JP2011220213A - 建設機械の内燃機関における排気ガス浄化システム - Google Patents

Abstract

【課題】還元剤を再補充する回数を減らし、高いＮＯｘ浄化率で排気ガス中のＮＯｘを浄化できる建設機械の内燃機関における排気ガス浄化システムを提供する。
【解決手段】ディーゼルエンジンと、酸化触媒と、排気ガス中に含まれる粒子状物質を捕集するＤＰＦと、排気ガス中の一酸化炭素を還元剤に用いて、排気ガスの窒素酸化物を還元浄化するＮＯｘ浄化触媒と、選択的接触還元触媒とを備えた建設機械の内燃機関における排気ガス浄化システムであって、エンジンの排気通路に上流から順に設けた酸化触媒、ＤＰＦ、ＮＯｘ浄化触媒、選択的接触還元触媒と、選択的接触還元触媒の上流に設けた還元剤添加装置と、ＤＰＦの上流側に設けた排気温度センサと、排気温度センサから検出温度を取り込み、この検出温度が予め設定した設定温度よりも高い場合に、還元剤添加装置に還元剤噴射指令を出力する制御手段とを備えた。
【選択図】 図１

Description

本発明は、建設機械の内燃機関における排気ガス浄化システム及び排気ガス浄化方法に係り、さらに詳しくは、ディーゼルエンジン等の排気ガス中のＮＯｘを浄化する選択的接触還元触媒（ＳＣＲ触媒）を備えた建設機械の内燃機関における排気ガス浄化システムに関する。

ディーゼルエンジンから排出される排気ガスには、煤やＳＯＦ（Soluble Organic Fraction）などの粒子状物質（以下、ＰＭという）や窒素酸化物（以下、ＮＯｘという）が含まれているため、これらを除去した後に大気中に排出する必要がある。この要求に対して、ディーゼルエンジン（以下、エンジンという）の排気管の途中にＰＭ捕集用のＤＰＦ（ディーゼルパティキュレートフィルタ）とＮＯｘを浄化するＮＯｘ還元触媒とを、上流側から下流側に順次直列に配置した排気ガスの浄化装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

また、エンジンの広い運転領域にわたって、高いＮＯｘ浄化率を得るために、排気通路に上流から順に選択的接触還元触媒とＮＯｘ吸蔵還元型触媒を直列に設けた内燃機関の排気ガス浄化システムがある（例えば、特許文献２参照）。

特開平４―０５０４２１号公報 特開２００４−２１８４７５号公報

例えば、特許文献２に記載された内燃機関の排気ガス浄化システムにおいては、尿素水溶液を貯蔵する尿素水溶液タンクが設けられ、この尿素水溶液タンク内の尿素水溶液量を監視し、必要であれば補充することが要求されている。トラックやバス等の一般的な車両の場合、例えば市街地の施設に移動することで、容易に尿素水溶液を補充することができる。

しかし、例えば油圧ショベルなどの建設機械は、鉱山や山奥などインフラの整備されていない遠隔な場所で稼動することが多く、頻繁に尿素水溶液を補充するのは経済的に大きな負担になる。更に、車体上に尿素水溶液タンクを配置する大きなスペースが必要となり、製造段階における設計の自由度を損なうという問題がある。

また、上述した排気ガス浄化システムの構成では、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒のＮＯｘ吸蔵能力を回復させるため、ＮＯｘ再生燃焼運転を行うことが必要となり、従来機より燃費が悪化する可能性がある。

本発明は、このような問題点を解決するためになされたもので、その目的は、還元剤を再補充する回数を減らし、使い勝手をよくし、高いＮＯｘ浄化率で排気ガス中のＮＯｘを浄化できる建設機械の内燃機関における排気ガス浄化システムを提供するものである。

上記の目的を達成するために、第１の発明は、ディーゼルエンジンと、酸化触媒と、排気ガス中に含まれる粒子状物質を捕集するＤＰＦと、排気ガス中の一酸化炭素を還元剤に用いて、排気ガスの窒素酸化物を還元浄化するＮＯｘ浄化触媒と、選択的接触還元触媒とを備えた建設機械の内燃機関における排気ガス浄化システムであって、前記エンジンの排気通路に上流から順に設けた前記酸化触媒、前記ＤＰＦ、前記ＮＯｘ浄化触媒、前記選択的接触還元触媒と、前記選択的接触還元触媒の上流に設けた還元剤添加装置と、前記ＤＰＦの上流側に設けた排気温度センサと、前記排気温度センサから検出温度を取り込み、この検出温度が予め設定した設定温度よりも高い場合に、前記還元剤添加装置に還元剤噴射指令を出力する制御手段とを備えたものとする。

