JP4509495B2 - Exhaust gas purification device for internal combustion engine - Google Patents

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  • Exhaust Gas Treatment By Means Of Catalyst (AREA)

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の排気浄化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ディーゼルエンジン等の内燃機関から排出される排気ガスには、ＨＣ（炭化水素）、ＣＯ（一酸化炭素）、ＮＯｘ（窒素酸化物）及びＰＭ（Particulate Matter：パティキュレート）等の汚染物質が含まれる。これらの汚染物質の中でもＮＯｘは、酸化触媒やガソリン自動車で実用化されている三元触媒では浄化が難しく、ＮＯｘを浄化することができる有望な触媒として選択還元型ＮＯｘ触媒（ＳＣＲ触媒）の開発が行われている。
【０００３】
ＳＣＲ触媒はアンモニアなどの還元剤の存在下でＮＯｘを浄化する触媒である。尿素タンクからＳＣＲ触媒の上流側の排気系に添加された尿素水は、排気ガスの熱により加水分解されアンモニアを生成する。このアンモニアがＳＣＲ触媒で排気ガス中のＮＯｘと反応することにより排気ガス中のＮＯｘが浄化される。
【０００４】
このＮＯｘの浄化反応については、排気ガス中のＮＯｘにおけるＮＯ（一酸化窒素）とＮＯ2（二酸化窒素）との比が１：１のときに、最もＮＯｘ浄化反応が良いことが知られている。しかしながら、内燃機関から排出されるＮＯｘはほとんどがＮＯである。このため、ＳＣＲ触媒の上流側に酸化触媒を設けてＮＯの一部をＮＯ2に酸化することにより、排気ガス中のＮＯとＮＯ2との比を１：１に近づけるようにしている。
【０００５】
しかしながら、この酸化触媒により発生させたＮＯ2は、ディーゼルエンジンのような比較的低温の排気ガス環境下においては、還元剤として供給されるアンモニアとの反応により、硝酸アンモニウムを生成することが分かっている。この硝酸アンモニウムは、融点である１７０℃より低温では触媒上に固形物として堆積し、触媒の細孔を詰まらせたり、触媒表面を覆ってしまうことにより、ＮＯｘ浄化反応を阻害するおそれがある。
【０００６】
本願発明は以下詳細に説明するが、本願発明に関連する文献公知発明としては、リーンＮＯｘ触媒をバイパスする触媒バイパス手段を設ける技術がある（下記、特許文献１参照。）。しかしながら、本技術はリーンＮＯｘ触媒の熱劣化を抑えつつ、高いＮＯｘ浄化率を得ることを目的としており、硝酸アンモニウムによるＮＯｘ浄化反応の阻害を解決する技術ではない。
【０００７】
【特許文献１】
特開平５−３１２０２７号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記状況に鑑みてなされたものであり、硝酸アンモニウムによりＮＯｘ浄化反応が阻害されない内燃機関の排気浄化装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題解決するための手段】
上記課題を解決する第１の発明は、
内燃機関の排気系に設けられアンモニアを還元剤にして排気ガス中のＮＯｘを選択還元するＮＯｘ触媒と、前記排気系のうち当該ＮＯｘ触媒よりも上流側に設けられる酸化触媒と、前記排気系のうち前記ＮＯｘ触媒よりも上流側であり前記酸化触媒よりも下流側に前記還元剤を供給する還元剤供給手段とを有する内燃機関の排気浄化装置において、
前記ＮＯｘ触媒の温度を検出又は推測する触媒温度検出手段と、
前記酸化触媒をバイパスする酸化触媒バイパスと、
前記内燃機関からの排気ガスの流路を前記酸化触媒または前記酸化触媒バイパスのいずれかに切り替える切替手段と、
前記触媒温度検出手段により検出又は推測されるＮＯｘ触媒の温度が所定温度より低いときに、前記内燃機関からの排気ガスが前記酸化触媒バイパスを通過するように前記切替手段を制御する切替制御手段とを備え、
前記所定温度が、固体の硝酸アンモニウムが発生し難い温度である
ことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置である。
【００１０】
ＳＣＲ触媒におけるＮＯｘ浄化率を向上させるため、ＮＯｘ触媒の上流側に酸化触媒を設置してＮＯｘの一部をＮＯ2に酸化しているが、ＮＯｘ触媒の温度が所定温度よりも低い場合には、このＮＯ2と還元剤であるアンモニアとの反応により生成される硝酸アンモニウムがＮＯｘ浄化反応を阻害する。そこで、第１の発明では、ＮＯｘ触媒の温度が所定温度より低い場合には、排気ガスの流路を酸化触媒側から酸化触媒バイパス側へ切り替えて、ＮＯｘの酸化（ＮＯ2の生成）を行わないようにする。
