JP6469457B2 - Exhaust purification equipment - Google Patents

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Description

本発明は、エンジンの排気ガスに含まれる窒素酸化物を浄化する排気浄化装置であって、エンジンの燃料を還元剤に用いて窒素酸化物を浄化する排気浄化装置に関する。   The present invention relates to an exhaust purification device that purifies nitrogen oxides contained in engine exhaust gas, and relates to an exhaust purification device that purifies nitrogen oxides using engine fuel as a reducing agent.

従来から、ディーゼルエンジンの排気浄化装置として、炭化水素(HC)を主成分とするエンジンの燃料を還元剤に用いて窒素酸化物(以下、NOxという。)を選択的に還元するHC−SCR触媒(Hydro Carbon−Selective Catalytic Reduction)を用いたものがある。例えば特許文献1には、活性温度域が互いに異なるHC−SCR触媒を直列に配置し、各HC−SCR触媒に対して燃料を添加する排気浄化装置が開示されている。この排気浄化装置によれば、幅広い温度範囲でHC−SCR触媒によるNOxの還元が可能である。   Conventionally, as an exhaust purification device for a diesel engine, an HC-SCR catalyst that selectively reduces nitrogen oxides (hereinafter referred to as NOx) using a fuel of an engine mainly composed of hydrocarbon (HC) as a reducing agent. Some use (Carbon Carbon-Selective Catalytic Reduction). For example, Patent Document 1 discloses an exhaust purification device in which HC-SCR catalysts having different activation temperature ranges are arranged in series and fuel is added to each HC-SCR catalyst. According to this exhaust purification device, NOx can be reduced by the HC-SCR catalyst in a wide temperature range.

特開2012−92690号公報JP 2012-92690 A

しかし、環境保全等の観点から、排気浄化装置にはさらなるNOxの浄化性能の向上が求められている。本発明は、NOxの浄化性能の向上を可能にした排気浄化装置を提供することを目的とする。   However, from the viewpoint of environmental protection and the like, the exhaust purification device is required to further improve the NOx purification performance. An object of the present invention is to provide an exhaust purification device that can improve NOx purification performance.

上記課題を解決する排気浄化装置は、排気通路を流れる排気ガスを昇温可能なバーナーと、排気ガスに燃料を添加する第1添加弁と、前記バーナーおよび前記第1添加弁の下流に位置し、排気ガスに含まれる粒子性物質を捕捉するフィルターであって、排気ガス中の一酸化窒素を酸化して二酸化窒素に変換する酸化触媒と排気ガス中の燃料を還元剤に用いてNOxを還元する第1選択還元型触媒とを含み、前記酸化触媒が前記第1選択還元型触媒の上流側に形成された前記フィルターと、前記フィルターの下流に位置し、排気ガスに燃料を添加する第2添加弁と、前記第2添加弁の下流に位置し、前記第1選択還元型触媒よりも温度活性域の高い第2選択還元型触媒であって、排気ガス中の燃料を還元剤に用いてNOxを還元するとともにNOxの還元によりNHを生成する前記第2選択還元型触媒と、前記第2選択還元型触媒の下流に位置し、前記第2選択還元型触媒が生成したNHを還元剤に用いてNOxを還元する第3選択還元型触媒と、前記酸化触媒および前記第1選択還元型触媒の少なくとも一方が不活性状態であるときに前記バーナーを燃焼状態に制御する制御部とを備える。 An exhaust emission control device that solves the above problems is located downstream of a burner that can raise the temperature of exhaust gas flowing through an exhaust passage, a first addition valve that adds fuel to the exhaust gas, and the burner and the first addition valve. , A filter that traps particulate matter contained in exhaust gas, which reduces NOx using an oxidation catalyst that oxidizes nitrogen monoxide in the exhaust gas to convert it into nitrogen dioxide and fuel in the exhaust gas as a reducing agent A first selective reduction type catalyst, wherein the oxidation catalyst is formed on the upstream side of the first selective reduction type catalyst, and is located downstream of the filter and adds fuel to the exhaust gas. An addition valve and a second selective reduction catalyst located downstream of the second addition valve and having a temperature active region higher than that of the first selective reduction catalyst, using fuel in exhaust gas as a reducing agent NOx is reduced and N said second selective reduction catalyst to produce a NH 3 by reduction of x, the second is located downstream of the selective reduction catalyst, NOx and NH 3 to the second selective reduction catalyst is produced using a reducing agent And a controller that controls the burner to a combustion state when at least one of the oxidation catalyst and the first selective reduction catalyst is in an inactive state.

上記構成によれば、酸化触媒および第1選択還元型触媒の少なくとも一方が不活性状態にあるときにバーナーが燃焼状態に制御されることで酸化触媒および第1選択型触媒の昇温が促進される。これにより、第1選択還元型触媒によるNOxの還元が早期に実現可能である。また、バーナーが燃焼状態にあるときには、第2および第3選択還元型触媒の昇温も促進されるため、第2添加弁の添加した燃料を還元剤に用いた第2選択還元型触媒によるNOxの還元、および、第2選択還元型触媒が生成したNHを還元剤に用いた第3選択還元型触媒によるNOxの還元も早期に実現可能である。また、酸化触媒において排気ガス中の一酸化窒素(以下、NOという)の一部が二酸化窒素(以下、NOという)に変換されるため、このNOでフィルターの粒子性物質を連続的に酸化可能である。これにより、第1選択還元型触媒が清浄な状態に維持されやすくなることから、第1選択還元型触媒と排気ガス中のNOxとの接触機会が増えて第1選択還元型触媒によるNOxの還元が効率よく行われる。その結果、NOxの浄化性能を向上させることができる。 According to the above configuration, the temperature of the oxidation catalyst and the first selective catalyst is promoted by controlling the burner to the combustion state when at least one of the oxidation catalyst and the first selective reduction catalyst is in an inactive state. The Thereby, reduction of NOx by the first selective reduction catalyst can be realized at an early stage. Further, when the burner is in the combustion state, the temperature increase of the second and third selective reduction catalysts is also promoted, so that NOx by the second selective reduction catalyst using the fuel added by the second addition valve as a reducing agent. And reduction of NOx by the third selective reduction catalyst using NH 3 produced by the second selective reduction catalyst as a reducing agent can be realized at an early stage. In addition, since part of nitrogen monoxide (hereinafter referred to as NO) in the exhaust gas is converted into nitrogen dioxide (hereinafter referred to as NO 2 ) in the oxidation catalyst, the particulate matter of the filter is continuously removed with this NO 2. It can be oxidized. This makes it easier for the first selective reduction catalyst to be maintained in a clean state, so that the opportunity for contact between the first selective reduction catalyst and NOx in the exhaust gas increases, and NOx is reduced by the first selective reduction catalyst. Is done efficiently. As a result, the NOx purification performance can be improved.

上記排気浄化装置において、前記制御部は、前記第2選択還元型触媒が不活性状態であるときに前記バーナーを燃焼状態に制御することが好ましい。
上記構成によれば、例えば酸化触媒および第1選択還元型触媒が活性状態であっても、第2選択還元型触媒が不活性状態にあるときにはバーナーが燃焼状態に制御される。その結果、第2選択還元型触媒の昇温が促進され、第2選択還元型触媒によるNOxの還元が早期に実現可能である。
In the exhaust emission control device, it is preferable that the control unit controls the burner to a combustion state when the second selective reduction catalyst is in an inactive state.
According to the above configuration, for example, even when the oxidation catalyst and the first selective reduction catalyst are in an active state, the burner is controlled to be in a combustion state when the second selective reduction catalyst is in an inactive state. As a result, the temperature increase of the second selective reduction catalyst is promoted, and NOx reduction by the second selective reduction catalyst can be realized at an early stage.

上記排気浄化装置において、前記制御部は、前記第3選択還元型触媒が不活性状態であるときに前記バーナーを燃焼状態に制御することが好ましい。
上記構成によれば、例えば第1選択還元型触媒および第2選択還元型触媒が活性状態であっても、第3選択還元型触媒が不活性状態にあるときにはバーナーが燃焼状態に制御される。その結果、第3選択還元型触媒の昇温が促進され、第3選択還元型触媒によるNOxの還元が早期に実現可能である。
In the exhaust emission control device, it is preferable that the control unit controls the burner to a combustion state when the third selective reduction catalyst is in an inactive state.
According to the above configuration, for example, even when the first selective reduction catalyst and the second selective reduction catalyst are in an active state, the burner is controlled to be in a combustion state when the third selective reduction catalyst is in an inactive state. As a result, the temperature increase of the third selective reduction catalyst is promoted, and NOx reduction by the third selective reduction catalyst can be realized at an early stage.

上記排気浄化装置において、前記バーナーは、前記第1添加弁と前記第1添加弁が添加した燃料を着火する着火部とを含み、前記制御部は、前記酸化触媒および前記第1選択還元型触媒が活性状態であるときに、前記第1添加弁が添加した燃料を燃焼させない添加状態に前記バーナーを制御してもよい。   In the above exhaust purification apparatus, the burner includes the first addition valve and an ignition unit that ignites the fuel added by the first addition valve, and the control unit includes the oxidation catalyst and the first selective reduction catalyst. When the fuel is in an active state, the burner may be controlled to an addition state in which the fuel added by the first addition valve is not combusted.

上記構成によれば、バーナーに対する燃料の供給と排気ガスに対する燃料の添加とを第1添加弁で行うことができる。これにより、バーナーに燃料を供給する構成と排気ガスに燃料を添加する構成とが共通化され、排気浄化装置の構成を簡素化することができる。   According to the above configuration, the fuel can be supplied to the burner and the fuel can be added to the exhaust gas by the first addition valve. Thereby, the configuration for supplying fuel to the burner and the configuration for adding fuel to the exhaust gas are made common, and the configuration of the exhaust emission control device can be simplified.

上記排気浄化装置において、前記第3選択還元型触媒は、積層構造体であり、燃料を還元剤に用いてNOxを還元するHC触媒層と、前記HC触媒層に積層されて前記第3選択還元型触媒の表層を構成し、前記第2選択還元型触媒が生成したNHを還元剤に用いてNOxを還元するNH触媒層とを備えることが好ましい。 In the exhaust emission control device, the third selective reduction catalyst is a laminated structure, and an HC catalyst layer that reduces NOx using fuel as a reducing agent, and the third selective reduction catalyst laminated on the HC catalyst layer. It is preferable to provide a surface layer of the type catalyst, and an NH 3 catalyst layer that reduces NOx using NH 3 produced by the second selective reduction catalyst as a reducing agent.

上記構成によれば、第3選択還元型触媒においては、第2選択還元型触媒が生成したNHに加えて、排気ガス中の残存燃料を還元剤に用いてNOxを還元することができる。 According to the above configuration, in the third selective reduction catalyst, NOx can be reduced using the remaining fuel in the exhaust gas as the reducing agent in addition to NH 3 produced by the second selective reduction catalyst.

