壁面温度が所定温度未満であるか否かを判定する。ここで、所定温度は、尿素水溶液が排気管26の内壁に付着したとき、溶媒のみが蒸発して還元剤成分が析出するおそれがあるか否かを判定するための閾値であって、例えば、尿素の融点(約135℃)より若干高い温度をとる。そして、壁面温度が所定温度未満であればステップ6へと進み(Yes)、ステップ3で算出した還元剤添加流量を所定流量だけ減量するための補正を行う。一方、壁面温度が所定温度以上であればステップ7へと進む(No)。
In step 4, the wall surface temperature is read from the wall
In
ステップ7では、還元剤添加ユニット44に対して還元剤添加流量に応じた制御信号を出力することで、SCR触媒32の排気上流に尿素水溶液を噴射供給(添加)する。
かかる排気浄化装置において、ディーゼルエンジン10の排気は、排気マニフォールド24,ターボチャージャ18のタービン18Bを経て、連続再生式DPF装置28のDOC28Aに導入される。DOC28Aに導入された排気は、NOがNO2へと酸化されつつDPF28Bへと流れる。DPF28Bでは、排気中のPMが捕集されると共に、DOC28Aにより生成されたNO2を使用してPMが酸化される。
In
In such an exhaust purification device, the exhaust from the
また、エンジン運転状態に応じて噴射ノズル30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を使用して加水分解され、還元剤として機能するアンモニアへと転化される。このアンモニアは、SCR触媒32において排気中のNOxと選択還元反応し、無害成分であるH2O(水)及びN2(窒素)へと浄化されることは知られたことである。一方、SCR触媒32を通過したアンモニアは、その排気下流に配設された酸化触媒34により酸化されるので、アンモニアがそのまま大気中に放出されることを抑制できる。
Further, the urea aqueous solution injected and supplied from the
このとき、排気管26の壁面温度が所定温度未満であるときには、エンジン運転状態に応じた還元剤添加流量が減量補正されるため、排気管26の内壁に付着する尿素水溶液の絶対量が減ることとなる。このため、排気管26への還元剤成分(尿素)の析出を抑制することができる。
At this time, when the wall surface temperature of the
ここで、還元剤添加流量を減量補正する代わりに、尿素水溶液の噴射供給が停止されるように、その還元剤添加流量を0にするようにしてもよい。このようにすれば、排気管26の壁面温度が所定温度未満であるときには、噴射ノズル30から尿素水溶液が噴射供給されないため、排気管26への還元剤成分の析出を効果的に抑制することができる。なお、尿素水溶液の噴射供給を一時的に停止しても、SCR触媒32にアンモニアが吸着されているので、NOx浄化には影響が少ない。
Here, instead of correcting the decrease in the reducing agent addition flow rate, the reducing agent addition flow rate may be set to 0 so that the injection supply of the urea aqueous solution is stopped. In this way, when the wall surface temperature of the
ところで、排気流速の増減などにより、排気管26に対する尿素水溶液の付着位置が変化することが想定される。このため、壁面温度センサ42は、図3に示すように、噴射ノズル30とSCR触媒32との間に位置する排気管26の複数個所のうち、最低温度となった壁面温度を検出するようにしてもよい。このようにすれば、尿素水溶液が付着して部分的に壁面温度が低下しても、その壁面温度に基づく尿素水溶液の噴射供給制御が行われるため、排気管26への還元剤成分の析出抑制の実効を図ることができる。なお、壁面温度センサ42は、4箇所の壁面温度を検出するものに限らない。
By the way, it is assumed that the attachment position of the urea aqueous solution to the
なお、以上説明した実施形態においては、噴射ノズル30から尿素水溶液が噴射供給されているが、噴射ノズル30を使用せずに、還元剤添加ユニット38が尿素水溶液を直接噴射供給するようにしてもよい。この場合、還元剤添加ユニット38が、噴射装置の一例として挙げられる。
In the embodiment described above, the urea aqueous solution is injected and supplied from the
本発明は、尿素水溶液を使用する排気浄化装置に限らず、炭化水素を主成分とするアルコール,ガソリン及び軽油などを液体還元剤又はその前駆体として使用する排気浄化装置にも適用することができる。また、本発明は、ディーゼルエンジン10に限らず、ガソリンエンジンなどにも適用することができる。
The present invention can be applied not only to an exhaust gas purification device using an aqueous urea solution, but also to an exhaust gas purification device using alcohol, gasoline, light oil, or the like mainly containing hydrocarbons as a liquid reducing agent or a precursor thereof. . Further, the present invention can be applied not only to the
10 ディーゼルエンジン
26 排気管
30 噴射ノズル
32 SCR触媒
38 還元剤添加ユニット
40 排気温度センサ
42 壁面温度センサ
44 還元剤添加コントロールユニット
46 エンジンコントロールユニット
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記SCR触媒の排気上流に液体還元剤又はその前駆体を噴射供給する噴射装置と、
エンジン運転状態に応じた液体還元剤又はその前駆体の流量を算出する算出手段と、
前記噴射装置と前記SCR触媒との間に位置するエンジン排気管の壁面温度を検出する温度検出手段と、
前記温度検出手段により検出された壁面温度が所定温度未満のときに、前記算出手段により算出された流量を補正する補正手段と、
前記算出手段により算出された流量、又は、前記補正手段により補正された流量に基づいて、前記噴射装置から噴射供給される液体還元剤又はその前駆体の流量を制御する制御手段と、
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。 An SCR catalyst that selectively reduces and purifies nitrogen oxides using a reducing agent;
An injection device for injecting and supplying a liquid reducing agent or a precursor thereof upstream of the SCR catalyst exhaust;
Calculating means for calculating the flow rate of the liquid reducing agent or its precursor according to the engine operating state;
Temperature detecting means for detecting a wall surface temperature of an engine exhaust pipe located between the injector and the SCR catalyst;
Correction means for correcting the flow rate calculated by the calculation means when the wall surface temperature detected by the temperature detection means is less than a predetermined temperature;
Control means for controlling the flow rate of the liquid reducing agent or its precursor supplied from the injection device based on the flow rate calculated by the calculation means or the flow rate corrected by the correction means;
An exhaust emission control device for an engine characterized by comprising:
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