また、第２の発明は、第１の発明において、前記制御手段は、触媒温度とＮＯｘ浄化率の関係に基づく前記ＮＯｘ浄化触媒の特性の下降曲線と、触媒温度とＮＯｘ浄化率の関係に基づく前記選択的接触還元触媒の特性の上昇曲線との交点によって得られる設定温度を記憶する記憶部と、前記排気温度センサからの検出温度と、前記記憶部に記憶した設定温度とを比較し、前記検出温度が前記設定温度よりも高い場合に、前記還元剤添加装置に還元剤噴射指令を出力する演算部とを備えたことを特徴とする。

更に、第３の発明は、第２の初径において、前記選択的接触還元触媒の下流にＮＯｘセンサを更に設け、前記制御手段は、前記記憶部に記憶した規制値と、前記ＮＯｘセンサから検出したＮＯｘ濃度とを比較し、前記検出ＮＯｘ濃度が前記規制値以下の場合に、前記還元剤添加装置に還元剤噴射終了指令を出力する演算部を備えたことを特徴とする。

また、第４の発明は、第１乃至第３の発明のいずれかにおいて、前記選択的接触還元触媒の下流にさらに酸化触媒を設けたことを特徴とする。

更に、第５の発明は、第１乃至第４の発明のいずれかにおいて、前記還元剤添加装置は、尿素水溶液、アンモニア水溶液、及び液体アンモニアのいずれかを還元剤として供給することを特徴とする。

本発明によれば、排気通路の上流側から順にＤＰＦ、ＮＯｘ浄化触媒、ＳＣＲ触媒を設け、低温域のＮＯｘをＮＯｘ浄化触媒で浄化し、高温域のＮＯｘのみをＳＣＲ触媒で浄化するので、ＳＣＲ触媒用の還元剤である尿素水溶液の使用量を減らすことができ、還元剤を再補充する回数を減らすことができる。この結果、そのメンテナンス性が向上すると共に使い勝手がよく、高いＮＯｘ浄化率で排気ガス中のＮＯｘを浄化できる建設機械の内燃機関における排気ガス浄化システムを提供することができる。

本発明の建設機械の内燃機関における排気ガス浄化システムの一実施の形態を示すシステム構成図である。 本発明の建設機械の内燃機関における排気ガス浄化システムの一実施の形態を構成するＮＯｘ浄化触媒とＳＣＲ触媒のＮＯｘ浄化率を示す特性図である。 本発明の建設機械の内燃機関における排気ガス浄化システムの一実施の形態の制御内容を示すフローチャート図である。 本発明の建設機械の内燃機関における排気ガス浄化システムの一実施の形態の還元剤噴射制御内容を示すフローチャート図である。

以下に、本発明の建設機械の内燃機関における排気ガス浄化システムの一実施の形態を図面を用いて説明する。図１は本発明の建設機械の内燃機関における排気ガス浄化システムの一実施の形態を示すシステム構成図である。

図１において、１はエンジン、２はエンジンの排気通路に連設された排気ガス浄化装置を示している。エンジン１は各気筒共通のコモンレール３を備えている。コモンレール３に蓄えられた高圧の燃料（軽油）は、各気筒に設けられたインジェクタ４に供給され、各インジェクタ４からそれぞれの気筒内に噴射されている。

吸気通路５にはターボチャージャ６が装備されていて、図示しないエアクリーナから吸入された吸気は、吸気通路５からターボチャージャ６のコンプレッサ６ａへと流入し、コンプレッサ６ａで過給された吸気はインタークーラ７及び吸気制御弁８を介して吸気マニホールド９に導入されている。

