WO2012132233A1 - 排気浄化装置 - Google Patents

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Definitions

  • an exhaust purification device disposed in an engine exhaust passage, an oxidation catalyst unit, a NOx (nitrogen oxide) catalyst unit, and a filter are sequentially arranged from the exhaust upstream side to the exhaust downstream side.
  • This exhaust purification device is a fuel (HC (hydrocarbon) component) in exhaust gas from a fuel addition device provided upstream of a NOx catalyst section (HC-SCR catalyst (selective reduction catalyst using hydrocarbon as a reducing agent)). Is added to react the added fuel with NOx to remove NOx in the exhaust and purify the exhaust.
  • HC hydrocarbon
  • an object of the present invention is to reduce the NOx reduction capability in the NOx catalyst unit by improving the configuration of the exhaust gas purification device for the engine including the oxidation catalyst unit, the NOx catalyst unit, and the filter. Therefore, the deterioration of the fuel consumption is prevented and the regeneration of the filter is surely executed.
  • an oxidation catalyst portion, a NOx catalyst portion, and a filter are arranged in this order from the exhaust upstream side to the downstream side in the engine exhaust passage.
  • the downstream side of the oxidation catalyst part in the exhaust passage of the engine and the upstream side of the NOx catalyst part are a first passage that guides the exhaust to the NOx catalyst part and the exhaust to the filter without passing through the NOx catalyst part.
  • a second passage that leads to Further, a control valve is provided in the exhaust passage. The control valve can change the flow rate ratio between the flow rate of the exhaust gas flowing into the first passage and the flow rate of the exhaust gas flowing into the second passage.
  • the exhaust purification device of the present invention includes an exhaust passage forming member that forms an exhaust passage through which exhaust from an engine passes, and exhaust particulates that are disposed in the exhaust passage and are exhausted from the engine.
  • An oxidation catalyst portion provided and a control valve provided in the exhaust passage are provided.
  • the upstream side of the NOx catalyst part in the exhaust passage and the downstream side of the oxidation catalyst part are a first passage for guiding exhaust after passing through the oxidation catalyst part to the NOx catalyst part, and the oxidation catalyst
  • the exhaust gas after passing through the part is branched into a second passage that guides the exhaust gas to the filter without passing through the NOx catalyst part.
  • the control valve changes a flow rate ratio between a flow rate of exhaust flowing into the first passage and a flow rate of exhaust flowing into the second passage.
  • the exhaust gas purification apparatus of the present invention it is possible to prevent the deterioration of fuel consumption and reliably perform the regeneration of the filter without reducing the NOx reduction ability in the NOx catalyst section.
  • FIG. 4 is a sectional view taken along line IV-IV in FIG. 3. It is a flowchart which shows an example of normal driving
  • FIG. 1 shows a structure in an upper swing body of a hydraulic excavator 100 including an exhaust purification device 1 according to an embodiment of the present invention.
  • the exhaust purification device 1 (see FIGS. 2 and 3) is applied to an exhaust purification process of a diesel engine 2 (hereinafter simply referred to as an engine) mounted on a hydraulic excavator 100.
  • the left side in FIGS. 1 and 2 corresponds to the front of the excavator 100, and the right side corresponds to the rear.
  • the engine 2 is an in-line four-cylinder engine, for example, and is disposed in the engine room 3 provided in the upper swing body 101 of the excavator 100.
  • a hydraulic pump 4 In the engine room 3, in addition to the engine 2, a hydraulic pump 4, a radiator 5, an exhaust purification device 1, and the like are accommodated.
  • Exhaust gas discharged from the engine 2 is guided to the exhaust purification device main body 6 via the exhaust manifold (not shown) and the exhaust pipe 7 and is discharged from the exhaust purification device main body 6 to the atmosphere via the tail pipe 8.
  • the exhaust purification device main body 6 has a substantially cylindrical shape, and extends horizontally in a direction orthogonal to the cylinder arrangement direction of the engine 2.
  • An exhaust pipe 7 is connected to one end in the longitudinal direction of the exhaust purification apparatus body 6 from below, and a tail pipe 8 is connected to the other end in the longitudinal direction of the exhaust purification apparatus body 6 from above.
  • the exhaust pipe 7 and the tail pipe 8 are each connected perpendicularly to the exhaust purification device main body 6.
  • the exhaust purification device 1 reduces the NOx contained in the exhaust purification device main body 6, the oxidation catalyst unit 12 that purifies harmful substances such as HC and CO contained in the exhaust discharged from the engine 2, and the exhaust. NOx catalyst part 11 to be purified, and filter 13 for collecting exhaust particulates (PM) such as soot contained in the exhaust gas.
  • the oxidation catalyst unit 12, the NOx catalyst unit 11, and the filter 13 are arranged in this order from the upstream side to the downstream side in the exhaust passage 6a in the exhaust purification device body 6.
  • the exhaust purification device main body 6 corresponds to the exhaust passage forming member of the present invention.
  • the oxidation catalyst portion 12 is a cylindrical honeycomb body (hereinafter referred to as an oxidation catalyst holding body) 15 having a noble metal such as Pt (platinum) coated on the cell surface and coated with a catalyst layer. It is configured to promote an oxidation reaction in which CO and HC are oxidized to produce CO 2 and H 2 O.
  • a noble metal such as Pt (platinum) coated on the cell surface and coated with a catalyst layer. It is configured to promote an oxidation reaction in which CO and HC are oxidized to produce CO 2 and H 2 O.
  • the NOx catalyst unit 11 is a cylindrical honeycomb having an HC selective reduction type NOx catalyst (hereinafter referred to as HC-SCR catalyst) with enhanced reaction selectivity so that NOx can be selectively reacted with HC even in the presence of oxygen.
  • a body (hereinafter referred to as NOx catalyst holder) 14 is held on the cell surface.
  • NOx catalyst holder for this HC-SCR catalyst, for example, a well-known base metal oxidation catalyst such as copper-zeolite, iron-zeolite, etc. can be adopted, and for the NOx catalyst holding body 14, for example, alumina or the like can be adopted. it can.
  • the filter 13 is a porous ceramic diesel particulate filter (DPF), and its cell surface is coated with a catalyst layer holding a precious metal such as Pt.
  • the filter 13 is formed in a cylindrical shape, and the filter 13, the NOx catalyst holding body 14, and the oxidation catalyst holding body 15 are arranged in series and coaxially with each other.
  • the oxidation catalyst holder 15 and the filter 13 are fixed to the pipe wall of the exhaust purification device main body 6, and the NOx catalyst holder 14 is fixed to a partition member 17 described later.
  • the differential pressure detection passage 21 detects a differential pressure ⁇ P between the upstream side and the downstream side of the filter.
  • a differential pressure detection sensor 22 is provided as much as possible.
  • a NOx sensor 23 for detecting the NOx concentration in the exhaust gas is provided on the downstream side of the filter 13. The NOx sensor 23 corresponds to the NOx concentration detecting means of the present invention.
  • the detection signal of the differential pressure detection sensor 22 is output to an ECU (Engine Control Unit) 25 via an electrical connection line E1 (see FIG. 3).
  • the detection signal of the NOx sensor 23 is output to the ECU 25 via the electrical connection line E2.
  • the portion downstream of the oxidation catalyst unit 12 in the exhaust passage 6a of the exhaust purification device body 6 and upstream of the NOx catalyst unit 11 passes the exhaust gas that has passed through the oxidation catalyst unit 12 to the NOx catalyst unit 11.
  • a first passage 27 that leads to the first passage 27 and a second passage 28 that guides the exhaust gas that has passed through the oxidation catalyst portion 12 to the filter 13 without passing through the NOx catalyst portion 11 are branched (see FIG. 3).
  • the first passage 27 and the second passage 28 are partitioned from each other by the partition member 17.
  • the partition member 17 is also used as a fixing member for fixing the NOx catalyst unit 11 to the exhaust purification device main body 6.
  • the partition member 17 includes a fixed pipe portion 18 fixed to the upstream end of the exhaust purification device main body 6 and a holding portion 19 connected to the fixed pipe portion 18 and holding the NOx catalyst holding body 14. Yes.
  • the ratio of the flow rate of exhaust gas flowing into the first passage 27 and the flow rate of exhaust gas flowing into the second passage 28 is changed.
  • a control valve 29 is provided.
  • the portion 6b where the control valve 29 is provided in the exhaust passage 6a is formed with a reduced passage cross-sectional area as compared with other portions.
  • the control valve 29 includes a valve body 31 made of a semicircular plate-like member, and a rotation pin 32 fixed to the valve body 31 so as to rotate integrally with the valve body 31. And have.
  • the rotation pin 32 is disposed so as to penetrate the passage space in the exhaust purification apparatus main body 6 in the radial direction through the center thereof.
  • Both ends of the rotation pin 32 are rotatably supported on the tube wall of the exhaust purification device main body 6, and are rotationally driven integrally with the valve body 31 by the electric motor 33.
  • the valve body 31 rotates the rotation pin 32 by the electric motor 33, whereby the first passage fully closed position PS ⁇ b> 1 (see FIG. 3) that fully closes the upstream opening of the first passage 27 and the second passage 28. It can be controlled to an arbitrary position between the second passage fully closed position PS2 (normal position described later) for fully closing the upstream side opening.
  • the electric motor 33 is controlled by an ECU 25 described later.
