WO2006006441A1 - 排気ガス浄化システム及び排気ガス浄化方法 - Google Patents

排気ガス浄化システム及び排気ガス浄化方法 Download PDF

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Masashi Gabe
Daiji Nagaoka
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Isuzu Motors Limited
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    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Definitions

  • the present invention relates to an exhaust gas purification system and an exhaust gas purification method for purifying NOx in exhaust gas of an internal combustion engine using a selective catalytic reduction catalyst.
  • an exhaust gas purification system 20 that supplies urea to a selective catalytic reduction catalyst (SCR catalyst) and purifies NOx in the exhaust gas.
  • the system 20 includes a urea injection system and a selective catalytic reduction catalyst 23 having a urea hydrolysis function and an ammonia reduction function.
  • the urea injection system includes a urea tank 21 that stores about 34% urea aqueous solution and a urea water exhaust pipe injection valve 22.
  • urea is added from the urea tank 21 into the exhaust passage (exhaust pipe) 4 by the urea water exhaust pipe injection valve 22.
  • This urea is produced in the exhaust gas by the reaction of “(NH) CO + H 0 ⁇ 2NH + CO” by the hydrolysis function in the previous stage.
  • NOx is purified by selective NOx reduction. This reaction proceeds even in the presence of oxygen, with 1 mole of ammonia (NH 3) reacting with 1 mole of nitric oxide (NO).
  • NH 3 ammonia
  • NO nitric oxide
  • this selective catalytic reduction catalyst 23 is usually preceded by a catalyst having a urea hydrolysis function.
  • the catalyst is disposed in the stage (upstream side) and the catalyst having the ammonia reduction function is disposed in the rear stage (downstream side).
  • the ammonia reduction selective NOx catalyst has a hydrolysis function.
  • the NOx purification rate is significantly reduced by about 300 ° C.
  • the reducing agent ammonia is generated from the added urea by the previous hydrolysis reaction.
  • this urea hydrolysis reaction is an endothermic reaction, its activity at low temperatures is low. As a result, the N Ox purification activity in the low temperature range is reduced as a whole system.
  • an ammonia compound selective reduction catalyst in which selective reduction is performed by an ammonia compound-added catalyst NOx storage when the air-fuel ratio of the exhaust gas is lean, and NOx storage reduction catalyst that releases and reduces the stored NOx when the oxygen concentration in the exhaust gas decreases.
  • an internal combustion engine exhaust purifier that allows the ammonia compound selective reduction catalyst to function during high-load operation and the NOx storage reduction catalyst to function at other times.
  • a cylinder in an internal combustion engine is used as a denitration device that decomposes acid and nitrogen without using a catalyst.
  • a cylinder in an internal combustion engine is used as a denitration device that decomposes acid and nitrogen without using a catalyst.
  • an injection valve that adds ammonia or an ammonia precursor (urea, etc.) to the combustion exhaust gas in the vicinity of the exhaust valve of the exhaust port, and applying the exhaust gas as a carrier gas the mechanism can be made compact.
  • ammonia or an ammonia precursor urea, etc.
  • this apparatus has a problem that the purification rate is lower than that of using a catalyst because nitrogen oxides are reduced directly by ammonia without using catalytic action.
  • the exhaust gas is hot, there is a problem that the reaction proceeds and ammonia becomes nitrogen oxides.
  • an addition device for adding a reducing agent such as HC to at least one of the intake passage, the combustion chamber, and the exhaust passage.
  • a reducing agent such as HC
  • an exhaust emission control device that purifies with a selective reduction catalyst in the exhaust passage while optimizing the addition amount while learning the relationship between the operation information and the addition amount.
  • the HC attached to the exhaust system may generate smoke. Therefore, there is a problem that the catalyst becomes high temperature due to combustion of HC.
  • the present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and the object of the present invention is to use NOx purification while using an aqueous urea solution without using ammonia that is difficult to handle in a hazardous solution. It is an object of the present invention to provide an exhaust gas purification system and an exhaust gas purification method capable of improving the low-temperature activity of a selective catalytic reduction catalyst for a catalyst.
  • An exhaust gas purification system for achieving the above object includes a selective catalytic reduction catalyst for purifying nitrogen oxides in an exhaust passage of an internal combustion engine, and nitrogen oxides in exhaust gas.
  • the reducing agent exhaust pipe supplying device for supplying the reducing agent to the exhaust passage is provided upstream of the selective catalytic reduction catalyst, and the reducing agent cylinder for supplying the reducing agent into the cylinder of the internal combustion engine.
