JP4224983B2 - Exhaust gas purification device for internal combustion engine - Google Patents

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【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内撚機関の排気ガスを排気系において浄化する排気ガス浄化装置、特に、排気系に設けた触媒により排気ガスを浄化する内燃機関の排気ガス浄化装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
車載された内撚機関はその駆動時に水蒸気H0や炭酸ガスCOを含む排気ガスを排出するが、この排気ガスには未燃ガスHCや一酸化炭素CO及び窒素酸化物NOxが混入している。そこで、これらHC、CO、NOxを含む排気ガスは排気系に設けられた三元触媒やNOx触媒で浄化された上で、大気排出されている。
例えば、ディーゼル車ではその排気系に酸素過剰雰囲気下の運転域でNOxを浄化する還元触媒を配備したものが多く、ガソリン車ではストイキオ雰囲気下でHC、CO、NOxを浄化する三元触媒を単独で設けたり、あるいは三元触媒に加えてリーン運転時に使用する還元触媒を併設したものが多い。
【0003】
このように各車両の排気系に設けられるNOx触媒や三元触媒は、一般的には排気管の途中を膨出した形状をなすような触媒コンバータとして配設される。この触媒コンバータは、その本体ケーシングの内部に多孔性の触媒担体を配備し、その触媒担体にNOx触媒や三元触媒を担持した状態で形成される。このような触媒コンバータには内燃機関からの排気ガスが流入し、排気ガス中のHC、CO、NOxが触媒担体上の触媒により還元、あるいは酸化反応を促進され、無害化され、外部に排出されている。
通常、触媒の浄化率は暖機完了前の様に触媒温度の活性温度未満で浄化率が低く、暖機運転完了後の様に活性化温度以上で所期の浄化率を保持できる。しかも、NOx触媒は空燃比が酸素過剰雰囲気下で運転された場合に、三元触媒は空燃比がストイキオで運転された場合に高浄化率を保持できることより、排気の制御系は排気ガス浄化のための触媒温度や空燃比制御を行うことが多い。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、触媒温度が活性化温度を越える温度が、例えば、300〜500℃で内燃機関が運転されている際に、更に、高出力運転が継続されたような場合、触媒温度が過度に、例えば650℃以上に高くなる場合がある。この状態が続くと、触媒担体に担持されているNOx触媒や三元触媒の触媒金属の飛散が発生し易くなり、この触媒金属が大気排出される可能性がある。
例えば、ディーゼルエンジンで用いられるNOx浄化装置はその排気系にSCR触媒(NOx触媒)を置き、その担体にはSCR触媒として機能するための触媒金属、例えばバナジウム(V)が担持され、その上流側よりユリア水を供給し、加水分解により生成されたアンモニアを触媒に還元剤として供給し、酸素過剰雰囲気下においてNOxを浄化できるようにしている。このようなディーゼルエンジンにおいて、高出力運転が継続された場合、SCR触媒を通過する排気ガス温度が過度に上昇し、例えば、触媒温度が650℃程度の過昇温度を上回るような事態が続くとすると、バナジウムの気化が生じ、環境へのバナジウムの飛散が生じる可能性がある。
【0005】
このように、NOx触媒の触媒温度が過度に上昇する状態が続く場合触媒の早期劣化を招くこととなる上に、排気ガス自体を悪化させることとなる。このような触媒金属の飛散は三元触媒でも同様に生じている。このため、運転状態を変えることなく、無関係に、触媒温度の過度な上昇を抑え、触媒担体からの触媒の飛散を防止できる排気ガス浄化装置が望まれている。
本発明は、以上のような課題に基づき、触媒温度の過度な上昇を抑え、触媒の飛散を防止できる内燃機関の排気ガス浄化装置を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
請求項1によれば、内撚機関の排気系に設けられる触媒、前記触媒の下流側の前記排気系に設けられ排気ガス温度を低減して前記触媒から飛散した金属を固体化する固化用冷却手段、前記冷却手段の下流側の前記排気系に設けられ前記触媒から飛散した金属を捕集するフィルタ、を備えたことを特徴とする。
請求項1によれば、触媒担体に担持した金属が飛散したとしても、触媒の下流側に設けられた固化用冷却手段により飛散した金属を固体化してから固化用冷却手段の下流側に設けられたフィルタで捕集することができるので、触媒担体から飛散した金属の排気への放出を未然に防止できる。
【0010】
好ましくは、請求項1に記載の内燃機関の排気ガス浄化装置において、前記固化用冷却手段が、前記排気系から分岐されたバイパス通路と、前記パイパス通路の一部を縮径したベンチュリ部を有する外気導入部とから構成されたとしても良い。この場合、外気導入部よりバイパス通路上のベンチュリ部を介して外気を導入し、外気で触媒を冷却し触媒の劣化を防止することができる。
好ましくは、請求項1に記載の内燃機関の排気ガス浄化装置において、前記固化用冷却手段が、前記排気系周りに形成された熱交換室と、前記熱交換室を循環する冷却媒体とから構成されたとしても良い。この場合、熱交換室に冷却媒体を循環流動させるので、排気ガス温度を下げ、触媒を冷却し触媒の劣化を防止することができる。
好ましくは、請求項1に記載の内燃機関の排気ガス浄化装置において、前記固化用冷却手段が、前記排気系周りに形成された冷却フィンから構成されたとしても良い。この場合、排気系周りの冷却フィンが排気を冷却し、その低温化された排気で触媒を冷却し触媒の劣化を防止することができる。
【0011】
請求項2の発明は、内撚機関の排気系に設けられる触媒、前記触媒の触媒温度又は触媒温度に相関するパラメータを検出又は推定する触媒温度検出手段、前記触媒の上流側の前記排気系に設けられ排気ガスを冷却する冷却手段、前記触媒の下流側の前記排気系に設けられ排気ガス温度を低減して前記触媒から飛散した金属を固体化する固化用冷却手段、前記固化用冷却手段の下流側の前記排気系に設けられ前記触媒から飛散した金属を捕集するフィルタ、前記触媒温度検出手段により検出又は推定された触媒温度又は排気ガス温度が所定温度以上のときに、排気ガス温度を低減すべく前記冷却手段の作動を制御する制御手段、を備えたことを特徴とする。
請求項2の発明によれば、触媒担体に担持した金属が飛散すると見做されるような触媒温度又は排気ガス温度が所定温度以上のときに冷却手段が作動して触媒を冷却できるので、触媒担体に担持した金属の飛散を未然に回避し、しかも、触媒担体に担持した金属が飛散したとしても、触媒の下流側に設けられた固化用冷却手段により飛散した金属を固体化してから固化用冷却手段の下流側に設けられたフィルタで捕集することができるので、触媒担体から飛散した金属の排気への放出を確実に防止できる。
【0012】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態としての内燃機関の排気ガス浄化装置を図1を参照して説明する。ここでの内燃機関の排気ガス浄化装置は、図示しない車両に搭載された多気筒ディーゼルエンジン(以後単にエンジンと記す)1の排気系2に装着される。
エンジン1はエンジン制御装置(以後、単にエンジンECUと記す)3により制御され、排気ガス浄化装置は排気ガス制御装置(以後単に排気系ECUと記す)4に制御され、エンジンECU3と排気系ECU4は制御系通信回線5によって相互通信可能に連結される。
図1において,エンジンECU3は演算された噴射時期及び燃料噴射量Uf相当の出力信号を図示しないインジェクタの燃料噴射用電磁バルブに出力し、インジェクタの燃料噴射制御を行うと共に、図示しないEGRバルブなどエンジン本体の制御を行っている。
【0013】
図1の内燃機関の排気ガス浄化装置はエンジン1の排気系2に配備されたNOx浄化装置9と排気ガス冷却装置11とで構成される。
【0014】
NOx浄化装置9は排気管12の途中に装着されたNOx触媒であるSCR触媒13とその上流の供給位置fより排気路Eに尿素水を供給する尿素水供給装置14と、SCR触媒13の温度tgを出力する触媒温度センサ16と、NOx浄化装置9の制御部を成す排気系ECU4とを備える。
SCR触媒13は排気路Eを成す排気管12の途中のNOx触媒コンバータ18に収容される。NOx触媒コンバータ18は略筒状のケーシング181を備え、ケーシング181内にハニカム構造のセラミック製の触媒担体(SCR触媒13のブロック表示と重なる)を備え、同触媒担体を金属網を束ねた嵩高性シール材182を介してずれなく支持しており、同担体にSCR触媒13として機能するための触媒金属、例えばバナジウム(V)が担持される。
【0015】
SCR触媒13はアンモニア(NH3)を還元剤として排気ガス中のNOxを選択還元可能である。ここでは尿素水供給装置14により排気路Eに尿素水(ユリア水)を供給し、同尿素水を下記の式(1)のように加水分解させ、アンモニアをSCR触媒13に添加できるようにしている。
(NH)2CO+HO→2NH+CO・・・・(1)
ここでSCR触媒13はアンモニア吸着状態において、排気ガス中のNOxを雰囲気温度の高低に応じ、即ち、高温時には下記した式(2)、低温時には下記した式(3)の反応を主に行い、NH3と窒素酸化物との間の脱硝反応を促進することが知られている。
