JP5569667B2 - Exhaust purification device - Google Patents
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Description
本発明はエンジンの排気を浄化する排気浄化装置に関し、特に複数の排気浄化手段を2つのケーシングに分けて収容するようにした排気浄化装置に関する。 The present invention relates to an exhaust gas purification device that purifies exhaust gas from an engine, and more particularly to an exhaust gas purification device in which a plurality of exhaust gas purification means are accommodated in two casings.
ディーゼルエンジン等のエンジンから排出される排気中には様々な大気汚染物質が含まれており、それらを適正なレベルまで削減する必要があるため、排気を浄化するための排気浄化手段を複数備えた排気浄化装置が用いられる。
例えば、ディーゼルエンジンの排気中には大気汚染物質としてパティキュレートやNOx(窒素酸化物)などが含まれている。そこでパティキュレートについては、エンジンの排気通路にパティキュレートフィルタを設け、排気中に含まれるパティキュレートをパティキュレートフィルタで捕集し、大気中にパティキュレートが放出されないようにする技術が従来より知られている。
Exhaust gas discharged from engines such as diesel engines contains various air pollutants, and it is necessary to reduce them to an appropriate level. Therefore, multiple exhaust gas purification means for purifying exhaust gas are provided. An exhaust purification device is used.
For example, diesel engine exhaust contains particulates, NOx (nitrogen oxides), and the like as air pollutants. Therefore, with regard to particulates, a technology has been conventionally known in which a particulate filter is provided in the exhaust passage of the engine, and the particulates contained in the exhaust gas are collected by the particulate filter so that the particulates are not released into the atmosphere. ing.
またNOxについては、エンジンの排気通路にアンモニア選択還元型NOx触媒を配設し、還元剤としてアンモニアをアンモニア選択還元型NOx触媒に供給することにより、NOxを選択還元して排気を浄化するようにした排気浄化装置が知られている。このアンモニア選択還元型NOx触媒では、上流側の排気中に尿素水を供給し、この尿素水が排気の熱により加水分解して生じたアンモニアが供給される。そして、アンモニア選択還元型NOx触媒に供給されたアンモニアと排気中のNOxとの間の脱硝反応がアンモニア選択還元型NOx触媒によって促進されることによりNOxの還元が行われる。 For NOx, an ammonia selective reduction type NOx catalyst is disposed in the exhaust passage of the engine, and ammonia is supplied to the ammonia selective reduction type NOx catalyst as a reducing agent so that NOx is selectively reduced to purify the exhaust gas. An exhaust emission control device is known. In this ammonia selective reduction type NOx catalyst, urea water is supplied into the exhaust on the upstream side, and ammonia generated by hydrolysis of the urea water by the heat of the exhaust is supplied. The NOx reduction is performed by promoting the denitration reaction between the ammonia supplied to the ammonia selective reduction type NOx catalyst and the NOx in the exhaust gas by the ammonia selective reduction type NOx catalyst.
このようなパティキュレートの捕集及びNOxの還元を効率的に行うため、パティキュレートフィルタ及びアンモニア選択還元型NOx触媒を組み合わせ、排気浄化装置として用いるようにしたものが、例えば特許文献1などによって提案されている。
特許文献1の排気浄化装置は、上流側ケーシングと、上流側ケーシングの下流側に配設されて連通路で連通された下流側ケーシングとで構成される。上流側ケーシング内には前段酸化触媒が収容されると共に、この前段酸化触媒の下流側にパティキュレートフィルタが収容されている。なお、前段酸化触媒は排気中のNOを酸化させてNO2を生成し、このNO2によってパティキュレートフィルタの連続再生を行うために使用される。
In order to efficiently collect particulates and reduce NOx, a particulate filter and an ammonia selective reduction type NOx catalyst are combined and used as an exhaust purification device, for example, proposed in Patent Document 1 Has been.
The exhaust emission control device of Patent Document 1 includes an upstream casing and a downstream casing that is disposed on the downstream side of the upstream casing and communicated with the communication passage. A upstream oxidation catalyst is accommodated in the upstream casing, and a particulate filter is accommodated downstream of the upstream oxidation catalyst. The pre-stage oxidation catalyst oxidizes NO in the exhaust gas to generate NO 2 , and this NO 2 is used to perform continuous regeneration of the particulate filter.
一方、下流側ケーシング内にはアンモニア選択還元型NOx触媒が収容されると共に、このアンモニア選択還元型NOx触媒の下流側に、アンモニア選択還元型NOx触媒から流出したアンモニアを酸化してN2とするための後段酸化触媒が収容されている。
そして、上流側ケーシングと下流側ケーシングとを連通する連通路には、連通路内の排気中に尿素水を噴射供給する尿素水インジェクタが設けられている。尿素水インジェクタから噴射された尿素水は、排気の熱により加水分解してアンモニアとなり、アンモニア選択還元型NOx触媒に還元剤として供給される。
On the other hand, the ammonia selective reduction type NOx catalyst is accommodated in the downstream casing, and the ammonia flowing out from the ammonia selective reduction type NOx catalyst is oxidized to N 2 on the downstream side of the ammonia selective reduction type NOx catalyst. The latter stage oxidation catalyst is accommodated.
The communication passage that connects the upstream casing and the downstream casing is provided with a urea water injector that injects and supplies urea water into the exhaust gas in the communication passage. The urea water injected from the urea water injector is hydrolyzed by the heat of the exhaust to become ammonia, and is supplied as a reducing agent to the ammonia selective reduction type NOx catalyst.
