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WO2005124116A1 - 排気浄化装置 - Google Patents

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WO2005124116A1
WO2005124116A1 PCT/JP2005/011022 JP2005011022W WO2005124116A1 WO 2005124116 A1 WO2005124116 A1 WO 2005124116A1 JP 2005011022 W JP2005011022 W JP 2005011022W WO 2005124116 A1 WO2005124116 A1 WO 2005124116A1
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WO
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nox
selective reduction
reducing agent
reduction catalyst
urea water
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PCT/JP2005/011022
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Mitsuru Hosoya
Masatoshi Shimoda
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Hino Motors Ltd
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Hino Motors Ltd
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Definitions

  • the present invention relates to an exhaust gas purification device for reducing and purifying NOx in exhaust gas.
  • diesel engines have been equipped with a selective reduction catalyst having a property of selectively reacting NOx with a reducing agent in the middle of an exhaust pipe through which exhaust gas flows, even in the presence of oxygen.
  • the required amount of reducing agent is added to the upstream side of the reduction catalyst, and the reducing agent undergoes a reduction reaction with NOx (nitrogen oxide) in the exhaust gas on the selective reduction catalyst, thereby reducing the NOx emission concentration.
  • NOx nitrogen oxide
  • Patent Document 1 JP 2002-161732 A
  • urea water is added to the exhaust gas on the upstream side of the selective reduction catalyst, the urea water is decomposed into ammonia and carbon dioxide gas under a temperature condition of about 170 to 180 ° C or more, NOx in the exhaust gas is reduced and purified by ammonia on the reduction catalyst.
  • the urea water may be left without water, or the urea water of an appropriate concentration may not be replenished. In such a case, even if the control system instructs the appropriate addition of urea water, a system error occurs in which the target NOx reduction rate cannot be achieved. There is concern that it will increase. [0006]
  • the present invention has been made in view of the above-described circumstances, and has as its object to minimize the amount of NOx emissions even under conditions where an abnormality occurs in the NOx purification system. RU Means for solving the problem
  • the present invention provides a method in which a selective reduction catalyst is provided in the middle of an exhaust pipe, and a reducing agent is added to the upstream side of the selective reduction catalyst by a reducing agent adding means to reduce NOx.
  • NOx sensors that are provided on the inlet and outlet sides of the selective reduction catalyst, respectively, to detect NOx concentration, and that a predetermined NOx reduction rate is determined based on detection signals of both NOx sensor forces.
  • a control device for making an abnormality determination at times and for making an abnormality determination, and instructing a restriction on the fuel injection amount under certain conditions.
  • the NOx concentration at the inlet and the outlet of the selective catalytic reduction catalyst is monitored by the control device based on the detection signals from both NOx sensors, and the entrance of the selective catalytic reduction catalyst is monitored.
  • an abnormality is determined to be that the predetermined NOx reduction rate has not been achieved, and the fuel injection amount is limited by a command from the control device when the abnormality is determined.
  • the amount of NOx generated on the engine side is reduced, and the increase in NOx emissions is suppressed.
  • the amount of NOx generated on the engine side can be reduced by restricting the fuel injection amount even under the condition where the NOx purification system is abnormal. Since it can be reduced, NOx emissions can be suppressed as much as possible without increasing as much as possible!
  • FIG. 1 is a schematic view showing one embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a perspective view showing the selective reduction catalyst of FIG. 1 partially cut away.
  • FIG. 3 is a flowchart showing a control procedure of the NOx purification controller of FIG. 1. Explanation of reference numerals
  • the exhaust gas 7 from which each cylinder force of the engine 1 is also discharged is sent to the turbine 2b of the turbocharger 2 via the exhaust hold 8, and the exhaust gas 7 that drives the turbine 2b is discharged. Is discharged outside the vehicle through the exhaust pipe 9.
  • a selective reduction catalyst 10 is held by a casing 11 and is equipped with the selective reduction catalyst 10 as shown in FIG. Like It is formed as a flow-through type honeycomb structure, and has the property of allowing NOx to selectively react with ammonia even in the presence of oxygen.
  • a urea water injection valve 13 with an injection nozzle 12 is installed on the upstream side of the casing 11, and a urea water supply line 15 connects the urea water injection valve 13 and a urea water tank 14 provided at a required place.
  • the urea water 17 (reducing agent) in the urea water tank 14 is connected via the urea water injection valve 13 to the selective reduction type catalyst 10 by driving a supply pump 16 provided in the middle of the urea water supply line 15.
  • the urea water injection valve 13, the urea water tank 14, the urea water supply line 15, and the supply pump 16 constitute urea water addition means 18 (reducing agent addition means). Puru.