  • the ECU 25 is composed of a known microcomputer including a CPU, ROM, RAM, and the like.
  • the ECU 25 operates the engine 2 and the control valve 29 (electric motor 33) based on detection signals from the NOx sensor 23, the differential pressure detection sensor 22, and various sensors (not shown) attached to the engine 2. Control.
  • the ECU 25 determines the determination unit 251, the accumulation amount calculation unit 252, the target control position setting unit 254, the valve control unit 255, the NOx concentration calculation unit 256, and the HC.
  • An amount calculation unit 257 and an HC amount control unit 258 are provided.
  • the determination means 251 is a means for determining whether or not the regeneration of the filter 13 is necessary. In this embodiment, whether or not the differential pressure ⁇ P detected by the differential pressure detection sensor 22 is less than a preset first threshold pressure. Whether or not it is necessary to regenerate the filter 13 is determined depending on whether or not it is necessary.
  • the accumulation amount calculation means 252 calculates the amount of exhaust particulate accumulated on the filter 13 based on the differential pressure ⁇ P detected by the differential pressure detection sensor 22.
  • the target control position setting unit 254 corrects the temporary target control position read from the ROM 259 based on the NOx concentration calculated by the NOx concentration calculation unit 256, and sets the corrected temporary target control position to the true value of the control valve 29. Set as the target control position.
  • the valve control means 255 controls the operation of the control valve 29 based on the determination result by the determination means 251 and the target control position set by the target control position control means 254. Specifically, the valve control means 255 controls the motor 33 that drives the control valve 29.
  • the NOx concentration calculating means 256 calculates the NOx concentration on the downstream side of the filter 13 based on the detection signal from the NOx sensor 23.
  • the HC amount calculating unit 257 calculates the HC amount necessary for the NOx reduction reaction in the NOx catalyst unit 11 based on the NOx concentration calculated by the NOx concentration calculating unit 256. Further, the HC amount calculating means 257 calculates the HC amount necessary in the oxidation catalyst unit 12 for burning and removing the exhaust particulates based on the exhaust particulate accumulation amount calculated by the accumulation amount calculating means 252.
  • the HC amount control means 258 controls an injector (fuel injection valve) that injects fuel in the engine 2 so that the HC amount calculated by the HC amount calculation means 257 is obtained.
  • the ECU 25 configured as described above determines that the regeneration of the filter 13 is not necessary when the differential pressure ⁇ P detected by the differential pressure detection sensor 22 is less than a preset first threshold pressure. Execute operation control. Specifically, when the ECU 25 determines that the regeneration of the filter 13 is not necessary, the ECU 25 moves the control valve 29 to the normal position (the position indicated by the two-dot chain line in FIG. Control to the closed position PS2), and the NOx concentration in the exhaust gas exhausted from the engine 2 is estimated based on the operating state of the engine 2, and the NOx reduction in the NOx catalyst unit 11 is performed based on the estimated NOx concentration. A necessary HC amount is calculated, and post injection is performed in the combustion chamber of the engine 2 to supply the calculated HC amount into the exhaust gas. This post-injection is performed in the compression step prior to the main injection near the compression top dead center.
  • the ECU 25 determines that regeneration of the filter 13 is necessary and executes filter regeneration control when the differential pressure ⁇ P detected by the differential pressure detection sensor 22 is equal to or higher than the first threshold pressure. Specifically, when it is determined that the filter regeneration control is necessary, the ECU 25 first reads the temporary target control position of the control valve 29 from the ROM 259.
  • Is set to This set ratio Rpre is preferably 1 or more (that is, Qdpf ⁇ QNOx), and more preferably set within a range of 1 or more and 1.5 or less.
  • the ECU 25 corrects the temporary target control position according to the NOx concentration detected by the NOx sensor 23.
  • the ECU 25 corrects the temporary target control position so that the exhaust flow rate flowing into the first passage 27 increases in response to the increase in the NOx concentration detected by the NOx sensor 23, and the correction is performed.
  • the calculated temporary target control position is calculated as the true target control position of the control valve 29, and the position of the control valve 29 is controlled to the target control position.
  • the ECU 25 calculates the amount of HC necessary for NOx reduction in the NOx catalyst unit 11 and the amount of HC necessary for temperature rise of the exhaust gas in the oxidation catalyst unit 12 when the filter regeneration control is executed, and the calculated HC amount. Is injected into the combustion chamber of the engine 2 so as to be supplied into the exhaust gas.
  • the concentration signal from the NOx sensor 23, the pressure signal from the differential pressure detection sensor 22, and the signals from various sensors attached to the engine 2 are read.
  • step S2 the ECU 25 calculates the differential pressure ⁇ P on the upstream side and the downstream side of the filter 13 based on the pressure signal from the differential pressure detection sensor 22 read in step S1, and the differential pressure ⁇ P is a first threshold value. It is determined whether or not the pressure is equal to or higher than the pressure. If this determination is NO, the process proceeds to step S12. On the other hand, if YES, the process proceeds to step S3.
  • step S3 the ECU 25 executes a filter regeneration program stored in the ROM 259 included in the ECU 25 in order to start filter regeneration control.
  • step S4 the ECU 25 reads the temporary target control position of the control valve 29 stored in the ROM 259.
  • step S5 the ECU 25 calculates the NOx concentration on the downstream side of the filter 13 based on the detection signal from the NOx sensor read in step S1.
  • step S6 the ECU 25 corrects the temporary target control position according to the NOx concentration calculated in step S5 to determine the true target control position of the control valve 29.
  • step S7 the ECU 25 outputs a necessary control signal to the electric motor 33 in order to control the control valve 29 to the target control position.
  • step S8 the ECU 25 calculates (estimates) the NOx concentration in the exhaust on the upstream side of the NOx catalyst unit 11 based on detection signals from various sensors of the engine 2, and based on the calculated NOx concentration, The amount of HC required for the NOx reduction reaction in the NOx catalyst unit 11 is calculated. Further, the ECU 25 calculates an accumulation amount of exhaust particulates (PM accumulation amount) deposited on the filter 13 based on the differential pressure ⁇ P calculated in step S2, and based on the calculated accumulation amount of exhaust particulates, The amount of HC required in the oxidation catalyst unit 12 for burning and removing the fine particles is calculated.
  • PM accumulation amount an accumulation amount of exhaust particulates
  • step S9 the ECU 25 controls the injector (fuel injection valve) of the engine 2 to execute main injection, and then in the exhaust immediately after being discharged from the engine 2 (in the exhaust on the upstream side of the NOx catalyst unit 11).
  • the control signal is output to the injector so that the HC amount calculated in step S8 becomes the HC amount calculated in step S8, and the injector is controlled to execute post injection.
  • step S10 a detection signal from the differential pressure detection sensor 22 is read to calculate the current differential pressure ⁇ P, and whether or not the calculated differential pressure is equal to or lower than a second threshold pressure ( ⁇ first threshold pressure). If this determination is NO, the process returns to step S2. If YES, the process proceeds to step S11. In step S11, the filter regeneration control is terminated, and then the process returns to the start.
  • step S12 that proceeds when the determination in step S2 is NO, the ECU 25 controls the electric motor 33 to control the control valve 29 to the normal position (second passage fully closed position PS2). Is output.
  • step S13 the ECU 25 calculates (estimates) the NOx concentration in the exhaust based on detection signals from the various sensors of the engine 2, and based on the calculated NOx concentration, the NOx catalyst unit 11 determines the NOx concentration. The amount of HC required for the reduction reaction is calculated.
  • step S14 the ECU 25 controls the injector of the engine 2 to perform main injection, and then controls the injector so that the HC amount in the exhaust immediately after being discharged from the engine 2 becomes the HC amount calculated in step S13.
  • a necessary control signal is output to control the injector to perform post injection, and then the process returns to the start.
  • the exhaust gas discharged from the engine 2 is first supplied to the oxidation catalyst unit 12.
  • the oxidation catalyst unit 12 the oxidation reaction of the HC component in the exhaust is promoted, and the temperature of the exhaust is increased by the reaction heat generated at this time.
  • the ECU 25 executes the processes of steps S3 to S11, and the ECU 25 causes the control valve 29 to move all the first passages.
  • the target control position is controlled between the closed position PS1 and the second passage fully closed position PS2.
  • the flow F1 (see FIG. 3) flowing into the NOx catalyst unit 11 from the first passage 27 during the filter regeneration passes through the filter 13 after the NOx in the exhaust gas is reduced and removed by the NOx catalyst unit 11, and then flows into the atmosphere. To be released. Thereby, the fall of the NOx purification rate during filter regeneration can be suppressed as much as possible.
  • the ECU 25 executes the process of step S6 to control the position of the control valve 29 according to the NOx concentration on the downstream side of the filter 13.
  • the fall of the NOx purification rate during filter regeneration can be suppressed as much as possible. That is, at the time of filter regeneration, as described above, a part of the exhaust from the engine 2 flows directly from the second passage 28 into the oxidation catalyst portion 12 without passing through the NOx catalyst portion 11, and thus passes through the second passage 28. If the amount of exhaust is too large, the NOx concentration in the exhaust may increase during filter regeneration and exceed the allowable value.