【0016】
4NH+4NO+O→4N+6HO・・・・(2)
2NH+NO+NO→2N+3HO・・・・・(3)
次に、図1の排気系2の冷却手段としての排気ガス冷却装置11を説明する。排気ガス冷却装置11は排気管12の途中で尿素水供給装置14とSCR触媒13との間のエア供給位置gに冷却媒体である外気を流入し、排気ガスの温度及びSCR触媒13の触媒温度tgを低下させる。
【0017】
排気管12の一部には他の部位より縮径されたベンチュリ部bを有する外気導入部121が形成され、外気導入部121にはエア供給位置gが設定され、その部位gにエアパイプ27のエア導入口271が開口するように接続される。これにより、ベンチュリ部bの排気ガス流速が早められ、外気導入部121に連通するエアパイプ27側のエアを排気路EのSCR触媒13上流側に流入可能に形成されている。
エアパイプ27は外気導入通路raを形成し、外気導入通路raを開閉制御する外気導入弁28を装着する。外気導入弁28は常閉の電磁弁であり、排気系ECU4に接続されている。
【0018】
排気系ECU4は触媒温度センサ16よりの触媒温度tgを取込み、この触媒温度tgが所定温度である過昇温度(例えば650℃)thα以上のときに排気ガス温度を低減すべく冷却手段の外気導入弁28を開放し、エア供給位置gに冷却媒体であるエアを流入し、排気ガスの温度及びSCR触媒13の触媒温度tgを低下させる。
次に、図1のエンジンECU3及び排気系ECU4の各制御処理を、図2、図3の各制御ルーチンに沿って説明する。
エンジン1の駆動時において、エンジンECU3は上述の各センサの入力値に応じて燃料圧力制御部n1により、図示しない燃料吐出量調整部を、燃料制御部n2により、図示しない燃料調整部を運転域に応じてそれぞれ制御し、その際得られた各センサ出力等を排気系ECU4にも送信する。
【0019】
一方、排気系ECU4は、エンジンキーのオンと同時に図2のメインルーチンを所定制御サイクル毎に繰り返す。ここではステップsaでキーオンを確認し、ステップsbで外気導入弁を閉(オフ)に初期設定し、ステップscに進む。
ステップscでは、触媒温度tg、その他のデータを取込み、適正値か否かの判断をし、正常でないと図示しない故障表示灯を駆動し、正常ではステップsdに進む。ステップsdではNOx浄化処理を行い、この後、ステップseでは触媒冷却処理を、次いで、ステップsfではその他の周知の制御処理を実行し、リターンする。
次に、排気系ECU4のメインルーチンの途中で、ステップseの触媒冷却処理に達すると、ここでは図3の触媒冷却処理ルーチンを実行する。
【0020】
ステップa1では触媒温度tgが予め設定されている過昇温度(例えば550℃)thα以上か否か判断し、過昇温度thαに達していない間、もしくは、一旦過昇温度以上となった後に、過昇温度th未満となった場合にはステップa2に、以上ではステップa6に進む。Fc=1でない場合にはメインルーチンにリターンする。
【0021】
過昇温度thαに達していないとしてステップa2に進むと、実行中フラグFc=1か否かを判定、即ち触媒冷却処理を実行中か否かを判断する。実行中フラグFc=1の場合にはステップa3に、実行中フラグFc=1でない場合にはメインルーチンにリターンする。ステップa3において、触媒温度tgが予め設定されている過昇温度thαよりも所定温度低い判定温度(例えば500℃)taβ未満か否か判断し、判定温度taβ未満の場合には、触媒冷却処理により触媒温度が低下したとして外気導入弁を閉鎖側に制御し、ステップa5において、触媒冷却処理の実行フラグFcを0として、リターンする。触媒が判定温度taβ以上の場合は現状保持でメインルーチンにリターンする。
【0022】
ステップa1で触媒温度tgが過昇温度thα以上と判断されステップa6に達すると、ここでは外気導入弁を開き(オン)、更に、ステップa7において、触媒冷却処理の実行フラグFcを1に設定し、リターンする。この時点でSCR触媒13の触媒担体上の触媒金属は過昇温度thα以上であり、この状態が継続するとやがて触媒金属の飛散が始まる可能性が有る。
しかし、ここではステップa1より直ちにステップa6において、外気導入弁28を開放する処理に入る。このため、外気がエアパイプの外気導入通路raを介して外気導入部121のベンチュリ部bからに導入され、排気路Eに流入した外気が触媒を冷却し、触媒温度tgを低下させる。外気導入弁28を開いた状態が継続すると、やがて、触媒温度tgが過昇温度thαを下回る。
【0023】
この時点ではステップa1よりステップa2を介してステップa3に進み、触媒温度tgが判定温度taβ以上の場合には外気がエアパイプより排気路Eに流入した状態が継続され、メインルーチンにリターンすることとなる。
このように、触媒温度tgが、触媒担体に担持した金属が飛散すると見做されるような所定の過昇温度thα以上のときに外気導入弁28を開放し、排気路Eのベンチュリ部bから外気を容易に導入でき、SCR触媒13を冷却し、触媒の劣化を防止することができる。
【0024】
図1の排気ガス冷却装置11は冷却手段としてベンチュリ部bを有する外気導入部121と、外気導入通路raを開閉制御する外気導入弁(開閉弁)28を備え、外気導入弁28により外気導入部121を開放することで排気路Eのベンチュリ部b内に外気を容易に導入する。このため、車両が、例えば、高出力運転を継続し、排気ガス温度が過度に高い状態が継続しているような場合であっても、その運転状態に関係無く、触媒を冷却でき、触媒担体に担持した触媒金属の飛散を未然に回避でき、SCR触媒13の劣化を防止することができる。
【0025】
図1の排気ガス冷却装置11は、冷却手段の要部を成す外気導入部121が排気管12に直接形成されていたが、これに代えて、図4に示すように、排気ガス冷却装置11aを採用しても良い。
図4に示す排気ガス冷却装置11aは、排気路Eの一部にバイパス路EBを形成し、バイパス路EB上に外気導入部121aを形成し、外気導入部121aのエア供給位置gにエアパイプ27aのエア導入口271aが開口するように接続される。バイパス路EBと対向する排気路Eの分岐部dと合流部eの間には電磁弁であるシャッター弁29が装着される。このシャッター弁29は常開弁であり、排気系ECU4aに接続される。なお、排気ガス冷却装置11aは図1の排気ガス冷却装置11と比較して、排気路Eに外気導入部121aを有したバイパス路EBを形成し、排気路Eにシャッター弁29を設けた点、及び後述の触媒冷却処理ルーチンの一部が相違する点以外は図1の排気ガス冷却装置11と同一構成を採ることより、ここでは重複説明を略す。
【0026】
ここで、図4の排気ガス冷却装置11aの排気系ECU4aは図1の排気ガス冷却装置の排気系ECU4と比較し、図2のメインルーチン、NOx浄化処理ルーチンでそれぞれ同一制御が成され、図5の触媒冷却処理ルーチンの一部のみが相違することより、ここでは相違点を主に説明をする。
図5の触媒冷却処理ルーチンのステップa1〜ステップa3、ステップa6’〜ステップa7’では、図3の触媒冷却処理ルーチンの場合と同様の制御が成される。即ち、触媒温度tgが過昇温度thα以上でステップa6’に進み、過昇温度thαに達していない間、もしくは、一旦過昇温度以上となった後に、過昇温度th未満となった場合には,ステップa2に進み、実行中フラグFc=1か否かを判定、即ち触媒冷却処理を実行中か否かを判断する。実行中フラグFc=1の場合にはステップa3に、実行中フラグFc=1でない場合にはメインルーチンにリターンする。
【0027】
触媒温度tgが過昇温度thαを上回るとしてステップa6’に達すると、外気導入弁28aを開放し、シャッター弁29を閉じ、更に、ステップa7’において、触媒冷却処理の実行フラグFcを1に設定し、リターンする。
なお、シャッター弁29はメインルーチンの初期設定(ステップsb)で開放され、ここで閉じる。これにより、外気がエアパイプ27aの外気導入通路raを介してバイパス路EB上を流動する排気ガスに乗ってSCR触媒13に流入し、触媒温度tgを低下させることができる。
【0028】
なお、ステップa6’でシャッター弁29を閉じる代わりに、所定角度のみ閉じ側に駆動しても良い。
【0029】
触媒温度tgが過昇温度thαに達していないとしてステップa2を介してステップa3に達すると、ここでは、触媒温度tgが判定温度taβ未満か否か判断し、判定温度taβ未満の場合には、触媒冷却処理により触媒温度が低下したとしてステップa4’で外気導入弁28aを閉鎖側に制御し、シャッター弁29を開放側に制御し、ステップa5’において、触媒冷却処理の実行フラグFcを0として、リターンする。触媒温度tgが判定温度taβ以上の場合は現状保持でメインルーチンにリターンする。
図4の排気ガス冷却装置11aの場合、通常運転時には排気路E及びバイパス路EBが共に開き、図1の排気ガス冷却装置11と同様の作用効果が得られ、特に、排気抵抗を低減でき、出力低下を防止できる。
【0030】
図1の排気ガス冷却装置11は、外気を冷却媒体として用いていたが、これに代えて、冷却水を冷却媒体とした排気ガス冷却装置を用いても良い。
この場合排気ガス冷却装置は、排気路Eの一部に冷却手段を成す熱交換器と、熱交換器内を循環する冷却媒体である水の流動を制御する冷却水制御部と、排気系ECUから構成される。