  • a fuel injection signal 22a for instructing a fuel injection timing and an injection amount is output to a fuel injection device 22 for injecting fuel into each cylinder of the engine 1.
  • appropriate fuel injection control is performed based on the current operation state determined from the rotation speed signal 19a from the rotation sensor 19 and the load signal 20a from the accelerator sensor 20 described above.
  • the fuel injection device 22 is constituted by a plurality of injectors (not shown) provided for each cylinder, and the solenoid valves of these injectors are controlled to open by a fuel injection signal 22a to control the fuel injection.
  • the injection timing and injection amount are controlled appropriately.
  • a NOx purification control device 23 (control device) provided separately from the engine control device 21 outputs a valve opening command signal 13 a to the urea water injection valve 13.
  • a drive command signal 16a is output to the feed pump 16, and the addition amount of the urea water 17 is appropriately controlled by the opening operation of the urea water injection valve 13, and the injection required at the time of the addition is performed. Pressure is obtained by driving the supply pump 16.
  • a rotation sensor 1 The rotation speed signal 19a from the engine 9 and the load signal 20a from the accelerator sensor 20 are exchanged. The amount of NOx generated is estimated based on the current operating state determined by these forces, and the estimated amount is calculated. The amount of urea water 17 added to the generated amount of NOx is calculated, and the necessary amount of urea water 17 is added.
  • the NOx purification control device 23 includes detection signals 24a, 24a from NOx sensors 24, 25 disposed on the inlet side and the outlet side of the selective reduction catalyst 10, respectively, for detecting the NOx concentration. 25a and a detection signal 26a from a temperature sensor 26 disposed on the inlet side of the selective reduction catalyst 10 are input, and based on these detection signals 24a, 25a, and the detection signal 26a, the temperature is higher than a predetermined temperature. At a time when the predetermined NOx reduction rate is achieved, an abnormality determination is made, and a control signal 21a for instructing a restriction on the fuel injection amount under the condition where the abnormality determination is made is transmitted to the engine control device 21. It is now output to.
  • step S3 the rotation speed signal 19 a from the rotation sensor 19 is outputted in step S 1, and the temperature sensor 26 is outputted in step S 2.
  • the power detection signal 26a is detected in step S3, and the detection signals 24a and 25a of the two NOx sensors 24 and 25 are respectively confirmed in step S3.
  • step S4 it is determined whether the ratio of the NOx concentration at the outlet side to the NOx concentration at the inlet side is 0.5 or less. Proceeding to S5, the restriction of the fuel injection amount is commanded as a control signal 21a to the engine control device 21, and if "NO", the process returns to step S1 and the same control procedure is repeated! / RU
  • step S2 does not necessarily have to be performed by actually installing the temperature sensor 26 on the inlet side of the selective reduction catalyst 10 and for example checking the engine speed and load. It is also possible to estimate the exhaust temperature from the operating state based on
  • a fuel injection control map in which the fuel injection amount is narrower than usual is selected, and a map based on this map is selected.
  • the fuel injection amount narrower than usual is output to the fuel injection device 22 as the fuel injection signal 22a.
  • the NOx concentrations at the inlet side and the outlet side of the selective reduction catalyst 10 are determined based on the detection signals 24a and 25a from both NOx sensors 24 and 25.
  • the remarkable difference in NOx concentration between the inlet side and the outlet side of the selective reduction catalyst 10 is monitored by the NOx purification control device 23 and sometimes a predetermined NOx reduction rate is achieved.
  • An abnormality determination is made, and at the time of this abnormality determination, the control signal 21a is output from the NOx purification control device 23 to the engine control device 21 to limit the fuel injection amount. As a result, the NOx generation amount on the engine 1 side is reduced. And the increase in NOx emissions is suppressed.
  • the amount of NOx generated on the engine 1 side can be reduced by limiting the fuel injection amount even under the condition where the NOx purification system is abnormal. Therefore, the amount of NOx emission can be suppressed as much as possible.
  • the exhaust gas purification apparatus of the present invention is not limited to the above-described embodiment, but employs a reducing agent other than urea water such as light oil as the reducing agent added to the selective reduction catalyst.
  • a reducing agent other than urea water such as light oil
  • various changes can be made without departing from the scope of the present invention.