【００１１】
切替手段は、内燃機関からの排気ガスの流路を酸化触媒または酸化触媒バイパスのいずれかに切り替える機能を有するが、当該機能としては、流路を完全に切り替える機能のほかに、酸化触媒と酸化触媒バイパスとを流れる排気ガスの流量比を制御する機能であっても良い。
【００１６】
上記課題を解決する第２の発明は、
第１の発明に係る内燃機関の排気浄化装置において、
前記所定温度は、硝酸アンモニウムが融解する温度である
ことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置である。
【００１７】
硝酸アンモニウムによるＮＯｘ浄化反応の阻害は、主として硝酸アンモニウムがＮＯｘ触媒上で固体状態となることにより起こるため、硝酸アンモニウムが融解する温度を所定温度とする。詳細には、硝酸アンモニウムの融点は約１７０℃であるが、排気系内の圧力等の影響により変化するため、１６０℃〜１８０℃の範囲を設定することが好ましい。
【００１８】
また、固体状態から融解した液体状態の硝酸アンモニウムもＮＯｘ浄化反応を阻害するおそれがあり、ＮＯｘ触媒上から完全に硝酸アンモニウムを除去可能な温度として、硝酸アンモニウムがガス化又は分解する温度を所定温度に設定しても良い。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づき本発明の好適な実施例を例示的に詳しく説明する。
図１は、本発明の実施例に係る内燃機関の排気浄化装置を示した構成図である。同図に示すように、排気浄化装置１は、内燃機関としてのエンジン２の排気系に設けられたＮＯｘ触媒としてのＳＣＲ触媒７と、排気系のうちＳＣＲ触媒７よりも上流側に設けられた酸化触媒８と、排気系のうちＳＣＲ触媒７よりも上流側であり酸化触媒８よりも下流側に還元剤としてのアンモニアを供給する還元剤供給手段としての尿素添加装置９等と、酸化触媒８をバイパスする酸化触媒バイパス１５と、酸化触媒バイパス１５における上流側に設けられエンジン２からの排気ガスの酸化触媒バイパス１５への流入を制御する切替手段としての切替弁１６と、尿素添加装置９に内蔵され所定の条件によって切替弁１６を制御する切替制御手段とから構成される。
【００２０】
エアクリーナー３から吸引された空気は、ターボチャージャー４によって過給され、インタークーラー５を介してエンジン２に供給された後、エンジン２内で燃料と共に燃焼し、排気ガスとして排気系へ排出される。
【００２１】
還元剤供給手段は、還元剤としてのアンモニアの素となる尿素水を貯蔵する尿素タンク１０と、ＳＣＲ触媒７の温度を検出又は推測する触媒温度検出手段としての触媒温度センサ１３と、エア１１と混合された尿素水を排気系におけるＳＣＲ触媒７の上流側に供給する尿素噴射ノズル１２と、触媒温度センサ１３により推測される温度により添加する尿素量を制御する尿素添加装置９とから構成される。
【００２２】
触媒温度センサ１３は、ＳＣＲ触媒７の上流側と下流側とに設けられ、当該２つのポイントにおける排気ガスの温度の平均値をＳＣＲ触媒７の温度として推測している。なお、触媒温度センサとしては、ＳＣＲ触媒７の温度を直接検出できるセンサであってもよい。
【００２３】
また、ＳＣＲ触媒７の下流側には、酸化触媒１４が設けられ、過剰な尿素水の添加による余剰のアンモニア（アンモニアスリップの発生）を分解するようになっている。なお、アンモニアスリップを発生させない尿素水添加制御を行うことができる還元剤供給手段であれば、酸化触媒１４を省略することができる。
【００２４】
尿素添加装置９は、切替制御手段としての機能も有し、触媒温度センサ１３により推測されるＳＣＲ触媒７の温度が所定温度よりも低い場合には、切替弁１６を開弁し、エンジン２からの排気ガスを酸化触媒バイパス１５へ流入させると共に、ＳＣＲ触媒７の温度が所定温度以上の場合には、切替弁１６を閉弁して排気ガスが酸化触媒８を通過するようにする。
【００２５】
本実施形態では、切替手段として切替弁１６を酸化触媒バイパス１５にのみ設けている。このため、切替弁１６を開弁すると酸化触媒８と酸化触媒バイパス１５とが排気ガスの流路となるが、酸化触媒８側の流路は排気抵抗があるため、排気ガスは主として酸化触媒バイパス１５を流れるようになる。また、切替弁１６の開度を調整することにより、酸化触媒８と酸化触媒バイパス１５とを流れる排気ガスの流量比を制御することができる。切替手段の他の例としては、排気系における酸化触媒８と酸化触媒バイパス１５との分岐部分に切替弁を設けて、完全に流路を切り替えるタイプのものであってもよい。
【００２６】