  • the NOx catalyst unit 11 is arranged downstream of the oxidation catalyst unit 12, and therefore the catalyst temperature of the NOx catalyst unit 11 is increased by the heat of the exhaust gas heated by the oxidation catalyst unit 12. Thus, the NOx reduction ability of the NOx catalyst unit 11 can be enhanced as much as possible.
  • the portion of the exhaust passage 6a where the control valve 29 is provided has a smaller passage cross-sectional area than the other portions, so the valve body 31 is formed as small as possible and the oxidation catalyst portion. 12 and the NOx catalyst unit 11 can be arranged close to each other as long as they do not interfere with the valve body 31.
  • the high-temperature exhaust gas that has passed through the oxidation catalyst unit 12 can be supplied to the NOx catalyst unit 11 before the temperature decreases. Therefore, the temperature raising effect of the NOx catalyst (HC-SCR catalyst) due to the exhaust from the oxidation catalyst section 12 can be obtained more reliably.
  • the ECU 25 executes the process in step S12, and the ECU 25 sets the control valve 29 to the second value. Since the passage is fully closed position PS2, all the exhaust gas that has passed through the oxidation catalyst portion 12 flows into the NOx catalyst portion 11 from the first passage 27. For this reason, the NOx purification performance during normal operation is not reduced.
  • the ECU 25 secures the HC amount necessary for the NOx reduction reaction and the HC amount necessary for the temperature increase of the filter 13 (HC amount necessary for the oxidation catalyst unit 12). Post-injection is performed in the combustion chamber of the engine 2 (the processing of step S9 and step S14 is executed). Therefore, it is not necessary to separately provide a fuel (HC) addition device or the like in order to supply this necessary amount of HC into the exhaust gas. Therefore, the number of parts can be reduced, and the entire apparatus 1 can be reduced in size and cost. In addition, since the dedicated piping required when the fuel addition device is provided is not necessary, troubles such as fuel leakage can be prevented and safety can be improved.
  • the exhaust purification device 1 needs to be housed in the narrow engine room 3 together with the accessory equipment such as the hydraulic pump 4 as described above. Although the space is limited, in the above-described embodiment, as described above, it is not necessary to separately provide a fuel addition device. Therefore, the exhaust purification device 1 can be downsized and efficiently disposed in the narrow engine room 3.
  • FIG. 7 shows a modification of the above embodiment, in which the arrangement positions of the oxidation catalyst unit 12 and the control valve 29 are different from those of the above embodiment.
  • symbol is attached
  • the assembly in which the exhaust purification device main body 6 and the exhaust pipe 7 are combined corresponds to the exhaust passage forming member of the present invention, and forms a series of exhaust passages 10.
  • the exhaust passage 10 includes an exhaust passage downstream portion 106 a formed inside the exhaust purification device main body 6 and an exhaust passage upstream portion 107 a formed inside the exhaust pipe 7. Only the NOx catalyst unit 11 and the filter 13 are disposed in the exhaust passage downstream side portion 106a formed in the exhaust purification device main body 6, and both the oxidation catalyst unit 12 and the control valve 29 are provided in the exhaust pipe 7. Arranged in the exhaust passage upstream portion 107a.
  • a portion of the series of exhaust passages 10 on the downstream side of the oxidation catalyst unit 12 and on the upstream side of the NOx catalyst unit 11 includes the first passage 27 that guides exhaust to the NOx catalyst unit 11 and the NOx.
  • the control valve 29 is provided in the exhaust passage upstream portion 107a in the exhaust pipe 7 and branched to the second passage 28 that guides the exhaust gas to the filter 13 without passing through the catalyst portion 11.
  • control valve 29 is provided in the exhaust pipe 7 having a smaller diameter than the exhaust purification device main body 6, so that the passage cut-off of the portion where the control valve 29 is provided in the exhaust passage upstream portion 107 a.
  • the control valve 29 (valve element 31) can be downsized without reducing the area. Accordingly, it is possible to prevent an increase in exhaust resistance due to the provision of the throttle portion in the exhaust passage upstream portion 107a.
  • control valve 29 is controlled to an intermediate position between the first passage fully closed position PS1 and the second passage fully closed position PS2 during filter regeneration, so that the first passage 27 and the second passage are arranged.
  • the present invention is not limited to this.
  • the control valve 29 may be controlled to the first passage fully closed position PS1 during filter regeneration. .
  • control valve 29 shall have the one valve body 31, for example, the control valve 29 opens and closes the 1st channel
  • the determination as to whether or not the regeneration of the filter 13 is necessary is performed based on the differential pressure on the upstream side and the downstream side of the filter 13 detected by the differential pressure detection sensor 22.
  • the present invention is not limited to this.
  • the ECU 25 estimates the operating state of the engine 2 based on detection signals from various sensors, and estimates (detects) the NOx concentration based on the estimated operating state. ).
  • the ECU 25 may execute the timer control to determine that the filter 13 needs to be regenerated every predetermined time and execute the regeneration control of the filter 13.
  • the NOx sensor 23 is disposed on the downstream side of the filter 13.
  • the NOx sensor 23 is disposed at any position on the downstream side of the NOx catalyst unit 11. May be.
  • the NOx concentration downstream of the filter 13 is detected by the NOx sensor 23.
  • the present invention is not limited to this.
  • the ECU 25 detects detection signals from various sensors of the engine 2. The NOx concentration may be estimated based on the above.
  • post-injection is performed in the combustion chamber of the engine 2 in order to supply the HC amount necessary for NOx reduction and the HC amount necessary for increasing the temperature of the filter 13 into the exhaust gas.
  • the present invention is not limited to this.
  • after injection may be performed instead of post injection, or after injection may be performed in addition to post injection.
  • the present invention is not limited to this, and may be applied to, for example, a gasoline engine.
  • the engine 2 is not limited to an in-line four-cylinder engine, and may be a horizontally opposed type or a V-type engine, and the number of cylinders is not limited to four.
  • the number of cylinders may be three or less or five or more. Good.
  • the HC-SCR catalyst is used as the catalyst for reducing NOx.
  • a NOx storage reduction catalyst may be used.
  • the engine 2 is preferably a gasoline engine.
  • An exhaust purification device of the present invention includes an exhaust passage forming member that forms an exhaust passage through which exhaust from an engine passes, and a filter that is disposed in the exhaust passage and collects exhaust particulates in the exhaust discharged from the engine.
  • a NOx catalyst portion disposed upstream of the filter in the exhaust passage and reducing NOx in the exhaust gas using HC as a reducing agent, and an oxidation disposed upstream of the NOx catalyst portion in the exhaust passage.
  • a catalyst portion and a control valve provided in the exhaust passage, and a portion of the exhaust passage upstream of the NOx catalyst portion and downstream of the oxidation catalyst portion includes the oxidation catalyst portion.
  • the above Valve changes the flow rate ratio of the flow rate of the exhaust gas flowing into the flow rate and the second passage of the exhaust gas flowing into the first passage, characterized in that.
  • the exhaust discharged from the engine is first supplied to the oxidation catalyst section.
  • the oxidation catalyst portion the oxidation reaction of the HC component in the exhaust is promoted, and the temperature of the exhaust is raised by the reaction heat generated at this time.
  • the operation of the control valve is controlled by a valve control means, which will be described later, so that a part (or all) of the heated exhaust gas is removed from the second passage through the NOx catalyst unit. Can be supplied directly to the filter without any intervention. Therefore, it is possible to easily control the temperature of the exhaust gas supplied to the filter as compared with the case where all of the exhaust gas that has passed through the oxidation catalyst unit is supplied to the filter after passing through the NOx catalyst unit.
  • the filter temperature becomes higher than necessary (supplied HC component to the oxidation catalyst unit more than necessary), resulting in a decrease in fuel consumption, or the filter temperature becomes too low (HC component supplied to the oxidation catalyst unit). It is possible to prevent the regeneration of the filter from being insufficient.
  • a determination unit that determines whether or not the regeneration of the filter is necessary
  • a valve control unit that controls the operation of the control valve based on a determination result by the determination unit.
  • the temperature of the exhaust gas supplied to the filter is controlled by the valve control unit controlling the operation of the control valve based on the determination result by the determination unit that determines whether or not regeneration of the filter is necessary. It can be done easily. Therefore, the filter temperature becomes higher than necessary (supplied HC component to the oxidation catalyst unit more than necessary), resulting in a decrease in fuel consumption, or the filter temperature becomes too low (HC component supplied to the oxidation catalyst unit). It is possible to prevent the regeneration of the filter from being insufficient.
  • the valve control means causes the control valve to exhaust the exhaust from the engine from the first and second paths.
  • the control valve causes exhaust from the engine to flow into both the first and second passages.
  • it is configured.
  • the temperature is raised by the oxidation catalyst unit by causing the control valve to flow exhaust into both the first and second passages.
  • Part of the exhaust gas can be directly supplied to the filter without passing through the NOx catalyst section.
  • the temperature control of the exhaust gas supplied to the filter can be easily performed. Therefore, it is possible to prevent the filter temperature from becoming higher than necessary, leading to a reduction in fuel consumption, or the filter temperature from becoming too low to cause insufficient regeneration of the filter.
  • the apparatus further comprises NOx concentration detection means that is disposed downstream of the NOx catalyst section and detects NOx concentration in the exhaust, and the valve control means is based on the NOx concentration detected by the NOx concentration detection means. Thus, it is preferable to control the control valve.
