WO2005033481A1 - エンジンの排気浄化装置 - Google Patents

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Kouji Masuda
Kiminobu Hirata
Nobuhiko Masaki
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Nissan Diesel Motor Co., Ltd.
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Definitions

  • the present invention relates to an exhaust gas purification device for reducing and removing nitrogen oxides (NOx) emitted from a diesel engine, a gasoline engine, or the like mounted on a moving vehicle by supplying a reducing agent to an exhaust gas upstream side of a reduction catalyst.
  • NOx nitrogen oxides
  • the present invention relates to an exhaust gas purification device for an engine that can detect precipitation and accumulation of components.
  • Some exhaust purification devices have been proposed as a system for purifying exhaust gas by removing NOx among particulate matter (PM) in exhaust gas discharged from an engine.
  • This exhaust gas purification device places a reducing catalyst in the exhaust system of the engine and injects and supplies a reducing agent into the exhaust passage upstream of the reducing catalyst to cause a catalytic reduction reaction between NOx and the reducing agent in the exhaust gas. It purifies NOx into harmless components.
  • the reducing agent is stored in a liquid state at room temperature in the storage tank, and the required amount is injected and supplied from the injection nozzle.
  • the reduction reaction uses ammonia having a good reactivity with N ⁇ x.
  • an aqueous urea solution, an aqueous ammonia solution, or another aqueous reducing agent solution that easily generates ammonia by hydrolysis is used (for example, see Patent Document 1 and Non-Patent Document 1).
  • Patent Document 1 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-27627
  • Non-Patent Document 1 "Catalyst” Vol.45 No.3 2003, The Catalysis Society of Japan, April 10, 2003, p. 227
  • urea Urea in water a urea aqueous solution as a reducing agent injected and supplied into the exhaust passage
  • urea Urea in water a urea aqueous solution as a reducing agent injected and supplied into the exhaust passage
  • the urea water is reduced by the amount of urea deposited, and the injection nozzle force is not effectively used for the catalytic reduction reaction due to the injection nozzle force.There is a possibility that NOx cannot be sufficiently reduced and removed. , The removal rate may decrease.
  • the present invention addresses such a problem and suppresses the deposition of the reducing agent in the exhaust passage even when the exhaust temperature from the engine is low, thereby improving the NOx removal rate. It is another object of the present invention to provide an exhaust gas purifying apparatus for an engine which can detect that components of a reducing agent precipitate and accumulate in the exhaust passage.
  • An exhaust gas purification device for an engine characterized in that a heating means for heating exhaust gas in an exhaust passage to a temperature equal to or higher than a melting point of a reducing agent solute is provided upstream of the injection nozzle.
  • the heating device provided on the upstream side of the injection nozzle that supplies the reducing agent to the exhaust gas upstream of the reduction catalyst in the exhaust passage of the exhaust system reduces the exhaust gas in the exhaust passage by the reducing agent. Heat to a temperature above the melting point of the solute. This suppresses the precipitation of the reducing agent solute.
  • an exhaust passage is provided in the vicinity of the exhaust nozzle upstream of the injection nozzle.
  • Temperature detecting means for detecting the temperature of the exhaust gas, and the operation of the heating means is controlled by a detection signal of the temperature detecting means.
  • the temperature of the exhaust gas in the exhaust passage is detected by the temperature detecting means provided near the upstream side of the exhaust of the injection nozzle, and the operation of the heating means is controlled by the detection signal.
  • the invention according to claim 3 is characterized in that the reducing agent is an aqueous urea solution.
  • the invention described in claim 4 is characterized in that the temperature of the exhaust gas heated by the heating means is 132 ° C or more.
  • the exhaust gas in the exhaust passage is heated to a temperature equal to or higher than the melting point of urea in the aqueous urea solution by the heating means.
  • the invention described in claim 5 is characterized in that the temperature of the exhaust gas heated by the heating means is 160 ° C or higher.
  • the heating unit heats the exhaust gas in the exhaust passage to a temperature equal to or higher than the melting point of urea in the aqueous urea solution, and also to a temperature at which the aqueous urea solution generates more ammonia.
  • the heating means is an electric heating carrier that is disposed over substantially the entire cross section of the exhaust passage, has a porous structure, and generates heat when energized. It is characterized. This allows the exhaust gas in the exhaust passage to pass over substantially the entire cross-section of the exhaust passage, thereby passing the exhaust gas in the exhaust passage over the entire cross-section of the exhaust passage. Heat to temperature.
  • an oxidation catalyst provided in the exhaust system of the engine for reducing nitrogen monoxide in the exhaust by an oxidation reaction, and an oxidation catalyst provided in the exhaust system A reducing catalyst for reducing and purifying nitrogen oxides in the air with a reducing agent; a reducing agent supply means having an injection nozzle for supplying the reducing agent to an exhaust upstream side of the reduction catalyst in an exhaust passage of the exhaust system; A first temperature difference detection device for detecting a temperature difference between an outer wall temperature of the exhaust passage and an exhaust gas temperature at a portion where the reducing agent supplied from the injection nozzle adheres.
  • a second temperature difference detecting means for detecting a temperature difference between an outer wall temperature of the exhaust passage and an exhaust temperature at a portion where the reducing agent does not adhere, and a temperature difference detected by the first temperature difference detecting means.
  • the temperature difference is the second temperature difference.
  • a first determination unit configured to determine that the component of the reducing agent has been accumulated in the exhaust passage when the temperature difference exceeds a temperature difference detected by the detection unit by a predetermined value or more.
  • the first temperature difference detecting means detects the temperature difference between the outer wall temperature of the exhaust passage and the exhaust gas temperature at the portion where the reducing agent supplied from the injection nozzle adheres, and The temperature difference between the outer wall temperature of the exhaust passage and the exhaust gas temperature at the portion where the reducing agent does not adhere is detected by the temperature difference detecting means, and detected by the first temperature difference detecting means by the first determining means.
  • the temperature difference becomes larger than the temperature difference detected by the second temperature difference detection means by a predetermined value or more, it is determined that the reducing agent component has been accumulated in the exhaust passage.
  • transient operation detection means for detecting that the engine is in a transient operation state
  • the first determination means detects that the engine is in a transient operation state. And determining whether or not the component of the reducing agent has been accumulated in the exhaust passage.
  • the transient operation detecting means detects that the engine is in the transient operation state, and the reducing agent is placed in the exhaust passage only when the first determination means detects that the engine is in the transient operation state. It is determined whether or not the components have been accumulated.
  • an alarm means for performing an alarm operation indicating that the component of the reducing agent is accumulated in the exhaust passage, and the component of the reducing agent is accumulated in the exhaust passage.
  • Alarm control means for controlling the operation of the alarm means when it is determined that the alarm has been performed. Accordingly, when the alarm control means determines that the component of the reducing agent has been accumulated in the exhaust passage, the alarm means is operated and controlled, and it is determined that the component of the reducing agent has been accumulated in the exhaust passage by the alarm means. The following alarm action is performed.
  • an oxidation catalyst provided in the exhaust system of the engine and configured to reduce nitrogen monoxide in exhaust gas by an oxidation reaction is provided in the exhaust system,
  • An exhaust gas purification apparatus for an engine comprising: A differential pressure detecting means for detecting a differential pressure between the inside of the exhaust passage on the exhaust upstream side and the inside of the exhaust passage on the exhaust downstream side, where the differential pressure detected by the differential pressure detecting means is equal to or higher than a predetermined pressure. And a second determination means for determining that the component of the reducing agent has been accumulated in the exhaust passage.
  • the differential pressure detecting means detects the differential pressure between the exhaust passage on the exhaust gas upstream side and the exhaust gas passage on the downstream side of the exhaust gas at the portion where the reducing agent adheres. Accordingly, when the differential pressure detected by the differential pressure detecting means becomes equal to or higher than a predetermined pressure, it is determined that the component of the reducing agent has been accumulated in the exhaust passage.
  • an alarm unit for performing an alarm operation indicating that the component of the reducing agent is accumulated in the exhaust passage, and the component of the reducing agent is accumulated in the exhaust passage.
  • Alarm control means for controlling the operation of the alarm means when it is determined that the alarm has been performed. Accordingly, when the alarm control means determines that the component of the reducing agent has been accumulated in the exhaust passage, the alarm means is operated and controlled, and it is determined that the component of the reducing agent has been accumulated in the exhaust passage by the alarm means. The following alarm action is performed.
  • the exhaust gas purifying apparatus of the first aspect even if the temperature of the exhaust gas from the engine is lower than the melting point of the reducing agent solute, the reduction agent solute is prevented from being deposited in the exhaust passage, and supplied from the injection nozzle.
  • the obtained reducing agent can be effectively used for the catalytic reduction reaction. Therefore, N ⁇ x in the exhaust gas can be purified into harmless components, and the N ⁇ x removal rate can be improved.
