WO2017145234A1 - 排気浄化システム - Google Patents

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WO2017145234A1
WO2017145234A1 PCT/JP2016/055051 JP2016055051W WO2017145234A1 WO 2017145234 A1 WO2017145234 A1 WO 2017145234A1 JP 2016055051 W JP2016055051 W JP 2016055051W WO 2017145234 A1 WO2017145234 A1 WO 2017145234A1
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WO
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exhaust
passage
exhaust passage
burner
addition valve
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PCT/JP2016/055051
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English (en)
French (fr)
Inventor
佐藤　信也
細谷　満
高倉　隆
Original Assignee
日野自動車 株式会社
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Publication date
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/08—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Definitions

  • the present invention relates to an exhaust purification system equipped with a selective reduction catalyst.
  • Patent Document 1 As an exhaust gas purification system that reduces nitrogen oxides (hereinafter referred to as NOx) contained in exhaust gas, urea SCR (Selective Catalytic) using a urea water addition device and a selective reduction catalyst is used.
  • a (Reduction) system is known.
  • the urea SCR system the exhaust gas to which urea water is added by the urea water adding device flows into the selective reduction catalyst. Urea water is converted into ammonia by hydrolysis.
  • NOx is reduced to nitrogen and water by ammonia.
  • urea water added to the exhaust gas is hydrolyzed and converted into ammonia by the heat of the exhaust gas and the heat of the selective catalytic reduction catalyst. For this reason, when the temperature of the exhaust gas or the temperature of the selective catalytic reduction catalyst is low, the urea water is not easily converted into ammonia and the urea contained in the urea water is crystallized, so the amount of urea water added is limited. I must. Such restriction of urea water causes a reduction in the amount of NOx reduction.
  • An object of the present invention is to provide an exhaust purification system capable of increasing the amount of NOx reduction.
  • An exhaust purification system that solves the above problems includes an exhaust passage through which exhaust gas flows, a selective reduction catalyst located in the exhaust passage, an addition valve located upstream of the selective reduction catalyst in the exhaust passage, A burner positioned upstream of the addition valve in the exhaust passage, the combustion space of the fuel in the burner being a part of the space in the exhaust passage, and the addition valve connected to the addition valve A connection passage through which urea water flows toward the valve, wherein a part of the connection passage includes the connection passage passing through the combustion space.
  • the urea water flowing through the connection passage is heated and the exhaust gas is heated by driving the burner, the urea water is easily converted into ammonia.
  • the reducing agent can be added to the exhaust passage. As a result, the amount of NOx reduction is increased.
  • the exhaust purification system preferably includes a DPF located downstream of the burner in the exhaust passage and upstream of the addition valve. According to the above configuration, the particulate matter generated by the combustion of the fuel in the engine and the particulate matter generated by the combustion of the fuel in the burner are captured by the DPF. Further, since the exhaust gas is heated by driving the burner, it is possible to regenerate the DPF while heating the urea water.
  • the exhaust passage includes a first exhaust passage having a combustion portion in which the combustion space is formed, and a second exhaust passage having a selective reduction portion in which a space in which the selective catalytic reduction catalyst is located is formed. And has a shape folded from the exhaust gas outlet in the first exhaust passage toward the exhaust gas inlet in the second exhaust passage, and the heat generated by the combustion of the fuel in the burner It is preferable that the combustion unit and the selective reduction unit are arranged in parallel so as to be able to transmit from the combustion unit to the selective reduction unit.
  • the exhaust purification system includes a control device that controls driving of the burner, and the control device acquires a temperature of the selective catalytic reduction catalyst, and the acquired temperature is less than an activation temperature of the selective catalytic reduction catalyst. In some cases it is preferable to drive the burner.
  • the selective reduction catalyst is a first selective reduction catalyst
  • the addition valve is a first addition valve
  • the connection passage is a first connection passage, and is downstream of the burner.
  • a second selective catalytic reduction catalyst located upstream of the first addition valve, a downstream of the burner, and upstream of the second selective reduction catalyst.
  • the second addition valve is different from the first connection passage, is connected to the second addition valve, and the urea water flows toward the second addition valve It is a 2nd connection channel, Comprising: It is preferable that a part of said 2nd connection channel is further provided with the said 2nd connection channel which passes along the said combustion space.
  • the urea water flowing through the first and second connection passages is heated by driving the burner. Therefore, it is possible to perform NOx reduction step by step from a state in which the exhaust gas temperature and the selective reduction catalyst temperature are low. As a result, the amount of NOx reduction is further increased.
  • the figure which shows schematic structure of the exhaust gas purification system in 1st Embodiment The flowchart which shows an example of the process which adds a reducing agent in 1st Embodiment.
  • the figure which shows schematic structure of the exhaust gas purification system in 2nd Embodiment The graph which shows an example of the NOx reduction rate with respect to catalyst temperature in 2nd Embodiment.
  • FIG. 1 A first embodiment of the exhaust purification system will be described with reference to FIGS.
  • the exhaust purification system supplies exhaust gas from the engine, purifies the exhaust gas supplied, and discharges the exhaust gas.
  • the exhaust purification system is disposed outside the inner cylinder 3 and the inner cylinder 3.
  • the outer cylinder 4 has a bottomed cylindrical structure, and a tip part which is an end opposite to the end close to the engine among the two ends of the inner cylinder 3 is located inside the outer cylinder 4. Is spaced from the bottom surface 5 of the outer cylinder 4.
  • the inner space of the inner cylinder 3 communicates with the outer space between the outer surface of the inner cylinder 3 and the inner surface of the outer cylinder 4, and the entire inner cylinder 3 and outer cylinder 4 constitute the exhaust passage 10.
  • the exhaust passage 10 includes a first exhaust passage 11 configured from the inner surface of the inner cylinder 3, a second exhaust passage 12 configured from the outer surface of the inner cylinder 3 and the inner surface of the outer cylinder 4, and the outer cylinder. 4, and a third exhaust passage 13 communicating with the first exhaust passage 11 and the second exhaust passage 12.
  • the exhaust passage 10 has a fourth exhaust passage 14 that exhausts the exhaust gas that has passed through the second exhaust passage 12. In the exhaust passage 10, the exhaust gas from the engine is supplied to the first exhaust passage 11, then turned back in the third exhaust passage 13 and supplied to the second exhaust passage 12, and finally, the fourth exhaust passage 14. Discharged from.
  • the exhaust passage 10 is configured such that the exhaust gas flow path is folded back at the third exhaust passage 13 and the second exhaust passage 12 is positioned outside the first exhaust passage 11. Downsizing is realized in the extending direction of the inner cylinder 3 and the outer cylinder 4 while forming the gas flow path long.
  • the exhaust purification system includes a burner 20.
  • the burner 20 includes a fuel supply unit 21 that supplies fuel into the first exhaust passage 11 and a spark plug 22 that ignites the fuel supplied into the first exhaust passage 11.
  • the fuel supply unit 21 includes an injection nozzle 23 that injects fuel into the first exhaust passage 11 and a fuel passage 25 that supplies fuel in the fuel tank 24 to the injection nozzle 23.
  • the fuel supply unit 21 includes a pump 26 and an opening / closing valve 27 in the fuel passage 25.
  • the pump 26 is a pump that uses an engine as a power source, and pumps the fuel in the fuel tank 24 to the on-off valve 27 at a predetermined pressure.
  • the on-off valve 27 opens and closes the fuel passage 25.
  • the spark plug 22 is, for example, a spark plug or a glow plug, and ignites the fuel injected from the injection nozzle 23. The fuel burns with oxygen remaining in the exhaust gas as an oxidant.
  • the fuel injection amount by the injection nozzle 23, the opening and closing of the on-off valve 27, and the driving of the spark plug 22, that is, the driving of the burner 20, are controlled by the control device 50.
  • the injection nozzle 23 may be an injector in which the function of the on-off valve 27 is built.
  • a part of the first exhaust passage 11 functions as a combustion unit 29, and the combustion unit 29 is located downstream of the injection nozzle 23 in the exhaust flow direction in the first exhaust passage 11.
