JP4290027B2 - Exhaust purification equipment - Google Patents

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Description

本発明は、尿素水溶液を還元剤として用いて排気中の窒素酸化物（ＮＯｘ）を還元除去する排気浄化装置において、特に、排気管に析出した尿素を除去する技術に関する。   The present invention relates to an exhaust purification device that reduces and removes nitrogen oxides (NOx) in exhaust gas by using an aqueous urea solution as a reducing agent, and particularly relates to a technique for removing urea deposited in an exhaust pipe.

エンジンの排気に含まれるＮＯｘを除去する触媒浄化システムとして、特開２０００−２７６２７号公報（特許文献１）に開示された排気浄化装置が提案されている。
かかる排気浄化装置は、エンジンの排気管に配設された還元触媒の排気上流に、エンジン運転状態に応じた必要量の液体還元剤を噴射供給することで、排気中のＮＯｘと還元剤とを触媒還元反応させて、ＮＯｘを無害成分に浄化処理するものである。ここで、還元反応は、ＮＯｘと反応性が良好なアンモニアを用いるもので、液体還元剤としては、排気熱及び排気中の水蒸気により加水分解してアンモニアを容易に発生する尿素水溶液が用いられる。
特開２０００−２７６２７号公報 As a catalyst purification system for removing NOx contained in engine exhaust, an exhaust purification device disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 2000-27627 (Patent Document 1) has been proposed.
Such an exhaust purification device injects and supplies a required amount of liquid reducing agent according to the engine operating state to the exhaust upstream of the reduction catalyst disposed in the exhaust pipe of the engine, thereby reducing NOx and reducing agent in the exhaust. A catalytic reduction reaction is performed to purify NOx into harmless components. Here, the reduction reaction uses ammonia having good reactivity with NOx, and as the liquid reducing agent, an aqueous urea solution that is easily hydrolyzed by exhaust heat and water vapor in the exhaust to generate ammonia is used.
JP 2000-27627 A

ところで、還元触媒の排気上流に噴射供給された尿素水溶液の一部は、排気管の内壁に付着することが知られている。排気管は排気熱により高温となっているため、その内壁に付着した尿素水溶液から水分が蒸発し、尿素が析出されてしまうことがある。エンジン負荷が高ければ、排気温度の上昇に伴って排気管温度が尿素の融点以上となり、尿素が溶解して除去される。しかし、エンジン負荷が低い状態が長時間連続すると、排気管温度が尿素の融点以上まで昇温せず、尿素堆積量が徐々に増加してしまう。尿素堆積量が多くなると排気抵抗が増加することから、排気圧力の上昇による燃費及び出力低下を来してしまうおそれがあった。   By the way, it is known that a part of the urea aqueous solution injected and supplied upstream of the reduction catalyst exhaust adheres to the inner wall of the exhaust pipe. Since the exhaust pipe is heated by the exhaust heat, moisture may evaporate from the urea aqueous solution adhering to the inner wall, and urea may be deposited. If the engine load is high, the exhaust pipe temperature becomes higher than the melting point of urea as the exhaust temperature rises, and urea is dissolved and removed. However, if the engine load is low for a long time, the exhaust pipe temperature does not rise above the melting point of urea, and the urea deposition amount gradually increases. When the amount of urea deposition increases, the exhaust resistance increases, so that there is a possibility that the fuel consumption and the output decrease due to the increase of the exhaust pressure.

そこで、本発明は以上のような従来の問題点に鑑み、尿素が析出する可能性がある排気管をヒータにより尿素の融点以上に適宜加熱することで、排気管に析出した尿素が除去可能な排気浄化装置を提供することを目的とする。   Therefore, in view of the conventional problems as described above, the present invention can remove urea precipitated in the exhaust pipe by appropriately heating the exhaust pipe in which urea may be precipitated to a temperature higher than the melting point of urea by a heater. An object is to provide an exhaust emission control device.

このため、請求項１記載の発明では、エンジン排気管に配設され、窒素酸化物を尿素水溶液により還元浄化する還元触媒と、該還元触媒の排気上流に尿素水溶液を噴射供給する噴射供給手段と、該噴射供給手段により噴射供給された尿素水溶液が付着する部位を少なくとも含む排気管の周囲に配設されたヒータと、該ヒータが配設された部位を挟む排気管内の差圧を検出する差圧検出手段と、該差圧検出手段により検出された差圧が所定値以上となったときに、前記排気管内に尿素が析出したと判定する析出判定手段と、該析出判定手段により尿素が析出したと判定されたときに、前記ヒータの作動を制御する作動制御手段と、を含んで排気浄化装置を構成したことを特徴とする。 Therefore, according to the first aspect of the present invention, a reduction catalyst that is disposed in the engine exhaust pipe and reduces and purifies nitrogen oxides with an aqueous urea solution, and an injection supply means that injects and supplies the aqueous urea solution upstream of the exhaust of the reduction catalyst. The difference between the heater disposed around the exhaust pipe including at least the portion to which the urea aqueous solution sprayed and supplied by the spray supplying means adheres and the pressure difference in the exhaust pipe sandwiching the portion where the heater is disposed are detected. A pressure detecting means; a precipitation determining means for determining that urea has precipitated in the exhaust pipe when the differential pressure detected by the differential pressure detecting means exceeds a predetermined value; and And an operation control means for controlling the operation of the heater when it is determined that the exhaust purification device is configured.