  • the temperature of the exhaust gas in the exhaust passage is detected, and the temperature is lower than the melting point of the reducing agent solution.
  • NOx in the exhaust gas is converted into a harmless component by using an aqueous urea solution that easily generates ammonia by hydrolysis without directly using ammonia as a reducing agent. And the NOx removal rate can be improved.
  • the temperature of exhaust gas from the engine is equal to the melting point of urea ( Even if the temperature is lower than 132 ° C), urea is prevented from being deposited in the exhaust passage, and the aqueous urea solution supplied from the injection nozzle can be effectively used for the catalytic reduction reaction. Therefore, the removal rate of N ⁇ x can be improved.
  • the exhaust gas in the exhaust passage can be quickly heated to a temperature equal to or higher than the melting point of the reducing agent solute. Therefore, it is possible to suppress the precipitation of the reducing agent solute and improve the N ⁇ x removal rate.
  • the temperature of the outer wall of the exhaust passage and the exhaust gas temperature at the portion where the reducing agent supplied from the injection nozzle into the exhaust passage upstream of the reduction catalyst is attached.
  • the temperature difference becomes larger than the temperature difference between the outer wall temperature of the exhaust passage and the exhaust gas temperature at a portion where the reducing agent does not adhere by a predetermined value or more, it is determined that the component of the reducing agent has been accumulated. This is because it is difficult for the exhaust heat to be transmitted to the outer wall in the portion where the components of the reducing agent are accumulated. This makes it possible to detect that the components of the reducing agent supplied from the injection nozzle have been accumulated in the exhaust passage.
  • the alarm means when it is determined that the component of the reducing agent is accumulated, the alarm means performs an alarm operation, so that the component of the reducing agent is accumulated in the exhaust passage. You can easily find out.
  • the pressure difference between the side and the inside of the exhaust passage becomes equal to or higher than a predetermined pressure, it is determined that the reducing agent component has accumulated in the exhaust passage. This is because the components of the reducing agent accumulate in the exhaust passage. If this occurs, the flow passage area in the exhaust passage decreases, the flow resistance increases, and the pressure difference before and after that increases. This makes it possible to detect that the components of the reducing agent supplied from the injection nozzle have been accumulated in the exhaust passage.
  • the alarm means when it is determined that the component of the reducing agent is accumulated, the alarm means performs an alarm operation, so that the component of the reducing agent is accumulated in the exhaust passage. You can easily find out.
  • FIG. 1 is a configuration diagram showing an exhaust gas purification device for an engine according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a main part configuration diagram for explaining an operation of the exhaust gas purification device.
  • FIG. 3 is a main part configuration diagram showing another embodiment of the exhaust gas purification device.
  • FIG. 4 is a configuration diagram showing an engine exhaust purification device according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a flowchart showing a control procedure in a controller of the exhaust gas purification device.
  • FIG. 6 is a configuration diagram showing another embodiment of the exhaust gas purification device.
  • Temperature sensor temperature detection means
  • FIG. 1 is a configuration diagram showing an exhaust gas purification device for an engine according to a first embodiment of the present invention.
  • This exhaust gas purification device is designed to reduce and remove N ⁇ x that is exhausted from diesel engines and gasoline engines mounted on mobile vehicles using a reducing agent.
  • the exhaust gas of the engine 1 using gasoline or light oil as fuel is discharged from the exhaust manifold 2 to the atmosphere via an exhaust pipe 3 as an exhaust passage. More specifically, the exhaust pipe 3 is provided with an oxidation catalyst 4 for nitric oxide (N ⁇ ), a reduction catalyst 5 for N ⁇ x, and an oxidation catalyst 6 for ammonia slip in this order from the exhaust upstream side.
  • N ⁇ nitric oxide
  • the oxidation catalyst 4 reduces N ⁇ in exhaust gas passing through the exhaust pipe 3 by an oxidation reaction.
  • the oxidation catalyst 4 is made of a material having excellent heat resistance and corrosion resistance, such as stainless steel, and a large muffler.
  • the inside of the catalyst shell having such a shape is filled with catalyst pellets formed by plating a surface of a porous member such as alumina with platinum.
  • the exhaust gas passing through the exhaust pipe 3 flows while contacting the catalyst pellets in the catalyst shell, so that N ⁇ in the exhaust gas undergoes an oxidation reaction (combustion) to become N ⁇ , and the downstream reduction catalyst In NO.5, the removal rate of NOx is improved.
  • hydrocarbons (HC) and carbon monoxide (CO) in the exhaust gas are also reduced by the oxidation reaction.
  • the NOx reduction catalyst 5 is for reducing and purifying NOx in exhaust gas passing through the exhaust pipe 3 with a reducing agent, and is made of, for example, ceramic cordierite or Fe_Cr—A1 heat-resistant steel.
  • a zeolite-based active component is supported on a monolith-type catalyst support having a two-cam cross section. Then, the active component carried on the catalyst carrier is activated by receiving the supply of the reducing agent, and effectively purifies N ⁇ x in the exhaust gas to a harmless substance.
  • An oxidation catalyst 6 for ammonia slip is disposed downstream of the NOx reduction catalyst 5.
  • An injection nozzle 7 is disposed inside the exhaust pipe 3 upstream of the NOx reduction catalyst 5, and the reducing agent is supplied from the reducing agent supply device 8 via the injection nozzle 7 under pressure.
  • the air is supplied to the exhaust pipe 3 together with the air.
  • the injection nozzle 7 protrudes in the exhaust pipe 3 at a substantially right angle to the exhaust flow direction A, but its tip portion extends toward the downstream side substantially in parallel with the exhaust flow direction A. It may be something.
  • the reducing agent stored in the storage tank 9 is supplied to the reducing agent supply device 8 through a supply pipe 10. Then, the injection nozzle 7 and the reducing agent supply device 8 constitute reducing agent supply means for supplying a reducing agent to the exhaust upstream side of the NOx reduction catalyst 5.
  • an aqueous urea solution (urine water) is used as the reducing agent injected and supplied by the injection nozzle 7.
  • an aqueous ammonia solution or the like may be used.
  • the urea water injected and supplied by the injection nozzle 7 is hydrolyzed by the exhaust heat in the exhaust pipe 3 to easily generate ammonia.
  • the obtained ammonia reacts with NOx in the exhaust gas in the NOx reduction catalyst 5, and is purified into water and harmless gas.
  • the urea water is an aqueous solution of solid or powdered urea, stored in a storage tank 9, and supplied to a reducing agent supply device 8 through a supply pipe 10.
  • an electric heating carrier 11 is provided on the exhaust upstream side of the injection nozzle 7.
  • the electric heating carrier 11 serves as a heating means for heating the exhaust gas in the exhaust pipe 3 to a temperature equal to or higher than the melting point of urea in urea water, and is made of a material having excellent heat resistance and corrosion resistance such as stainless steel and has a honeycomb shape. It has a porous structure having a transverse cross section, and generates heat when a current flows from a power supply 12 such as a battery.
  • the electric heating carrier 11 is disposed over substantially the entire cross section of the exhaust passage of the exhaust system, and can quickly heat the exhaust flowing from the exhaust manifold 2.
  • a temperature sensor 13 is provided in the vicinity of the injection nozzle 7 on the exhaust upstream side.
  • This temperature sensor 13 serves as temperature detecting means for detecting the exhaust gas temperature in the exhaust pipe 3.
  • the exhaust gas temperature near the exhaust gas upstream side of the injection nozzle 7 is detected. Then, the operation of the electric heating carrier 11 is controlled using the detection signal of the exhaust gas temperature detected by the temperature sensor 13.
  • the reducing agent supply device 8, the power supply 12, and the temperature sensor 13 are connected to a control circuit 14 composed of, for example, a CPU via signal lines 15a, 15b, and 15c, respectively. , Respectively. That is, in response to a control signal from the control circuit 14, the reducing agent supply device 8 is operated to inject and supply urea water from the injection nozzle 7 to the exhaust upstream side of the N ⁇ x reduction catalyst 5, and the exhaust from the temperature sensor 13.
  • the control circuit 14 turns on and off the power supply 12 according to the temperature detection signal, and energizes or cuts off the electric heating carrier 11 to heat the exhaust gas in the exhaust pipe 3 to a temperature equal to or higher than the melting point of urea.
  • the temperature of the exhaust gas in the exhaust pipe 3 heated by the heat generated by the electric heating carrier 11 is set to 132 ° C. or more, which is the melting point of urea.
  • the temperature of the exhaust gas from the engine 1 is lower than the melting point of urea, the exhaust gas near the exhaust gas upstream of the injection nozzle 7 is heated to 132 ° C or more, and urea precipitates on the inner wall surface of the exhaust pipe 3. Can be suppressed.
  • the temperature of the exhaust gas in the exhaust pipe 3 heated by the heat generated by the electric heating carrier 11 is set to 160 ° C. or higher.