この場合の排気ガス冷却装置の排気系ECUは、図1の排気ガス冷却装置11の場合と比較して、図3の触媒冷却処理ルーチンにおけるステップa4、ステップa5の制御が相違する点以外は、同一制御が成されることより、ここでは制御系の説明を略す。
【0031】
即ち、冷却水を冷却媒体となる排気冷却装置では図3のステップa4の代わりに熱交換器内に水を循環させ、ステップa5の代わりに水の循環を停止させるように制御する。
この排気ガス冷却装置では図1の排気ガス冷却装置11と同様の作用効果が得られ、特に、排気ガスが冷却水で冷却されるので、冷却効率を比較的大きくできる。
図6には本願発明の他の実施形態である内燃機関の排気ガス浄化装置を示した。
ここではエンジン1の排気系2にNOx浄化装置9と、固化用冷却手段41と、フィルタ42を備える。なお、ここでは図1中の部材と同一の部材には同一符号を付し、重複説明を略す。
【0032】
NOx浄化装置9は図1に開示のものと同一構成を採り、排気管12にSCR触媒13を収容した触媒コンバータ18と尿素水供給装置14を備え、これらを排気系ECU4cによって同様に駆動制御している。
フィルタ42は略筒状のフィルタケーシング421を備え、ケーシング421内にフィルタ本体422を備え、フィルタ本体422を金属網を束ねたシール材423を介してずれなく支持している。
【0033】
フィルタ本体422はセラミック製で多数の通路jを並列配備したハニカム構造体であり、互いに隣り合う各通路jは前後端の閉鎖栓kの位置が相違する。これにより、排気ガスを一方より他方の通路kに向け壁部を移動させる際に、排気ガス中のSCR触媒13から飛散した後に固化用冷却手段41によって固化された触媒金属を捕集できるように形成される。
固化用冷却手段41はSCR触媒13とフィルタ42の間の排気管12の冷却部121cに装着される。
冷却部121cは他の部位の排気管12より縮径されたベンチュリ部mが形成され、そこにエアパイプ44のエア導入口441が開口するように接続される。これにより、ベンチュリ部mの排気ガス流速が早められ、冷却部121cに連通するエアパイプ44側のエアを排気路EC側に流入可能に形成されている。
【0034】
このように図6の排気ガス浄化装置によれば、高負荷運転が継続されて排気ガス温度が過度に高い状態が継続しているような場合でも、固化用冷却手段41によって外気を導入して排気ガスを冷却して飛散した触媒金属を固化して、フィルタ42により固化した触媒金属を捕集することができ、大気への排出を未然に回避できる。図6の固化用冷却手段41では排気管12に直接形成されていたが、これに代えて、図7に示すように構成しても良い。
【0035】
図7に示す固化用冷却手段41aは、SCR触媒13下流で且つフィルタ42上流の排気路Eの一部にバイパス通路ECを形成し、バイパス通路EC上に外気導入部121dを形成し、外気導入部121dにエアパイプ44のエア導入口441が開口するように接続されている。バイパス通路ECと並列の排気路Eの分岐部dと合流部eとの間には、電磁弁45で駆動されるシャッター弁29aが装着される。このシャッター弁29aは、常開弁であり、電磁弁45が排気系ECU4cに接続される。
排気系ECU4cは図1の排気ガス冷却装置の排気系ECU4と比較し、図2のメインルーチン、NOx浄化処理ルーチンがそれぞれ同様に制御され、図3の触媒冷却処理ルーチンに代えて、図8に示す触媒金属固化処理ルーチンが実行される。
【0036】
なお、ここで用いる図2のメインルーチンではステップseに代えて触媒金属固化処理であるステップse’が実行されることより、この点を図2中に2点鎖線で併記した。
図8の触媒金属固化処理ルーチンのステップa1〜ステップa3、ステップah〜a7では、図3の触媒冷却処理ルーチンと同様の制御が成される。即ち、触媒温度tgが過昇温度thα以上でステップahに進み、過昇温度thαに達していない間、もしくは、一旦過昇温度以上となった後に、過昇温度th未満となった場合には、ステップa2に進み、実行中フラグFc=1か否かを判定、即ち排気ガス冷却処理を実行中か否かを判断する。実行中フラグFc=1の場合にはステップa3に、実行中フラグFc=1でない場合にはメインルーチンにリターンする。
【0037】
触媒温度tgが過昇温度thαを上回り、SCR触媒13から気化して飛散した触媒金属が排気ガス中に混入しているとしてステップahに達すると、シャッター弁29aを閉鎖する。これにより、排気ガスがバイパス路ECを流れ、外気がエアパイプを介して排気路E上の排気ガス中に混入し、排気ガス温度を下げる。なお、ステップahでシャッター弁29aを閉じる代わりに、所定角度のみ閉じ側に駆動しても良い。
この結果、SCR触媒13から飛散した触媒金属が排気ガス中に混入していた場合、その触媒金属を冷却して固化できる。固化された触媒金属はフィルタ本体422に達するとセラミック製壁部を移動する際捕集され、触媒担体から飛散した触媒金属の大気への放出を未然に防止できる。
【0038】
触媒温度tgが過昇温度thαに達していないとしてステップa2を介してステップa3に達すると、ここでは、触媒温度tgが判定温度taβ未満か否か判断し、活性判定温度taβ未満の場合には排気ガス冷却処理により排気ガス温度が低下したとしてステップajでシャッター弁29aを開弁側に制御し、ステップa5において、実行中フラグFcを0として、リターンする。触媒温度tgが判定温度taβ以上の場合には現状保持(シャッター弁閉鎖)でメインルーチンにリターンする。
【0039】
このように、図7の内燃機関の排気ガス浄化装置の要部を成す固化用冷却手段41aはベンチュリ部mを有する外気導入部121dと、排気路Eを閉鎖するシャッター弁29aを備え、シャッター弁29aにより排気路Eを閉鎖することで排気路Eのベンチュリ部mから外気を容易に導入できる。このため、例えば、高出力運転を継続し、排気ガス温度が過度に高い状態が継続しているような場合であっても、その運転状態に関係無く、排気ガス及びそこに混入する気化されている触媒金属を冷却して固化でき、固化した触媒金属をフィルタ本体422で捕集し、大気への排出を未然に回避できる。
図7の内燃機関の排気ガス浄化装置の要部を成す固化用冷却手段41aは外気で、排気ガスに混入する触媒金属を固化していたが、これに代えて、冷却水を冷却媒体とした固化用冷却手段を用いても良い。
【0040】
この固化用冷却手段は、排気路Eの一部に配備された熱交換器と、熱交換器内を循環する冷却媒体である水の流動を排気系ECUを用いて制御する冷却水制御部とから構成される。
【0041】
ここでの固化用冷却手段においては、図7の固化用冷却手段41aで用いた図8の触媒金属固化処理ルーチンにおけるステップah、ステップajを除いた他の部分が同様に制御に使用されることより、ここでは、重複説明を避け、ステップah、ステップajのみを説明する。
【0042】
即ち、冷却水を冷却媒体となる排気冷却装置では図8のステップ a の代わりに熱交換器内に水を循環させ、ステップ a の代わりに水の循環を停止させるように制御する。
【0043】
この固化用冷却手段では図7の固化用冷却手段41と同様の作用効果が得られ、特に、排気ガス及びそこに混入する気化されている触媒金属を冷却水で冷却するので、冷却効率を比較的大きくできる。
図9には本願発明の他の実施形態である内燃機関の排気ガス浄化装置を示した。
ここでの排気ガス浄化装置はその排気系2に図1に示したと同様のNOx浄化装置9及び排気ガス冷却装置11を備え、更に、その下流に図7で示した固化用冷却手段41a及びフィルタ42を備える。なお、ここでは、図1、図7中の各構成部材と同一の部材には同一符号を付し、重複説明を略す。
【0044】
ここで、排気ガス浄化装置のNOx浄化装置9と排気ガス冷却装置11と固化用冷却手段41aは排気系ECU4eに制御される。
図9の排気系ECU4eは、図10のメインルーチンを実行する。
ここで、排気系ECU4eは、エンジンキーのオンと同時に図10のメインルーチンを所定制御サイクル毎に繰り返す。ステップsaよりステップscにおいて、図2のメインルーチンと同様に、キーオンを確認し、ステップsbで外気導入弁28を閉(オフ)に、冷却水ポンプ48をオフに初期設定し、ステップscで各データを取込み、正常でないと図示しない故障表示灯を駆動し、正常ではステップsdに進む。
ステップsdでは前述と同一のNOx浄化処理を行い、この後、ステップseでは図3で説明したと同一の触媒冷却処理を行い、次いで、ステップsfでは図7に示したと同一の固化用冷却手段41aを用い、図8の触媒金属固化処理ルーチンを実行し、ステップsgでその他の周知の制御処理を実行し、リターンする。
【0045】
このように、図9の排気ガス浄化装置は、SCR触媒13に尿素水添加してアンモニアを還元剤としてSCR触媒13が排気ガス中のNOxを高効率で浄化でき、しかも、排気ガス冷却装置11が外気導入弁28により外気導入部121を開放することで、車両の運転状態に関係無く、触媒を冷却し、触媒金属の飛散を回避でき、更に、固化用冷却手段41aがシャッター弁29aを閉鎖した際に、車両の運転状態に関係無く外気が導入されて排気ガス及びそこに混入する気化されている触媒金属を冷却して固化し、固化した触媒金属をフィルタ本体422で捕集し、外気への排出を未然に回避できる。
【0046】
上記実施形態の外気を導入する固化用冷却手段41aの代わりに冷却水を冷却媒体とする熱交換器を用いて排気ガスを冷却しても良い。更に、該固化用冷却手段41aの代わりに、バイパス路EC及びシャッター弁29aを持たない図6に示す固化用冷却手段41を用いても良い。