  • a combustion space 28 that is a part of the internal space of the first exhaust passage 11 is formed in the combustion unit 29, and the fuel injected from the injection nozzle 23 burns in the combustion space 28 to generate a flame accompanying the combustion of the fuel.
  • a spark plug 22 is located at the upstream end of the combustion portion 29 in the direction in which the exhaust flows.
  • a heating unit 41 is located at the downstream end of the combustion unit 29 in the exhaust flow direction. The range occupied by the combustion unit 29 in the first exhaust passage 11 in the exhaust flow direction is between the spark plug 22 and the downstream end of the heating unit 41, and is indicated by a range A in FIG.
  • the exhaust purification system includes a DPF (Diesel Particulate Filter) 30 downstream of the combustion space 28 in the first exhaust passage 11.
  • the DPF 30 captures particulate matter (PM) contained in the exhaust gas.
  • the particulate matter captured by the DPF 30 can be incinerated when the exhaust gas flowing into the DPF 30 is heated by the burner 20.
  • the exhaust purification system includes a reducing agent supply device 35 that supplies a reducing agent for reducing NOx in the exhaust gas.
  • the reducing agent supply device 35 includes an addition valve 36 that adds a reducing agent to the exhaust gas that has passed through the DPF 30.
  • the addition valve 36 adds a reducing agent on the extension of the first exhaust passage 11 along the flow direction of the exhaust gas immediately after flowing out from the first exhaust passage 11 in the third exhaust passage 13.
  • the reducing agent supply device 35 includes a urea water tank 37 that stores urea water of a predetermined concentration, and a connection passage 38 that connects the urea water tank 37 and the addition valve 36.
  • the reducing agent supply device 35 includes a pump 39 and an opening / closing valve 40 in the connection passage 38.
  • the pump 39 pumps the urea water in the urea water tank 37 to the on-off valve 40 at a predetermined pressure.
  • the on-off valve 40 opens and closes the connection passage 38.
  • the addition amount by the addition valve 36 and the opening / closing of the opening / closing valve 40, that is, the driving of the reducing agent supply device 35 is controlled by the control device 50.
  • connection passage 38 includes a portion led to the combustion space 28 that is a part of the first exhaust passage 11.
  • the portion located in the combustion space 28 functions as a heating unit 41 for heating the urea water.
  • the heating unit 41 is located downstream of the on-off valve 40 in the direction in which urea water is pumped.
  • the heating unit 41 has a coil-shaped portion extending along the anti-gravity direction, and the portion located upstream in the flow direction of urea water is located on the gravity direction side.
  • the heating unit 41 is heated by driving the burner 20 using the exhaust gas as a heat medium, and transmits the heat of the flame to the urea water flowing through the heating unit 41.
  • the connection passage 38 only needs to connect the urea water tank 37 and the addition valve 36, and the heating portion 41 and portions other than the heating portion 41 in the connection passage 38 may have different materials. However, they may have the same material.
  • the heating unit 41 is preferably made of a material having high thermal conductivity, such as copper or stainless steel.
  • the exhaust purification system includes a selective reduction catalyst 43 in the second exhaust passage 12.
  • a part of the second exhaust passage 12 functions as a selective reduction unit 45, and the selective reduction unit 45 forms a catalyst space 44 in which the selective reduction catalyst 43 is located.
  • the selective reduction unit 45 includes an inner passage wall 3B that is a portion facing the selective reduction catalyst 43 in the inner cylinder 3, and an outer passage wall 4B that is a portion facing the selective reduction catalyst 43 in the outer cylinder 4. It consists of and.
  • the range occupied by the selective reduction unit 45 in the axial direction of the inner cylinder 3 corresponds to the thickness of the selective reduction catalyst 43 and is indicated by a range B in FIG.
  • a portion constituting the selective reduction unit 45 in the inner cylinder 3 is a partition wall 3 ⁇ / b> S that partitions the combustion space 28 and the catalyst space 44.
  • the exhaust purification system includes an intake air amount sensor 46, a NOx concentration sensor 47, and a temperature sensor 48.
  • the intake air amount sensor 46 detects the intake air amount Qa of the engine.
  • the NOx concentration sensor 47 detects the NOx concentration Cx1 of the exhaust gas flowing into the combustion space 28.
  • the temperature sensor 48 detects the temperature of the exhaust gas flowing into the selective reduction catalyst 43 as the catalyst temperature Tc1 that is the temperature of the selective reduction catalyst 43.
  • Each sensor 46, 47, 48 outputs a signal indicating each detected value to the control device 50.
  • the control device 50 includes a CPU, a ROM that stores various control programs and various data, a RAM that temporarily stores calculation results and various data in various calculations, and is based on the control programs stored in the ROM. Various processes.
  • the control device 50 acquires the intake air amount Qa based on the signal from the intake air amount sensor 46, the NOx concentration Cx1 based on the signal from the NOx concentration sensor 47, and the catalyst temperature Tc1 based on the signal from the temperature sensor 48.
  • the control device 50 controls the drive of the reducing agent supply device 35 and the drive of the burner 20 based on the intake air amount Qa, the NOx concentration Cx1, and the catalyst temperature Tc1.
  • the control device 50 controls the driving of the reducing agent supply device 35 based on the intake air amount Qa and the NOx concentration Cx1.
  • the control device 50 calculates the NOx amount Gx1 contained in the exhaust gas based on the intake air amount Qa and the NOx concentration Cx1, and uses the amount of reducing agent necessary to reduce the NOx corresponding to the calculated NOx amount Gx1.
  • a certain addition amount Gu1 is calculated.
  • the control device 50 controls the opening / closing of the opening / closing valve 40 and adds the reducing agent corresponding to the addition amount Gu1 from the addition valve 36 to the exhaust gas.
  • the control device 50 controls the drive of the burner 20 based on the catalyst temperature Tc1 and the addition amount Gu1.
  • the control device 50 determines whether or not the catalyst temperature Tc1 is lower than the activation temperature Tca, and drives the burner 20 when the catalyst temperature Tc1 is lower than the activation temperature Tca.
  • the control device 50 calculates the fuel amount Gf injected from the injection nozzle 23.
  • the fuel amount Gf is The amount of the urea water corresponding to the addition amount Gu1 is heated to a predetermined state in the heating unit 41 by the combustion of the fuel in the combustion space 28. For example, the urea water corresponding to the addition amount Gu1 is heated in the heating unit 41.
  • the amount of fuel that is hydrolyzed to ammonia controls the opening and closing of the on-off valve 27 and injects fuel of the fuel amount Gf from the injection nozzle 23. Further, when the fuel injection to the first exhaust passage 11 is started, the control device 50 drives the spark plug 22 for a predetermined time to ignite the fuel injected into the first exhaust passage 11. Fuel combustion after ignition is maintained by continuous fuel supply to the combustion space 28.
  • step S11 the control device 50 acquires the intake air amount Qa, the NOx concentration Cx1, and the catalyst temperature Tc1 (step S11). Subsequently, the control device 50 calculates the NOx amount Gx1 based on the intake air amount Qa and the NOx concentration Cx1 (step S12), and calculates the addition amount Gu1 based on the NOx amount Gx1 (step S13).
  • step S14 the control device 50 determines whether or not the catalyst temperature Tc1 acquired in step S11 is lower than the activation temperature Tca.
  • step S14: NO the control device 50 controls the opening / closing of the on-off valve 40 and adds the reducing agent corresponding to the addition amount Gu1 to the exhaust gas from the addition valve 36.
  • step S19 a series of processing is once ended.
  • the control device 50 calculates the fuel amount Gf based on the addition amount Gu1 (step S15), and controls the opening and closing of the on-off valve 27 to control the fuel.
  • the amount Gf of fuel is injected from the injection nozzle 23 (step S16).
  • step S17 the control device 50 determines whether or not the calculation of the fuel amount Gf is continuous.
  • the control device 50 drives the spark plug 22 only when the calculation of the fuel amount Gf is not continuous (step S17: NO) (step S18), and controls the opening / closing of the on-off valve 40 according to the addition amount Gu1. (Step S19) A series of processing is once ended.