一方、エンジン１からの排気は、排気マニホールド１０及びターボチャージャ６のタービン６ｂを介して排気管１１に流入している。排気マニホールド１０と吸気マニホールド９との間には、ＥＧＲ弁１２を介して連通するＥＧＲ通路１３が設けられている。排気管１１の一端側はターボチャージャ６のタービン６ｂの吐出側に接続され、排気管１１の他端側は排気ガス浄化装置２の一端側に接続されている。また、タービン６ｂの回転軸はコンプレッサ６ａの回転軸と連結されている。排気管１１に流入する排気が、タービン６ｂの図示しないタービン翼に衝突し、タービン６ｂとコンプレッサ６ａとを駆動している。

排気ガス浄化装置２は、排気通路の上流から順に前段酸化触媒２０、排気ガスに含まれるＰＭを捕集するＤＰＦ２１、ＮＯｘ浄化触媒２２、ＳＣＲ触媒２３、後段酸化触媒２４より構成される。

前段酸化触媒２０は、排気中のＮＯを酸化させてＮＯ_２を生成し、このＮＯ_２を酸化剤としてＤＰＦ２１に供給するものである。また、ＤＰＦ２１は、ハニカム型のコージェライト担体からなる。

このように前段酸化触媒２０とＤＰＦ２１とを配置することにより、ＤＰＦ２１に捕集され堆積しているＰＭは、前段酸化触媒２０から供給されたＮＯ_２と反応して酸化し、ＤＰＦ２１の連続再生が行われるようになっている。このＮＯ_２は、Ｏ_２よりエネルギー障壁が小さいため、低い温度でＤＰＦ２１に捕集されたＰＭを酸化除去できるという特徴がある。

前段酸化触媒２０とＤＰＦ２１との間には、ＤＰＦ２１の入口側の排気温度を検出する排気温度センサ（ＤＰＦ入口）４０と、ＤＰＦ２１前後の排気差圧を検出する排気差圧センサ４２とが設けられている。排気差圧センサ４２によって検出された排気差圧は、ＤＰＦ２１の詰まり具合を判断するデータとして用いられている。

ＮＯｘ浄化触媒２２は排気ガスの一酸化炭素（ＣＯ）を還元剤に用いて、排気ガスのＮＯｘを還元浄化する触媒である。排気ガスに含まれるＣＯを利用するため、還元剤コストがかからないというメリットがある。例えば、イリジウムを酸化タングステン及びシリカからなる複合体に担持したことからなることを特徴とする一酸化炭素による窒素酸化物を選択的に還元する還元用触媒などが知られている。本実施の形態において、ＮＯｘ浄化触媒２２の上流側と下流側には、ＮＯｘの濃度を検出するＮＯｘセンサ（ＮＯｘ浄化触媒上流）４３とＮＯｘセンサ（ＳＣＲ触媒上流）４４とが設けられている。

ＳＣＲ触媒２３の上流には、後述する尿素水溶液を噴射供給する噴射ノズル５５と入口側の排気温度を検出する排気温度センサ（ＳＣＲ触媒入口）４５とが設けられている。噴射ノズル５５は還元剤噴射装置５４に接続されている。噴射ノズル５５から噴射された尿素水溶液は、排気熱により熱分解又は加水分解してアンモニアとなり、ＳＣＲ触媒２３に供給される。また、ＳＣＲ触媒２３の下流には、下流側のＮＯｘの濃度を検出するＮＯｘセンサ（ＳＣＲ触媒下流）４６が設けられている。

ＳＣＲ触媒２３は供給されたアンモニアを吸着し、吸着したアンモニアと排気中のＮＯｘとの脱硝反応を促進することにより、ＮＯｘを浄化して無害なＮ_２とする。

例えば、還元剤の過剰供給又は急激な温度変化により、ＮＯｘと反応せずにＳＣＲ触媒２３から流出したアンモニア（アンモニアスリップ）は、後段酸化触媒２４によって酸化され、Ｎ_２またはＮＯｘとなる。ここで生成されるＮＯｘは更に後段酸化触媒２４に流入するアンモニアと反応してＮ_２になる。したがって、後段酸化触媒２４に流入するアンモニアは無害なＮ_２となって大気中に放出されるようになっている。

尿素水溶液を貯蔵する還元剤貯蔵タンク５０は、尿素水溶液の残量を検出する還元剤レベルセンサ５６と、尿素水溶液の濃度を検出する還元剤濃度センサ５７とを備えていて、それぞれの検出信号が後述のＤＣＵ７０に入力されている。