  • valve control unit controls the control valve based on the NOx concentration detected by the NOx concentration detection unit, the NOx purification rate is prevented from being lowered, and the filter regeneration is efficiently and reliably performed. Can be done.
  • valve control means flows into the first passage in response to an increase in the NOx concentration detected by the NOx concentration detection means when the determination means determines that regeneration of the filter is necessary. It is preferable to control the control valve so as to increase the flow rate of exhaust gas.
  • HC amount control means for controlling the amount of HC in the exhaust discharged from the engine by post-injecting or after-injecting fuel into the cylinder of the engine.
  • the entire device in order to supply the HC component necessary for the reduction reaction of NOx in the exhaust and the HC component necessary for the temperature rise of the filter (the HC component necessary in the oxidation catalyst unit) into the exhaust, Since it is not necessary to provide a fuel addition device or the like, the entire device can be reduced in size.
  • the NOx catalyst part includes a cylindrical NOx catalyst holding body that holds a NOx catalyst
  • the oxidation catalyst part includes a cylindrical oxidation catalyst holding body that holds an oxidation catalyst
  • the filter is cylindrical.
  • the NOx catalyst holder, the oxidation catalyst holder, and the filter are preferably arranged in series and coaxially.
  • the cylindrical NOx catalyst holding body that holds the NOx catalyst, the cylindrical oxidation catalyst holding body that holds the oxidation catalyst, and the cylindrical filter are arranged in series and coaxially. Therefore, the entire apparatus can be reduced in size.
  • the present invention is useful for an engine exhaust purification device, and particularly useful for an engine exhaust purification device mounted on a construction machine such as an excavator.

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Abstract

　酸化触媒部１２、ＮＯｘ触媒部１１、及びフィルタ１３を備えたエンジンの排気浄化装置において、ＮＯｘ触媒部におけるＮＯｘの還元能力を低下させることなく、燃費の悪化を防止し、かつ、フィルタ１３の再生を確実に実行することを目的とする。この排気浄化装置では、排気浄化装置本体６の排気通路６ａに、排気上流側から下流側に向かって、酸化触媒部１２、ＮＯｘ触媒部１１及びフィルタがこの順で配置されている。排気通路６ａにおける酸化触媒部１２の下流側であり、かつＮＯｘ触媒部１１の上流側の部分は、排気をＮＯｘ触媒部１１へと導く第１通路２７と排気をＮＯｘ触媒部１１を介さずにフィルタ１３へと導く第２通路２８とに分岐され、それとともに、該排気通路には、制御弁２９が設けられている。該制御弁２９により、該第１通路２７に流入する排気の流量と該第２通路２８に流入する排気の流量との流量比率を変更することができる。

Description

排気浄化装置
　エンジンの排気通路に設けられ、該エンジンから排出される排気を浄化するための排気浄化装置に関する技術分野に属する。
　従来より、エンジンの排気通路に配設される排気浄化装置として、排気上流側から排気下流側に向かって、酸化触媒部、ＮＯｘ（窒素酸化物）触媒部、及びフィルタを順に配置したものが知られている（例えば、特許文献１参照）。この排気浄化装置は、ＮＯｘ触媒部（ＨＣ－ＳＣＲ触媒（炭化水素を還元剤とする選択還元触媒））の上流側に設けられた燃料添加装置から排気中に燃料（ＨＣ（炭化水素）成分）を添加することで、添加燃料とＮＯｘとを反応させて、排気中のＮＯｘを除去して排気を浄化する。
　上記排気浄化装置では、フィルタに排気微粒子（ＰＭ：Particulate Matter)が堆積することにより該排気微粒子の捕集効率が低下するという問題があり、この問題を解決するべく、現在までに様々なフィルタ再生技術が提案されている。例えば、特許文献２に示すものでは、フィルタ再生時にエンジンの燃焼室にポスト噴射を行うことで、排気中のＨＣ成分を増加させて酸化触媒部におけるＨＣ成分の酸化反応を促進し、このとき生じる反応熱により、フィルタ温度（フィルタに供給される排気温度）を上昇させてフィルタを再生させる。
　ここで、上記特許文献１に示す排気浄化装置では、酸化触媒部おいて昇温された排気がＮＯｘ触媒部に供給されるため、ＮＯｘ触媒部における触媒温度をこの昇温された排気の熱で高めることができ、これにより、ＮＯｘ触媒部におけるＮＯｘの還元能力を向上させることができるという利点がある。
　しかしながら、上記特許文献１に示すものでは、上述のフィルタ再生時に酸化触媒部によって昇温された排気はＮＯｘ触媒部を通過してからフィルタに供給されるため、酸化触媒部によって昇温された排気を直接フィルタに供給する場合に比べて、フィルタに供給される排気の温度制御が困難になるという問題がある。この結果、フィルタ温度が必要以上に高くなって（酸化触媒部に供給するＨＣ量が必要以上に多くなって）燃費の低下を招いたり、フィルタ温度が低くなり過ぎて（酸化触媒部に供給するＨＣ量が不足して）フィルタの再生が不十分になったりするという問題がある。
特開２００８－７５６１０号公報 特開２０１０－２６５７５４号公報
　このような点に鑑みて、本発明の目的は、酸化触媒部、ＮＯｘ触媒部、及びフィルタを備えたエンジンの排気浄化装置の構成を改良することにより、ＮＯｘ触媒部におけるＮＯｘの還元能力を低下させることなく、燃費の悪化を防止し、かつフィルタの再生を確実に実行することである。
　上記の目的を達成するために、本発明では、エンジンの排気通路に、排気上流側から下流側に向かって、酸化触媒部、ＮＯｘ触媒部及びフィルタがこの順番で配置されている。そして、エンジンの排気通路における酸化触媒部の下流側であり、かつＮＯｘ触媒部の上流側の部分は、排気をＮＯｘ触媒部へと導く第１通路と排気をＮＯｘ触媒部を介さずにフィルタへと導く第２通路とに分岐されている。さらに、該排気通路に制御弁が設けられている。該制御弁により、該第１通路に流入する排気の流量と該第２通路に流入する排気の流量との流量比率を変更することができる。
　具体的には、本発明の排気浄化装置は、エンジンからの排気が通る排気通路を形成する排気通路形成部材と、上記排気通路に配設され、上記エンジンから排出される排気中の排気微粒子を捕集するフィルタと、上記排気通路における上記フィルタよりも上流側に配設され、ＨＣを還元剤として排気中のＮＯｘを還元するＮＯｘ触媒部と、上記排気通路における上記ＮＯｘ触媒部の上流側に配設された酸化触媒部と、上記排気通路に設けられた制御弁とを備えている。