アンモニア選択還元型NOx触媒へのアンモニアの供給量が不適切であると、アンモニア供給量の不足によりアンモニア選択還元型NOx触媒の排気浄化効率が低下したり、過剰なアンモニアの供給によりアンモニア選択還元型NOx触媒からのアンモニアの流出、いわゆるアンモニアスリップが生じたりするという問題がある。そこで、上記特許文献1の排気浄化装置では、排気温度に基づいて尿素水の供給の可否を判断すると共に、排気温度から推定したアンモニア選択還元型NOx触媒の内部温度に基づき、尿素水の供給を制御している。 If the amount of ammonia supplied to the ammonia selective reduction type NOx catalyst is inappropriate, the exhaust gas purification efficiency of the ammonia selective reduction type NOx catalyst decreases due to the shortage of ammonia supply amount, or the ammonia selective reduction type due to the supply of excess ammonia. There is a problem in that ammonia outflow from the NOx catalyst, that is, so-called ammonia slip occurs. Therefore, in the exhaust gas purification device of Patent Document 1, whether or not urea water can be supplied is determined based on the exhaust temperature, and urea water is supplied based on the internal temperature of the ammonia selective reduction type NOx catalyst estimated from the exhaust temperature. I have control.
また、排気温度やアンモニア選択還元型NOx触媒の内部温度に基づいて尿素水供給量を制御するようにした排気浄化装置は、特許文献2によっても提案されている。特許文献2の排気浄化装置は複数の排気浄化手段を備えるものではないが、アンモニア選択還元型NOx触媒の内部温度を適正に制御することにより、アンモニア選択還元型NOx触媒の排気浄化性能を良好に維持するようにしている。
Further,
これら特許文献1及び2に示されるように、排気浄化手段に流入する排気の温度を精度良く検出することは、排気浄化装置の浄化性能を良好に維持する上で極めて重要な要素となる。
特許文献1の排気浄化装置のように複数の排気浄化手段を有する場合、各排気浄化手段が排気通路に直列に配設されるため、一直線上に排気浄化手段を配列した場合、排気浄化装置が長大なものとなる可能性がある。特に、このような排気浄化装置を車両に搭載しようとする場合には、他の車両搭載機器との干渉などにより搭載が困難となる場合があるため、これら排気浄化手段のレイアウトを考慮する必要がある。 In the case of having a plurality of exhaust gas purification means as in the exhaust gas purification apparatus of Patent Document 1, each exhaust gas purification means is arranged in series in the exhaust passage. Therefore, when the exhaust gas purification means are arranged in a straight line, It can be long. In particular, when such an exhaust purification device is to be mounted on a vehicle, it may be difficult to mount the exhaust purification device due to interference with other on-vehicle equipment, so it is necessary to consider the layout of these exhaust purification means. is there.
そこで、排気浄化手段を収容するためのケーシングを上流側及び下流側ケーシングに分割した上で、上流側ケーシングから排気を排出するための排気流出口を、筒状の上流側ケーシングの側部周壁に設け、上流側ケーシングの側方から下流側ケーシングに向けて排気を排出するように排気浄化装置を構成することが考えられる。この場合には、上流側ケーシングと下流側ケーシングとを一直線上に配列せずにすみ、例えば上流側ケーシングの側方に下流側ケーシングを配設することができる。従って、特に排気浄化装置を車両に搭載する場合などにおいてレイアウト上有利である。 Therefore, after dividing the casing for containing the exhaust purification means into the upstream side and the downstream side casing, the exhaust outlet for discharging the exhaust from the upstream side casing is provided on the side peripheral wall of the cylindrical upstream side casing. It is conceivable that the exhaust gas purification device is configured so as to exhaust the exhaust gas from the side of the upstream casing toward the downstream casing. In this case, the upstream casing and the downstream casing need not be arranged in a straight line, and for example, the downstream casing can be disposed on the side of the upstream casing. Therefore, it is advantageous in terms of layout particularly when the exhaust purification device is mounted on a vehicle.
ところが、このように上流側ケーシングの側部周壁に設けた排気流出口から排気を流出させるようにした場合、排気は上流側ケーシングの中心軸線に沿って流出せず、中心軸線から排気流出口の方向に流れを変えた上で排気流出口から流出する。このため、上流側ケーシング内の排気の流れは排気流出口寄りに偏り、排気温センサの配置によっては排気温センサが排気に十分接することができずに、排気温度を精度良く検出できなくなるおそれがある。 However, when exhaust is caused to flow out from the exhaust outlet provided on the side peripheral wall of the upstream casing in this way, the exhaust does not flow along the central axis of the upstream casing, and the exhaust outlet from the central axis After changing the flow in the direction, it flows out from the exhaust outlet. For this reason, the flow of exhaust in the upstream casing is biased toward the exhaust outlet, and depending on the arrangement of the exhaust temperature sensor, the exhaust temperature sensor may not be in sufficient contact with the exhaust, and the exhaust temperature may not be detected accurately. is there.
排気温センサによる排気温度の検出精度が低下すると、例えば排気温センサを用いて排気浄化手段の排気浄化性能を適正にするための制御を行っている場合に、排気浄化手段の排気浄化性能を適正に維持することができなくなるという問題がある。即ち、例えば上述した特許文献1及び2の排気浄化装置のような尿素水供給制御に精度が低下した排気温センサの検出値を用いると、尿素水供給可否の誤判断や、尿素水供給量の不適正な制御により、アンモニア選択還元型NOx触媒の排気浄化効率の低下や、アンモニア選択還元型NOx触媒からのアンモニアスリップの発生などの問題が生じる。
If the detection accuracy of the exhaust gas temperature by the exhaust gas temperature sensor decreases, for example, if the exhaust gas temperature sensor is used to control the exhaust gas purifying means to make the exhaust gas purifying performance appropriate, the exhaust gas purifying performance of the exhaust gas purifying means becomes appropriate. There is a problem that it cannot be maintained. That is, for example, if the detected value of the exhaust temperature sensor with reduced accuracy is used for urea water supply control as in the above-described exhaust gas purification devices of
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、排気温度を精度良く検出可能な排気浄化装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of such problems, and an object of the present invention is to provide an exhaust purification device capable of accurately detecting the exhaust temperature.
