JP2013124608A - Exhaust emission control device of internal combustion engine - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an exhaust emission control device that has proper purification performance by preventing wasteful exhaust of reducing gas such as ammonia produced from an urea aqueous solution and achieving acceleration of ammonia decomposition reaction and reductive reaction in an SCR catalyst.SOLUTION: An exhaust emission control device of an internal combustion engine (10), which has an NOx selective-reduction catalyst (36) provided in an exhaust passage (18), includes: an exhaust air reflux passage (44) which communicates between an upstream-side reflux gas exhaust port (46) and a reflux gas introduction port (42) provided on a downstream side of the NOx selective-reduction catalyst; a reflux control valve (48) for opening and closing the exhaust air reflux passage; and straightening means (40, 50 and 52) for straightening reflux gas in the exhaust air reflux passage.

Description

本発明は、内燃機関の排気通路にNO選択還元触媒が設けられ、該NO選択還元触媒の上流側に供給した還元剤溶液を分解してNHを生成し、前記NO選択還元触媒の触媒作用の元で排気ガス中に含まれるNOを該生成したNHと反応させて無害化する内燃機関の排気浄化装置の技術分野に関する。 The present invention, the NO X selective reducing catalyst provided in an exhaust passage of an internal combustion engine, to decompose the reducing agent solution supplied to the upstream side of the the NO X selective reducing catalyst to generate NH 3, and wherein the NO X selective reducing catalyst The present invention relates to a technical field of an exhaust gas purification device for an internal combustion engine that makes NO X contained in exhaust gas react with the generated NH 3 under the catalytic action of the above to make it harmless.

ディーゼルエンジンの排気ガス浄化方法として、尿素水溶液を用いたSCR(Selective Catalytic Reduction)システムが実用化されている。SCRシステムは、排気ガスに還元剤として尿素水溶液を噴射し、尿素水溶液中の尿素を排気ガスの保有熱を用いてアンモニアに分解する。   As a diesel engine exhaust gas purification method, an SCR (Selective Catalytic Reduction) system using an aqueous urea solution has been put into practical use. The SCR system injects a urea aqueous solution as a reducing agent into exhaust gas, and decomposes urea in the urea aqueous solution into ammonia using heat retained in the exhaust gas.

このアンモニアへの分解過程は、次の3段階の反応式からなる。尚、各ステップの反応に必要な温度は、排気の保有熱が利用される。
第1ステップ:CO(NHaq(尿素水溶液)→CO(NH(固体尿素)
<水の蒸発による固体尿素の生成;反応必要温度100℃以上>
第2ステップ:CO(NH(固体尿素)→HNCO(イソシアン酸)+NH3
<固体尿素の熱分解;反応必要温度130〜200℃>
第3ステップ:HNCO+HO→NH3+CO
<イソシアン酸の加水分解;反応必要温度200℃以上>
This decomposition process into ammonia consists of the following three-stage reaction formula. As the temperature required for the reaction in each step, the retained heat of the exhaust is used.
First step: CO (NH 2 ) 2 aq (urea aqueous solution) → CO (NH 2 ) 2 (solid urea)
<Production of solid urea by evaporation of water; reaction required temperature of 100 ° C. or higher>
Second step: CO (NH 2 ) 2 (solid urea) → HNCO (isocyanic acid) + NH 3
<Thermal decomposition of solid urea; reaction required temperature 130-200 ° C.>
Third step: HNCO + H 2 O → NH 3 + CO 2
<Hydrolysis of isocyanic acid; reaction required temperature of 200 ° C. or higher>

SCRシステムでは、尿素水溶液噴射部の下流側にSCR触媒が配設されており、排気ガス中に含まれるNOをSCR触媒に吸着し、アンモニアと還元反応させ、窒素と水に分解することで、NOの排出濃度を低減している(以下の反応式を参照)。
NO+NH3=NO+H
In the SCR system, an SCR catalyst is disposed on the downstream side of the urea aqueous solution injection section, and NO X contained in the exhaust gas is adsorbed on the SCR catalyst, and is subjected to a reduction reaction with ammonia and decomposed into nitrogen and water. (see the following reaction formula) you are reducing the exhaust concentration of NO X.
NO X + NH3 = NO 2 + H 2 O

ところで、ディーゼルエンジン搭載車には排気中の粒子状物質を除去するDPF(Diesel Particulate Filter)装置が設けられる場合がある。SCRシステムを車両の排気通路に設ける場合、SCR触媒の耐熱性や配置スペースを考慮して、一般的にDPF装置の下流側、且つ、車両の床下部に配置されることが多い。この場合、SCR触媒に到達する排気温度は低温となるが、一方で、上述したようにアンモニアへの分解反応には、一定温度以上(好ましくは200℃以上)が必要である。また、生成したアンモニアを用いてSCR触媒にて還元反応を行う際にも、触媒活性温度が必要である。そのため、始動時や低速・低負荷走行時等のような排気温度が低い状況下では、尿素水溶液のアンモニアへの分解反応やSCR触媒における還元反応が進み難い。その結果、噴射した尿素水溶液や、生成したアンモニアがそのまま触媒の下流側に排出されてしまい、尿素水溶液の消費量や浄化効率が低下してしまう場合がある。   By the way, a diesel engine mounted vehicle may be provided with a DPF (Diesel Particulate Filter) device that removes particulate matter in exhaust gas. When the SCR system is provided in the exhaust passage of the vehicle, it is generally arranged on the downstream side of the DPF device and on the lower floor of the vehicle in consideration of the heat resistance of the SCR catalyst and the arrangement space. In this case, the exhaust temperature reaching the SCR catalyst is low, but on the other hand, as described above, the decomposition reaction into ammonia requires a certain temperature or higher (preferably 200 ° C. or higher). Also, a catalytic activation temperature is required when a reduction reaction is performed with the SCR catalyst using the produced ammonia. For this reason, under a situation where the exhaust temperature is low, such as at the time of start-up or low speed / low load driving, the decomposition reaction of the urea aqueous solution into ammonia and the reduction reaction in the SCR catalyst are difficult to proceed. As a result, the injected urea aqueous solution and the generated ammonia are directly discharged to the downstream side of the catalyst, and the consumption amount and purification efficiency of the urea aqueous solution may be reduced.