切替制御手段としての尿素添加装置９は、ＳＣＲ触媒７の温度が所定温度以上か否かにより切替弁１６の開閉制御を行うが、この所定温度としては、アンモニアとＮＯ2との反応により生成する硝酸アンモニウムが融解する温度を設定してある。すなわち、切替制御手段は、ＳＣＲ触媒７の温度が硝酸アンモニウムの融点よりも低い場合には、切替弁１６を開弁し、エンジン２からの排気ガスを酸化触媒バイパス１５へ流入させると共に、ＳＣＲ触媒７の温度が硝酸アンモニウムの融点以上の場合には、切替弁１６を閉弁して排気ガスが酸化触媒８を通過するように制御する。
【００２７】
この結果、ＳＣＲ触媒７の温度が硝酸アンモニウムの融点以上の場合には、切替弁１６が閉弁して排気ガスの流路を酸化触媒８側へ切り替え、酸化触媒８によりＮＯｘの一部を酸化してＮＯ2とすることにより、ＳＣＲ触媒７におけるＮＯｘ浄化率を向上させることができる。この際にＮＯ2とアンモニアとの反応により硝酸アンモニウムが発生した場合であっても、硝酸アンモニウムは少なくとも固体状態となることはないため、ＳＣＲ触媒７の浄化反応が阻害されるおそれはない。
【００２８】
一方、ＳＣＲ触媒７の温度が硝酸アンモニウムの融点より低い場合には、切替弁１６が開弁して排気ガスの流路を酸化触媒バイパス１５側へ切り替えることにより、硝酸アンモニウムの生成原因となるＮＯ2自体の生成を抑制する。この結果、硝酸アンモニウムの発生を抑制してＳＣＲ触媒７の浄化反応が阻害されることを防ぐことができる。
【００２９】
次に、他の実施例について説明する。図２は、従来のＳＣＲ触媒におけるＳＣＲ触媒の温度とＮＯｘ浄化率との関係図である。従来のＳＣＲ触媒浄化システムを用いて、ＳＣＲ触媒の温度が平均１５５℃、１６７℃、１８４℃となるような３つの条件で排気ガスのＮＯｘ浄化試験を行うと共に、各試験条件において同一のＳＣＲ触媒を再生せずに３回テストを繰り返した場合のＮＯｘ浄化率の変化を試験した。
【００３０】
同図に示すように、ＳＣＲ触媒の温度が高いほどＮＯｘ浄化率が高く、１８４℃では６０％以上のＮＯｘ浄化率となることが分かる。更に、ＳＣＲ触媒の温度が平均１８４℃の条件では、３回の繰り返し試験に対してＮＯｘ浄化率の変化が見られなかったのに対して、平均温度１５５℃、１６７℃の条件では、試験を繰り返すごとにＮＯｘ浄化率が低下することが分かる。
【００３１】
この繰り返し試験によるＮＯｘ浄化率の低下は、低温時の硝酸アンモニウムの挙動によるものと考えられる。すなわち、ＮＯ2とアンモニアとの反応により生成した硝酸アンモニウムが、試験の繰り返しによりＳＣＲ触媒上に固形物として堆積する結果、触媒機能が低下してＮＯｘ浄化率が低下したものと考えられる。
【００３２】
そこで、他の実施例においては、図１に示した酸化触媒バイパス１５、切替弁１６及び切替制御手段の代わりに「触媒再生制御手段」を設けて、ＳＣＲ触媒について所定温度（例えば、硝酸アンモニウムの融点）より低い状況が所定時間以上継続したときには、ＳＣＲ触媒上に堆積した硝酸アンモニウムによりＮＯｘ浄化率が低下しているおそれがあるため、ＳＣＲ触媒の温度を所定温度以上となるように制御する。
【００３３】
ＳＣＲ触媒の温度を所定温度以上とする制御は、ＳＣＲ触媒上に堆積した硝酸アンモニウムを加熱除去する、言わば、ＳＣＲ触媒の再生処理に相当する制御である。この制御により、図２のＳＣＲ平均温度１５５℃、１５７℃の試験例に示すようなＮＯｘ浄化率が低下したＳＣＲ触媒（例えば、試験３回目のデータを参照）を、当該触媒温度に見合ったＮＯｘ浄化率が得られるＳＣＲ触媒（例えば、試験１回目のデータを参照）に再生することができる。
【００３４】
ＳＣＲ触媒の温度が所定温度以上となるように制御する手段としては、ヒーター等により直接加熱する手段が挙げられる。この場合には、触媒再生制御手段は、例えば、触媒温度センサと、ＳＣＲ触媒を加熱するヒーターと、等から構成される。
【００３５】
また、ＳＣＲ触媒の温度が所定温度以上となるように制御する他の手段としては、温度を上昇させた排気ガスにより加熱する手段が挙げられる。排気ガスの温度を上昇させる手段としては、例えば、ＥＧＲ制御弁（図１の符号６参照）、排気ブレーキ(図１の符号１７参照）を閉じる、ＶＧターボ（図１の符号４参照）のノズルベーン開度を大きくする等してエンジン負荷を大きくすること等が挙げられる。この場合には、触媒再生制御手段は、例えば、触媒温度センサと、エンジンの種々の制御を行うエンジンＥＣＵと、等から構成される。
【００３６】
ＳＣＲ触媒の温度が所定温度以上になるように制御する際の制御時間は、例えば、堆積したと推定される硝酸アンモニウム量を完全に除去することができる時間（実験的に求められた時間）を設定する。
【００３７】