上述のところにおいて、排気系2にはNOx浄化装置9が配備された場合を説明したが、これに限定されるものではなく、排気系にNOx浄化装置9に代えて、アルカリ金属を含むNOx吸蔵触媒又は三元触媒が配備された場合も本発明を同様に適用でき、同様の作用効果が得られる。
【0047】
【発明の効果】
以上のように、本発明は、触媒担体に担持した金属が飛散したとしても、触媒の下流側に設けられた固化用冷却手段により飛散した金属を固体化してから固化用冷却手段の下流側に設けられたフィルタで捕集することができるので、触媒担体から飛散した金属の排気への放出を未然に防止できる。
【0049】
請求項2の発明は、触媒担体に担持した金属が飛散すると見做されるような触媒温度又は排気ガス温度が所定温度以上のときに冷却手段が作動して触媒を冷却できるので、触媒担体に担持した金属の飛散を未然に回避し、しかも、触媒担体に担持した金属が飛散したとしても、触媒の下流側に設けられた固化用冷却手段により飛散した金属を固体化してから固化用冷却手段の下流側に設けられたフィルタで捕集することができるので、触媒担体から飛散した金属の排気への放出を確実に防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態としてのNOx浄化装置とこれを装着するエンジンの概略構成図である。
【図2】図1の排気系ECUが用いるメインルーチンのフローチャートである。
【図3】図1の排気系ECUが用いる触媒冷却処理ルーチンのフローチャートである。
【図4】図1のNOx浄化装置の排気ガス冷却装置の変形例として他の排気ガス冷却装置の概略構成図である。
【図5】図4の排気ガス冷却装置において排気系ECUが行う触媒冷却処理ルーチンのフローチャートである。
【図6】本発明の他の実施形態としてのNOx浄化装置とこれを装着するエンジンの概略構成図である。
【図7】図6のNOx浄化装置の排気ガス冷却装置の変形例として他の排気ガス冷却装置の概略構成図である。
【図8】図7の排気ガス冷却装置において排気系ECUが行う触媒金属固化処理ルーチンのフローチャートである。
【図9】本発明の他の実施形態としてのNOx浄化装置とこれを装着するエンジンの概略構成図である。
【図10】図9の排気系ECUが用いるメインルーチンのフローチャートである。
【符号の説明】
1 エンジン
2 排気系
4〜4e 排気系ECU
11〜11b 排気ガス冷却装置
13 SCR触媒(NOx触媒)
14 尿素水供給装置
16 触媒温度センサ
tg 触媒温度
thα 過昇温度(所定温度)
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an exhaust gas purification device that purifies exhaust gas of an internal twisting engine in an exhaust system, and more particularly to an exhaust gas purification device of an internal combustion engine that purifies exhaust gas using a catalyst provided in the exhaust system.
[0002]
[Prior art]
The internal twisting engine installed on the vehicle is steam H2Zero or carbon dioxide CO2In this exhaust gas, unburned gas HC, carbon monoxide CO, and nitrogen oxides NOx are mixed. Therefore, the exhaust gas containing HC, CO, and NOx is purified by a three-way catalyst or NOx catalyst provided in the exhaust system, and then discharged to the atmosphere.
For example, many diesel vehicles are equipped with a reduction catalyst that purifies NOx in the exhaust region of the exhaust system, and gasoline vehicles have a three-way catalyst that purifies HC, CO, and NOx under a stoichiometric atmosphere. In many cases, a reductive catalyst is used in addition to a three-way catalyst in addition to a three-way catalyst.
[0003]
As described above, the NOx catalyst and the three-way catalyst provided in the exhaust system of each vehicle are generally arranged as a catalytic converter having a shape bulging in the middle of the exhaust pipe. This catalytic converter is formed in a state where a porous catalyst carrier is disposed inside the main body casing and a NOx catalyst or a three-way catalyst is supported on the catalyst carrier. Exhaust gas from the internal combustion engine flows into such a catalytic converter, and HC, CO, NOx in the exhaust gas is reduced by the catalyst on the catalyst carrier or promoted by the oxidation reaction, rendered harmless, and discharged to the outside. ing.
Usually, the purification rate of the catalyst is lower than the activation temperature of the catalyst temperature as before the completion of the warm-up, and the desired purification rate can be maintained above the activation temperature as after the completion of the warm-up operation. Moreover, the NOx catalyst can maintain a high purification rate when the air-fuel ratio is operated in an oxygen-rich atmosphere, and the three-way catalyst can be operated when the air-fuel ratio is operated with stoichiometry. In many cases, the catalyst temperature and the air-fuel ratio control are performed.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, when the internal combustion engine is operated at a temperature where the catalyst temperature exceeds the activation temperature, for example, at 300 to 500 ° C., and the high output operation is further continued, the catalyst temperature is excessively increased, for example, It may be higher than 650 ° C. If this state continues, the NOx catalyst supported on the catalyst carrier or the catalyst metal of the three-way catalyst is likely to be scattered, and this catalyst metal may be discharged to the atmosphere.