  • the exhaust gas in the vicinity of the exhaust gas upstream of the injection nozzle 7 is heated to 160 ° C or more, and urea precipitates on the inner wall surface of the exhaust pipe 3. And a state in which the aqueous urea solution generates more ammonia.
  • the exhaust gas generated by the operation of the engine 1 passes through the exhaust manifold 2 via the exhaust pipe 3 and the oxidation catalyst 4 and the NOx reduction catalyst disposed in the exhaust pipe 3. 5. Further, it passes through the oxidation catalyst 6 for ammonia slip and is discharged into the atmosphere from the end discharge port of the exhaust pipe 3. At this time, urea water is injected from the injection nozzle 7 disposed on the exhaust upstream side of the N 5x reduction catalyst 5 inside the exhaust pipe 3.
  • Urea water is supplied from a storage tank 9 for urea water to a reducing agent supply device 8 via a supply pipe 10 to the injection nozzle 7, and the operation of the reducing agent supply device 8 causes urea water to be exhausted together with pressure air. It is injected and supplied during.
  • the temperature of the exhaust gas in the exhaust pipe 3 is detected by the temperature sensor 13 provided in the vicinity of the exhaust nozzle on the upstream side of the exhaust gas, and the detection signal is sent to the control circuit 14.
  • the control circuit 14 determines that the exhaust gas temperature detected by the temperature sensor 13 is, for example, lower than 132 ° C., it sends an ON signal to the power supply 12 and supplies a current to the electric heating carrier 11 to generate heat.
  • the exhaust gas flowing in the pipe 3 is heated.
  • the exhaust gas is controlled to be heated within a predetermined temperature range.
  • the operation of the electric heating carrier 11 is controlled by the control circuit 14 to heat the exhaust gas upstream of the injection nozzle 7 and maintain it at, for example, 132 ° C. or more, which is the melting point of urea.
  • the temperature sensor 13 is provided near the exhaust upstream side of the injection nozzle 7, the exhaust temperature near the exhaust upstream side of the injection nozzle 7 is maintained at 132 ° C. or more as a result. .
  • urea is prevented from depositing on the inner wall surface of the exhaust pipe 3, and the urea water supplied from the injection nozzle 7 is effectively used for the catalytic reduction reaction. Can be used. Therefore, it is possible to purify NOx in the exhaust gas into harmless components, and it is possible to improve the N ⁇ x removal rate.
  • control circuit 14 determines that the exhaust gas temperature detected by the temperature sensor 13 is lower than 160 ° C., for example, it sends an ON signal to the power supply 12, An electric current is supplied to the electric heating carrier 11 to generate heat, and the exhaust gas flowing through the exhaust pipe 3 is heated.
  • the control circuit 14 determines that the exhaust gas temperature detected by the temperature sensor 13 is lower than 160 ° C., for example, it sends an ON signal to the power supply 12, An electric current is supplied to the electric heating carrier 11 to generate heat, and the exhaust gas flowing through the exhaust pipe 3 is heated.
  • the exhaust gas is controlled to be heated within a predetermined temperature range.
  • the exhaust gas on the upstream side of the exhaust gas of the injection nozzle 7 is heated and maintained at, for example, 160 ° C. or higher.
  • the exhaust gas temperature near the exhaust upstream side of the injection nozzle 7 is maintained at 160 ° C. or higher.
  • urea is prevented from depositing on the inner wall surface of the exhaust pipe 3 and the aqueous urea solution generates more ammonia, so that NOx The reduction reaction is promoted, and the NOx removal rate can be improved.
  • FIG. 3 is a main part configuration diagram showing another example of the exhaust gas purification device according to the first embodiment.
  • the positions of the oxidation catalyst 4 and the electric heating carrier 11 are changed, and the electric heating carrier 11 is arranged on the exhaust gas upstream side of the oxidation catalyst 4.
  • Other configurations are completely the same as those of the embodiment of FIGS. 1 and 2, and the same effects can be obtained.
  • the electric heating carrier 11 having a porous structure is provided over substantially the entire cross section of the exhaust passage.
  • the present invention is not limited to this, and other devices can be used as long as the exhaust gas in the exhaust passage can be quickly heated to a temperature equal to or higher than the melting point of the reducing agent solute. You can.
  • a heater in which a heating wire such as a nichrome wire is stretched over substantially the entire cross section of the exhaust passage may be provided.
  • FIG. 4 is a configuration diagram showing an engine exhaust purification device according to a second embodiment of the present invention.
  • This exhaust gas purifying apparatus aims to improve the NOx removal rate by suppressing the reductant from depositing in the exhaust passage even when the exhaust gas temperature from the engine is low.
  • the exhaust gas purifying device has the same industrial application field and problem to be solved, and detects the deposition and accumulation of the reducing agent component in the exhaust passage.
  • the exhaust pipe 3 of the engine 1 includes an oxidation catalyst 4 for oxidizing nitrogen monoxide in the exhaust gas to nitrogen dioxide and a reduction catalyst 5 for reducing and purifying NOx in order from the upstream side of the exhaust gas. It is interposed.
  • An injection nozzle 7 for supplying urea water as a reducing agent toward the exhaust gas downstream from an injection hole 7a opened in the exhaust pipe 3 is provided on the exhaust gas upstream side of the NOx reduction catalyst 5. I have.
  • the injection nozzle 7 is connected to the reducing agent supply device 8 via a supply pipe 10.
  • the reducing agent supply device 8 is supplied with urea water and compressed air, and the urea water is injected into the exhaust pipe 3 from the injection nozzle 7 together with the compressed air. Further, a reducing agent supply controller 16 having a built-in computer is provided to control the flow rate of urea water supplied to the NOx reduction catalyst 5 according to the engine operating state. This reducing agent supply controller 9 Controls the reducing agent supply device 8 according to the engine operating state, that is, the engine rotation speed and the fuel injection amount, input via a CAN (Controller Area Network).
  • a CAN Controller Area Network
  • a first temperature sensor 17 for detecting the outer wall temperature T1 of the portion and a second temperature for detecting the exhaust temperature T2 are provided on the exhaust pipe 3 where the urea water supplied from the injection nozzle 7 adheres.
  • a temperature sensor 18 is provided.
  • a third temperature sensor 19 for detecting the outer wall temperature T3 of the exhaust pipe 3 and an exhaust temperature T4 are provided upstream of the injection nozzle 7 at a position where the urea water injected and supplied is not likely to adhere.
  • a fourth temperature sensor 20 for detecting is provided.
  • the temperature detection signals from the first temperature sensor 17 and the second temperature sensor 18 are input to a first subtractor 21, and are output from the third temperature sensor 19 and the fourth temperature sensor 20.
  • the temperature detection signal is input to the second subtractor 22.
  • the output signals from the first and second subtracters 21 and 22 are input, and the temperature difference detection signal detected by the first to fourth temperature sensors 17-20 is input.
  • a controller 24 for outputting an alarm activation signal to the alarm device 23 is provided.
  • the warning device 23 serves as a warning unit that warns that urea is accumulated in the exhaust pipe 3 by a display or a buzzer.
  • the controller 24 is supplied with power when a power switch such as a key switch is turned on, and starts control.
  • the control according to the illustrated flowchart is repeatedly performed at predetermined time intervals.
  • step 1 (referred to as S1 in the figure, hereinafter the same), the outer wall temperature Tl, # 3 and the exhaust temperature # 2, # 4 are input from the 14th temperature sensor 17-20.
  • step 2 the outer wall temperature T1 is subtracted from the exhaust gas temperature ⁇ 2 by the first subtractor 21 to obtain a temperature difference ATd. Note that the processing in Steps 1 and 2 using the first temperature sensor 17 and the second temperature sensor 18 corresponds to the first temperature difference detecting means.
  • step 3 the outer wall temperature T3 is subtracted from the exhaust temperature T4 by the second subtractor 22, and the temperature difference ⁇ is obtained. Note that the processing in steps 1 and 3 using the third temperature sensor 19 and the fourth temperature sensor 20 corresponds to the second temperature difference detecting means.
  • step 4 it is determined whether the temperature difference obtained by subtracting the temperature difference ATd from the temperature difference ⁇ ⁇ ⁇ is equal to or greater than a predetermined value Ta. If the value is equal to or greater than the predetermined value Ta, proceed to Step 5. No. If the value is less than the predetermined value Ta, the process proceeds to Step 6.
  • the predetermined value Ta may be set to a value obtained by previously confirming a difference between the temperature difference ⁇ Td and the temperature difference ⁇ Tu when urea is accumulated in the exhaust pipe 3, and setting the value. Note that the processing in step 4 corresponds to the first determination means.
  • Step 5 an alarm activation signal is output to the alarm device 23. Then go to END. Step 5 corresponds to the alarm control means.
  • step 6 the output of the alarm activation signal is stopped. Then go to END.
