JP2015075003A - Exhaust emission control device for internal combustion engine - Google Patents

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隆義 小島
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an exhaust emission control device for an internal combustion engine capable of suppressing an end of an addition valve exposed to an inside of an injection passage from being exposed to high temperature exhaust gas and overheated.SOLUTION: The exhaust emission control device includes an exhaust passage 10, a selective reduction catalyst 30, and an injection passage 11 branched from a portion on an upstream side of the selective reduction catalyst 30 in the exhaust passage 10. A urea addition valve 40 is attached to the injection passage 11. A communication passage 12 directly communicating a portion on the upstream side of a branch part in which the injection passage 11 is branched in the exhaust passage 10 with the injection passage 11 without passing through the branch part is provided in the exhaust emission control device. The exhaust emission control device further includes a cooling device 50 for cooling exhaust gas flowing through the communication passage 12, a cooling water pump 51 for circulating the cooling water to the cooling device 50, and a control device 100 for controlling the cooling water pump 51. The control device 100 controls the cooling water pump 51 so that a temperature in the injection passage 11 is maintained to a prescribed level.

Description

この発明は排気中に添加剤を噴射する添加弁を備える内燃機関の排気浄化装置に関するものである。   The present invention relates to an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine including an addition valve for injecting an additive into exhaust gas.

特許文献1には、排気通路の途中に設けられた触媒に向けて添加剤を噴射する添加弁を備えた内燃機関の排気浄化装置が開示されている。特許文献1の排気浄化装置では、排気通路における触媒よりも上流側に排気通路から分岐した噴射路を設け、この噴射路に添加弁が配設されている。そして、特許文献1には、排気通路と噴射路との分岐部よりも上流側の排気通路内から分岐部を経ずにこの噴射路内に直接排気を導くガス導入管を設けた構成が開示されている。   Patent Document 1 discloses an exhaust gas purification device for an internal combustion engine that includes an addition valve that injects an additive toward a catalyst provided in the middle of an exhaust passage. In the exhaust purification device of Patent Document 1, an injection path branched from the exhaust passage is provided upstream of the catalyst in the exhaust passage, and an addition valve is provided in this injection path. Patent Document 1 discloses a configuration in which a gas introduction pipe is provided for directing exhaust gas directly into the injection path from the exhaust path upstream of the branch part between the exhaust passage and the injection path without passing through the branch part. Has been.

また、特許文献1の排気浄化装置では、添加弁が取り付けられている台座の内部に冷却水通路が設けられており、添加弁をこの冷却水通路を流れる冷却水によって冷却するようになっている。   Moreover, in the exhaust gas purification apparatus of Patent Document 1, a cooling water passage is provided inside a pedestal to which the addition valve is attached, and the addition valve is cooled by cooling water flowing through the cooling water passage. .

特開2009‐156073号公報JP 2009-156073 A

ところが、上記のように台座の内部に設けられた冷却通路を流れる冷却水によって添加弁を冷却する場合には、排気通路内に露出して高温の排気に曝されている添加弁の先端部を直接冷却することができない。そのため、添加弁の先端が過熱しまうおそれがある。   However, when the addition valve is cooled by the cooling water flowing through the cooling passage provided inside the pedestal as described above, the tip of the addition valve exposed in the exhaust passage and exposed to high-temperature exhaust is removed. It cannot be cooled directly. For this reason, the tip of the addition valve may be overheated.

この発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、噴射路内に露出している添加弁の先端部が高温の排気に曝されて過熱しまうことを抑制することのできる内燃機関の排気浄化装置を提供することにある。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is an internal combustion engine capable of suppressing overheating due to exposure of the tip of the addition valve exposed in the injection path to high-temperature exhaust gas. An object of the present invention is to provide an exhaust emission control device for an engine.

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記載する。
上記課題を解決するための排気浄化装置は、内燃機関に接続される排気通路と、前記排気通路の途中に設けられた触媒と、前記排気通路における前記触媒よりも上流側の部分から分岐した噴射路と、前記噴射路に取り付けられ、添加剤を噴射する添加弁と、前記排気通路における前記噴射路が分岐している分岐部よりも上流側の排気通路と前記噴射路とを前記分岐部を経ずに直接連通させる連通路と、前記連通路を取り囲む冷却水通路内に冷却水を循環させることにより前記連通路内を流れる排気を冷却する冷却装置と、前記冷却水装置に冷却水を循環させる冷却水ポンプと、前記冷却水ポンプを制御する制御装置と、を備え、前記噴射路内の温度を所定の水準に維持するように前記冷却水ポンプを制御する。
Hereinafter, means for solving the above-described problems and the effects thereof will be described.
An exhaust emission control device for solving the above problems includes an exhaust passage connected to an internal combustion engine, a catalyst provided in the middle of the exhaust passage, and an injection branched from a portion upstream of the catalyst in the exhaust passage. A branch valve, an addition valve attached to the injection path, for injecting an additive, an exhaust passage upstream of the branch section where the injection path is branched in the exhaust passage, and the injection path. A communication path that directly communicates without passing through, a cooling device that cools exhaust gas flowing through the communication path by circulating cooling water in a cooling water path that surrounds the communication path, and circulating cooling water to the cooling water device And a control device that controls the cooling water pump, and controls the cooling water pump so as to maintain the temperature in the injection path at a predetermined level.