For example, a NOx purification device used in a diesel engine places an SCR catalyst (NOx catalyst) in its exhaust system, and a catalyst metal for functioning as an SCR catalyst, such as vanadium (V), is supported on the carrier, upstream of it. More urea water is supplied, and ammonia generated by hydrolysis is supplied as a reducing agent to the catalyst so that NOx can be purified under an oxygen-excess atmosphere. In such a diesel engine, when the high output operation is continued, the temperature of the exhaust gas passing through the SCR catalyst excessively rises. For example, if the catalyst temperature exceeds the overheated temperature of about 650 ° C. Then, vaporization of vanadium occurs, and vanadium may be scattered to the environment.
[0005]
As described above, when the state in which the catalyst temperature of the NOx catalyst excessively rises continues, the catalyst is deteriorated early, and the exhaust gas itself is deteriorated. Such scattering of the catalytic metal occurs similarly in the three-way catalyst. Therefore, there is a demand for an exhaust gas purification device that can suppress an excessive increase in the catalyst temperature and prevent the catalyst from being scattered from the catalyst carrier regardless of the operating state.
An object of the present invention is to provide an exhaust gas purifying device for an internal combustion engine that can suppress an excessive increase in the catalyst temperature and prevent the catalyst from scattering, based on the above problems.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
  According to claim 1, the catalyst provided in the exhaust system of the internal twisting engineA cooling means for solidification provided in the exhaust system on the downstream side of the catalyst to solidify the metal scattered from the catalyst by reducing the exhaust gas temperature, and the catalyst provided in the exhaust system on the downstream side of the cooling means. And a filter for collecting the metal scattered from the water.
According to claim 1, even if the metal supported on the catalyst carrier is scattered, the metal scattered by the solidification cooling means provided on the downstream side of the catalyst is solidified and then provided on the downstream side of the solidification cooling means. Therefore, it is possible to prevent the metal scattered from the catalyst carrier from being discharged into the exhaust gas.
[0010]
    Preferably,Claim 1In the exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine according to claim 1, the solidification cooling means includes a bypass passage branched from the exhaust system and an outside air introduction portion having a venturi portion having a diameter reduced in a part of the bypass passage. It may be done. In this case, the outside air can be introduced from the outside air introduction portion through the venturi portion on the bypass passage, and the catalyst can be cooled with the outside air to prevent the catalyst from deteriorating.
  Preferably,Claim 1In the exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine described in (1), the solidification cooling means may be composed of a heat exchange chamber formed around the exhaust system and a cooling medium circulating in the heat exchange chamber. In this case, since the cooling medium is circulated and flowed into the heat exchange chamber, the exhaust gas temperature can be lowered and the catalyst can be cooled to prevent deterioration of the catalyst.
  Preferably,Claim 1In the exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine described in (1), the solidification cooling means may be constituted by cooling fins formed around the exhaust system. In this case, the cooling fins around the exhaust system cool the exhaust gas, and the catalyst is cooled by the low-temperature exhaust gas, so that deterioration of the catalyst can be prevented.
[0011]
  Claim 2The present invention includes a catalyst provided in an exhaust system of an internal twist engine, catalyst temperature detection means for detecting or estimating a catalyst temperature of the catalyst or a parameter correlated with the catalyst temperature, and an exhaust gas provided in the exhaust system upstream of the catalyst. A cooling means for cooling the gas; a cooling means for solidification provided in the exhaust system downstream of the catalyst to reduce the exhaust gas temperature to solidify the metal scattered from the catalyst; and a downstream of the cooling means for solidification A filter provided in the exhaust system for collecting metal scattered from the catalyst, and when the catalyst temperature or the exhaust gas temperature detected or estimated by the catalyst temperature detecting means is equal to or higher than a predetermined temperature, the exhaust gas temperature should be reduced. Control means for controlling the operation of the cooling means is provided.
  Claim 2According to the invention, the cooling means can be operated to cool the catalyst when the catalyst temperature or the exhaust gas temperature at which the metal supported on the catalyst carrier is considered to scatter is higher than a predetermined temperature, so that the catalyst is supported on the catalyst carrier. Even if the metal carried on the catalyst carrier is scattered, the solidified metal is dispersed by the solidification cooling means provided on the downstream side of the catalyst, and the solidification cooling means Since it can collect with the filter provided in the downstream, the discharge | release to the exhaust_gas | exhaustion of the metal which scattered from the catalyst support | carrier can be prevented reliably.
[0012]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, an exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine as an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The exhaust gas purifying device for an internal combustion engine here is mounted on an exhaust system 2 of a multi-cylinder diesel engine (hereinafter simply referred to as an engine) 1 mounted on a vehicle (not shown).
The engine 1 is controlled by an engine control device (hereinafter simply referred to as engine ECU) 3, the exhaust gas purification device is controlled by an exhaust gas control device (hereinafter simply referred to as exhaust system ECU) 4, and the engine ECU 3 and exhaust system ECU 4 are The control system communication line 5 is connected so that mutual communication is possible.
In FIG. 1, an engine ECU 3 outputs an output signal corresponding to the calculated injection timing and fuel injection amount Uf to a fuel injection electromagnetic valve of an injector (not shown) to perform fuel injection control of the injector, and an engine such as an EGR valve (not shown). The main unit is controlled.
[0013]
The exhaust gas purifying device for the internal combustion engine of FIG. 1 includes a NOx purifying device 9 and an exhaust gas cooling device 11 provided in the exhaust system 2 of the engine 1.
[0014]
The NOx purification device 9 includes an SCR catalyst 13 that is a NOx catalyst mounted in the middle of the exhaust pipe 12, a urea water supply device 14 that supplies urea water from the supply position f upstream thereof to the exhaust passage E, and the temperature of the SCR catalyst 13. A catalyst temperature sensor 16 that outputs tg and an exhaust system ECU 4 that constitutes a control unit of the NOx purification device 9 are provided.
The SCR catalyst 13 is accommodated in a NOx catalytic converter 18 in the middle of the exhaust pipe 12 forming the exhaust path E. The NOx catalytic converter 18 includes a substantially cylindrical casing 181, and the casing 181 includes a honeycomb-shaped ceramic catalyst carrier (overlapping the block display of the SCR catalyst 13), and the catalyst carrier is bundled with a metal network. It supports without deviation through the sealing material 182, and a catalyst metal for functioning as the SCR catalyst 13, for example, vanadium (V) is supported on the carrier.
[0015]
The SCR catalyst 13 can selectively reduce NOx in the exhaust gas using ammonia (NH3) as a reducing agent. Here, urea water (urea water) is supplied to the exhaust passage E by the urea water supply device 14, the urea water is hydrolyzed as in the following formula (1), and ammonia can be added to the SCR catalyst 13. Yes.
(NH2) 2CO + H2O → 2NH3+ CO2(1)
Here, in the ammonia adsorption state, the SCR catalyst 13 mainly performs the reaction of the following formula (2) at the high temperature and the following formula (3) at the low temperature in accordance with the atmospheric temperature of the NOx in the exhaust gas, It is known to promote the denitration reaction between NH3 and nitrogen oxides.
[0016]
4NH3+ 4NO + O2→ 4N2+ 6H2O ... (2)
2NH3+ NO + NO2→ 2N2+ 3H2O (3)
Next, the exhaust gas cooling device 11 as a cooling means of the exhaust system 2 of FIG. 1 will be described. The exhaust gas cooling device 11 flows outside air as a cooling medium into the air supply position g between the urea water supply device 14 and the SCR catalyst 13 in the middle of the exhaust pipe 12, and the temperature of the exhaust gas and the catalyst temperature of the SCR catalyst 13. Reduce tg.