  • the exhaust gas of the engine 1 passes through the exhaust pipe 3 and is guided to the NOx reduction catalyst 5.
  • the reducing agent supply controller 16 controls the operation of the reducing agent supply device 8 based on the rotation speed of the engine 1 and the fuel injection amount, so that an amount of urea water appropriate for the engine operating state is generated together with the compressed air.
  • the fuel is injected from the injection nozzle 7 into the exhaust pipe 3 on the exhaust gas upstream side of the NOx reduction catalyst 5.
  • the injected urea water is hydrolyzed by the exhaust heat and the water vapor in the exhaust gas to produce ammonia and flows into the NOx reduction catalyst 5 together with the exhaust gas while producing ammonia.
  • the ammonia reacts with NOx in the exhaust gas, whereby the NOx in the exhaust gas is purified into water and harmless gas. Since the oxidation catalyst 4 is provided on the exhaust gas upstream side of the NOx reduction catalyst 5, the proportion of nitrogen monoxide in the NOx in the exhaust gas introduced into the reduction catalyst 5 decreases and the proportion of nitrogen dioxide increases. Become. Thereby, the purification efficiency of NOx in the NOx reduction catalyst 5 is improved.
  • the controller 24 determines that urea has been accumulated, and outputs an alarm activation signal to the alarm device 23.
  • the alarm device 23 performs an alarm operation, so that it is possible to know that urea has been accumulated.
  • the controller 24 may determine whether or not urea is accumulated in the exhaust pipe 3 only when the engine 1 is in the transient operation state. Whether or not the engine 1 is in the transient operation state may be determined by, for example, inputting the engine rotation speed and the fuel injection amount to the controller 24 (transient operation detection means).
  • the temperature difference ATd between the outer wall temperature T1 and the exhaust temperature T2 of the exhaust pipe 3 is represented by ATd.
  • the temperature difference ⁇ between the outer wall temperature T3 of the exhaust pipe 3 and the exhaust temperature T4 in the portion where the air is not accumulated is larger. Therefore, when there is a difference of a predetermined value or more between the temperature difference A Td at the portion where urea is accumulated and the temperature difference ⁇ at the portion where urea is not accumulated, it is determined that urea is accumulated on the inner wall 3b of the exhaust pipe 3. it can.
  • FIG. 6 is a configuration diagram showing another example of the exhaust gas purification device according to the second embodiment.
  • a differential pressure detecting means for detecting a differential pressure between the inside of the exhaust pipe 3 on the exhaust upstream side and the inside of the exhaust pipe 3 on the downstream side of the exhaust at the portion where the reducing agent adheres, and a differential pressure detected by the differential pressure detecting means.
  • a second determination means is provided for determining that the component of the reducing agent has been accumulated in the exhaust pipe 3 when the pressure becomes equal to or higher than a predetermined pressure. This is because when urea accumulates in the exhaust pipe 3, the flow area in the exhaust pipe 3 at that location decreases and the flow resistance increases. This is because the difference increases.
  • a first pressure sensor 25 is provided upstream of the injection nozzle 7 in the exhaust pipe 3 on the exhaust side, and a second pressure sensor 26 is provided on the exhaust downstream side of the injection nozzle 7.
  • a differential pressure gauge 27 for inputting detection signals from these pressure sensors 25 and 26, the exhaust pipe 3 upstream of the injection nozzle 7 and the N ⁇ x reduction catalyst 5 A pressure difference between the exhaust pipe 3 and the exhaust pipe 3 on the downstream side of the exhaust gas is detected.
  • the controller 24 may determine that urea is accumulated in the exhaust pipe 3 when the pressure difference becomes equal to or more than the predetermined value Pa.
  • the reducing agent such as carbon deposited in the exhaust pipe 3 is similarly used. Can be detected.

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Abstract

