JP3826288B2

JP3826288B2 - Exhaust gas purification device

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Publication number: JP3826288B2
Application number: JP2002231796A
Authority: JP
Inventors: 好一郎中谷; 信也広田; 為俊水田; 元志郎遠藤
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2002-08-08
Filing date: 2002-08-08
Publication date: 2006-09-27
Anticipated expiration: 2022-08-08
Also published as: JP2004068761A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の排気ガスを浄化する排気ガス浄化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、自動車等に搭載される筒内噴射型の内燃機関、例えばディーゼル機関では、排気ガス中に含まれる煤等の排気微粒子や窒素酸化物（ＮＯｘ）を除去することが要求されている。そしてこのような要求に対し、ＮＯｘ吸蔵剤、パティキュレートフィルタ、もしくはＮＯｘ吸蔵剤が担持されたパティキュレートフィルタ等の排気ガス浄化手段を内燃機関の排気ガス通路に配置する方式の排気ガス浄化装置が提案されている。
【０００３】
このような排気ガス浄化装置としては、上述のような排気ガス浄化手段を流通する排気ガスの流量を調整できるものが公知であり、その中には排気ガスの流れの方向を反転することができるものもある（例えば特開２００１−３４２８２１号公報）。
【０００４】
これは、通常使用時において、排気ガス浄化手段を流通する排気ガスの方向を反転することにより、排気ガス浄化手段内の位置による排気微粒子捕集量やＮＯｘ吸蔵量の偏りを緩和して、排気ガス浄化手段を効率的に利用しようとするものである。また、排気ガス浄化手段がパティキュレートフィルタを含む場合であれば、排気ガスの流通方向を反転することにより、パティキュレートフィルタに堆積したアッシュ（灰分）を離脱させることによって、パティキュレートフィルタの詰まりを防止する効果もある。
【０００５】
一方、上述したような排気ガス浄化装置に排気ガス浄化手段として用いられるＮＯｘ吸蔵剤は、排気ガスの空燃比がリーンの時にはＮＯｘを吸蔵し、排気ガス中の空燃比が小さくなり、且つ排気ガス中にＨＣやＣＯ等の還元剤が存在していれば吸蔵したＮＯｘを還元浄化する作用（ＮＯｘの吸蔵離脱及び還元浄化作用）を有する。そしてこの作用を利用して、排気ガスの空燃比がリーンの時に排気ガス中のＮＯｘをＮＯｘ吸蔵剤に吸蔵させ、一定期間使用してＮＯｘ吸蔵剤の吸蔵効率が低下した時または低下する前にＮＯｘ吸蔵剤の上流において還元剤（燃料）を添加する等して、ＮＯｘ吸蔵剤に吸蔵したＮＯｘの還元浄化を行うようにしている。
【０００６】
ところで、内燃機関の燃料には硫黄（Ｓ）成分が含まれている場合があり、この場合には排気ガス中に硫黄酸化物（ＳＯｘ）が含まれることとなる。排気ガス中にＳＯｘが存在するとＮＯｘ吸蔵剤はＮＯｘの吸蔵作用を行うのと全く同じメカニズムで排気ガス中のＳＯｘの吸蔵を行う。
【０００７】
ところが、ＮＯｘ吸蔵剤に吸蔵されたＳＯｘは比較的安定であり、一般にＮＯｘ吸蔵剤に蓄積されやすい傾向がある。ＮＯｘ吸蔵剤のＳＯｘ蓄積量が増大すると、ＮＯｘ吸蔵剤のＮＯｘ吸蔵容量が減少して排気ガス中のＮＯｘの除去を十分に行うことができなくなるため、ＮＯｘの浄化効率が低下するいわゆる硫黄被毒（Ｓ被毒）の問題が生じる。特に、燃料として比較的硫黄成分を多く含む軽油を使用するディーゼルエンジンにおいてはこの硫黄被毒の問題が生じやすい。
【０００８】
一方、ＮＯｘ吸蔵剤に吸蔵されたＳＯｘについても、ＮＯｘと同じメカニズムで離脱させることが可能であることが知られている。しかし、ＳＯｘは比較的安定した形でＮＯｘ吸蔵剤に吸蔵されるため、通常のＮＯｘの還元浄化制御が行われる温度（例えば２５０℃程度以上）ではＮＯｘ吸蔵剤に吸蔵されたＳＯｘを離脱させることは困難である。このため、硫黄被毒を解消するためには、ＮＯｘ吸蔵剤を通常のＮＯｘ還元浄化制御時より高い温度、すなわち硫黄分離脱温度（例えば６００℃以上）に昇温し、且つ流入する排気ガスの空燃比をほぼ理論空燃比またはリッチ（以下、単にリッチという）にする硫黄被毒再生制御を定期的に行う必要がある。そして、硫黄被毒再生を実施するためにＮＯｘ吸蔵剤を高温且つリッチの状態にする方法としては、ＮＯｘ吸蔵剤の上流において還元剤を添加し、還元剤の反応によってＮＯｘ吸蔵剤を昇温すると共にほぼ理論空燃比またはリッチ雰囲気を作り出す方法がある。