[0017]
An outside air introduction part 121 having a venturi part b that is reduced in diameter from other parts is formed in a part of the exhaust pipe 12, an air supply position g is set in the outside air introduction part 121, and the air pipe 27 is connected to the part g. The air inlet 271 is connected so as to open. As a result, the exhaust gas flow rate in the venturi part b is increased, and the air on the air pipe 27 side communicating with the outside air introduction part 121 is formed to be able to flow into the upstream side of the SCR catalyst 13 in the exhaust path E.
The air pipe 27 forms an outside air introduction passage ra, and is fitted with an outside air introduction valve 28 that controls the opening and closing of the outside air introduction passage ra. The outside air introduction valve 28 is a normally closed electromagnetic valve, and is connected to the exhaust system ECU 4.
[0018]
The exhaust system ECU 4 takes in the catalyst temperature tg from the catalyst temperature sensor 16 and introduces the outside air to the cooling means to reduce the exhaust gas temperature when the catalyst temperature tg is equal to or higher than a predetermined temperature, that is, an overheating temperature (for example, 650 ° C.) thα. The valve 28 is opened, air as a cooling medium flows into the air supply position g, and the exhaust gas temperature and the catalyst temperature tg of the SCR catalyst 13 are lowered.
Next, each control process of the engine ECU 3 and the exhaust system ECU 4 in FIG. 1 will be described along the control routines in FIGS. 2 and 3.
When the engine 1 is driven, the engine ECU 3 operates the fuel pressure control unit n1, the fuel discharge amount adjustment unit (not shown), and the fuel control unit n2, the fuel adjustment unit (not shown) according to the input value of each sensor. Each sensor output obtained at that time is also transmitted to the exhaust system ECU 4.
[0019]
On the other hand, the exhaust system ECU 4 repeats the main routine of FIG. 2 every predetermined control cycle simultaneously with turning on of the engine key. Here, the key-on is confirmed at step sa, the outside air introduction valve is initially set to be closed (off) at step sb, and the process proceeds to step sc.
In step sc, a catalyst temperature tg and other data are taken in, and it is determined whether or not it is an appropriate value. If it is not normal, a failure indicator lamp (not shown) is driven. If normal, the process proceeds to step sd. In step sd, a NOx purification process is performed. Thereafter, in step se, a catalyst cooling process is executed, and in step sf, other known control processes are executed, and the process returns.
Next, when the catalyst cooling process of step se is reached in the middle of the main routine of the exhaust system ECU 4, the catalyst cooling process routine of FIG. 3 is executed here.
[0020]
In step a1, it is determined whether or not the catalyst temperature tg is equal to or higher than a preset overheated temperature (for example, 550 ° C.) thα. When the temperature is lower than the overheating temperature th, the process proceeds to step a2, and the process proceeds to step a6. If Fc = 1 is not true, the process returns to the main routine.
[0021]
If the process proceeds to step a2 assuming that the overheated temperature thα has not been reached, it is determined whether or not the execution flag Fc = 1, that is, whether or not the catalyst cooling process is being executed. If the in-execution flag Fc = 1, the process returns to step a3. If the in-execution flag Fc = 1 is not satisfied, the process returns to the main routine. In step a3, it is determined whether or not the catalyst temperature tg is lower than a predetermined temperature (for example, 500 ° C.) taβ lower than a preset overheating temperature thα. Since the catalyst temperature has fallen, the outside air introduction valve is controlled to the closed side, and in step a5, the catalyst cooling process execution flag Fc is set to 0, and the process returns. If the catalyst is equal to or higher than the determination temperature taβ, the current routine is maintained and the process returns to the main routine.
[0022]
  Step a1 determines that the catalyst temperature tg is equal to or higher than the overheating temperature thα.a6Here, the outside air introduction valve is opened (ON), and the catalyst cooling process execution flag Fc is set to 1 in step a7, and the process returns. At this point, the catalyst metal on the catalyst carrier of the SCR catalyst 13 is at or above the overheating temperature thα, and if this state continues, there is a possibility that the catalyst metal will eventually begin to scatter.
  However, immediately after step a1, in step a6, the process for opening the outside air introduction valve 28 is started. For this reason, outside air is introduced from the venturi part b of the outside air introduction part 121 via the outside air introduction passage ra of the air pipe, and the outside air flowing into the exhaust passage E cools the catalyst and lowers the catalyst temperature tg. If the state where the outside air introduction valve 28 is opened continues, the catalyst temperature tg will eventually fall below the excessive temperature thα.
[0023]
At this time, the process proceeds from step a1 to step a3 via step a2. When the catalyst temperature tg is equal to or higher than the determination temperature taβ, the state in which the outside air flows into the exhaust path E from the air pipe is continued, and the process returns to the main routine. Become.
As described above, when the catalyst temperature tg is equal to or higher than a predetermined overheating temperature thα that is considered to be scattered by the metal supported on the catalyst carrier, the outside air introduction valve 28 is opened and the venturi portion b of the exhaust passage E is opened. Outside air can be easily introduced, the SCR catalyst 13 can be cooled, and deterioration of the catalyst can be prevented.
[0024]
The exhaust gas cooling device 11 of FIG. 1 includes an outside air introduction part 121 having a venturi part b as a cooling means, and an outside air introduction valve (on / off valve) 28 for controlling opening and closing of the outside air introduction passage ra. By opening 121, outside air is easily introduced into the venturi portion b of the exhaust passage E. Therefore, for example, even when the vehicle continues high-output operation and the exhaust gas temperature is excessively high, the catalyst can be cooled regardless of the operation state, and the catalyst carrier Scattering of the catalyst metal supported on the catalyst can be avoided in advance, and deterioration of the SCR catalyst 13 can be prevented.
[0025]
In the exhaust gas cooling device 11 of FIG. 1, the outside air introduction portion 121 that constitutes a main part of the cooling means is directly formed in the exhaust pipe 12, but instead of this, as shown in FIG. May be adopted.
The exhaust gas cooling device 11a shown in FIG. 4 forms a bypass passage EB in a part of the exhaust passage E, forms an outside air introduction portion 121a on the bypass passage EB, and an air pipe 27a at an air supply position g of the outside air introduction portion 121a. The air inlet 271a is connected so as to open. A shutter valve 29, which is an electromagnetic valve, is mounted between the branching portion d and the merging portion e of the exhaust passage E facing the bypass passage EB. The shutter valve 29 is a normally open valve and is connected to the exhaust system ECU 4a. The exhaust gas cooling device 11a is different from the exhaust gas cooling device 11 of FIG. 1 in that a bypass passage EB having an outside air introduction portion 121a is formed in the exhaust passage E, and a shutter valve 29 is provided in the exhaust passage E. Except for the difference in a part of a later-described catalyst cooling processing routine, the same configuration as that of the exhaust gas cooling device 11 of FIG.
[0026]
Here, the exhaust system ECU 4a of the exhaust gas cooling device 11a in FIG. 4 is compared with the exhaust system ECU 4 of the exhaust gas cooling device in FIG. 1, and the same control is performed in the main routine and the NOx purification processing routine in FIG. Since only a part of the catalyst cooling processing routine of No. 5 is different, the difference will be mainly described here.
In steps a1 to a3 and steps a6 'to a7' of the catalyst cooling processing routine of FIG. 5, the same control as in the catalyst cooling processing routine of FIG. 3 is performed. That is, when the catalyst temperature tg is equal to or higher than the overheated temperature thα, the process proceeds to step a6 ′, and when the catalyst temperature tg has not reached the overheated temperature thα, or has once exceeded the overheated temperature and then becomes less than the overheated temperature th. The process proceeds to step a2 to determine whether or not the execution flag Fc = 1, that is, whether or not the catalyst cooling process is being executed. If the in-execution flag Fc = 1, the process returns to step a3. If the in-execution flag Fc = 1 is not satisfied, the process returns to the main routine.
[0027]
When the catalyst temperature tg reaches the overheated temperature thα and reaches step a6 ′, the outside air introduction valve 28a is opened, the shutter valve 29 is closed, and the catalyst cooling process execution flag Fc is set to 1 in step a7 ′. And return.
The shutter valve 29 is opened at the initial setting of the main routine (step sb) and is closed here. As a result, the outside air rides on the exhaust gas flowing on the bypass passage EB via the outside air introduction passage ra of the air pipe 27a and flows into the SCR catalyst 13, whereby the catalyst temperature tg can be lowered.
[0028]
Note that instead of closing the shutter valve 29 in step a6 ', only a predetermined angle may be driven to the closing side.