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Abstract

　ＮＯx浄化のシステムに異常が生じている条件下でもＮＯx排出量を極力増加させないようにする。 　排気管９の途中に選択還元型触媒１０を装備し且つ該選択還元型触媒１０の上流側に尿素水添加手段１８（還元剤添加手段）により尿素水１７（還元剤）を添加してＮＯxを還元浄化するようにした排気浄化装置に関し、選択還元型触媒１０の入口側と出口側の夫々に配設されてＮＯx濃度を検出するＮＯxセンサ２４，２５と、両ＮＯxセンサ２４，２５からの検出信号２４ａ，２５ａに基づき所定のＮＯx低減率が達成されていない時に異常判定を下し且つその異常判定が下されている条件下で燃料噴射量の制限を指令するＮＯx浄化制御装置２３（制御装置）とを備える。

Description

明 細 書
排気浄化装置
技術分野
[0001] 本発明は、排出ガス中の NOxを還元浄ィ匕する排気浄ィ匕装置に関するものである。
背景技術
[0002] 従来より、ディーゼルエンジンにおいては、排出ガスが流通する排気管の途中に、 酸素共存下でも選択的に NOxを還元剤と反応させる性質を備えた選択還元型触媒 を装備し、該選択還元型触媒の上流側に必要量の還元剤を添加して該還元剤を選 択還元型触媒上で排出ガス中の NOx (窒素酸化物）と還元反応させ、これにより NO Xの排出濃度を低減し得るようにしたものがある。
[0003] 他方、プラント等における工業的な排煙脱硝処理の分野では、還元剤にアンモ- ァ（NH )を用いて NOxを還元浄化する手法の有効性が既に広く知られて ヽるところ
3
であるが、自動車の場合には、アンモニアそのものを搭載して走行することに関し安 全確保が困難であるため、近年においては、毒性のない尿素水を還元剤として使用 することが研究されている（例えば、特許文献 1参照)。
特許文献 1 :特開 2002— 161732号公報
[0004] 即ち、尿素水を選択還元型触媒の上流側で排出ガス中に添加すれば、約 170〜1 80°C以上の温度条件下で前記尿素水がアンモニアと炭酸ガスに分解され、選択還 元型触媒上で排出ガス中の NOxがアンモニアにより良好に還元浄ィ匕されることにな る。
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0005] し力しながら、この種の選択還元型触媒にお!、ては、尿素水が欠水したまま放置さ れてしまったり、適正な濃度の尿素水が補充されな力つたりする虞れがあり、そのよう な場合に制御系で尿素水の適切な添加を指示しても目標の NOx低減率を達成でき ないシステム異常が起こり、このシステム異常が解消されない間に NOx排出量が増 えてしまうことが懸念されて 、る。 [0006] 本発明は上述の実情に鑑みてなしたもので、 NOx浄ィ匕のシステムに異常が生じて V、る条件下でも NOx排出量を極力増加させな 、ようにすることを目的として 、る。 課題を解決するための手段
[0007] 本発明は、排気管の途中に選択還元型触媒を装備し且つ該選択還元型触媒の上 流側に還元剤添加手段により還元剤を添加して NOxを還元浄ィ匕するようにした排気 浄化装置であって、選択還元型触媒の入口側と出口側の夫々に配設されて NOx濃 度を検出する NOxセンサと、両 NOxセンサ力 の検出信号に基づき所定の NOx低 減率が達成されて 、な 、時に異常判定を下し且つその異常判定が下されて 、る条 件下で燃料噴射量の制限を指令する制御装置とから成るものである。
[0008] 而して、このようにすれば、両 NOxセンサからの検出信号に基づき選択還元型触 媒の入口側と出口側の NOx濃度が制御装置により監視され、選択還元型触媒の入 口側と出口側とで NOx濃度に顕著な差が確認できない時に所定の NOx低減率が達 成されていないとして異常判定が下され、この異常判定時に制御装置からの指令に より燃料噴射量が制限される結果、エンジン側での NOxの発生量が低減されて NOx 排出量の増加が抑制されることになる。
[0009] また、本発明をより具体的に実施するに際しては、還元剤を尿素水として、選択還 元型触媒を酸素共存下でも選択的に NOxをアンモニアと反応させ得る性質を有する ものにすると良い。
発明の効果
[0010] 上記した本発明の排気浄ィ匕装置によれば、 NOx浄ィ匕のシステムに異常が生じてい る条件下でも、燃料噴射量を制限することでエンジン側での NOxの発生量を低減す ることができるので、 NOx排出量を極力増加しな 、ように抑制することができると!/、う 優れた効果を奏し得る。
図面の簡単な説明