　上記排気通路における上記ＮＯｘ触媒部の上流側であり、かつ上記酸化触媒部の下流側の部分は、上記酸化触媒部を通過後の排気をＮＯｘ触媒部へと導く第１通路と、該酸化触媒部を通過後の排気を該ＮＯｘ触媒部を介さずにフィルタへと導く第２通路とに分岐されている。上記制御弁は、上記第１通路に流入する排気の流量と上記第２通路に流入する排気の流量との流量比率を変更する。
　本発明の排気浄化装置によれば、ＮＯｘ触媒部におけるＮＯｘの還元能力を低下させることなく、燃費の悪化を防止し、かつフィルタの再生を確実に実行することができる。
本発明の実施形態に係る排気浄化装置が適用されるディーゼルエンジンを搭載した油圧ショベルのエンジンルーム内の機器配置を示す概略平面図である。 図１のII方向矢視図である。 排気浄化装置の内部構造を示す概略図である。 図３のIV-IV線断面図である。 ＥＣＵにおける通常運転制御及びフィルタ再生制御の一例を示すフローチャートである。 図３のＥＣＵの回路構成図である。 本発明の変形例を示す図３に対応する排気浄化装置の内部構造を示す概略図である。
　以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
　（実施形態）
　図１は、本発明の実施形態に係る排気浄化装置１を備えた油圧ショベル１００の上部旋回体内の構造を示している。この排気浄化装置１（図２及び図３参照）は、油圧ショベル１００に搭載されたディーゼルエンジン２（以下、単にエンジンという）の排気浄化処理に適用される。なお、本実施形態では、図１～２における左側が油圧ショベル１００の前方に対応し、右側が後方に対応している。
　上記エンジン２は、例えば直列４気筒エンジンであって、油圧ショベル１００の上部旋回体１０１に設けられたエンジンルーム３内に配設されている。エンジンルーム３内には、エンジン２の他にも、油圧ポンプ４や、ラジエータ５、排気浄化装置１等が収容されている。エンジン２から排出される排気は、排気マニホールド（図示省略）及び排気パイプ７を介して排気浄化装置本体６に導かれ、排気浄化装置本体６からテールパイプ８を介して大気中に排出される。
　排気浄化装置本体６は、略円筒状をなしていて、エンジン２の気筒配列方向に直交する方向に水平に延びている。排気浄化装置本体６の長手方向の一端部には排気パイプ７が下方から接続され、排気浄化装置本体６の長手方向の他端部にはテールパイプ８が上側から接続されている。排気パイプ７及びテールパイプ８はそれぞれ排気浄化装置本体６に対して垂直に接続されている。
　上記排気浄化装置１は、上記の排気浄化装置本体６と、エンジン２から排出される排気に含まれるＨＣ、ＣＯ等の有害物質を浄化する酸化触媒部１２と、排気に含まれるＮＯｘを還元して浄化するＮＯｘ触媒部１１と、排気に含まれる煤等の排気微粒子（ＰＭ）を捕集するフィルタ１３とから構成されている。これら酸化触媒部１２、ＮＯｘ触媒部１１、及びフィルタ１３は、上記排気浄化装置本体６内の排気通路６ａに、上流側から下流側に向かってこの順番で配設されている。本実施形態では、排気浄化装置本体６は、本発明の排気通路形成部材に対応する。
　上記酸化触媒部１２は、円筒状のハニカム体（以下、酸化触媒保持体という）１５のセル表面にＰｔ（白金）などの貴金属を保持して触媒層をコートしたものであって、排気中のＣＯ、ＨＣを酸化してＣＯ２及びＨ２Ｏを生成する酸化反応を促進するように構成されている。
　上記ＮＯｘ触媒部１１は、酸素共存下でも選択的にＮＯｘをＨＣと反応させ得るよう反応選択性を高めたＨＣ選択還元型ＮＯｘ触媒（以下、ＨＣ－ＳＣＲ触媒と言う）を、円筒状のハニカム体（以下、ＮＯｘ触媒保持体という）１４のセル表面に保持して構成されている。このＨＣ－ＳＣＲ触媒には、例えば、銅―ゼオライト，鉄―ゼオライト等の周知の卑金属系酸化触媒を採用することができ、また、ＮＯｘ触媒保持体１４には、例えばアルミナ等を採用することができる。
　上記フィルタ１３は、多孔質のセラミックス製のディーゼル・パティキュレート・フィルタ（ＤＰＦ）であって、そのセル表面にはＰｔなどの貴金属を保持した触媒層をコートさせている。フィルタ１３は円筒状に形成されており、フィルタ１３と上記ＮＯｘ触媒保持体１４と上記酸化触媒保持体１５とは、互いに直列に、かつ同軸に配設されている。酸化触媒保持体１５及びフィルタ１３は排気浄化装置本体６の管壁に固定され、ＮＯｘ触媒保持体１４は後述の区画部材１７に固定されている。
　上記排気通路６ａにおけるフィルタ１３の上流側及び下流側は、差圧検出通路２１を介して連通しており、この差圧検出通路２１には、フィルタ上流側及び下流側間の差圧ΔＰを検出するべく差圧検出センサ２２が設けられている。また、上記フィルタ１３の下流側には、排気中のＮＯｘ濃度を検出するためのＮＯｘセンサ２３が設けられている。ＮＯｘセンサ２３は、本発明のＮＯｘ濃度検出手段に対応する。
　差圧検出センサ２２の検出信号は、電気接続ラインＥ１（図３参照）を介してＥＣＵ（Engine Control Unit)２５へと出力される。同様に、ＮＯｘセンサ２３の検出信号は、電気接続ラインＥ２を介してＥＣＵ２５へと出力される。
　上記排気浄化装置本体６の排気通路６ａにおける酸化触媒部１２の下流側であり、かつＮＯｘ触媒部１１の上流側の部分は、該酸化触媒部１２を通過後の排気をＮＯｘ触媒部１１へと導く第１通路２７と、該酸化触媒部１２を通過後の排気を該ＮＯｘ触媒部１１を介さずにフィルタ１３へと導く第２通路２８とに分岐されている（図３参照）。第１通路２７と第２通路２８とは、区画部材１７によって互いに区画されている。この区画部材１７は、ＮＯｘ触媒部１１を排気浄化装置本体６に固定するための固定部材としても用いられている。区画部材１７は、排気浄化装置本体６の上流側端部に固定された固定管部１８と、該固定管部１８に接続され、ＮＯｘ触媒保持体１４を保持する保持部１９とで構成されている。
　上記排気通路６ａにおける第１通路２７と第２通路２８とに分岐し始める部分には、第１通路２７に流入する排気の流量と第２通路２８に流入する排気の流量との比率を変更するための制御弁２９が配設されている。排気通路６ａにおける制御弁２９が設けられる部分６ｂは、その他の部分に比べて通路断面積が絞られて形成されている。制御弁２９は、図４に示すように、半円形の板状部材からなる弁体３１と、該弁体３１と一体に回転できるように該弁体３１に対して固定された回動ピン３２とを有している。回動ピン３２は、排気浄化装置本体６内の通路空間をその中心を通って径方向に貫通するように配設されている。回動ピン３２は、その両端部が排気浄化装置本体６の管壁に回動可能に支持されていて、電動モータ３３により弁体３１と一体で回転駆動される。弁体３１は、回動ピン３２を電動モータ３３により回動させることで、第１通路２７の上流側開口を全閉する第１通路全閉位置ＰＳ１（図３参照）と、第２通路２８の上流側開口を全閉する第２通路全閉位置ＰＳ２（後述する通常位置）との間の任意の位置に制御可能になっている。上記電動モータ３３は、後述のＥＣＵ２５により作動制御される。
　上記ＥＣＵ２５は、ＣＰＵやＲＯＭ及びＲＡＭ等からなる周知のマイクロコンピュータで構成されている。ＥＣＵ２５は、上記ＮＯｘセンサ２３、差圧検出センサ２２、及び、エンジン２に取り付けられた各種センサ（図示省略）からの検出信号に基づいて、エンジン２及び制御弁２９（電動モータ３３）の作動を制御する。
　具体的には、ＥＣＵ２５は、図６に示されるように、判定手段２５１と、堆積量算出手段２５２と、目標制御位置設定手段２５４と、弁制御手段２５５と、ＮＯｘ濃度算出手段２５６と、ＨＣ量算出手段２５７と、ＨＣ量制御手段２５８とを備えている。
　判定手段２５１は、フィルタ１３の再生が必要か否かを判定する手段であり、本実施形態では、差圧検出センサ２２により検出された差圧ΔＰが予め設定した第１閾圧力未満であるか否かによって、フィルタ１３の再生が必要か否かを判定する。
　堆積量算出手段２５２は、差圧検出センサ２２により検出された差圧ΔＰに基づいて、フィルタ１３に堆積した排気微粒子の量を算出する。
　目標制御位置設定手段２５４は、ＮＯｘ濃度算出手段２５６で算出されたＮＯｘ濃度に基づいて、ＲＯＭ２５９内から読み出した仮目標制御位置を修正して、該修正した仮目標制御位置を制御弁２９の真の目標制御位置として設定する。
　弁制御手段２５５は、判定手段２５１による判定結果、および目標制御位置制御手段２５４によって設定された目標制御位置に基づいて、制御弁２９の作動を制御する。具体的には、弁制御手段２５５は、制御弁２９を駆動するモータ３３を制御する。
　ＮＯｘ濃度算出手段２５６は、ＮＯｘセンサ２３からの検出信号に基づいて、フィルタ１３の下流側のＮＯｘ濃度を算出する。