排気温度を上昇させるために、ポスト噴射のような早期昇温運転を行うことも知られているが、燃費と排気性状の悪化要因となる。前述のように、SCR触媒の配置位置はエンジンから遠く、排気温度は大きく低下するため、SCR触媒上流側の排気温度を上昇させることは容易ではない。   In order to raise the exhaust gas temperature, it is also known to perform an early temperature raising operation such as post-injection, which causes deterioration of fuel consumption and exhaust properties. As described above, the disposition position of the SCR catalyst is far from the engine, and the exhaust temperature greatly decreases. Therefore, it is not easy to raise the exhaust temperature upstream of the SCR catalyst.

特許文献1には、この種のSCR触媒(選択還元型触媒)を用いた排気浄化装置の一例が開示されている。特許文献1では特に、SCR触媒の前段に酸化触媒が設けられており、該酸化触媒の上流側から分流された排気ガスが該酸化触媒の下流側に導入されるようにバイパス通路が設けられている。そして、該バイパス通路における流量を制御することにより、酸化触媒における過剰なNO生成を抑制して排気ガス中のNO/NO比が最適な1〜1.5の範囲となるようにし、NO浄化性能を向上させている。 Patent Document 1 discloses an example of an exhaust purification device using this type of SCR catalyst (selective reduction catalyst). In Patent Document 1, in particular, an oxidation catalyst is provided in front of the SCR catalyst, and a bypass passage is provided so that exhaust gas diverted from the upstream side of the oxidation catalyst is introduced downstream of the oxidation catalyst. Yes. Then, by controlling the flow rate in the bypass passage, excessive NO 2 generation in the oxidation catalyst is suppressed so that the NO / NO 2 ratio in the exhaust gas is in an optimal range of 1 to 1.5, and NO X purification performance is improved.

特許4267538号Japanese Patent No. 4267538

上記特許文献1ではNO/NO比の最適化を図ることによってNO浄化性能を向上している。しかしながら、やはり前述したように、SCR触媒の配置位置はエンジンから遠く、排気温度は大きく低下してしまう構成となっている。そのため、尿素水溶液のアンモニアへの分解反応やSCR触媒における還元反応の促進化が十分でないという問題点がある。特に尿素水溶液の分解反応により生成したアンモニアが未反応のまま排出されてしまうと、排出されたアンモニアが無駄になり、その分、尿素水溶液の消費量も増加してしまうため効率が悪い。 It has improved the NO X purification performance by optimizing the above-mentioned Patent Document 1, NO / NO 2 ratio. However, as described above, the arrangement position of the SCR catalyst is far from the engine, and the exhaust temperature is greatly reduced. Therefore, there is a problem that the decomposition reaction of the urea aqueous solution into ammonia and the promotion of the reduction reaction in the SCR catalyst are not sufficient. In particular, if ammonia generated by the decomposition reaction of the urea aqueous solution is discharged without being reacted, the discharged ammonia is wasted, and the consumption amount of the urea aqueous solution is increased correspondingly, resulting in poor efficiency.

本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、尿素水溶液から生成されたアンモニアなどの還元ガスが無駄に排出されることを防止すると共に、アンモニアの分解反応やSCR触媒における還元反応の促進を図ることによって、良好な浄化性能を有する排気浄化装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above problems, and prevents the reduction gas such as ammonia generated from the aqueous urea solution from being wasted, and promotes the decomposition reaction of ammonia and the reduction reaction in the SCR catalyst. An object of the present invention is to provide an exhaust purification device having good purification performance.

本発明に係る内燃機関の排気浄化装置は上記課題を解決するために、内燃機関の排気通路にNO選択還元触媒が設けられ、該NO選択還元触媒の上流側に供給した還元剤溶液を分解してNHを生成し、前記NO選択還元触媒の触媒作用の元で排気ガス中に含まれるNOを該生成したNHと反応させて無害化する内燃機関の排気浄化装置において、前記NO選択還元触媒の下流側に設けられた還流ガス導入口から、前記NO選択還元触媒を迂回して、該NO選択還元触媒の上流側に設けられた還流ガス排出口に通ずる排気還流通路と、前記NO選択還元触媒の下流側と前記排気還流通路との間を開閉する還流制御弁と、前記排気還流通路において前記還流ガス導入口から導入された排気ガスが前記還流ガス排出口に向かって流れるように整流する整流手段とを備えたことを特徴とする。 For exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the present invention is to solve the above problems, the NO X selective reducing catalyst provided in an exhaust passage of an internal combustion engine, the reducing agent solution supplied to the upstream side of the the NO X selective reducing catalyst decomposed to generate NH 3, in an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine to harmless is reacted with NH 3 produced the the NO X contained in the exhaust gas under the catalytic action of the the NO X selective reducing catalyst, exhaust from the NO X recirculated gas inlet port provided on the downstream side of the selective reduction catalyst, said bypassing the NO X selective reducing catalyst, leading to the the NO X selective recirculation gas discharge port provided on the upstream side of the reduction catalyst A recirculation passage, a recirculation control valve that opens and closes between the downstream side of the NO X selective reduction catalyst and the exhaust recirculation passage, and exhaust gas introduced from the recirculation gas inlet in the exhaust recirculation passage At the exit And rectifying means for rectifying so as to flow in the direction.

本発明によれば、NO選択還元触媒の上流側及び下流側における圧力差を利用して、NO選択還元触媒から下流側に排出されたNHを、排気還流通路を介してNO選択還元触媒の上流側に還流させる。これにより、排気ガス中に含まれるNHが外部に排出されて無駄になることがない。このようにNHを有効に再利用することにより、NO選択還元触媒におけるNO浄化効率を向上できると共に、還元剤溶液の消費量を低減することができる。 According to the present invention, by utilizing the pressure difference between the upstream side and the downstream side of the NO X selective reducing catalyst, the NH 3 discharged downstream from the NO X selective reducing catalyst, the NO X selective through the exhaust gas recirculation passage Reflux to the upstream side of the reduction catalyst. Thereby, NH 3 contained in the exhaust gas is not discharged to the outside and is not wasted. By thus effectively reused NH 3, and it is possible to improve the NO X purification efficiency in the NO X selective reducing catalyst, it is possible to reduce the consumption of the reducing agent solution.