  • the connection passage 38 connected to the addition valve 36 includes a heating unit 41 located in the combustion space 28. Therefore, when the burner 20 is driven, the temperature of the exhaust gas is raised and the urea water flowing through the connection passage 38 is heated by the heating unit 41. As a result, urea water is easily converted to ammonia, so that the reducing agent can be added to the exhaust passage 10 even when the exhaust gas temperature or the catalyst temperature Tc1 is low.
  • FIG. 3 is a graph showing an example of the relationship between the catalyst temperature Tc1 and the NOx reduction rate, and is a graph showing the results of experiments conducted on the NOx reduction rate.
  • the embodiment is the exhaust purification system
  • the comparative example is an exhaust purification system that does not have the heating unit 41.
  • the NOx reduction rate is significantly higher than that in the comparative example at the time of cold start where the catalyst temperature Tc1 is in the temperature range of 100 ° C. to 180 ° C. or during light load operation. It was. Moreover, it was recognized that the NOx reduction rate at each temperature is higher than that of the comparative example in the temperature range where the catalyst temperature Tc1 is 200 ° C. or less. That is, it was recognized that the reduction amount of NOx was significantly increased in the example as compared with the comparative example.
  • the following effects can be obtained. (1) Since the urea water is easily converted into ammonia by driving the burner 20, the reducing agent can be added to the exhaust passage 10 even if the catalyst temperature Tc1 is lower than the activation temperature Tca. As a result, the amount of NOx reduction increases.
  • the DPF 30 Since the DPF 30 is disposed downstream of the burner 20, the particulate matter that accompanies the drive of the burner 20 can be captured by the DPF 30. As a result, an increase in the amount of particulate matter discharged due to the drive of the burner 20 is suppressed.
  • the burner 20 is driven when the catalyst temperature Tc1 is lower than the activation temperature Tca. Thereby, the fuel consumption amount when heating urea water with the burner 20 is suppressed.
  • the fuel amount Gf is the amount of fuel in which the addition amount Gu1 of urea water is heated to a predetermined state in the heating unit 41. Therefore, while the burner 20 is being driven, the probability that the reducing agent added to the exhaust passage 10 is not urea water but ammonia is increased.
  • the heating unit 41 has a coil shape. Therefore, the surface area of the heating unit 41 is increased and the flow path length of the heating unit 41 is increased. As a result, since the urea water is efficiently heated in the heating unit 41, the degree of freedom regarding the addition amount Gu1 is improved.
  • the heating unit 41 is located closer to the gravity direction as the upstream part is located. Therefore, ammonia converted from urea water is easily discharged from the heating unit 41.
  • the addition valve 36 adds a reducing agent on the extension of the first exhaust passage 11 in the flow direction of the exhaust gas immediately after flowing out from the first exhaust passage 11. That is, the exhaust gas flowing out from the first exhaust passage 11 flows toward the addition valve 36 and then flows into the second exhaust passage 12. Therefore, the ratio of the exhaust gas flowing toward the second exhaust passage 12 after the reducing agent is added in the exhaust gas is increased. Accordingly, the reducing agent is easily dispersed in the exhaust gas, and NOx reduction by the selective reduction catalyst 43 is efficiently performed.
  • the exhaust purification system includes a selective reduction catalyst 56 upstream of the selective reduction catalyst 43 in the second exhaust passage 12 in the exhaust flow direction.
  • the reducing agent supply device 35 includes a plurality of addition valves 57 that add a reducing agent to the exhaust gas flowing between the selective reduction catalyst 56 and the selective reduction catalyst 43.
  • the reducing agent supply device 35 includes a connection passage 58 that connects the urea water tank 37 and the addition valve 57.
  • the connection passage 58 branches from the connection passage 38 downstream of the pump 39 and upstream of the on-off valve 40 in the direction in which the urea water flows.
  • the connection passage 58 includes an opening / closing valve 59.
  • the addition amount by the addition valve 57 and the opening / closing of the opening / closing valve 59 are controlled by the control device 50.
  • a part of the connection passage 58 functions as the heating unit 60 located in the combustion space 28, similarly to the connection passage 38.
  • the heating unit 60 has a coil shape extending along the anti-gravity direction, and is located in the gravity direction toward the upstream side in the flow direction of the urea water.
  • the exhaust purification system uses a temperature sensor 62 that detects the temperature of the exhaust gas flowing into the selective reduction catalyst 56 as the catalyst temperature Tc2 of the selective reduction catalyst 56, and the NOx concentration Cx2 of the exhaust gas that has passed through the selective reduction catalyst 56. And a NOx concentration sensor 63 to be detected. Each sensor 62, 63 outputs a signal indicating each detected value to the control device 50.
  • the controller 50 acquires the NOx concentration Cx2 based on the signal from the NOx concentration sensor 63 and the catalyst temperature Tc2 based on the signal from the temperature sensor 62 in addition to the intake air amount Qa, the NOx concentration Cx1, and the catalyst temperature Tc1.
  • the control device 50 controls opening and closing of the on-off valve 40 based on the intake air amount Qa and the NOx concentration Cx1.
  • the control device 50 calculates the NOx amount Gx1 flowing into the selective catalytic reduction catalyst 56 based on the intake air amount Qa and the NOx concentration Cx1, and the amount of reducing agent necessary for reducing only the NOx amount Gx1.
  • the addition amount Gu1 is calculated.
  • the control device 50 controls the opening / closing of the opening / closing valve 40 and adds the reducing agent corresponding to the addition amount Gu1 from the addition valve 36 to the exhaust gas.
  • the control device 50 controls opening and closing of the on-off valve 59 based on the intake air amount Qa and the NOx concentration Cx2.
  • the control device 50 calculates the NOx amount Gx2 flowing into the selective catalytic reduction catalyst 43 based on the intake air amount Qa and the NOx concentration Cx2, and the amount of reducing agent necessary for reducing only the NOx amount Gx2
  • the addition amount Gu2 is calculated.
  • the control device 50 controls the opening / closing of the opening / closing valve 59 and adds the addition amount Gu2 of the reducing agent to the exhaust gas through each addition valve 57.
  • the control device 50 controls the drive of the burner 20 based on the catalyst temperatures Tc1 and Tc2 and the addition amounts Gu1 and Gu2.
  • the controller 50 determines whether or not both of the catalyst temperatures Tc1 and Tc2 have reached the activation temperature Tca, and drives the burner 20 when at least one of the catalyst temperatures Tc1 and Tc2 is less than the activation temperature Tca.
  • the control device 50 is configured to increase the temperature of the urea water corresponding to the addition amount Gu1 in the heating unit 41 to a predetermined state, and to increase the temperature of the urea water corresponding to the addition amount Gu2 to the predetermined state in the heating unit 60. Is calculated as the fuel amount Gf.
  • the amount of fuel Gf is, for example, the amount of fuel for the amount of urea water of the addition amount Gu1 hydrolyzed to ammonia by the heating unit 41 and the amount of urea water of the addition amount Gu2 hydrolyzed to ammonia by the heating unit 60. It is.
  • the selective reduction catalyst 43 is a first selective reduction catalyst
  • the addition valve 57 is a first addition valve
  • the connection passage 58 is a first connection passage
  • the heating unit 60 is a first heating unit.
  • the selective reduction catalyst 56 is a second selective reduction catalyst
  • the addition valve 36 is a second addition valve
  • the connection passage 38 is a second connection passage
  • the heating unit 41 is a second heating unit.
  • FIG. 5 is a graph showing an example of the relationship between the catalyst temperature Tc1 and the NOx reduction rate, and is a graph showing the results of experiments conducted on the NOx reduction rate.
  • the example is the exhaust purification system of the second embodiment.
  • the comparative example is an exhaust purification system in which the connection passage does not have a heating unit.
  • a reference example is the exhaust purification system of the first embodiment.
  • the amount of NOx reduction is significantly higher than that of the comparative example, and the amount of NOx reduction is higher than that of the reference example that is the exhaust purification system of the first embodiment. These were recognized.
  • the effects listed below can be obtained.
  • the burner 20 is driven when at least one of the catalyst temperatures Tc1 and Tc2 is lower than the activation temperature Tca. Therefore, stepwise reduction of NOx can be performed even if at least one of the selective reduction catalysts 43 and 56 is lower than the activation temperature Tca. As a result, the amount of NOx reduction is further increased.