請求項２記載の発明では、前記ヒータが配設された部位の排気管温度を検出する温度検出手段を備え、前記作動制御手段は、前記温度検出手段により検出された排気管温度が尿素の融点以上となるようにヒータの作動を制御することを特徴とする。
請求項３記載の発明では、エンジンがアイドル状態にあるか否かを判定するアイドル判定手段と、該アイドル判定手段によりエンジンがアイドル状態であると判定されたときに、前記ヒータを作動させる作動手段と、を備えたことを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, there is provided temperature detecting means for detecting an exhaust pipe temperature at a portion where the heater is disposed, and the operation control means is configured such that the exhaust pipe temperature detected by the temperature detecting means has a melting point of urea. The operation of the heater is controlled as described above.
According to a third aspect of the present invention, idle determining means for determining whether or not the engine is in an idle state, and operating means for operating the heater when the idle determining means determines that the engine is in an idle state. And.

請求項４記載の発明では、エンジンが暖機中であるか否かを判定する暖機判定手段と、前記暖機判定手段によりエンジンが暖機中であると判定されたときに、前記ヒータの作動を禁止する第１の作動禁止手段と、を備えたことを特徴とする。
請求項５記載の発明では、各種補機が作動しているか否かを判定する補機作動判定手段と、該補機作動判定手段により各種補機が作動中であると判定されたときに、前記ヒータの作動を禁止する第２の作動禁止手段と、を備えたことを特徴とする。 According to a fourth aspect of the present invention, when the warm-up determination unit that determines whether or not the engine is warming up and when the warm-up determination unit determines that the engine is warming up, And a first operation prohibiting means for prohibiting the operation.
In the invention according to claim 5, when the auxiliary machine operation determining means for determining whether or not various auxiliary machines are operating, and when the auxiliary machine operation determining means determines that the various auxiliary machines are operating, And a second operation prohibiting means for prohibiting the operation of the heater.

請求項６記載の発明では、前記エンジンが停止したか否かを判定する停止判定手段と、前記ヒータが配設された部位の排気管温度を検出する温度検出手段と、を備え、前記作動制御手段は、前記析出判定手段により尿素が析出したと判定されたことに加え、前記停止判定手段によりエンジンが停止したと判定され、かつ、前記温度検出手段により検出された排気管温度が尿素の融点未満であるときに、前記ヒータを所定時間作動させることを特徴とする。 According to a sixth aspect of the present invention, the operation control includes: a stop determination unit that determines whether or not the engine has stopped; and a temperature detection unit that detects an exhaust pipe temperature of a portion where the heater is disposed. In addition to determining that urea has precipitated by the precipitation determining means, the means determines that the engine has stopped by the stop determining means, and the exhaust pipe temperature detected by the temperature detecting means is the melting point of urea. When the temperature is less than, the heater is operated for a predetermined time.

請求項７記載の発明では、前記ヒータの周囲に断熱材が配設されていることを特徴とする。 The invention according to claim 7 is characterized in that a heat insulating material is disposed around the heater.

請求項１記載の発明によれば、還元触媒の排気上流に噴射供給された尿素水溶液の一部が排気管内壁に付着し、排気熱によりその水分が蒸発して尿素が析出されたときには、尿素が析出することに起因する圧力損失を介して、排気管内に尿素が析出したことが高精度に判定される。そして、排気管内に尿素が析出したときのみ、尿素水溶液が付着する部位を含む排気管の周囲に配設されたヒータを作動させることで、析出した尿素を加熱して溶解することができる。このため、ヒータの作動を適切に制御することで、排気管に析出した尿素を除去でき、排気抵抗の増加を起因とする燃費及び出力低下を確実に防止することができる。一方、尿素が析出していないときにはヒータが作動することがなく、不必要なエネルギ消費を防止することができる。 According to the first aspect of the present invention, when a part of the urea aqueous solution injected and supplied upstream of the exhaust of the reduction catalyst adheres to the inner wall of the exhaust pipe and the water evaporates by exhaust heat and urea is deposited , It is determined with high accuracy that urea has precipitated in the exhaust pipe through the pressure loss caused by the precipitation. Then, only when urea is deposited in the exhaust pipe, the deposited urea can be heated and dissolved by operating a heater disposed around the exhaust pipe including the portion to which the urea aqueous solution adheres. Therefore, by appropriately controlling the operation of the heater, urea deposited on the exhaust pipe can be removed, and fuel consumption and output reduction due to an increase in exhaust resistance can be reliably prevented. On the other hand, when urea is not deposited, the heater does not operate, and unnecessary energy consumption can be prevented.