[0011] [図 1]本発明の一実施例を示す概略図である。
[図 2]図 1の選択還元型触媒を部分的に切り欠いて示す斜視図である。
[図 3]図 1の NOx浄ィ匕制御装置の制御手順を示すフローチャートである。 符号の説明
[0012] 1 エンジン
7 排出ガス
9 排気管
10 選択還元型触媒
17 尿素水 (還元剤）
18 尿素水添加手段 (還元剤添加手段）
21 エンジン制御装置
21a 制御信号
22燃料噴射装置
23 NOx浄化制御装置 (制御装置）
24 NOxセンサ
24a 検出信号
25 NOxセンサ
25a 検出信号
発明を実施するための最良の形態
[0013] 以下本発明の実施例を図面を参照しつつ説明する。
図 1〜図 3は本発明の一実施例を示すもので、図 1中における符号 1はディーゼル 機関であるエンジンを示し、ここに図示しているエンジン 1では、ターボチャージャ 2が 備えられており、エアクリーナ 3から導いた空気 4が吸気管 5を介し前記ターボチヤ一 ジャ 2のコンプレッサ 2aへと送られ、該コンプレッサ 2aで加圧された空気 4が更にイン タークーラ 6へと送られて冷却され、該インタークーラ 6から図示しな ヽインテ一クマ- ホールドへと空気 4が導かれてエンジン 1の各シリンダに導入されるようにしてある。
[0014] また、このエンジン 1の各シリンダ力も排出された排出ガス 7がェキゾ一ストマ-ホー ルド 8を介し前記ターボチャージャ 2のタービン 2bへと送られ、該タービン 2bを駆動し た排出ガス 7が排気管 9を介し車外へ排出されるようにしてある。
[0015] そして、排出ガス 7が流通する排気管 9の途中には、選択還元型触媒 10がケーシ ング 11により抱持されて装備されており、この選択還元型触媒 10は、図 2に示す如き フロースルー方式のハ-カム構造物として形成され、酸素共存下でも選択的に NOx をアンモニアと反応させ得るような性質を有して 、る。
[0016] 更に、ケーシング 11の上流側に噴射ノズル 12付き尿素水噴射弁 13が設置され、 該尿素水噴射弁 13と所要場所に設けた尿素水タンク 14との間が尿素水供給ライン 15により接続されており、該尿素水供給ライン 15の途中に装備した供給ポンプ 16の 駆動により尿素水タンク 14内の尿素水 17 (還元剤）を尿素水噴射弁 13を介し選択還 元型触媒 10の上流側に添加し得るようになつていて、これら尿素水噴射弁 13と尿素 水タンク 14と尿素水供給ライン 15と供給ポンプ 16とにより尿素水添加手段 18 (還元 剤添加手段）が構成されて ヽる。
[0017] また、前記エンジン 1には、その機関回転数を検出する回転センサ 19が装備されて おり、該回転センサ 19からの回転数信号 19aと、アクセルセンサ 20 (アクセルペダル の踏み込み角度を検出するセンサ）力もの負荷信号 20aとがエンジン制御装置 21 (E CU : Electronic Control Unit)に入力されるようになっている。
[0018] このエンジン制御装置 21においては、エンジン 1の各気筒に燃料を噴射する燃料 噴射装置 22に向け燃料の噴射タイミング及び噴射量を指令する燃料噴射信号 22a が出力されるようになっており、前述した回転センサ 19からの回転数信号 19aと、ァク セルセンサ 20からの負荷信号 20aとから判断される現在の運転状態に基づき適切な 燃料噴射制御が実行されるようになって ヽる。
[0019] 即ち、前記燃料噴射装置 22は、各気筒毎に装備される図示しない複数のインジェ クタにより構成されており、これら各インジェクタの電磁弁が燃料噴射信号 22aにより 開弁制御されて燃料の噴射タイミング及び噴射量が適切に制御されるようになってい る。
[0020] 他方、前記エンジン制御装置 21とは別に設けられた NOx浄ィ匕制御装置 23 (制御 装置)からは、前記尿素水噴射弁 13に対し開弁指令信号 13aが出力され、また、供 給ポンプ 16に対しては駆動指令信号 16aが出力されるようになっており、前記尿素 水噴射弁 13の開弁作動により尿素水 17の添加量が適切に制御され、その添加時に 必要な噴射圧力が前記供給ポンプ 16の駆動により得られるようになつている。
[0021] ここで、この NOx浄化制御装置 23とエンジン制御装置 21との間では、回転センサ 1 9からの回転数信号 19aと、アクセルセンサ 20からの負荷信号 20aが遣り取りされるよ うになつており、これら力 判断される現在の運転状態に基づき NOxの発生量が推 定され、その推定された NOxの発生量に見合う尿素水 17の添加量が算出されて必 要量の尿素水 17の添カ卩が実行されるようになっている。