[0029]
If the catalyst temperature tg reaches step a3 via step a2 assuming that the catalyst temperature tg has not reached the excessive temperature thα, it is determined here whether or not the catalyst temperature tg is lower than the determination temperature taβ. In step a4 ′, the outside air introduction valve 28a is controlled to the closed side and the shutter valve 29 is controlled to the open side, and the catalyst cooling process execution flag Fc is set to 0 in step a5 ′. To return. If the catalyst temperature tg is equal to or higher than the determination temperature taβ, the process returns to the main routine while maintaining the current state.
In the case of the exhaust gas cooling device 11a of FIG. 4, both the exhaust passage E and the bypass passage EB are opened during normal operation, and the same effect as the exhaust gas cooling device 11 of FIG. 1 can be obtained, in particular, the exhaust resistance can be reduced, Output reduction can be prevented.
[0030]
Although the exhaust gas cooling device 11 in FIG. 1 uses outside air as a cooling medium, an exhaust gas cooling device using cooling water as a cooling medium may be used instead.
In this case, the exhaust gas cooling device includes a heat exchanger that forms cooling means in a part of the exhaust path E, a cooling water control unit that controls the flow of water that is a cooling medium circulating in the heat exchanger, and an exhaust system ECU. Consists of
The exhaust system ECU of the exhaust gas cooling device in this case is different from the exhaust gas cooling device 11 of FIG. 1 except that the control of steps a4 and a5 in the catalyst cooling processing routine of FIG. 3 is different. Since the same control is performed, description of the control system is omitted here.
[0031]
That is, in the exhaust cooling device using the cooling water as a cooling medium, control is performed so that water is circulated in the heat exchanger instead of step a4 in FIG. 3 and water circulation is stopped instead of step a5.
In this exhaust gas cooling device, the same effect as the exhaust gas cooling device 11 of FIG. 1 can be obtained. In particular, since the exhaust gas is cooled by the cooling water, the cooling efficiency can be relatively increased.
FIG. 6 shows an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine which is another embodiment of the present invention.
Here, the exhaust system 2 of the engine 1 includes a NOx purification device 9, a solidification cooling means 41, and a filter 42. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the member same as the member in FIG. 1 here, and duplication description is abbreviate | omitted.
[0032]
The NOx purification device 9 has the same configuration as that disclosed in FIG. 1, and includes a catalytic converter 18 and a urea water supply device 14 in which an SCR catalyst 13 is accommodated in an exhaust pipe 12, and these are similarly driven and controlled by an exhaust system ECU 4c. ing.
The filter 42 includes a substantially cylindrical filter casing 421, and a filter main body 422 is provided in the casing 421, and the filter main body 422 is supported without deviation through a seal member 423 in which a metal net is bundled.
[0033]
The filter main body 422 is made of ceramic and has a honeycomb structure in which a large number of passages j are arranged in parallel. The passages j adjacent to each other have different positions of the front and rear end closing plugs k. Thus, when the exhaust gas is moved from one to the other passage k, the catalyst metal solidified by the solidification cooling means 41 after being scattered from the SCR catalyst 13 in the exhaust gas can be collected. It is formed.
The solidification cooling means 41 is attached to the cooling part 121 c of the exhaust pipe 12 between the SCR catalyst 13 and the filter 42.
The cooling part 121c is formed with a venturi part m having a diameter smaller than that of the exhaust pipe 12 at another part, and is connected so that the air inlet 441 of the air pipe 44 is opened there. As a result, the exhaust gas flow velocity of the venturi part m is increased, and the air on the air pipe 44 side communicating with the cooling part 121c is formed to be able to flow into the exhaust path EC side.
[0034]
As described above, according to the exhaust gas purification apparatus of FIG. 6, even when the high load operation is continued and the exhaust gas temperature is excessively high, the outside air is introduced by the solidification cooling means 41. The catalyst metal scattered by cooling the exhaust gas can be solidified, and the catalyst metal solidified by the filter 42 can be collected, so that it is possible to avoid discharge to the atmosphere. The solidification cooling means 41 in FIG. 6 is formed directly on the exhaust pipe 12, but may be configured as shown in FIG. 7 instead.
[0035]
The solidification cooling means 41a shown in FIG. 7 forms a bypass passage EC in a part of the exhaust passage E downstream of the SCR catalyst 13 and upstream of the filter 42, and forms an outside air introduction part 121d on the bypass passage EC to introduce outside air. The air inlet 441 of the air pipe 44 is connected to the portion 121d so as to open. A shutter valve 29a driven by an electromagnetic valve 45 is mounted between the branching portion d and the merging portion e of the exhaust passage E in parallel with the bypass passage EC. The shutter valve 29a is a normally open valve, and the electromagnetic valve 45 is connected to the exhaust system ECU 4c.
Compared with the exhaust system ECU 4 of the exhaust gas cooling device of FIG. 1, the exhaust system ECU 4c controls the main routine and NOx purification processing routine of FIG. 2 in the same way, and instead of the catalyst cooling processing routine of FIG. The catalyst metal solidification processing routine shown is executed.
[0036]
In the main routine of FIG. 2 used here, step se ′, which is a catalyst metal solidification process, is executed instead of step se, and this point is also shown by a two-dot chain line in FIG.
In steps a1 to a3 and steps ah to a7 of the catalyst metal solidification processing routine of FIG. 8, the same control as that of the catalyst cooling processing routine of FIG. 3 is performed. That is, when the catalyst temperature tg is equal to or higher than the overheated temperature thα, the process proceeds to step ah, and when the catalyst temperature tg has not reached the overheated temperature thα, or has once exceeded the overheated temperature and then becomes less than the overheated temperature th. In step a2, it is determined whether or not the execution flag Fc = 1, that is, whether or not the exhaust gas cooling process is being executed. If the in-execution flag Fc = 1, the process returns to step a3. If the in-execution flag Fc = 1 is not satisfied, the process returns to the main routine.
[0037]
If the catalyst temperature tg exceeds the overheating temperature thα and the catalyst metal vaporized and scattered from the SCR catalyst 13 is mixed in the exhaust gas and reaches step ah, the shutter valve 29a is closed. As a result, the exhaust gas flows through the bypass path EC, and outside air is mixed into the exhaust gas on the exhaust path E via the air pipe to lower the exhaust gas temperature. Instead of closing the shutter valve 29a in step ah, it may be driven to the closing side only at a predetermined angle.
As a result, when the catalyst metal scattered from the SCR catalyst 13 is mixed in the exhaust gas, the catalyst metal can be cooled and solidified. When the solidified catalyst metal reaches the filter main body 422, it is collected when moving the ceramic wall portion, and the release of the catalyst metal scattered from the catalyst carrier to the atmosphere can be prevented.
[0038]
If the catalyst temperature tg has not reached the overheating temperature thα and reaches step a3 via step a2, it is determined whether or not the catalyst temperature tg is lower than the determination temperature taβ. Since the exhaust gas temperature is lowered by the exhaust gas cooling process, the shutter valve 29a is controlled to the valve opening side at step aj, and the execution flag Fc is set to 0 at step a5 and the process returns. If the catalyst temperature tg is equal to or higher than the determination temperature taβ, the current routine is held (shutter valve closed) and the process returns to the main routine.
[0039]
As described above, the solidification cooling means 41a constituting the main part of the exhaust gas purifying apparatus for the internal combustion engine of FIG. 7 includes the outside air introduction part 121d having the venturi part m, and the shutter valve 29a for closing the exhaust path E. By closing the exhaust passage E with 29a, outside air can be easily introduced from the venturi portion m of the exhaust passage E. For this reason, for example, even when the high output operation is continued and the exhaust gas temperature is excessively high, the exhaust gas and the vaporized gas mixed therein are vaporized regardless of the operation state. The catalyst metal that has been cooled can be solidified by cooling, and the solidified catalyst metal can be collected by the filter main body 422 so as to avoid discharge to the atmosphere.
The solidification cooling means 41a constituting the main part of the exhaust gas purifying apparatus for the internal combustion engine of FIG. 7 is the outside air, and solidifies the catalyst metal mixed in the exhaust gas. Solidification cooling means may be used.