請求項２記載の発明によれば、排気管温度が尿素の融点以上となるようにヒータの作動が制御されるため、排気管温度が尿素の融点以上であるときにはヒータが作動せず、不必要なエネルギが消費されることを防止できる。なお、排気管温度が尿素の融点以上であるときには、析出した尿素は排気管から受熱して自然溶解するので、ヒータが作動しなくとも不具合は発生しない。   According to the second aspect of the invention, since the operation of the heater is controlled so that the exhaust pipe temperature is equal to or higher than the melting point of urea, the heater does not operate when the exhaust pipe temperature is equal to or higher than the melting point of urea. Can be prevented from being consumed. Note that when the exhaust pipe temperature is equal to or higher than the melting point of urea, the precipitated urea receives heat from the exhaust pipe and spontaneously dissolves, so that no malfunction occurs even if the heater does not operate.

請求項３記載の発明によれば、エンジンがアイドル状態である場合に限って、ヒータを作動させるため、排気によってヒータから奪われる熱量が少なくなり、析出した尿素を効率的に除去することができる。
請求項４又は請求項５に記載の発明によれば、エンジンが暖機中又は各種補機が稼動中であるときにはヒータの作動が禁止されるため、オルタネータ（交流発電機）の負荷変動に伴ってエンジン運転が不安定となることを防止することできる。 According to the invention of claim 3, since the heater is operated only when the engine is in an idle state, the amount of heat taken away from the heater by the exhaust gas is reduced, and the precipitated urea can be efficiently removed. .
According to the invention described in claim 4 or claim 5, since the heater operation is prohibited when the engine is warming up or various auxiliary machines are in operation, the load of the alternator (alternator) is changed. Therefore, it is possible to prevent the engine operation from becoming unstable.

請求項６記載の発明によれば、排気管に尿素が析出した状態でエンジンが停止しても、排気管温度が尿素の融点未満、換言すると、尿素が自然溶解しない温度であれば、ヒータが所定時間作動するので、析出した尿素が融点以上に加熱され、これを溶解除去することができる。このため、エンジンを再始動したときには、排気抵抗の増加が問題となる尿素の析出がなく、エンジン始動直後から、燃費及び出力低下を確実に防止することができる。   According to the sixth aspect of the present invention, even if the engine is stopped in a state where urea is deposited in the exhaust pipe, the heater is operated as long as the exhaust pipe temperature is less than the melting point of urea, in other words, the temperature at which urea does not spontaneously dissolve. Since it operates for a predetermined time, the precipitated urea is heated to the melting point or more, and it can be dissolved and removed. For this reason, when the engine is restarted, there is no precipitation of urea, which causes an increase in exhaust resistance, and fuel consumption and output reduction can be reliably prevented immediately after the engine is started.

請求項７記載の発明によれば、ヒータの周囲に配設される断熱材により、ヒータで発生した熱が排気管の外方へと拡散されることが抑制され、効率的に排気管を加熱するために活用される。このため、必要最小限のエネルギを用いて、排気管を尿素の融点以上まで加熱することが可能となり、車載バッテリの消耗などを抑制することができる。 According to the seventh aspect of the present invention, the heat insulating material disposed around the heater suppresses the heat generated in the heater from diffusing to the outside of the exhaust pipe, and efficiently heats the exhaust pipe. It is utilized to do. For this reason, it becomes possible to heat an exhaust pipe to more than the melting | fusing point of urea using minimum required energy, and consumption of a vehicle-mounted battery can be suppressed.

以下、添付された図面を参照して本発明を詳述する。
図１は、本発明を具現化した排気浄化装置の構成を示す。
エンジン１０の排気は、排気マニフォールド１２から、ＮＯｘ還元触媒１４が配設された排気管１６を通過して大気中に排出される。ＮＯｘ還元触媒１４の排気上流には、還元剤供給装置１８から配管２０及び噴射ノズル２２を介して、還元剤としての尿素水溶液が空気と共に噴射供給される。即ち、ＮＯｘ還元触媒１４の排気上流の排気管１６には、図２に示すように、その周壁に開口した開口部１６Ａを塞ぐように、噴射ノズル２２が結合されたフランジ２４がボルト２６により締結される。そして、還元剤供給装置１８と噴射ノズル２２とは、配管２０により連通接続される。 Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 shows the configuration of an exhaust emission control device embodying the present invention.
Exhaust gas from the engine 10 is discharged from the exhaust manifold 12 through the exhaust pipe 16 provided with the NOx reduction catalyst 14 into the atmosphere. A urea aqueous solution as a reducing agent is injected and supplied together with air from the reducing agent supply device 18 through the pipe 20 and the injection nozzle 22 to the exhaust upstream of the NOx reduction catalyst 14. That is, as shown in FIG. 2, the flange 24 to which the injection nozzle 22 is coupled is fastened to the exhaust pipe 16 upstream of the NOx reduction catalyst 14 by a bolt 26 so as to close the opening 16 </ b> A opened in the peripheral wall. Is done. The reducing agent supply device 18 and the injection nozzle 22 are connected in communication by a pipe 20.