上記構成によれば、冷却装置によって冷却された排気が噴射路内に供給されるようになる。そして、上記構成では、噴射路内の温度を所定の水準に維持するように、冷却装置に冷却水を循環させる冷却水ポンプを制御する。そのため、噴射路内の温度を制御することができ、噴射路内に露出している添加弁の先端部が高温の排気に曝されて過熱してしまうことを抑制することができる。   According to the above configuration, the exhaust gas cooled by the cooling device is supplied into the injection path. And in the said structure, the cooling water pump which circulates cooling water to a cooling device is controlled so that the temperature in an injection path may be maintained at a predetermined | prescribed level. Therefore, the temperature in the injection path can be controlled, and the tip of the addition valve exposed in the injection path can be prevented from being exposed to high-temperature exhaust gas and overheating.

内燃機関の排気浄化装置の一実施形態についてその全体構成を示す模式図。The schematic diagram which shows the whole structure about one Embodiment of the exhaust gas purification apparatus of an internal combustion engine. 尿素由来の析出物の残留割合の温度による変化を示すグラフ。The graph which shows the change by the temperature of the residual ratio of the precipitate derived from urea. 尿素由来の析出物中の液相割合の温度による変化を示すグラフ。The graph which shows the change by the temperature of the liquid phase ratio in the precipitate derived from urea. 冷却水ポンプの制御に加えて実施する添加弁保護制御にかかる一連の処理の流れを示すフローチャート。The flowchart which shows the flow of a series of processes concerning addition valve protection control implemented in addition to control of a cooling water pump. 内燃機関の排気浄化装置の変更例を示す模式図。The schematic diagram which shows the example of a change of the exhaust gas purification apparatus of an internal combustion engine.

以下、内燃機関の排気浄化装置の一実施形態について、図1〜図4を参照して説明する。
図1に示すように、この内燃機関の排気浄化装置では、内燃機関に接続される排気通路10の内部に、酸化触媒20と選択還元触媒30とが上流側から順に設けられている。なお、図1では、排気通路10内を流れる排気の流動方向を白抜き矢印で示している。
Hereinafter, an embodiment of an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine will be described with reference to FIGS.
As shown in FIG. 1, in this exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine, an oxidation catalyst 20 and a selective reduction catalyst 30 are provided in this order from the upstream side in an exhaust passage 10 connected to the internal combustion engine. In FIG. 1, the flow direction of the exhaust gas flowing through the exhaust passage 10 is indicated by a white arrow.

選択還元触媒30は、還元剤として供給されるアンモニアを利用して排気中のNOx(窒素酸化物)を還元浄化する選択還元型の触媒である。そして、酸化触媒20は、排気中に含まれるNOxにおけるNO(一酸化窒素)とNO2(二酸化窒素)の比を「1.0」に近づけるための触媒であり、排気中に含まれるNOの一部を酸化させてNO2にする。このように選択還元触媒30の上流側に酸化触媒20を設けるのは、排気中に含まれるNOとNO2の比を「1.0」に近づけることにより、選択還元触媒30におけるNOx浄化率が高くなるためである。   The selective reduction catalyst 30 is a selective reduction type catalyst that reduces and purifies NOx (nitrogen oxide) in exhaust gas by using ammonia supplied as a reducing agent. The oxidation catalyst 20 is a catalyst for bringing the ratio of NO (nitrogen monoxide) and NO2 (nitrogen dioxide) in NOx contained in the exhaust gas closer to “1.0”. The part is oxidized to NO2. Thus, the oxidation catalyst 20 is provided upstream of the selective reduction catalyst 30 because the NOx purification rate in the selective reduction catalyst 30 is high by making the ratio of NO and NO2 contained in the exhaust gas close to “1.0”. It is to become.

排気通路10における酸化触媒20と選択還元触媒30との間に位置する部分には、排気通路10から分岐した噴射路11が接続されている。噴射路11には添加剤として尿素水を噴射する尿素添加弁40が取り付けられている。尿素添加弁40は供給管42を介して尿素ポンプ41と接続されており、尿素添加弁40には尿素ポンプ41によってタンクから汲み上げられた尿素水が供給される。   An injection passage 11 branched from the exhaust passage 10 is connected to a portion of the exhaust passage 10 located between the oxidation catalyst 20 and the selective reduction catalyst 30. A urea addition valve 40 that injects urea water as an additive is attached to the injection path 11. The urea addition valve 40 is connected to a urea pump 41 via a supply pipe 42, and urea water pumped from the tank by the urea pump 41 is supplied to the urea addition valve 40.

また、排気通路10には、酸化触媒20よりも上流側の部分から分岐して噴射路11に直接連通する連通路12が設けられている。すなわち、この連通路12は排気通路10における噴射路11が分岐している分岐部を経ずに噴射路11に直接排気を導入する通路である。   The exhaust passage 10 is provided with a communication passage 12 that branches from a portion upstream of the oxidation catalyst 20 and communicates directly with the injection passage 11. That is, the communication passage 12 is a passage that directly introduces exhaust gas into the injection passage 11 without going through a branching portion where the injection passage 11 in the exhaust passage 10 is branched.