  • the burner 20 may be driven regardless of whether the catalyst temperatures Tc1 and Tc2 have reached the activation temperature Tca. Even in such a configuration, the fuel amount Gf is preferably controlled in accordance with the addition amounts Gu1 and Gu2.
  • the fuel amount Gf may be constant regardless of the addition amounts Gu1 and Gu2. Even in such a configuration, since the urea water is heated by the heating units 41 and 60, the urea water is easily converted into ammonia.
  • the mounting position of the DPF 30 is not limited to the downstream of the burner 20 in the exhaust passage 10 and may be, for example, upstream of the burner 20.
  • the fuel amount Gf may be adjusted based on a detection value of a sensor that detects the temperature of the urea water in the urea water tank 37. According to such a configuration, the fuel consumption accompanying the drive of the burner 20 is further suppressed.
  • the heating parts 41 and 60 should just have the shape which can be located in the combustion space 28,
  • the shape is not restricted to a coil shape, Moreover, the upstream with respect to the urea water tank 37 It is not restricted to the shape located in the gravity direction side as the part of.
  • the reducing agent supply device 35 may have a heat insulating part around the connection passages 38 and 58 downstream of the heating parts 41 and 60. According to such a configuration, liquefaction of the reducing agent due to a temperature decrease can be suppressed.
  • the exhaust purification system may further include a diesel oxidation catalyst that oxidizes hydrocarbons and carbon monoxide contained in the exhaust gas.
  • the exhaust purification system may further include an ammonia oxidation catalyst that oxidizes ammonia downstream of the selective reduction catalyst 43.
  • the burner 20 may further include an air supply unit that supplies air into the first exhaust passage 11 upstream of the injection nozzle 23 so that an air-fuel mixture of fuel and air is generated.
  • the burner 20 may be configured to supply a premixed gas in which fuel and air are mixed in advance to the first exhaust passage 11.
  • the exhaust passage 10 is not limited to the one having a double pipe structure, and may have a configuration as shown in FIG. As shown in FIG. 6, the first exhaust passage 11 of the exhaust passage 10 extends along the extending direction and has an inlet 19 through which exhaust gas from the engine flows in the middle of the first exhaust passage 11. . One opening end of the first exhaust passage 11 is closed by the substrate 18, and the other opening end communicates with the third exhaust passage 13.
  • the burner 20 includes an injection nozzle 23 fixed to the substrate 18 and an ignition plug 22 positioned closer to the inlet 19 than the injection nozzle 23.
  • the burner 20 has a space from the attachment position of the spark plug 22 to the edge closest to the substrate 18 among the edges forming the inlet 19 in the first exhaust passage 11 as the combustion space 28.
  • the first exhaust passage 11 has a portion indicated by a range A in FIG.
  • the exhaust gas that has flowed into the first exhaust passage 11 flows into the third exhaust passage 13 after passing through the DPF 30, is turned around in the third exhaust passage 13, and flows into the second exhaust passage 12.
  • the second exhaust passage 12 extends along the extending direction of the first exhaust passage 11 and is adjacent to the first exhaust passage 11 in a state of being separated from the first exhaust passage 11.
  • the addition valve 36 of the reducing agent supply device 35 adds a reducing agent to the exhaust gas flowing through the second exhaust passage 12.
  • the second exhaust passage 12 has a selective reduction unit 45 that forms a space where the selective reduction catalyst 43 is located downstream of the addition valve 36.
  • the second exhaust passage 12 has a portion indicated by a range B in FIG.