上記の目的を達成するため、本発明の排気浄化装置は、筒状をなして内部にエンジンの排気を浄化するための第1排気浄化手段を収容した上流側ケーシングと、上記上流側ケーシングの上記第1排気浄化手段より下流側となる位置の側部周壁に設けられ、上記第1排気浄化手段を通過した排気を排出する排気流出口と、上記排気流出口に連通し、上記排気流出口から流出した排気を浄化するための第2排気浄化手段を収容した下流側ケーシングと、上記上流側ケーシング内の排気の流動方向で上記第1排気浄化手段と上記排気流出口との間に配置されて上記上流側ケーシングの側部周壁に取り付けられ、上記第1排気浄化手段から流出する排気の温度を検出する排気温センサとを備え、上記排気温センサは、上記排気流出口の中心軸線と上記上流側ケーシングの中心軸線とを含む第1の仮想平面に直交して上記上流側ケーシングの中心軸線を含む第2の仮想平面で、上記上流側ケーシングの側部周壁を周方向に、上記排気流出口の側に位置する流出口側領域と、上記排気流出口の側とは反対側に位置する反流出口側領域との2つの領域に分割したときに、上記流出口側領域に設けられており、上記第2排気浄化手段は、アンモニアを還元剤として排気中のNOxを選択還元するアンモニア選択還元型NOx触媒を備えて構成され、上記上流側ケーシングは、上記第1排気浄化手段から流出した後、上記排気流出口を介して上記アンモニア選択還元型NOx触媒に向けて流動する排気中に尿素水を噴射する尿素水インジェクタを備え、上記尿素水インジェクタは、上記排気流出口に対向する位置の上記側部周壁に設けられて上記排気流出口に向けて尿素水を噴射し、上記排気温センサは、上記上流側ケーシング内の排気の流動方向で上記尿素水インジェクタより上流側に配置されていることを特徴とする(請求項1)。 In order to achieve the above object, an exhaust emission control device according to the present invention comprises an upstream casing that has a cylindrical shape and contains first exhaust purification means for purifying engine exhaust inside, and the upstream casing. An exhaust outlet that is provided on a side peripheral wall at a position downstream of the first exhaust purification means, exhausts exhaust that has passed through the first exhaust purification means, and communicates with the exhaust outlet, and from the exhaust outlet A downstream casing containing second exhaust purification means for purifying exhaust gas that has flowed out, and disposed between the first exhaust purification means and the exhaust outlet in the flow direction of the exhaust in the upstream casing. attached to the side wall of the upstream casing, and an exhaust temperature sensor for detecting the temperature of the exhaust gas flowing out of the first exhaust gas purification device, the exhaust temperature sensor, the central axis and above the exhaust outlet In a second imaginary plane perpendicular to the first virtual plane containing the central axis of the flow casing containing the central axis of the upstream casing, the side peripheral wall of the upstream-side casing in the circumferential direction, the exhaust flow an outlet-side region located on the side of the outlet, to the side of the exhaust outlet when divided into two regions with the anti outlet side region located opposite, provided in the flow outlet side region The second exhaust purification means includes an ammonia selective reduction type NOx catalyst that selectively reduces NOx in the exhaust gas using ammonia as a reducing agent, and the upstream casing flows out of the first exhaust purification means. And a urea water injector for injecting urea water into the exhaust gas flowing toward the ammonia selective reduction type NOx catalyst via the exhaust gas outlet, the urea water injector being connected to the exhaust gas outlet. Provided on the side peripheral wall at a position where the urea water is injected toward the exhaust outlet, and the exhaust temperature sensor is disposed upstream of the urea water injector in the flow direction of the exhaust gas in the upstream casing. (Claim 1).
このように構成された排気浄化装置によれば、上流側ケーシング内に収容された第1排気浄化手段を通過した排気は、排気流出口から下流側ケーシングに向けて流動し、上流側ケーシング内に収容された第2排気浄化手段を通過する。このとき、排気流出口は上流側ケーシングの側部周壁に設けられているので、上流側ケーシング内を第1排気浄化手段から排気流出口に向けて流動する際の排気の流れは、上流側ケーシングの中心軸線から排気流出口側に偏る傾向にある。 According to the exhaust gas purification apparatus configured as described above, the exhaust gas that has passed through the first exhaust gas purification means accommodated in the upstream casing flows from the exhaust outlet toward the downstream casing, and enters the upstream casing. It passes through the accommodated second exhaust purification means. At this time, since the exhaust outlet is provided on the side peripheral wall of the upstream casing, the exhaust flow when flowing in the upstream casing from the first exhaust purification means to the exhaust outlet is the upstream casing. There is a tendency to deviate from the central axis of the exhaust gas toward the exhaust outlet.