また、噴射ノズル２２の排気下流であって、ここから噴射供給された尿素水溶液が付着する部位を少なくとも含む排気管１６の周囲には、その温度を少なくとも尿素の融点（１３２℃）以上に加熱可能な電熱ヒータ２８と、電熱ヒータ２８で発生した熱が外部に拡散されることを抑制する断熱材３０と、がこの順序で配設される。
そして、還元剤供給装置１８及び電熱ヒータ２８の制御系として、エンジン１０の回転速度Ｎｅ及び負荷Ｑを夫々検出する回転速度センサ３２及び負荷センサ３４、電熱ヒータ２８が配設された部位の排気管温度Ｔｅを検出する温度センサ３６（温度検出手段）、電熱ヒータ２８が配設された部位を挟む排気管１６内の差圧Δｐを検出する差圧センサ３８（差圧検出手段）、各種補機が作動中のときにＯＮ信号を出力する補機スイッチ４０、並びに、冷却水温度Ｔｗを検出する水温センサ４２が夫々設けられる。ここで、エンジン１０の負荷Ｑとしては、燃料噴射量，アクセルペダル開度，スロットル弁開度，吸気流量，吸気負圧などが利用可能である。回転速度センサ３２，負荷センサ３４，温度センサ３６，差圧センサ３８，補機スイッチ４０および水温センサ４２の各出力信号は、コンピュータを内蔵したコントロールユニット４４に入力され、そのＲＯＭ（Read Only Memory）に記憶された制御プログラムによって、還元剤供給装置１８及び電熱ヒータ２８が夫々制御される。なお、温度センサ３６は、排気管温度Ｔｅを直接検出する構成に代えて、排気温度を介して排気管温度Ｔｅを間接的に検出する構成としてもよい。 Further, the temperature around the exhaust pipe 16 including at least a portion to which the urea aqueous solution sprayed and supplied from the spray nozzle 22 is exhausted can be heated to at least the melting point (132 ° C.) of urea. The electric heater 28 and the heat insulating material 30 for suppressing the heat generated by the electric heater 28 from diffusing to the outside are arranged in this order.
As a control system for the reducing agent supply device 18 and the electric heater 28, an exhaust pipe at a portion where the rotational speed sensor 32 and the load sensor 34 for detecting the rotational speed Ne and the load Q of the engine 10 and the electric heater 28 are disposed. A temperature sensor 36 (temperature detection means) for detecting the temperature Te, a differential pressure sensor 38 (differential pressure detection means) for detecting a differential pressure Δp in the exhaust pipe 16 sandwiching a portion where the electric heater 28 is disposed, various auxiliary machines Are provided with an auxiliary switch 40 that outputs an ON signal and a water temperature sensor 42 that detects the cooling water temperature Tw. Here, as the load Q of the engine 10, a fuel injection amount, an accelerator pedal opening degree, a throttle valve opening degree, an intake flow rate, an intake negative pressure, and the like can be used. The output signals of the rotation speed sensor 32, load sensor 34, temperature sensor 36, differential pressure sensor 38, auxiliary switch 40 and water temperature sensor 42 are input to a control unit 44 having a built-in computer, and the ROM (Read Only Memory). The reductant supply device 18 and the electric heater 28 are controlled by the control program stored in FIG. The temperature sensor 36 may be configured to indirectly detect the exhaust pipe temperature Te via the exhaust temperature, instead of the structure that directly detects the exhaust pipe temperature Te.

ここで、還元剤供給装置１８，配管２０，噴射ノズル２２及びコントロールユニット４４を含んで噴射供給手段が構成される。また、コントロールユニット４４の制御プログラムにより、作動制御手段が実現される。
次に、エンジン１０の始動後にコントロールユニット４４において実行される、電熱ヒータ２８の作動を制御する制御プログラムについて図３を参照しつつ説明する。 Here, the reducing agent supply device 18, the pipe 20, the injection nozzle 22 and the control unit 44 constitute an injection supply means. Further, the operation control means is realized by the control program of the control unit 44.
Next, a control program for controlling the operation of the electric heater 28 executed in the control unit 44 after the engine 10 is started will be described with reference to FIG.

ステップ１（図では「Ｓ１」と略記する。以下同様）では、差圧センサ３８により検出された差圧Δｐに基づいて、排気管１６の内壁に尿素が析出したか否かを判定する。即ち、排気管１６の内壁に尿素がある程度析出すると、排気流路面積が小さくなることから圧力損失が発生し、その前後の圧力差が大きくなる特性がある。このため、差圧Δｐが所定値ｐ0以上であるか否かを介して、尿素の析出を間接的に検出することができる。そして、尿素が析出したならばステップ２へと進む一方（Ｙｅｓ）、尿素が析出していなければ待機する（Ｎｏ）。なお、ステップ１の処理が、析出判定手段に該当する。 In step 1 (abbreviated as “S1” in the figure, the same applies hereinafter), it is determined whether urea has precipitated on the inner wall of the exhaust pipe 16 based on the differential pressure Δp detected by the differential pressure sensor 38. That is, when urea is deposited to some extent on the inner wall of the exhaust pipe 16, the exhaust passage area is reduced, so that a pressure loss occurs and the pressure difference before and after that is increased. For this reason, it is possible to indirectly detect urea precipitation through whether or not the differential pressure Δp is equal to or greater than the predetermined value p 0 . If urea has precipitated, the process proceeds to step 2 (Yes), while if urea has not precipitated, the process waits (No). In addition, the process of step 1 corresponds to a precipitation determination means.