ポンプ５１は、尿素水溶液を還元剤貯蔵タンク５０から吸引して、噴射ノズル５５まで圧縮供給している。

還元剤制御弁５２の開度が後述のＤＣＵ７０により制御されることにより、圧縮された尿素水溶液が、還元剤供給配管５３と還元剤噴射装置５４とを介して噴射ノズル５５から排気ガス中に噴射されている。還元剤添加装置は、ポンプ５１、還元剤制御弁５２、還元剤供給配管５３、還元剤噴射装置５４及び噴射ノズル５５を備えている。

ＥＣＵ６０は、エンジン１の運転制御をはじめとして総合的な制御を行うための制御装置であり、各種手順を実行する演算部（ＣＰＵ）と、予め各種設定値を記憶する記憶部（メモリ）と、入出力装置等を備えるコントローラユニットで構成され、様々な制御量の演算を行うと共に、その制御量に基づき各種デバイスの制御を行っている。

ＥＣＵ６０の入力側には、各種制御に必要な情報を収集するため、上述した排気温度センサ（ＤＰＦ入口）、排気差圧センサ４２、ＮＯｘセンサ（ＳＣＲ触媒上流）４４、ＮＯｘセンサ（ＳＣＲ触媒下流）４６、排気温度センサ（ＳＣＲ触媒入口）４５のほか、エンジン回転数を検出する回転速度センサ４７などの各種センサ類が接続されていて、出力側には演算した制御量に基づき制御が行われる各気筒のインジェクタ４、吸気制御弁８及びＥＧＲ弁１２などの各種デバイス類が接続されている。

ＤＣＵ７０は、還元剤噴射制御を行うための制御装置であり、ＥＣＵ６０と同様のコントローラユニットで構成されている。ＤＣＵ７０の入力側には、上述した還元剤レベルセンサ５６、還元剤濃度センサ５７などの各種センサ類が接続されていて、出力側には演算した制御量に基づき制御が行われる還元剤制御弁５２などの各種デバイス類が接続されている。

制御の大略としては、まず、排気温度センサ（ＳＣＲ触媒入口）４５で検出された排気温度と予め設定された還元剤噴射開始温度Ｔｓとを比較し、排気温度がＴｓ以上の場合に、以下の制御が開始される。ＮＯｘセンサ（ＳＣＲ触媒上流）４４によって検出されたＮＯｘ濃度と還元剤濃度センサ５７によって検出された還元剤濃度に基づき、エンジン１から排出されるＮＯｘをＳＣＲ触媒２３で選択的還元するために必要な還元剤供給量を算出する。次に、算出した還元剤供給量が確保されるように、還元剤制御弁５２の開度を制御している。

ＤＣＵ７０とＥＣＵ６０とはＣＡＮ通信で繋がっていて、エンジン側の情報（例えば、ＮＯｘセンサ、温度センサ、回転センサの各検出信号）がＥＣＵ６０を通じてＤＣＵ７０に提供される。また、例えば、還元剤の残量、還元剤の噴射量、還元剤の濃度等の選択的還元触媒に関する情報もＤＣＵ７０を通じてＥＣＵ６０に提供される。なお、ＣＡＮとは、Controller Area Networkの略称であって、車載向けの多重通信に使用されるリアルタイム・アプリケーション向けのシリアル通信をいう。

次に、ＤＣＵ７０における還元剤噴射開始温度Ｔｓの設定について、図１及び図２を用いて説明する。図２は本発明の建設機械の内燃機関における排気ガス浄化システムの一実施の形態を構成するＮＯｘ浄化触媒とＳＣＲ触媒のＮＯｘ浄化率を示す特性図である。

図２において、横軸は触媒温度、縦軸はＮＯｘ浄化率を示す。ＮＯｘ浄化触媒２２の特性Ａは、比較的低温域においてＮＯｘ浄化率が高く、高音域ではＮＯｘ浄化率が低くなっている。一方、ＳＣＲ触媒２３の特性Ｂは、加水分解及び接触的選択反応の関係から、比較的高温域でＮＯｘ浄化率が高く、低温域ではＮＯｘ浄化率が低くなっている。図２において、ＮＯｘ浄化触媒２２の特性Ａの下降曲線と、ＳＣＲ触媒２３の特性Ｂの上昇曲線との交点部の温度をＴａで示している。