  • An internal injection device is provided.
  • This reducing agent in-cylinder injection device not only directly supplies the reducing agent into the cylinder (inside the cylinder) of the internal combustion engine, but also injects the reducing agent into the intake passage to inject the reducing agent into the cylinder. Including equipment that supplies
  • the reducing agent is supplied to the exhaust passage by the reducing agent exhaust pipe supply device, and the exhaust gas is exhausted.
  • the gas temperature is equal to or lower than the predetermined determination temperature, the reducing agent is injected into the cylinder by the reducing agent cylinder injection device.
  • the following temperature is selected as the predetermined judgment temperature for the exhaust gas temperature. Exhaust gas temperature exceeds this predetermined judgment temperature! In this case, the selective catalytic reduction catalyst exceeds the activation temperature. In addition, when the exhaust gas temperature is equal to or lower than the predetermined determination temperature, the selective catalytic reduction catalyst is equal to or lower than the activation temperature.
  • an aqueous urea solution which is an ammonia precursor, strong ammonium rubamate, or the like can be used.
  • the reducing agent is an aqueous urea solution, it is easy to handle, so it is preferable to use an aqueous urea solution.
  • a reductant exhaust pipe supply device that is disposed upstream of the catalyst and supplies urea aqueous solution to the exhaust passage, and a reductant cylinder injection device that supplies urea aqueous solution to the cylinder of the internal combustion engine,
  • a urea aqueous solution is supplied by the reducing agent exhaust pipe supply device.
  • an aqueous urea solution is supplied into the cylinder by the reducing agent cylinder injection device, and the reduction is performed. Supplied from the in-cylinder injection device The aqueous urea solution, the heat of combustion of the cylinder of the internal combustion engine, hydrolyzed to ammonia, the en According to the monitor, the selective catalytic reduction catalyst is used to purify nitrogen oxides.
  • in-cylinder urea injection and exhaust pipe urea injection are selectively used depending on the temperature of the selective catalytic reduction catalyst while using urea that is relatively easy to handle.
  • ammonia can be supplied to the selective catalytic reduction catalyst using the heat of combustion in the cylinder. Therefore, it can compensate for the decrease in NOx purification activity at low temperatures.
  • in-cylinder urea injection into the cylinder of the engine is used in addition to the exhaust pipe urea injection.
  • the selective catalytic reduction catalytic effect in the case of ammonia addition can be achieved while using urea, which is relatively easy to handle. Therefore, the decrease in activity at a low temperature of the selective catalytic reduction catalytic effect in the case of urea addition can be compensated. As a result, the low-temperature activity of the exhaust gas purification system using the selective catalytic reduction catalyst can be improved.
  • FIG. 1 is a diagram showing a configuration of an exhaust gas purification system according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram showing an example of control of the exhaust gas purification method of the embodiment according to the present invention.
  • FIG. 3 is a graph showing the relationship between the NOx purification rate of the selective catalytic reduction catalyst and the catalyst temperature when urea is added and ammonia is added.
  • FIG. 4 is a diagram showing a configuration of a conventional exhaust gas purification system.
  • FIG. 1 shows a configuration of the exhaust gas key system 10.
  • a selective catalytic reduction catalyst (SCR catalyst) 16 that purifies nitrogen oxides (NOx) is provided in an exhaust passage 4 of an engine (internal combustion engine) 1.
  • This selective catalytic reduction catalyst 16 is a precious metal (such as platinum
  • transition metals copper, cobalt, vanadium, etc.
  • zeolite silica Z alumina, alumina
  • a carrier such as silica and titer.
  • the reducing agent exhaust pipe supply device 14 and the reducing agent in-cylinder injection for supplying the reducing agent to the cylinder (in-cylinder) 2 of the engine 1.
  • Device 1 5 is provided.
  • the urea water tank 11 the urea water pump 12, and the urea water common rail 13 are provided. Is provided.
  • an exhaust gas temperature sensor 17 is provided upstream of the selective catalytic reduction catalyst 16 in the exhaust passage 4.
  • a control device engine control unit: ECU
  • ECU engine control unit 18
  • This control device controls the supply of urea water by controlling the reducing agent exhaust pipe supply device 14 and the reducing agent in-cylinder injection device 15 based on the input from the exhaust gas temperature sensor 17.