ＳＣＲ触媒について所定温度より低い状況が所定時間以上継続したと判断する際の「所定時間」としては、例えば、所定温度より低いある温度においてＳＣＲ触媒上に堆積する硝酸アンモニウムにより低下したＮＯｘ浄化率が許容限度となる時間を基準として設定する。すなわち、ＳＣＲ触媒温度を一定として排気ガスを浄化したときの積算時間とＮＯｘ浄化率の変化との関係を予め調べておき、ＮＯｘ浄化率が許容限度まで低下する時間を設定する。
【００３８】
所定温度より低い状況が所定時間継続する前に、所定温度以上となった場合であっても、当該所定温度以上となった時間が短い（例えば一瞬）と、ＳＣＲ触媒上に堆積した硝酸アンモニウムが排気熱により完全に除去しきれないまま、触媒再生制御手段は所定時間のカウントをリセットして再びゼロからカウントしてしまう。この場合には、完全に再生されたＳＣＲ触媒の状態をゼロとして時間計算ができなくなってしまうため、所定時間のカウントをリセットせずに、そのままカウントを継続してもよい。
【００３９】
【発明の効果】
第１の発明によれば、ＮＯｘ触媒の上流側に酸化触媒を設けた内燃機関の排気浄化装置において、ＮＯｘ触媒の温度が所定温度より低いときには、内燃機関からの排気ガスが酸化触媒バイパスを通過するようにして、ＮＯｘの酸化（ＮＯ2の生成）を行わないようにしたので、ＮＯ2を素として生成される硝酸アンモニウムによるＮＯｘ浄化反応の阻害を防止することができると共に、所定温度以上のときには排気ガスが酸化触媒を通過するように制御するためＳＣＲ触媒のＮＯｘ浄化率を向上させることができる。
【００４０】
第２の発明によれば、ＮＯｘ触媒の上流側に酸化触媒を設けた内燃機関の排気浄化装置において、ＮＯｘ触媒の温度が所定温度より低く、かつ当該所定温度より低い状況が所定時間以上継続したときには、ＮＯｘ触媒の温度を前記所定温度以上となるように制御することとしたので、ＮＯｘ触媒上に生成した硝酸アンモニウムを除去してＳＣＲ触媒を再生し、ＮＯｘ浄化率を高い状態で維持することができる。
【００４１】
第３の発明によれば、第２の発明に係る内燃機関の排気浄化装置において、内燃機関からの排気ガスの温度を上昇させて、ＮＯｘ触媒の温度を前記所定温度以上となるように制御することとしたので、新たに加熱装置などを付加することなく、エンジン制御等の簡単な手段によりＮＯｘ浄化率を高い状態で維持することができる。
【００４２】
第４の発明によれば、第１ないし第３のいずれかの発明に係る内燃機関の排気浄化装置において、硝酸アンモニウムが融解する温度を「所定温度」として設定したので、主として硝酸アンモニウムがＮＯｘ触媒上で固体状態となることにより引き起こされるＮＯｘ浄化反応の阻害を効果的に防止することができる。更に、硝酸アンモニウムがガス化又は分解する温度を「所定温度」として設定した場合には、ＮＯｘ触媒から完全に硝酸アンモニウムを除去又は付着することを防止することができるため、より効果的にＮＯｘ浄化反応の阻害を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る内燃機関の排気浄化装置の概略構成図である。
【図２】ＳＣＲ触媒の温度とＮＯｘ浄化率との関係図である。
【符号の説明】
１ 排気浄化装置
２ エンジン
７ ＳＣＲ触媒
８ 酸化触媒（前段）
９ 尿素添加装置
１０ 尿素タンク
１２ 尿素噴射ノズル
１３ 触媒温度センサ
１４ 酸化触媒（後段）
１５ 酸化触媒バイパス
１６ 切替弁[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an exhaust emission control device for an internal combustion engine.
[0002]
[Prior art]
Exhaust gas discharged from an internal combustion engine such as a diesel engine includes contaminants such as HC (hydrocarbon), CO (carbon monoxide), NOx (nitrogen oxide), and PM (particulate matter). . Among these pollutants, NOx is difficult to purify with oxidation catalysts and three-way catalysts put to practical use in gasoline automobiles. Development of a selective reduction type NOx catalyst (SCR catalyst) as a promising catalyst that can purify NOx. Has been done.