一実施形態の排気浄化装置を搭載したエンジンシステムの概略構成を示す概略構成図である。It is a schematic structure figure showing the schematic structure of the engine system carrying the exhaust gas purification device of one embodiment. フィルターの斜視構造の一例を模式的に示す斜視図であって、フィルター本体の一部を露出して示す図である。It is a perspective view which shows typically an example of the perspective structure of a filter, Comprising: It is a figure which exposes and shows a part of filter body. 第3選択還元型触媒の表面付近における断面構造を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the cross-section near the surface of a 3rd selective reduction catalyst. HC触媒層およびNH触媒層の構造を模式的に示す図である。The structure of the HC catalyst layer and NH 3 catalyst layer is a diagram schematically illustrating. バーナーの作動状態を選択する処理の一例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows an example of the process which selects the operating state of a burner. NOxの浄化性能を比較した結果の一例を示すグラフである。It is a graph which shows an example of the result of having compared the purification performance of NOx. 触媒サイズを比較した結果の一例を示すグラフである。It is a graph which shows an example of the result of having compared the catalyst size. バーナーの作動状態を選択する処理の他の例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the other example of the process which selects the operating state of a burner.

図1から図7を参照して排気浄化装置の一実施形態について説明する。まず、図1を参照して、排気浄化装置が搭載されたエンジンシステムの全体構成について説明する。
図1に示すように、エンジンシステムは、ディーゼルエンジン10(以下、エンジン10という。)を備える。エンジン10のシリンダーブロック11には、一列に並んだ6つのシリンダー12が形成されている。各シリンダー12には、インジェクター13から燃料が噴射される。シリンダーブロック11には、各シリンダー12に吸入空気を供給するためのインテークマニホールド14と、各シリンダー12からの排気ガスが流入するエキゾーストマニホールド15とが接続されている。
An embodiment of an exhaust emission control device will be described with reference to FIGS. First, an overall configuration of an engine system equipped with an exhaust emission control device will be described with reference to FIG.
As shown in FIG. 1, the engine system includes a diesel engine 10 (hereinafter referred to as an engine 10). The cylinder block 11 of the engine 10 is formed with six cylinders 12 arranged in a row. Fuel is injected into each cylinder 12 from an injector 13. Connected to the cylinder block 11 are an intake manifold 14 for supplying intake air to each cylinder 12 and an exhaust manifold 15 into which exhaust gas from each cylinder 12 flows.

インテークマニホールド14に接続される吸気通路16には、上流側から順に、図示されないエアクリーナー、ターボチャージャー17を構成するコンプレッサー18、インタークーラー19が設けられている。エキゾーストマニホールド15に接続される排気通路20には、コンプレッサー18に連結軸を介して連結され、ターボチャージャー17を構成するタービン22が設けられている。   In the intake passage 16 connected to the intake manifold 14, an air cleaner (not shown), a compressor 18 constituting a turbocharger 17, and an intercooler 19 are provided in order from the upstream side. The exhaust passage 20 connected to the exhaust manifold 15 is provided with a turbine 22 that is connected to the compressor 18 via a connecting shaft and constitutes the turbocharger 17.

エンジンシステムは、エキゾーストマニホールド15と吸気通路16とを接続するEGR通路25を備える。EGR通路25には、EGRクーラー26が設けられ、EGRクーラー26における吸気通路16側には、EGR通路25の流路断面積を変更可能なEGR弁27が設けられている。EGR弁27が開状態にあるとき、吸気通路16には、EGR通路25を通じて排気ガスの一部がEGRガスとして導入される。シリンダー12には、排気ガスと吸入空気との混合気体である作動ガスが供給される。   The engine system includes an EGR passage 25 that connects the exhaust manifold 15 and the intake passage 16. An EGR cooler 26 is provided in the EGR passage 25, and an EGR valve 27 capable of changing the flow path cross-sectional area of the EGR passage 25 is provided on the intake passage 16 side of the EGR cooler 26. When the EGR valve 27 is in an open state, a part of the exhaust gas is introduced into the intake passage 16 through the EGR passage 25 as EGR gas. The cylinder 12 is supplied with a working gas that is a mixed gas of exhaust gas and intake air.

シリンダー12では、作動ガスとインジェクター13が噴射した燃料との混合気が燃焼する。シリンダー12からの排気ガスは、エキゾーストマニホールド15を通じて排気通路20へと流入し、タービン22を通過した後、排気浄化装置30に流入する。   In the cylinder 12, an air-fuel mixture of the working gas and the fuel injected by the injector 13 burns. The exhaust gas from the cylinder 12 flows into the exhaust passage 20 through the exhaust manifold 15, passes through the turbine 22, and then flows into the exhaust purification device 30.

排気浄化装置30は、排気ガスを昇温可能なバーナー31を備える。バーナー31は、排気通路20内を流れる排気ガスに燃料を添加する第1添加部32と排気通路20内に添加された燃料に着火する着火部33とを有する。   The exhaust purification device 30 includes a burner 31 that can raise the temperature of the exhaust gas. The burner 31 has a first addition part 32 for adding fuel to the exhaust gas flowing in the exhaust passage 20 and an ignition part 33 for igniting the fuel added to the exhaust passage 20.

第1添加部32は、還元剤である燃料を貯留する燃料タンク34に接続された第1燃料通路35を備える。この燃料タンク34は、インジェクター13が噴射する燃料を貯留する燃料タンクであってもよいし、該燃料タンクとは別個に設けられる燃料タンクであってもよい。第1添加部32は、第1燃料通路35にポンプ36と第1調整弁37とを備える。ポンプ36は、例えばエンジンを動力源とするポンプであって、燃料タンク34内の燃料を所定圧力で第1調整弁37に圧送する。第1調整弁37は、第1燃料通路35の流路断面積を変更可能な弁であり、第1調整弁37を通過する燃料の量を調整する。第1添加部32は、排気通路20内に位置する第1添加弁38を備える。第1添加部32は、第1調整弁37が開状態にあるときに第1添加弁38から排気ガスに燃料を添加し、第1調整弁37が閉状態にあるときに第1添加弁38から排気ガスに燃料を添加しない。着火部33は、例えばスパークプラグやグロープラグであって、図示されない電源装置から電力が供給されることで駆動し、第1添加部32が添加した燃料に着火する。着火された燃料は、排気ガスに残存する酸素を酸化剤として燃焼する。第1添加部32による燃料の添加、および、着火部33の駆動は、後述する制御装置70によって制御される。制御装置70は、第1添加部32および着火部33の制御を通じて、バーナー31の作動状態を停止状態、燃焼状態、および、添加状態のいずれかに制御する。停止状態は、第1添加部32が燃料を添加しない状態である。燃焼状態は、第1添加部32の添加した燃料が燃焼する状態であり、添加状態は、第1添加部32の添加した燃料が燃焼しない状態である。   The first addition unit 32 includes a first fuel passage 35 connected to a fuel tank 34 that stores fuel as a reducing agent. The fuel tank 34 may be a fuel tank that stores fuel injected by the injector 13, or may be a fuel tank that is provided separately from the fuel tank. The first addition unit 32 includes a pump 36 and a first adjustment valve 37 in the first fuel passage 35. The pump 36 is a pump that uses, for example, an engine as a power source, and pumps the fuel in the fuel tank 34 to the first adjustment valve 37 at a predetermined pressure. The first adjustment valve 37 is a valve that can change the cross-sectional area of the first fuel passage 35 and adjusts the amount of fuel that passes through the first adjustment valve 37. The first addition unit 32 includes a first addition valve 38 located in the exhaust passage 20. The first addition unit 32 adds fuel to the exhaust gas from the first addition valve 38 when the first adjustment valve 37 is open, and the first addition valve 38 when the first adjustment valve 37 is closed. Do not add fuel to the exhaust gas. The ignition unit 33 is, for example, a spark plug or a glow plug, and is driven by power supplied from a power supply device (not shown) to ignite the fuel added by the first addition unit 32. The ignited fuel burns with oxygen remaining in the exhaust gas as an oxidant. The addition of fuel by the first addition unit 32 and the driving of the ignition unit 33 are controlled by a control device 70 described later. The control device 70 controls the operation state of the burner 31 to any one of the stop state, the combustion state, and the addition state through the control of the first addition unit 32 and the ignition unit 33. The stop state is a state in which the first addition unit 32 does not add fuel. The combustion state is a state where the fuel added by the first addition unit 32 burns, and the addition state is a state where the fuel added by the first addition unit 32 does not burn.

なお、バーナー31は、第1添加部32が添加した燃料に対して空気を供給可能な空気供給部を備えていてもよい。こうした構成によれば、バーナー31における未燃燃料の発生量を抑えつつ、第1添加部32が添加可能な燃料量に関する自由度が向上する。   The burner 31 may include an air supply unit that can supply air to the fuel added by the first addition unit 32. According to such a configuration, the degree of freedom regarding the amount of fuel that can be added by the first addition unit 32 is improved while suppressing the amount of unburned fuel generated in the burner 31.

排気浄化装置30は、排気通路20におけるバーナー31の下流にフィルター40を備える。フィルター40は、排気ガス中の粒子性物質(PM:Particulate Matter)を捕捉するフィルター機能、排気ガス中の燃料およびNOを酸化する酸化機能、および、排気ガス中の燃料を還元剤に用いてNOxを還元するNOx還元機能を有する。フィルター40は、バーナー31によって再生温度Tfr(例えば600℃)まで昇温されると、粒子性物質が焼却されてフィルター機能が再生する。   The exhaust purification device 30 includes a filter 40 downstream of the burner 31 in the exhaust passage 20. The filter 40 has a filter function for capturing particulate matter (PM) in exhaust gas, an oxidation function for oxidizing fuel and NO in the exhaust gas, and NOx using the fuel in the exhaust gas as a reducing agent. NOx reduction function for reducing When the filter 40 is heated to a regeneration temperature Tfr (for example, 600 ° C.) by the burner 31, the particulate matter is incinerated to regenerate the filter function.