【０００９】
また、上記排気ガス浄化手段がパティキュレートフィルタを含む場合であれば、排気ガス中に含まれる煤等の排気微粒子はパティキュレートフィルタにより捕集されて除去されるが、そのパティキュレートフィルタ上に蓄積された排気微粒子を着火燃焼させるために、パティキュレートフィルタの上流において還元剤を添加する場合もある。
【００１０】
以上のように、上記のような排気ガス浄化手段を有する排気ガス浄化装置においては、その排気ガス浄化手段を再生（ＮＯｘの離脱及び還元浄化、硫黄被毒再生、捕集排気微粒子の燃焼等）するための制御等において排気ガス浄化手段の上流で還元剤の添加を行う必要がある場合があり、そのために排気ガス浄化手段の上流において還元剤を添加する還元剤添加ノズルを有している。
【００１１】
ところが、この還元剤添加ノズルにおいては、その先端部分の温度が高くなるとノズル先端部分内の油溜り内に残留している還元剤が変質して固まるため、噴孔の詰まりが発生し易くなる。噴孔の詰まりが発生すると意図した量の還元剤の添加が実施できず、上述したような排気ガス浄化手段の再生制御を良好に実施することができなくなる。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記問題に鑑みてなされたもので、その目的は、上記排気ガス浄化手段（ＮＯｘ吸蔵剤やパティキュレートフィルタ等）の上流で還元剤を添加する還元剤添加ノズルを有する排気ガス浄化装置において、上記還元剤添加ノズルの噴孔における詰まりの発生を抑制するようにした排気ガス浄化装置を提供することである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するための手段として、特許請求の範囲の各請求項に記載された排気ガス浄化装置を提供する。
１番目の発明は、排気ガス通路内に配置されて排気ガスを浄化する排気ガス浄化手段と、該排気ガス浄化手段の一方の端面に連通する第１部分通路と、上記排気ガス浄化手段の他方の端面に連通する第２部分通路と、排気ガスの経路を、上記第１部分通路から上記排気ガス浄化手段を通り上記第２部分通路へ流れる第１経路と、上記第２部分通路から上記排気ガス浄化手段を通り上記第１部分通路へ流れる第２経路とで切替える経路切替手段と、上記経路切替手段の下流にあって排気ガス通路に還元剤を添加することにより上記排気ガス浄化手段に還元剤を供給する還元剤添加ノズルと、該還元剤添加ノズルの位置における排気ガスの温度を推定または検出する温度検出手段とを有する排気ガス浄化装置において、上記温度検出手段により推定または検出された温度が所定温度以上である場合には、上記経路切替手段により上記排気ガス浄化手段を通過し上記還元剤添加ノズルに到る排気ガスの量を減少させることを特徴とする、排気ガス浄化装置を提供する。
【００１４】
上記還元剤添加ノズルは、その先端部分の温度が高くなるとノズル先端部分内の油溜り内に残留している還元剤が変質して固まるため、噴孔が詰まり易くなる。また、排気ガス浄化手段を通過した排気ガスは排気ガス浄化手段において排気ガス中に含まれる還元剤が反応する等の理由により排気ガス浄化手段が高温になっているため、特に高温となる傾向がある。本発明によれば、還元剤添加ノズルの位置における排気ガスの温度が所定温度以上である場合には、高温の排気ガス浄化手段を通過してから還元剤添加ノズルに到る排気ガスの量が減少させられるので、還元剤添加ノズルの噴孔における詰まりの発生を抑制することができる。
【００１５】
２番目の発明は１番目の発明において、上記排気ガス浄化手段は、排気ガス中の排気微粒子を捕集するパティキュレートフィルタと、流通する排気ガスの空燃比がリーンの時にＮＯｘを吸蔵し流通する排気ガスの空燃比が小さくなり、且つ還元剤が存在していれば吸蔵したＮＯｘを還元浄化するＮＯｘ吸蔵剤の少なくとも何れかを含むことを特徴とする。
上記排気ガス浄化手段がパティキュレートフィルタを含めば煤等の排気微粒子を、ＮＯｘ吸蔵剤を含めばＮＯｘを、夫々排気ガス中から除去することが可能となる。
【００１６】
３番目の発明は１番目または２番目の発明において、上記排気ガス浄化手段をバイパスするバイパス通路を更に有し、上記経路切替手段が排気ガスの経路を、上記第１経路と、上記第２経路と、排気ガスが上記バイパス通路を流れるバイパス経路とで切替えることを特徴とする。
本発明によっても１番目の発明とほぼ同様の作用及び効果が得られる。
【００１７】
４番目の発明は３番目の発明において、上記バイパス通路に上記排気ガス浄化手段とは別個の排気ガス浄化手段が配置されていることを特徴とする。
本発明によれば、上記経路切替手段により排気ガスの経路がバイパス経路に切替えられた場合であっても、上記別個の排気ガス浄化手段によって排気ガスが浄化されるので、排気ガスが全く浄化されずに外部へ放出されることが防止される。
【００１８】