[0003]
The SCR catalyst is a catalyst that purifies NOx in the presence of a reducing agent such as ammonia. The urea water added from the urea tank to the exhaust system upstream of the SCR catalyst is hydrolyzed by the heat of the exhaust gas to generate ammonia. This ammonia reacts with NOx in the exhaust gas by the SCR catalyst, so that NOx in the exhaust gas is purified.
[0004]
Regarding this NOx purification reaction, it is known that the NOx purification reaction is best when the ratio of NO (nitrogen monoxide) to NO 2 (nitrogen dioxide) in NOx in the exhaust gas is 1: 1. . However, most of the NOx discharged from the internal combustion engine is NO. Thus, by oxidizing a portion of NO is provided an oxidation catalyst on the upstream side of the SCR catalyst NO 2, the ratio of NO to NO 2 in the exhaust gas 1: as close to 1.
[0005]
However, it has been found that NO 2 generated by this oxidation catalyst produces ammonium nitrate by reaction with ammonia supplied as a reducing agent in a relatively low temperature exhaust gas environment such as a diesel engine. . This ammonium nitrate is deposited as a solid on the catalyst at a temperature lower than 170 ° C., which is the melting point, and may clog the pores of the catalyst or cover the catalyst surface, thereby inhibiting the NOx purification reaction.
[0006]
Although the present invention will be described in detail below, there is a technique of providing a catalyst bypass means for bypassing the lean NOx catalyst as a known literature invention related to the present invention (see Patent Document 1 below). However, the present technology aims to obtain a high NOx purification rate while suppressing thermal deterioration of the lean NOx catalyst, and is not a technology for solving the inhibition of the NOx purification reaction by ammonium nitrate.
[0007]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Laid-Open No. 5-312027
[Problems to be solved by the invention]
The present invention has been made in view of the above situation, and an object thereof is to provide an exhaust purification device for an internal combustion engine in which the NOx purification reaction is not inhibited by ammonium nitrate.
[0009]
[Means for solving the problems]
The first invention for solving the above-mentioned problems is
A NOx catalyst provided in an exhaust system of an internal combustion engine for selectively reducing NOx in exhaust gas using ammonia as a reducing agent; an oxidation catalyst provided upstream of the NOx catalyst in the exhaust system; Among them, in an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine having a reducing agent supply means for supplying the reducing agent upstream from the NOx catalyst and downstream from the oxidation catalyst,
Catalyst temperature detecting means for detecting or estimating the temperature of the NOx catalyst;
An oxidation catalyst bypass for bypassing the oxidation catalyst;
Switching means for switching the flow path of the exhaust gas from the internal combustion engine to either the oxidation catalyst or the oxidation catalyst bypass;
Switching control means for controlling the switching means so that exhaust gas from the internal combustion engine passes through the oxidation catalyst bypass when the temperature of the NOx catalyst detected or estimated by the catalyst temperature detection means is lower than a predetermined temperature; equipped with a,
The exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine, wherein the predetermined temperature is a temperature at which solid ammonium nitrate is hardly generated .
[0010]
To improve the NOx purification rate of the SCR catalyst, but installed upstream oxidation catalyst of the NOx catalyst is oxidizing a part of NOx in NO 2, when the temperature of the NOx catalyst is lower than a predetermined temperature The ammonium nitrate produced by the reaction of NO 2 with ammonia as the reducing agent inhibits the NOx purification reaction. Therefore, in the first invention, when the temperature of the NOx catalyst is lower than the predetermined temperature, the exhaust gas flow path is switched from the oxidation catalyst side to the oxidation catalyst bypass side to oxidize NOx (generate NO 2 ). Do not.
[0011]
The switching means has a function of switching the flow path of the exhaust gas from the internal combustion engine to either the oxidation catalyst or the oxidation catalyst bypass. The function of controlling the flow rate ratio of the exhaust gas flowing through the catalyst bypass may be used.
[0016]
A second invention for solving the above-described problem is
In the exhaust purification system of an internal combustion engine according to the first invention,
The predetermined temperature is a temperature at which ammonium nitrate is melted.
[0017]
Inhibition of the NOx purification reaction by ammonium nitrate mainly occurs when ammonium nitrate becomes a solid state on the NOx catalyst, and therefore the temperature at which ammonium nitrate melts is set to a predetermined temperature. Specifically, the melting point of ammonium nitrate is about 170 ° C., but it varies depending on the pressure in the exhaust system and the like, so it is preferable to set a range of 160 ° C. to 180 ° C.
[0018]
Also, liquid ammonium nitrate melted from the solid state may inhibit the NOx purification reaction, and the temperature at which ammonium nitrate is gasified or decomposed is set to a predetermined temperature as the temperature at which ammonium nitrate can be completely removed from the NOx catalyst. May be.