このように上流側ケーシング内を流動する排気の温度は、上流側ケーシング内の排気の流動方向で第1排気浄化手段と排気流出口との間に配置されて上流側ケーシングの側部周壁に取り付けられた排気温センサによって検出される。排気温センサは、上記排気流出口の中心軸線と上記上流側ケーシングの中心軸線とを含む第1の仮想平面に直交して上記上流側ケーシングの中心軸線を含む第2の仮想平面で、上流側ケーシングの側部周壁を周方向に、排気流出口の側に位置する流出口側領域と、排気流出口の側とは反対側に位置する反流出口側領域との2つの領域に分割したときに、流出口側領域に設けられているので、上述のように上流側ケーシングの中心軸線から排気流出口側に偏って流動しようとする排気に対し、排気が偏向される側に位置して温度を検出する。
そして、第2排気浄化手段は、アンモニア選択還元型NOx触媒を備えて構成され、尿素水インジェクタから噴射された尿素水は、排気流出口を介してアンモニア選択還元型NOx触媒に向けて流動する排気中において排気の熱で加水分解し、アンモニアが生成される。生成されたアンモニアはアンモニア選択還元型NOx触媒に供給され、還元剤としてNOxの選択還元に使用される。この結果、排気中のNOxが還元されて排気の浄化が行われる。このとき、尿素水インジェクタは、上記排気流出口に対向する位置の上記側部周壁に設けられて上記排気流出口に向けて尿素水を噴射し、排気温センサは、上流側ケーシング内の排気の流動方向で尿素水インジェクタより上流側に配置されているので、尿素水インジェクタから尿素水が噴射供給される前の排気の温度を検出する。
Thus, the temperature of the exhaust flowing in the upstream casing is arranged between the first exhaust purification means and the exhaust outlet in the flow direction of the exhaust in the upstream casing and attached to the side peripheral wall of the upstream casing. It is detected by the exhaust temperature sensor. The exhaust temperature sensor is a second virtual plane that is orthogonal to a first virtual plane that includes the central axis of the exhaust outlet and the central axis of the upstream casing, and that includes the central axis of the upstream casing. When the side peripheral wall of the casing is divided into two regions in the circumferential direction, an outlet side region located on the exhaust outlet side and a counterflow outlet side region located on the opposite side of the exhaust outlet side Since the exhaust gas is provided in the outlet side region as described above, the temperature is located on the side where the exhaust gas is deflected with respect to the exhaust gas that tends to flow from the central axis of the upstream casing toward the exhaust outlet side. Is detected.
The second exhaust purification unit is configured to include an ammonia selective reduction type NOx catalyst, and the urea water injected from the urea water injector flows to the ammonia selective reduction type NOx catalyst via the exhaust outlet. Inside, it is hydrolyzed by the heat of the exhaust to produce ammonia. The produced ammonia is supplied to an ammonia selective reduction type NOx catalyst and used as a reducing agent for selective reduction of NOx. As a result, NOx in the exhaust gas is reduced and the exhaust gas is purified. At this time, the urea water injector is provided on the side peripheral wall at a position facing the exhaust outlet and injects urea water toward the exhaust outlet, and the exhaust temperature sensor detects the exhaust gas in the upstream casing. Since it is disposed upstream of the urea water injector in the flow direction, the temperature of the exhaust gas before the urea water is injected and supplied from the urea water injector is detected.
また、上記排気浄化装置において、上記排気流出口には、上記排気流出口から上記上流側ケーシング内を横断するように上記尿素水インジェクタまで延設されて上記尿素水インジェクタを取り囲む筒状の整流体が設けられ、上記整流体の周面には、上記整流体の外側と内側とを連通する複数の連通孔が形成されていることを特徴とする(請求項2)。 Further, in the exhaust purification apparatus, a cylindrical rectifier that extends from the exhaust outlet to the urea water injector so as to traverse the inside of the upstream casing and surrounds the urea water injector. And a plurality of communication holes for communicating the outside and the inside of the rectifying body are formed on the peripheral surface of the rectifying body (claim 2).
このように構成された排気浄化装置によれば、第1排気浄化手段を通過した排気は、整流体に形成された連通孔を介して整流体内に流入した後、排気流出口を介して上流側ケーシングから流出し、下流側ケーシング内に流入する。このとき、尿素水インジェクタから尿素水が噴射されると、噴射された尿素水は、整流体内に流入した排気の熱によって加水分解し、アンモニアが生成される。 According to the exhaust gas purification apparatus configured as described above, the exhaust gas that has passed through the first exhaust gas purification unit flows into the rectifying body through the communication hole formed in the rectifying body, and then upstream through the exhaust outlet. It flows out of the casing and flows into the downstream casing. At this time, when urea water is injected from the urea water injector, the injected urea water is hydrolyzed by the heat of the exhaust gas flowing into the rectifier, and ammonia is generated.
本発明の排気浄化装置によれば、上流側ケーシング内を第1排気浄化手段から排気流出口に向けて流動する際の排気の流れは、上流側ケーシングの中心軸線から排気流出口側に偏る傾向にあるが、排気温センサは、このような排気の流動に対し、排気が偏向される側に位置して温度を検出するので、比較的多くの排気に接することができ、排気の温度を精度良く検出することが可能となる。 According to the exhaust gas purification apparatus of the present invention, the flow of exhaust gas when flowing in the upstream casing from the first exhaust gas purification means toward the exhaust gas outlet tends to be biased toward the exhaust gas outlet side from the central axis of the upstream casing. However, the exhaust temperature sensor is located on the side where the exhaust is deflected and detects the temperature with respect to the flow of the exhaust, so it can contact a relatively large amount of exhaust, and the exhaust temperature can be accurately measured. It is possible to detect well.
従って、例えば排気温センサの検出値を第1或いは第2排気浄化手段の排気浄化性能の維持などに用いた場合、排気温センサが検出した精度の良い排気温度により、第1或いは第2排気浄化手段の排気浄化性能を良好に維持することが可能となる。
また、第2排気浄化手段は、アンモニア選択還元型NOx触媒を備えて構成され、尿素水インジェクタは、排気流出口に対向する位置の側部周壁に設けられて排気流出口に向けて尿素水を噴射し、排気温センサは、上流側ケーシング内の排気の流動方向で尿素水インジェクタより上流側に配置されているので、尿素水インジェクタから尿素水が噴射供給される前の排気の温度を検出することにより、排気中に噴射供給された尿素水の影響を受けることなく、精度良く排気温度を検出することが可能となる。
Therefore, for example, when the detection value of the exhaust temperature sensor is used for maintaining the exhaust purification performance of the first or second exhaust purification means, the first or second exhaust purification is performed according to the accurate exhaust temperature detected by the exhaust temperature sensor. The exhaust gas purification performance of the means can be maintained well.