  • the selective reduction unit 45 and the combustion unit 29 are at least partially opposed in a state of being separated from each other.
  • the selective reduction unit 45 is heated by the radiant heat of the combustion unit 29 heated by driving the burner 20. Thereby, the time required for the catalyst temperature Tc1 of the selective catalytic reduction catalyst 43 to reach the activation temperature Tca is shortened.
  • the separation distance d between the combustion unit 29 and the selective reduction unit 45 is preferably 10 mm or less, and is further approximately 0. preferable.
  • the shape of the exhaust passage is not limited to the shape in which the outlet of the first exhaust passage having the function of the combustion section is turned back toward the inlet of the second exhaust passage having the function of the selective reduction section. It may be a shape. Even if it is such a structure, if a part of connection piping passes the combustion space, it is possible to acquire the effect mentioned above.
  • the exhaust purification system may perform NOx reduction stepwise by adding a new selective reduction catalyst and an addition valve to the exhaust passage 10 having the configuration shown in FIG.
  • the burner 20 may be driven when both the catalyst temperatures Tc1 and Tc2 are lower than the activation temperature Tca. According to this, the fuel consumption by the drive of the burner 20 is suppressed.

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Abstract

　ＮＯｘの低減量を高めることが可能な排気浄化システムを提供する。排気ガスが流れる排気通路（１０）と、排気通路（１０）に位置する選択還元型触媒（４３）と、排気通路（１０）において選択還元型触媒（４３）よりも上流に位置する添加弁（３６）と、添加弁（３６）に接続され、添加弁（３６）へ向かう尿素水が流れる接続通路（３８）と、排気通路（１０）における添加弁（３６）の上流に位置し、燃料の燃焼空間（２８）が排気通路（１０）内の空間の一部であるバーナー（２０）と、を備え、接続通路（３８）は、燃焼空間（２８）を通る加熱部（４１）を含む。

Description

排気浄化システム
　本発明は、選択還元型触媒を備えた排気浄化システムに関する。
　従来から、例えば特許文献１のように、排気に含まれる窒素酸化物（以下、ＮＯｘという）を低減する排気浄化システムとして、尿素水添加装置と選択還元型触媒とを用いた尿素ＳＣＲ（Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ　Ｃａｔａｌｙｔｉｃ　Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ）システムが知られている。尿素ＳＣＲシステムでは、尿素水添加装置によって尿素水が添加された排気ガスが選択還元型触媒に流入する。尿素水は、加水分解によりアンモニアに変換される。選択還元型触媒では、アンモニアによってＮＯｘが窒素と水とに還元される。
特開２０１３－１１１９３号公報
　ところで、排気ガスに添加された尿素水は、排気ガスの熱や選択還元型触媒の熱によって加水分解されてアンモニアへと変換される。そのため、排気ガスの温度や選択還元型触媒の温度が低い場合には、尿素水がアンモニアに変換されにくいばかりか尿素水に含まれる尿素が結晶化してしまうため、尿素水の添加量を制限せざるを得ない。こうした尿素水の制限は、ＮＯｘの低減量の低下を招く。
　本発明は、ＮＯｘの低減量を高めることが可能な排気浄化システムを提供することを目的とする。
　上記課題を解決する排気浄化システムは、排気ガスが流れる排気通路と、前記排気通路内に位置する選択還元型触媒と、前記排気通路において前記選択還元型触媒よりも上流に位置する添加弁と、前記排気通路において前記添加弁よりも上流に位置するバーナーであって、前記バーナーにおける燃料の燃焼空間が前記排気通路内の空間の一部である前記バーナーと、前記添加弁に接続されて前記添加弁に向けて尿素水が流れる接続通路であって、前記接続通路の一部が、前記燃焼空間を通る前記接続通路と、を備える。
　上記構成によれば、バーナーの駆動によって、接続通路を流れる尿素水が加熱されるとともに排気ガスが昇温されることから、尿素水がアンモニアに変換されやすくなる。これにより、排気ガスの温度や選択還元型触媒の温度が低い場合であっても排気通路に対する還元剤の添加が可能となる。その結果、ＮＯｘの低減量が高められる。
　上記排気浄化システムは、前記排気通路において前記バーナーよりも下流であって、かつ、前記添加弁よりも上流に位置するＤＰＦを備えることが好ましい。
　上記構成によれば、エンジンにおける燃料の燃焼によって発生した粒子性物質、及び、バーナーにおける燃料の燃焼によって発生した粒子性物質がＤＰＦで捕捉される。また、バーナーの駆動によって排気ガスが昇温されることから、尿素水の加熱を行いつつ、ＤＰＦの再生を行うことが可能である。
　上記排気浄化システムにおいて、前記排気通路は、前記燃焼空間が形成された燃焼部を備える第１排気通路と、前記選択還元型触媒が位置する空間が形成された選択還元部を備える第２排気通路と、を含み、かつ、前記第１排気通路における排気ガスの出口から前記第２排気通路における排気ガスの入口に向けて折り返された形状を有し、前記バーナーにおける前記燃料の燃焼による熱が前記燃焼部から前記選択還元部に伝達可能に、前記燃焼部と前記選択還元部とが互いに並設されていることが好ましい。
　上記構成によれば、バーナーの駆動により選択還元型触媒が加熱されることで、選択還元型触媒が活性温度に到達するまでに要する時間が短縮される。
　上記排気浄化システムは、前記バーナーの駆動を制御する制御装置を備え、前記制御装置は、前記選択還元型触媒の温度を取得し、前記取得された温度が前記選択還元型触媒の活性温度未満である場合に前記バーナーを駆動することが好ましい。
　上記構成によれば、選択還元型触媒の温度が活性温度未満である場合にバーナーが駆動されることから、尿素水の加熱による燃料消費量が抑えられる。
　上記排気浄化システムにおいて、前記選択還元型触媒が第１の選択還元型触媒であり、前記添加弁が第１の添加弁であり、前記接続通路が第１の接続通路であり、前記バーナーの下流であって、かつ、前記第１の添加弁よりも上流に位置する第２の選択還元型触媒と、前記バーナーの下流であって、かつ、前記第２の選択還元型触媒よりも上流に位置する第２の添加弁と、前記第１の接続通路とは異なる第２の接続通路であって、前記第２の添加弁に接続され、前記第２の添加弁に向けて尿素水が流れる前記第２の接続通路であって、前記第２の接続通路の一部が、前記燃焼空間を通る前記第２の接続通路と、をさらに備えることが好ましい。
　上記構成によれば、バーナーの駆動によって、第１及び第２の接続通路を流れる尿素水が加熱される。そのため、排気ガスの温度や選択還元型触媒の温度が低い状態からＮＯｘの還元を段階的に行うことが可能である。その結果、ＮＯｘの低減量がさらに高まる。