一方、図１に示すように、ＮＯｘ浄化触媒２２の上流側には、前段酸化触媒２０が配置されている。ＮＯｘ浄化触媒２２は、排気ガスの一酸化炭素（ＣＯ）を還元剤に用いるものである。したがって、例えば、排気ガスの温度が、前段酸化触媒２０の活性化温度Ｔｂ以上である場合には、排気ガスのＣＯが前段酸化触媒２０で酸化されてしまい、ＮＯｘ浄化触媒２２における還元剤が不足し、ＮＯｘ浄化率が低減してしまう。

このため、還元剤噴射開始温度Ｔｓは、ＮＯｘ浄化触媒２２の特性Ａの下降曲線とＳＣＲ触媒２３の特性Ｂの上昇曲線との交点部の温度Ｔａと、前段酸化触媒２０の活性化温度Ｔｂとを比較して、いずれか低い方の温度に設定している。具体的には、例えば、ＤＣＵ７０を構成する記憶部（メモリ）に上述した温度Ｔａと前段酸化触媒２０の活性化温度Ｔｂとが、記憶され、演算部において、還元剤噴射開始温度Ｔｓが設定されている。このように、還元剤噴射開始温度Ｔｓを設定し、ＳＣＲ触媒２３の前にＮＯｘ浄化触媒２２を配置することにより、設定温度Ｔｓ以下の低温域では、排気ガス中の一酸化炭素（ＣＯ）が前段酸化触媒２０に酸化されずにＮＯｘ浄化触媒２２でＮＯｘを浄化できる。設定温度Ｔｓ以上の高温域のみＳＣＲ触媒２３用の還元剤である尿素水溶液を供給するので還元剤の使用量を減らすことでき、還元剤を補充する間隔を延ばすことができる。

次に、上述した本発明の建設機械の内燃機関における排気ガス浄化システムの一実施の形態の制御内容を図３及び図４を用いて説明する。図３は本発明の建設機械の内燃機関における排気ガス浄化システムの一実施の形態の制御内容を示すフローチャート図、図４は本発明の建設機械の内燃機関における排気ガス浄化システムの一実施の形態の還元剤噴射制御内容を示すフローチャート図である。図３及び図４において図１及び図２に示す符号と同符号のものは、同一部分であるので、その詳細な説明は省略する。

まず、排気ガス浄化システムの一実施の形態の制御内容を説明する。
エンジン１の起動と共にフローチャートのスタートの信号が確立する。ステップ（Ｓ１１）では、ＰＭ捕集量の計算が行われる。具体的には、エンジン１の回転数、負荷及び稼働時間などから、ＰＭ量を算出し、このＰＭ算出量の累積からＰＭ捕集量を計算する。または、ＤＰＦ２１前後の排気差圧を計測する排気差圧センサ４２の検出信号からＰＭ捕集量を計算する。

次のステップ（Ｓ１２）では、ＤＰＦ２１の再生を行うか否かを判断する。具体的には、ステップ（Ｓ１１）で計算したＰＭ捕集量と設定値との比較を行い、ＰＭ捕集量が設定値以上の場合には、ＹＥＳと判断され再生制御が必要であるとしてステップ（Ｓ１３）に移る。また、ＰＭ捕集量が設定値以下の場合には、ＮＯと判断されステップ（Ｓ１６）に移る。

ステップ（Ｓ１３）では、ＰＭ再生制御が開始される。ＤＰＦ２１に捕集されたＰＭの増加に伴い、排気抵抗が増加すると、燃費が悪化するなどエンジン性能に悪影響を与えるので、溜まったＰＭを再生する必要がある。具体的には、排気温度センサ（ＤＰＦ入口）４０の検出値である排気温度に基づいて、ポスト噴射等の多段噴射で再生用の燃料噴射制御を行い、急激なＰＭの燃焼を防止することにより、ＤＰＦ２１の溶損などを防いでいる。