  • the exhaust gas purification method is performed according to the control flow illustrated in FIG.
  • step S11 the exhaust gas temperature sensor 17 detects the exhaust gas temperature Tg. Then, in the next step S12, the exhaust gas temperature Tg is compared with a predetermined judgment temperature TgO.
  • the predetermined temperature TgO for the exhaust gas temperature Tg is selected as follows.
  • the catalyst temperature Tc of the selective catalytic reduction catalyst 16 exceeds the activation temperature TcO for hydrolysis.
  • the catalyst temperature Tc of the selective catalytic reduction catalyst 16 is equal to or lower than the activation temperature TcO for hydrolysis.
  • This temperature is, for example, about 350 ° C. in the case of the exhaust gas temperature at the combustion chamber outlet. Further, this temperature is 250 ° C. to 300 ° C. in the case of the exhaust gas temperature Tg and the catalyst temperature Tc at the inlet of the selective catalytic reduction catalyst 16.
  • step S13 in-cylinder urea injection control is performed, and the aqueous urea solution is supplied to the in-cylinder 2 from the reducing agent in-cylinder injection device 15.
  • the exhaust pipe urea injection control is stopped, and the supply of the urea water solution from the reducing agent exhaust pipe supply device 14 into the exhaust passage 4 is stopped. This is checked for a predetermined time, that is, the exhaust gas temperature Tg. Return to step S11 during the interval to be performed.
  • the extremely small injection amount in the low load operation region of the engine 1 causes urea to enter the in-cylinder engine 1 in the compression start stroke before main combustion. 2 sprays.
  • the urea hydrolysis reaction is performed using the combustion heat of the main combustion to generate ammonia.
  • the injection amount increases, the combustion temperature rises and ammonia becomes nitrogen oxides, so urea is injected when the temperature in the cylinder 2 is relatively low.
  • the ammonia generated in the cylinder 2 is supplied to the selective catalytic reduction catalyst 16. This eliminates the need for a urea hydrolysis reaction in the previous stage, and allows NOx to be reduced even at low temperatures.
  • urea may be injected into the cylinder 2 by injecting urea into the intake passage (intake pipe) 5 during the intake stroke.
  • step S14 If the exhaust gas temperature Tg exceeds the predetermined judgment temperature TgO in the comparison in step S12, the process goes to step S14.
  • step S14 exhaust pipe urea injection control is performed to supply urea aqueous solution into the exhaust passage 4 from the reducing agent exhaust pipe supply device 14.
  • the in-cylinder urea injection control is stopped, and the supply of the aqueous urea solution from the reducing agent in-cylinder injection device 15 to the in-cylinder 2 is stopped.
  • These controls are performed for a predetermined time, that is, during an interval for checking the exhaust gas temperature Tg, and the process returns to step S11.
  • urea can be hydrolyzed by the selective catalytic reduction catalyst 16. Therefore, it is possible to purify NOx by changing the urea supplied to the exhaust passage 4 to ammonia by the pre-stage urea hydrolysis reaction. In addition, by stopping in-cylinder urea water injection in the high temperature range, it is possible to prevent the reaction from proceeding to NOx due to the high temperature of urea in the cylinder. Can do.
  • step S20 an interruption in step S20 occurs, and in step S21, end operations such as stopping in-cylinder urea injection control and stopping exhaust pipe urea injection control are performed. After that, this control flow is stopped.
  • the reducing agent exhaust pipe supply device 14 can supply the urea aqueous solution as the reducing agent to the exhaust passage 4.
  • the reducing agent in-cylinder injection device 15 can supply the urea aqueous solution into the cylinder 2.
  • the urea water injection into the cylinder 2 of the engine 1 can be used together with the urea water injection into the exhaust passage 4.
  • urea can be hydrolyzed using the heat of combustion in the cylinder 2 to produce ammonia. Therefore, the selective catalytic reduction catalytic effect in the case of adding ammonia can be achieved while using urea, which is relatively easy to handle.
  • the exhaust gas purification system and the exhaust gas purification method of the present invention having the above-described excellent effects are not limited to exhaust gases of internal combustion engines mounted on automobiles, but also exhaust gases of various industrial machines and stationary internal combustion engines. It can be used very effectively as an exhaust gas purification system for plant gas, power plant gas, etc. and as an exhaust gas purification method.