[0040]
The solidification cooling means includes a heat exchanger disposed in a part of the exhaust passage E, a cooling water control unit that controls the flow of water, which is a cooling medium circulating in the heat exchanger, using an exhaust system ECU, Consists of
[0041]
In the solidification cooling means here, the other parts except for step ah and step aj in the catalyst metal solidification processing routine of FIG. 8 used in the solidification cooling means 41a of FIG. 7 are used for control in the same manner. Thus, here, only the steps ah and aj will be described while avoiding redundant explanation.
[0042]
  That is, in the exhaust cooling device using the cooling water as a cooling medium, FIG.Step a hInstead of circulating water in the heat exchanger,Step a jInstead of controlling the water circulation.
[0043]
This solidification cooling means can obtain the same effects as the solidification cooling means 41 of FIG. 7, and in particular, the exhaust gas and the vaporized catalytic metal mixed therein are cooled with cooling water, so the cooling efficiency is compared. Can be large.
FIG. 9 shows an exhaust gas purifying device for an internal combustion engine which is another embodiment of the present invention.
The exhaust gas purifying apparatus here includes the NOx purifying apparatus 9 and the exhaust gas cooling apparatus 11 similar to those shown in FIG. 1 in the exhaust system 2, and further, the solidification cooling means 41 a and the filter shown in FIG. 42 is provided. Here, the same members as those in FIG. 1 and FIG. 7 are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
[0044]
Here, the NOx purification device 9, the exhaust gas cooling device 11, and the solidification cooling means 41a of the exhaust gas purification device are controlled by the exhaust system ECU 4e.
The exhaust system ECU 4e in FIG. 9 executes the main routine in FIG.
Here, the exhaust system ECU 4e repeats the main routine of FIG. 10 every predetermined control cycle simultaneously with the turning on of the engine key. In step sc from step sa, as in the main routine of FIG. 2, key-on is confirmed, in step sb the outside air introduction valve 28 is closed (off), and the cooling water pump 48 is initialized to off. If it is not normal, a failure indicator lamp (not shown) is driven, and if normal, the process proceeds to step sd.
In step sd, the same NOx purification process as described above is performed. Thereafter, in step se, the same catalyst cooling process as described in FIG. 3 is performed, and then in step sf, the same solidification cooling means 41a as shown in FIG. , The catalyst metal solidification processing routine of FIG. 8 is executed, other known control processing is executed at step sg, and the process returns.
[0045]
9, the urea gas is added to the SCR catalyst 13 so that ammonia is used as a reducing agent, and the SCR catalyst 13 can purify NOx in the exhaust gas with high efficiency. Moreover, the exhaust gas cooling device 11 However, by opening the outside air introduction part 121 with the outside air introduction valve 28, the catalyst can be cooled regardless of the driving state of the vehicle, the scattering of the catalyst metal can be avoided, and the solidification cooling means 41a closes the shutter valve 29a. In this case, outside air is introduced regardless of the driving state of the vehicle, the exhaust gas and the vaporized catalyst metal mixed therein are cooled and solidified, and the solidified catalyst metal is collected by the filter body 422. Emissions can be avoided in advance.
[0046]
The exhaust gas may be cooled using a heat exchanger using cooling water as a cooling medium instead of the solidification cooling means 41a for introducing outside air in the above embodiment. Furthermore, instead of the solidification cooling means 41a, the solidification cooling means 41 shown in FIG. 6 that does not have the bypass EC and the shutter valve 29a may be used.
In the above description, the case where the NOx purification device 9 is provided in the exhaust system 2 has been described. However, the present invention is not limited to this, and the exhaust system is replaced with the NOx purification device 9 and stores NOx containing alkali metal. Even when a catalyst or a three-way catalyst is provided, the present invention can be similarly applied, and similar effects can be obtained.
[0047]
【The invention's effect】
  As described above, according to the present invention, the metal supported on the catalyst carrier is scattered.However, the metal scattered by the solidification cooling means provided on the downstream side of the catalyst can be solidified and then collected by the filter provided on the downstream side of the solidification cooling means. It is possible to prevent the released metal from being discharged into the exhaust.
[0049]
  Claim 2Since the cooling means operates to cool the catalyst when the catalyst temperature or the exhaust gas temperature at which the metal supported on the catalyst carrier is considered to scatter is higher than a predetermined temperature, the metal supported on the catalyst carrier Even if the metal carried on the catalyst carrier is scattered, the metal scattered by the solidification cooling means provided on the downstream side of the catalyst is solidified and then the downstream side of the cooling means for solidification. Therefore, it is possible to reliably prevent the metal scattered from the catalyst carrier from being discharged into the exhaust gas.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a NOx purification device and an engine equipped with the NOx purification device as one embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a flowchart of a main routine used by the exhaust system ECU of FIG.
FIG. 3 is a flowchart of a catalyst cooling processing routine used by the exhaust system ECU of FIG.
4 is a schematic configuration diagram of another exhaust gas cooling device as a modification of the exhaust gas cooling device of the NOx purification device of FIG. 1. FIG.
5 is a flowchart of a catalyst cooling process routine performed by an exhaust system ECU in the exhaust gas cooling device of FIG. 4;
FIG. 6 is a schematic configuration diagram of a NOx purification device and an engine equipped with the NOx purification device as another embodiment of the present invention.
7 is a schematic configuration diagram of another exhaust gas cooling device as a modified example of the exhaust gas cooling device of the NOx purification device of FIG. 6. FIG.
8 is a flowchart of a catalyst metal solidification processing routine performed by an exhaust system ECU in the exhaust gas cooling device of FIG.
FIG. 9 is a schematic configuration diagram of a NOx purification device and an engine equipped with the NOx purification device as another embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a flowchart of a main routine used by the exhaust system ECU of FIG.
[Explanation of symbols]
1 engine
2 Exhaust system
4-4e Exhaust system ECU
11-11b Exhaust gas cooling device
13 SCR catalyst (NOx catalyst)
14 Urea water supply device
16 Catalyst temperature sensor
tg catalyst temperature
thα Overtemperature (predetermined temperature)

Claims (2)

内撚機関の排気系に設けられる触媒、
前記触媒の下流側の前記排気系に設けられ排気ガス温度を低減して前記触媒から飛散した金属を固体化する固化用冷却手段、
前記冷却手段の下流側の前記排気系に設けられ前記触媒から飛散した金属を捕集するフィルタ、
を備えたことを特徴とする内燃機関の排気ガス浄化装置。
A catalyst provided in the exhaust system of the internal twisting engine,
A cooling means for solidification that is provided in the exhaust system downstream of the catalyst and solidifies the metal scattered from the catalyst by reducing the exhaust gas temperature;
A filter that is provided in the exhaust system downstream of the cooling means and collects metal scattered from the catalyst;
An exhaust gas purification device for an internal combustion engine, comprising:
内撚機関の排気系に設けられる触媒、
前記触媒の触媒温度又は触媒温度に相関するパラメータを検出又は推定する触媒温度検出手段、
前記触媒の上流側の前記排気系に設けられ排気ガスを冷却する冷却手段、
前記触媒の下流側の前記排気系に設けられ排気ガス温度を低減して前記触媒から飛散した金属を固体化する固化用冷却手段、
前記固化用冷却手段の下流側の前記排気系に設けられ前記触媒から飛散した金属を捕集するフィルタ、
前記触媒温度検出手段により検出又は推定された触媒温度又は排気ガス温度が所定温度以上のときに、排気ガス温度を低減すべく前記冷却手段の作動を制御する制御手段、
を備えたことを特徴とする内燃機関の排気ガス浄化装置。
A catalyst provided in the exhaust system of the internal twisting engine,
A catalyst temperature detecting means for detecting or estimating a catalyst temperature of the catalyst or a parameter correlated with the catalyst temperature;
A cooling means for cooling the exhaust gas provided in the exhaust system upstream of the catalyst;
A cooling means for solidification that is provided in the exhaust system downstream of the catalyst and solidifies the metal scattered from the catalyst by reducing the exhaust gas temperature;
A filter that is provided in the exhaust system downstream of the solidification cooling means and collects metal scattered from the catalyst;
Control means for controlling the operation of the cooling means to reduce the exhaust gas temperature when the catalyst temperature or the exhaust gas temperature detected or estimated by the catalyst temperature detection means is equal to or higher than a predetermined temperature;
An exhaust gas purification device for an internal combustion engine, comprising:
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