ステップ（Ｓ１４）では、ＰＭ再生制御の終了を判断する。具体的には、排気差圧センサ４２の検出信号とタイマの値（再生時間）に基づきＰＭ再生制御終了を判断する。例えば、２０分再生燃焼を行い、排気差圧センサ４２の検出値が設定値より小さい場合には、ＹＥＳと判断されＰＭ再生制御が終了したとしてステップ（Ｓ１５）に移る。また、排気差圧センサ４２の検出値が設定値より大きい場合には、ＮＯと判断されステップ（Ｓ１３）に戻りＰＭ再生制御が継続される。

ステップ（Ｓ１５）では、再生制御が終了となり、ステップ（Ｓ１１）に戻る。なお、ＰＭ再生制御が終了後、例えば、排気差圧センサ４２の検出値の累積計算や、再生時間のタイマをリセットする。

ステップ（Ｓ１２）において、ＤＰＦ２１の再生不要と判断されて移ったステップ（Ｓ１６）では、ＮＯｘ濃度が計測される。具体的には、ＮＯｘセンサ（ＮＯｘ浄化触媒上流）４３でＮＯｘ濃度を検出する。

ステップ（Ｓ１７）では、ステップ（Ｓ１６）で計測したＮＯｘ濃度が規制値以内か否かを判断する。計測したＮＯｘ濃度が規制値以内の場合には、ＹＥＳと判断されステップ（Ｓ１１）に戻り、規制値以上の場合には、ＮＯと判断されステップ（Ｓ１８）に移る。

ステップ（Ｓ１８）では、排気ガス温度が上述した設定値である還元剤噴射開始温度Ｔｓ以下か否かが判断される。具体的には、排気温度センサ（ＤＰＦ入口）４０から検出される排気ガス温度と、還元剤噴射開始温度Ｔｓとの比較を行い、排気ガス温度が設定値Ｔｓ以下の場合には、ＹＥＳと判断され還元剤噴射が不要であるとしてステップ（Ｓ１９）に移る。また、排気ガス温度が設定値Ｔｓ以上の場合には、ＮＯと判断されステップ（Ｓ２０）に移る。

ステップ（Ｓ１９）では、還元剤噴射制御を行わずにステップ（Ｓ１１）に戻る。

ステップ（Ｓ２０）では、後述する還元剤噴射制御が開始される。

ステップ（Ｓ２１）では、ＮＯｘ濃度が規制値以内か否かを判断する。具体的には、ＮＯｘセンサ（ＳＣＲ触媒下流）４６で検出したＮＯｘ濃度と規制値とを比較する。計測したＮＯｘ濃度が規制値以内の場合には、ＹＥＳと判断されステップ（Ｓ２２）に移り還元剤噴射制御を終了し、規制値以上の場合には、ＮＯと判断されステップ（Ｓ２０）に戻り、還元材噴射制御を続ける。

ステップ（Ｓ２２）では、還元剤噴射制御を終了しステップ（Ｓ１１）に戻る。

次に、排気ガス浄化システムの一実施の形態の還元剤噴射制御内容を説明する。ＤＣＵ７０が、主に、還元剤噴射制御を行うが、上述したように、ＥＣＵ（６０とＤＣＵ７０とはシリアル通信で繋がっていて、エンジン側の情報（例えば、ＮＯｘセンサ、温度センサ、回転センサの各検出信号）がＥＣＵ６０を通じてＤＣＵ７０に提供され、選択的還元触媒に関する情報（例えば、還元剤の残量、還元剤の噴射量、還元剤の濃度等の検出信号）もＤＣＵ７０を通じてＥＣＵ６０に提供されている。

ステップ（Ｓ３１）では、排気ガス中のＮＯｘ濃度を計算する。具体的には、ＮＯｘセンサ（ＳＣＲ触媒上流）４４で検出したＮＯｘ濃度をＥＣＵ５０から取得する。

ステップ（Ｓ３２）では、還元剤の濃度測定を行う。具体的には、尿素水溶液を貯蔵する還元剤貯蔵タンク５０に設けられた還元剤濃度センサ５７で検出された尿素水溶液の濃度を検出する。

ステップ（Ｓ３３）では、還元剤噴射量の設定が行われる。具体的には、ステップ（Ｓ３１）とステップ（Ｓ３２）で得られたＮＯｘ濃度と還元剤の濃度に基づき、次の化学反応式より還元剤噴射量を設定する。尿素水溶液が次の反応式化１、及び化２によりアンモニアに分解する。そして、アンモニアは、高温域では主に反応式化３により、ＳＣＲ触媒内でＮＯｘと反応して、Ｎ_２とＨ_２Ｏを生成する。