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Abstract

　内燃機関（１）の排気通路（４）に窒素酸化物を浄化する選択接触還元触媒（１６）を備えて、排気ガス中の窒素酸化物を浄化する排気ガス浄化システム（１０）において、前記選択接触還元触媒（１６）の上流側に排気通路に還元剤を供給する還元剤排気管内供給装置（１４）を備えると共に、内燃機関（１）の筒内（２）に還元剤を供給する還元剤筒内噴射装置（１５）を設けて構成する。 　これにより、危険溶液で取り扱いの難しいアンモニアを使用せずに、尿素水溶液を用いながら、ＮＯｘ浄化に対する選択接触還元触媒の低温活性を向上できる。提供する。

Description

明 細 書
排気ガス浄化システム及び排気ガス浄化方法
技術分野
[0001] 本発明は、内燃機関の排気ガス中の NOxを選択接触還元触媒を用いて浄化する 排気ガス浄ィ匕システム及び排気ガス浄ィ匕方法に関するものである。
背景技術
[0002] ディーゼルエンジン等のエンジン（内燃機関）から排出される微粒子状物質 (PM)、 NOx、 COそして HC等は、年々規制が強化されてきている。この規制の強化に伴い 、エンジンの改良のみでは規制値への対応ができなくなってきている。そこで、ェン ジンに触媒を用いた排気ガス後処理装置を着装して、エンジン力 排出されるこれら の物質を低減する技術が採用されて 、る。
[0003] この従来技術の一つに、図 4に示すような、選択接触還元触媒 (SCR触媒）に尿素 を供給して、排気ガス中の NOxを浄ィ匕する排気ガス浄ィ匕システム 20がある。このシ ステム 20は、尿素噴射システムと、尿素加水分解機能及びアンモニア還元機能を有 する選択接触還元触媒 23とを有して構成される。また、この尿素噴射システムは、 34 %程度の尿素水溶液を貯蔵する尿素タンク 21と、尿素水排気管内噴射弁 22とを有 して構成される。
[0004] この排気ガス浄ィ匕システム 20では、尿素は、尿素タンク 21から尿素水排気管内噴 射弁 22により排気通路 (排気管) 4内に添加される。この尿素は、前段階の加水分解 機能によって、「（NH ) CO + H 0→2NH +CO 」の反応により、排気ガス中の
2 2 2 3 2
熱と、燃焼によって生成された水蒸気と反応して、アンモニアに変化する。
[0005] そして、後段階のアンモニア還元機能により、この生成したアンモニアを還元剤とし て、 「6NO+4NH→5N +6H 0」と「4NO+4NH +0→4N +6H 0」の反
3 2 2 3 2 2 2 応により、 NOxは、選択接触 NOx還元で浄ィ匕される。この反応は、酸素が共存する 場合でも進み、一酸化窒素（NO)の 1モルに対して、アンモニア（NH )の 1モルが反
3
応する。
[0006] なお、この選択接触還元触媒 23は、通常は、尿素加水分解機能を有する触媒を前 段 (上流側）に配置し、アンモニア還元機能を有する触媒を後段 (下流側）に配置し て形成する。なお、アンモニア還元選択 NOx触媒中に加水分解機能を持たせる場 合もある。
[0007] しカゝしながら、この従来の尿素選択接触還元触媒 23を用いた排気ガス浄化システ ム 20では、図 3の実線 Aで示すように、 NOx浄化率が 300°C位力 著しく低下してし まうという問題がある。つまり、添加した尿素から前段階の加水分解反応によって還 元剤のアンモニアを生成している。しかし、この尿素加水分解反応は吸熱反応である ため、低温における活性が低い。その結果、システム全体として、低温域における N Ox浄ィ匕活性が低下してしまうのである。
[0008] 一方、直接アンモニアを添加する場合には、選択接触還元触媒にお!、て、加水分 解反応が不要になる。そのため、図 3の破線 Bで示すように、低温でも NOx浄化活性 は高い。従って、選択接触還元触媒にアンモニアを供給すれば高い低温活性を得る ことができる。し力しながら、アンモニアは、危険溶液であり、取り扱いが尿素水溶液 ほど手軽にはできな 、と 、う問題がある。