図2に示すように、フィルター40は、例えば耐熱性に優れたセラミックやステンレスを素材としたウォール・フロー・フィルターであるフィルター本体40aと、フィルター本体40aにコーティングされた触媒層である酸化触媒40bおよび第1選択還元型触媒40cとを有する。酸化触媒40bは、第1選択還元型触媒40cの上流側に形成され、排気ガス中の燃料を酸化するとともに排気ガス中のNOを酸化してNOに変換する。第1選択還元型触媒40cは、酸化触媒40b以外の部分に形成され、酸化触媒40bを通過した燃料を還元剤に用いて排気ガス中のNOxを還元する。 As shown in FIG. 2, the filter 40 includes, for example, a filter body 40a that is a wall flow filter made of ceramic or stainless steel having excellent heat resistance, and an oxidation catalyst 40b that is a catalyst layer coated on the filter body 40a. And a first selective reduction catalyst 40c. Oxidation catalyst 40b is formed on the upstream side of the first selective reduction catalyst 40c, converts NO in the exhaust gas as well as oxidizing fuel in the exhaust gas to the NO 2 oxidation. The first selective reduction catalyst 40c is formed in a portion other than the oxidation catalyst 40b, and uses the fuel that has passed through the oxidation catalyst 40b as a reducing agent to reduce NOx in the exhaust gas.

酸化触媒40bは、粒子状の触媒担体と、触媒担体に担持された触媒金属とを有する。触媒担体の形成材料は、例えばゼオライトやアルミナ等である。触媒金属は、例えば白金、パラジウム、および、ロジウム等の白金系元素のうちの少なくとも1種である。触媒担体がゼオライトである場合、酸化触媒40bは、触媒金属イオンがゼオライトの陽イオンと置換したゼオライトの粒子で構成される。触媒担体がアルミナである場合、酸化触媒40bは、触媒金属を担持させたγ−アルミナの粒子、あるいは、触媒金属を担持させたθ−アルミナの粒子で構成される。酸化触媒40bは、排気ガス中の燃料を還元剤に用いたNOxの還元反応よりも、排気ガス中の燃料およびNOの酸化反応が優先するように、触媒金属を1リットルあたり1g〜6g含有するように構成される。また酸化触媒40bは、その温度である酸化触媒温度Toxが酸化下限温度ToxL(例えば150℃)以上であって酸化上限温度ToxH(例えば350℃)以下の温度域を活性温度域に有する。   The oxidation catalyst 40b has a particulate catalyst carrier and a catalyst metal supported on the catalyst carrier. The material for forming the catalyst carrier is, for example, zeolite or alumina. The catalytic metal is at least one of platinum-based elements such as platinum, palladium, and rhodium. When the catalyst carrier is zeolite, the oxidation catalyst 40b is composed of zeolite particles in which catalytic metal ions are substituted with zeolite cations. When the catalyst carrier is alumina, the oxidation catalyst 40b is composed of γ-alumina particles supporting a catalyst metal or θ-alumina particles supporting a catalyst metal. The oxidation catalyst 40b contains 1 g to 6 g of catalyst metal per liter so that the oxidation reaction of fuel and NO in the exhaust gas has priority over the reduction reaction of NOx using the fuel in the exhaust gas as a reducing agent. Configured as follows. Further, the oxidation catalyst 40b has a temperature range in which the oxidation catalyst temperature Tox, which is the temperature, is equal to or higher than the lower limit oxidation temperature ToxL (for example, 150 ° C.) and lower than the upper limit oxidation temperature ToxH (for example, 350 ° C.).

酸化触媒40bは、全長Lのフィルター40の上流端から長さLbの範囲に形成される。この長さLbは、全長Lの10%以上、全長Lの90%以下の範囲において、より小さい値に設定されることが好ましい。長さLbが全長Lの10%以上に設定されることにより、燃料の酸化にともなう粒子性物質の昇温、および、NOから変換されたNOによる粒子性物質の酸化、これらによって粒子性物質の燃焼が開始されやすくなる。すなわち、エンジン10の運転中におけるフィルター40の再生が連続的に行われやすくなる。また、長さLbが全長Lの90%以下に設定されることにより、第1選択還元型触媒40cにおけるNOxの浄化作用を確実に得ることができる。また、長さLbを小さくすることにより、第1選択還元型触媒40cに対してより多くの燃料が供給され、第1選択還元型触媒40cにおけるNOxの浄化性能を向上させることができる。そのうえ、触媒金属の使用量が低減されることでフィルター40のコストを抑えることができる。 The oxidation catalyst 40b is formed in the range of the length Lb from the upstream end of the filter 40 having the full length L. This length Lb is preferably set to a smaller value in the range of 10% or more of the total length L and 90% or less of the total length L. By setting the length Lb to 10% or more of the total length L, the temperature rise of the particulate matter accompanying the oxidation of the fuel, and the oxidation of the particulate matter by NO 2 converted from NO, thereby the particulate matter It becomes easy to start combustion. That is, the regeneration of the filter 40 during the operation of the engine 10 is easily performed continuously. Further, when the length Lb is set to 90% or less of the total length L, the NOx purification action in the first selective reduction catalyst 40c can be reliably obtained. Further, by reducing the length Lb, more fuel is supplied to the first selective reduction catalyst 40c, and the NOx purification performance of the first selective reduction catalyst 40c can be improved. In addition, the cost of the filter 40 can be reduced by reducing the amount of catalyst metal used.

第1選択還元型触媒40cは、粒子状の触媒担体と、触媒担体に担持された触媒金属とを有する。触媒担体の形成材料は、例えばゼオライトやアルミナ等である。触媒金属は、白金、パラジウム、および、ロジウム等の白金系元素のうちの少なくとも1種である。触媒担体がゼオライトである場合、第1選択還元型触媒40cは、触媒金属イオンがゼオライトの陽イオンと置換したゼオライトの粒子で構成される。触媒担体がアルミナである場合、第1選択還元型触媒40cは、触媒金属を担持させたγ−アルミナの粒子、あるいは、触媒金属を担持させたθ−アルミナの粒子で構成される。第1選択還元型触媒40cは、排気ガス中の燃料およびNOの酸化反応よりも、排気ガス中の燃料を還元剤に用いたNOxの還元反応が優先するように、触媒金属を1リットルあたり0.1g〜1.5g含有するように構成される。また、第1選択還元型触媒40cは、その温度である第1触媒温度Tc1が第1下限温度Tc1L(例えば200℃)以上であって第1上限温度Tc1H(例えば300℃)以下の温度範囲を活性温度域として有する。   The first selective reduction catalyst 40c has a particulate catalyst carrier and a catalyst metal supported on the catalyst carrier. The material for forming the catalyst carrier is, for example, zeolite or alumina. The catalyst metal is at least one of platinum-based elements such as platinum, palladium, and rhodium. When the catalyst carrier is zeolite, the first selective reduction catalyst 40c is composed of zeolite particles in which catalytic metal ions are substituted with zeolite cations. When the catalyst carrier is alumina, the first selective reduction catalyst 40c is composed of γ-alumina particles supporting a catalyst metal or θ-alumina particles supporting a catalyst metal. The first selective reduction catalyst 40c has a catalyst metal of 0 per liter so that the NOx reduction reaction using the fuel in the exhaust gas as a reducing agent takes precedence over the oxidation reaction of the fuel and NO in the exhaust gas. It is comprised so that it may contain. The first selective reduction catalyst 40c has a temperature range in which the first catalyst temperature Tc1, which is the temperature, is equal to or higher than the first lower limit temperature Tc1L (eg, 200 ° C.) and lower than the first upper limit temperature Tc1H (eg, 300 ° C.). It has as an active temperature range.

すなわち、フィルター40は、同種の触媒金属で構成された酸化触媒40bと第1選択還元型触媒40cとを有しており、酸化触媒40bは、第1選択還元型触媒40cよりも触媒金属の濃度が高い部分である。フィルター40では、酸化触媒40bおよび第1選択還元型触媒40cが後述する第2選択還元型触媒45よりも強い酸化力を有するため、排気ガス中の燃料のほとんどが消費される。なお、フィルター40は、第1選択還元型触媒40cが全体にコーティングされたフィルター本体40aに対してさらに酸化触媒40bをコーティングすることにより構成されてもよい。また、フィルター40は、フィルター本体40aに対して酸化触媒40bと第1選択還元型触媒40cとを別の領域にコーティングすることにより構成されてもよい。   That is, the filter 40 includes an oxidation catalyst 40b and a first selective reduction catalyst 40c made of the same type of catalytic metal, and the oxidation catalyst 40b has a concentration of catalytic metal higher than that of the first selective reduction catalyst 40c. Is the high part. In the filter 40, since the oxidation catalyst 40b and the first selective reduction catalyst 40c have a stronger oxidizing power than the second selective reduction catalyst 45 described later, most of the fuel in the exhaust gas is consumed. Note that the filter 40 may be configured by further coating the oxidation catalyst 40b on the filter body 40a that is entirely coated with the first selective reduction catalyst 40c. The filter 40 may be configured by coating the filter main body 40a with the oxidation catalyst 40b and the first selective reduction catalyst 40c in different regions.

排気浄化装置30は、排気通路20におけるフィルター40の下流に、排気通路20内を流れる排気ガスに燃料を添加する第2添加部41を備える。第2添加部41は、第1燃料通路35におけるポンプ36と第1調整弁37との間に接続された第2燃料通路42を備える。第2添加部41は、第2燃料通路42の流路断面積を変更可能な第2調整弁43を備える。この第2調整弁43には、第1燃料通路35に設けられたポンプ36によって所定圧力の燃料が圧送される。第2添加部41は、第2調整弁43を通過した燃料を排気ガスに添加する第2添加弁44を備える。すなわち、第2添加部41は、第2調整弁43が開状態にあるときに第2添加弁44から排気ガスに燃料を添加し、第2調整弁43が閉状態にあるときに第2添加弁44から排気ガスに燃料を添加しない。第2添加部41による燃料の添加は、後述する制御装置70によって制御される。   The exhaust purification device 30 includes a second addition unit 41 that adds fuel to the exhaust gas flowing in the exhaust passage 20 downstream of the filter 40 in the exhaust passage 20. The second addition unit 41 includes a second fuel passage 42 connected between the pump 36 and the first adjustment valve 37 in the first fuel passage 35. The second addition unit 41 includes a second adjustment valve 43 that can change the flow path cross-sectional area of the second fuel passage 42. A predetermined pressure of fuel is pumped to the second regulating valve 43 by a pump 36 provided in the first fuel passage 35. The second addition unit 41 includes a second addition valve 44 that adds the fuel that has passed through the second adjustment valve 43 to the exhaust gas. That is, the second addition unit 41 adds fuel to the exhaust gas from the second addition valve 44 when the second adjustment valve 43 is in the open state, and the second addition portion 41 when the second adjustment valve 43 is in the closed state. No fuel is added from the valve 44 to the exhaust gas. The addition of fuel by the second addition unit 41 is controlled by a control device 70 described later.