ステップ２では、回転速度センサ３２により検出された回転速度Ｎｅに基づいて、エンジン１０が稼動中であるか否か、換言すると、エンジン１０が停止したか否かを判定する。そして、エンジン１０が稼動中であればステップ３へと進む一方（Ｙｅｓ）、エンジン１０が稼動中でなければ停止したと判断しステップ８へと進む（Ｎｏ）。なお、ステップ２の処理が、停止判定手段に該当する。   In step 2, based on the rotational speed Ne detected by the rotational speed sensor 32, it is determined whether or not the engine 10 is operating, in other words, whether or not the engine 10 has stopped. If the engine 10 is in operation, the process proceeds to step 3 (Yes), while if the engine 10 is not in operation, it is determined that the engine 10 has stopped and the process proceeds to step 8 (No). In addition, the process of step 2 corresponds to a stop determination means.

ステップ３では、回転速度センサ３２及び負荷センサ３４により夫々検出された回転速度Ｎｅ及び負荷Ｑに基づいて、エンジンがアイドル状態にあるか否かが判定される。即ち、回転速度Ｎｅが略アイドル回転速度であり、かつ、負荷Ｑが所定値Ｑ0以下であれば、エンジン１０はアイドル状態であると判定することができる。ここで、吸気系にスロットル弁を備えるものでは、スロットル開度センサ又はアイドルスイッチなどからアイドル状態にあるか否かを判定するようにしてもよい。そして、エンジン１０がアイドル状態であればステップ４へと進む一方（Ｙｅｓ）、アイドル状態でなければステップ１へと戻る（Ｎｏ）。なお、ステップ３の処理が、アイドル判定手段及び作動手段に夫々該当する。 In step 3, it is determined whether the engine is in an idle state based on the rotational speed Ne and the load Q detected by the rotational speed sensor 32 and the load sensor 34, respectively. That is, if the rotation speed Ne is substantially the idle rotation speed and the load Q is equal to or less than the predetermined value Q 0, it can be determined that the engine 10 is in an idle state. Here, in the case where the intake system is provided with a throttle valve, it may be determined whether or not the engine is in an idle state from a throttle opening sensor or an idle switch. If the engine 10 is in an idle state, the process proceeds to step 4 (Yes), but if not, the process returns to step 1 (No). In addition, the process of step 3 corresponds to an idle determination means and an operation means, respectively.

ステップ４では、水温センサ４２により検出された冷却水温度Ｔｗに基づいて、エンジン１０の暖機が完了したか否か、換言すると、暖機中であるか否かを判定する。そして、暖機が完了していればステップ５へと進む一方（Ｙｅｓ）、暖機中であればステップ１へと戻る（Ｎｏ）。なお、ステップ４の処理が、暖機判定手段及び第１の作動禁止手段に夫々該当する。   In step 4, based on the coolant temperature Tw detected by the water temperature sensor 42, it is determined whether or not the engine 10 has been warmed up, in other words, whether or not the engine 10 is being warmed up. If the warm-up is completed, the process proceeds to step 5 (Yes), while if warm-up is being performed, the process returns to step 1 (No). Note that the processing in step 4 corresponds to the warm-up determination unit and the first operation prohibition unit, respectively.

ステップ５では、補機スイッチ４０からのＯＮ／ＯＦＦ信号に基づいて、各種補機が稼動中であるか否かを判定する。そして、各種補機が稼動していなければステップ６へと進む一方（Ｙｅｓ）、各種補機が稼動していればステップ１へと戻る（Ｎｏ）。なお、ステップ５の処理が、補機作動判定手段及び第２の作動禁止手段に夫々該当する。
ステップ６では、温度センサ３６により検出された排気管温度Ｔｅが所定値Ｔ0未満であるか否かを判定する。ここで、所定値Ｔ0は、排気管１６の内壁に析出した尿素が溶解する温度、具体的には、尿素の融点温度以上に設定する。そして、排気管温度Ｔｅが所定値Ｔ0未満であればステップ７へと進み（Ｙｅｓ）、析出した尿素を融点以上に加熱して溶解除去すべく、電熱ヒータ２８を所定時間作動させる。一方、排気管温度Ｔｅが所定値Ｔ0以上であれば、尿素が自然に溶解除去されるので、不必要な電力消費を防止すべく、電熱ヒータ２８を作動させずにステップ１へと戻る（Ｎｏ）。 In step 5, based on the ON / OFF signal from the auxiliary machine switch 40, it is determined whether or not various auxiliary machines are in operation. If the various auxiliary machines are not operating, the process proceeds to Step 6 (Yes), while if the various auxiliary machines are operated, the process returns to Step 1 (No). Note that the processing of step 5 corresponds to auxiliary machine operation determination means and second operation prohibition means, respectively.
In step 6, the exhaust pipe temperature Te detected by the temperature sensor 36 is equal to or less than a predetermined value T 0. Here, the predetermined value T 0 is set to a temperature at which urea deposited on the inner wall of the exhaust pipe 16 is dissolved, specifically, a temperature equal to or higher than the melting point temperature of urea. If the exhaust pipe temperature Te is less than the predetermined value T 0 , the process proceeds to step 7 (Yes), and the electric heater 28 is operated for a predetermined time in order to heat the precipitated urea to the melting point or higher to dissolve and remove it. On the other hand, if the exhaust pipe temperature Te is equal to or higher than the predetermined value T 0 , urea is naturally dissolved and removed, so that the process returns to step 1 without operating the electric heater 28 to prevent unnecessary power consumption ( No).