[0009] 例えば、日本の特許第 3518398号公報に提案されているように、このアンモニアを 使用した排気ガス浄ィ匕装置として、アンモニア化合物添カ卩により選択還元が行われ るアンモニア化合物選択還元触媒と、排気ガスの空燃比がリーンのときに NOxを吸 蔵し、排気ガス中の酸素濃度が低下すると吸蔵した NOxを放出 ·還元する NOx吸蔵 還元型触媒とを排気通路に備えて、高回転 '高負荷運転のときにアンモニア化合物 選択還元触媒を機能させ、その他のときには NOx吸蔵還元型触媒を機能させる内 燃機関の排気浄ィ匕装置がある。
[0010] し力しながら、この内燃機関の排気浄ィ匕装置の場合には、 NOx吸蔵還元型触媒は 高温の排気ガスに曝されると劣化が激しいので、劣化対策が必要になるという問題が ある。また、排気通路の切り替えを必要とする場合には、 NOxを吸蔵した NOx吸蔵 還元型触媒の再生時の制御が複雑となるという制御の問題と、 NOxが大気中へ放 出されてしまうという NOxスリップの問題がある。
[0011] また、例えば、日本の特許第 2592119号公報に提案されているように、触媒を使 用することなぐ酸ィ匕窒素を分解させる脱硝装置として、内燃機関におけるシリンダあ るいは排気ポートの排気弁の近接部に、アンモニア、または、アンモニア前駆物質（ 尿素等)を燃焼排ガス中に添加する噴射弁を設けて、排ガスをキャリアガスとして適 用することにより、機構の小型化とコスト節減と共に、脱硝性能と信頼性を向上した内 燃機関の排気脱硝装置がある。
[0012] し力しながら、この装置では、触媒作用を利用することなぐ直接アンモニアで窒素 酸ィ匕物を還元しているので、触媒利用よりも浄ィ匕率が低くなるという問題がある。また 、排気ガスが高温の時には、反応が進行してアンモニアが窒素酸ィ匕物になってしまう という問題がある。
[0013] また、例えば、日本の特開平 10— 311212号公報に提案されているように、吸気通 路、燃焼室、及び排気通路の少なくとも一つに、 HC等の還元剤を添加する添加装 置を備えて、運転情報と添加量との関係を学習しながら、添加量を最適化しつつ、排 気通路の選択還元触媒で浄化する排気浄化装置がある。
[0014] し力しながら、この装置では、排気系に添カ卩した HCがスモークを発生する場合が 有る。そのため、 HCの燃焼により触媒が高温になるという問題がある。
発明の開示
[0015] 本発明は、上述の問題を解決するためになされたものであり、本発明の目的は、危 険溶液で取り扱いの難しいアンモニアを使用せずに、尿素水溶液を用いながら、 NO X浄ィ匕に対する選択接触還元触媒の低温活性を向上できる排気ガス浄ィ匕システム及 び排気ガス浄ィ匕方法を提供することにある。
[0016] 上記の目的を達成するための本発明に係る排気ガス浄ィ匕システムは、内燃機関の 排気通路に窒素酸化物を浄化する選択接触還元触媒を備えて、排気ガス中の窒素 酸化物を浄化する排気ガス浄化システムにおいて、前記選択接触還元触媒の上流 側に排気通路に還元剤を供給する還元剤排気管内供給装置を備えると共に、内燃 機関の筒内に還元剤を供給する還元剤筒内噴射装置を設けて構成される。
[0017] この還元剤筒内噴射装置には、直接、内燃機関の筒内 (シリンダ内）に還元剤を供 給する装置のみならず、吸気通路に還元剤を噴射して筒内に還元剤を供給する装 置も含む。
[0018] この構成により、排気管尿素噴射に加えて、エンジンの筒内への筒内尿素噴射を 併用することができるようになる。そのため、筒内の燃焼熱を利用して尿素を加水分 解して、アンモニアを生成することができる。従って、比較的取り扱いが容易な尿素を 用いながら、アンモニア添加の場合の選択接触還元触媒効果も奏することができる。 その結果、尿素添加の場合における、低温時の選択接触還元触媒効果の低下を補 うことができる。そして、選択接触還元触媒を使用した排気ガス浄化システムの低温 活性を、向上させることができる。
[0019] そして、上記の排気ガス浄ィ匕システムにお 、て、排気ガス温度力 所定の判定温度 を超える場合には、前記還元剤排気管内供給装置により還元剤を排気通路に供給 し、排気ガス温度が、前記所定の判定温度以下である場合には、前記還元剤筒内噴 射装置により還元剤を筒内に供給するように構成される。