そして、この排気浄化装置には、この連通路12における噴射路11に接続している部分と尿素添加弁40の先端部とを冷却する冷却装置50が設けられている。この冷却装置50の内部には冷却水通路が設けられている。冷却装置50の冷却水通路は、冷却水ポンプ51と接続されており、冷却水ポンプ51が駆動することによって冷却水が循環される。なお、この冷却水ポンプ51は制御装置100によって制御される。   The exhaust purification device is provided with a cooling device 50 that cools the portion of the communication passage 12 connected to the injection passage 11 and the tip of the urea addition valve 40. A cooling water passage is provided inside the cooling device 50. The cooling water passage of the cooling device 50 is connected to the cooling water pump 51, and the cooling water is circulated by driving the cooling water pump 51. The cooling water pump 51 is controlled by the control device 100.

制御装置100には、排気通路10を流れる排気の温度を検出する排気温センサ60が接続されている。なお、排気温センサ60は、排気通路10内における酸化触媒20よりも上流側の部分を流れる排気の温度を検出する。   An exhaust temperature sensor 60 that detects the temperature of the exhaust gas flowing through the exhaust passage 10 is connected to the control device 100. The exhaust gas temperature sensor 60 detects the temperature of the exhaust gas flowing through the upstream side of the oxidation catalyst 20 in the exhaust gas passage 10.

制御装置100は、排気温センサ60によって検出された温度に基づいて尿素添加弁40近傍の温度、例えば、噴射路11内の温度を推定する。また、制御装置100は、尿素添加弁40の制御の履歴や、排気温センサ60によって検出された温度の履歴などに基づいて選択還元触媒30に吸着されているアンモニアの吸着量を推定し、尿素添加弁40や尿素ポンプ41を制御する。   The control device 100 estimates the temperature in the vicinity of the urea addition valve 40, for example, the temperature in the injection path 11 based on the temperature detected by the exhaust temperature sensor 60. Further, the control device 100 estimates the adsorption amount of ammonia adsorbed on the selective reduction catalyst 30 based on the control history of the urea addition valve 40, the temperature history detected by the exhaust temperature sensor 60, and the like. The addition valve 40 and the urea pump 41 are controlled.

この排気浄化装置では、尿素添加弁40から噴射された尿素水は排気の熱により加水分解されてアンモニアになり、選択還元触媒30に吸着される。そして選択還元触媒30に吸着されたアンモニアによって排気中のNOxが還元浄化される。   In this exhaust purification device, the urea water injected from the urea addition valve 40 is hydrolyzed by the heat of the exhaust to become ammonia and is adsorbed by the selective reduction catalyst 30. The NOx in the exhaust is reduced and purified by the ammonia adsorbed on the selective reduction catalyst 30.

ところで、尿素添加弁40から噴射された尿素水が尿素添加弁40の先端や噴射路11、排気通路10内に付着していると、尿素由来の析出物が堆積することがある。
図2に示すように、尿素由来の析出物は約350℃まで昇温させないと完全に熱分解させることはできない。なお、図2は100℃における析出物の堆積量を基準とした析出物の残留割合を示したものである。
By the way, if urea water injected from the urea addition valve 40 adheres to the tip of the urea addition valve 40, the injection path 11, or the exhaust passage 10, urea-derived precipitates may accumulate.
As shown in FIG. 2, the urea-derived precipitate cannot be completely pyrolyzed unless the temperature is raised to about 350.degree. FIG. 2 shows the residual ratio of precipitates based on the amount of precipitates deposited at 100 ° C.

噴射路11ではなく、排気通路10内に堆積した析出物であれば、高負荷運転時やディーゼルパティキュレートフィルタなどの再生処理時の高温環境下で、350℃以上まで昇温させて分解することが可能である。しかし、尿素添加弁40は120℃以上になると信頼性上の問題が発生するおそれがあるため、尿素添加弁40近傍の噴射路11では、尿素添加弁40を保護する観点から350℃以上まで昇温させることが難しい。   If it is a deposit deposited in the exhaust passage 10 instead of the injection passage 11, it is decomposed by raising the temperature to 350 ° C. or higher in a high temperature environment during high load operation or regeneration processing such as a diesel particulate filter. Is possible. However, if the urea addition valve 40 reaches 120 ° C. or higher, reliability problems may occur. Therefore, the injection path 11 near the urea addition valve 40 rises to 350 ° C. or higher from the viewpoint of protecting the urea addition valve 40. It is difficult to heat.