Further, the second exhaust purification means is configured to include an ammonia selective reduction type NOx catalyst, and the urea water injector is provided on a side peripheral wall at a position facing the exhaust outlet, and urea water is directed toward the exhaust outlet. The injection and exhaust temperature sensor is disposed upstream of the urea water injector in the flow direction of the exhaust gas in the upstream casing, and therefore detects the temperature of the exhaust gas before the urea water is injected and supplied from the urea water injector. As a result, the exhaust gas temperature can be detected accurately without being affected by the urea water injected and supplied into the exhaust gas.
従って、例えば排気温センサが検出した排気温度を尿素水インジェクタの制御に用いた場合、尿素水インジェクタからの尿素水の供給量を精度良く制御することが可能となり、アンモニアスリップの発生を防止しながら、アンモニア選択還元型NOx触媒の排気浄化性能を良好に維持することが可能となる。
更に、尿素水インジェクタから噴射供給された尿素水が付着することによる排気温センサの劣化や検出機能の低下を良好に防止することができる。
Therefore, for example, when the exhaust gas temperature detected by the exhaust gas temperature sensor is used for controlling the urea water injector, the amount of urea water supplied from the urea water injector can be controlled with high accuracy, and the occurrence of ammonia slip is prevented. In addition, the exhaust gas purification performance of the ammonia selective reduction type NOx catalyst can be maintained satisfactorily.
Furthermore, it is possible to satisfactorily prevent deterioration of the exhaust temperature sensor and deterioration of the detection function due to adhesion of urea water injected and supplied from the urea water injector.
以下、図面に基づき本発明の実施形態について説明する。
図1は、本発明の一実施形態に係る排気浄化装置が適用された4気筒のディーゼルエンジン(以下、エンジンという)の全体構成図を示しており、図1に基づき本発明に係る排気浄化装置について説明する。
エンジン1は各気筒共通の高圧蓄圧室(以下コモンレールという)2を備えており、図示しない燃料噴射ポンプから供給されてコモンレール2に蓄えられた高圧の燃料が各気筒に設けられた燃料噴射弁4に供給され、各燃料噴射弁4からそれぞれの気筒内に燃料が噴射される。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 shows an overall configuration diagram of a four-cylinder diesel engine (hereinafter referred to as an engine) to which an exhaust emission control device according to an embodiment of the present invention is applied, and the exhaust emission control device according to the present invention is based on FIG. Will be described.
The engine 1 includes a high-pressure accumulator chamber (hereinafter referred to as a common rail) 2 common to each cylinder, and a fuel injection valve 4 in which high-pressure fuel supplied from a fuel injection pump (not shown) and stored in the
吸気通路6には、ターボチャージャ8が装備されており、図示しないエアクリーナから吸入された吸気は、ターボチャージャ8のコンプレッサ8aに流入し、コンプレッサ8aで過給された吸気はインタークーラ10及び吸気制御弁12を介して吸気マニホールド14に導入される。コンプレッサ8aより上流側の吸気通路6には、エンジン1への吸入空気流量を検出する吸気量センサ16が設けられている。
The intake passage 6 is equipped with a turbocharger 8. The intake air drawn from an air cleaner (not shown) flows into the
一方、エンジン1の各気筒から排気が排出される排気ポート(図示せず)は、排気マニホールド18を介して排気管20に接続されている。なお、排気マニホールド18と吸気マニホールド14との間には、EGR弁22を介して排気マニホールド18と吸気マニホールド14とを連通することにより、エンジン1の排気の一部を吸気側に還流するEGR通路24が設けられている。
On the other hand, an exhaust port (not shown) through which exhaust is discharged from each cylinder of the engine 1 is connected to an