ステップ（Ｓ３４）では、還元剤噴射が開始される。具体的には、還元剤貯蔵タンク５０からの還元剤である尿素水溶液をポンプ５１により圧縮供給し、還元剤制御弁５２の開度を制御することで、還元剤噴射量を制御している。還元剤制御弁５２により制御された尿素水溶液が、還元剤供給配管５３と還元剤噴射装置５４とを介して噴射ノズル５５から排気ガス中に噴射されている。

ステップ（Ｓ３５）では、ＮＯｘ濃度が規制値以内か否かを判断する。具体的には、ＮＯｘセンサ（ＳＣＲ触媒下流）４６で検出したＮＯｘ濃度と規制値とを比較する。計測したＮＯｘ濃度が規制値以内の場合には、ＹＥＳと判断されステップ（Ｓ３６）に移り還元剤噴射制御を終了し、規制値以上の場合には、ＮＯと判断されステップ（Ｓ３４）に戻り、還元材噴射制御を続ける。

ステップ（Ｓ３６）では、還元剤噴射制御を終了する。具体的には、還元剤制御弁５２を閉止することで、還元剤噴射を終了させる。

上述した本発明の一実施の形態によれば、排気通路の上流側から順にＤＰＦ２１、ＮＯｘ浄化触媒２２、ＳＣＲ触媒２３を設け、低温域のＮＯｘをＮＯｘ浄化触媒２２で浄化し、高温域のＮＯｘのみをＳＣＲ触媒２３で浄化するので、ＳＣＲ触媒２３用の還元剤である尿素水溶液の使用量を減らすことができ、還元剤を再補充する回数を減らすことができる。この結果、そのメンテナンス性が向上すると共に使い勝手がよく、高いＮＯｘ浄化率で排気ガス中のＮＯｘを浄化できる建設機械の内燃機関における排気ガス浄化システムを提供することができる。

また、上述の一実施の形態によれば、ＤＰＦ２１におけるＰＭ燃焼の際の一部排気熱を前段のＮＯｘ浄化触媒２２が吸収するので、ＳＣＲ触媒２３の熱劣化を防止することができる。

さらに、上述の一実施の形態によれば、ＳＣＲ触媒２３の下流に後段酸化触媒２４を配置しているので、ＳＣＲ触媒２３において、還元剤の過剰供給又は急激な温度変化により、ＳＣＲ触媒２３上でＮＯｘ還元に使用されず下流に流出したアンモニアガスを下流の後段酸化触媒２４で酸化でき、アンモニアガスの大気中の放出を防止できる。また、強制再生でのＰＭ燃焼の際に生じるＣＯ、ＨＣも下流の後段酸化触媒２４により酸化できる。

また、上述の一実施の形態によれば、ＳＣＲ触媒２３の前にＮＯｘ浄化触媒２２を配置することにより、設定温度Ｔｓ以下の低温域では、排気ガス中の一酸化炭素（ＣＯ）が前段酸化触媒２０に酸化されずにＮＯｘ浄化触媒２２でＮＯｘを浄化できる。設定温度Ｔｓ以上の高温域のみＳＣＲ触媒２３用の還元剤である尿素水溶液を供給するので還元剤の使用量を減らすことでき、還元剤補充する間隔を延ばすことができる。また、小さい還元剤貯蔵タンク５０を使用することが可能になり、製造段階における設計上の自由度が増加し、メンテナス性も向上する。

更に、上述の一実施の形態によれば、排気ガスの一酸化炭素（ＣＯ）を還元剤に用いて、排気ガスの窒素酸化物（ＮＯｘ）を還元浄化するＮＯｘ浄化触媒２２を使用しているので、還元剤コストがかからないというメリットがある。また、例えば、特許文献２に開示された排気ガスの浄化装置のように、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒のＮＯｘ吸蔵能力を回復させるためのＮＯｘ再生燃焼運転を行う必要がないので、燃費が悪化しないというメリットがある。

なお、本発明の実施の形態においては、排気ガス浄化システムのＳＣＲ触媒２３の還元剤として尿素水溶液を例に説明したが、これに限られるものではなく、アンモニア水溶液や液体アンモニアであってもよい。これにより、比較的容易にアンモニア（ＮＨ_３）をＳＣＲ触媒２３へ供給できる。