好ましくは、前記整流手段は、前記排気還流通路を流れる還流ガスの逆流を防止する逆止弁を備えてなるとよい。NO選択還元触媒の上流側及び下流側間の圧力差は、排気通路の脈動効果によって変動する。そのため、条件によってはNO選択還元触媒の上流側が下流側に比べて圧力が高くなる場合があり、排気還流通路を流れる還流ガスが、還流ガス排出口から還流ガス導入口に向かって逆流することがありえる。本態様では、排気還流通路に逆止弁を備えることによって、このような逆流を防止して、還流ガスを還流ガス導入口から還流ガス排出口に向かって確実に導入することができる。 Preferably, the rectifying means may include a check valve for preventing a backflow of the reflux gas flowing through the exhaust gas recirculation passage. The pressure difference between the upstream side and the downstream side of the NO X selective reduction catalyst varies depending on the pulsation effect of the exhaust passage. Therefore, depending on the conditions, the pressure on the upstream side of the NO X selective reduction catalyst may be higher than that on the downstream side, and the reflux gas flowing through the exhaust gas recirculation passage may flow backward from the recirculation gas discharge port toward the recirculation gas introduction port. There can be. In this aspect, by providing a check valve in the exhaust gas recirculation passage, such a back flow can be prevented and the recirculation gas can be reliably introduced from the recirculation gas inlet to the recirculation gas outlet.

また、前記整流手段は、前記還流ガス導入口より下流側に設けられ、該排気通路における排気ガスの流量を調整することによって、前記NO選択還元触媒の下流側における排気ガス圧力を制御する圧力制御弁を備えてもよい。この態様では、圧力制御弁の開度を制御することによって、NO選択還元触媒の下流側における圧力を制御できる。これにより、NO選択還元触媒の上流側及び下流側間の圧力差の大きさを調整し、排気還流通路への還流ガスの導入量を制御することができる。 The rectifying means is provided downstream of the recirculation gas inlet, and controls the exhaust gas pressure downstream of the NO X selective reduction catalyst by adjusting the flow rate of the exhaust gas in the exhaust passage. A control valve may be provided. In this aspect, the pressure on the downstream side of the NO X selective reduction catalyst can be controlled by controlling the opening degree of the pressure control valve. Thereby, the magnitude of the pressure difference between the upstream side and the downstream side of the NO X selective reduction catalyst can be adjusted, and the amount of the reflux gas introduced into the exhaust gas recirculation passage can be controlled.

また、前記整流手段は、前記排気還流通路において前記還流ガス導入口から導入された排気ガスを前記還流ガス排出口に向かって圧送する圧送ポンプを備えてもよい。この態様では、排気還流通路を流れる還流ガスを圧送ポンプによって直接圧送することができるので、より確実に排気還流通路への還流ガスの導入量を調整することができる。   The rectifying means may include a pressure pump that pumps exhaust gas introduced from the recirculation gas introduction port toward the recirculation gas discharge port in the exhaust recirculation passage. In this aspect, since the recirculation gas flowing through the exhaust gas recirculation passage can be directly pumped by the pressure pump, the amount of recirculation gas introduced into the exhaust gas recirculation passage can be adjusted more reliably.

また、前記還流ガス排出口は前記還元剤供給口より下流側に設けられているとよい。この態様によれば、排気ガスの流れによって運ばれる還元剤供給口より噴霧された還元剤溶液に対して、還流ガス排出口から供給された還流ガスを良好に分散することができる。   The reflux gas discharge port may be provided on the downstream side of the reducing agent supply port. According to this aspect, the recirculation gas supplied from the recirculation gas discharge port can be well dispersed with respect to the reductant solution sprayed from the reductant supply port carried by the flow of the exhaust gas.

また、前記還流ガス排出口から供給される還流ガスは、前記NO選択還元触媒の上流側排気通路を流れる排気ガスの進行方向とは逆方向に向かって供給されるとよい。この態様によれば、還流ガス排出口から供給された還流ガスが、排気通路を流れる排気ガスと良好に撹拌できる。 Further, the recirculation gas supplied from the recirculation gas discharge port may be supplied in a direction opposite to a traveling direction of the exhaust gas flowing through the upstream side exhaust passage of the NO X selective reduction catalyst. According to this aspect, the recirculation gas supplied from the recirculation gas discharge port can be well agitated with the exhaust gas flowing through the exhaust passage.

また、前記排気還流通路に導入された還流ガスを加熱する第1の加熱手段を更に備えるとよい。この態様によれば、還流ガスを昇温することにより、NO選択還元触媒に供給される排気ガス温度を高め、NO選択還元触媒における還元反応を促進することができる。 Further, it is preferable to further include a first heating means for heating the reflux gas introduced into the exhaust gas recirculation passage. According to this embodiment, by heating the recirculation gas to increase the exhaust gas temperature to be supplied to the NO X selective reducing catalyst, it is possible to promote the reduction reaction in the NO X selective reducing catalyst.

また、前記NO選択還元触媒を加熱するための第2の加熱手段を更に備えるとよい。NO選択還元触媒の上流側入口部やその付近の排気通路には、尿素水溶液が固着して形成されたデポジットが堆積しやすい。この態様によれば、第2の加熱手段によって固着したデポジットを加熱して昇華することによりデポジットを除去できると共に、NHを生成することができる。そして、この生成されたNHを、排気還流通路を介してNO選択還元触媒の上流側に再度供給することにより、浄化効率を効率的に向上させることができる。 Also, it may further comprise a second heating means for heating the the NO X selective reducing catalyst. Deposits formed by the urea aqueous solution adhering to the upstream inlet portion of the NO X selective reduction catalyst and the exhaust passage in the vicinity thereof tend to accumulate. According to this aspect, the deposit fixed by the second heating means can be heated and sublimated to remove the deposit and to generate NH 3 . Then, the generated NH 3 is supplied again to the upstream side of the NO X selective reduction catalyst via the exhaust gas recirculation passage, whereby the purification efficiency can be improved efficiently.