第１実施形態における排気浄化システムの概略構成を示す図。 第１実施形態において還元剤を添加する処理の一例を示すフローチャート。 第１実施形態において触媒温度に対するＮＯｘ低減率の一例を示すグラフ。 第２実施形態における排気浄化システムの概略構成を示す図。 第２実施形態において触媒温度に対するＮＯｘ低減率の一例を示すグラフ。 変形例における排気浄化システムの概略構成を示す図。
　（第１実施形態）
　図１～図３を参照して、排気浄化システムの第１実施形態について説明する。
　図１に示されるように、排気浄化システムは、エンジンから排気ガスが供給され、供給された排気ガスを浄化して排出するものであり、内筒３と、内筒３の外側に配設される外筒４とから構成される二重管構造を備えている。外筒４は、有底の筒構造を有しており、内筒３の有する２つの端部のうちでエンジンに近い端部とは反対側の端部である先端部は、外筒４内に挿入され、外筒４の底面５から離間している。これにより、内筒３の内部空間は、内筒３の外面と外筒４の内面との間の外側空間と連通し、これら内筒３と外筒４との全体で、排気通路１０を構成する。
　具体的に、排気通路１０は、内筒３の内面から構成される第１排気通路１１と、内筒３の外面と外筒４の内面とから構成される第２排気通路１２と、外筒４の底面５と外筒４の内面とから構成されて、第１排気通路１１と第２排気通路１２とを連通する第３排気通路１３とを有している。排気通路１０は、第２排気通路１２を通過した排気ガスを排出する第４排気通路１４を有している。この排気通路１０において、エンジンからの排気ガスは、第１排気通路１１に供給され、次いで、第３排気通路１３で折り返されて第２排気通路１２に供給され、最後に、第４排気通路１４から排出される。このように、排気通路１０は、第３排気通路１３で排気ガス流路が折り返され、かつ、第１排気通路１１の外側に第２排気通路１２が位置するように構成されることで、排気ガス流路を長く形成しつつ、内筒３や外筒４の延びる方向において小型化を実現している。
　排気浄化システムは、バーナー２０を備える。バーナー２０は、第１排気通路１１内に燃料を供給する燃料供給部２１と、第１排気通路１１内に供給された燃料を着火する点火プラグ２２と、を備える。
　燃料供給部２１は、第１排気通路１１内に燃料を噴射する噴射ノズル２３と、燃料タンク２４内の燃料を噴射ノズル２３に供給するための燃料通路２５と、を備える。燃料供給部２１は、燃料通路２５にポンプ２６と開閉弁２７とを備える。ポンプ２６は、エンジンを動力源とするポンプであって、燃料タンク２４内の燃料を所定圧力で開閉弁２７に圧送する。開閉弁２７は、燃料通路２５を開閉する。点火プラグ２２は、例えばスパークプラグやグロープラグであって、噴射ノズル２３から噴射された燃料に着火する。燃料は、排気ガスに残存する酸素を酸化剤として燃焼する。噴射ノズル２３による燃料噴射量、開閉弁２７の開閉、及び、点火プラグ２２の駆動、すなわちバーナー２０の駆動は、制御装置５０によって制御される。なお、噴射ノズル２３は、開閉弁２７の機能が内蔵されるインジェクターであってもよい。
　第１排気通路１１の一部は、燃焼部２９として機能し、燃焼部２９は、第１排気通路１１なかで、排気の流れる方向において噴射ノズル２３よりも下流に位置している。燃焼部２９には、第１排気通路１１の内部空間の一部である燃焼空間２８が形成され、噴射ノズル２３から噴射された燃料は燃焼空間２８において燃焼して燃料の燃焼にともなう火炎を生成する。排気の流れる方向において燃焼部２９の上流端には、点火プラグ２２が位置している。排気の流れる方向において燃焼部２９の下流端には、加熱部４１が位置している。排気の流れる方向において第１排気通路１１のなかで燃焼部２９の占有する範囲は、点火プラグ２２と加熱部４１の下流端との間であり、図１において範囲Ａで示されている。
　排気浄化システムは、第１排気通路１１における燃焼空間２８の下流に、ＤＰＦ（Ｄｉｅｓｅｌ　Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ　Ｆｉｌｔｅｒ）３０を備える。ＤＰＦ３０は、排気ガスに含まれる粒子性物質（ＰＭ：Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ　Ｍａｔｔｅｒ）を捕捉する。ＤＰＦ３０が捕捉した粒子性物質は、ＤＰＦ３０に流入する排気ガスがバーナー２０によって昇温されることにより焼却可能である。
　排気浄化システムは、排気ガスのＮＯｘを還元するための還元剤を供給する還元剤供給装置３５を備える。還元剤供給装置３５は、ＤＰＦ３０を通過した排気ガスに対して還元剤を添加する添加弁３６を備える。添加弁３６は、第３排気通路１３において、第１排気通路１１から流出した直後の排気ガスが有する流れ方向に沿った第１排気通路１１の延長上にて還元剤を添加する。
　還元剤供給装置３５は、所定濃度の尿素水を貯留する尿素水タンク３７と、尿素水タンク３７と添加弁３６とを接続する接続通路３８と、を備える。還元剤供給装置３５は、接続通路３８にポンプ３９と開閉弁４０とを備える。ポンプ３９は、尿素水タンク３７内の尿素水を所定圧力で開閉弁４０に圧送する。開閉弁４０は、接続通路３８を開閉する。添加弁３６による添加量、及び、開閉弁４０の開閉、すなわち還元剤供給装置３５の駆動は、制御装置５０によって制御される。
　接続通路３８は、第１排気通路１１の一部である燃焼空間２８に引き回された部分を備える。燃焼空間２８に位置する部分は、尿素水を加熱するための加熱部４１として機能する。加熱部４１は、尿素水の圧送される方向において開閉弁４０の下流に位置している。
　加熱部４１は、反重力方向に沿って延びるコイル形状の部分を有し、尿素水の流れる方向において上流に位置する部位ほど重力方向側に位置している。加熱部４１は、排気ガスを熱媒体としてバーナー２０の駆動により加熱され、加熱部４１を流れる尿素水に火炎の有する熱を伝える。接続通路３８は、尿素水タンク３７と添加弁３６とを接続していればよく、加熱部４１と、接続通路３８において加熱部４１以外の部分とが相互に異なる材質を有していてもよいし、相互に同じ材質を有していてもよい。なお、加熱部４１は、熱伝導率の高い材料が好ましく、例えば銅やステンレスが好ましい。
　排気浄化システムは、第２排気通路１２に選択還元型触媒４３を備える。第２排気通路１２の一部は、選択還元部４５として機能し、選択還元部４５は、選択還元型触媒４３が位置する空間である触媒空間４４を形成する。選択還元部４５は、内筒３のうちで選択還元型触媒４３と対向する部分である内側通路壁３Ｂと、外筒４のうちで選択還元型触媒４３と対向する部分である外側通路壁４Ｂとから構成されている。内筒３の軸方向において選択還元部４５の占有する範囲は、選択還元型触媒４３の厚さに相当し、図１において範囲Ｂによって示されている。内筒３において選択還元部４５を構成する部分は、燃焼空間２８と触媒空間４４とを仕切る仕切壁３Ｓである。
　排気浄化システムは、吸入空気量センサー４６、ＮＯｘ濃度センサー４７、温度センサー４８を備える。吸入空気量センサー４６は、エンジンの吸入空気量Ｑａを検出する。ＮＯｘ濃度センサー４７は、燃焼空間２８に流入する排気ガスのＮＯｘ濃度Ｃｘ１を検出する。温度センサー４８は、選択還元型触媒４３に流入する排気ガスの温度を選択還元型触媒４３の温度である触媒温度Ｔｃ１として検出する。各センサー４６，４７，４８は、各々の検出値を示す信号を制御装置５０に出力する。
　制御装置５０は、ＣＰＵ、各種制御プログラムや各種データが格納されたＲＯＭ、各種演算における演算結果や各種データが一時的に格納されるＲＡＭ等によって構成され、ＲＯＭに格納された各制御プログラムに基づいて各種処理を実行する。
　制御装置５０は、吸入空気量センサー４６からの信号に基づく吸入空気量Ｑａ、ＮＯｘ濃度センサー４７からの信号に基づくＮＯｘ濃度Ｃｘ１、温度センサー４８からの信号に基づく触媒温度Ｔｃ１を取得する。制御装置５０は、吸入空気量Ｑａ、ＮＯｘ濃度Ｃｘ１、触媒温度Ｔｃ１に基づいて、還元剤供給装置３５の駆動とバーナー２０の駆動とを制御する。
　制御装置５０は、吸入空気量ＱａとＮＯｘ濃度Ｃｘ１とに基づき、還元剤供給装置３５の駆動を制御する。制御装置５０は、吸入空気量ＱａとＮＯｘ濃度Ｃｘ１とに基づき排気ガスに含まれるＮＯｘ量Ｇｘ１を演算し、その演算したＮＯｘ量Ｇｘ１の分のＮＯｘを還元するために必要な還元剤の量である添加量Ｇｕ１を演算する。制御装置５０は、開閉弁４０の開閉を制御し、排気ガスに対して添加量Ｇｕ１の分の還元剤を添加弁３６から添加する。
　制御装置５０は、触媒温度Ｔｃ１、添加量Ｇｕ１に基づきバーナー２０の駆動を制御する。制御装置５０は、触媒温度Ｔｃ１が活性温度Ｔｃａ未満であるか否かを判断し、触媒温度Ｔｃ１が活性温度Ｔｃａ未満である場合にバーナー２０を駆動する。
　制御装置５０は、噴射ノズル２３から噴射する燃料量Ｇｆを演算する。燃料量Ｇｆは、
燃焼空間２８における燃料の燃焼により加熱部４１において添加量Ｇｕ１の分の尿素水が所定の状態まで昇温される燃料の量であり、例えば、加熱部４１において添加量Ｇｕ１の分の尿素水がアンモニアに加水分解される燃料の量である。制御装置５０は、開閉弁２７の開閉を制御し、燃料量Ｇｆの燃料を噴射ノズル２３から噴射する。また、制御装置５０は、第１排気通路１１に対する燃料の噴射が開始されると点火プラグ２２を所定時間だけ駆動し、第１排気通路１１内に噴射された燃料に着火する。着火後における燃料の燃焼は、燃焼空間２８に対する連続的な燃料の供給により維持される。