[0019]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 is a configuration diagram illustrating an exhaust emission control device for an internal combustion engine according to an embodiment of the present invention. As shown in the figure, the exhaust purification device 1 is provided on the upstream side of the SCR catalyst 7 in the exhaust system, and the SCR catalyst 7 as the NOx catalyst provided in the exhaust system of the engine 2 as the internal combustion engine. An oxidation catalyst 8; a urea addition device 9 as a reducing agent supply means for supplying ammonia as a reducing agent upstream of the SCR catalyst 7 and downstream of the oxidation catalyst 8 in the exhaust system; and the oxidation catalyst 8 An oxidation catalyst bypass 15 that bypasses the oxidation catalyst bypass, a switching valve 16 that is provided upstream of the oxidation catalyst bypass 15 and controls the flow of exhaust gas from the engine 2 into the oxidation catalyst bypass 15, and the urea addition device 9 It is comprised from the switching control means which controls the switching valve 16 by the built-in predetermined condition.
[0020]
The air sucked from the air cleaner 3 is supercharged by the turbocharger 4, supplied to the engine 2 through the intercooler 5, burns with fuel in the engine 2, and is discharged to the exhaust system as exhaust gas.
[0021]
The reducing agent supply means includes a urea tank 10 that stores urea water serving as a source of ammonia as a reducing agent, a catalyst temperature sensor 13 as catalyst temperature detection means that detects or estimates the temperature of the SCR catalyst 7, and air 11. A urea injection nozzle 12 that supplies the mixed urea water to the upstream side of the SCR catalyst 7 in the exhaust system, and a urea addition device 9 that controls the amount of urea added by the temperature estimated by the catalyst temperature sensor 13 are configured. .
[0022]
The catalyst temperature sensor 13 is provided on the upstream side and the downstream side of the SCR catalyst 7, and estimates the average value of the exhaust gas temperature at the two points as the temperature of the SCR catalyst 7. The catalyst temperature sensor may be a sensor that can directly detect the temperature of the SCR catalyst 7.
[0023]
Further, an oxidation catalyst 14 is provided on the downstream side of the SCR catalyst 7 to decompose excess ammonia (generation of ammonia slip) due to addition of excess urea water. Note that the oxidation catalyst 14 can be omitted as long as the reducing agent supply unit can perform urea water addition control without causing ammonia slip.
[0024]
The urea addition device 9 also has a function as a switching control means. When the temperature of the SCR catalyst 7 estimated by the catalyst temperature sensor 13 is lower than a predetermined temperature, the switching valve 16 is opened and the engine 2 is turned off. When the temperature of the SCR catalyst 7 is equal to or higher than a predetermined temperature, the switching valve 16 is closed so that the exhaust gas passes through the oxidation catalyst 8.
[0025]
In the present embodiment, the switching valve 16 is provided only in the oxidation catalyst bypass 15 as the switching means. For this reason, when the switching valve 16 is opened, the oxidation catalyst 8 and the oxidation catalyst bypass 15 serve as exhaust gas flow paths. However, since the flow path on the oxidation catalyst 8 side has exhaust resistance, the exhaust gas is mainly oxidized catalyst bypass. 15 will flow. Further, the flow rate ratio of the exhaust gas flowing through the oxidation catalyst 8 and the oxidation catalyst bypass 15 can be controlled by adjusting the opening degree of the switching valve 16. As another example of the switching means, a switching valve may be provided at the branch portion between the oxidation catalyst 8 and the oxidation catalyst bypass 15 in the exhaust system to completely switch the flow path.
[0026]
The urea addition device 9 as the switching control means performs opening / closing control of the switching valve 16 depending on whether or not the temperature of the SCR catalyst 7 is equal to or higher than a predetermined temperature. The predetermined temperature is generated by a reaction between ammonia and NO 2. The temperature at which ammonium nitrate melts is set. That is, when the temperature of the SCR catalyst 7 is lower than the melting point of ammonium nitrate, the switching control means opens the switching valve 16 and allows the exhaust gas from the engine 2 to flow into the oxidation catalyst bypass 15 and at the same time. When the temperature is equal to or higher than the melting point of ammonium nitrate, the switching valve 16 is closed to control the exhaust gas to pass through the oxidation catalyst 8.
[0027]
As a result, when the temperature of the SCR catalyst 7 is equal to or higher than the melting point of ammonium nitrate, the switching valve 16 is closed to switch the exhaust gas flow path to the oxidation catalyst 8 side, and the oxidation catalyst 8 oxidizes a part of NOx. with NO 2 Te, it is possible to improve the NOx purification rate of the SCR catalyst 7. At this time, even when ammonium nitrate is generated by the reaction of NO 2 and ammonia, the ammonium nitrate is not at least in a solid state, so that the purification reaction of the SCR catalyst 7 is not hindered.