排気管20はターボチャージャ8のタービン8bを経た後、排気絞り弁26を介して排気後処理装置28に接続されている。ターボチャージャ8は、タービン8bの回転軸がコンプレッサ8aの回転軸と連結されており、タービン8bが排気管20内を流動する排気を受けてコンプレッサ8aを駆動することにより過給が行われる。
排気後処理装置28は、排気管20に接続された筒状の上流側ケーシング30と、上流側ケーシング30の下流側に連通路32で連通された筒状の下流側ケーシング34とで構成される。排気管20から上流側ケーシング30内に流入した排気は、上流側ケーシング30内を通過した後に連通路32を介して下流側ケーシング34内に流入し、下流側ケーシング34内を通過した排気は、テールパイプ36から大気中に排出される。
The
The
上流側ケーシング30内には、前段酸化触媒38が収容されると共に、この前段酸化触媒38の下流側にはパティキュレートフィルタ(以下フィルタという)40が収容されている。従って、本実施形態では前段酸化触媒38及びフィルタ40が本発明の第1排気浄化手段に相当する。
フィルタ40は、排気中のパティキュレートを捕集してエンジン1の排気を浄化するために設けられる。フィルタ40はハニカム型のセラミック体からなり、エンジン1の排気が内部を流通することによって排気中のパティキュレートを捕集する。前段酸化触媒38は排気中のNO(一酸化窒素)を酸化させてNO2(二酸化窒素)を生成するので、このように前段酸化触媒38とフィルタ40とを配置することにより、フィルタ40に捕集され堆積しているパティキュレートは前段酸化触媒38から供給されたNO2と反応して酸化し、フィルタ40の連続再生が行われるようになっている。
A
The
一方、下流側ケーシング34内には、排気中のアンモニアを還元剤として排気中のNOxを選択還元して排気を浄化するアンモニア選択還元型NOx触媒(以下SCR触媒という)42が収容されると共に、このSCR触媒42の下流側には、SCR触媒42から流出したアンモニアを除去するための後段酸化触媒44が収容されている。従って、本実施形態ではSCR触媒42及び後段酸化触媒44が本発明の第2排気浄化手段に相当する。後段酸化触媒44は、後述するフィルタ40の強制再生でパティキュレートが焼却される際に発生するCO(一酸化炭素)を酸化し、CO2(二酸化炭素)として大気中に排出する機能も有している。
On the other hand, in the
前段酸化触媒38によって生成されたNO2の一部は、上述したようにフィルタ40の連続再生に使用されるが、残りのNO2はSCR触媒42に供給され、排気中のNOに対するNO2の比率を高めることによってSCR触媒42の排気浄化効率を上昇させる。
なお、上流側ケーシング30のフィルタ40下流側には、フィルタ40から流出して連通路32へと流入する排気中に尿素水を噴射供給する尿素水インジェクタ(アンモニア供給手段)46が設けられており、図示しない尿素水タンクから尿素水インジェクタ46に対して尿素水が供給されるようになっている。
A part of the NO 2 generated by the front-
A urea water injector (ammonia supply means) 46 for injecting and supplying urea water into the exhaust gas flowing out from the
尿素水インジェクタ46から噴射された尿素水は、排気の熱により加水分解してアンモニアとなり、還元剤としてSCR触媒42に供給される。SCR触媒42は供給されたアンモニアと排気中のNOxとの脱硝反応を促進することにより、NOxを還元して無害なN2とする。なお、このときアンモニアがNOxと反応せずにSCR触媒42から流出した場合には、このアンモニアが後段酸化触媒44によって無害なN2に変換され、テールパイプ36から大気中に放出される。
The urea water injected from the
上流側ケーシング30には、フィルタ40から流出する排気の温度を検出する排気温センサ52が、上流側ケーシング30内の排気の流動方向でフィルタ40の下流側となると共に尿素水インジェクタ46の上流側となる位置に設けられている。この排気温センサ48は、フィルタ40の強制再生を行うための強制再生制御や、尿素水インジェクタ46からの尿素水の供給量を適正に制御するための尿素水供給制御に用いられる。なお、強制再生制御及び尿素水供給制御は既に知られているものであるので、その詳細については説明を省略する。
In the
次に、上流側ケーシング30のフィルタ40より下流側の部分の構成について、更に詳細に説明する。
図2は図1中のII−II線に沿う断面図であり、図3は図2中の仮想平面P1に沿う断面図である。図2及び図3に示されるように、円筒状をなす上流側ケーシング30の側壁周面には、フィルタ40の下流側となる位置に、上流側ケーシング30の外方に突出する排気流出口30aが溶接されており、排気流出口30aにはフランジを介して連通路32が接続されている。
Next, the configuration of the portion of the
2 is a cross-sectional view taken along the line II-II in FIG. 1, and FIG. 3 is a cross-sectional view taken along the virtual plane P1 in FIG. As shown in FIG. 2 and FIG. 3, an
上流側ケーシング30には、排気流出口30aに対向する位置の側壁周面に、尿素水インジェクタ46が装着されており、排気流出口30aに向けて尿素水を噴射するようになっている。排気流出口30aには、上流側ケーシング30への溶接箇所から更に上流側ケーシング30内を横断するように延びる整流体30bが一体的に形成されており、整流体30bの排気流出口30aと反対側の端部は、尿素水インジェクタ46を取り囲むようにして、排気流出口30aに対向する側壁周面に溶接され固定されている。そして、整流体30bの周面には、整流体30bの外側と内側とを連通する多数の連通孔30cが形成されている。
The
このように排気流出口30a及び整流体30bを構成することにより、フィルタ40を通過した排気は、整流体30bに形成された連通孔30cを介して整流体30b内に流入した後、排気流出口30aから連通路32に流入し、更に下流側ケーシング34内に流入する。排気流出口30aは上流側ケーシング30の側部周壁に設けられているので、図3中に矢印で示すように、フィルタ40から流出した排気は、上流側ケーシング30の中心軸線から排気流出口30a側に偏って流動する。
By configuring the