５番目の発明は４番目の発明において、上記バイパス通路に配置された上記別個の排気ガス浄化手段は、酸化触媒、排気ガス中の排気微粒子を捕集するパティキュレートフィルタ、流通する排気ガスの空燃比がリーンの時にＮＯｘを吸蔵し流通する排気ガスの空燃比が小さくなり、且つ還元剤が存在していれば吸蔵したＮＯｘを還元浄化するＮＯｘ吸蔵剤のうちの少なくとも一つを含むことを特徴とする。
これにより、上記別個の排気ガス浄化手段が酸化触媒を含めばＨＣやＣＯ等を、パティキュレートフィルタを含めば煤等の排気微粒子を、ＮＯｘ吸蔵剤を含めばＮＯｘを、夫々排気ガス中から除去することが可能となる。
【００１９】
６番目の発明は１番目から５番目の何れかの発明において、上記還元剤添加ノズルが上記第１部分通路に設けられており、上記温度検出手段により推定または検出された温度が所定温度以上である場合には、排気ガスの経路が上記第２経路とならないようにされることを特徴とする。
上記還元剤添加ノズルが上記第１部分通路に設けられている場合に、排気ガスの経路を上記第２経路とすると、排気ガスは排気ガス浄化手段を通過してから上記還元剤添加ノズルに到ることとなる。本発明によれば、上記還元剤添加ノズルの位置における排気ガスの温度が所定温度以上である場合には、排気ガスの経路が上記第２経路とならないようにされるので、１番目の発明とほぼ同様の作用及び効果が得られる。
【００２０】
７番目の発明は４番目または５番目の発明において、上記還元剤添加ノズルは上記第１部分通路に設けられ、上記バイパス通路に配置された上記別個の排気ガス浄化手段は排気ガス中の排気微粒子を捕集するパティキュレートフィルタを含んでいて、上記温度検出手段により推定または検出された温度が所定温度以上である場合には、排気ガスの経路が上記バイパス経路とされることを特徴とする。
上述したように、上記還元剤添加ノズルが上記第１部分通路に設けられている場合に、排気ガスの経路を上記第２経路とすると、排気ガスは排気ガス浄化手段を通過してから上記還元剤添加ノズルに到ることとなる。この場合、上記還元剤添加ノズルは排気ガス浄化手段で昇温されて特に高温となった排気ガスに晒され、その噴孔に詰まりが生じる可能性が高くなる。一方、排気ガスの経路を上記第１経路にした場合であっても、機関から排出される排気ガス自体が高温である場合には、上記還元剤添加ノズルはやはり高温の排気ガスに晒されることとなり、その噴孔に詰まるが生じる可能性は高い。
【００２１】
本発明によれば、上記還元剤添加ノズルの位置における排気ガスの温度が所定温度以上である場合には、排気ガスの経路が上記バイパス経路とされるので、上記還元剤添加ノズルが高温の排気ガスに晒されなくなり、その噴孔における詰まりの発生が確実に抑制される。更に本発明では、上記バイパス通路に配置された上記別個の排気ガス浄化手段が排気ガス中の排気微粒子を捕集するパティキュレートフィルタを含んでいるので、外部への排気微粒子の放出も防止できる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態について詳細に説明する。尚、図面において、同一又は類似の構成要素には共通の参照番号を付す。
図１は本発明をディーゼルエンジンへ適用した場合を示している。図１において、２は機関（エンジン）本体、４は吸気通路、６は排気ガス通路をそれぞれ示す。排気ガス通路６には排気ガス浄化器１０が設けられるが、この部分に設置される排気ガス浄化器１０については、後に構成の異なる二つの排気ガス浄化器２０、３０を例にとって詳細に説明する。
【００２３】
電子制御ユニット（ＥＣＵ）８は、ＣＰＵ（中央演算装置）、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）、ＲＯＭ（リードオンリメモリ）、入出力ポートを双方向バスで接続した公知の形式のディジタルコンピュータからなり、機関本体２と信号をやり取りして燃料噴射量制御等のエンジンの基本制御を行う他、以下で述べるように本発明の各実施形態においては、排気ガス浄化器の各構成要素とも信号のやり取りを行いその制御も行う。
【００２４】
図２は、図１に示されている排気ガス浄化器１０の部分に設置されて排気ガス通路６の一部を構成する、排気ガス浄化器２０の外観を模式的に示した説明図であり、図２（ａ）及び（ｂ）がそれぞれ上面図及び側面図を示している。また、図３（ａ）及び（ｂ）には、それぞれ、上方及び側方から見た場合の断面図が示され、排気ガス浄化器２０の内部の排気ガスの流れが示されている。
【００２５】