　エンジンからの排気温度が低くても還元剤の成分（還元剤溶質）が排気通路内に析出するのを抑制してＮＯｘの除去率を向上する。 　排気管３内にて還元剤をＮＯｘの還元触媒５の排気上流側に供給する噴射ノズル７の上流側に設けられた電熱担体１１により、排気管３内の排気を還元剤溶質の融点以上の温度まで加熱する。これにより、エンジン１からの排気温度が還元剤溶質の融点より低くても還元剤溶質が排気管３の内壁面に析出するのを抑制して、噴射ノズル７から供給された還元剤を触媒還元反応に有効に使うことができる。このことから、排気中のＮＯｘを無害成分に浄化処理することができ、ＮＯｘの除去率を向上することができる。                                                                                 

Description

明 細 書
エンジンの排気浄化装置
技術分野
[0001] 本発明は、移動車両搭載のディーゼルエンジン、ガソリンエンジン等から排出され る窒素酸化物 (NOx)を、還元剤を還元触媒の排気上流側に供給して還元除去する 排気浄化装置に関し、特に、エンジンからの排気温度が低くても還元剤の成分 (還元 剤溶質）が排気通路内に析出するのを抑制して NOxの除去率を向上し、また、上記 排気通路内で還元剤の成分が析出して蓄積するのを検出できるエンジンの排気浄 化装置に係るものである。
背景技術
[0002] エンジンから排出される排気中の微粒子物質（PM)のうち、特に NOxを除去して排 気を浄化するシステムとして、レ、くつかの排気浄化装置が提案されている。この排気 浄化装置は、エンジンの排気系に還元触媒を置き、該還元触媒の上流側の排気通 路に還元剤を噴射供給することにより、排気中の NOxと還元剤とを触媒還元反応さ せ、 NOxを無害成分に浄化処理するものである。還元剤は貯蔵タンクに常温で液体 状態に貯蔵され、必要量を噴射ノズルから噴射供給する。還元反応は、 N〇xとの反 応性の良いアンモニアを用いるもので、還元剤としては、加水分解してアンモニアを 容易に発生する尿素水溶液、アンモニア水溶液、その他の還元剤水溶液が用いら れる（例えば、特許文献 1及び非特許文献 1参照）。
特許文献 1：特開 2000 - 27627号公報
非特許文献 1 :「触媒」 Vol.45 No.3 2003、触媒学会、 2003年 4月 10日発行、第 227 頁
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0003] しかし、上記従来の排気浄化装置においては、エンジンからの排気温度が例えば 1 32°Cより低い場合は、排気通路内に噴射供給された還元剤としての尿素水溶液 (以 下、「尿素水」という）中の尿素が排気管の内壁面に析出して付着する虞がある。これ は、尿素水は 100°C近傍で凝結し、尿素の融点は 132°Cであるので、エンジンから 排出される排気の温度が、尿素水が凝結する 100°C以上にはなるが尿素の融点で ある 132°C未満の温度領域では、尿素が析出したままの状態となるからである。この ような場合、尿素析出量の分だけ尿素水が低減して噴射ノズル力 噴射供給された 尿素水が触媒還元反応に有効に使われず、 NOxを十分に還元除去することができ ない虞があり、除去率が低下する場合がある。
[0004] また、上記還元触媒の排気上流側に噴射供給された尿素水から水分のみが蒸発 して尿素が析出し、噴射ノズルの近傍の排気管内に蓄積すると、排気管内での排気 の流通を妨げてしまうので、排気圧力が上昇したり、燃費が低下したりしてしまう虞が あった。また、還元剤として、軽油、ガソリンまたはアルコール等が用いられる場合で も同様に、排気管内にカーボン等の成分が析出し、蓄積されてしまう虞があった。
[0005] そこで、本発明は、このような問題点に対処し、エンジンからの排気温度が低くても 還元剤が排気通路内に析出するのを抑制して NOxの除去率を向上し、また、上記 排気通路内で還元剤の成分が析出して蓄積するのを検出できるエンジンの排気浄 化装置を提供することを目的とする。
課題を解決するための手段
[0006] 請求項 1に記載の排気浄化装置では、エンジンの排気系に配設され、排気中の一 酸化窒素を酸化反応により低減する酸化触媒と、前記排気系に配設され、排気中の 窒素酸化物を還元剤により還元浄化する還元触媒と、前記排気系の排気通路内に て前記還元剤を前記還元触媒の排気上流側に供給する噴射ノズルを有する還元剤 供給手段と、を備えたエンジンの排気浄化装置であって、前記噴射ノズルの排気上 流側に、排気通路内の排気を還元剤溶質の融点以上の温度まで加熱する加熱手段 を設けたことを特徴とする。
[0007] このような構成により、排気系の排気通路内にて還元剤を還元触媒の排気上流側 に供給する噴射ノズノレの上流側に設けられた加熱手段により、排気通路内の排気を 還元剤溶質の融点以上の温度まで加熱する。これにより、還元剤溶質が析出するの を抑制する。
[0008] 請求項 2に記載の発明では、前記噴射ノズルの排気上流側の近傍に、排気通路内 の排気温度を検出する温度検出手段を設け、この温度検出手段の検出信号により 前記加熱手段の動作を制御することを特徴とする。これにより、噴射ノズルの排気上 流側の近傍に設けられた温度検出手段で、排気通路内の排気温度を検出し、その 検出信号により加熱手段の動作を制御する。
[0009] 請求項 3に記載の発明では、前記還元剤は、尿素水溶液であることを特徴とする。
これにより、加水分解してアンモニアを容易に発生する尿素水溶液を還元剤として、 排気中の窒素酸化物を還元浄化する。
[0010] 請求項 4に記載の発明では、前記加熱手段により加熱する排気の温度は、 132°C 以上であることを特徴とする。これにより、加熱手段で排気通路内の排気を、尿素水 溶液中の尿素の融点以上の温度まで加熱する。
[0011] 請求項 5に記載の発明では、前記加熱手段により加熱する排気の温度は、 160°C 以上であることを特徴とする。これにより、加熱手段で排気通路内の排気を、尿素水 溶液中の尿素の融点以上の温度まで加熱すると共に、尿素水溶液がアンモニアをよ り多く生成する温度まで加熱する。
[0012] 請求項 6に記載の発明では、前記加熱手段は、前記排気通路の横断面の略全域 にわたつて配設され、多孔性構造を有し通電することにより発熱する電熱担体である ことを特徴とする。これにより、排気通路の横断面の略全域にわたって配設された多 孔性構造の電熱担体に通電することで、排気通路内の排気を通路断面の略全域に わたって還元剤溶質の融点以上の温度まで加熱する。
[0013] また、請求項 7に記載の排気浄化装置では、エンジンの排気系に配設され、排気 中の一酸化窒素を酸化反応により低減する酸化触媒と、前記排気系に配設され、排 気中の窒素酸化物を還元剤により還元浄化する還元触媒と、前記排気系の排気通 路内にて前記還元剤を前記還元触媒の排気上流側に供給する噴射ノズルを有する 還元剤供給手段と、を備えたエンジンの排気浄化装置であって、前記噴射ノズルか ら供給された還元剤が付着する部位における前記排気通路の外壁温度と排気温度 との温度差を検出する第 1の温度差検出手段と、前記還元剤が付着しない部位にお ける前記排気通路の外壁温度と排気温度との温度差を検出する第 2の温度差検出 手段と、前記第 1の温度差検出手段により検出された温度差が、前記第 2の温度差 検出手段により検出された温度差より所定値以上大きくなつたときに、前記排気通路 内に前記還元剤の成分が蓄積されたと判定する第 1の判定手段と、を含んで構成さ れることを特徴とする。
[0014] このような構成により、第 1の温度差検出手段で前記噴射ノズルから供給された還 元剤が付着する部位における排気通路の外壁温度と排気温度との温度差を検出し 、第 2の温度差検出手段により前記還元剤が付着しない部位における排気通路の外 壁温度と排気温度との温度差を検出して、第 1の判定手段で前記第 1の温度差検出 手段により検出された温度差が、前記第 2の温度差検出手段により検出された温度 差より所定値以上大きくなつたときに、前記排気通路内に還元剤の成分が蓄積され たと判定する。
[0015] 請求項 8に記載の発明では、前記エンジンが過渡運転状態であることを検出する 過渡運転検出手段を備え、前記第 1の判定手段は、前記エンジンが過渡運転状態 であると検出されたときのみ、前記排気通路内に前記還元剤の成分が蓄積されたか 否力を判定することを特徴とする。これにより、過渡運転検出手段でエンジンが過渡 運転状態であることを検出し、前記第 1の判定手段により、前記エンジンが過渡運転 状態であると検出されたときのみ、前記排気通路内に還元剤の成分が蓄積されたか 否かを判定する。
[0016] 請求項 9に記載の発明では、前記排気通路内に前記還元剤の成分が蓄積された ことを示す警報作動を行う警報手段と、前記排気通路内に前記還元剤の成分が蓄 積されたと判定されたときに前記警報手段を作動制御する警報制御手段と、を備え たことを特徴とする。これにより、警報制御手段で前記排気通路内に還元剤の成分が 蓄積されたと判定されたときに警報手段を作動制御し、該警報手段で排気通路内に 還元剤の成分が蓄積されたことを示す警報作動を行う。
[0017] さらに、請求項 10に記載の排気浄化装置では、エンジンの排気系に配設され、排 気中の一酸化窒素を酸化反応により低減する酸化触媒と、前記排気系に配設され、 排気中の窒素酸化物を還元剤により還元浄化する還元触媒と、前記排気系の排気 通路内にて前記還元剤を前記還元触媒の排気上流側に供給する噴射ノズルを有す る還元剤供給手段と、を備えたエンジンの排気浄化装置であって、前記還元剤が付 着する部位の排気上流側の前記排気通路内と排気下流側の前記排気通路内との 差圧を検出する差圧検出手段と、前記差圧検出手段により検出された前記差圧が 所定圧以上となったときに、前記排気通路内に前記還元剤の成分が蓄積されたと判 定する第 2の判定手段と、を含んで構成されることを特徴とする。