排気浄化装置30は、排気通路20における第2添加弁44の下流に、排気ガス中の燃料を還元剤に用いてNOxを還元する第2選択還元型触媒45を備える。
第2選択還元型触媒45は、セラミックあるいは金属からなるモノリス担体と、このモノリス担体にコーティングされた触媒層とを有する。触媒層は、銀アルミナあるいは銀ゼオライトを含む。触媒層が銀アルミナを含むとき、第2選択還元型触媒45は、例えば、銀を担持させたγ−アルミナの粒子、あるいは、銀を担持させたθ−アルミナの粒子をモノリス担体にコーティングして構成される。触媒層が銀ゼオライトを含むとき、第2選択還元型触媒45は、例えば、銀イオンがゼオライトの含む陽イオンと置換したゼオライトの粒子をモノリス担体にコーティングして構成される。第2選択還元型触媒45は、その温度である第2触媒温度Tc2が第2下限温度Tc2L(例えば200℃)以上であって第2上限温度Tc2H(例えば650℃)以下の比較的高い温度範囲を活性温度域として有し、NOxを還元する反応においてNHを生成する。また、上述した構成の第2選択還元型触媒45では、燃料の酸化反応よりも燃料によるNOxの還元反応が優先して進行するため、燃料の一部が反応せずに通過する。そのため、その通過した燃料を後段の触媒の還元剤に用いることが可能である。
The exhaust purification device 30 includes a second selective reduction catalyst 45 that reduces NOx using the fuel in the exhaust gas as a reducing agent downstream of the second addition valve 44 in the exhaust passage 20.
The second selective reduction catalyst 45 has a monolith support made of ceramic or metal and a catalyst layer coated on the monolith support. The catalyst layer contains silver alumina or silver zeolite. When the catalyst layer contains silver alumina, the second selective reduction catalyst 45 is formed by coating, for example, γ-alumina particles supporting silver or θ-alumina particles supporting silver on a monolith support. Composed. When the catalyst layer contains silver zeolite, the second selective reduction catalyst 45 is configured, for example, by coating a monolithic carrier with zeolite particles in which silver ions are replaced with cations contained in the zeolite. The second selective reduction catalyst 45 has a relatively high temperature range in which the second catalyst temperature Tc2 as the temperature is equal to or higher than the second lower limit temperature Tc2L (for example, 200 ° C.) and equal to or lower than the second upper limit temperature Tc2H (for example, 650 ° C.). As an active temperature range, and NH 3 is generated in a reaction for reducing NOx. Further, in the second selective reduction catalyst 45 having the above-described configuration, the reduction reaction of NOx by the fuel proceeds in preference to the oxidation reaction of the fuel, so that part of the fuel passes without reacting. Therefore, it is possible to use the passed fuel as a reducing agent for the subsequent catalyst.

排気浄化装置30は、排気通路20における第2選択還元型触媒45の下流に第3選択還元型触媒47を備える。
図3に示すように、第3選択還元型触媒47は、セラミックあるいは金属からなるモノリス担体48と、モノリス担体48の表面に積層されたHC触媒層49と、HC触媒層49に積層されたNH触媒層50とを備える。
The exhaust purification device 30 includes a third selective reduction catalyst 47 downstream of the second selective reduction catalyst 45 in the exhaust passage 20.
As shown in FIG. 3, the third selective reduction catalyst 47 includes a monolithic carrier 48 made of ceramic or metal, an HC catalyst layer 49 laminated on the surface of the monolithic carrier 48, and an NH laminated on the HC catalyst layer 49. 3 catalyst layers 50.

HC触媒層49は、排気ガス中の燃料を還元剤に用いてNOxを還元する。HC触媒層49は、粒子状の触媒担体と触媒担体に担持された銅とを有する。触媒担体の形成材料は、多孔質構造を有するゼオライトである。このゼオライトには、ZSM−5型ゼオライト、あるいは、ベータ型ゼオライトが適用可能である。ZSM−5型ゼオライトおよびベータ型ゼオライトが有する孔の孔径は、例えば5〜8Åであり、燃料に含まれる炭化水素の分子径よりも大きい。すなわち、ZSM−5型ゼオライトおよびベータ型ゼオライトは、炭化水素が進入可能な孔を有する多孔質材料である。HC触媒層49は、銅を担持させた粒子状の触媒担体をモノリス担体にコーティングして構成される。   The HC catalyst layer 49 reduces NOx by using the fuel in the exhaust gas as a reducing agent. The HC catalyst layer 49 includes a particulate catalyst carrier and copper supported on the catalyst carrier. The material for forming the catalyst carrier is zeolite having a porous structure. ZSM-5 type zeolite or beta type zeolite can be applied to this zeolite. The pore diameter of the ZSM-5 type zeolite and the beta type zeolite is, for example, 5 to 8 mm, which is larger than the molecular diameter of the hydrocarbon contained in the fuel. That is, ZSM-5 type zeolite and beta type zeolite are porous materials having pores into which hydrocarbons can enter. The HC catalyst layer 49 is configured by coating a monolithic carrier with a particulate catalyst carrier supporting copper.

NH触媒層50は、第2選択還元型触媒45において生成されたNHを還元剤に用いてNOxを還元する。NH触媒層50は、粒子状の触媒担体と触媒担体に担持された銅とを有する。触媒担体の形成材料は、多孔質構造を有するゼオライトである。このゼオライトには、チャバサイト構造を有するゼオライトが適用可能であり、例えばSAPO−34型ゼオライトが適用可能である。なお、SAPOは、シリコアルミノフォスフェートのことである。SAPO−34型ゼオライトが有する孔の孔径は、例えば3〜4Åであり、燃料に含まれる炭化水素の分子径よりも小さく、かつ、NHの分子径よりも大きい。すなわち、SAPO−34型ゼオライトは、炭化水素の進入を拒む一方でNHの進入を許可する孔を有する多孔質材料である。NH触媒層50は、銅を担持させた粒子状の触媒担体をHC触媒層49が形成されたモノリス担体にコーティングして構成される。 The NH 3 catalyst layer 50 reduces NOx using NH 3 generated in the second selective reduction catalyst 45 as a reducing agent. The NH 3 catalyst layer 50 includes a particulate catalyst carrier and copper supported on the catalyst carrier. The material for forming the catalyst carrier is zeolite having a porous structure. As this zeolite, a zeolite having a chabazite structure is applicable, for example, a SAPO-34 type zeolite is applicable. SAPO is a silicoaluminophosphate. The pore diameter of the SAPO-34 type zeolite is, for example, 3 to 4 mm, which is smaller than the molecular diameter of the hydrocarbon contained in the fuel and larger than the molecular diameter of NH 3 . In other words, the SAPO-34 type zeolite is a porous material having pores that refuse to enter hydrocarbons but allow NH 3 to enter. The NH 3 catalyst layer 50 is configured by coating a particulate catalyst carrier supporting copper on a monolith carrier on which the HC catalyst layer 49 is formed.

第3選択還元型触媒47は、その温度である第3触媒温度Tc3が第3下限温度Tc3L(例えば200℃)以上であって第3上限温度Tc3H(例えば600℃)以下の温度範囲を活性温度域として有する。   The third selective reduction catalyst 47 has a temperature range in which the third catalyst temperature Tc3, which is the temperature, is equal to or higher than the third lower limit temperature Tc3L (eg, 200 ° C.) and lower than the third upper limit temperature Tc3H (eg, 600 ° C.). Have as a zone.

図4に示すように、第3選択還元型触媒47では、NH(アンモニア)がNH触媒層50を構成する触媒担体51の孔51hに進入する一方、HC(炭化水素)が触媒担体51の孔51hに進入しない。そのため、HCは、触媒担体51の粒子間の隙間52を通ってHC触媒層49に到達する。そして、HC触媒層49に到達したHCは、HC触媒層49を構成する触媒担体53の孔53h中に進入する。これにより、NH触媒層50では、孔51hに進入したNHを還元剤に用いてNOxが還元され、HC触媒層49では、孔53hに進入したHCを還元剤に用いてNOxが還元される。 As shown in FIG. 4, in the third selective reduction catalyst 47, NH 3 (ammonia) enters the holes 51 h of the catalyst carrier 51 constituting the NH 3 catalyst layer 50, while HC (hydrocarbon) is introduced into the catalyst carrier 51. It does not enter the hole 51h. Therefore, HC reaches the HC catalyst layer 49 through the gaps 52 between the particles of the catalyst carrier 51. Then, the HC that has reached the HC catalyst layer 49 enters the holes 53 h of the catalyst carrier 53 constituting the HC catalyst layer 49. Thereby, in the NH 3 catalyst layer 50, NOx is reduced using NH 3 entering the hole 51h as a reducing agent, and in the HC catalyst layer 49, NOx is reduced using HC entering the hole 53h as a reducing agent. The

排気浄化装置30は、吸気通路16におけるコンプレッサー18の上流に、吸入空気量Qaを検出する吸入空気量センサー55を備える。排気浄化装置30は、バーナー31とフィルター40との間に第1排気温度Te1を検出する第1温度センサー56、第2添加弁44と第2選択還元型触媒45との間に第2排気温度Te2を検出する第2温度センサー57、第3選択還元型触媒47の下流に第3排気温度Te3を検出する第3温度センサー58、および、エンジン回転数Neを検出するエンジン回転数センサー59を備える。各種センサーは、各々の検出値を示す信号を制御装置70に出力する。また、制御装置70には、インジェクター13からの燃料噴射を制御する噴射制御部60から燃料噴射量Qfを示す信号が入力される。   The exhaust purification device 30 includes an intake air amount sensor 55 that detects an intake air amount Qa upstream of the compressor 18 in the intake passage 16. The exhaust purification device 30 includes a first temperature sensor 56 that detects the first exhaust temperature Te1 between the burner 31 and the filter 40, and a second exhaust temperature between the second addition valve 44 and the second selective reduction catalyst 45. A second temperature sensor 57 for detecting Te2, a third temperature sensor 58 for detecting the third exhaust temperature Te3 downstream of the third selective reduction catalyst 47, and an engine speed sensor 59 for detecting the engine speed Ne are provided. . Various sensors output a signal indicating each detected value to the control device 70. Further, a signal indicating the fuel injection amount Qf is input to the control device 70 from an injection control unit 60 that controls fuel injection from the injector 13.

制御装置70は、CPUと、各種制御プログラムおよび各触媒の活性温度域等の各種データが格納されたROMと、各種演算における演算結果や各種データが一時的に格納されるRAMとを有するマイクロコンピューターを中心に構成される。制御装置70は、各種センサー等からの信号に基づいて各種情報を取得する。制御装置70は、その取得した各種情報とROMに格納された各種制御プログラムや各種データとに基づき、第1調整弁37と着火部33とを制御することでバーナー31の作動状態を制御するとともに第2調整弁43を制御することで第2添加部41による燃料の添加を制御する。なお、制御装置70は、吸入空気量Qaを排気ガスの流量である排気流量Qeとして取り扱う。   The control device 70 is a microcomputer having a CPU, a ROM in which various data such as various control programs and activation temperatures of each catalyst are stored, and a RAM in which various calculation results and various data are temporarily stored. It is composed around. The control device 70 acquires various information based on signals from various sensors and the like. The control device 70 controls the operating state of the burner 31 by controlling the first regulating valve 37 and the ignition unit 33 based on the various information acquired and the various control programs and various data stored in the ROM. The addition of fuel by the second addition unit 41 is controlled by controlling the second adjustment valve 43. Note that the control device 70 treats the intake air amount Qa as the exhaust flow rate Qe, which is the exhaust gas flow rate.