　図２を参照して、還元剤を添加する処理の一例について説明する。この処理は、エンジンの始動により開始されるとともに繰り返し実行される。
　図２に示されるように、制御装置５０は、吸入空気量Ｑａ、ＮＯｘ濃度Ｃｘ１、触媒温度Ｔｃ１を取得する（ステップＳ１１）。続いて、制御装置５０は、吸入空気量ＱａとＮＯｘ濃度Ｃｘ１とに基づいてＮＯｘ量Ｇｘ１を演算し（ステップＳ１２）、そのＮＯｘ量Ｇｘ１に基づき添加量Ｇｕ１を演算する（ステップＳ１３）。
　次のステップＳ１４において、制御装置５０は、ステップＳ１１において取得した触媒温度Ｔｃ１が活性温度Ｔｃａ未満であるか否かを判断する。触媒温度Ｔｃ１が活性温度Ｔｃａ以上であった場合（ステップＳ１４：ＮＯ）、制御装置５０は、開閉弁４０の開閉を制御し、添加量Ｇｕ１の分の還元剤を添加弁３６から排気ガスに添加し（ステップＳ１９）、一連の処理を一旦終了する。
　触媒温度Ｔｃ１が活性温度Ｔｃａ未満であった場合（ステップＳ１４：ＹＥＳ）、制御装置５０は、添加量Ｇｕ１に基づく燃料量Ｇｆを演算し（ステップＳ１５）、開閉弁２７の開閉を制御して燃料量Ｇｆの燃料を噴射ノズル２３から噴射する（ステップＳ１６）。
　次のステップＳ１７において制御装置５０は、燃料量Ｇｆの演算が連続しているか否かを判断する。制御装置５０は、燃料量Ｇｆの演算が連続していない場合（ステップＳ１７：ＮＯ）にのみ点火プラグ２２を駆動し（ステップＳ１８）、添加量Ｇｕ１に応じて開閉弁４０の開閉を制御して（ステップＳ１９）一連の処理を一旦終了する。
　図３を参照して第１実施形態の排気浄化システムの作用について説明する。
　排気浄化システムでは、添加弁３６に接続される接続通路３８は、燃焼空間２８に位置する加熱部４１を備える。そのため、バーナー２０が駆動されると、排気ガスが昇温されるとともに、接続通路３８を流れる尿素水が加熱部４１にて加熱される。これにより、尿素水がアンモニアに変換されやすくなることから、排気ガスの温度や触媒温度Ｔｃ１が低い場合であっても排気通路１０に対する還元剤の添加が可能となる。
　図３は、触媒温度Ｔｃ１とＮＯｘ低減率との関係の一例を示すグラフであって、ＮＯｘ低減率について行った実験の結果を示すグラフである。図３において、実施例は上記排気浄化システムであり、比較例は加熱部４１を有していない排気浄化システムである。
　図３に示されるように、実施例では、触媒温度Ｔｃ１が１００℃～１８０℃の温度範囲である冷間始動時や軽負荷運転時において、ＮＯｘ低減率が比較例よりも著しく高いことが認められた。また、触媒温度Ｔｃ１が２００℃以下の温度範囲において、各温度におけるＮＯｘ低減率が比較例よりも高いことが認められた。すなわち、実施例は、ＮＯｘの低減量が比較例よりも格段に高められることが認められた。
　第１実施形態の排気浄化システムによれば、以下に列挙する効果が得られる。
　（１）バーナー２０の駆動によって尿素水がアンモニアに変換されやすくなることから、触媒温度Ｔｃ１が活性温度Ｔｃａより低くとも排気通路１０に対して還元剤が添加可能である。その結果、ＮＯｘの低減量が高まる。
　（２）バーナー２０の下流にＤＰＦ３０が配設されていることで、バーナー２０の駆動にともなう粒子性物質をＤＰＦ３０にて捕捉することができる。その結果、バーナー２０の駆動に起因した粒子性物質の排出量の増加が抑えられる。
　（３）触媒空間４４と燃焼空間２８とが内筒３の仕切壁３Ｓによって仕切られていることで燃焼部２９と選択還元部４５とが互いに隣接している。そのため、バーナー２０の駆動により上記仕切壁３Ｓが加熱され、その加熱された仕切壁３Ｓによって選択還元型触媒４３が加熱される。すなわち、バーナー２０の駆動により、燃焼部２９を介して選択還元型触媒４３が加熱される。その結果、触媒温度Ｔｃ１が活性温度Ｔｃａに到達するまでに要する時間が短縮される。
　（４）バーナー２０は、触媒温度Ｔｃ１が活性温度Ｔｃａ未満である場合に駆動される。これにより、バーナー２０で尿素水を加熱するうえでの燃料消費量が抑えられる。
　（５）燃料量Ｇｆは、添加量Ｇｕ１の尿素水が加熱部４１において所定の状態まで昇温される燃料の量である。そのため、バーナー２０の駆動中は、排気通路１０に対して添加される還元剤が尿素水ではなくアンモニアである確率が高まる。
　（６）加熱部４１がコイル状の形状を有する。そのため、加熱部４１の表面積が大きくなるとともに加熱部４１の流路長が長くなる。その結果、加熱部４１における尿素水の加熱が効率よく行われることから、添加量Ｇｕ１に関する自由度が向上する。
　（７）加熱部４１は、上流の部位ほど重力方向側に位置する。そのため、尿素水から変換されたアンモニアが加熱部４１から排出されやすい。
　（８）添加弁３６は、第１排気通路１１から流出した直後の排気ガスが有する流れ方向における第１排気通路１１の延長上にて還元剤を添加する。すなわち、第１排気通路１１から流出した排気ガスは、添加弁３６に向かって流れたのちに第２排気通路１２に流入する。そのため、排気ガスのうちで、還元剤が添加されてから第２排気通路１２に向かって流れる排気ガスの割合が高まる。これにより、排気ガスにおいて還元剤が分散されやすくなり、選択還元型触媒４３によるＮＯｘの還元が効率よく行われる。
　（第２実施形態）
　図４及び図５を参照して、排気浄化システムの第２実施形態について説明する。なお、第２実施形態の排気浄化システムは、第１実施形態の排気浄化システムと主要な構成が同じであるため、第２実施形態では、第１実施形態と異なる部分について詳細に説明し、第１実施形態と同様の部分については同様の符号を付すことで詳細な説明は省略する。
　図４に示されるように、排気浄化システムは、排気の流れる方向において第２排気通路１２における選択還元型触媒４３よりも上流に選択還元型触媒５６を備える。還元剤供給装置３５は、選択還元型触媒５６と選択還元型触媒４３との間を流れる排気ガスに還元剤を添加する複数の添加弁５７を備える。還元剤供給装置３５は、尿素水タンク３７と添加弁５７とを接続する接続通路５８を備える。接続通路５８は、尿素水の流れる方向においてポンプ３９の下流、かつ、開閉弁４０の上流において接続通路３８から分岐する。接続通路５８は、開閉弁５９を備える。添加弁５７による添加量、及び、開閉弁５９の開閉は、制御装置５０によって制御される。接続通路５８の一部は、接続通路３８と同じく、燃焼空間２８に位置する加熱部６０として機能する。加熱部６０は、加熱部４１と同じく、反重力方向に沿って延びるコイル形状を有し、尿素水の流れる方向において上流の部位ほど重力方向に位置する。
　排気浄化システムは、選択還元型触媒５６に流入する排気ガスの温度を選択還元型触媒５６の触媒温度Ｔｃ２として検出する温度センサー６２と、選択還元型触媒５６を通過した排気ガスのＮＯｘ濃度Ｃｘ２を検出するＮＯｘ濃度センサー６３と、を備える。各センサー６２，６３は、各々の検出値を示す信号を制御装置５０に出力する。
　制御装置５０は、吸入空気量Ｑａ、ＮＯｘ濃度Ｃｘ１、触媒温度Ｔｃ１に加えて、ＮＯｘ濃度センサー６３からの信号に基づくＮＯｘ濃度Ｃｘ２、温度センサー６２からの信号に基づく触媒温度Ｔｃ２を取得する。
　制御装置５０は、吸入空気量Ｑａ、ＮＯｘ濃度Ｃｘ１に基づいて開閉弁４０の開閉を制御する。制御装置５０は、吸入空気量Ｑａ、ＮＯｘ濃度Ｃｘ１に基づいて、選択還元型触媒５６に流入するＮＯｘ量Ｇｘ１を演算し、そのＮＯｘ量Ｇｘ１だけのＮＯｘを還元するために必要な還元剤の量である添加量Ｇｕ１を演算する。制御装置５０は、開閉弁４０の開閉を制御し、添加量Ｇｕ１の分の還元剤を添加弁３６から排気ガスに添加する。
　制御装置５０は、吸入空気量Ｑａ、ＮＯｘ濃度Ｃｘ２に基づいて開閉弁５９の開閉を制御する。制御装置５０は、吸入空気量Ｑａ、ＮＯｘ濃度Ｃｘ２に基づいて、選択還元型触媒４３に流入するＮＯｘ量Ｇｘ２を演算し、そのＮＯｘ量Ｇｘ２だけのＮＯｘを還元するために必要な還元剤の量である添加量Ｇｕ２を演算する。制御装置５０は、開閉弁５９の開閉を制御し、各添加弁５７を通じて添加量Ｇｕ２の還元剤を排気ガスに添加する。
　制御装置５０は、触媒温度Ｔｃ１，Ｔｃ２、添加量Ｇｕ１，Ｇｕ２に基づいてバーナー２０の駆動を制御する。制御装置５０は、触媒温度Ｔｃ１，Ｔｃ２の双方が活性温度Ｔｃａに到達しているか否かを判断し、触媒温度Ｔｃ１，Ｔｃ２の少なくとも一方が活性温度Ｔｃａ未満である場合にバーナー２０を駆動する。制御装置５０は、加熱部４１において添加量Ｇｕ１の分の尿素水が所定の状態まで昇温され、かつ、加熱部６０において添加量Ｇｕ２の分の尿素水が所定の状態まで昇温される燃料の量を燃料量Ｇｆとして演算する。燃料量Ｇｆは、例えば、加熱部４１にて添加量Ｇｕ１の尿素水がアンモニアに加水分解され、かつ、加熱部６０にて添加量Ｇｕ２の尿素水がアンモニアに加水分解される分の燃料の量である。