ステップ８では、エンジン１０を停止した後の処理が行われる。即ち、温度センサ３６により検出された排気管温度Ｔｅが所定値Ｔ0未満であるか否か、換言すると、排気管１６の内壁に析出した尿素が自然溶解するか否かを判定する。そして、排気管温度Ｔｅが所定値Ｔ0未満であればステップ９へと進み（Ｙｅｓ）、析出した尿素を融点以上に加熱して溶解除去すべく、電熱ヒータ２８を所定時間作動させる。一方、排気管温度Ｔｅが所定値Ｔ0以上であれば、尿素が自然に溶解除去されるので、不必要な電力消費を防止すべく、電熱ヒータ２８を作動させずに処理を終了する（Ｎｏ）。 In step 8, processing after the engine 10 is stopped is performed. That is, it is determined whether or not the exhaust pipe temperature Te detected by the temperature sensor 36 is less than the predetermined value T 0 , in other words, whether or not urea precipitated on the inner wall of the exhaust pipe 16 is naturally dissolved. If the exhaust pipe temperature Te is less than the predetermined value T 0 , the process proceeds to step 9 (Yes), and the electric heater 28 is operated for a predetermined time in order to heat and dissolve the precipitated urea to the melting point or higher. On the other hand, if the exhaust pipe temperature Te is equal to or higher than the predetermined value T 0 , the urea is naturally dissolved and removed, so that the process is terminated without operating the electric heater 28 to prevent unnecessary power consumption (No ).

なお、ステップ１，ステップ２及びステップ６〜ステップ９の一連の処理が、作動制御手段に該当する。
ここで、かかる構成からなる排気浄化装置の作用について説明する。
エンジン１０の排気は、排気マニフォールド１２及び排気管１６を経て、ＮＯｘ還元触媒１４へと導入される。また、噴射ノズル２２から噴射供給された尿素水溶液は、排気熱及び排気中の水蒸気により加水分解されてアンモニアとなり、排気流に乗ってＮＯｘ還元触媒１４へと導入される。そして、ＮＯｘ還元触媒１４では、アンモニアを用いた還元反応により、排気中のＮＯｘが水（Ｈ2Ｏ）及び無害なガス（Ｎ2など）に転化されて浄化される。 In addition, a series of processes of Step 1, Step 2, and Step 6 to Step 9 correspond to the operation control means.
Here, the operation of the exhaust emission control device having such a configuration will be described.
Exhaust gas from the engine 10 is introduced into the NOx reduction catalyst 14 through the exhaust manifold 12 and the exhaust pipe 16. Further, the urea aqueous solution injected and supplied from the injection nozzle 22 is hydrolyzed by exhaust heat and water vapor in the exhaust to become ammonia, and is introduced into the NOx reduction catalyst 14 along the exhaust flow. In the NOx reduction catalyst 14, NOx in the exhaust gas is converted into water (H 2 O) and harmless gas (N 2 or the like) and purified by a reduction reaction using ammonia.

ところで、噴射ノズル２２から噴射供給された尿素水溶液は、全量が加水分解してアンモニアになるとは限らず、その一部が排気管１６の内壁に付着してしまう。排気温度が高く排気管温度Ｔｅが尿素の融点以上であれば、排気管１６の内壁に付着した尿素水溶液の水分が蒸発して尿素が析出されたとしても、自然に融解除去されるため問題とはならない。しかし、排気管温度Ｔｅが尿素の融点未満であれば、排気管１６の内壁に析出した尿素が融解除去されず、この状態が長時間連続すると、尿素の堆積量が徐々に増加してしまう。このため、尿素析出部位を挟む排気管１６の差圧Δｐが所定値ｐ0以上となれば、尿素が析出したと判定することができる。 By the way, the urea aqueous solution supplied and supplied from the injection nozzle 22 is not always hydrolyzed to become ammonia, and a part thereof adheres to the inner wall of the exhaust pipe 16. If the exhaust temperature is high and the exhaust pipe temperature Te is equal to or higher than the melting point of urea, even if water in the urea aqueous solution adhering to the inner wall of the exhaust pipe 16 evaporates and urea is deposited, it is naturally melted and removed. Must not. However, if the exhaust pipe temperature Te is lower than the melting point of urea, urea deposited on the inner wall of the exhaust pipe 16 is not melted and removed, and when this state continues for a long time, the amount of urea deposited gradually increases. For this reason, if the differential pressure Δp of the exhaust pipe 16 sandwiching the urea precipitation site is equal to or greater than the predetermined value p 0, it can be determined that urea has precipitated.