本発明によれば、NO選択還元触媒の上流側及び下流側における圧力差を利用して、NO選択還元触媒から下流側に排出されたNHを、排気還流通路を介してNO選択還元触媒の上流側に還流させる。これにより、排気ガス中に含まれるNHが外部に排出されて無駄になることがない。このようにNHを有効に再利用することにより、NO選択還元触媒におけるNO浄化効率を向上できると共に、還元剤溶液の消費量を低減することができる。 According to the present invention, by utilizing the pressure difference between the upstream side and the downstream side of the NO X selective reducing catalyst, the NH 3 discharged downstream from the NO X selective reducing catalyst, the NO X selective through the exhaust gas recirculation passage Reflux to the upstream side of the reduction catalyst. Thereby, NH 3 contained in the exhaust gas is not discharged to the outside and is not wasted. By thus effectively reused NH 3, and it is possible to improve the NO X purification efficiency in the NO X selective reducing catalyst, it is possible to reduce the consumption of the reducing agent solution.

第1実施形態に係る排気浄化装置の全体構成を示す模式図である。It is a mimetic diagram showing the whole exhaust-air-purification device composition concerning a 1st embodiment. 還流ガス排出口付近の構造の変形例を示す拡大図である。It is an enlarged view which shows the modification of the structure of the recirculation | reflux gas discharge port vicinity. 第2実施形態に係る排気浄化装置の全体構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the whole structure of the exhaust gas purification apparatus which concerns on 2nd Embodiment. 第3実施形態に係る排気浄化装置の全体構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the whole structure of the exhaust gas purification apparatus which concerns on 3rd Embodiment.

以下、本発明を図に示した実施形態を用いて詳細に説明する。但し、この実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではない。   Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to embodiments shown in the drawings. However, the dimensions, materials, shapes, relative arrangements, and the like of the component parts described in this embodiment are not intended to limit the scope of the present invention to that unless otherwise specified.

(第1実施形態)
第1実施形態に係る本発明装置を車載用ディーゼルエンジン10に適用した一実施形態を図1及び図2に基づいて説明する。図1は、第1実施形態に係る排気浄化装置の全体構成を示す模式図である。図1において、車載用ディーゼルエンジン10のシリンダブロック12の上部にシリンダヘッド14が設けられ、シリンダヘッド14に吸気管16及び排気管18が接続されている。排気管18は、過給機20の排気タービン20aに接続されている。排気タービン20aより下流側には、酸素濃度センサー22が設けられている。酸素濃度センサー22の下流側には酸化触媒24が設けられており、該酸化触媒24の更に下流側にはDPF装置26が設けられている。
(First embodiment)
An embodiment in which the device of the present invention according to the first embodiment is applied to an in-vehicle diesel engine 10 will be described with reference to FIGS. 1 and 2. FIG. 1 is a schematic diagram showing an overall configuration of an exhaust emission control device according to the first embodiment. In FIG. 1, a cylinder head 14 is provided on an upper part of a cylinder block 12 of an in-vehicle diesel engine 10, and an intake pipe 16 and an exhaust pipe 18 are connected to the cylinder head 14. The exhaust pipe 18 is connected to the exhaust turbine 20 a of the supercharger 20. An oxygen concentration sensor 22 is provided on the downstream side of the exhaust turbine 20a. An oxidation catalyst 24 is provided downstream of the oxygen concentration sensor 22, and a DPF device 26 is provided further downstream of the oxidation catalyst 24.

排気タービン20aの下流側の排気管18のうちDPF装置26が設けられた部分は上下方向に配置されている(当該箇所を垂直部18aと称することとする)。該垂直部18aの下流側では、排気管18は曲折部18cを経てほぼ水平方向に配置された水平部18bが設けられている。水平部18bには上流側から順に、排気中のNO濃度を検出するNOセンサー30、還元剤溶液である尿素水溶液を排気管18に供給する尿素水供給装置32、及び、触媒コンバータ34が設けられている。触媒コンバータ34には、SCR触媒36が内蔵されている。尿素水供給装置32は触媒コンバータ34の上流側で排気ガス中に尿素水溶液を噴霧し、該噴霧された尿素水溶液は排気ガス温度がアンモニア生成温度以上に達している場合、上記反応式に基づいてアンモニアに分解される。ここで生成されたアンモニアは、下流側にあるSCR触媒36に吸着されたNOと反応することによって、排気ガスのNO浄化に使用される。 Of the exhaust pipe 18 on the downstream side of the exhaust turbine 20a, a portion where the DPF device 26 is provided is arranged in the vertical direction (this portion is referred to as a vertical portion 18a). On the downstream side of the vertical portion 18a, the exhaust pipe 18 is provided with a horizontal portion 18b arranged in a substantially horizontal direction via a bent portion 18c. The horizontal portion 18b includes, in order from the upstream side, a NO X sensor 30 that detects the NO X concentration in the exhaust, a urea water supply device 32 that supplies a urea aqueous solution that is a reducing agent solution to the exhaust pipe 18, and a catalytic converter 34. Is provided. An SCR catalyst 36 is built in the catalytic converter 34. The urea water supply device 32 sprays urea aqueous solution into the exhaust gas upstream of the catalytic converter 34. When the exhaust gas temperature reaches the ammonia generation temperature or higher, the sprayed urea aqueous solution is based on the above reaction formula. Decomposed into ammonia. The generated ammonia reacts with the NO X adsorbed in the SCR catalyst 36 located downstream, are used in the NO X purification of exhaust gases.