ところが、尿素添加弁40近傍に堆積した析出物をそのまま放置すると、噴射路11が閉塞してしまい、選択還元触媒30にアンモニアを供給できなくなるおそれがある。
こうした課題に対して、尿素添加弁40から噴射する尿素水の噴霧の噴射角を狭くして貫徹力を高め、尿素水の噴霧を液柱状にすることにより噴射路11内に尿素噴霧が物理的に付着しないようにすることもできる。しかし、尿素水の噴霧を液柱状にすると、尿素水が選択還元触媒30に到達するまでに排気中に十分に拡散しなくなる。その結果、アンモニアへの加水分解が進まなくなり、NOx浄化率が低下してしまったり、選択還元触媒30でアンモニアを吸着しきれずに選択還元触媒30よりも下流側にアンモニアが排出されてしまったりするおそれがある。
However, if the deposit deposited in the vicinity of the urea addition valve 40 is left as it is, the injection path 11 may be blocked and ammonia may not be supplied to the selective reduction catalyst 30.
In response to such a problem, the spray angle of the urea water sprayed from the urea addition valve 40 is narrowed to increase the penetration force, and the urea spray is physically formed in the injection path 11 by making the urea water spray into a liquid column shape. It can also be prevented from adhering to. However, if the spray of urea water is in the form of a liquid column, the urea water will not sufficiently diffuse into the exhaust gas before reaching the selective reduction catalyst 30. As a result, hydrolysis to ammonia does not proceed, the NOx purification rate decreases, or ammonia cannot be adsorbed by the selective reduction catalyst 30, and ammonia is discharged downstream from the selective reduction catalyst 30. There is a fear.

そこで、この排気浄化装置では、図3に示すように尿素由来の析出物が130℃〜160℃の温度領域において液相で存在することに着目し、尿素由来の析出物を常に液相に保持し、排気通路10内に排出させる。   Therefore, in this exhaust purification device, attention is paid to the fact that the urea-derived precipitate exists in the liquid phase in the temperature range of 130 ° C. to 160 ° C. as shown in FIG. 3, and the urea-derived precipitate is always kept in the liquid phase. And is discharged into the exhaust passage 10.

なお、100℃以下の温度では、加水分解がほとんど生じないため、尿素水がそのままの状態で存在し、尿素由来の析出物は発生しない。また、尿素は、100℃以上の温度場で変質が進み、尿素から、ビウレット、更にはトリウレットになる。更に、トリウレットから130℃〜160℃の温度場でも固相で存在するシアヌル酸、アンメリド、メラミンへと順に変質する。そのため、長期間堆積させた尿素由来の析出物を130℃〜160℃の温度場に曝したとしても、シアヌル酸、アンメリド、メラミンにまで変質が進んでしまえば、液体にして噴射路11から排出することは難しくなる。つまり、シアヌル酸まで変質が進む前に130℃〜160℃の温度環境を作り、析出物を液体にして噴射路11から排出する必要がある。なお、その一方で、尿素の変質速度は温度が高いほど速くなるため、160℃以上の高温場に尿素由来の析出物を曝すことは好ましくない。   In addition, since hydrolysis hardly arises at the temperature of 100 degrees C or less, urea water exists as it is, and the precipitate derived from urea does not generate | occur | produce. Urea changes in quality in a temperature field of 100 ° C. or higher, and changes from urea to biuret and further to triuret. Furthermore, it transforms in order from cyanuric acid, ammelide, and melamine existing in the solid phase even in a temperature field of 130 ° C. to 160 ° C. from triuret. Therefore, even if the urea-derived precipitates deposited for a long period of time are exposed to a temperature field of 130 ° C. to 160 ° C., if the transformation progresses to cyanuric acid, ammelide, and melamine, the liquid is discharged from the injection path 11 as a liquid. It becomes difficult to do. In other words, it is necessary to create a temperature environment of 130 ° C. to 160 ° C. before the alteration proceeds to cyanuric acid, and to make the precipitate into a liquid to be discharged from the injection path 11. On the other hand, the alteration rate of urea increases as the temperature increases, so it is not preferable to expose the urea-derived precipitate to a high temperature field of 160 ° C. or higher.

そこで、尿素由来の析出物を常に液相に保持するために、この排気浄化装置では、連通路12を通じて噴射路11内に導入される排気を冷却装置50によって冷却し、噴射路11内の尿素由来の析出物が付着する領域の温度が130℃〜160℃に維持されるようにする。具体的には、制御装置100が冷却水ポンプ51を制御して冷却装置50を循環する冷却水の循環量を制御することにより、噴射路11内の尿素由来の析出物が付着する領域の温度を130℃〜160℃に維持する。なお、冷却装置50は、このように噴射路11内の温度を130℃〜160℃に維持するように冷却水が循環されていれば、基本的には尿素添加弁40の先端部の温度が120℃以下になるように設計されている。   Therefore, in order to keep urea-derived precipitates in the liquid phase at all times, in this exhaust purification device, the exhaust gas introduced into the injection passage 11 through the communication passage 12 is cooled by the cooling device 50, and the urea in the injection passage 11 is cooled. The temperature of the region to which the deposit derived from the source adheres is maintained at 130 ° C to 160 ° C. Specifically, the control device 100 controls the cooling water pump 51 to control the circulation amount of the cooling water that circulates through the cooling device 50, so that the temperature of the region in which the precipitate derived from urea in the injection path 11 adheres. Is maintained at 130 ° C to 160 ° C. The cooling device 50 basically has a temperature at the tip of the urea addition valve 40 as long as the cooling water is circulated so as to maintain the temperature in the injection path 11 at 130 ° C. to 160 ° C. It is designed to be 120 ° C or lower.