１ エンジン
２ 排気ガス浄化装置
３ コモンレール
４ インジェクタ
５ 吸気通路
６ ターボチャージャ
７ インタークーラ
８ 吸気制御弁
９ 吸気マニホールド
１０ 排気マニホールド
１１ 排気管
１２ ＥＧＲ弁
２０ 前段酸化触媒
２１ ＤＰＦ
２２ ＮＯｘ浄化触媒
２３ ＳＣＲ触媒
２４ 後段酸化触媒
４０ 排気温度センサ（ＤＰＦ入口）
４２ 排気差圧センサ
４３ ＮＯｘセンサ（ＮＯｘ浄化触媒上流）
４４ ＮＯｘセンサ（ＳＣＲ触媒上流）
４５ 排気温度センサ（ＳＣＲ触媒入口）
４６ ＮＯｘセンサ（ＳＣＲ触媒下流）
５０ 還元剤貯蔵タンク
５１ ポンプ
５２ 還元剤制御弁
５３ 還元剤供給配管
５４ 還元剤噴射装置
５５ 噴射ノズル
５７ 還元剤濃度センサ
６０ ＥＣＵ
７０ ＤＣＵ

Claims (5)

1. ディーゼルエンジンと、
   酸化触媒と、
   排気ガス中に含まれる粒子状物質を捕集するＤＰＦと、
   排気ガス中の一酸化炭素を還元剤に用いて、排気ガスの窒素酸化物を還元浄化するＮＯｘ浄化触媒と、
   選択的接触還元触媒とを備えた建設機械の内燃機関における排気ガス浄化システムであって、
   前記エンジンの排気通路に上流から順に設けた前記酸化触媒、前記ＤＰＦ、前記ＮＯｘ浄化触媒、前記選択的接触還元触媒と、
   前記選択的接触還元触媒の上流に設けた還元剤添加装置と、
   前記ＤＰＦの上流側に設けた排気温度センサと、
   前記排気温度センサから検出温度を取り込み、この検出温度が予め設定した設定温度よりも高い場合に、前記還元剤添加装置に還元剤噴射指令を出力する制御手段とを備えた
   ことを特徴とする建設機械の内燃機関における排気ガス浄化システム。
2. 請求項１記載の建設機械の内燃機関における排気ガス浄化システムにおいて、
   前記制御手段は、触媒温度とＮＯｘ浄化率の関係に基づく前記ＮＯｘ浄化触媒の特性の下降曲線と、触媒温度とＮＯｘ浄化率の関係に基づく前記選択的接触還元触媒の特性の上昇曲線との交点によって得られる設定温度を記憶する記憶部と、
   前記排気温度センサからの検出温度と、前記記憶部に記憶した設定温度とを比較し、前記検出温度が前記設定温度よりも高い場合に、前記還元剤添加装置に還元剤噴射指令を出力する演算部とを備えた
   ことを特徴とする建設機械の内燃機関における排気ガス浄化システム。
3. 請求項２に記載の建設機械の内燃機関における排気ガス浄化システムにおいて、
   前記選択的接触還元触媒の下流にＮＯｘセンサを更に設け、
   前記制御手段は、前記記憶部に記憶した規制値と、前記ＮＯｘセンサから検出したＮＯｘ濃度とを比較し、前記検出ＮＯｘ濃度が前記規制値以下の場合に、前記還元剤添加装置に還元剤噴射終了指令を出力する演算部を備えた
   ことを特徴とする建設機械の内燃機関における排気ガス浄化システム。
4. 請求項１乃至３のいずれか１項に記載の建設機械の内燃機関における排気ガス浄化システムにおいて、
   前記選択的接触還元触媒の下流にさらに酸化触媒を設けた
   ことを特徴とする建設機械の内燃機関における排気ガス浄化システム。
5. 請求項１乃至４のいずれか１項に記載の建設機械の内燃機関における排気ガス浄化システムにおいて、
   前記還元剤添加装置は、尿素水溶液、アンモニア水溶液、及び液体アンモニアのいずれかを還元剤として供給する
   ことを特徴とする建設機械の内燃機関における排気ガス浄化システム。

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