触媒コンバータ34の下流側排気管18には、触媒コンバータ34通過後の排気ガス中に含まれるNO濃度を検出するNOセンサー38が設けられ、該NOセンサー38の下流側に、触媒コンバータ34より下流側における排気ガスの圧力(排気圧)を制御するための圧力制御弁40が設けられている。圧力制御弁40は、その開度を調整することで触媒コンバータ34より下流側における排気圧力を調整できるものである。尚、NO濃度センサー30、38の検知値は、NO浄化装置の前後における排気ガスのNO濃度を示しており、これらの検知値に基づいて排気ガスのNO浄化率等が検出されるになっている。 A downstream exhaust pipe 18 of the catalytic converter 34, NO X sensor 38 for detecting the NO X concentration in the exhaust gas catalytic converter 34 after passing through is provided on the downstream side of the NO X sensor 38, a catalytic converter A pressure control valve 40 for controlling the pressure of exhaust gas (exhaust pressure) on the downstream side of 34 is provided. The pressure control valve 40 can adjust the exhaust pressure downstream of the catalytic converter 34 by adjusting the opening degree. The detected values of the NO X concentration sensors 30 and 38 indicate the NO X concentration of the exhaust gas before and after the NO X purification device, and the NO X purification rate of the exhaust gas is detected based on these detected values. It has become.

かかる構成において、車載用ディーゼルエンジン10の運転によって、シリンダヘッド14から排気eが排出され、排気管18に排気された排気eは、過給機20の排気タービン20aによって排気管18の下流側に送られる。   In this configuration, the exhaust e is discharged from the cylinder head 14 by the operation of the on-board diesel engine 10, and the exhaust e exhausted to the exhaust pipe 18 is downstream of the exhaust pipe 18 by the exhaust turbine 20 a of the supercharger 20. Sent.

ここで排気通路18の触媒コンバータ34より下流側には還流ガス導入口42が設けられており、該還流ガス導入口42から排気ガスの一部を排気還流通路44に導入する。排気還流通路44は、触媒コンバータ34を迂回して、該触媒コンバータ34の上流側に設けられた還流ガス排出口46に通じている。還流ガス導入口42付近の排気還流通路44には、触媒コンバータ34の下流側排気通路18と排気還流通路44との間を開閉する還流制御弁48が設けられている。尚、還流制御弁48は開閉状態をON/OFFするものであってもよいし、還流量を任意に調整可能な構成としてもよい。   Here, a recirculation gas inlet 42 is provided downstream of the catalytic converter 34 in the exhaust passage 18, and a part of the exhaust gas is introduced into the exhaust recirculation passage 44 from the recirculation gas introduction port 42. The exhaust gas recirculation passage 44 bypasses the catalytic converter 34 and communicates with a recirculation gas discharge port 46 provided on the upstream side of the catalytic converter 34. The exhaust gas recirculation passage 44 in the vicinity of the recirculation gas introduction port 42 is provided with a recirculation control valve 48 that opens and closes between the downstream exhaust passage 18 and the exhaust gas recirculation passage 44 of the catalytic converter 34. Note that the reflux control valve 48 may be one that turns on and off the open / close state, or may be configured to arbitrarily adjust the reflux amount.

排気還流通路44には、還流ガス導入口42と還流ガス排出口46との間の圧力差に応じて、排気管18から導入された排気ガスが還流する。排気還流通路44には、還流ガス導入口42から導入された排気ガスが、還流ガス排出口46に向かって流れるように整流する整流手段が設けられており、還流ガスの流れが制御されている。本実施形態では特に、当該整流手段として、以下に説明する逆止弁50、圧力制御弁40及び圧送ポンプ52が備えられている。   The exhaust gas introduced from the exhaust pipe 18 is recirculated to the exhaust gas recirculation passage 44 in accordance with the pressure difference between the recirculation gas introduction port 42 and the recirculation gas discharge port 46. The exhaust gas recirculation passage 44 is provided with a rectifying means for rectifying the exhaust gas introduced from the recirculation gas introduction port 42 so as to flow toward the recirculation gas discharge port 46, and the flow of the recirculation gas is controlled. . In this embodiment, in particular, a check valve 50, a pressure control valve 40, and a pressure feed pump 52 described below are provided as the rectifying means.

逆止弁50は、排気還流通路44の還流ガス排出口46付近に設けられており、還流ガス導入口42から導入された還流ガスが、還流ガス導入口42側へ逆流することを防止している。還流ガス導入口42と還流ガス排出口46との間の圧力差は、排気管18の脈動効果によって随時変動する。そのため、ディーゼルエンジン10の運転状態によっては、触媒コンバータ34の上流側が下流側に比べて圧力が高くなる場合があり、排気還流通路44を流れる還流ガスが還流ガス排出口46から還流ガス導入口44に向かって逆流することがありえる。本実施形態では整流手段として逆止弁50を備えることによって、このような逆流を防止できるようになっている。   The check valve 50 is provided in the vicinity of the recirculation gas discharge port 46 of the exhaust recirculation passage 44 and prevents the recirculation gas introduced from the recirculation gas introduction port 42 from flowing back to the recirculation gas introduction port 42 side. Yes. The pressure difference between the recirculation gas introduction port 42 and the recirculation gas discharge port 46 varies from time to time due to the pulsation effect of the exhaust pipe 18. Therefore, depending on the operating state of the diesel engine 10, the pressure on the upstream side of the catalytic converter 34 may be higher than that on the downstream side, and the reflux gas flowing through the exhaust gas recirculation passage 44 flows from the recirculation gas discharge port 46 to the recirculation gas introduction port 44. It is possible that it will flow backward. In this embodiment, such a backflow can be prevented by providing a check valve 50 as a rectifying means.