[0020] この排気ガス温度に対する所定の判定温度には、次のような温度が選ばれる。排 気ガス温度がこの所定の判定温度を超えて！/、る場合には、選択接触還元触媒が活 性温度を超える。また、排気ガス温度がこの所定の判定温度以下の場合には、選択 接触還元触媒が活性温度以下となる。
[0021] また、上記の排気ガス浄ィ匕システムにお 、ては、還元剤としては、アンモニア前駆 物質である尿素水溶液や力ルバミン酸アンモ-ゥム等を用いることもできる。しかし、 還元剤が尿素水溶液である場合には取り扱いが容易となるので、尿素水溶液を用い ることが好ましい。
[0022] また、上記の目的を達成するための本発明に係る排気ガス浄ィ匕方法は、内燃機関 の排気通路に窒素酸化物を浄化する選択接触還元触媒を備えると共に、該選択接 触還元触媒の上流側に配置され、排気通路に尿素水溶液を供給する還元剤排気管 内供給装置と、内燃機関の筒内に尿素水溶液を供給する還元剤筒内噴射装置を備 えて、排気ガス中の窒素酸ィ匕物を浄ィ匕する排気ガス浄ィ匕システムにおいて、前記選 択接触還元触媒の温度が尿素の加水分解の活性温度を超える場合には、前記還元 剤排気管内供給装置により尿素水溶液を排気通路に供給し、前記選択接触還元触 媒の温度が尿素の加水分解の活性温度以下である場合には、前記還元剤筒内噴 射装置により尿素水溶液を筒内に供給し、前記還元剤筒内噴射装置より供給された 尿素水溶液を、内燃機関の筒内の燃焼熱により、アンモニアに加水分解し、該アン モニァにより、前記選択接触還元触媒で窒素酸化物を浄化する方法として構成され る。
[0023] この方法により、比較的取り扱いが容易な尿素を用いながら、選択接触還元触媒の 温度によって、筒内尿素噴射と排気管尿素噴射を使い分ける。これにより、低温時に は、筒内の燃焼熱を利用して、アンモニアを選択接触還元触媒に供給することがで きる。そのため、低温域における NOx浄ィ匕の活性低下を補うことができる。
[0024] 以上説明したように、本発明の排気ガス浄ィ匕システム及び排気ガス浄ィ匕方法によれ ば、排気管尿素噴射に加えて、エンジンの筒内への筒内尿素噴射を併用することに より、比較的取り扱いが容易な尿素を用いながら、アンモニア添加の場合の選択接 触還元触媒効果を奏することができる。そのため、尿素添加の場合の選択接触還元 触媒効果の低温における活性低下を補うことができる。その結果、選択接触還元触 媒を使用した排気ガス浄ィ匕システムの低温活性を向上できる。
図面の簡単な説明
[0025] [図 1]本発明に係る実施の形態の排気ガス浄ィ匕システムの構成を示す図である。
[図 2]本発明に係る実施の形態の排気ガス浄ィ匕方法の制御の例を示す図である。
[図 3]尿素添加とアンモニア添加の場合の選択接触還元触媒の NOx浄化率と触媒 温度との関係を示す図である。
[図 4]従来技術の排気ガス浄ィ匕システムの構成を示す図である。
発明を実施するための最良の形態
[0026] 以下に、図面を参照して本発明に係る排気ガス浄ィ匕システム及び排気ガス浄ィ匕方 法の実施の形態について説明する。
[0027] 図 1に、この排気ガス净ィ匕システム 10の構成を示す。この排気ガス净ィ匕システム 10 では、エンジン（内燃機関） 1の排気通路 4に、窒素酸化物 (NOx)を浄化する選択接 触還元触媒 (SCR触媒） 16を備える。この選択接触還元触媒 16は、貴金属（白金等
)や遷移金属 (銅、コバルト、バナジウム等）を、ゼォライト、シリカ Zアルミナ、アルミナ
、シリカ、チタ-ァ等の担体に担持して形成される。
[0028] また、それと共に、この選択接触還元触媒 16の上流側に、還元剤排気管内供給装 置 14と、エンジン 1の筒内（シリンダ内） 2に還元剤を供給する還元剤筒内噴射装置 1 5とを設けて構成される。
[0029] そして、還元剤としての尿素水溶液を、還元剤排気管内供給装置 14と還元剤筒内 噴射装置 15に供給するために、尿素水タンク 11と尿素水ポンプ 12と尿素水コモンレ ール 13を設ける。また、排気通路 4の選択接触還元触媒 16の上流側に排気ガス温 度センサ 17を設ける。