　ＨＣ量算出手段２５７は、ＮＯｘ濃度算出手段２５６によって算出されたＮＯｘ濃度に基づいて、ＮＯｘ触媒部１１におけるＮＯｘの還元反応に必要なＨＣ量を算出する。また、ＨＣ量算出手段２５７は、堆積量算出手段２５２によって算出された排気微粒子の堆積量に基づいて、該排気微粒子を燃焼除去するために酸化触媒部１２おいて必要なＨＣ量を算出する。
　ＨＣ量制御手段２５８は、ＨＣ量算出手段２５７によって算出されたＨＣ量になるように、エンジン２における燃料の噴射を行うインジェクタ（燃料噴射弁）を制御する。
　上記のように構成されたＥＣＵ２５は、差圧検出センサ２２により検出された差圧ΔＰが予め設定された第１閾圧力未満である場合には、フィルタ１３の再生が必要ないと判断して通常運転制御を実行する。具体的には、ＥＣＵ２５は、フィルタ１３の再生が必要ないと判断した場合には、制御弁２９を通常位置（図３の二点鎖線で示す位置であって、本実施形態では第２通路全閉位置ＰＳ２）に制御するとともに、エンジン２の運転状態に基づいてエンジン２から排出される排気中のＮＯｘ濃度を推定して、該推定したＮＯｘ濃度に基づいて、ＮＯｘ触媒部１１におけるＮＯｘ還元に必要なＨＣ量を算出し、該算出したＨＣ量を排気中に供給するべくエンジン２の燃焼室内にポスト噴射を行う。このポスト噴射は、圧縮上死点付近のメイン噴射に先立って圧縮工程おいて行われるものである。
　ＥＣＵ２５は、差圧検出センサ２２により検出された差圧ΔＰが第１閾圧力以上である場合には、フィルタ１３の再生が必要と判断して、フィルタ再生制御を実行する。具体的には、ＥＣＵ２５は、フィルタ再生制御が必要と判断した場合には、まず、制御弁２９の仮目標制御位置をＲＯＭ２５９から読み込む。制御弁２９の仮目標制御位置は、例えば、第１通路２７に流入する排気流量ＱＮＯｘに対する第２通路２８に流入する排気流量Ｑdpfの比率（＝Ｑdpf／ＱＮＯｘ）が予め設定した設定比率Ｒpreになるように設定されている。この設定比率Ｒpreは、１以上（つまりＱdpf≧ＱＮＯｘ）であることが好ましく、とくに、１以上１．５以下の範囲内に設定されているのがより好ましい。
　なお、制御弁２９の仮目標制御位置は、ＥＣＵ２５によって、第１通路２７に流入する排気流量ＱＮＯｘに対する第２通路２８に流入する排気流量Ｑdpfの比率（＝Ｑdpf／ＱＮＯｘ）が予め設定した設定比率Ｒpreになるように設定されてもよい。
　そして、ＥＣＵ２５は、上記の仮目標制御位置を、ＮＯｘセンサ２３により検出されるＮＯｘ濃度に応じて修正する。本実施形態では、ＥＣＵ２５は、ＮＯｘセンサ２３により検出されたＮＯｘ濃度が高くなることに対応して第１通路２７に流入する排気流量が増加するように仮目標制御位置を修正して、該修正した仮目標制御位置を制御弁２９の真の目標制御位置として算出し、制御弁２９の位置を該目標制御位置に制御する。
　上記ＥＣＵ２５は、上記フィルタ再生制御の実行時には、ＮＯｘ触媒部１１におけるＮＯｘ還元に必要なＨＣ量、及び、酸化触媒部１２における排気の昇温に必要なＨＣ量を算出し、該算出したＨＣ量を排気中に供給するべくエンジン２の燃焼室内にポスト噴射を行う。
　次に、ＥＣＵ２５における通常運転制御及びフィルタ再生制御について、図５のフローチャートに基づいて詳細に説明する。
　最初のステップＳ１では、ＮＯｘセンサ２３からの濃度信号、差圧検出センサ２２からの圧力信号、及びエンジン２に取り付けられた各種センサからの信号を読み込む。
　ステップＳ２では、ＥＣＵ２５は、ステップＳ１で読み込んだ差圧検出センサ２２からの圧力信号に基づいて、フィルタ１３の上流側及び下流側の差圧ΔＰを算出するとともに、この差圧ΔＰが第１閾圧力以上であるか否かを判定し、この判定がＮＯである場合にはステップＳ１２に進む。一方、ＹＥＳである場合にはステップＳ３に進む。
　ステップＳ３では、ＥＣＵ２５は、フィルタ再生制御を開始するべく、ＥＣＵ２５に含まれるＲＯＭ２５９の内部に記憶されたフィルタ再生用のプログラムを実行する。
　ステップＳ４では、ＥＣＵ２５は、ＲＯＭ２５９内に記憶された、制御弁２９の仮目標制御位置を読み込む。
　ステップＳ５では、ＥＣＵ２５は、ステップＳ１で読み込んだＮＯｘセンサからの検出信号に基づいて、フィルタ１３の下流側のＮＯｘ濃度を算出する。
　ステップＳ６では、ＥＣＵ２５は、ステップＳ５で算出したＮＯｘ濃度に応じて、上記仮目標制御位置を修正して制御弁２９の真の目標制御位置を決定する。
　ステップＳ７では、ＥＣＵ２５は、制御弁２９を目標制御位置に制御するべく、電動モータ３３に対して必要な制御信号を出力する。
　ステップＳ８では、ＥＣＵ２５は、エンジン２の各種センサからの検出信号に基づいて、ＮＯｘ触媒部１１の上流側における排気中のＮＯｘ濃度を算出（推定）して、この算出したＮＯｘ濃度に基づいて、ＮＯｘ触媒部１１におけるＮＯｘの還元反応に必要なＨＣ量を算出する。さらに、ＥＣＵ２５は、ステップＳ２で算出した差圧ΔＰに基づいて、フィルタ１３に堆積した排気微粒子の堆積量（ＰＭ堆積量）を算出し、算出された排気微粒子の堆積量に基づいて、該排気微粒子を燃焼除去するために酸化触媒部１２おいて必要なＨＣ量を算出する。
　ステップＳ９では、ＥＣＵ２５は、エンジン２のインジェクタ（燃料噴射弁）がメイン噴射を実行するように制御し、その後、エンジン２から排出された直後の排気中（ＮＯｘ触媒部１１の上流側の排気中）のＨＣ量がステップＳ８で算出したＨＣ量になるように、インジェクタに対して必要な制御信号を出力して、インジェクタがポスト噴射を実行するように制御する。
　ステップＳ１０では、差圧検出センサ２２からの検出信号を読み込んで、現時点における差圧ΔＰを算出するとともに、該算出した差圧が第２閾圧力（＜第１閾圧力）以下であるか否かを判定し、この判定がＮＯである場合にはステップＳ２に戻り、一方、ＹＥＳである場合にはステップＳ１１に進み、ステップＳ１１では、フィルタ再生制御を終了して、その後、スタートへリターンする。
　ステップＳ２の判定がＮＯである場合に進むステップＳ１２では、ＥＣＵ２５は、制御弁２９を上述の通常位置（第２通路全閉位置ＰＳ２）に制御するべく、電動モータ３３に対して必要な制御信号を出力する。
　ステップＳ１３では、ＥＣＵ２５は、エンジン２の各種センサからの検出信号に基づいて、排気中のＮＯｘ濃度を算出（推定）して、この算出したＮＯｘ濃度に基づいて、ＮＯｘ触媒部１１おいてＮＯｘの還元反応に必要なＨＣ量を算出する。
　ステップＳ１４では、ＥＣＵ２５は、エンジン２のインジェクタがメイン噴射するように制御し、その後、エンジン２から排出された直後の排気中のＨＣ量がステップＳ１３で算出したＨＣ量になるように、インジェクタに対して必要な制御信号を出力して、インジェクタがポスト噴射を実行するように制御し、その後、スタートへリターンする。
　以上のように構成された排気浄化装置１では、エンジン２から排出された排気は先ず、酸化触媒部１２へと供給される。酸化触媒部１２では、排気中のＨＣ成分の酸化反応が促進されて、このとき生じる反応熱によって排気の昇温が図られる。そして、フィルタ１３の再生要求がある場合には（ステップＳ２の判定がＹＥＳである場合には）、ＥＣＵ２５がステップＳ３～ステップＳ１１の処理を実行し、ＥＣＵ２５により制御弁２９が、第１通路全閉位置ＰＳ１と第２通路全閉位置ＰＳ２との間の目標制御位置に制御される。これにより、上記酸化触媒部１２を通過して昇温された排気の一部を、図３に示される流れＦ２として、第２通路２８からフィルタ１３に直接供給することができる。したがって、酸化触媒部１２を通過した排気の全てをＮＯｘ触媒部１１を通過させてからフィルタ１３に供給する従来の排気浄化装置１に比べて、フィルタ１３に供給される排気の温度制御を容易に行うことができる。よって、フィルタ温度が必要以上に高くなって（酸化触媒部１２に供給するＨＣ量が必要以上に多くなって）燃費の低下を招いたり、フィルタ温度が低くなり過ぎて（酸化触媒部１２に供給するＨＣ量が不足して）フィルタ１３の再生が不十分になったりするのを防止することができる。また、フィルタ再生時に第１通路２７からＮＯｘ触媒部１１に流入した流れＦ１（図３参照）は、該ＮＯｘ触媒部１１によって排気中のＮＯｘが還元除去された後にフィルタ１３を通過して大気中に放出される。これにより、フィルタ再生中におけるＮＯｘ浄化率の低下を極力抑制することができる。
　さらに、上記実施形態では、フィルタ再生時には、ＥＣＵ２５によってステップＳ６の処理が実行されて、フィルタ１３の下流側のＮＯｘ濃度に応じて制御弁２９の位置が制御される。これにより、フィルタ再生中のＮＯｘ浄化率の低下を可及的に抑制することができる。すなわち、フィルタ再生時には、上述の如く、エンジン２からの排気の一部が第２通路２８からＮＯｘ触媒部１１を通らずに酸化触媒部１２に直接流入するため、この第２通路２８を通過する排気の量が多過ぎると、フィルタ再生中に排気中のＮＯｘ濃度が増加して許容値を上回ってしまうおそれがある。これに対して、上記実施形態では、フィルタ再生時には、上記ＮＯｘセンサ２３により検出されたフィルタ１３の下流側のＮＯｘ濃度が高くなることに対応して、上記第１通路２７からＮＯｘ触媒部１１に流入する排気の流量を増加させて、排気中のＮＯｘの還元反応を促進するようにしたことで、フィルタ再生に伴うＮＯ浄化性能の低下を可及的に抑制することができる。また、上記実施形態では、酸化触媒部１２の下流側にＮＯｘ触媒部１１を配置するようにしているため、酸化触媒部１２によって昇温された排気の熱でＮＯｘ触媒部１１の触媒温度を高めることができ、これにより、ＮＯｘ触媒部１１におけるＮＯｘの還元能力を可及的に高めることができる。また、上記実施形態では、排気通路６ａのうち制御弁２９が設けられる部分は、その他の部分に比べて通路断面積が小さくなっているため、弁体３１を極力小さく形成して、酸化触媒部１２とＮＯｘ触媒部１１とを弁体３１に干渉しない範囲で互いに近づけて配置することができる。これにより、酸化触媒部１２を通過した高温の排気をその温度が低下しないうちにＮＯｘ触媒部１１に供給することができる。よって、上述した酸化触媒部１２からの排気によるＮＯｘ触媒（ＨＣ－ＳＣＲ触媒）の昇温効果をより一層確実に得ることができる。