圧力制御弁40は、排気管18の還流ガス導入口42より下流側に設けられ、排気通路19における排気ガスの流量を調整することによって排気ガス圧力を制御するものである。圧力制御弁40の開度はECUなどのコントローラであるにより調整されることにより、還流ガス導入口42と還流ガス排出口46との間の圧力差を変化させて、排気還流通路44への還流ガスの導入量を制御できるようになっている。   The pressure control valve 40 is provided downstream of the recirculation gas inlet 42 of the exhaust pipe 18 and controls the exhaust gas pressure by adjusting the flow rate of the exhaust gas in the exhaust passage 19. The opening degree of the pressure control valve 40 is adjusted by a controller such as an ECU, thereby changing the pressure difference between the recirculation gas introduction port 42 and the recirculation gas discharge port 46 to return to the exhaust gas recirculation passage 44. The amount of gas introduced can be controlled.

圧送ポンプ52は、排気還流通路44の中流付近に設けられており、還流ガス導入口42から導入された排気ガスを還流ガス排出口46に向かって圧送する。これにより、排気還流通路44を流れる還流ガスを圧送ポンプ52によって直接圧送することができるので、より確実且つ精度良く還流ガスの導入量を制御することができる。   The pressure pump 52 is provided in the vicinity of the middle stream of the exhaust gas recirculation passage 44, and pumps the exhaust gas introduced from the recirculation gas introduction port 42 toward the recirculation gas discharge port 46. As a result, the recirculation gas flowing through the exhaust gas recirculation passage 44 can be directly pumped by the pressure pump 52, so that the introduction amount of the recirculation gas can be controlled more reliably and accurately.

本実施例では、このような整流手段を備える排気還流通路44を設けることにより、触媒コンバータ34から下流側に排出されたNHを、排気還流通路44を介して触媒コンバータ34の上流側に還流させる。これにより、排気ガス中に含まれるNHを外部に排出して無駄にすることなく触媒コンバータ34にて再利用できるので、浄化効率を向上できると共に還元剤溶液の消費量を低減することができる。 In this embodiment, by providing the exhaust gas recirculation passage 44 having such a rectifying means, NH 3 discharged downstream from the catalytic converter 34 is recirculated to the upstream side of the catalytic converter 34 through the exhaust gas recirculation passage 44. Let Thereby, NH 3 contained in the exhaust gas can be reused by the catalytic converter 34 without being discharged and wasted, so that the purification efficiency can be improved and the consumption of the reducing agent solution can be reduced. .

また、排気還流通路44は還流ガス排出口46付近において、排気管18と直交するように連結されている。これにより、還流ガス排出口46から供給された還流ガスが、排気管18を流れる排気ガスと良好に撹拌されるので、NOx還元反応を効率よく促進することができる。   Further, the exhaust gas recirculation passage 44 is connected in the vicinity of the recirculation gas discharge port 46 so as to be orthogonal to the exhaust pipe 18. As a result, the recirculation gas supplied from the recirculation gas outlet 46 is well agitated with the exhaust gas flowing through the exhaust pipe 18, so that the NOx reduction reaction can be promoted efficiently.

ここで図2は還流ガス排出口46付近の構造の変形例を示す拡大図である。この変形例では、排気還流通路44が、該還流ガス排出口46から供給される還流ガスが排気管18を流れる排気ガスの進行方向とは逆方向に向かって供給されるように、排気管18に対して斜め角度を有するように取り付けられている。このように構成することで、排気還流通路44から供給される還流ガスと、排気管18を流れる排気ガスとの撹拌性を向上させ、より良好な浄化性能が期待できる。   Here, FIG. 2 is an enlarged view showing a modification of the structure in the vicinity of the reflux gas discharge port 46. In this modification, the exhaust gas recirculation passage 44 is supplied so that the recirculation gas supplied from the recirculation gas discharge port 46 is supplied in the direction opposite to the traveling direction of the exhaust gas flowing through the exhaust pipe 18. It is attached so that it may have an oblique angle with respect to. With this configuration, the agitation between the recirculation gas supplied from the exhaust gas recirculation passage 44 and the exhaust gas flowing through the exhaust pipe 18 can be improved, and better purification performance can be expected.

また図2では、還流ガス排出口46は尿素水供給装置32の設置箇所より下流側に設けられている。これにより、還流ガス排出口46から供給された還流ガスが、排気管18を流れる排気ガスによって良好に分散され、触媒コンバータ34における還元反応を効率よく促進することができる。   In FIG. 2, the reflux gas discharge port 46 is provided on the downstream side from the installation location of the urea water supply device 32. Thereby, the recirculation gas supplied from the recirculation gas discharge port 46 is well dispersed by the exhaust gas flowing through the exhaust pipe 18, and the reduction reaction in the catalytic converter 34 can be promoted efficiently.

(第2実施形態)
図3は、第2実施形態に係る排気浄化装置の全体構成を示す模式図である。尚、本実施例に係る排気浄化装置は基本的に前述の第1実施形態と類似しており、共通する部位に関しては共通の符号を付すこととし、重複する説明は適宜省略することとする。
(Second Embodiment)
FIG. 3 is a schematic diagram showing the overall configuration of the exhaust emission control device according to the second embodiment. Note that the exhaust emission control device according to this example is basically similar to the first embodiment described above, and common portions are denoted by common reference numerals, and redundant descriptions are omitted as appropriate.

第2実施形態では、還流ガスの導入及び供給を行う排気還流通路44に、該還流ガスを加熱するための電熱ヒータ54が設けられている。本実施形態では特に、車両に搭載されたバッテリ58に充電された直流電力を抵抗器60に通電することにより、排気還流通路44の外周に沿って螺旋状に巻きつけられているコイル部62を加熱して、還流ガスを昇温できるように構成されているが、この形態に限られないことは言うまでもない。このように、触媒コンバータ34より下流側から導入された比較的低温な還流ガスを、電熱ヒータ54で昇温することにより、還流後に触媒コンバータ34に再供給された際の還元反応性を向上させることができる。尚、抵抗器60は可変抵抗器であり、その抵抗値を調整することで加熱量を制御することができるようになっている。   In the second embodiment, an electric heater 54 for heating the reflux gas is provided in the exhaust gas reflux passage 44 for introducing and supplying the reflux gas. Particularly in the present embodiment, the coil portion 62 that is spirally wound along the outer periphery of the exhaust gas recirculation passage 44 is obtained by energizing the resistor 60 with DC power charged in the battery 58 mounted on the vehicle. Although it is configured so that the reflux gas can be heated to raise the temperature, it goes without saying that the present invention is not limited to this form. In this way, the temperature of the relatively low-temperature recirculated gas introduced from the downstream side of the catalytic converter 34 is raised by the electric heater 54, thereby improving the reduction reactivity when re-supplied to the catalytic converter 34 after recirculation. be able to. The resistor 60 is a variable resistor, and the amount of heating can be controlled by adjusting the resistance value.