[0030] 更に、燃料噴射弁 3の制御等を含むエンジン 1の制御と共に、還元剤噴射制御を 行う制御装置（エンジンコントロールユニット： ECU) 18が設けられている。この制御 装置は、排気ガス温度センサ 17からの入力を基に、還元剤排気管内供給装置 14と 還元剤筒内噴射装置 15を制御することにより、尿素水の供給を制御する。
[0031] そして、この構成の排気ガス浄ィ匕システム 10において、排気ガス浄化方法は、図 2 に例示するような制御フローに従って行われる。
[0032] エンジン 1の運転が開始され、排気ガスの浄ィ匕が始まると、図 2の制御フローも開始 される。ステップ S11で、排気ガス温度センサ 17により排気ガス温度 Tgの検出が行 われる。そして、次のステップ S 12で、排気ガス温度 Tgが所定の判定温度 TgOと比 較される。
[0033] この排気ガス温度 Tgに対する所定の判定温度 TgOには、次のような温度が選ばれ る。排気ガス温度 Tgがこの所定の判定温度 TgOを超えている場合には、選択接触還 元触媒 16の触媒温度 Tcが加水分解のための活性温度 TcOを超える。また、排気ガ ス温度 Tgがこの所定の判定温度 TgO以下の場合には、選択接触還元触媒 16の触 媒温度 Tcが加水分解のための活性温度 TcO以下となる。この温度は、例えば、燃焼 室出口の排気ガス温度の場合は、 350°C程度である。また、この温度は、選択接触 還元触媒 16の入口の排気ガス温度 Tgや触媒温度 Tcの場合は、 250°C〜300°Cで ある。
[0034] このステップ S 12の比較で、排気ガス温度 Tgが所定の判定温度 TgO以下の場合 には、ステップ S13に行く。このステップ S13では、筒内尿素噴射制御を行って、還 元剤筒内噴射装置 15より筒内 2に尿素水溶液を供給する。それと共に、排気管尿素 噴射制御を中止して、還元剤排気管内供給装置 14からの排気通路 4内への尿素水 溶液の供給を停止する。これを所定の時間の間、即ち、排気ガス温度 Tgをチェック するインターバルの間行 、、ステップ S 11に戻る。
[0035] この排気ガス温度 Tgが低ぐ NOx浄ィ匕活性が低くなるエンジン 1の低負荷運転領 域の極微小噴射量では、主燃焼前の圧縮始め行程で、尿素をエンジン 1の筒内 2〖こ 噴射する。これにより、主燃焼の燃焼熱を利用して、尿素加水分解反応を行い、アン モニァを生成する。噴射量が多くなるに従い、燃焼温度が高くなり、アンモニアが窒 素酸化物になってしまうので、筒内 2の温度が比較的低い温度のときに、尿素を噴射 する。
[0036] より具体的には、低負荷運転領域でも、ある程度の噴射量がある場合には、メイン 噴射終了後から、 ATDC900 位までの範囲で尿素噴射を行う。吸熱反応であるの で、ある程度の温度が必要であり、また、 ADTC90° を過ぎると、噴射した尿素水溶 液がシリンダ内面に付着し、この尿素水溶液がエンジンオイルの希釈ゃ鲭の発生の 原因となるためである。また、燃焼温度や排気ガスの温度により噴射時期を決定し、 温度が高いとき程、噴射時期を遅い方にずらす。
[0037] そして、この筒内 2で発生したアンモニアが選択接触還元触媒 16に供給される。そ のため、前段階における尿素加水分解反応が不要となり、低温でも NOxを還元でき るようになる。なお、直接、筒内 2に尿素水溶液を噴射する代わりに、吸気行程中に、 吸気通路（吸気管） 5に尿素を噴射して筒内 2に尿素を供給してもよい。
[0038] また、ステップ S 12の比較で、排気ガス温度 Tgが所定の判定温度 TgOを超えて ヽ る場合には、ステップ S14に行く。このステップ S14で、排気管尿素噴射制御を行つ て、還元剤排気管内供給装置 14より排気通路 4内に尿素水溶液を供給する。それと 共に、筒内尿素噴射制御を中止して、還元剤筒内噴射装置 15からの筒内 2への尿 素水溶液の供給を停止する。これらの制御を所定の時間の間、即ち、排気ガス温度 Tgをチェックするインターバルの間行 、、ステップ S 11に戻る。