　第２実施形態において、選択還元型触媒４３は第１の選択還元型触媒、添加弁５７は第１の添加弁、接続通路５８は第１の接続通路、加熱部６０は第１の加熱部である。また、選択還元型触媒５６は第２の選択還元型触媒、添加弁３６は第２の添加弁、接続通路３８は第２の接続通路、加熱部４１は第２の加熱部である。
　図５を参照して第２実施形態の排気浄化システムの作用について説明する。
　排気浄化システムでは、選択還元型触媒５６にて還元しきれなかったＮＯｘが選択還元型触媒４３で還元される。すなわち、選択還元型触媒によるＮＯｘの還元が段階的に行われる。そして、こうした段階的なＮＯｘの還元がバーナー２０の駆動により冷間始動時から行うことが可能である。その結果、ＮＯｘの低減量がさらに高まる。
　図５は、触媒温度Ｔｃ１とＮＯｘ低減率との関係の一例を示すグラフであって、ＮＯｘ低減率について行った実験結果を示すグラフである。図５において、実施例は、第２実施形態の排気浄化システムである。比較例は、接続通路が加熱部を有していない排気浄化システムである。参考例は、第１実施形態の排気浄化システムである。
　図５に示されるように、実施例では、ＮＯｘの低減量が比較例よりも格段に高められること、また、第１実施形態の排気浄化システムである参考例よりも、ＮＯｘの低減量が高まること、これらが認められた。
　第２実施形態の排気浄化システムによれば、第１実施形態に記載した（１）～（７）に準ずる効果に加えて、以下に列挙する効果が得られる。
　（９）触媒温度Ｔｃ１，Ｔｃ２の少なくとも一方が活性温度Ｔｃａ未満である場合にバーナー２０が駆動される。そのため、選択還元型触媒４３，５６の少なくとも一方が活性温度Ｔｃａ未満でも段階的なＮＯｘの還元を行うことが可能である。その結果、ＮＯｘの低減量がさらに高まる。
　（１０）また、添加弁３６，５７の双方からアンモニアが添加される確率が高まる。その結果、選択還元型触媒４３，５６の双方が活性温度Ｔｃａに到達するまでに要する時間が短縮される。
　なお、上記第１及び第２実施形態は、以下のように変更してもよい。
　・触媒温度Ｔｃ１，Ｔｃ２が活性温度Ｔｃａに到達しているか否かに関わらず、バーナー２０が駆動されてもよい。こうした構成においても、燃料量Ｇｆは、添加量Ｇｕ１，Ｇｕ２に応じて制御されることが好ましい。
　・添加量Ｇｕ１，Ｇｕ２に関わらず燃料量Ｇｆが一定であってもよい。こうした構成であっても、加熱部４１，６０で尿素水が加熱されるため、尿素水がアンモニアに変換されるやすくなる。
　・ＤＰＦ３０の搭載位置は、排気通路１０におけるバーナー２０の下流に限らず、例えばバーナー２０の上流であってもよい。
　・尿素水タンク３７内の尿素水の温度を検出するセンサーの検出値に基づいて燃料量Ｇｆが調整されてもよい。こうした構成によれば、バーナー２０の駆動にともなう燃料消費量がさらに抑えられる。
　・加熱部４１，６０は、燃焼空間２８に位置することの可能な形状を有していればよく、その形状はコイル状の形状に限られるものではなく、また、尿素水タンク３７に対する上流側の部位ほど重力方向側に位置する形状に限られるものでもない。
　・還元剤供給装置３５は、加熱部４１，６０の下流において接続通路３８，５８の周りに断熱部を有していてもよい。こうした構成によれば、温度低下に起因した還元剤の液化が抑えられる。
　・排気浄化システムは、排気ガスに含まれる炭化水素や一酸化炭素を酸化するディーゼル酸化触媒をさらに備えてもよい。また、排気浄化システムは、選択還元型触媒４３の下流に、アンモニアを酸化するアンモニア酸化触媒をさらに備えてもよい。
　・バーナー２０は、燃料と空気との混合気が生成されるように、噴射ノズル２３の上流にて第１排気通路１１内に空気を供給する空気供給部をさらに備えていてもよい。また、バーナー２０は、第１排気通路１１に対して燃料と空気とを予め混合した予混合気を供給する構成であってもよい。
　・排気通路１０は、二重管構造を備えるものに限らず、例えば図６に示されるような構成であってもよい。図６に示されるように、排気通路１０の第１排気通路１１は、延在方向に沿って延びており、エンジンからの排気ガスが流入する流入口１９を第１排気通路１１の途中に有する。第１排気通路１１は、一方の開口端が基板１８で閉塞され、他方の開口端が第３排気通路１３に連通する。
　バーナー２０は、基板１８に固定された噴射ノズル２３と、噴射ノズル２３よりも流入口１９側に位置する点火プラグ２２と、を備える。バーナー２０は、第１排気通路１１において、点火プラグ２２の取付位置から、流入口１９を形成する縁のうちで最も基板１８寄りの縁までの空間を燃焼空間２８として有する。第１排気通路１１は、図６において範囲Ａで示される部位を燃焼部２９として有する。
　第１排気通路１１に流入した排気ガスは、ＤＰＦ３０を通過したのちに第３排気通路１３に流入し、第３排気通路１３にて転回されて第２排気通路１２に流入する。第２排気通路１２は、第１排気通路１１の延在方向に沿って延びており、第１排気通路１１から離れた状態で第１排気通路１１と互いに隣接する。還元剤供給装置３５の添加弁３６は、第２排気通路１２を流れる排気ガスに対して還元剤を添加する。
　第２排気通路１２は、添加弁３６の下流に選択還元型触媒４３が位置する空間を形成する選択還元部４５を有する。第２排気通路１２は、図６において範囲Ｂで示される部位を選択還元部４５として有する。選択還元部４５と燃焼部２９は、互いに離れた状態で少なくとも一部が対向する。
　こうした構成によれば、バーナー２０の駆動により加熱された燃焼部２９の放射熱によって選択還元部４５が加熱される。これにより、選択還元型触媒４３の触媒温度Ｔｃ１が活性温度Ｔｃａに到達するまでに要する時間が短縮される。なお、燃焼部２９の放射熱によって選択還元部４５を加熱するうえでは、これら燃焼部２９と選択還元部４５との離間距離ｄは、１０ｍｍ以下であることが好ましく、ほぼ０であることがさらに好ましい。
　・排気通路の有する形状は、燃焼部の機能を有する第１排気通路の出口が、選択還元部の機能を有する第２排気通路の入口に向けて折り返された形状に限らず、例えば、直管形状であってもよい。こうした構成であっても、接続配管の一部が燃焼空間を通る構成であれば、上述した効果を得ることは可能である。
　・また、排気浄化システムは、図６に示される構成の排気通路１０に対し、新たな選択還元型触媒と添加弁とを追加してＮＯｘの還元を段階的に行ってもよい。
　・第２実施形態において、触媒温度Ｔｃ１，Ｔｃ２の双方が活性温度Ｔｃａ未満である場合にバーナー２０が駆動されてもよい。これによれば、バーナー２０の駆動による燃料消費量が抑えられる。

Claims (5)

  1. 　排気ガスが流れる排気通路と、
    　前記排気通路内に位置する選択還元型触媒と、
    　前記排気通路において前記選択還元型触媒よりも上流に位置する添加弁と、
    　前記排気通路において前記添加弁よりも上流に位置するバーナーであって、前記バーナーにおける燃料の燃焼空間が前記排気通路内の空間の一部である前記バーナーと、
    　前記添加弁に接続されて前記添加弁に向けて尿素水が流れる接続通路であって、前記接続通路の一部が、前記燃焼空間を通る前記接続通路と、を備える
    　排気浄化システム。
  2. 　前記排気通路において前記バーナーよりも下流であって、かつ、前記添加弁よりも上流に位置するＤＰＦを備える
    　請求項１に記載の排気浄化システム。
  3. 　前記排気通路は、
    　前記燃焼空間が形成された燃焼部を備える第１排気通路と、
    　前記選択還元型触媒が位置する空間が形成された選択還元部を備える第２排気通路と、を含み、かつ、
    　前記第１排気通路における排気ガスの出口から前記第２排気通路における排気ガスの入口に向けて折り返された形状を有し、
    　前記バーナーにおける前記燃料の燃焼による熱が前記燃焼部から前記選択還元部に伝達可能に、前記燃焼部と前記選択還元部とが互いに並設されている
    　請求項１または２に記載の排気浄化システム。
  4. 　前記バーナーの駆動を制御する制御装置を備え、
    　前記制御装置は、
    　前記選択還元型触媒の温度を取得し、前記取得された温度が前記選択還元型触媒の活性温度未満である場合に前記バーナーを駆動する
    　請求項１～３のいずれか一項に記載の排気浄化システム。
  5. 　前記選択還元型触媒が第１の選択還元型触媒であり、
    　前記添加弁が第１の添加弁であり、
    　前記接続通路が第１の接続通路であり、
    　前記バーナーの下流であって、かつ、前記第１の添加弁よりも上流に位置する第２の選択還元型触媒と、
    　前記バーナーの下流であって、かつ、前記第２の選択還元型触媒よりも上流に位置する第２の添加弁と、
    　前記第１の接続通路とは異なる第２の接続通路であって、前記第２の添加弁に接続され、前記第２の添加弁に向けて尿素水が流れる前記第２の接続通路であって、前記第２の接続通路の一部が、前記燃焼空間を通る前記第２の接続通路と、をさらに備える
    　請求項１～４のいずれか一項に記載の排気浄化システム。
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