上述したようにバーナー31は、停止状態、燃焼状態、および、添加状態を有する。制御装置70は、次のように第1調整弁37と着火部33とを制御することにより、バーナー31の作動状態を制御する。   As described above, the burner 31 has a stop state, a combustion state, and an addition state. The control device 70 controls the operating state of the burner 31 by controlling the first regulating valve 37 and the ignition unit 33 as follows.

バーナー31が停止状態にあるとき、制御装置70は、第1調整弁37を閉状態に制御している。バーナー31を停止状態から燃焼状態へ制御するとき、制御装置70は、着火部33に対して所定時間だけ電力を供給するとともに第1調整弁37を閉状態から開状態に制御する。以後、制御装置70は、第1調整弁37を開状態に制御し続けることによりバーナー31を燃焼状態に維持する。バーナー31を停止状態から添加状態へ制御するとき、制御装置70は、着火部33に対する電力の供給を行わずに、第1調整弁37を閉状態から開状態に制御する。以後、制御装置70は、第1調整弁37を開状態に制御し続けることによりバーナー31を添加状態に維持する。   When the burner 31 is in the stop state, the control device 70 controls the first adjustment valve 37 to be closed. When controlling the burner 31 from the stop state to the combustion state, the control device 70 supplies power to the ignition unit 33 for a predetermined time and controls the first adjustment valve 37 from the closed state to the open state. Thereafter, the control device 70 keeps the burner 31 in the combustion state by continuously controlling the first regulating valve 37 to the open state. When controlling the burner 31 from the stop state to the addition state, the control device 70 controls the first adjustment valve 37 from the closed state to the open state without supplying power to the ignition unit 33. Thereafter, the control device 70 keeps the burner 31 in the added state by continuing to control the first regulating valve 37 to the open state.

バーナー31を添加状態から燃焼状態へ制御するとき、制御装置70は、着火部33に対して所定時間だけ電力を供給するとともに第1調整弁37を開状態に維持する。バーナー31を燃焼状態から添加状態へ制御するとき、制御装置70は、着火部33に対する電力の供給を行うことなく、例えば所定時間だけ第1調整弁37を閉状態に制御することにより燃料の燃焼を停止したのち、再び第1調整弁37を開状態へ制御する。   When controlling the burner 31 from the addition state to the combustion state, the control device 70 supplies power to the ignition unit 33 for a predetermined time and maintains the first adjustment valve 37 in the open state. When controlling the burner 31 from the combustion state to the addition state, the control device 70 does not supply power to the ignition unit 33, for example, by controlling the first adjustment valve 37 to a closed state for a predetermined time, thereby burning the fuel. Then, the first adjustment valve 37 is again controlled to open.

制御装置70は、バーナー31の作動状態を制御するとともに、第2添加部41による燃料の添加を制御する通常処理を実行する。制御装置70は、吸入空気量Qa(排気流量Qe)、第1排気温度Te1、第2排気温度Te2、第3排気温度Te3、エンジン回転数Ne、および、燃料噴射量Qfを取得する。制御装置70は、酸化触媒温度Toxおよび第1触媒温度Tc1を演算する。制御装置70は、酸化触媒温度Toxが得られる演算式、および、第1触媒温度Tc1が得られる演算式に、例えば排気流量Qe、第1排気温度Te1、および、第2排気温度Te2等を代入することで酸化触媒温度Toxおよび第1触媒温度Tc1を演算する。これらの演算式は、例えば、フィルター本体40a、酸化触媒40b、および、第1選択還元型触媒40cの各々の質量や熱容量に基づいて設定される。また、制御装置70は、第2触媒温度Tc2および第3触媒温度Tc3を演算する。制御装置70は、第2触媒温度Tc2が得られる演算式、および、第3触媒温度Tc3が得られる演算式の各々に、例えば排気流量Qe、第2排気温度Te2、および、第3排気温度Te3等を代入することにより第2触媒温度Tc2および第3触媒温度Tc3を演算する。これらの演算式は、例えば、第2選択還元型触媒45や第3選択還元型触媒47の各々の質量や熱容量に基づいて設定される。   The control device 70 controls the operating state of the burner 31 and executes normal processing for controlling the addition of fuel by the second addition unit 41. The control device 70 acquires the intake air amount Qa (exhaust flow rate Qe), the first exhaust temperature Te1, the second exhaust temperature Te2, the third exhaust temperature Te3, the engine speed Ne, and the fuel injection amount Qf. The controller 70 calculates the oxidation catalyst temperature Tox and the first catalyst temperature Tc1. The control device 70 substitutes, for example, the exhaust flow rate Qe, the first exhaust temperature Te1, the second exhaust temperature Te2, and the like into the arithmetic expression for obtaining the oxidation catalyst temperature Tox and the arithmetic expression for obtaining the first catalyst temperature Tc1. Thus, the oxidation catalyst temperature Tox and the first catalyst temperature Tc1 are calculated. These arithmetic expressions are set based on, for example, the mass and heat capacity of each of the filter body 40a, the oxidation catalyst 40b, and the first selective reduction catalyst 40c. The control device 70 calculates the second catalyst temperature Tc2 and the third catalyst temperature Tc3. The control device 70 includes, for example, an exhaust flow rate Qe, a second exhaust temperature Te2, and a third exhaust temperature Te3 in an arithmetic expression for obtaining the second catalyst temperature Tc2 and an arithmetic expression for obtaining the third catalyst temperature Tc3. The second catalyst temperature Tc2 and the third catalyst temperature Tc3 are calculated by substituting etc. These arithmetic expressions are set based on the mass and heat capacity of each of the second selective reduction catalyst 45 and the third selective reduction catalyst 47, for example.

制御装置70は、通常処理とは別にフィルター40における粒子性物質の堆積量Mfを演算し、その演算した堆積量Mfが上限値を超えると通常処理を強制的に終了してフィルター40のフィルター機能を再生する再生処理を実行する。制御装置70は、例えば、フィルター40における圧力損失等に基づいて堆積量Mfを演算する。再生処理において、制御装置70は、バーナー31を燃焼状態に制御して第1触媒温度Tc1を再生温度Tfrまで昇温をする。制御装置70は、バーナー31が燃焼状態にあるときも堆積量Mfを演算し、その堆積量Mfが下限値を下回ると再生処理を終了して通常処理を再開する。   The control device 70 calculates the particulate matter deposition amount Mf in the filter 40 separately from the normal processing. When the calculated deposition amount Mf exceeds the upper limit value, the normal processing is forcibly terminated and the filter function of the filter 40 is performed. The playback process for playing back is executed. For example, the control device 70 calculates the deposition amount Mf based on the pressure loss or the like in the filter 40. In the regeneration process, the control device 70 raises the first catalyst temperature Tc1 to the regeneration temperature Tfr by controlling the burner 31 to the combustion state. The control device 70 calculates the accumulation amount Mf even when the burner 31 is in the combustion state. When the accumulation amount Mf falls below the lower limit value, the regeneration process is terminated and the normal process is resumed.

図5を参照して排気浄化装置30の動作について説明する。
図5に示すように、通常処理において、制御装置70は、各種センサーからの信号に基づいて各種情報を取得する(ステップS11)。制御装置70は、ステップS11にて取得した情報とROMに格納している各種演算式等とに基づき、上述した処理にしたがって各種触媒温度Tox,Tc1,Tc2,Tc3を演算する。(ステップS12)。
The operation of the exhaust emission control device 30 will be described with reference to FIG.
As shown in FIG. 5, in the normal process, the control device 70 acquires various information based on signals from various sensors (step S11). The control device 70 calculates various catalyst temperatures Tox, Tc1, Tc2, and Tc3 according to the above-described processing based on the information acquired in step S11 and various arithmetic expressions stored in the ROM. (Step S12).

次に制御装置70は、第1条件として、酸化触媒40bおよび第1選択還元型触媒40cの少なくとも一方が不活性状態であるか否かを判断する(ステップS13)。制御装置70は、酸化触媒温度Toxが酸化下限温度ToxL未満、または、第1触媒温度Tc1が第1下限温度Tc1L未満のとき、すなわち第1条件が成立するとき(ステップS13:YES)、エンジン10の運転状態に基づいて燃焼許可条件が成立するか否かを判断する(ステップS14)。例えば、制御装置70は、燃料噴射量Qfが所定量よりも多い高負荷状態、および、エンジン回転数Neが所定回転数よりも大きい高回転状態のいずれにもエンジン10の運転状態が該当しないときに燃焼許可条件が成立すると判断する。   Next, the control device 70 determines whether at least one of the oxidation catalyst 40b and the first selective reduction catalyst 40c is in an inactive state as the first condition (step S13). When the oxidation catalyst temperature Tox is less than the oxidation lower limit temperature ToxL or the first catalyst temperature Tc1 is less than the first lower limit temperature Tc1L, that is, when the first condition is satisfied (step S13: YES), the control device 70 It is determined whether or not the combustion permission condition is satisfied based on the operating state (step S14). For example, when the operating state of the engine 10 does not correspond to either the high load state in which the fuel injection amount Qf is greater than a predetermined amount or the high rotation state in which the engine rotational speed Ne is greater than the predetermined rotational speed, the control device 70 It is determined that the combustion permission condition is satisfied.