[0039] この排気ガス温度 Tgが高ぐ NOx浄ィ匕活性が高くなるエンジン 1の中 '高負荷運転 領域では、選択接触還元触媒 16で尿素を加水分解できる。そのため、排気通路 4に 供給された尿素を前段尿素加水分解反応によりアンモニアに変えて、 NOxを浄ィ匕す ることができる。また、高温度域において筒内尿素水噴射を中止することにより、筒内 において、尿素が高温のために反応が進行して NOxになってしまうのを防止すること ができる。
[0040] そして、これらの各ステップの繰り返し力 エンジン 1の運転が停止されるまで行わ れる。エンジンキーがオフされると、ステップ S20の割り込みが生じ、ステップ S21で 筒内尿素噴射制御の停止と排気管尿素噴射制御の停止等の終了作業を行う。その 後、この制御フローをストップする。
[0041] この制御により、排気ガス温度 Tgが、所定の判定温度 Tcを超える場合には、還元 剤排気管内供給装置 14により還元剤である尿素水溶液を排気通路 4に供給すること ができる。また、排気ガス温度 Tg力 所定の判定温度 Tc以下である場合には、還元 剤筒内噴射装置 15により尿素水溶液を筒内 2に供給することができる。
[0042] 上記の構成の排気ガス浄化システム及び排気ガス浄化方法によれば、排気通路 4 内への尿素水噴射にカ卩えて、エンジン 1の筒内 2への尿素水噴射を併用することが できるようになるので、筒内 2の燃焼熱を利用して尿素を加水分解して、アンモニアを 生成することができる。そのため、比較的取り扱いが容易な尿素を用いながら、アン モ-ァ添加の場合の選択接触還元触媒効果も奏することができるようになる。
[0043] 従って、尿素添加の場合の選択接触還元触媒効果の低温における活性低下を補 うことができ、選択接触還元触媒 16を使用した排気ガス浄ィ匕システム 10の NOxの浄 化に対する低温活性を向上できる。
産業上の利用可能性
[0044] 上述した優れた効果を有する本発明の排気ガス浄化システム及び排気ガス浄化方 法は、自動車搭載の内燃機関の排気ガスのみならず、各種産業用機械や定置式の 内燃機関の排ガスや工場ガス，発電所ガス等の排気ガス浄化システム及び排気ガス 浄ィ匕方法として、極めて有効に利用することができる。

Claims

請求の範囲
[1] 内燃機関の排気通路に窒素酸化物を浄化する選択接触還元触媒を備えて、排気 ガス中の窒素酸ィ匕物を浄ィ匕する排気ガス浄ィ匕システムにお ヽて、前記選択接触還 元触媒の上流側に排気通路に還元剤を供給する還元剤排気管内供給装置を備え ると共に、内燃機関の筒内に還元剤を供給する還元剤筒内噴射装置を設けたことを 特徴とする排気ガス浄ィ匕システム。
[2] 排気ガス温度が、所定の判定温度を超える場合には、前記還元剤排気管内供給 装置により還元剤を排気通路に供給し、排気ガス温度が、前記所定の判定温度以下 である場合には、前記還元剤筒内噴射装置により還元剤を筒内に供給することを特 徴とする請求項 1記載の排気ガス浄ィ匕システム。
[3] 前記還元剤が、尿素水溶液であることを特徴とする請求項 1又は 2に記載の排気ガ ス净ィヒシステム。
[4] 内燃機関の排気通路に窒素酸化物を浄化する選択接触還元触媒を備えると共に 、該選択接触還元触媒の上流側に配置され、排気通路に尿素水溶液を供給する還 元剤排気管内供給装置と、内燃機関の筒内に尿素水溶液を供給する還元剤筒内噴 射装置を備えて、排気ガス中の窒素酸ィ匕物を浄ィ匕する排気ガス浄ィ匕システムにおい て、前記選択接触還元触媒の温度が尿素の加水分解の活性温度を超える場合には 、前記還元剤排気管内供給装置により尿素水溶液を排気通路に供給し、前記選択 接触還元触媒の温度が尿素の加水分解の活性温度以下である場合には、前記還 元剤筒内噴射装置により尿素水溶液を筒内に供給し、前記還元剤筒内噴射装置よ り供給された尿素水溶液を、内燃機関の筒内の燃焼熱により、アンモニアに加水分 解し、該アンモニアにより、前記選択接触還元触媒で窒素酸化物を浄化することを特 徴とする排気ガス浄化方法。
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