図２に示すように排気ガス浄化器２０は、基幹通路１８と、基幹通路１８に接続された環状通路２２とを備えており、環状通路２２には第１排気ガス浄化手段が配置されている。本排気ガス浄化器２０において第１排気ガス浄化手段は、排気ガス中の排気微粒子を除去する手段であるパティキュレートフィルタ１４にＮＯｘ吸蔵剤１２が担持されたもの（以下、ＮＯｘ吸蔵剤１２とパティキュレートフィルタ１４を特に区別する必要がない場合には「ＮＯｘ吸蔵剤担持フィルタ１５」という）である。基幹通路１８と環状通路２２との接続部分には、経路切替部２４が設けられている。経路切替部２４は、排気ガスの経路を切替えると共にＮＯｘ吸蔵剤担持フィルタ１５を流通する排気ガスの流量を調整する経路切替調整弁２６と、経路切替調整弁２６を駆動するための駆動部２８とを備えている。経路切替部２４は、４つの通路が接続された二組の対向面を有している。一方の組の対向面には、基幹通路１８を構成する二つの部分基幹通路１８ａ、１８ｂが接続されており、他方の組の対向面には、環状通路２２を構成する二つの部分環状通路２２ａ、２２ｂが接続されている。
【００２６】
第１の部分環状通路２２ａは、ＮＯｘ吸蔵剤担持フィルタ１５の第１の面Ｓ１側に通じており、第２の部分環状通路２２ｂは、第２の面Ｓ２側に通じている。また、下流側の部分基幹通路１８ｂには第２排気ガス浄化手段として酸化触媒３２が配置されている。下流側の部分基幹通路１８ｂは、環状通路２２のＮＯｘ吸蔵剤担持フィルタ１５を内蔵している部分を囲むように形成されている。
【００２７】
更に、排気ガス浄化器２０は、還元剤添加部を第１の部分環状通路２２ａに備えており、この還元剤添加部はＮＯｘ吸蔵剤１２及びパティキュレートフィルタ１４の浄化制御の際等に還元剤を環状通路２２内に添加するために使用される。還元剤添加部は、還元剤添加ノズル３４と還元剤供給ポンプ（図示無し）とを備えており、還元剤供給ポンプから供給された還元剤は、還元剤添加ノズル３４によって第１の部分環状通路２２ａ内に、ＥＣＵ８の制御によって適切なやり方で添加される。なお、本明細書で説明する排気ガス浄化装置においては、還元剤の貯蔵、補給等の際の煩雑さを避けるため、ディーゼルエンジン２の燃料である軽油を還元剤として使用している。
【００２８】
また、排気ガス浄化器２０は、第２の部分環状通路２２ｂに排気ガスの温度を検出するための温度センサ３６が設けられている。この温度センサ３６はＥＣＵ８に接続されていて、検出結果はＥＣＵ８に与えられる。
経路切替部２４と還元剤添加部とはＥＣＵ８によって制御される。具体的には、ＥＣＵ８は、経路切替部２４の駆動部２８に接続されており、駆動部２８を制御することにより、経路切替調整弁２６の動作を制御する。また、ＥＣＵ８は、還元剤添加部の還元剤添加ノズル３４に接続されており、還元剤添加ノズル３４を制御することにより、還元剤添加ノズル３４の還元剤添加動作を制御する。
【００２９】
排気ガス浄化器２０に流入した排気ガスは、以下で説明するように必ず基幹通路１８を通り、選択的に環状通路２２を通る。
図３（ａ）、（ｂ）は、経路切替調整弁２６が第１の位置に位置された場合の排気ガスの流れを示している。この場合、排気ガス浄化器２０に流入した排気ガスは、上流側の部分基幹通路１８ａを通って経路切替部２４に流入し、第１の部分環状通路２２ａと第２の部分環状通路２２ｂとをこの順序で通って、経路切替部２４に戻る（この経路を「第１経路」とする）。この時、排気ガスは、ＮＯｘ吸蔵剤担持フィルタ１５を第１の面Ｓ１から第２の面Ｓ２に向かって流れる。経路切替部２４に戻った排気ガスは、下流側の部分基幹通路１８ｂに流入し、酸化触媒３２を通過した後に排気ガス浄化器２０から排出される。なお、酸化触媒３２を通過した排気ガスは、図３（ａ）、（ｂ）に示すように、部分基幹通路１８ｂの環状通路２２のＮＯｘ吸蔵剤担持フィルタ１５を内蔵している部分を囲むように形成されている部分を通る。
【００３０】
図４は、経路切替調整弁２６が第２の位置に位置された場合の排気ガスの流れを示している図３（ａ）と同様の図である。この場合、排気ガスは、図３（ａ）の場合とほぼ同様に流れるが、環状通路２２を流れる方向が反転している。すなわち、経路切替部２４に流入した排気ガスは、第２の部分環状通路２２ｂと第１の部分環状通路２２ａとをこの順序で通って、経路切替部２４に戻る（この経路を「第２経路」とする）。この時、排気ガスはＮＯｘ吸蔵剤担持フィルタ１５を第２の面Ｓ２から第１の面Ｓ１に向かって流れる。このように、ＮＯｘ吸蔵剤担持フィルタ１５を流通する排気ガスの流れを反転することができるので、ＮＯｘ吸蔵剤担持フィルタ１５内の位置による排気微粒子捕集量及びＮＯｘ吸蔵量等の偏りを緩和してパティキュレートフィルタ１４及びパティキュレートフィルタ１４に担持されているＮＯｘ吸蔵剤１２を効率良く使用することができる。また、排気ガスの流通方向を反転することにより、パティキュレートフィルタに堆積したアッシュ（灰分）を離脱させることによって、パティキュレートフィルタ１４の詰まりを防止する効果もある。
【００３１】