(第3実施形態)
図4は、第3実施形態に係る排気浄化装置の全体構成を示す模式図である。尚、本実施例に係る排気浄化装置は基本的に前述の第1及び第2実施形態と類似しており、共通する部位に関しては共通の符号を付すこととし、重複する説明は適宜省略することとする。
(Third embodiment)
FIG. 4 is a schematic diagram illustrating the overall configuration of the exhaust emission control apparatus according to the third embodiment. Note that the exhaust purification apparatus according to the present embodiment is basically similar to the first and second embodiments described above, and common portions are denoted by common reference numerals, and duplicate descriptions are omitted as appropriate. And

第3実施形態では、触媒コンバータ34は電熱ヒータ64によって囲まれている。触媒コンバータ34に内蔵されたSCR触媒36の上流側入口付近や、SCR触媒36に連結された排気管18の該入口付近には、反応不良などにより生成されたデポジットが固着し易い。電熱ヒータ64は、このように固着したデポジットを加熱して昇華することにより、NHを生成し、該生成したNHを排気還流通路44を介して触媒コンバータ34に再供給して浄化作用に用いることができる。これにより、触媒コンバータ34における浄化効率をより一層向上できると共に、NO選択還元触媒の上流側排気通路に供給される還元剤溶液の消費量を効果的に低減できる。 In the third embodiment, the catalytic converter 34 is surrounded by the electric heater 64. Deposits generated due to a reaction failure or the like easily adhere to the vicinity of the upstream inlet of the SCR catalyst 36 built in the catalytic converter 34 and the vicinity of the inlet of the exhaust pipe 18 connected to the SCR catalyst 36. The electric heater 64 generates NH 3 by heating and sublimating the fixed deposit in this way, and regenerates the generated NH 3 to the catalytic converter 34 via the exhaust gas recirculation passage 44 for purification. Can be used. Thereby, the purification efficiency in the catalytic converter 34 can be further improved, and the consumption of the reducing agent solution supplied to the upstream side exhaust passage of the NO X selective reduction catalyst can be effectively reduced.

尚、電熱ヒータ64は上記電熱ヒータ54と同様に、車両に搭載されたバッテリ58に充電された直流電力を抵抗器60に通電することにより動作可能に構成されている。抵抗器60は可変抵抗器であり、その抵抗値を調整することで加熱量を制御することができるようになっている。電熱ヒータ64は基本的に触媒コンバータ34の全体に亘って設けられているが、特にデポジットが固着しやすいSCR触媒36に連結された排気管18の該入口付近に至るまで延在するように設けられている。   As with the electric heater 54, the electric heater 64 is configured to operate by energizing the resistor 60 with DC power charged in a battery 58 mounted on the vehicle. The resistor 60 is a variable resistor, and the amount of heating can be controlled by adjusting the resistance value. Although the electric heater 64 is basically provided over the entire catalytic converter 34, it is provided so as to extend to the vicinity of the inlet of the exhaust pipe 18 connected to the SCR catalyst 36 in which the deposit is particularly easily fixed. It has been.

尚、前記各センサーの検出値はECUなどのコントローラである制御装置に入力される。制御装置は、これらの検出値に基づいて、上述した整流手段や、電熱ヒータ54及び64等を含む車両各部位を制御制御する。図1、図2及び図4では図示が煩雑にならないように制御御装置を省略しているが、これら各種センサーから検出値を取得し、各部位に対して制御信号の送受信を行っている。   In addition, the detection value of each said sensor is input into the control apparatus which is controllers, such as ECU. Based on these detected values, the control device controls and controls each part of the vehicle including the rectifying means and the electric heaters 54 and 64 described above. In FIG. 1, FIG. 2 and FIG. 4, the control device is omitted so as not to complicate the illustration, but detection values are obtained from these various sensors, and control signals are transmitted to and received from each part.

以上説明したように、本実施形態に係る排気浄化装置によれば、触媒コンバータ34の上流側及び下流側における圧力差を利用して、触媒コンバータ34から下流側に排出されたNHを、排気還流通路44を介して触媒コンバータ34の上流側に還流させる。これにより、排気ガス中に含まれるNHが外部に排出されて無駄になることがない。このようにNHを有効に再利用することにより、触媒コンバータ34におけるNO浄化効率を向上できると共に、尿素水溶液の消費量を低減することができる。 As described above, according to the exhaust gas purification apparatus according to the present embodiment, NH 3 discharged downstream from the catalytic converter 34 is exhausted using the pressure difference between the upstream side and the downstream side of the catalytic converter 34. The refrigerant is recirculated to the upstream side of the catalytic converter 34 through the recirculation passage 44. Thereby, NH 3 contained in the exhaust gas is not discharged to the outside and is not wasted. Thus, by effectively reusing NH 3 , the NO X purification efficiency in the catalytic converter 34 can be improved and the consumption of the urea aqueous solution can be reduced.

本発明は、内燃機関の排気通路にNO選択還元触媒が設けられ、該NO選択還元触媒の上流側排気通路に供給した還元剤溶液を分解してNHを生成し、前記NO選択還元触媒の触媒作用の元で排気ガス中のNOをNHと反応させて無害化する内燃機関の排気浄化装置に利用可能である。 In the present invention, an NO X selective reduction catalyst is provided in the exhaust passage of the internal combustion engine, and the reducing agent solution supplied to the upstream exhaust passage of the NO X selective reduction catalyst is decomposed to generate NH 3 , and the NO X selection is performed. The present invention is applicable to an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine that makes NO X in exhaust gas react with NH 3 under the catalytic action of a reduction catalyst to render it harmless.