[0022] そして、この NOx浄ィ匕制御装置 23には、選択還元型触媒 10の入口側と出口側の 夫々に配設されて NOx濃度を検出する NOxセンサ 24, 25からの検出信号 24a, 25 aと、選択還元型触媒 10の入口側に配設された温度センサ 26からの検出信号 26aと が入力されており、これらの検出信号 24a, 25a及び検出信号 26aに基づき所定温 度以上で且つ所定の NOx低減率が達成されて ヽな ヽ時に異常判定を下し、その異 常判定が下されている条件下で燃料噴射量の制限を指令する制御信号 21aをェン ジン制御装置 21に向け出力するようになって 、る。
[0023] 即ち、図 3に前記 NOx浄ィ匕制御装置 23における具体的な制御手順を示す通り、ス テツプ S 1にて回転センサ 19からの回転数信号 19aが、ステップ S 2で温度センサ 26 力もの検出信号 26aが、ステップ S3で両 NOxセンサ 24, 25力らの検出信号 24a, 2 5aが夫々確認され、 NOx浄化のシステムに異常がなれば確実に 50%以上の NOx 低減率が得られる運転条件下でステップ S4へと進み、このステップ S4にて入口側の NOx濃度に対する出口側の NOx濃度の割合が 0. 5以下であるか否かが判定され、 「YES」の場合にステップ S5へ進んで燃料噴射量の制限が制御信号 21aとしてェン ジン制御装置 21に向け指令され、「NO」の場合にはステップ S1に戻されて同じ制御 手順が繰り返されるようになって!/、る。
[0024] ここで、ステップ S2における温度条件の確認は、必ずしも選択還元型触媒 10の入 口側に温度センサ 26を装備して実測で確認しなくても良ぐ例えば、エンジンの回転 数や負荷に基づく運転状態から排気温度を推定することも可能である。
[0025] 尚、 NOx浄ィ匕制御装置 23から制御信号 21aを受けたエンジン制御装置 21にあつ ては、燃料噴射量を通常より絞り込んだ燃料噴射制御のマップが選択され、このマツ プに基づく通常より絞り込んだ燃料噴射量が燃料噴射信号 22aとして燃料噴射装置 22に向け出力されることになる。
[0026] この際、燃料噴射量を通常より絞り込むことに伴い噴射タイミングや噴射圧力等も 適正な値 (燃料噴射量の変更に対応した適正値）に補正する必要があるので、これら につ 、ても併せて補正が行われるようにしておく。
[0027] 而して、このように排気浄ィ匕装置を構成すれば、両 NOxセンサ 24, 25からの検出 信号 24a, 25aに基づき選択還元型触媒 10の入口側と出口側の NOx濃度が NOx 浄ィ匕制御装置 23により監視され、選択還元型触媒 10の入口側と出口側とで NOx濃 度に顕著な差が確認できな 、時に所定の NOx低減率が達成されて 、な 、として異 常判定が下され、この異常判定時に NOx浄ィ匕制御装置 23からエンジン制御装置 21 に向け制御信号 21aが出力されて燃料噴射量が制限される結果、エンジン 1側での NOxの発生量が低減されて NOx排出量の増加が抑制されることになる。
[0028] 従って、上記実施例によれば、 NOx浄ィ匕のシステムに異常が生じている条件下で も、燃料噴射量を制限することでエンジン 1側での NOxの発生量を低減することがで きるので、 NOx排出量を極力増加しな 、ように抑制することができる。
[0029] 尚、本発明の排気浄化装置は、上述の実施例にのみ限定されるものではなぐ選 択還元型触媒に添加される還元剤には、軽油等の尿素水以外のものを採用しても良 いこと、その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更をカ卩ぇ得ること は勿論である。

Claims

請求の範囲
[1] 排気管の途中に選択還元型触媒を装備し且つ該選択還元型触媒の上流側に還 元剤添加手段により還元剤を添加して NOxを還元浄ィ匕するようにした排気浄ィ匕装置 であって、選択還元型触媒の入口側と出口側の夫々に配設されて NOx濃度を検出 する NOxセンサと、両 NOxセンサからの検出信号に基づき所定の NOx低減率が達 成されて 、な 、時に異常判定を下し且つその異常判定が下されて 、る条件下で燃 料噴射量の制限を指令する制御装置とから成る排気浄化装置。
[2] 還元剤が尿素水であり、選択還元型触媒が酸素共存下でも選択的に NOxをアン モニァと反応させ得る性質を有するものである請求項 1に記載の排気浄ィヒ装置。
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