図５は、経路切替調整弁２６が上記第１の位置と第２の位置との中間である第３の位置に位置された場合の排気ガスの流れを示している図３（ａ）及び図４と同様の図である。なお、経路切替調整弁２６を第１の位置と第２の位置とで切替える際には、経路切替調整弁２６は一時的に第３の位置となる。経路切替調整弁２６が第３の位置に位置している場合、経路切替部２４に流入した排気ガスは、殆どがそのまま下流側の部分基幹通路１８ｂに流入して酸化触媒３２を通過した後に、排気ガス浄化器２０から排出される（この経路を「バイパス経路」とする）。
【００３２】
上記のように、経路切替調整弁２６が第１または第２の位置にある場合には、排気ガスはＮＯｘ吸蔵剤担持フィルタ１５を通過し、更に酸化触媒３２を通過する。一方、経路切替調整弁２６が第３の位置にある場合には、殆どの排気ガスはＮＯｘ吸蔵剤担持フィルタ１５をバイパスし、酸化触媒３２のみを通過して排気ガス浄化器２０から排出される。したがって、通常状態においては、排気ガスがＮＯｘ吸蔵剤担持フィルタ１５と酸化触媒３２とを通過して浄化されるように、経路切替調整弁２６は第１または第２の位置にある。そして必要に応じて、その位置が駆動部２８により第１の位置と第２の位置の間で調整される。
【００３３】
図６にＮＯｘ吸蔵剤担持フィルタ１５の拡大断面図を示す。図６を参照すると、パティキュレートフィルタ１４は多孔質セラミックから成り、排気ガスは矢印で示されるように図中左から右に向かって流れる。パティキュレートフィルタ１４内には、上流側に栓３４が施された第１通路３８と下流側に栓４２が施された第２通路４４とが交互に配置されハニカム状をなしている。排気ガスが図中左から右に向かって流れると、排気ガスは第２通路４４から多孔質セラミックの隔壁を通過して第１通路３８に流入し、下流側に流れる。この時、排気ガス中の排気微粒子（パティキュレート）は多孔質セラミックによって捕集されて排気ガス中から除去され、排気微粒子の外部への放出が防止される。
【００３４】
また、第１通路３８および第２通路４４の隔壁の表面及び内部の細孔内にはＮＯｘ吸蔵剤１２が担持されている。ＮＯｘ吸蔵剤１２は、例えばカリウムＫ、ナトリウムＮａ、リチウムＬｉ、セシウムＣｓのようなアルカリ金属、バリウムＢａ、カルシウムＣａのようなアルカリ土類、ランタンＬａ、イットリウムＹのような希土類から選ばれた少なくとも一つと、白金Ｐｔのような貴金属とから成る。ＮＯｘ吸蔵剤１２は流入排気ガス（すなわち、本排気ガス浄化器２０の構成においてはＮＯｘ吸蔵剤担持フィルタ１５を流通する排気ガス）の空燃比がリーンの時にはＮＯｘを吸蔵し、ＮＯｘ吸蔵剤流入排気ガスの空燃比が小さくなり、且つ還元剤が存在していれば吸蔵したＮＯｘを離脱して還元浄化する作用（ＮＯｘの吸蔵離脱及び還元浄化作用）を有する。
【００３５】
図１に示した構成ではディーゼルエンジンが使用されているため、通常状態の時の排気ガス空燃比はリーンであり、ＮＯｘ吸蔵剤１２は通常状態の時には排気ガス中のＮＯｘの吸蔵を行う。そして、一定期間使用してＮＯｘ吸蔵剤１２のＮＯｘ吸蔵効率が低下する等した場合には、ＮＯｘ吸蔵剤１２からＮＯｘを離脱させて還元する必要が生じる。本排気ガス浄化器２０においては、このようなＮＯｘ吸蔵剤１２からのＮＯｘの離脱及び還元浄化が必要になった場合には、還元剤添加部の還元剤添加ノズル３４からＮＯｘ吸蔵剤担持フィルタ１５上流側の排気ガス通路、すなわち第１の部分環状通路２２ａに還元剤を供給してＮＯｘ吸蔵剤流入排気ガスの空燃比を小さくし且つ還元剤が存在する状態として、ＮＯｘ吸蔵剤１２から吸蔵したＮＯｘを離脱させると共に離脱させたＮＯｘを還元浄化するようにする。
【００３６】
一方、排気ガス中にＳＯｘ成分が含まれていると、ＮＯｘ吸蔵剤１２は上述のＮＯｘの吸蔵と同じメカニズムで排気ガス中のＳＯｘを吸蔵する。すなわち、排気ガスの空燃比がリーンの時、排気ガス中のＳＯｘ（例えばＳＯ₂）は白金Ｐｔ上で酸化されてＳＯ₃ ^-、ＳＯ₄ ^-となり、酸化バリウムＢａＯと結合してＢａＳＯ₄を形成する。ＢａＳＯ₄は比較的安定であり、また、結晶が粗大化しやすいため一旦生成されると分解放出されにくい。このため、ＮＯｘ吸蔵剤１２中のＢａＳＯ₄の生成量が増大するとＮＯｘの吸蔵に関与できるＢａＯの量が減少してしまいＮＯｘの吸蔵能力が低下してしまう。
【００３７】
この硫黄被毒を解消するためには、ＮＯｘ吸蔵剤１２中に生成されたＢａＳＯ₄を高温で分解するとともに、これにより生成されるＳＯ₃ ^-、ＳＯ₄ ^-の硫酸イオンをスライトリーンを含むほぼ理論空燃比またはリッチ雰囲気（以下、単にリッチ雰囲気という）下で還元し、気体状のＳＯ₂に転換してＮＯｘ吸蔵剤１２から離脱させる必要がある。すなわち、硫黄被毒を解消するためには、ＮＯｘ吸蔵剤１２を高温且つリッチ雰囲気の状態にする必要がある。
【００３８】
本排気ガス浄化器２０においては、このような硫黄被毒を解消する必要が生じた場合には、還元剤添加部の還元剤添加ノズル３４からＮＯｘ吸蔵剤担持フィルタ１５上流側の排気ガス通路、すなわち第１の部分環状通路２２ａに還元剤を供給し、還元剤の反応によってＮＯｘ吸蔵剤１２を昇温すると共にリッチ雰囲気を作り出すようにし、ＮＯｘ吸蔵剤１２から硫黄分を放出するようにする。