[0018] このような構成により、差圧検出手段で前記還元剤が付着する部位の排気上流側 の排気通路内と排気下流側の排気通路内との差圧を検出し、第 2の判定手段により 前記差圧検出手段により検出された前記差圧が所定圧以上となったときに、前記排 気通路内に還元剤の成分が蓄積されたと判定する。
[0019] 請求項 11に記載の発明では、前記排気通路内に前記還元剤の成分が蓄積された ことを示す警報作動を行う警報手段と、前記排気通路内に前記還元剤の成分が蓄 積されたと判定されたときに前記警報手段を作動制御する警報制御手段と、を備え たことを特徴とする。これにより、警報制御手段で前記排気通路内に還元剤の成分が 蓄積されたと判定されたときに警報手段を作動制御し、該警報手段で排気通路内に 還元剤の成分が蓄積されたことを示す警報作動を行う。
発明の効果
[0020] 請求項 1に係る排気浄化装置によれば、エンジンからの排気温度が還元剤溶質の 融点より低くても還元剤溶質が排気通路内に析出するのを抑制して、噴射ノズルから 供給された還元剤を触媒還元反応に有効に使うことができる。したがって、排気中の N〇xを無害成分に浄化処理することができ、 N〇xの除去率を向上することができる
[0021] また、請求項 2に係る発明によれば、排気通路内の排気温度を検出し、還元剤溶 質の融点より低レ、場合は加熱手段を動作させて、噴射ノズルの排気上流側の近傍の 排気をその還元剤溶質の融点以上の温度まで加熱することができる。したがって、還 元剤溶質が析出するのを抑制して、 NOxの除去率を向上することができる。
[0022] さらに、請求項 3に係る発明によれば、還元剤としてアンモニアを直接使用すること なぐ加水分解してアンモニアを容易に発生する尿素水溶液を使用することで、排気 中の NOxを無害成分に浄化処理して、 NOxの除去率を向上することができる。
[0023] さらにまた、請求項 4に係る発明によれば、エンジンからの排気温度が尿素の融点（ 132°C)より低くても尿素が排気通路内に析出するのを抑制して、噴射ノズルから供 給された尿素水溶液を触媒還元反応に有効に使うことができる。したがって、 N〇xの 除去率を向上することができる。
[0024] また、請求項 5に係る発明によれば、エンジンからの排気温度が 160°Cより低くても 、尿素が排気通路内に析出するのを抑制すると共に、尿素水溶液がアンモニアをよ り多く生成する状態となり、 NOxの還元反応が促進され、 NOxの除去率を向上する こと力 Sできる。
[0025] さらに、請求項 6に係る発明によれば、排気通路内の排気を還元剤溶質の融点以 上の温度まで速やかに加熱することができる。したがって、還元剤溶質が析出するの を抑制して、 N〇xの除去率を向上することができる。
[0026] 請求項 7に係る排気浄化装置によれば、噴射ノズルから還元触媒の排気上流側の 排気通路内に供給された還元剤が付着する部位における排気通路の外壁温度と排 気温度との温度差が、還元剤が付着しない部位における排気通路の外壁温度と排 気温度との温度差より所定値以上大きくなつたときには、還元剤の成分が蓄積された と判定される。これは、還元剤の成分が蓄積された部分においては、外壁に排気熱 が伝達し難くなるためである。これにより、噴射ノズルから供給された還元剤の成分が 排気通路内に蓄積されたことを検出することができる。
[0027] また、請求項 8に係る発明によれば、エンジンが過渡運転状態であるときのみ排気 通路内に還元剤の成分が蓄積されたか否かが判定されるので、排気通路の外壁温 度と排気温度とが熱平衡状態にある定常運転時に、ノイズ等によって、還元剤の成 分が蓄積されたと誤検出されることを防止できる。
[0028] さらに、請求項 9に係る発明によれば、還元剤の成分が蓄積されたと判定されたとき に、警報手段が警報作動を行うので、排気通路内に還元剤の成分が蓄積されたこと を容易に知ることができる。
[0029] 請求項 10に係る排気浄化装置によれば、噴射ノズルから還元触媒の排気上流側 の排気通路内に供給された還元剤が付着する部位の排気上流側の排気通路内と排 気下流側の排気通路内との差圧が所定圧以上となったときには、排気通路内に還元 剤の成分が蓄積されたと判定される。これは、排気通路内に還元剤の成分が蓄積さ れると、排気通路内の流路面積が減少して流通抵抗が増加し、その前後の圧力差が 増大するためである。これにより、噴射ノズルから供給された還元剤の成分が排気通 路内に蓄積されたことを検出することができる。
[0030] また、請求項 11に係る発明によれば、還元剤の成分が蓄積されたと判定されたとき に、警報手段が警報作動を行うので、排気通路内に還元剤の成分が蓄積されたこと を容易に知ることができる。
図面の簡単な説明
[0031] [図 1]本発明の第 1の実施形態によるエンジンの排気浄化装置を示す構成図である。
[図 2]上記排気浄化装置の動作を説明するための要部構成図である。
[図 3]上記排気浄化装置の他の実施例を示す要部構成図である。
[図 4]本発明の第 2の実施形態によるエンジンの排気浄化装置を示す構成図である。
[図 5]上記排気浄化装置のコントローラにおける制御手順を示すフローチャートであ る。
[図 6]上記排気浄化装置の他の実施例を示す構成図である。
符号の説明
[0032] 1…エンジン
3…排気管
4…酸化触媒
5— NOxの還元触媒
6…アンモニアスリップ用酸化触媒
7…噴射ノズル
8…還元剤供給装置
9…貯蔵タンク
10…供給配管
11…電熱担体
13…温度センサ（温度検出手段）
14…制御回路
17…第 1の温度センサ 18· ' ' ·第 2の温度センサ
19· ' ' ·第 3の温度センサ
20· · ' ·第 4の温度センサ
23- ·警報装置
24- · ' -コントローラ
25- · ' -第 1の圧力センサ
26- · ' -第 2の圧力センサ
27- · ' -差圧計
発明を実施するための最良の形態
[0033] 以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。
図 1は本発明の第 1の実施形態によるエンジンの排気浄化装置を示す構成図であ る。この排気浄化装置は、移動車両搭載のディーゼルエンジン、ガソリンエンジン等 力 排出される N〇xを、還元剤を用いて還元除去するものである。ガソリンあるいは 軽油を燃料とするエンジン 1の排気は、排気マニフォ-ルド 2から排気通路としての排 気管 3を経由して大気中に排出される。詳細には、上記排気管 3には排気上流側か ら順に、一酸化窒素（N〇）の酸化触媒 4、 N〇xの還元触媒 5、アンモニアスリップ用 酸化触媒 6が配設され、その前後に温度センサ、 N〇xセンサ等が配設されて排気系 が構成される力 細部の構成は図示していない。
[0034] 上記酸化触媒 4は、排気管 3内を通る排気中の N〇等を酸化反応により低減するも ので、例えばステンレス鋼等の耐熱性、耐食性に優れた材料力、ら成り大型マフラのよ うな形状の触媒シェルの内部に、アルミナ等の多孔性部材の表面に白金メッキを施し た触媒ペレットが充填されている。そして、上記排気管 3内を通る排気が上記触媒シ エル内の触媒ペレットと接触しながら流れることにより、排気中の N〇が酸化反応 (燃 焼）して N〇となり、下流側の還元触媒 5における NOxの除去率を向上するようにな つている。なお、上記 NOの酸化反応と同時に、排気中の炭化水素（HC)、一酸化炭 素（CO)等も酸化反応により低減されることとなる。
[0035] 上記 NOxの還元触媒 5は、排気管 3内を通る排気中の NOxを還元剤により還元浄 化するもので、例えばセラミックのコーディライトや Fe_Cr— A1系の耐熱鋼から成るハ 二カム形状の横断面を有するモノリスタイプの触媒担体に、ゼォライト系の活性成分 が担持されている。そして、上記触媒担体に担持された活性成分は、還元剤の供給 を受けて活性化し、排気中の N〇xを効果的に無害物質に浄化させる。なお、上記 N Oxの還元触媒 5の後段には、アンモニアスリップ用酸化触媒 6が配設されている。
[0036] 上記排気管 3の内部にて NOxの還元触媒 5の上流側には、噴射ノズル 7が配設さ れており、還元剤供給装置 8から該噴射ノズル 7を介して還元剤が圧力エアと共に排 気管 3内に噴射供給されるようになっている。ここで、噴射ノズル 7は、排気管 3内にて 排気の流れ方向 Aと略直角に突き出ているものとしたが、その先端部が排気の流れ 方向 Aと略平行に下流側に向けて延びるものとしてもよい。また、還元剤供給装置 8 には、貯蔵タンク 9内に貯留された還元剤が供給配管 10を通じて供給される。そして 、上記噴射ノズル 7と還元剤供給装置 8とで、還元剤を NOxの還元触媒 5の排気上 流側に供給する還元剤供給手段を構成してレ、る。
[0037] この実施形態では、上記噴射ノズル 7で噴射供給する還元剤として尿素水溶液 (尿 素水）を用いる。他にアンモニア水溶液等を用いてもよい。そして、噴射ノズル 7で噴 射供給された尿素水は、排気管 3内の排気熱により加水分解してアンモニアを容易 に発生する。得られたアンモニアは、 NOxの還元触媒 5において排気中の NOxと反 応し、水及び無害なガスに浄化される。尿素水は、固体もしくは粉体の尿素の水溶液 で、貯蔵タンク 9に貯留されており、供給配管 10を通じて還元剤供給装置 8に供給さ れるようになっている。
[0038] ここで、本発明においては、上記噴射ノズル 7の排気上流側に、電熱担体 11が設 けられている。この電熱担体 11は、排気管 3内の排気を尿素水中の尿素の融点以上 の温度まで加熱する加熱手段となるもので、例えばステンレス鋼等の耐熱性、耐食 性に優れた材料でハニカム形状の横断面を有する多孔性構造とされ、バッテリー等 の電源 12から電流を流すことにより発熱するようになっている。そして、上記電熱担 体 11は、排気系の排気通路の横断面の略全域にわたって配設されており、排気マ ニフォ一ルド 2から流れてきた排気を速やかに加熱することができる。