　また、上記実施形態では、フィルタ１３の再生要求がない通常運転時には（ステップＳ２の判定がＮＯである場合には）、ＥＣＵ２５によってステップＳ１２の処理が実行されて、ＥＣＵ２５により制御弁２９が第２通路全閉位置ＰＳ２に制御されるため、上記酸化触媒部１２を通過した排気は全て、第１通路２７からＮＯｘ触媒部１１に流入する。このため、通常運転時におけるＮＯｘ浄化性能が低下することもない。
　また、上記実施形態では、ＥＣＵ２５は、ＮＯｘの還元反応に必要なＨＣ量、及び、フィルタ１３の昇温に必要なＨＣ量（酸化触媒部１２おいて必要なＨＣ量）を確保するために、エンジン２の燃焼室にポスト噴射を行う（ステップＳ９及びステップＳ１４の処理を実行する）ようにしている。したがって、この必要なＨＣ量を排気中に供給するために別途燃料（ＨＣ）添加装置等を設ける必要もない。よって、部品点数を削減して、装置１全体の小型化及び低コスト化を図ることができる。また、燃料添加装置を設けた場合に必要となる専用配管も不要になるので、燃料漏れ等のトラブルを防止して安全性の向上を図ることができる。
　また、ショベル１００等の建設機械においては、上述の如く、排気浄化装置１を油圧ポンプ４等の付属機器と共に狭いエンジンルーム３内に収容する必要があるため、乗用車やトラック等に比べてその設置スペースが制限されるが、上記実施形態では、上述のように、燃料添加装置を別途設ける必要がないので、排気浄化装置１を小型化して狭いエンジンルーム３内に効率良く配置することができる。
　（変形例）
　図７は、上記実施形態の変形例を示し、酸化触媒部１２及び制御弁２９の配置位置を上記実施形態とは異ならせたものである。尚、図３と実質的に同じ構成要素については同じ符号を付してその詳細な説明を適宜省略する。
　すなわち、本変形例では、排気浄化装置本体６および排気パイプ７を組み合わせた集合体は、本発明の排気通路形成部材に対応しており、一連の排気通路１０を形成している。排気通路１０は、排気浄化装置本体６の内部に形成された排気通路下流側部分１０６ａと、排気パイプ７の内部に形成された排気通路上流側部分１０７ａとから構成されている。排気浄化装置本体６内に形成される排気通路下流側部分１０６ａには、ＮＯｘ触媒部１１及びフィルタ１３のみが配設されていて、酸化触媒部１２及び制御弁２９は共に、排気パイプ７内の排気通路上流側部分１０７ａに配設されている。
　上記変形例では、一連の排気通路１０における酸化触媒部１２の下流側であり、かつＮＯｘ触媒部１１の上流側の部分が、排気をＮＯｘ触媒部１１へと導く第１通路２７と、該ＮＯｘ触媒部１１を介さずに排気をフィルタ１３へと導く第２通路２８とに分岐されるとともに、排気パイプ７内の排気通路上流側部分１０７ａ内に制御弁２９を設けて、制御弁２９により、第１通路２７に流入する排気Ｆ１の流量と該第２通路２８に流入する排気Ｆ２の流量との流量比率を変更可能にしたことで、上記実施形態と同様の作用効果を得ることができる。
　また、上記変形例では、排気浄化装置本体６に比べて小径の排気パイプ７内に制御弁２９を設けるようにしたことで、排気通路上流側部分１０７ａにおける制御弁２９が設けられる部分の通路断面積を絞らなくても、制御弁２９（弁体３１）を小型化することができる。したがって、排気通路上流側部分１０７ａに絞り部を設けることによる排気抵抗の増加を防止することができる。
　（他の実施形態）
　本発明の構成は、上記実施形態及び変形例に限定されるものではなく、それ以外の種々の構成を包含するものである。すなわち、上記実施形態及び変形例では、フィルタ再生時には、制御弁２９を第１通路全閉位置ＰＳ１と第２通路全閉位置ＰＳ２との中間位置に制御して、第１通路２７及び第２通路２８の双方にエンジン２からの排気を流入させるようにしているが、これに限ったものではなく、例えば、フィルタ再生時に制御弁２９を第１通路全閉位置ＰＳ１に制御するようにしてもよい。
　また、上記実施形態及び変形例では、制御弁２９は１つの弁体３１を有するものとされているが、例えば、制御弁２９は、第１通路２７と第２通路２８とをそれぞれ独立に開閉可能な２つの弁体３１を有するものであってもよい。
　また、上記実施形態及び変形例では、フィルタ１３の再生が必要か否かの判定を、差圧検出センサ２２により検出されたフィルタ１３の上流側及び下流側の差圧に基づいて行うようにしているが、これに限ったものではなく、例えば、ＥＣＵ２５において、各種センサからの検出信号に基づいてエンジン２の運転状態を推定して、該推定した運転状態に基づいて上記ＮＯｘ濃度を推定（検出）するようにしてもよい。また、ＥＣＵ２５においてタイマ制御を実行することにより所定時間ごとにフィルタ１３の再生が必要と判定してフィルタ１３の再生制御を実行するようにしてもよい。
　また、上記実施形態及び変形例では、ＮＯｘセンサ２３をフィルタ１３の下流側に配設するようにしているが、ＮＯｘセンサ２３は、ＮＯｘ触媒部１１の下流側であればどの位置に配設してもよい。また、上記実施形態では、フィルタ１３の下流側のＮＯｘ濃度をＮＯｘセンサ２３により検出するようにしているが、これに限ったものではなく、例えば、ＥＣＵ２５において、エンジン２の各種センサからの検出信号に基づいて上記ＮＯｘ濃度を推定するようにしてもよい。
　また、上記実施形態及び変形例では、ＮＯｘの還元に必要なＨＣ量、及びフィルタ１３の昇温に必要なＨＣ量を排気中に供給するために、エンジン２の燃焼室にポスト噴射を行うようにしているが、これに限ったものではなく、例えば、ポスト噴射に代えてアフター噴射を行うようにしてもよいし、ポスト噴射に加えてさらにアフター噴射を行うようにしてもよい。また、燃料添加装置を別途設けるようにしてもよい。
　また、上記実施形態及び変形例では、排気浄化装置１をディーゼルエンジン２に適用した例を示したが、これに限ったものではなく、例えば、ガソリンエンジンに適用するようにしてもよい。また、エンジン２は直列４気筒エンジンに限らず、水平対向型やＶ型エンジンであってもよく、気筒数も４気筒に限ったものではなく、例えば３気筒以下や５気筒以上であってもよい。
　また、上記実施形態及び変形例では、ＮＯｘを還元するための触媒としてＨＣ－ＳＣＲ触媒を使用するようにしているが、例えば、ＮＯｘ吸蔵還元触媒を使用するようにしてもよい。この場合、エンジン２は、ガソリンエンジンであることが好ましい。
　また、上記実施形態及び変形例では、排気浄化装置１を油圧ショベルのエンジン２に適用した例を示したが、これに限ったものではなく、例えば、自動車や船舶のエンジン２に適用するようにしてもよい。
　なお、上述した具体的実施形態には以下の構成を有する発明が主に含まれている。
　本発明の排気浄化装置は、エンジンからの排気が通る排気通路を形成する排気通路形成部材と、上記排気通路に配設され、上記エンジンから排出される排気中の排気微粒子を捕集するフィルタと、上記排気通路における上記フィルタよりも上流側に配設され、ＨＣを還元剤として排気中のＮＯｘを還元するＮＯｘ触媒部と、上記排気通路における上記ＮＯｘ触媒部の上流側に配設された酸化触媒部と、上記排気通路に設けられた制御弁とを備えており、上記排気通路における上記ＮＯｘ触媒部の上流側であり、かつ上記酸化触媒部の下流側の部分は、上記酸化触媒部を通過後の排気を上記ＮＯｘ触媒部へと導く第１通路と、該酸化触媒部を通過後の排気を該ＮＯｘ触媒部を介さずに上記フィルタへと導く第２通路とに分岐されており、上記制御弁は、上記第１通路に流入する排気の流量と上記第２通路に流入する排気の流量との流量比率を変更する、ことを特徴とする。
　本発明によれば、エンジンから排出された排気は先ず、酸化触媒部へと供給される。酸化触媒部では、排気中のＨＣ成分の酸化反応が促進されて、このとき生じる反応熱によって排気の昇温が図られる。そして、フィルタの再生が必要な場合には、後述する弁制御手段などにより制御弁の作動を制御することで、この昇温された排気の一部（又は全部）を第２通路からＮＯｘ触媒部を介さずにフィルタに直接供給することができる。したがって、酸化触媒部を通過した排気の全てをＮＯｘ触媒部を通過させてからフィルタに供給する場合に比べて、フィルタに供給される排気の温度制御を容易に行うことができる。よって、フィルタ温度が必要以上に高くなって（酸化触媒部にＨＣ成分を必要以上に供給して）燃費の低下を招いたり、フィルタ温度が低くなり過ぎて（酸化触媒部に供給されるＨＣ成分が不足して）フィルタの再生が不十分になったりするのを防止することができる。