また、この排気浄化装置では、通常は、上記の方法で尿素添加弁40近傍の温度を管理するが、冷却装置50による冷却水の循環だけでは、温度を管理しきれない場合には、併せて添加弁保護制御を実行する。   Further, in this exhaust purification device, the temperature in the vicinity of the urea addition valve 40 is usually managed by the above method, but when the temperature cannot be managed only by circulating the cooling water by the cooling device 50, the exhaust purification device can also be used. Add valve protection control is executed.

添加弁保護制御は、図4に示される一連の処理を通じて実行される。この一連の処理は内燃機関運転中に制御装置100により所定の制御周期で繰り返し実行される。
制御装置100は、この一連の処理を開始すると、ステップS101において尿素添加弁40近傍の温度が160℃以上であるか否かを判定する。
The addition valve protection control is executed through a series of processes shown in FIG. This series of processes is repeatedly executed at a predetermined control cycle by the control device 100 during operation of the internal combustion engine.
When starting this series of processing, the control device 100 determines whether or not the temperature in the vicinity of the urea addition valve 40 is 160 ° C. or higher in step S101.

ステップS101において尿素添加弁40近傍の温度が160℃未満である旨の判定がなされた場合(ステップS101:NO)には、制御装置100はステップS102において通常の尿素添加制御を実行する。こうして通常の尿素添加制御を実行すると、制御装置100はこの一連の処理を一旦終了させる。   When it is determined in step S101 that the temperature in the vicinity of the urea addition valve 40 is lower than 160 ° C. (step S101: NO), the control device 100 executes normal urea addition control in step S102. When the normal urea addition control is executed in this way, the control device 100 once ends this series of processes.

一方、ステップS101において尿素添加弁40近傍の温度が160℃以上である旨の判定がなされた場合(ステップS101:YES)には、制御装置100はステップS103以降の添加弁保護制御を実行する。   On the other hand, when it is determined in step S101 that the temperature in the vicinity of the urea addition valve 40 is 160 ° C. or higher (step S101: YES), the control device 100 executes addition valve protection control after step S103.

ステップS103では、制御装置100は、選択還元触媒30における現在のアンモニアの吸着量を判定する。そして、制御装置100は、判定された吸着量に基づき、ステップS104において冷却添加が可能か否かを判定する。具体的には、選択還元触媒30におけるアンモニアの吸着量が基準値以上であるか否かを判定し、アンモニアの吸着量が基準値未満であれば冷却添加の実行が可能であると判定し、アンモニアの吸着量が基準値以上であれば冷却添加の実行が不可能であると判定する。   In step S <b> 103, the control device 100 determines the current ammonia adsorption amount in the selective reduction catalyst 30. And the control apparatus 100 determines whether cooling addition is possible in step S104 based on the determined adsorption amount. Specifically, it is determined whether the ammonia adsorption amount in the selective reduction catalyst 30 is greater than or equal to a reference value. If the ammonia adsorption amount is less than the reference value, it is determined that the cooling addition can be performed. If the ammonia adsorption amount is equal to or greater than the reference value, it is determined that the cooling addition cannot be performed.

こうして選択還元触媒30におけるアンモニアの吸着量に基づいて冷却添加の実行可否を判定するのは、選択還元触媒30が吸着することのできるアンモニアの量に上限が存在するためである。選択還元触媒30におけるアンモニアの吸着量が上限を超え、冷却添加の実行により発生したアンモニアを選択還元触媒30で吸着しきれなくなると、アンモニアが選択還元触媒30よりも下流側に排出されてしまう。そのため、ここでは、冷却添加によって発生するアンモニアの量を考慮し、アンモニアが選択還元触媒30よりも下流側に排出されてしまうことのない範囲の上限を示す値として基準値を設定している。   The reason why the addition of cooling is determined based on the ammonia adsorption amount in the selective reduction catalyst 30 is because there is an upper limit in the amount of ammonia that the selective reduction catalyst 30 can adsorb. If the amount of ammonia adsorbed on the selective reduction catalyst 30 exceeds the upper limit and ammonia generated by the execution of cooling addition cannot be adsorbed by the selective reduction catalyst 30, ammonia is discharged downstream from the selective reduction catalyst 30. Therefore, here, the reference value is set as a value indicating the upper limit of a range in which ammonia is not discharged downstream from the selective reduction catalyst 30 in consideration of the amount of ammonia generated by cooling addition.

ステップS104において冷却添加が可能であると判定された場合(ステップS104:YES)には、制御装置100はステップS105において冷却添加を実行する。ここでは、制御装置100は尿素添加弁40から尿素水を噴射させる。これにより、尿素噴霧の気化潜熱により、尿素添加弁40近傍の温度が低下する。また、尿素添加弁40から温まった尿素水が排出され、尿素ポンプ41から新たな尿素水が供給されることになり、新たな尿素水と熱交換により尿素添加弁40が冷却されるようになる。   When it is determined in step S104 that cooling addition is possible (step S104: YES), the control device 100 executes cooling addition in step S105. Here, the control apparatus 100 injects urea water from the urea addition valve 40. Thereby, the temperature of the urea addition valve 40 vicinity falls by the vaporization latent heat of urea spray. Also, the heated urea water is discharged from the urea addition valve 40 and new urea water is supplied from the urea pump 41, and the urea addition valve 40 is cooled by heat exchange with the new urea water. .