【００３９】
また、上述のように排気ガス中の排気微粒子はパティキュレートフィルタ１４によって捕集されるが、本排気ガス浄化器２０で用いるパティキュレートフィルタ１４のように、例えばアルカリ金属、アルカリ土類、希土類から選ばれた少なくとも一つと、白金Ｐｔのような貴金属とから成る触媒（本例ではＮＯｘ吸蔵剤１２）が担持されたパティキュレートフィルタ１４上においては、捕集された排気微粒子は、通常、排気ガスの熱によって着火燃焼され、パティキュレートフィルタ１４は再生され得る。しかしながら、排気微粒子量が多くなる等、何らかの原因で捕集された排気微粒子が完全に燃焼できなくなると、パティキュレートフィルタ１４上に排気微粒子が積層状に堆積してしまう場合が生じる。このようにパティキュレートフィルタ１４上に排気微粒子が積層状に堆積してしまうと、排気微粒子は着火燃焼しづらくなり通常温度の排気ガスの熱では着火しなくなる。したがって、この場合に排気微粒子を着火燃焼させてパティキュレートフィルタ１４を再生するためには、排気ガスの温度を更に高めることが必要となる。
【００４０】
排気ガス浄化器２０においては、このような堆積した排気微粒子を着火燃焼させてパティキュレートフィルタ１４を再生する必要が生じた場合に、還元剤添加部の還元剤添加ノズル３４からＮＯｘ吸蔵剤担持フィルタ１５上流側の排気ガス通路、すなわち第１の部分環状通路２２ａに還元剤を供給し、還元剤の反応によって排気ガス温度を高め、堆積した排気微粒子を着火燃焼させてパティキュレートフィルタ１４を再生する。
【００４１】
以上のように、ＮＯｘ吸蔵剤１２及びパティキュレートフィルタ１４（すなわちＮＯｘ吸蔵剤担持フィルタ１５）を利用している排気ガス浄化器２０においては、そのＮＯｘ吸蔵剤１２及びパティキュレートフィルタ１４を再生（上述のようなＮＯｘの離脱及び還元浄化、硫黄被毒の解消、捕集排気微粒子の燃焼等）するための制御等において還元剤添加ノズル３４から排気ガス通路内に還元剤の添加が行われる。ところが、この還元剤添加ノズル３４においては、その先端部分の温度が高くなるとノズル先端部分内の油溜り内に残留している還元剤が変質して固まるため、噴孔の詰まりが発生し易くなる。噴孔の詰まりが発生すると意図した量の還元剤の添加が実施できず、上述したような再生制御を良好に実施することができなくなる。
【００４２】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、排気ガス浄化器２０を用いた場合には、以下で図７を参照しつつ説明するような制御を行い、上記還元剤添加ノズル３４の噴孔における詰まりの発生を抑制する。図７は本排気ガス浄化器２０を用いて行われる制御のフローチャートである。
本制御がスタートすると、まずステップ１０１において還元剤添加ノズル３４の位置における排気ガスの温度ＴＮが推定される。本実施形態において温度ＴＮは温度センサ３６により検出された排気ガスの温度ＴＧに基づいて推定される。すなわち、例えば温度ＴＧと温度ＴＮとの関係を経路切替調整弁２６の位置（第１、第２、第３の位置）毎に予め求めておけば、温度ＴＧと経路切替調整弁２６の位置から温度ＴＮを推定することができる。また、温度センサを経路切替部２４の上流に設け、そこで検出される排気ガス温度に基づいて同様に温度ＴＮを推定してもよい。
【００４３】
更に、温度センサを設けずに内燃機関の運転状態に基づいて温度ＴＮを推定するようにしてもよい。すなわち、例えば温度ＴＮを機関負荷Ｑ／Ｎ（吸入空気量Ｑ／機関回転数Ｎ）及び機関回転数Ｎの関数として予め求めてマップにしておき、このマップに基づいて機関負荷Ｑ／Ｎと機関回転数Ｎとから温度ＴＮを求めることも可能である。この際、経路切替調整弁２６の位置毎にマップを作成しておいてもよい。
【００４４】
また、還元剤添加ノズル３４からの還元剤の添加によらず、いわゆる低温燃焼やポスト噴射等の内燃機関側の制御によってＮＯｘ吸蔵剤担持フィルタ１５を再生（ＮＯｘの離脱及び還元浄化、硫黄被毒の解消、捕集排気微粒子の燃焼等）するための制御が実施される場合もある。このような制御が行われると、機関から排出される排気ガスの温度が高くなると共に、特にＮＯｘ吸蔵剤担持フィルタ１５の下流における排気ガスの温度が高くなる。したがって、このような制御の実施についても内燃機関の運転状態に関する要素として考慮し、経路切替調整弁２６の位置についても合わせて考慮して温度ＴＮを推定することによって、より正確な温度ＴＮの推定が可能となる。
【００４５】
更に、上述したような温度センサによって検出された温度に基づいて推定する方法と機関の運転状態に基づいて推定する方法とを組合せて温度ＴＮを推定するようにしてもよい。また、還元剤添加ノズル３４の近傍に温度センサを設け、その温度センサで検出される温度を温度ＴＮとしてもよい。