[0028]
On the other hand, when the temperature of the SCR catalyst 7 is lower than the melting point of ammonium nitrate, the switching valve 16 is opened and the exhaust gas flow path is switched to the oxidation catalyst bypass 15 side, so that NO 2 itself that causes ammonium nitrate is generated. Suppresses the generation of As a result, generation of ammonium nitrate can be suppressed and the purification reaction of the SCR catalyst 7 can be prevented from being inhibited.
[0029]
Next, another embodiment will be described. FIG. 2 is a graph showing the relationship between the temperature of the SCR catalyst and the NOx purification rate in the conventional SCR catalyst. Using a conventional SCR catalyst purification system, exhaust gas NOx purification tests are performed under three conditions such that the average SCR catalyst temperature is 155 ° C, 167 ° C, and 184 ° C, and the same SCR catalyst is used for each test condition. The change in the NOx purification rate when the test was repeated three times without regenerating was tested.
[0030]
As shown in the figure, it can be seen that the higher the temperature of the SCR catalyst, the higher the NOx purification rate, and at 184 ° C., the NOx purification rate is 60% or more. Furthermore, while the SCR catalyst temperature averaged 184 ° C., no change in the NOx purification rate was observed for the three repeated tests, whereas the average temperature 155 ° C. and 167 ° C. It can be seen that the NOx purification rate decreases with each repetition.
[0031]
The decrease in the NOx purification rate due to this repeated test is considered to be due to the behavior of ammonium nitrate at low temperatures. That is, it is considered that the ammonium nitrate produced by the reaction of NO 2 and ammonia accumulates as a solid on the SCR catalyst by repeating the test, resulting in a decrease in the catalyst function and a decrease in the NOx purification rate.
[0032]
Therefore, in another embodiment, a “catalyst regeneration control unit” is provided instead of the oxidation catalyst bypass 15, the switching valve 16 and the switching control unit shown in FIG. 1, and the SCR catalyst has a predetermined temperature (for example, the melting point of ammonium nitrate). ) When the lower condition continues for a predetermined time or longer, the NOx purification rate may be lowered by ammonium nitrate deposited on the SCR catalyst, so the temperature of the SCR catalyst is controlled to be higher than the predetermined temperature.
[0033]
The control for setting the temperature of the SCR catalyst to a predetermined temperature or higher is control corresponding to the regeneration process of the SCR catalyst, in which ammonium nitrate deposited on the SCR catalyst is removed by heating. As a result of this control, an SCR catalyst having a reduced NOx purification rate as shown in the test example of the SCR average temperatures of 155 ° C. and 157 ° C. in FIG. It can be regenerated to an SCR catalyst that provides a purification rate (see, for example, data for the first test).
[0034]
As a means for controlling the temperature of the SCR catalyst to be equal to or higher than a predetermined temperature, a means for directly heating with a heater or the like can be mentioned. In this case, the catalyst regeneration control means includes, for example, a catalyst temperature sensor, a heater for heating the SCR catalyst, and the like.
[0035]
Another means for controlling the temperature of the SCR catalyst to be equal to or higher than a predetermined temperature is a means for heating with exhaust gas whose temperature has been increased. As a means for raising the temperature of the exhaust gas, for example, a nozzle vane of a VG turbo (see reference numeral 4 in FIG. 1) that closes an EGR control valve (see reference numeral 6 in FIG. 1) and an exhaust brake (see reference numeral 17 in FIG. 1). For example, increasing the engine load by increasing the opening degree or the like. In this case, the catalyst regeneration control means includes, for example, a catalyst temperature sensor, an engine ECU that performs various controls of the engine, and the like.
[0036]
The control time when controlling the temperature of the SCR catalyst to be equal to or higher than a predetermined temperature is set, for example, as a time (experimentally determined time) that can completely remove the ammonium nitrate amount estimated to be deposited. To do.
[0037]
As the “predetermined time” when it is determined that the condition lower than the predetermined temperature for the SCR catalyst has continued for a predetermined time or longer, for example, the NOx purification rate decreased by ammonium nitrate deposited on the SCR catalyst at a certain temperature lower than the predetermined temperature is allowed. Set the limit time as a reference. That is, the relationship between the accumulated time when the exhaust gas is purified with the SCR catalyst temperature kept constant and the change in the NOx purification rate is examined in advance, and the time for the NOx purification rate to fall to the allowable limit is set.
[0038]
Even when the temperature lower than the predetermined temperature has exceeded the predetermined temperature before continuing for the predetermined time, if the time when the predetermined temperature is exceeded is short (for example, for a moment), the ammonium nitrate deposited on the SCR catalyst is exhausted. Without being completely removed by heat, the catalyst regeneration control means resets the count for a predetermined time and starts again from zero. In this case, since it becomes impossible to calculate the time by setting the state of the completely regenerated SCR catalyst to zero, the count may be continued without resetting the count for the predetermined time.