燃焼許可条件が成立するとき(ステップS14:YES)、制御装置70は、燃焼状態を選択し(ステップS15)、バーナー31を燃焼状態に制御するとともに第2調整弁43を閉状態に制御する。燃焼許可条件が不成立のとき(ステップS14:NO)、制御装置70は、停止状態を選択し(ステップS16)、バーナー31を停止状態に制御するとともに第2調整弁43を閉状態に制御する。燃焼状態において、制御装置70は、例えば吸入空気量Qaやエンジン回転数Ne、燃料噴射量Qf等に基づいて燃料添加量を演算し、その演算した燃料添加量の燃料が第1添加弁38から添加されるように第1調整弁37を制御する。このとき、バーナー31によって排気ガスが昇温されることで、酸化触媒40bおよび第1選択還元型触媒40cを有するフィルター40、第2選択還元型触媒45、ならびに、第3選択還元型触媒47が昇温される。これにより、第1〜第3選択還元型触媒40c,45,47の各々においてNOxの還元が早期に実現可能である。   When the combustion permission condition is satisfied (step S14: YES), the control device 70 selects the combustion state (step S15), controls the burner 31 to the combustion state, and controls the second adjustment valve 43 to the closed state. When the combustion permission condition is not satisfied (step S14: NO), the control device 70 selects the stopped state (step S16), controls the burner 31 to the stopped state, and controls the second adjustment valve 43 to the closed state. In the combustion state, the control device 70 calculates the fuel addition amount based on, for example, the intake air amount Qa, the engine speed Ne, the fuel injection amount Qf, and the like, and the calculated fuel addition amount is supplied from the first addition valve 38. The first regulating valve 37 is controlled to be added. At this time, as the exhaust gas is heated by the burner 31, the filter 40 having the oxidation catalyst 40b and the first selective reduction catalyst 40c, the second selective reduction catalyst 45, and the third selective reduction catalyst 47 The temperature is raised. Thereby, the reduction of NOx can be realized at an early stage in each of the first to third selective reduction catalysts 40c, 45, 47.

なお、高負荷状態では、排気温度が高いためバーナー31による排気ガスの昇温効果が少ない。また、高回転状態においては、排気流量Qeが多いことでバーナー31の失火が生じやすい。そのため、これら高負荷状態および高回転状態においてバーナー31を停止状態に制御することで、バーナー31における燃料消費量を抑えることができる。   Note that, in a high load state, the exhaust gas temperature is high, so the exhaust gas temperature rise effect by the burner 31 is small. Further, in a high rotation state, the burner 31 is likely to misfire due to a large exhaust flow rate Qe. Therefore, the fuel consumption in the burner 31 can be suppressed by controlling the burner 31 to the stop state in the high load state and the high rotation state.

一方、第1条件が不成立のとき(ステップS13:NO)、制御装置70は、第2条件として、第2選択還元型触媒45が不活性状態であるか否かを判断する(ステップS17)。制御装置70は、第2触媒温度Tc2が第2下限温度Tc2L未満であるとき、すなわち第2条件が成立するとき(ステップS17:YES)、ステップS14の燃焼許可条件の成否に応じて燃焼状態(ステップS15)もしくは停止状態(ステップS16)を選択する。制御装置70は、その選択した作動状態にバーナー31を制御するとともに第2調整弁43を閉状態に制御する。バーナー31が燃焼状態に制御されることで第2選択還元型触媒45の昇温が促進され、第2選択還元型触媒45によるNOxの還元が早期に実現可能である。   On the other hand, when the first condition is not satisfied (step S13: NO), the control device 70 determines whether the second selective reduction catalyst 45 is in an inactive state as the second condition (step S17). When the second catalyst temperature Tc2 is lower than the second lower limit temperature Tc2L, that is, when the second condition is satisfied (step S17: YES), the control device 70 determines whether or not the combustion state ( Step S15) or a stopped state (Step S16) is selected. The control device 70 controls the burner 31 to the selected operating state and controls the second adjustment valve 43 to the closed state. By controlling the burner 31 to the combustion state, the temperature increase of the second selective reduction catalyst 45 is promoted, and NOx reduction by the second selective reduction catalyst 45 can be realized at an early stage.

他方、第2条件が不成立のとき(ステップS17:NO)、制御装置70は、第3条件として、第3選択還元型触媒47が不活性状態にあるか否かを判断する(ステップS18)。制御装置70は、第3触媒温度Tc3が第3下限温度Tc3L未満であるとき、すなわち第3条件が成立するとき(ステップS18:YES)、ステップS14の燃焼許可条件の成否に応じて燃焼状態(ステップS15)もしくは停止状態(ステップS16)を選択する。制御装置70は、その選択した作動状態にバーナー31を制御するとともに第2調整弁43を閉状態に制御する。バーナー31が燃焼状態に制御されることで第3選択還元型触媒47の昇温が促進され、第3選択還元型触媒47によるNOxの還元が早期に実現可能である。そして、制御装置70は、第3条件が不成立のとき(ステップS18:NO)、すなわち各触媒40b,40c,45,47が活性状態であるとき、バーナー31を添加状態に制御する(ステップS19)とともに第2調整弁43を開状態に制御して第2添加弁44から排気ガスに燃料を添加する。   On the other hand, when the second condition is not satisfied (step S17: NO), the control device 70 determines whether the third selective reduction catalyst 47 is in an inactive state as a third condition (step S18). When the third catalyst temperature Tc3 is lower than the third lower limit temperature Tc3L, that is, when the third condition is satisfied (step S18: YES), the control device 70 determines the combustion state (step S18: YES) according to the success or failure of the combustion permission condition in step S14. Step S15) or a stopped state (Step S16) is selected. The control device 70 controls the burner 31 to the selected operating state and controls the second adjustment valve 43 to the closed state. By controlling the burner 31 to the combustion state, the temperature increase of the third selective reduction catalyst 47 is promoted, and NOx reduction by the third selective reduction catalyst 47 can be realized at an early stage. When the third condition is not satisfied (step S18: NO), that is, when the respective catalysts 40b, 40c, 45, and 47 are in the active state, the control device 70 controls the burner 31 to the addition state (step S19). At the same time, the second adjustment valve 43 is controlled to be in an open state, and fuel is added to the exhaust gas from the second addition valve 44.

第1添加弁38によって燃料が添加された排気ガスは、フィルター40に流入する。フィルター40において、排気ガスは、粒子性物質が捕捉されるとともに、酸化触媒40bによって燃料の一部が酸化されるとともにNOの一部が酸化されてNOへと変換される。この際、フィルター40の捕捉した粒子性物質がNOを酸化剤として燃焼し始めると、その燃焼が他の粒子性物質に伝播することでフィルター40のフィルター機能が再生される。NOを酸化剤とした粒子性物質の燃焼は、再生温度Tfrよりも低い燃焼開始温度Tf1(例えば300℃)で開始される。また、フィルター40において、排気ガスは、第1選択還元型触媒40cによって、酸化触媒40bを通過した燃料を還元剤に用いてNOxが還元される。 The exhaust gas to which fuel is added by the first addition valve 38 flows into the filter 40. In the filter 40, the particulate matter is trapped in the exhaust gas 40, part of the fuel is oxidized by the oxidation catalyst 40b, and part of NO is oxidized and converted to NO 2 . At this time, when the particulate matter captured by the filter 40 begins to burn using NO 2 as an oxidizing agent, the combustion is propagated to other particulate matter, so that the filter function of the filter 40 is regenerated. Combustion of particulate matter using NO 2 as an oxidizing agent is started at a combustion start temperature Tf1 (for example, 300 ° C.) lower than the regeneration temperature Tfr. In the filter 40, the NOx is reduced in the exhaust gas by the first selective reduction catalyst 40c using the fuel that has passed through the oxidation catalyst 40b as a reducing agent.

フィルター40を通過した排気ガスは、続いて第2添加弁44によって燃料が添加されたのち、第2選択還元型触媒45に流入する。第2選択還元型触媒45において、排気ガスは、第2添加弁44が添加した燃料を還元剤に用いてNOxが還元されるとともに、その還元反応によって生成されたNHを取り込む。第2選択還元型触媒45では、燃料の酸化反応よりも燃料によるNOxの還元反応が優先して進行するため一部の燃料が反応しない。すなわち、第2選択還元型触媒45を通過した排気ガスは、第2選択還元型触媒45において反応しなかった燃料とNOxの還元反応によって生成されたNHとを含んだ状態で第3選択還元型触媒47に流入する。第3選択還元型触媒47において、排気ガスは、第2選択還元型触媒45において反応しなかった燃料と第2選択還元型触媒45において生成されたNHとを還元剤に用いてNOxが還元される。 The exhaust gas that has passed through the filter 40 is added with fuel by the second addition valve 44 and then flows into the second selective reduction catalyst 45. In the second selective reduction catalyst 45, the exhaust gas uses the fuel added by the second addition valve 44 as a reducing agent to reduce NOx and take in NH 3 generated by the reduction reaction. In the second selective reduction catalyst 45, the NOx reduction reaction by the fuel is prioritized over the fuel oxidation reaction, and therefore some fuel does not react. That is, the exhaust gas that has passed through the second selective reduction catalyst 45 contains the fuel that has not reacted in the second selective reduction catalyst 45 and NH 3 that is generated by the reduction reaction of NOx. It flows into the mold catalyst 47. In the third selective reduction catalyst 47, the exhaust gas is reduced in NOx using the fuel that has not reacted in the second selective reduction catalyst 45 and NH 3 produced in the second selective reduction catalyst 45 as a reducing agent. Is done.

なお、制御装置70は、通常処理の実行中に堆積量Mfが上限値を超えると通常処理を強制的に終了してフィルター40の再生処理を実行する。再生処理中、制御装置70は、第2および第3選択還元型触媒45,47が活性状態であるときは、第2添加部41による燃料の添加を行う。再生処理が終了すると、制御装置70は、通常処理を再開する。   Note that when the accumulation amount Mf exceeds the upper limit value during execution of the normal process, the control device 70 forcibly ends the normal process and executes the regeneration process of the filter 40. During the regeneration process, the control device 70 performs fuel addition by the second addition unit 41 when the second and third selective reduction catalysts 45 and 47 are in the active state. When the reproduction process ends, the control device 70 resumes the normal process.

図6は、エンジン10をWHTCモードで運転した場合におけるNOxの浄化性能を比較した結果の一例を示すグラフである。実施例は、上述した排気浄化装置30である。また、比較例は、排気通路の上流側から順に、第1燃料添加弁、燃料およびNOを酸化する酸化触媒機能を含む低温型HC−SCR触媒、フィルター機能のみを有するフィルター、第2燃料添加弁、高温型HC−SCR触媒、および、NHを還元剤とするNH−SCR触媒が配置された排気浄化装置である。図6に示すように、実施例の排気浄化装置30では、比較例の排気浄化装置に比べて、約10%の浄化性能の向上が確認された。 FIG. 6 is a graph showing an example of a result of comparison of NOx purification performance when the engine 10 is operated in the WHTC mode. The embodiment is the exhaust purification device 30 described above. Further, in the comparative example, in order from the upstream side of the exhaust passage, the first fuel addition valve, the low temperature HC-SCR catalyst including an oxidation catalyst function for oxidizing fuel and NO, the filter having only the filter function, and the second fuel addition valve , An exhaust purification device in which a high-temperature HC-SCR catalyst and an NH 3 -SCR catalyst using NH 3 as a reducing agent are arranged. As shown in FIG. 6, in the exhaust purification device 30 of the example, it was confirmed that the purification performance was improved by about 10% compared to the exhaust purification device of the comparative example.