[0039] また、上記噴射ノズル 7の排気上流側の近傍には、温度センサ 13が設けられてい る。この温度センサ 13は、排気管 3内の排気温度を検出する温度検出手段となるも のであり、この実施形態では上記噴射ノズル 7の排気上流側近傍の排気温度を検出 するようになつている。そして、温度センサ 13で検出した排気温度の検出信号を用い て上記電熱担体 11の動作を制御する。
[0040] そして、上記還元剤供給装置 8と電源 12と温度センサ 13は、例えば CPUから成る 制御回路 14に、それぞれ信号線 15a， 15b, 15cで接続されており、この制御回路 1 4の制御によりそれぞれ動作するようになっている。すなわち、制御回路 14からの制 御信号により、還元剤供給装置 8を動作して噴射ノズル 7から尿素水を N〇xの還元 触媒 5の排気上流側に噴射供給し、温度センサ 13からの排気温度の検出信号により 制御回路 14が電源 12をオン、オフし、電熱担体 11に通電又は遮断して排気管 3内 の排気を尿素の融点以上の温度まで加熱するようになっている。
[0041] 具体的には、上記電熱担体 11の発熱により加熱する排気管 3内の排気の温度は、 尿素の融点である 132°C以上とされる。これにより、エンジン 1からの排気温度が尿素 の融点より低くても、噴射ノズル 7の排気上流側の近傍の排気を 132°C以上に加熱し て、尿素が排気管 3の内壁面に析出するのを抑制することができる。
[0042] また、上記電熱担体 11の発熱により加熱する排気管 3内の排気の温度は、 160°C 以上とされる。これにより、エンジン 1からの排気温度が 160°Cより低くても、噴射ノズ ノレ 7の排気上流側の近傍の排気を 160°C以上に加熱して、尿素が排気管 3の内壁 面に析出するのを抑制すると共に、尿素水溶液がアンモニアをより多く生成する状態 とすることができる。
[0043] 次に、このように構成された第 1の実施形態による排気浄化装置の動作について、 図 2を参照して説明する。まず、図 1において、エンジン 1の運転による排気は、排気 マニフォ一ルド 2から排気管 3を経由して、該排気管 3内の途中に配設された酸化触 媒 4、及び NOxの還元触媒 5、更にアンモニアスリップ用酸化触媒 6を通り、排気管 3 の端部排出口から大気中に排出される。このとき、上記排気管 3の内部にて N〇xの 還元触媒 5の排気上流側に配設された噴射ノズル 7から尿素水が噴射される。この噴 射ノズル 7には、尿素水の貯蔵タンク 9から供給配管 10を介して尿素水が還元剤供 給装置 8に供給され、この還元剤供給装置 8の動作により圧力エアと共に尿素水が 排気中に噴射供給される。 [0044] この状態で、上記噴射ノズル 7の排気上流側の近傍に設けられた温度センサ 13に より、排気管 3内の排気温度を検出して、その検出信号を制御回路 14へ送る。この 制御回路 14は、温度センサ 13で検出した排気温度が例えば 132°C未満であると判 断すると、電源 12に対してオン信号を送り、電熱担体 11に電流を供給して発熱させ 、排気管 3内を流れる排気を加熱する。この電熱担体 11に対する通電をオン、オフ 制御することによって、排気を所定の温度範囲内に加熱制御する。
[0045] このようにして、制御回路 14により電熱担体 11の動作を制御して、上記噴射ノズノレ 7の排気上流側の排気を加熱し、例えば尿素の融点である 132°C以上に維持する。 このとき、上記温度センサ 13は噴射ノズル 7の排気上流側の近傍に設けられている ので、結果的に、該噴射ノズル 7の排気上流側近傍の排気温度が 132°C以上に維 持される。これにより、エンジン 1からの排気温度が尿素の融点より低くても尿素が排 気管 3の内壁面に析出するのを抑制して、噴射ノズル 7から供給された尿素水を触媒 還元反応に有効に使うことができる。したがって、排気中の NOxを無害成分に浄化 処理することができ、 N〇xの除去率を向上することができる。
[0046] また、他の温度制御の例としては、上記制御回路 14は、温度センサ 13で検出した 排気温度が例えば 160°C未満であると判断すると、電源 12に対してオン信号を送り 、電熱担体 11に電流を供給して発熱させ、排気管 3内を流れる排気を加熱する。こ の電熱担体 11に対する通電をオン、オフ制御することによって、排気を所定の温度 範囲内に加熱制御する。
[0047] そして、上述と同様にして、制御回路 14の制御により、上記噴射ノズル 7の排気上 流側の排気を加熱し、例えば 160°C以上に維持する。このとき、結果的に、上記噴射 ノズル 7の排気上流側近傍の排気温度が 160°C以上に維持される。これにより、ェン ジン 1からの排気温度が 160°Cより低くても、尿素が排気管 3の内壁面に析出するの を抑制すると共に、尿素水溶液がアンモニアをより多く生成する状態となり、 NOxの 還元反応が促進され、 NOxの除去率を向上することができる。
[0048] 次に、エンジン 1の運転停止により、噴射ノズル 7からの尿素水の噴射を終了するに は、還元剤供給装置 8の動作により、まず貯蔵タンク 9からの尿素水の供給を遮断し 、その後しばらくは噴射ノズル 7に圧力エアだけを供給する。これにより、噴射ノズノレ 7 のノズル本体及び噴射孔から尿素水を追い出して、尿素水の噴射を終了する。
[0049] 図 3は、第 1の実施形態による排気浄化装置の他の実施例を示す要部構成図であ る。この実施例は、排気系の構成において、酸化触媒 4と電熱担体 11との配設位置 を入れ替えて、酸化触媒 4の排気上流側に電熱担体 11を配設したものである。その 他の構成は、図 1及び図 2の実施形態と全く同様であり、同様の効果を得ることがで きる。
[0050] なお、以上の説明では、排気通路内の排気を還元剤溶質の融点以上の温度まで 加熱する加熱手段として、多孔性構造の電熱担体 11を排気通路の横断面の略全域 にわたつて配設したものとしたが、本発明はこれに限られず、排気通路内の排気を還 元剤溶質の融点以上の温度まで速やかに加熱することができるものであるならば、他 の装置であってもよレ、。例えば、ニクロム線等の電熱線を排気通路の横断面の略全 域にわたって張り回したヒーターを設けてもよい。
[0051] 図 4は、本発明の第 2の実施形態によるエンジンの排気浄化装置を示す構成図で ある。この排気浄化装置は、エンジンからの排気温度が低くても還元剤が排気通路 内に析出するのを抑制して NOxの除去率を向上しょうとする図 1に示す第 1の実施 形態によるエンジンの排気浄化装置と産業上の利用分野及び解決しょうとする課題 が同一であり、上記排気通路内で還元剤の成分が析出して蓄積するのを検出するも のである。
[0052] 図 4において、エンジン 1の排気管 3には、排気上流側より順番に、排気中の一酸 化窒素を二酸化窒素に酸化する酸化触媒 4及び NOxを還元浄化する還元触媒 5が 夫々介装されている。また、上記 NOxの還元触媒 5の排気上流側には、排気管 3内 に開口した噴孔 7aから還元剤としての尿素水を排気下流側に向けて供給する噴射ノ ズル 7が配設されている。
[0053] 噴射ノズル 7は、供給配管 10を介して還元剤供給装置 8に連通接続されている。
還元剤供給装置 8には、尿素水及び圧縮空気が供給され、尿素水が圧縮空気とと もに噴射ノズル 7から排気管 3内に噴射供給される。また、エンジン運転状態に応じ て、 NOxの還元触媒 5に供給する尿素水の流量を制御するために、コンピュータを 内蔵した還元剤供給コントローラ 16が備えられている。この還元剤供給コントローラ 9 は、 CAN (Controller Area Network)を介して入力されたエンジン運転状態即ちェン ジン回転速度及び燃料噴射量に応じて還元剤供給装置 8を制御する。
[0054] 噴射ノズル 7から供給された尿素水が付着する部位の排気管 3には、その部位の外 壁温度 T1を検出する第 1の温度センサ 17と、排気温度 T2を検出する第 2の温度セ ンサ 18とが設けられている。また、噴射ノズル 7の排気上流であって噴射供給された 尿素水が付着する虞がない部位には、排気管 3の外壁温度 T3を検出する第 3の温 度センサ 19と、排気温度 T4を検出する第 4の温度センサ 20とが設けられている。
[0055] 上記第 1の温度センサ 17及び第 2の温度センサ 18からの温度検出信号は、第 1の 減算器 21へ入力し、上記第 3の温度センサ 19及び第 4の温度センサ 20からの温度 検出信号は、第 2の減算器 22へ入力する。そして、これらの第 1及び第 2の減算器 2 1 , 22からの出力信号を入力して、前記第 1一第 4の温度センサ 17— 20にて検出さ れた温度差検出信号を入力し、警報装置 23に警報作動信号を出力するコントローラ 24が設けられている。なお、上記警報装置 23は、排気管 3内に尿素が蓄積されてい ることを、表示やブザー等にて警報する警報手段となるものである。
[0056] ここで、図 5を用いて、第 2の実施形態による排気浄化装置のコントローラ 24で実行 される制御手順を説明する。まず、コントローラ 24は、キースィッチ等の電源スィッチ ONにて電源が供給され、制御を開始する。なお、図示するフローチャートによる制 御は所定時間毎に繰り返して行われる。
[0057] 始めにステップ 1 (図では S1と表記する、以下同様）では、第 1一 4の温度センサ 17 一 20から、外壁温度 Tl、 Τ3及び排気温度 Τ2、 Τ4を夫々入力する。