ステップ１０１において温度ＴＮが推定されると、続くステップ１０３において、温度ＴＮが予め定めた所定温度ＴＣと比較される。所定温度ＴＣは、還元剤添加ノズル３４の噴孔がノズル先端部分内の油溜り内に残留している還元剤が変質して固まるために詰まり易くなり始める温度であり、実験等によって予め定められる。したがって、ステップ１０３において温度ＴＮが所定温度ＴＣ未満であると判定された場合には、還元剤添加ノズル３４の噴孔において詰まりが生じる危険性の低い場合であるのでそのまま本制御は終了する。一方、温度ＴＮが所定温度ＴＣ以上である場合には還元剤添加ノズル３４の噴孔において詰まりが生じる危険性が高い場合であるので、ステップ１０５に進み、還元剤添加ノズル３４の噴孔における詰まりの発生を抑制するための処置がとられる。
【００４６】
すなわち、ステップ１０５においては経路切替調整弁２６が操作され、ＮＯｘ吸蔵剤担持フィルタ１５を通過してから還元剤添加ノズル３４に到る排気ガスの量を減少させるようにする。より具体的には、例えば、経路切替調整弁２６が第１の位置または第３の位置にあるように操作され、排気ガスが第１経路またはバイパス経路で流れるようにされる。なお、経路切替調整弁２６が既にステップ１０５の制御において目標とする位置にある場合にはその位置が維持される。
【００４７】
排気ガスが第１経路またはバイパス経路で流れる場合には、ＮＯｘ吸蔵剤担持フィルタ１５を通過し還元剤添加ノズル３４に到る排気ガスの量はほぼゼロとなる。ＮＯｘ吸蔵剤担持フィルタ１５は排気ガス中に含まれる還元剤の反応等により高温となっている場合があり、それを通過した排気ガスが特に高温となる傾向がある。したがって、上述のように経路切替調整弁２６を第１の位置または第３の位置にあるように操作するなどして、ＮＯｘ吸蔵剤担持フィルタ１５を通過してから還元剤添加ノズル３４に到る排気ガスの量を減少させることによって、還元剤添加ノズル３４がＮＯｘ吸蔵剤担持フィルタ１５によって昇温され特に高温となった排気ガスに晒される機会が低減されるなどして、還元剤添加ノズル３４の噴孔における詰まりの発生を抑制することができる。なお、以上の説明から明らかなように、ここでＮＯｘ吸蔵剤担持フィルタ１５を通過してから還元剤添加ノズル３４に到る排気ガスの量を減少させることには、ＮＯｘ吸蔵剤担持フィルタ１５を通過してから還元剤添加ノズル３４に到る排気ガスの量をほぼゼロとすることを含む。
【００４８】
また、特に、経路切替調整弁２６を第３の位置にあるように操作し、排気ガスがバイパス経路で流れるようにした場合には、還元剤添加ノズル３４の設けられた排気ガス通路を排気ガスが殆ど流通しなくなるので、機関から排出された排気ガス自体が高温である場合においても還元剤添加ノズル３４が高温の排気ガスに晒される機会を低減することができる。但し、この場合には、排気ガスは第２排気ガス浄化手段である酸化触媒３２のみを通過して外部へ放出される点に留意する必要がある。すなわち、排気ガスが第１経路で流れるようにされた場合には、排気ガスはＮＯｘ吸蔵剤担持フィルタ１５を通過した後、更に酸化触媒３２を通過して外部へ放出されるので、バイパス経路を流れた排気ガスに比べてＮＯｘ吸蔵剤担持フィルタ１５を通過する分だけ浄化されて外部へ放出される。
【００４９】
ここで、特に、排気微粒子の除去に関してはバイパス経路とした場合と第１経路とした場合とで相当の差があると考えられる。したがって、この点を考慮すると排気ガス浄化器２０の構成ではステップ１０５において経路切替調整弁２６を第１の位置にあるように操作し、排気ガスが第１経路で流れるようにすることが望ましい。
【００５０】
その一方、ステップ１０５において排気ガスが第１経路で流れるようにすると、機関から排出される排気ガス自体が高温である場合には、還元剤添加ノズル３４の噴孔における詰まりの発生を十分に抑制できない場合が生じる可能性がある。これに対しては、還元剤添加ノズル３４の取付け部分の構成を図８のようにし、排気ガスが第１経路で流れた場合に排気ガスの熱の影響を受け難い構成とすることができる。図８は還元剤添加ノズル３４の取付け部分の構成についての一例を示す拡大略示図であるが、この図のように還元剤添加ノズル３４を排気ガス通路から引込んだ状態で取付けることによって、排気ガスが図８中に矢印で表示したように第１経路で流れた場合に還元剤添加ノズル３４が排気ガスに直接晒されることを防止することができる。これにより、排気ガスが第１経路で流れた場合については、流通する排気ガスが高温であっても還元剤添加ノズル３４の噴孔における詰まりの発生をある程度抑制することができる。なお、同様の目的を達成するために還元剤添加ノズル３４の周りに冷却水を導く等、他の構成をとってもよい。
【００５１】
ステップ１０５において経路切替調整弁２６を第１の位置と第３の位置の何れにあるように操作するかは、上述したような排気ガスの浄化や装置の構成等を考慮して、事前に何れか一方に操作するように設定しておいてもよいし、温度ＴＮと所定温度ＴＣとの差に応じて決定するようにしてもよい。