　また、上記フィルタの再生が必要か否かを判定する判定手段と、上記判定手段による判定結果に基づいて、上記制御弁の作動を制御する弁制御手段とをさらに備えているのが好ましい。
　この構成によれば、フィルタの再生が必要か否かを判定する判定手段による判定結果に基づいて、弁制御手段が制御弁の作動を制御することにより、フィルタに供給される排気の温度制御を容易に行うことができる。よって、フィルタ温度が必要以上に高くなって（酸化触媒部にＨＣ成分を必要以上に供給して）燃費の低下を招いたり、フィルタ温度が低くなり過ぎて（酸化触媒部に供給されるＨＣ成分が不足して）フィルタの再生が不十分になったりするのを防止することができる。
　さらに、上記弁制御手段は、上記判定手段により上記フィルタの再生が必要ないと判定された場合には、上記制御弁により、上記エンジンからの排気を上記第１及び第２通路のうち第１通路にのみ流入させ、一方、上記判定手段により上記フィルタの再生が必要と判定された場合には、上記制御弁により、上記エンジンからの排気を上記第１及び第２通路の双方に流入させるように構成されているのが好ましい。
　この構成によれば、上記判定手段によりフィルタの再生が必要ないと判定された場合には、エンジンから排出されて酸化触媒部を通過した後の昇温された排気を全て、制御弁によって、第１通路からＮＯｘ触媒部を通して大気中に排出させることができる。したがって、フィルタの再生が必要ない場合には、排気中のＮＯｘをＮＯｘ触媒部によって十分に還元することができる。また、酸化触媒部をＮＯｘ触媒部よりも上流側に配設するようにしたことで、酸化触媒部によって昇温された排気の熱でＮＯｘ触媒部の触媒温度を高めることができ、これにより、ＮＯｘ触媒部におけるＮＯｘの還元能力を可及的に高めることができる。
　一方、上記判定手段により上記フィルタの再生が必要と判定された場合には、上記制御弁により、上記第１及び第２通路の双方に排気を流入させることによって、酸化触媒部によって昇温された排気の一部をＮＯｘ触媒部を通過させることなくフィルタに直接、供給することができる。これにより、フィルタに供給される排気の温度制御を容易に行うことができる。よって、フィルタ温度が必要以上に高くなって燃費の低下を招いたり、フィルタ温度が低くなり過ぎてフィルタの再生が不十分になったりするのを防止することができる。
　さらに、上記ＮＯｘ触媒部よりも下流側に配設され、排気中のＮＯｘ濃度を検出するＮＯｘ濃度検出手段をさらに備え、上記弁制御手段は、上記ＮＯｘ濃度検出手段により検出されたＮＯｘ濃度に基づいて、上記制御弁を制御するのが好ましい。
　この構成によれば、弁制御手段がＮＯｘ濃度検出手段により検出されたＮＯｘ濃度に基づいて制御弁を制御するので、ＮＯｘ浄化率の低下を防止し、かつ、フィルタ再生を効率的に、かつ確実に行うことができる。
　さらに、上記弁制御手段は、上記判定手段によりフィルタの再生が必要と判定された場合において、上記ＮＯｘ濃度検出手段により検出されたＮＯｘ濃度が高くなることに対応して、上記第１通路に流入する排気の流量を増加させるように上記制御弁を制御するのが好ましい。
　この構成によれば、ＮＯｘ浄化率の低下を防止し、かつ、フィルタ再生を効率的に、かつ確実に行うことができる。
　すなわち、フィルタ再生時には、上述の如く、エンジンから排出されて酸化触媒部を通過した後の排気の一部（又は全部）がＮＯｘ触媒部を通らずに第２通路からフィルタに直接流入する。このため、この第２通路に流入する排気の流量が多過ぎると、フィルタ再生中における排気中のＮＯｘ浄化効率が低下するおそれがある。これに対して、上記の構成では、フィルタの再生に際して、ＮＯｘ濃度検出手段により検出された排気のＮＯｘ濃度が高くなることに対応して、上記第１通路からＮＯｘ触媒部に流入する排気の流量を増加させるので、フィルタ再生中におけるＮＯｘ浄化性能の低下を極力抑制し、かつ、フィルタ再生を効率良く確実に実行することができる。
　さらに、上記エンジンの気筒内に燃料をポスト噴射又はアフター噴射することにより、上記エンジンから排出される排気中のＨＣ量を制御するＨＣ量制御手段をさらに備えているのが好ましい。
　この構成によれば、排気中のＮＯｘの還元反応に必要なＨＣ成分、及び、フィルタの昇温に必要なＨＣ成分（酸化触媒部において必要なＨＣ成分）を排気中に供給するために、別途、燃料添加装置等を設ける必要がないため、装置全体を小型化することができる。
　さらに、上記ＮＯｘ触媒部は、ＮＯｘ触媒を保持する円筒状のＮＯｘ触媒保持体を含み、上記酸化触媒部は、酸化触媒を保持する円筒状の酸化触媒保持体を含み、上記フィルタは円筒状に形成されており、上記ＮＯｘ触媒保持体、上記酸化触媒保持体、及び上記フィルタは、直列に、かつ同軸に配設されているのが好ましい。
　この構成によれば、ＮＯｘ触媒を保持する円筒状のＮＯｘ触媒保持体と、酸化触媒を保持する円筒状の酸化触媒保持体と、円筒状のフィルタとが直列に、かつ同軸に配置されているので、装置全体を小型化することができる。
　本発明は、エンジンの排気浄化装置に有用であり、特に、ショベル等の建設機械に搭載されるエンジンの排気浄化装置に有用である。
１　　　排気浄化装置
２　　　エンジン
６　　　排気浄化装置本体（排気通路形成部材）
６ａ　　排気通路
７　　　排気パイプ（排気通路形成部材）
１０　　排気通路
１１　　　ＮＯｘ触媒部
１２　　　酸化触媒部
１３　　　フィルタ
１４　　　ＮＯｘ触媒保持体
１５　　　酸化触媒保持体
２２　　　差圧検出センサ
２３　　　ＮＯｘセンサ（ＮＯｘ濃度検出手段）
２５　　　ＥＣＵ
２７　　　第１通路
２８　　　第２通路
２９　　　制御弁
３３　　　モータ
１０６ａ　排気通路下流側部分
１０７ａ　排気通路上流側部分
２５１　　判定手段
２５５　　弁制御手段
２５８　　ＨＣ量制御手段

Claims (7)

  1. 　エンジンからの排気が通る排気通路を形成する排気通路形成部材と、
    　上記排気通路に配設され、上記エンジンから排出される排気中の排気微粒子を捕集するフィルタと、
    　上記排気通路における上記フィルタよりも上流側に配設され、ＨＣを還元剤として排気中のＮＯｘを還元するＮＯｘ触媒部と、
    　上記排気通路における上記ＮＯｘ触媒部の上流側に配設された酸化触媒部と、
    　上記排気通路に設けられた制御弁と
    を備えており、
    　上記排気通路における上記ＮＯｘ触媒部の上流側であり、かつ上記酸化触媒部の下流側の部分は、上記酸化触媒部を通過後の排気を上記ＮＯｘ触媒部へと導く第１通路と、該酸化触媒部を通過後の排気を該ＮＯｘ触媒部を介さずに上記フィルタへと導く第２通路とに分岐されており、
    　上記制御弁は、上記第１通路に流入する排気の流量と上記第２通路に流入する排気の流量との流量比率を変更する、
    ことを特徴とする排気浄化装置。
  2. 　上記フィルタの再生が必要か否かを判定する判定手段と、
    　上記判定手段による判定結果に基づいて、上記制御弁の作動を制御する弁制御手段と
    をさらに備えている請求項１に記載の排気浄化装置。
  3. 　上記弁制御手段は、上記判定手段により上記フィルタの再生が必要ないと判定された場合には、上記制御弁により、上記エンジンからの排気を上記第１及び第２通路のうち第１通路にのみ流入させ、一方、上記判定手段により上記フィルタの再生が必要と判定された場合には、上記制御弁により、上記エンジンからの排気を上記第１及び第２通路の双方に流入させるように構成されている請求項２に記載の排気浄化装置。
  4. 　上記フィルタの下流側に配設され、排気中のＮＯｘ濃度を検出するＮＯｘ濃度検出手段をさらに備え、
    　上記弁制御手段は、上記ＮＯｘ濃度検出手段により検出されたＮＯｘ濃度に基づいて、上記制御弁の作動を制御するように構成されている請求項２または３に記載の排気浄化装置。
  5. 　上記弁制御手段は、上記判定手段によりフィルタの再生が必要と判定された場合において、上記ＮＯｘ濃度検出手段により検出されたＮＯｘ濃度が高くなることに対応して、上記第１通路に流入する排気の流量を増加させるように上記制御弁を制御する請求項４に記載の排気浄化装置。
  6. 　上記エンジンの気筒内に燃料をポスト噴射又はアフター噴射することにより、上記エンジンから排出される排気中のＨＣ量を制御するＨＣ量制御手段をさらに備えている請求項１から５のいずれかに記載の排気浄化装置。
  7. 　上記ＮＯｘ触媒部は、ＮＯｘ触媒を保持する円筒状のＮＯｘ触媒保持体を含み、
    　上記酸化触媒部は、酸化触媒を保持する円筒状の酸化触媒保持体を含み、
    　上記フィルタは円筒状に形成されており、
    　上記ＮＯｘ触媒保持体、上記酸化触媒保持体、及び上記フィルタとは、直列に、かつ同軸に配設されている請求項１から６のいずれかに記載の排気浄化装置。
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