このとき、尿素水インジェクタ46から尿素水が噴射されると、噴射された尿素水は、フィルタ40から流出して整流体30b内に流入した排気の熱によって加水分解し、アンモニアが生成される。生成されたアンモニアは、下流側ケーシング34内のSCR触媒42に供給され、前述したようにSCR触媒40によるNOxの選択還元に還元剤として使用される。
At this time, when urea water is injected from the
フィルタ40から流出して整流体30b内に流入する排気の温度を検出する排気温センサ48は、図2に示されるように、上流側ケーシング30への接続部分における排気流出口30aの中心軸線と上流側ケーシング30の中心軸線とを含む仮想平面P1と、上流側ケーシング30の側部周壁との2つの交線のうち、排気流出口30a側の交線上に配設されている。そして、この交線上において排気温センサ48は、図3に示されるように、上流側ケーシング30内の排気の流動方向でフィルタ40の下流側となると共に、排気流出口30a及び尿素水インジェクタ46の上流側となる位置に配置されている。
As shown in FIG. 2, the
上述したように、フィルタ40から流出した排気は、図3中に矢印で示すように上流側ケーシング30の中心軸線から排気流出口30a側に偏って流動するが、排気温センサ48は、このように排気の流動が偏る方向に配置されているので、比較的多くの排気に接することができる。従って、フィルタ40から流出して整流体30b内に流入する排気の温度を精度良く検出することが可能となる。
As described above, the exhaust gas that has flowed out of the
本実施形態において排気温センサ48の検出値は、前述したように、フィルタ40の強制再生制御及び尿素水インジェクタ46の尿素水供給制御に用いられる。フィルタ40の強制再生制御においては、このような精度の高い排気温センサ48の検出値を用いることにより、フィルタ40の再生を適正に行って、フィルタ40によるパティキュレートの捕集機能を良好に維持することが可能となる。また、尿素水インジェクタ46の尿素水供給制御においては、このような精度の高い排気温センサ48の検出値を用いることにより、
尿素水の供給量を精度良く制御することが可能となり、アンモニアスリップの発生を防止しながら、SCR触媒42の排気浄化効率を良好に維持することが可能となる。
In this embodiment, the detection value of the
The supply amount of urea water can be accurately controlled, and the exhaust purification efficiency of the
また、排気温センサ48は、上流側ケーシング30内の排気の流動方向で尿素水インジェクタ46の上流側となる位置に配置されているので、尿素水インジェクタ46から尿素水が噴射供給される前の排気の温度を検出することにより、排気中に噴射供給された尿素水の影響を受けることなく、精度良く排気温度を検出することが可能となる。従って、尿素水の供給量を一層精度良く制御することが可能となり、アンモニアスリップの発生を防止しながら、SCR触媒42の排気浄化効率を良好に維持することが可能となる。更に、尿素水インジェクタ46から噴射供給された尿素水が付着することによる排気温センサ48の劣化や検出機能の低下も良好に防止することができる。
Further, since the
なお本実施形態では、図2に示されるように、上流側ケーシング30への接続部分における排気流出口30aの中心軸線と上流側ケーシング30の中心軸線とを含む仮想平面P1と、上流側ケーシング30の側部周壁との2つの交線のうち、排気流出口30a側の交線上に排気温センサ48を配設したが、上流側ケーシング30の側部周壁における周方向の排気温センサ48の配置はこれに限られるものではない。即ち、上流側ケーシング30の側部周壁を周方向に、排気流出口30aの側に位置する流出口側領域Aと、排気流出口30aの側とは反対側に位置する反流出口側領域Bとの2つの領域に分割したときに、流出口側領域Aに設けるようにすれば、排気温センサ48が比較的多くの排気に接するようにすることができる。
In the present embodiment, as shown in FIG. 2, a virtual plane P <b> 1 including the central axis of the
具体的には、図2において、上流側ケーシング30の中心軸線を含むと共に仮想平面P1と直交する仮想平面P2によって、上流側ケーシング30の側部周壁を周方向に2分割したとき、排気流出口30aの側に位置する側部周壁の部分が占める領域が流出口側領域Aとなり、排気流出口30aの側とは反対側に位置する側部周壁の部分が占める領域が反流出口側領域Bとなる。フィルタ40を流出した排気は、図3に示されるように、排気流出口30aの側、即ち流出口側領域Aの側に偏って流動するので、流出口側領域Aに排気温センサ48を配置することにより、排気温センサ48が比較的多くの排気に接するようになる。この結果、排気温センサ48によって精度良く排気温度を検出することが可能となる。
Specifically, in FIG. 2, when the side peripheral wall of the
なお、流出口側領域A内のいずれかの位置に排気温センサ48を設ける際にも、上流側ケーシング30内の排気の流動方向でフィルタ40の下流側となると共に、排気流出口30a及び尿素水インジェクタ46の上流側となる位置に排気温センサ48を配置することにより、尿素水インジェクタ46から排気中に噴射供給された尿素水の影響を受けることなく、精度良く排気温度を検出することが可能となる。
Even when the
以上で本発明の一実施形態に係る排気浄化装置についての説明を終えるが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。
例えば、上記実施形態では、排気温センサ48の検出値を、フィルタ40の強制再生制御及び尿素水インジェクタ46の尿素水供給制御に用いるようにしたが、排気温センサ48の検出値の用途は、これらに限定されるものではない。即ち、排気温度の情報を必要とする様々な制御に排気温センサ48の検出値を用いることが可能であり、上述したように排気温センサ48で精度良く排気温度を検出することにより、排気温センサ48の検出値を用いた制御の精度を良好に維持することが可能となる。
Although the description of the exhaust emission control device according to one embodiment of the present invention is finished above, the present invention is not limited to the above embodiment.