図7は、上述した比較例と実施例とにおいて触媒の総容積である触媒サイズを比較したグラフである。触媒サイズは、比較例では低温型HC−SCR触媒、高温型HC−SCR触媒、および、NH−SCR触媒の各々の容積の総和である。実施例では酸化触媒40b、第1選択還元型触媒40c、第2選択還元型触媒45、および、第3選択還元型触媒47の各々の容積の総和である。図7に示すように、実施例では、図6のようにNOx浄化率が約10%向上するにも関わらず、比較例よりも触媒サイズが約10%低減されることが確認された。 FIG. 7 is a graph comparing the catalyst size, which is the total volume of the catalyst, in the comparative example and the example described above. In the comparative example, the catalyst size is the sum of the volumes of the low temperature type HC-SCR catalyst, the high temperature type HC-SCR catalyst, and the NH 3 -SCR catalyst. In the embodiment, the total volume of each of the oxidation catalyst 40b, the first selective reduction catalyst 40c, the second selective reduction catalyst 45, and the third selective reduction catalyst 47 is shown. As shown in FIG. 7, in the example, it was confirmed that the catalyst size was reduced by about 10% compared to the comparative example, although the NOx purification rate was improved by about 10% as shown in FIG.

上記実施形態の排気浄化装置30によれば、以下に列挙する効果が得られる。
(1)酸化触媒40bおよび第1選択還元型触媒40cの少なくとも一方が不活性状態であるときにバーナー31が燃焼状態に制御される。これにより、酸化触媒40b、第1選択還元型触媒40c、第2選択還元型触媒45、および、第3選択還元型触媒47の昇温が促進され、燃料を還元剤に用いたNOxの還元が早期に実現可能である。また、酸化触媒40bが不活性状態のときにバーナー31が添加状態に制御されると、第1選択還元型触媒40cに燃料が過剰に供給されてしまうおそれがある。この点、上述した構成であれば、第1選択還元型触媒40cに対する燃料の過剰供給が抑えられることで無駄な燃料の消費を抑えることができる。
According to the exhaust purification device 30 of the above embodiment, the effects listed below can be obtained.
(1) The burner 31 is controlled to a combustion state when at least one of the oxidation catalyst 40b and the first selective reduction catalyst 40c is in an inactive state. As a result, the temperature increase of the oxidation catalyst 40b, the first selective reduction catalyst 40c, the second selective reduction catalyst 45, and the third selective reduction catalyst 47 is promoted, and NOx reduction using fuel as a reducing agent is promoted. It is feasible early. Further, if the burner 31 is controlled to be in the addition state when the oxidation catalyst 40b is in the inactive state, there is a possibility that the fuel is excessively supplied to the first selective reduction catalyst 40c. In this regard, with the above-described configuration, it is possible to suppress wasteful fuel consumption by suppressing excessive supply of fuel to the first selective reduction catalyst 40c.

(2)フィルター40の捕捉した粒子性物質は、酸化触媒40bが生成したNOを酸化剤に用いて再生温度Tfrよりも低い燃焼開始温度Tf1において燃焼を開始する。そのため、フィルター40の温度を再生温度Tfrまで昇温させずとも、エンジン10の運転中にフィルター40のフィルター機能を連続的に再生させることが可能である。これにより、第1選択還元型触媒40cが清浄な状態に維持されやすくなることで第1選択還元型触媒40cと排気ガス中のNOxとの接触機会が増えて、第1選択還元型触媒40cによるNOxの還元が効率よく行われる。しかも、フィルター機能の再生に起因したフィルター40への熱的負荷が軽減されるとともに、バーナー31による再生処理の頻度が少なくなることでバーナー31における燃料消費量も低減される。 (2) The particulate matter captured by the filter 40 starts combustion at the combustion start temperature Tf1 lower than the regeneration temperature Tfr using NO 2 generated by the oxidation catalyst 40b as an oxidant. Therefore, it is possible to continuously regenerate the filter function of the filter 40 during operation of the engine 10 without raising the temperature of the filter 40 to the regeneration temperature Tfr. As a result, the first selective reduction catalyst 40c is easily maintained in a clean state, thereby increasing the chance of contact between the first selective reduction catalyst 40c and NOx in the exhaust gas. Reduction of NOx is performed efficiently. In addition, the thermal load on the filter 40 due to regeneration of the filter function is reduced, and the frequency of regeneration processing by the burner 31 is reduced, so that the fuel consumption in the burner 31 is also reduced.

(3)上記(1)(2)により、NOxの浄化性能が向上する。
(4)上述した排気浄化装置30によれば、NOxの浄化性能を向上させつつ、触媒サイズを低減することもできる。
(3) The NOx purification performance is improved by the above (1) and (2).
(4) According to the exhaust purification device 30 described above, the catalyst size can be reduced while improving the NOx purification performance.

(5)バーナー31は、燃焼許可条件が成立するときに燃焼状態に制御される。そのため、バーナー31による各触媒の昇温を効率的に行うことができる。
(6)バーナー31が添加状態にあるとき、酸化触媒40bにおいて排気ガス中の燃料の一部が酸化されるため、酸化触媒40bおよび第1選択還元型触媒40cの温度低下が抑えられる。その結果、酸化触媒40bおよび第1選択還元型触媒40cが活性状態に維持されやすくなる。
(5) The burner 31 is controlled to the combustion state when the combustion permission condition is satisfied. Therefore, the temperature of each catalyst can be efficiently increased by the burner 31.
(6) When the burner 31 is in the added state, a part of the fuel in the exhaust gas is oxidized in the oxidation catalyst 40b, so that the temperature drop of the oxidation catalyst 40b and the first selective reduction catalyst 40c is suppressed. As a result, the oxidation catalyst 40b and the first selective reduction catalyst 40c are easily maintained in the active state.

(7)第2選択還元型触媒45が不活性状態にあるときにバーナー31が燃焼状態に制御される。これにより、第2選択還元型触媒45の昇温が促進され、第2選択還元型触媒45によるNOxの還元が早期に実現可能である。   (7) When the second selective reduction catalyst 45 is in the inactive state, the burner 31 is controlled to the combustion state. Thereby, the temperature increase of the second selective reduction catalyst 45 is promoted, and NOx reduction by the second selective reduction catalyst 45 can be realized at an early stage.

(8)第3選択還元型触媒47が不活性状態にあるときにバーナー31が燃焼状態に制御される。これにより、第3選択還元型触媒の昇温が促進され、第3選択還元型触媒によるNOxの還元が早期に実現可能である。   (8) When the third selective reduction catalyst 47 is in an inactive state, the burner 31 is controlled to be in a combustion state. Accordingly, the temperature increase of the third selective reduction catalyst is promoted, and NOx reduction by the third selective reduction catalyst can be realized at an early stage.

(9)バーナー31が添加状態に制御されることで、バーナー31に燃料を供給する構成とフィルター40に流入する排気ガスに燃料を添加する構成とを第1添加弁38で行うことができる。その結果、排気浄化装置30の構成を簡素化することができる。   (9) By controlling the burner 31 to the addition state, the first supply valve 38 can be configured to supply fuel to the burner 31 and to add fuel to the exhaust gas flowing into the filter 40. As a result, the configuration of the exhaust purification device 30 can be simplified.

(10)第3選択還元型触媒47は、HC触媒層49とNH触媒層50とを備える。これにより、第3選択還元型触媒47は、第2選択還元型触媒45を通過した燃料と第2選択還元型触媒45の生成したNHとを用いてNOxを還元することができる。 (10) The third selective reduction catalyst 47 includes an HC catalyst layer 49 and an NH 3 catalyst layer 50. Thus, the third selective reduction catalyst 47 can reduce NOx using the fuel that has passed through the second selective reduction catalyst 45 and NH 3 produced by the second selective reduction catalyst 45.

(11)第2選択還元型触媒45が活性状態であり、かつ、第3選択還元型触媒47が不活性状態であるときに第2添加弁44から燃料を添加してしまうと、第2選択還元型触媒45の生成したNHが反応せずに第3選択還元型触媒47を通過してしまうおそれがある。この点、上記構成によれば、第2および第3選択還元型触媒45,47の双方が活性状態に到達してから第2添加弁44による燃料の添加が行われる。これにより、第2選択還元型触媒45の生成するNHが外気に排出されることが抑えられる。 (11) If fuel is added from the second addition valve 44 when the second selective reduction catalyst 45 is in an active state and the third selective reduction catalyst 47 is in an inactive state, the second selection There is a possibility that NH 3 produced by the reduction catalyst 45 may pass through the third selective reduction catalyst 47 without reacting. In this regard, according to the above configuration, the fuel is added by the second addition valve 44 after both the second and third selective reduction catalysts 45 and 47 reach the active state. As a result, the NH 3 produced by the second selective reduction catalyst 45 is suppressed from being discharged to the outside air.

なお、上記実施形態は、以下のように適宜変更して実施することもできる。
・第3選択還元型触媒47は、第2選択還元型触媒45の生成したNHを還元剤に用いてNOxを還元する機能を有していればよく、NH触媒層50のみを触媒層として有していてもよい。
In addition, the said embodiment can also be suitably changed and implemented as follows.
The third selective reduction catalyst 47 only needs to have a function of reducing NOx using NH 3 produced by the second selective reduction catalyst 45 as a reducing agent, and only the NH 3 catalyst layer 50 is used as a catalyst layer. You may have as.

・排気浄化装置30は、バーナー31とフィルター40との間に、別途、還元剤である燃料を排気ガスに添加する構成を有していてもよい。こうした場合、バーナー31は、添加状態には制御されず、停止状態あるいは燃焼状態に制御される。   The exhaust purification device 30 may have a configuration in which fuel as a reducing agent is separately added to the exhaust gas between the burner 31 and the filter 40. In such a case, the burner 31 is not controlled in the added state, but is controlled in the stopped state or the combustion state.

・制御装置70は、酸化触媒40b、第1選択還元型触媒40c、および、第2選択還元型触媒45が活性状態であり、かつ、第3選択還元型触媒47が不活性状態であるとき、バーナー31を添加状態に制御するとともに、第2添加弁44から排気ガスに燃料を添加してもよい。このとき、第1選択還元型触媒40cで還元されるNOx、および、第2選択還元型触媒45で還元されるNOxの分だけNOxの排出量が抑えられる。   The control device 70, when the oxidation catalyst 40b, the first selective reduction catalyst 40c, and the second selective reduction catalyst 45 are in an active state and the third selective reduction catalyst 47 is in an inactive state, While controlling the burner 31 to the addition state, the fuel may be added to the exhaust gas from the second addition valve 44. At this time, the NOx emission amount is suppressed by the amount of NOx reduced by the first selective reduction catalyst 40c and NOx reduced by the second selective reduction catalyst 45c.