ステップ 2では、第 1の減算器 21で排気温度 Τ2から外壁温度 T1を減算し、その温 度差 ATdを求める。なお、第 1の温度センサ 17及び第 2の温度センサ 18を用いたス テツプ 1及び 2の処理が、第 1の温度差検出手段に該当する。
[0058] ステップ 3では、第 2の減算器 22で排気温度 T4から外壁温度 T3を減算し、その温 度差 ΔΤιιを求める。なお、第 3の温度センサ 19及び第 4の温度センサ 20を用いたス テツプ 1及び 3の処理が、第 2の温度差検出手段に該当する。
ステップ 4では、温度差 ΔΤ ιから温度差 ATdを減算して求められる温度差が、所 定値 Ta以上であるか否かを判定する。所定値 Ta以上であるときは、ステップ 5に進 む。所定値 Ta未満であるときは、ステップ 6に進む。所定値 Taは、排気管 3内に尿素 が蓄積されたときの温度差 Δ Tdと温度差 Δ Tuとの差をあらかじめ確認しておき、そ の値に設定すればよい。なお、ステップ 4の処理が、第 1の判定手段に該当する。
[0059] ステップ 5では、警報作動信号を警報装置 23に出力する。その後 ENDに進む。な お、ステップ 5の処理が、警報制御手段に該当する。
ステップ 6では、警報作動信号の出力を停止する。その後 ENDに進む。
[0060] 以上のような構成によれば、エンジン 1の排気は、排気管 3を通過して NOxの還元 触媒 5へと導かれる。このとき、還元剤供給コントローラ 16は、エンジン 1の回転速度 や燃料噴射量に基づいて還元剤供給装置 8を作動制御することにより、エンジン運 転状態に見合った量の尿素水が、圧縮空気とともに供給配管 10を通過して噴射ノズ ノレ 7から NOxの還元触媒 5の排気上流側にて排気管 3内に噴射される。噴射ノズノレ 7 力 噴射された尿素水は、排気熱及び排気中の水蒸気により加水分解されてアンモ ニァを生成しつつ排気とともに NOxの還元触媒 5に流入する。そして、該還元触媒 5 において、アンモニアと排気中の NOxとが反応することにより、排気中の NOxが水及 び無害なガスに浄化される。なお、 NOxの還元触媒 5の排気上流側には酸化触媒 4 が設けられているので、該還元触媒 5に導入される排気中の NOxのうち一酸化窒素 の割合が減り二酸化窒素の割合が多くなる。これにより、 NOxの還元触媒 5における NOxの浄化効率が向上する。
[0061] このとき、コントローラ 24は、温度差 A Tdと ΔΤιιとの差が所定値 Ta以上となったと きには、尿素が蓄積されたと判定し、警報装置 23に警報作動信号を出力する。これ により、警報装置 23が警報作動を行うので、尿素が蓄積されたことを知ることができる 。なお、コントローラ 24は、エンジン 1が過渡運転状態であるときのみ、排気管 3内に 尿素が蓄積されたか否かを判定するようにすればよい。エンジン 1が過渡運転状態で あるか否かは、例えば、コントローラ 24 (過渡運転検出手段）にエンジン回転速度及 び燃料噴射量を入力して判定させればよい。これにより、尿素が蓄積していても、蓄 積された尿素を介して排気管 3まで排気熱が到達して排気管 3の外壁温度と排気温 度との差が小さくなる虞のある定常運転時に、蓄積が無いと誤検出されることを防止 できる。 [0062] ここで、温度差 A Tdと Δ Τιιとの差から排気管 3内に尿素が蓄積されたことを判定で きる原理について説明する。エンジン 1の運転状態の変化により排気温度が変動した ときには、排気管 3の外壁 3aと排気との間で温度差が発生する。このとき、排気管 3の 内壁 3bに尿素が蓄積された部位では、外壁 3aに排気熱が伝達し難くなるので、排 気管 3の外壁温度 T1と排気温度 T2との温度差 ATdは、尿素が蓄積されていない部 位での排気管 3の外壁温度 T3と排気温度 T4との温度差 Δ Τ ιより大きくなる。従って 、尿素が蓄積される部位での温度差 A Tdと、尿素が蓄積されない部位での温度差 ΔΤιιとで所定値以上の差があるときには、排気管 3の内壁 3bに尿素が蓄積されたと 判定できる。
[0063] 図 6は、第 2の実施形態による排気浄化装置の他の実施例を示す構成図である。こ の実施例は、図 4に示す排気浄化装置の第 1一 4の温度センサ 17 20を用いる代 わりに、排気管 3内の圧力から、尿素が蓄積されたことを判定するようにしたものであ る。即ち、前記還元剤が付着する部位の排気上流側の排気管 3内と排気下流側の排 気管 3内との差圧を検出する差圧検出手段と、この差圧検出手段により検出された 差圧が所定圧以上となったときに、前記排気管 3内に前記還元剤の成分が蓄積され たと判定する第 2の判定手段とを設けたものである。これは、排気管 3内に尿素が蓄 積されると、その部位における排気管 3内の流路面積が減少して流通抵抗が増加す るので、尿素が蓄積された部分の前後での圧力差が大きくなるためである。
[0064] 例えば、図 6に示すように、排気管 3内の噴射ノズル 7の排気上流側に第 1の圧力 センサ 25を設けると共に、上記噴射ノズル 7の排気下流側に第 2の圧力センサ 26を 設け、これらの圧力センサ 25， 26からの検出信号を入力する差圧計 27 (差圧検出 手段）により、上記噴射ノズル 7の排気上流側の排気管 3内と N〇xの還元触媒 5の排 気下流側の排気管 3内との圧力差を検出する。そして、コントローラ 24 (第 2の判定手 段）は、この圧力差が所定値 Pa以上になったときに、排気管 3内に尿素が蓄積された と判定すればよい。
[0065] なお、以上の説明では、還元剤として尿素水を用いたものとした力 軽油、ガソリン またはアルコール類等を用いた場合でも同様に、排気管 3内に析出されるカーボン 等の還元剤の成分の蓄積を検出することができる。

Claims

請求の範囲
[1] エンジンの排気系に配設され、排気中の一酸化窒素を酸化反応により低減する酸 化触媒と、
前記排気系に配設され、排気中の窒素酸化物を還元剤により還元浄化する還元 触媒と、
前記排気系の排気通路内にて前記還元剤を前記還元触媒の排気上流側に供給 する噴射ノズルを有する還元剤供給手段と、
を備えたエンジンの排気浄化装置であって、
前記噴射ノズルの排気上流側に、排気通路内の排気を還元剤溶質の融点以上の 温度まで加熱する加熱手段を設けたことを特徴とするエンジンの排気浄化装置。
[2] 前記噴射ノズルの排気上流側の近傍に、排気通路内の排気温度を検出する温度 検出手段を設け、この温度検出手段の検出信号により前記加熱手段の動作を制御 することを特徴とする請求項 1に記載のエンジンの排気浄化装置。
[3] 前記還元剤は、尿素水溶液であることを特徴とする請求項 1又は 2に記載のェンジ ンの排気浄化装置。
[4] 前記加熱手段により加熱する排気の温度は、 132°C以上であることを特徴とする請 求項 3に記載のエンジンの排気浄化装置。
[5] 前記加熱手段により加熱する排気の温度は、 160°C以上であることを特徴とする請 求項 3に記載のエンジンの排気浄化装置。
[6] 前記加熱手段は、前記排気通路の横断面の略全域にわたって配設され、多孔性 構造を有し通電することにより発熱する電熱担体であることを特徴とする請求項 1に 記載のエンジンの排気浄化装置。
[7] エンジンの排気系に配設され、排気中の一酸化窒素を酸化反応により低減する酸 化触媒と、
前記排気系に配設され、排気中の窒素酸化物を還元剤により還元浄化する還元 触媒と、
前記排気系の排気通路内にて前記還元剤を前記還元触媒の排気上流側に供給 する噴射ノズルを有する還元剤供給手段と、 を備えたエンジンの排気浄化装置であって、
前記噴射ノズルから供給された還元剤が付着する部位における前記排気通路の外 壁温度と排気温度との温度差を検出する第 1の温度差検出手段と、
前記還元剤が付着しない部位における前記排気通路の外壁温度と排気温度との 温度差を検出する第 2の温度差検出手段と、
前記第 1の温度差検出手段により検出された温度差が、前記第 2の温度差検出手 段により検出された温度差より所定値以上大きくなつたときに、前記排気通路内に前 記還元剤の成分が蓄積されたと判定する第 1の判定手段と、
を含んで構成されることを特徴とするエンジンの排気浄化装置。
[8] 前記エンジンが過渡運転状態であることを検出する過渡運転検出手段を備え、 前記第 1の判定手段は、前記エンジンが過渡運転状態であると検出されたときのみ
、前記排気通路内に前記還元剤の成分が蓄積されたか否力、を判定することを特徴と する請求項 7に記載のエンジンの排気浄化装置。
[9] 前記排気通路内に前記還元剤の成分が蓄積されたことを示す警報作動を行う警報 手段と、
前記排気通路内に前記還元剤の成分が蓄積されたと判定されたときに前記警報手 段を作動制御する警報制御手段と、
を備えたことを特徴とする請求項 7又は 8に記載のエンジンの排気浄化装置。
[10] エンジンの排気系に配設され、排気中の一酸化窒素を酸化反応により低減する酸 化触媒と、
前記排気系に配設され、排気中の窒素酸化物を還元剤により還元浄化する還元 触媒と、
前記排気系の排気通路内にて前記還元剤を前記還元触媒の排気上流側に供給 する噴射ノズルを有する還元剤供給手段と、
を備えたエンジンの排気浄化装置であって、
前記還元剤が付着する部位の排気上流側の前記排気通路内と排気下流側の前記 排気通路内との差圧を検出する差圧検出手段と、
前記差圧検出手段により検出された前記差圧が所定圧以上となったときに、前記 排気通路内に前記還元剤の成分が蓄積されたと判定する第 2の判定手段と、 を含んで構成されることを特徴とするエンジンの排気浄化装置。
前記排気通路内に前記還元剤の成分が蓄積されたことを示す警報作動を行う警報 手段と、
前記排気通路内に前記還元剤の成分が蓄積されたと判定されたときに前記警報手 段を作動制御する警報制御手段と、
を備えたことを特徴とする請求項 10に記載のエンジンの排気浄化装置。
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