こうして冷却添加を実行すると、制御装置100はこの一連の処理を一旦終了させる。
一方、ステップS104において、冷却添加が不可能であると判定された場合(ステップS104:NO)には、制御装置100はステップS106において尿素水の吸い戻しを実行する。ここでは、制御装置100は尿素添加弁40を開弁させた状態で尿素ポンプ41を逆回転させることにより、尿素添加弁40内に残っている尿素水を吸い戻す。こうして高温の尿素添加弁40内に尿素水を残存させないようにすることにより、尿素添加弁40内に残った尿素水が蒸発して高温高圧になり、尿素添加弁40のシート部が腐蝕してしまうことを抑制することができる。
When the cooling addition is executed in this way, the control device 100 once ends this series of processes.
On the other hand, when it is determined in step S104 that the cooling addition is impossible (step S104: NO), the control device 100 executes the urea water suction back in step S106. Here, the control device 100 sucks back the urea water remaining in the urea addition valve 40 by rotating the urea pump 41 in the reverse direction with the urea addition valve 40 opened. By preventing the urea water from remaining in the high temperature urea addition valve 40 in this way, the urea water remaining in the urea addition valve 40 evaporates to a high temperature and high pressure, and the seat portion of the urea addition valve 40 is corroded. Can be suppressed.

こうして尿素水の吸い戻しを実行すると、制御装置100はこの一連の処理を一旦終了させる。
次に本実施形態にかかる内燃機関の排気浄化装置の作用について説明する。
When the urea water is sucked back in this way, the control device 100 once ends this series of processes.
Next, the operation of the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to this embodiment will be described.

冷却装置50によって冷却された排気が噴射路11内に供給されるようになる。また、噴射路11内の温度を130℃〜160℃に維持することができるように冷却水ポンプ51が制御される。   The exhaust gas cooled by the cooling device 50 is supplied into the injection path 11. Moreover, the cooling water pump 51 is controlled so that the temperature in the injection path 11 can be maintained at 130 ° C to 160 ° C.

更に、冷却装置50によって温度を制御しきれない場合には添加弁保護制御が実行される。そして、この添加弁保護制御を通じて、冷却添加が可能な場合には冷却添加が実行されて尿素添加弁40及びその近傍が冷却され、冷却添加が不可能な場合であっても尿素添加弁40内に残った尿素水が吸い戻される。   Further, when the temperature cannot be controlled by the cooling device 50, the addition valve protection control is executed. Through this addition valve protection control, if cooling addition is possible, cooling addition is executed to cool the urea addition valve 40 and its vicinity, and even if cooling addition is impossible, the urea addition valve 40 can be The remaining urea water is sucked back.

以上説明した実施形態によれば、以下の効果が得られるようになる。
(1)冷却水ポンプ51を制御することにより、噴射路11内の温度を制御することができるため、噴射路11内に露出している尿素添加弁40の先端部が高温の排気に曝されて過熱してしまうことを抑制することができる。
According to the embodiment described above, the following effects can be obtained.
(1) Since the temperature in the injection path 11 can be controlled by controlling the cooling water pump 51, the tip of the urea addition valve 40 exposed in the injection path 11 is exposed to high-temperature exhaust. And overheating can be suppressed.

(2)尿素添加弁40近傍の温度が、尿素由来の析出物が液相状態になる130℃〜160℃の範囲に維持されるため、液体状態の析出物が噴射路11から排気通路10に排出されるようになる。そのため、析出物が尿素添加弁40近傍に堆積して、噴射路11を閉塞してしまうことを抑制することができる。   (2) Since the temperature in the vicinity of the urea addition valve 40 is maintained in a range of 130 ° C. to 160 ° C. at which urea-derived precipitates are in a liquid phase, the liquid precipitates are transferred from the injection path 11 to the exhaust passage 10. It will be discharged. Therefore, it is possible to suppress deposits from being deposited near the urea addition valve 40 and blocking the injection path 11.

(3)尿素添加弁40近傍の温度が160℃以上であり、冷却添加が実行可能な場合には、冷却装置50による冷却と合わせて冷却添加が実行されるため、尿素添加弁40の過熱をより確実に抑制することができる。   (3) When the temperature in the vicinity of the urea addition valve 40 is 160 ° C. or higher and the cooling addition can be executed, the cooling addition is executed together with the cooling by the cooling device 50, so the urea addition valve 40 is overheated. It can suppress more reliably.

(4)選択還元触媒30におけるアンモニアの吸着量が多い場合には、冷却添加を実施しないため、冷却添加により噴射したアンモニアが選択還元触媒30に吸着しきれずに下流側に排出されてしまうことを抑制することができる。   (4) When the adsorption amount of ammonia in the selective reduction catalyst 30 is large, the cooling addition is not performed, and therefore, the ammonia injected by the cooling addition is not completely adsorbed by the selective reduction catalyst 30 and is discharged downstream. Can be suppressed.