10 車載用ディーゼルエンジン
12 シリンダブロック
14 シリンダヘッド
16 吸気管
18 排気管
20 過給機
20a 排気タービン
22 酸素濃度センサー
24 酸化触媒
26 DPF装置
30,38 NOセンサー
32 尿素水供給装置
34 触媒コンバータ
36 SCR触媒
40 圧力制御弁
42 還流ガス導入口
44 排気還流通路
46 還流ガス排出口
48 還流制御弁
50 逆止弁
52 圧送ポンプ
54,64 電熱ヒータ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 In-vehicle diesel engine 12 Cylinder block 14 Cylinder head 16 Intake pipe 18 Exhaust pipe 20 Supercharger 20a Exhaust turbine 22 Oxygen concentration sensor 24 Oxidation catalyst 26 DPF device 30, 38 NO X sensor 32 Urea water supply device 34 Catalytic converter 36 SCR Catalyst 40 Pressure control valve 42 Recirculation gas introduction port 44 Exhaust gas recirculation passage 46 Recirculation gas discharge port 48 Recirculation control valve 50 Check valve 52 Pressure feed pump 54, 64 Electric heater

Claims (8)

内燃機関の排気通路にNO選択還元触媒が設けられ、該NO選択還元触媒の上流側に供給した還元剤溶液を分解してNHを生成し、前記NO選択還元触媒の触媒作用の元で排気ガス中に含まれるNOを該生成したNHと反応させて無害化する内燃機関の排気浄化装置において、
前記NO選択還元触媒の下流側に設けられた還流ガス導入口から、前記NO選択還元触媒を迂回して、該NO選択還元触媒の上流側に設けられた還流ガス排出口に通ずる排気還流通路と、
前記NO選択還元触媒の下流側と前記排気還流通路との間を開閉する還流制御弁と、
前記排気還流通路において前記還流ガス導入口から導入された排気ガスが前記還流ガス排出口に向かって流れるように整流する整流手段と
を備えたことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
An NO X selective reduction catalyst is provided in the exhaust passage of the internal combustion engine, and the reducing agent solution supplied to the upstream side of the NO X selective reduction catalyst is decomposed to generate NH 3, and the catalytic action of the NO X selective reduction catalyst the NO X contained in the exhaust gas under the exhaust purification system of an internal combustion engine to harmless is reacted with NH 3 produced the,
Exhaust from the NO X recirculated gas inlet port provided on the downstream side of the selective reduction catalyst, said bypassing the NO X selective reducing catalyst, leading to the the NO X selective recirculation gas discharge port provided on the upstream side of the reduction catalyst A reflux path;
A recirculation control valve that opens and closes between the downstream side of the NO X selective reduction catalyst and the exhaust gas recirculation passage;
An exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine, comprising: rectification means for rectifying the exhaust gas introduced from the recirculation gas introduction port in the exhaust recirculation passage so as to flow toward the recirculation gas discharge port.
前記整流手段は、前記排気還流通路を流れる還流ガスの逆流を防止する逆止弁を備えてなることを特徴とする請求項1に記載の内燃機関の排気浄化装置。   2. The exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to claim 1, wherein the rectifying means includes a check valve for preventing a backflow of the recirculation gas flowing through the exhaust gas recirculation passage. 前記整流手段は、前記還流ガス導入口より下流側に設けられ、該排気通路における排気ガスの流量を調整することによって、前記NO選択触媒の下流側における排気ガス圧力を制御する圧力制御弁を備えてなることを特徴とする請求項1又は2に記載の内燃機関の排気浄化装置。 The rectifying means is provided on the downstream side of the recirculation gas introduction port, and a pressure control valve for controlling the exhaust gas pressure on the downstream side of the NO X selective catalyst by adjusting the flow rate of the exhaust gas in the exhaust passage. The exhaust emission control device for an internal combustion engine according to claim 1 or 2, further comprising: 前記整流手段は、前記排気還流通路において前記還流ガス導入口から導入された排気ガスを前記還流ガス排出口に向かって圧送する圧送ポンプを備えてなることを特徴とする請求項1から3のいずれか一項に記載の内燃機関の排気浄化装置。   The said rectification | straightening means is equipped with the pressure feed pump which pumps the exhaust gas introduce | transduced from the said recirculation | gas recirculation gas inlet into the said recirculation | reflux gas discharge port in the said exhaust gas recirculation passage. An exhaust emission control device for an internal combustion engine according to claim 1. 前記還流ガス排出口は前記還元剤供給口より下流側に設けられていることを特徴とする請求項1から4のいずれか一項に記載の内燃機関の排気浄化装置。   The exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to any one of claims 1 to 4, wherein the recirculation gas discharge port is provided downstream of the reducing agent supply port. 前記還流ガス排出口から供給される還流ガスは、前記NO選択還元触媒の上流側を流れる排気ガスの進行方向とは逆方向に向かって供給されることを特徴とする請求項1から5のいずれか一項に記載の内燃機関の排気浄化装置。 The recirculation gas supplied from the recirculation gas discharge port is supplied in a direction opposite to a traveling direction of the exhaust gas flowing upstream of the NO X selective reduction catalyst. An exhaust emission control device for an internal combustion engine according to any one of the preceding claims. 前記排気還流通路に導入された還流ガスを加熱する第1の加熱手段を更に備えることを特徴とする請求項1から6のいずれか一項に記載の内燃機関の排気浄化装置。   The exhaust emission control device for an internal combustion engine according to any one of claims 1 to 6, further comprising first heating means for heating the recirculation gas introduced into the exhaust recirculation passage. 前記NO選択還元触媒を加熱するための第2の加熱手段を更に備えることを特徴とする請求項1から7のいずれか一項に記載の内燃機関の排気浄化装置。 The exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to any one of claims 1 to 7, further comprising a second heating means for heating the NO X selective reduction catalyst.
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