そして、尿素が析出したときであって、排気管温度Ｔｅが所定値Ｔ0未満であれば、尿素水溶液が付着する部位を少なくとも含む排気管１６の周囲に配設された電熱ヒータ２８を所定時間作動させることで、析出した尿素を融点以上に加熱し、これを融解除去することができる。また、エンジン１０がアイドル状態である場合に限って、電熱ヒータ２８を作動させるため、排気によって電熱ヒータ２８から奪われる熱量が少なくなり、析出した尿素を効率的に除去することができる。さらに、エンジン１０が暖機中又は各種補機が稼動中には、エンジン運転が不安定となりがちであるので、電熱ヒータ２８の作動を禁止し、オルタネータ（交流発電機）の負荷変動に伴ってエンジン運転が不安定となることを防止している。 When urea is deposited and the exhaust pipe temperature Te is lower than the predetermined value T 0 , the electric heater 28 disposed around the exhaust pipe 16 including at least a portion to which the urea aqueous solution adheres is set for a predetermined time. By operating, the precipitated urea can be heated to the melting point or higher and melted and removed. Further, since the electric heater 28 is operated only when the engine 10 is in an idle state, the amount of heat taken away from the electric heater 28 by exhaust is reduced, and the precipitated urea can be efficiently removed. Further, since the engine operation tends to become unstable while the engine 10 is warming up or various auxiliary machines are in operation, the operation of the electric heater 28 is prohibited, and the alternator (alternator) is loaded with fluctuations. The engine operation is prevented from becoming unstable.

このため、エンジン１０の稼動中においては、その運転が不安定となることがない限り、尿素析出に伴って電熱ヒータ２８が作動し、これが溶解除去されるので、排気抵抗の増加を起因とする燃費及び出力低下を確実に防止することができる。
一方、尿素が析出した状態でエンジン１０を停止したときには、排気管温度Ｔｅが尿素の融点未満であれば、排気管１６の内壁に析出した尿素は溶解せずにそのままとなってしまう。このため、排気管温度Ｔｅが尿素の融点未満であれば、電熱ヒータ２８を所定時間作動させることで、析出した尿素を融点以上に加熱し、溶解除去することができる。よって、エンジン１０を再始動したときには、排気抵抗の増加が問題となる尿素の析出がなく、エンジン始動直後から、燃費及び出力低下を確実に防止することができる。 For this reason, while the engine 10 is in operation, unless the operation becomes unstable, the electric heater 28 is activated along with urea precipitation and dissolved and removed, resulting in an increase in exhaust resistance. It is possible to reliably prevent fuel consumption and output reduction.
On the other hand, when the engine 10 is stopped in a state where urea is precipitated, if the exhaust pipe temperature Te is lower than the melting point of urea, the urea deposited on the inner wall of the exhaust pipe 16 remains as it is without being dissolved. For this reason, if the exhaust pipe temperature Te is lower than the melting point of urea, by operating the electric heater 28 for a predetermined time, the precipitated urea can be heated to the melting point or higher and dissolved and removed. Therefore, when the engine 10 is restarted, there is no precipitation of urea, which causes an increase in exhaust resistance, and fuel consumption and output reduction can be reliably prevented immediately after the engine is started.

このとき、電熱ヒータ２８の周囲には断熱材３０が配設されているので、電熱ヒータ２８で発生した熱が排気管１６の外方へと拡散されることが抑制され、効率的に排気管１６を加熱するために活用される。このため、必要最小限のエネルギを用いて、排気管温度Ｔｅを尿素の融点以上まで加熱することが可能となり、車載バッテリの消耗などを抑制することができる。   At this time, since the heat insulating material 30 is disposed around the electric heater 28, the heat generated by the electric heater 28 is suppressed from diffusing to the outside of the exhaust pipe 16, and the exhaust pipe efficiently. Used to heat 16. For this reason, it becomes possible to heat exhaust pipe temperature Te to the melting | fusing point or more of urea using minimum required energy, and can suppress consumption of a vehicle-mounted battery.

本発明を具現化した排気浄化装置の構成図Configuration diagram of an exhaust emission control device embodying the present invention 噴射ノズル近傍の部分拡大図Partial enlarged view of the vicinity of the injection nozzle 電熱ヒータの制御内容を示すフローチャートFlow chart showing control contents of electric heater

符号の説明Explanation of symbols

１０ エンジン
１４ ＮＯｘ還元触媒
１６ 排気管
１８ 還元剤供給装置
２０ 配管
２２ 噴射ノズル
２８ 電熱ヒータ
３０ 断熱材
３２ 回転速度センサ
３４ 負荷センサ
３６ 温度センサ
３８ 差圧センサ
４０ 補機スイッチ
４２ 水温センサ
４４ コントロールユニット DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Engine 14 NOx reduction catalyst 16 Exhaust pipe 18 Reducing agent supply apparatus 20 Piping 22 Injection nozzle 28 Electric heater 30 Heat insulating material 32 Rotational speed sensor 34 Load sensor 36 Temperature sensor 38 Differential pressure sensor 40 Auxiliary equipment switch 42 Water temperature sensor 44 Control unit