(5)アンモニアの吸着量が多く、冷却添加が実行不可能な場合には、尿素水の水戻しを行うため、尿素添加弁40近傍の温度が160℃以上であってもシート部の腐蝕を抑制し、尿素添加弁40を保護することができる。   (5) When the amount of adsorbed ammonia is large and cooling addition is not feasible, the urea water is reconstituted. Therefore, even if the temperature in the vicinity of the urea addition valve 40 is 160 ° C. or higher, the sheet portion is corroded. It can suppress and can protect the urea addition valve 40.

なお、上記実施形態は、これを適宜変更した以下の形態にて実施することもできる。
・上記実施形態では、排気温センサ60によって検出された温度に基づいて噴射路11内の温度を推定する例を示したが、温度を推定、検出する方法は適宜変更することができる。例えば、噴射路11内に温度センサを設ける構成や、内燃機関における燃料の噴射量や機関冷却水温に基づいて噴射路11内の温度を推定する構成を採用することもできる。
In addition, the said embodiment can also be implemented with the following forms which changed this suitably.
In the above embodiment, an example in which the temperature in the injection path 11 is estimated based on the temperature detected by the exhaust temperature sensor 60 has been described, but the method for estimating and detecting the temperature can be changed as appropriate. For example, the structure which provides a temperature sensor in the injection path 11, and the structure which estimates the temperature in the injection path 11 based on the injection quantity of the fuel in an internal combustion engine and the engine cooling water temperature are also employable.

・上記実施形態では、尿素添加弁40の制御の履歴や排気温センサ60によって検出された温度の履歴などに基づいて選択還元触媒30におけるアンモニアの吸着量を推定することを例示したが、アンモニアの吸着量の推定手段は適宜変更してもよい。   In the above embodiment, it is exemplified that the adsorption amount of ammonia in the selective reduction catalyst 30 is estimated based on the control history of the urea addition valve 40, the temperature history detected by the exhaust temperature sensor 60, and the like. The means for estimating the adsorption amount may be changed as appropriate.

・上記実施形態では、噴射路11内の温度を130℃〜160℃に維持するように冷却水ポンプ51を制御する例を示したが、尿素添加弁40を保護することを目的とするのであれば、維持する温度の水準は適宜変更可能であり、上記のような温度範囲には限定されない。例えば、尿素添加弁40の先端部の温度が120℃以下になるような温度範囲に維持するようにすればよい。要するに維持する温度の水準は、尿素添加弁40の規格にあわせて尿素添加弁40の機能を保証することのできる水準に設定すればよい。   In the above-described embodiment, the example in which the cooling water pump 51 is controlled so as to maintain the temperature in the injection path 11 at 130 ° C. to 160 ° C. is shown, but the purpose is to protect the urea addition valve 40. For example, the level of the temperature to be maintained can be changed as appropriate, and is not limited to the above temperature range. For example, the temperature of the tip of the urea addition valve 40 may be maintained in a temperature range that is 120 ° C. or lower. In short, the level of the temperature to be maintained may be set to a level that can guarantee the function of the urea addition valve 40 in accordance with the standard of the urea addition valve 40.

・添加弁保護制御において、選択還元触媒30におけるアンモニアの吸着量が多いときには冷却添加を行わないようにしたが、ステップS103、S104、S106の処理を省略し、吸着量によらず、温度が高いときには冷却添加を実行するようにしてもよい。   In addition valve protection control, cooling addition is not performed when the amount of ammonia adsorbed on the selective reduction catalyst 30 is large, but the processing in steps S103, S104, and S106 is omitted, and the temperature is high regardless of the amount of adsorption. Sometimes cooling addition may be performed.

・尿素添加弁40近傍の温度が160℃以上の場合に添加弁保護制御を実行する例を示したが添加弁保護制御を実行するか否かを判定するための閾値となる温度は適宜変更してもよい。   An example is shown in which the addition valve protection control is executed when the temperature in the vicinity of the urea addition valve 40 is 160 ° C. or higher. May be.

・添加弁保護制御において冷却添加を実行する例を示したが、冷却添加を省略し、添加弁保護制御においては常に冷却水の吸い戻しを実行するようにしてもよい。
・また、添加弁保護制御自体を省略してもよい。
-Although the example which performs cooling addition in addition valve protection control was shown, cooling addition may be abbreviate | omitted and it may be made to always perform the sucking-back of cooling water in addition valve protection control.
-The addition valve protection control itself may be omitted.

・上記実施形態では、添加剤として尿素水を噴射する排気浄化装置を例示したが、上記実施形態において開示した技術的思想を尿素水以外の添加剤を噴射する排気浄化装置に応用することもできる。   In the above embodiment, an exhaust purification device that injects urea water as an additive is illustrated, but the technical idea disclosed in the above embodiment can also be applied to an exhaust purification device that injects additives other than urea water. .