For example, in the above embodiment, the detection value of the
また、上記実施形態では、上流側ケーシング30内に本発明の第1排気浄化手段として前段酸化触媒38及びフィルタ40を収容し、下流側ケーシング34内に本発明の第2排気浄化手段としてSCR触媒42及び後段酸化触媒44を収容したが、第1及び第2排気浄化手段は、これらに限定されるものではなく、必要に応じて様々な排気浄化手段を用いることが可能である。
In the above embodiment, the
また、上記実施形態では、排気流出口30aから延びる整流体30bを設けるようにしたが、整流体30bの形態はこれに限定されるものではない。例えば、上流側ケーシング30の側部周壁に達することなく上流側ケーシング30内の途中まで、整流体30bを排気流出口30aから延設するようにしてもよいし、整流体30bを全て省略するようにしてもよい。更に、整流体30bに形成される連通孔30cについても、その形状、配置、数などについては必要に応じて変更することが可能である。
Moreover, in the said embodiment, although the
また、上記実施形態では、上流側ケーシング30の側部周壁から外方に突出するように排気流出口30aを設け、連通路32を排気流出口30aに接続するようにしたが、上流側ケーシング30の側部周壁自体に開口する排気流出口を形成し、連通路32を直接上流側ケーシング30に接続するようにしてもよい。
また、上記実施形態では、上流側ケーシング30と下流側ケーシング34とを連通路32によって連通するように排気後処理装置28を構成したが、上流側ケーシング30と下流側ケーシング34と隣接させ、上流側ケーシング30の排気流出口30aの端部を直接下流側ケーシング34に接続するようにしてもよい。更に、上流側ケーシング30の側部周壁から外方に突出する排気流出口30aを省略し、上流側ケーシング30の側部周壁自体に開口する排気流出口を介し、上流側ケーシング30と下流側ケーシング34とを直接連通するようにしてもよい。
In the above embodiment, the
In the above embodiment, the
更に、上記実施形態では、エンジン1を4気筒のディーゼルエンジンとしたが、エンジン1の気筒数及び形式はこれに限られるものではない。 Further, in the above embodiment, the engine 1 is a four-cylinder diesel engine, but the number of cylinders and the type of the engine 1 are not limited thereto.
1 エンジン
30 上流側ケーシング
30a 排気流出口
34 下流側ケーシング
38 前段酸化触媒(第1排気浄化手段)
40 パティキュレートフィルタ(第1排気浄化手段)
42 アンモニア選択還元型NOx触媒(第2排気浄化手段)
44 後段酸化触媒(第2排気浄化手段)
46 尿素水インジェクタ
48 排気温センサ
1
40 particulate filter (first exhaust purification means)
42 Ammonia selective reduction type NOx catalyst (second exhaust purification means)
44 Second-stage oxidation catalyst (second exhaust purification means)
46
Claims (2)
上記上流側ケーシングの上記第1排気浄化手段より下流側となる位置の側部周壁に設けられ、上記第1排気浄化手段を通過した排気を排出する排気流出口と、
上記排気流出口に連通し、上記排気流出口から流出した排気を浄化するための第2排気浄化手段を収容した下流側ケーシングと、
上記上流側ケーシング内の排気の流動方向で上記第1排気浄化手段と上記排気流出口との間に配置されて上記上流側ケーシングの側部周壁に取り付けられ、上記第1排気浄化手段から流出する排気の温度を検出する排気温センサとを備え、
上記排気温センサは、上記排気流出口の中心軸線と上記上流側ケーシングの中心軸線とを含む第1の仮想平面に直交して上記上流側ケーシングの中心軸線を含む第2の仮想平面で、上記上流側ケーシングの側部周壁を周方向に、上記排気流出口の側に位置する流出口側領域と、上記排気流出口の側とは反対側に位置する反流出口側領域との2つの領域に分割したときに、上記流出口側領域に設けられており、
上記第2排気浄化手段は、アンモニアを還元剤として排気中のNOxを選択還元するアンモニア選択還元型NOx触媒を備えて構成され、
上記上流側ケーシングは、上記第1排気浄化手段から流出した後、上記排気流出口を介して上記アンモニア選択還元型NOx触媒に向けて流動する排気中に尿素水を噴射する尿素水インジェクタを備え、
上記尿素水インジェクタは、上記排気流出口に対向する位置の上記側部周壁に設けられて上記排気流出口に向けて尿素水を噴射し、
上記排気温センサは、上記上流側ケーシング内の排気の流動方向で上記尿素水インジェクタより上流側に配置されている
ことを特徴とする排気浄化装置。 An upstream casing that has a cylindrical shape and contains first exhaust purification means for purifying engine exhaust inside;
An exhaust outlet that is provided on a side peripheral wall of the upstream casing at a position downstream of the first exhaust purification means and exhausts exhaust gas that has passed through the first exhaust purification means;
A downstream casing that communicates with the exhaust outlet and contains second exhaust purification means for purifying exhaust that has flowed out of the exhaust outlet;
It is arranged between the first exhaust purification means and the exhaust outlet in the flow direction of the exhaust gas in the upstream casing, is attached to the side peripheral wall of the upstream casing, and flows out from the first exhaust purification means. An exhaust temperature sensor for detecting the temperature of the exhaust,
The exhaust temperature sensor is a second imaginary plane that includes a central axis of the upstream casing orthogonal to a first imaginary plane that includes a central axis of the exhaust outlet and a central axis of the upstream casing. the side wall of the upstream casing circumferentially, two areas of the outlet-side region located on the side of the exhaust outlet, to the side of the exhaust outlet and the anti-outlet side region located opposite Is provided in the outlet side area when divided into
The second exhaust gas purification means includes an ammonia selective reduction type NOx catalyst that selectively reduces NOx in the exhaust gas using ammonia as a reducing agent,
The upstream casing includes a urea water injector that injects urea water into the exhaust gas flowing toward the ammonia selective reduction type NOx catalyst through the exhaust outlet after flowing out from the first exhaust purification unit,
The urea water injector is provided on the side peripheral wall at a position facing the exhaust outlet and injects urea water toward the exhaust outlet,
The exhaust gas purification device, wherein the exhaust gas temperature sensor is arranged upstream of the urea water injector in the flow direction of the exhaust gas in the upstream casing.
上記整流体の周面には、上記整流体の外側と内側とを連通する複数の連通孔が形成されている
ことを特徴とする請求項1に記載の排気浄化装置。 The exhaust outlet is provided with a cylindrical rectifier that extends from the exhaust outlet to the urea water injector so as to cross the inside of the upstream casing and surrounds the urea water injector,
The exhaust purification device according to claim 1, wherein a plurality of communication holes communicating the outside and the inside of the rectifying body are formed on a peripheral surface of the rectifying body .
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