Claims (7)

エンジン排気管に配設され、窒素酸化物を尿素水溶液により還元浄化する還元触媒と、
該還元触媒の排気上流に尿素水溶液を噴射供給する噴射供給手段と、
該噴射供給手段により噴射供給された尿素水溶液が付着する部位を少なくとも含む排気管の周囲に配設されたヒータと、
該ヒータが配設された部位を挟む排気管内の差圧を検出する差圧検出手段と、
該差圧検出手段により検出された差圧が所定値以上となったときに、前記排気管内に尿素が析出したと判定する析出判定手段と、
該析出判定手段により尿素が析出したと判定されたときに、前記ヒータの作動を制御する作動制御手段と、
を含んで構成されたことを特徴とする排気浄化装置。 A reduction catalyst disposed in the engine exhaust pipe for reducing and purifying nitrogen oxides with an aqueous urea solution;
Injection supply means for injecting and supplying an aqueous urea solution upstream of the exhaust of the reduction catalyst;
A heater disposed around an exhaust pipe including at least a portion to which the urea aqueous solution sprayed and supplied by the spray supplying means adheres;
Differential pressure detecting means for detecting a differential pressure in the exhaust pipe sandwiching the portion where the heater is disposed;
Deposition determination means for determining that urea has precipitated in the exhaust pipe when the differential pressure detected by the differential pressure detection means exceeds a predetermined value;
An operation control means for controlling the operation of the heater when it is determined by the precipitation determination means that urea has precipitated ;
An exhaust emission control device comprising: 前記ヒータが配設された部位の排気管温度を検出する温度検出手段を備え、
前記作動制御手段は、前記温度検出手段により検出された排気管温度が尿素の融点以上となるようにヒータの作動を制御することを特徴とする請求項１記載の排気浄化装置。 Temperature detecting means for detecting the exhaust pipe temperature of the portion where the heater is disposed;
2. The exhaust emission control device according to claim 1, wherein the operation control means controls the operation of the heater so that the exhaust pipe temperature detected by the temperature detection means is equal to or higher than the melting point of urea. エンジンがアイドル状態にあるか否かを判定するアイドル判定手段と、
該アイドル判定手段によりエンジンがアイドル状態であると判定されたときに、前記ヒータを作動させる作動手段と、
を備えたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の排気浄化装置。 Idle determination means for determining whether or not the engine is in an idle state;
Operating means for operating the heater when the idle determining means determines that the engine is in an idle state;
The exhaust emission control device according to claim 1 or 2, further comprising: エンジンが暖機中であるか否かを判定する暖機判定手段と、
前記暖機判定手段によりエンジンが暖機中であると判定されたときに、前記ヒータの作動を禁止する第１の作動禁止手段と、
を備えたことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１つに記載の排気浄化装置。 Warm-up determination means for determining whether the engine is warming up;
First operation prohibiting means for prohibiting the operation of the heater when the warm-up determination means determines that the engine is warming up;
The exhaust emission control device according to any one of claims 1 to 3, further comprising: 各種補機が作動しているか否かを判定する補機作動判定手段と、
該補機作動判定手段により各種補機が作動中であると判定されたときに、前記ヒータの作動を禁止する第２の作動禁止手段と、
を備えたことを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１つに記載の排気浄化装置。 Auxiliary machine operation determining means for determining whether or not various auxiliary machines are operating;
Second operation prohibiting means for prohibiting the operation of the heater when it is determined by the auxiliary machine operation determining means that various auxiliary machines are operating;
The exhaust emission control device according to any one of claims 1 to 4, further comprising: 前記エンジンが停止したか否かを判定する停止判定手段と、
前記ヒータが配設された部位の排気管温度を検出する温度検出手段と、
を備え、
前記作動制御手段は、前記析出判定手段により尿素が析出したと判定されたことに加え、前記停止判定手段によりエンジンが停止したと判定され、かつ、前記温度検出手段により検出された排気管温度が尿素の融点未満であるときに、前記ヒータを所定時間作動させることを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか１つに記載の排気浄化装置。 Stop determination means for determining whether or not the engine has stopped;
Temperature detecting means for detecting an exhaust pipe temperature at a portion where the heater is disposed;
With
The operation control means determines that the engine has been stopped by the stop determination means, and the exhaust pipe temperature detected by the temperature detection means in addition to the determination that urea has precipitated by the precipitation determination means. The exhaust emission control device according to any one of claims 1 to 5, wherein when the temperature is lower than the melting point of urea, the heater is operated for a predetermined time. 前記ヒータの周囲に断熱材が配設されていることを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれか１つに記載の排気浄化装置。 The exhaust emission control device according to any one of claims 1 to 6, wherein a heat insulating material is disposed around the heater .
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