・図8に示すように、制御装置70は、酸化触媒40bおよび第1選択還元型触媒40cが活性状態であるときには、第2および第3選択還元型触媒45,47の状態に関わらず、バーナー31を添加状態に制御してもよい。この場合、制御装置70は、各種情報を取得して(ステップS21)各種触媒温度を演算したのち(ステップS22)、第1条件が成立するか否かを判断する(ステップS23)。第1条件が成立するとき(ステップS23:YES)、制御装置70は、燃料許可条件が成立するか否かを判断し(ステップS24)、バーナー31を燃焼状態(ステップS25)、若しくは、停止状態(ステップS26)に制御する。一方、第1条件が不成立のとき(ステップS23:NO)、制御装置70は、バーナー31を添加状態に制御する(ステップS27)。こうした構成によれば、酸化触媒40bにおける燃料の酸化によって第2および第3選択還元型触媒45,47に流入する排気ガスが昇温されるとともに、第1選択還元型触媒40cで還元されるNOxの分だけNOxの排出量が抑えられる。   As shown in FIG. 8, when the oxidation catalyst 40b and the first selective reduction catalyst 40c are in the active state, the control device 70 determines whether the burner is in the state of the second and third selective reduction catalysts 45 and 47. You may control 31 to an addition state. In this case, after acquiring various information (step S21) and calculating various catalyst temperatures (step S22), the control device 70 determines whether or not the first condition is satisfied (step S23). When the first condition is satisfied (step S23: YES), the control device 70 determines whether or not the fuel permission condition is satisfied (step S24), and the burner 31 is in the combustion state (step S25) or is stopped. (Step S26). On the other hand, when the first condition is not satisfied (step S23: NO), the control device 70 controls the burner 31 to the addition state (step S27). According to such a configuration, the temperature of the exhaust gas flowing into the second and third selective reduction catalysts 45 and 47 is increased by the oxidation of fuel in the oxidation catalyst 40b, and NOx is reduced by the first selective reduction catalyst 40c. This reduces the amount of NOx emissions.

・制御装置70は、酸化触媒40bおよび第1選択還元型触媒40cが活性状態にあるときにバーナー31を燃焼状態に制御する場合、フィルター40に流入する排気ガスに未燃燃料が含まれるように、燃料がリッチなリッチ燃焼状態にバーナー31を制御してもよい。こうした構成によれば、その未燃燃料を還元剤に用いて第1選択還元型触媒40cでNOxを還元することができる。   When the control device 70 controls the burner 31 to the combustion state when the oxidation catalyst 40b and the first selective reduction catalyst 40c are in the active state, unburned fuel is included in the exhaust gas flowing into the filter 40. The burner 31 may be controlled in a rich combustion state in which the fuel is rich. According to such a configuration, NOx can be reduced by the first selective reduction catalyst 40c using the unburned fuel as a reducing agent.

・制御装置70は、バーナー31を燃焼状態に制御する際の条件として燃焼許可条件を含んでいなくともよい。こうした構成によれば、例えば、高負荷状態であっても各種触媒の早急な昇温が必要とされる場合や高回転状態であってもバーナー31の燃焼状態が安定する場合にバーナー31を燃焼状態に制御することができる。   The control device 70 may not include the combustion permission condition as a condition for controlling the burner 31 to the combustion state. According to such a configuration, for example, the burner 31 is burned when the rapid heating of various catalysts is required even in a high load state or when the combustion state of the burner 31 is stable even in a high rotation state. The state can be controlled.

・排気浄化装置30は、第3選択還元型触媒47の下流に、排気ガス中に残存する燃料やNHを酸化する第2の酸化触媒を有していてもよい。こうした構成によれば、NOxを還元するうえで第2添加部41による燃料の添加量についての自由度が向上する。 The exhaust purification device 30 may have a second oxidation catalyst that oxidizes the fuel remaining in the exhaust gas and NH 3 downstream of the third selective reduction catalyst 47. According to such a configuration, the degree of freedom with respect to the amount of fuel added by the second addition unit 41 is improved in reducing NOx.

10…ディーゼルエンジン、11…シリンダーブロック、12…シリンダー、13…インジェクター、14…インテークマニホールド、15…エキゾーストマニホールド、16…吸気通路、17…ターボチャージャー、18…コンプレッサー、19…インタークーラー、20…排気通路、22…タービン、25…EGR通路、26…EGRクーラー、27…EGR弁、30…排気浄化装置、31…バーナー、32…第1添加部、33…着火部、34…燃料タンク、35…第1燃料通路、36…ポンプ、37…第1調整弁、38…第1添加弁、40…フィルター、40a…フィルター本体、40b…酸化触媒、40c…第1選択還元型触媒、41…第2添加部、42…第2燃料通路、43…第2調整弁、44…第2添加弁、45…第2選択還元型触媒、47…第3選択還元型触媒、48…モノリス担体、49…HC触媒層、50…NH触媒層、51…触媒担体、51h…孔、52…隙間、53…触媒担体、53h…孔、55…吸入空気量センサー、56…第1温度センサー、57…第2温度センサー、58…第3温度センサー、59…エンジン回転数センサー、60…噴射制御部、70…制御装置。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Diesel engine, 11 ... Cylinder block, 12 ... Cylinder, 13 ... Injector, 14 ... Intake manifold, 15 ... Exhaust manifold, 17 ... Intake passage, 17 ... Turbocharger, 18 ... Compressor, 19 ... Intercooler, 20 ... Exhaust passage , 22 ... turbine, 25 ... EGR passage, 26 ... EGR cooler, 27 ... EGR valve, 30 ... exhaust purification device, 31 ... burner, 32 ... first addition part, 33 ... ignition part, 34 ... fuel tank, 35 ... first 1 fuel passage, 36 ... pump, 37 ... first regulating valve, 38 ... first addition valve, 40 ... filter, 40a ... filter body, 40b ... oxidation catalyst, 40c ... first selective reduction catalyst, 41 ... second addition Part, 42 ... second fuel passage, 43 ... second regulating valve, 44 ... second addition valve, 45 ... second selective reduction The catalyst, 47 ... third selective reduction catalyst, 48 ... monolithic support, 49 ... HC catalyst layer, 50 ... NH 3 catalyst layer, 51 ... catalyst supports, 51h ... hole, 52 ... gap, 53 ... catalyst supports, 53h ... hole , 55 ... intake air amount sensor, 56 ... first temperature sensor, 57 ... second temperature sensor, 58 ... third temperature sensor, 59 ... engine speed sensor, 60 ... injection control unit, 70 ... control device.

Claims (4)

排気通路を流れる排気ガスを昇温可能なバーナーと、
排気ガスに燃料を添加する第1添加弁と、
前記バーナーおよび前記第1添加弁の下流に位置し、排気ガスに含まれる粒子性物質を捕捉するフィルターであって、排気ガス中の一酸化窒素を酸化して二酸化窒素に変換する酸化触媒と排気ガス中の燃料を還元剤に用いてNOxを還元する第1選択還元型触媒とを含み、前記酸化触媒が前記第1選択還元型触媒の上流側に形成された前記フィルターと、
前記フィルターの下流に位置し、排気ガスに燃料を添加する第2添加弁と、
前記第2添加弁の下流に位置し、前記第1選択還元型触媒よりも温度活性域の高い第2選択還元型触媒であって、排気ガス中の燃料を還元剤に用いてNOxを還元するとともにNOxの還元によりNHを生成する前記第2選択還元型触媒と、
前記第2選択還元型触媒の下流に位置し、前記第2選択還元型触媒が生成したNHを還元剤に用いてNOxを還元する第3選択還元型触媒と、
前記酸化触媒および前記第1選択還元型触媒の少なくとも一方が不活性状態であるときに前記バーナーを燃焼状態に制御する制御部とを備え
前記第3選択還元型触媒は、積層構造体であり、
燃料を還元剤に用いてNOxを還元するHC触媒層と、
前記HC触媒層に積層されて前記第3選択還元型触媒の表層を構成し、前記第2選択還元型触媒が生成したNH を還元剤に用いてNOxを還元するNH 触媒層とを備える
排気浄化装置。
A burner capable of raising the temperature of exhaust gas flowing through the exhaust passage;
A first addition valve for adding fuel to the exhaust gas;
An exhaust gas filter that is located downstream of the burner and the first addition valve and captures particulate matter contained in exhaust gas, which oxidizes nitrogen monoxide in the exhaust gas and converts it into nitrogen dioxide, and exhaust A first selective reduction catalyst that reduces NOx using fuel in gas as a reducing agent, and the oxidation catalyst is formed on the upstream side of the first selective reduction catalyst;
A second addition valve located downstream of the filter for adding fuel to the exhaust gas;
A second selective reduction catalyst located downstream of the second addition valve and having a temperature active region higher than that of the first selective reduction catalyst, wherein NOx is reduced using fuel in the exhaust gas as a reducing agent. And the second selective reduction catalyst that generates NH 3 by reduction of NOx,
A third selective reduction catalyst that is located downstream of the second selective reduction catalyst and reduces NOx using NH 3 produced by the second selective reduction catalyst as a reducing agent;
A controller that controls the burner to a combustion state when at least one of the oxidation catalyst and the first selective reduction catalyst is in an inactive state ;
The third selective reduction catalyst is a laminated structure,
An HC catalyst layer for reducing NOx using fuel as a reducing agent;
Said laminated on HC catalyst layer constitutes a surface layer of said third selective reduction catalyst, and a NH 3 catalyst layer for reducing NOx with NH 3 to the second selective reduction catalyst is generated in the reducing agent Exhaust purification device.
前記制御部は、前記第2選択還元型触媒が不活性状態であるときに前記バーナーを燃焼状態に制御する請求項1に記載の排気浄化装置。   The exhaust emission control device according to claim 1, wherein the control unit controls the burner to a combustion state when the second selective reduction catalyst is in an inactive state. 前記制御部は、前記第3選択還元型触媒が不活性状態であるときに前記バーナーを燃焼状態に制御する請求項2に記載の排気浄化装置。   The exhaust emission control device according to claim 2, wherein the control unit controls the burner to a combustion state when the third selective reduction catalyst is in an inactive state. 前記バーナーは、前記第1添加弁と前記第1添加弁が添加した燃料を着火する着火部とを含み、
前記制御部は、前記酸化触媒および前記第1選択還元型触媒が活性状態であるときに、
前記第1添加弁が添加した燃料を燃焼させない添加状態に前記バーナーを制御する請求項1〜3のいずれか一項に記載の排気浄化装置。
The burner includes the first addition valve and an ignition part that ignites the fuel added by the first addition valve,
The control unit, when the oxidation catalyst and the first selective reduction catalyst are in an active state,
The exhaust emission control device according to any one of claims 1 to 3, wherein the burner is controlled to an addition state in which the fuel added by the first addition valve is not combusted.
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