[0039]
【The invention's effect】
According to the first invention, in the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine in which the oxidation catalyst is provided upstream of the NOx catalyst, when the temperature of the NOx catalyst is lower than a predetermined temperature, the exhaust gas from the internal combustion engine passes through the oxidation catalyst bypass. Thus, NOx oxidation (NO 2 generation) is not performed, so that it is possible to prevent the NOx purification reaction from being inhibited by ammonium nitrate generated using NO 2 as a raw element, and when the temperature exceeds a predetermined temperature. Since the exhaust gas is controlled to pass through the oxidation catalyst, the NOx purification rate of the SCR catalyst can be improved.
[0040]
According to the second invention, in the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine in which the oxidation catalyst is provided on the upstream side of the NOx catalyst, the temperature of the NOx catalyst is lower than the predetermined temperature, and the situation where the temperature is lower than the predetermined temperature continues for a predetermined time or more. In some cases, since the temperature of the NOx catalyst is controlled to be equal to or higher than the predetermined temperature, it is possible to regenerate the SCR catalyst by removing ammonium nitrate generated on the NOx catalyst and maintain the NOx purification rate in a high state. it can.
[0041]
According to the third invention, in the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the second invention, the temperature of the exhaust gas from the internal combustion engine is raised to control the temperature of the NOx catalyst to be equal to or higher than the predetermined temperature. Therefore, the NOx purification rate can be maintained in a high state by simple means such as engine control without newly adding a heating device or the like.
[0042]
According to the fourth invention, in the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to any one of the first to third inventions, the temperature at which ammonium nitrate melts is set as the “predetermined temperature”. The inhibition of the NOx purification reaction caused by the solid state can be effectively prevented. Furthermore, when the temperature at which ammonium nitrate is gasified or decomposed is set as the “predetermined temperature”, it is possible to prevent the ammonium nitrate from being completely removed from or attached to the NOx catalyst, so that the NOx purification reaction can be performed more effectively. Inhibition can be prevented.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an exhaust emission control device for an internal combustion engine according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a graph showing the relationship between the temperature of the SCR catalyst and the NOx purification rate.
[Explanation of symbols]
1 Exhaust purification device 2 Engine 7 SCR catalyst 8 Oxidation catalyst (front stage)
9 Urea addition device 10 Urea tank 12 Urea injection nozzle 13 Catalyst temperature sensor 14 Oxidation catalyst (back stage)
15 Oxidation catalyst bypass 16 Switching valve

Claims (2)

内燃機関の排気系に設けられアンモニアを還元剤にして排気ガス中のＮＯｘを選択還元するＮＯｘ触媒と、前記排気系のうち当該ＮＯｘ触媒よりも上流側に設けられる酸化触媒と、前記排気系のうち前記ＮＯｘ触媒よりも上流側であり前記酸化触媒よりも下流側に前記還元剤を供給する還元剤供給手段とを有する内燃機関の排気浄化装置において、
前記ＮＯｘ触媒の温度を検出又は推測する触媒温度検出手段と、
前記酸化触媒をバイパスする酸化触媒バイパスと、
前記内燃機関からの排気ガスの流路を前記酸化触媒または前記酸化触媒バイパスのいずれかに切り替える切替手段と、
前記触媒温度検出手段により検出又は推測されるＮＯｘ触媒の温度が所定温度より低いときに、前記内燃機関からの排気ガスが前記酸化触媒バイパスを通過するように前記切替手段を制御する切替制御手段とを備え、
前記所定温度が、固体の硝酸アンモニウムが発生し難い温度である
ことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。A NOx catalyst provided in an exhaust system of an internal combustion engine for selectively reducing NOx in exhaust gas using ammonia as a reducing agent; an oxidation catalyst provided upstream of the NOx catalyst in the exhaust system; Among them, in an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine having a reducing agent supply means for supplying the reducing agent upstream from the NOx catalyst and downstream from the oxidation catalyst,
Catalyst temperature detecting means for detecting or estimating the temperature of the NOx catalyst;
An oxidation catalyst bypass for bypassing the oxidation catalyst;
Switching means for switching the flow path of the exhaust gas from the internal combustion engine to either the oxidation catalyst or the oxidation catalyst bypass;
Switching control means for controlling the switching means so that exhaust gas from the internal combustion engine passes through the oxidation catalyst bypass when the temperature of the NOx catalyst detected or estimated by the catalyst temperature detection means is lower than a predetermined temperature; With
The exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine, wherein the predetermined temperature is a temperature at which solid ammonium nitrate is hardly generated. 請求項１に係る内燃機関の排気浄化装置において、
前記所定温度は、硝酸アンモニウムが融解する温度である
ことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。The exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to claim 1,
The exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine, wherein the predetermined temperature is a temperature at which ammonium nitrate melts.
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