・冷却装置50が、尿素添加弁40の先端部と連通路12とを冷却するように構成されている例を示したが、尿素添加弁40を冷却する冷却装置と連通路12を冷却する冷却装置とが別々に設けられていてもよい。また少なくとも連通路12を冷却する冷却装置を備えていれば、噴射路11内に露出している尿素添加弁40の先端部が高温の排気に曝されて過熱してしまうことを抑制することができるため、尿素添加弁40を冷却する冷却装置を備えていなくてもよい。   -Although the cooling device 50 showed the example comprised so that the front-end | tip part of the urea addition valve 40 and the communication path 12 might be cooled, the cooling device which cools the urea addition valve 40, and the cooling which cools the communication path 12 The apparatus may be provided separately. Further, if at least a cooling device for cooling the communication passage 12 is provided, it is possible to prevent the tip portion of the urea addition valve 40 exposed in the injection passage 11 from being exposed to high-temperature exhaust gas and overheating. Therefore, the cooling device for cooling the urea addition valve 40 may not be provided.

・排気通路10の形状は適宜変更することができる。例えば、上記実施形態で開示した技術的思想は、図5に示すように酸化触媒20の中心軸と選択還元触媒30の中心軸とのなす角度θが−90°〜90°の範囲にある排気浄化装置に適用すると特に有効である。この範囲以外である場合は、酸化触媒20から選択還元触媒30に向かって排気通路10が折り返すような形状となる。そのため、酸化触媒20を通過した排気が選択還元触媒30に流入するまでにその流速が減速し、尿素添加弁40から噴射した尿素水が蒸発、拡散するまでの時間を確保することができる。これにより尿素水を蒸発、拡散させやすいため、噴霧を液柱状にすることができ、尿素添加弁40近傍への尿素水の付着を抑制できる。これに対して角度θが−90°〜90°の範囲になる場合は、排気の流速が減速しにくいため、尿素水を蒸発、拡散させる時間を確保しにくい。すなわち、尿素噴霧を液柱状にすることが難しいため、上記実施形態で開示した技術的思想を適用して尿素添加弁40近傍への尿素由来の析出物の堆積を抑制することが好ましい。   The shape of the exhaust passage 10 can be changed as appropriate. For example, the technical idea disclosed in the above embodiment is an exhaust gas in which the angle θ formed by the central axis of the oxidation catalyst 20 and the central axis of the selective reduction catalyst 30 is in the range of −90 ° to 90 ° as shown in FIG. It is particularly effective when applied to a purification device. When it is outside this range, the exhaust passage 10 is folded back from the oxidation catalyst 20 toward the selective reduction catalyst 30. Therefore, the flow rate of the exhaust gas that has passed through the oxidation catalyst 20 is slowed down before flowing into the selective reduction catalyst 30, and it is possible to secure a time until the urea water injected from the urea addition valve 40 evaporates and diffuses. Since it is easy to evaporate and diffuse urea water by this, spray can be made into a liquid column shape and adhesion of urea water to the urea addition valve 40 vicinity can be suppressed. On the other hand, when the angle θ is in the range of −90 ° to 90 °, the flow rate of the exhaust gas is difficult to reduce, so it is difficult to secure time for evaporating and diffusing the urea water. That is, since it is difficult to make urea spray into a liquid column shape, it is preferable to apply the technical idea disclosed in the above embodiment to suppress deposition of urea-derived precipitates in the vicinity of the urea addition valve 40.

10…排気通路、11…噴射路、12…連通路、20…酸化触媒、30…選択還元触媒、40…尿素添加弁、41…尿素ポンプ、42…供給管、50…冷却装置、51…冷却水ポンプ、60…排気温センサ、100…制御装置。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Exhaust path, 11 ... Injection path, 12 ... Communication path, 20 ... Oxidation catalyst, 30 ... Selective reduction catalyst, 40 ... Urea addition valve, 41 ... Urea pump, 42 ... Supply pipe, 50 ... Cooling device, 51 ... Cooling Water pump, 60 ... exhaust temperature sensor, 100 ... control device.

Claims (1)

内燃機関に接続される排気通路と、
前記排気通路の途中に設けられた触媒と、
前記排気通路における前記触媒よりも上流側の部分から分岐した噴射路と、
前記噴射路に取り付けられ、添加剤を噴射する添加弁と、
前記排気通路における前記噴射路が分岐している分岐部よりも上流側の排気通路と前記噴射路とを前記分岐部を経ずに直接連通させる連通路と、
前記連通路を取り囲む冷却水通路内に冷却水を循環させることにより前記連通路内を流れる排気を冷却する冷却装置と、
前記冷却装置に冷却水を循環させる冷却水ポンプと、
前記冷却水ポンプを制御する制御装置と、を備え、
前記噴射路内の温度を所定の水準に維持するように前記冷却水ポンプを制御する内燃機関の排気浄化装置。
An exhaust passage connected to the internal combustion engine;
A catalyst provided in the middle of the exhaust passage;
An injection path branched from a portion upstream of the catalyst in the exhaust passage;
An addition valve attached to the injection path for injecting the additive;
A communication passage that directly connects the exhaust passage upstream of the branch portion where the injection passage in the exhaust passage branches and the injection passage without passing through the branch portion;
A cooling device that cools exhaust gas flowing in the communication path by circulating cooling water in a cooling water path surrounding the communication path;
A cooling water pump for circulating cooling water through the cooling device;
A control device for controlling the cooling water pump,
An exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine that controls the cooling water pump so as to maintain a temperature in the injection path at a predetermined level.
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