【００５２】
次に別の構成の排気ガス浄化器３０について説明する。図９から図１１の各図は排気ガス浄化器３０を示し、これらは各々、上述した排気ガス浄化器２０についての図３から図５の各図に対応している。
排気ガス浄化器３０の基本的な構成及び各構成要素の作用等は、上述の排気ガス浄化器２０とほぼ同様であるのでそれらの詳細な説明は省略するが、排気ガス浄化器３０では、排気ガス浄化器２０とは異なり、環状通路２２に配置される第１排気ガス浄化手段としてＮＯｘを吸蔵及び還元浄化するＮＯｘ吸蔵剤１２が用いられ、部分基幹通路１８ｂに配置される第２排気ガス浄化手段として排気微粒子を除去するパティキュレートフィルタ１４が用いられている。
【００５３】
また、本排気ガス浄化器３０を用いて行われる制御についても、図７に示されるフローチャートで表すことができ、上述した排気ガス浄化器２０の場合とほぼ同様であるので、重複する部分（ステップ１０１及びステップ１０３）については説明を省略するが、ステップ１０５における経路切替調整弁２６の操作については排気ガス浄化器２０の場合とは異なるので以下で説明する。
【００５４】
すなわち、排気ガス浄化器２０の場合にはステップ１０５において、経路切替調整弁２６が第１の位置または第３の位置にあるように操作され、排気ガスが第１経路またはバイパス経路で流れるようにされたが、本排気ガス浄化器３０においては経路切替調整弁２６が必ず第３の位置にあるように操作され、排気ガスがバイパス経路で流れるようにされる。
【００５５】
上述したように排気ガス浄化器２０の場合には、経路切替調整弁２６が第３の位置にあるように操作され、排気ガスがバイパス経路で流れるようにされると、排気ガスが第２排気ガス浄化手段である酸化触媒３２のみを通過して外部へ放出されるため、排気微粒子除去の観点から好ましくないという問題があった。しかし、本排気ガス浄化器３０においては第２排気ガス浄化手段として排気微粒子を除去するパティキュレートフィルタ１４を用いているため、経路切替調整弁２６を第３の位置にあるように操作し、排気ガスがバイパス経路で流れるようにしてもこのような問題は生じない。
【００５６】
そこで、排気ガス浄化器３０ではステップ１０５において経路切替調整弁２６が必ず第３の位置にあるように操作され、排気ガスがバイパス経路で流れるようにされる。これにより、還元剤添加ノズル３４の設けられた排気ガス通路を排気ガスが殆ど流通しなくなるので、機関から排出された排気ガス自体が高温である場合においても還元剤添加ノズル３４が高温の排気ガスに晒される機会を低減することができ、より確実に還元剤添加ノズル３４の噴孔における詰まりの発生を抑制することができる。
【００５７】
なお、上述の排気ガス浄化器２０、３０における第１排気ガス浄化手段及び第２排気ガス浄化手段については、目的に応じて、酸化触媒、ＮＯｘ吸蔵剤、パティキュレートフィルタ、またはこれらの任意の組合せ等、様々に変更され得る。例えば、第１排気ガス浄化手段をＮＯｘ吸蔵剤担持フィルタとし第２排気ガス浄化手段をＮＯｘ吸蔵剤としてもよい。あるいは、第１排気ガス浄化手段をＮＯｘ吸蔵剤担持フィルタとし、第２排気ガス浄化手段をＮＯｘ吸蔵剤担持フィルタもしくは酸化触媒担持フィルタとしてもよい。
【００５８】
第１及び第２排気ガス浄化手段の種々の組合せにおいて、第２排気ガス浄化手段がパティキュレートフィルタを含む場合には、上述の説明からも明らかなように、図７に示されるフローチャートで表される制御において、ステップ１０５で経路切替調整弁２６を第３の位置にあるように操作し、排気ガスがバイパス経路で流れるようにした場合においても、排気微粒子が外部へ放出されるのを防止することができる。したがって、この場合には排気ガス浄化器３０に関して上述したような制御を実施し、同様の作用及び効果を得ることができる。
【００５９】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、排気ガス浄化手段（ＮＯｘ吸蔵剤やパティキュレートフィルタ等）の上流で還元剤を添加する還元剤添加ノズルを有する排気ガス浄化装置において、上記還元剤添加ノズルの噴孔における詰まりの発生を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明をディーゼルエンジンに適用した場合を示す図である。
【図２】図２は、本発明で用いられる排気ガス浄化器の外観を模式的に示した説明図であり、図２（ａ）及び図２（ｂ）がそれぞれ上面図及び側面図を示している。
【図３】図３は、図２に示された排気ガス浄化器の断面を示した説明図であって、図３（ａ）及び図３（ｂ）がそれぞれ上方及び側方から見た場合の断面図を示しており、経路切替調整弁が第１の位置に位置された場合の排気ガスの流れを示している。
【図４】図４は、図２及び図３に示された排気ガス浄化器に関し、経路切替調整弁が第２の位置に位置された場合の排気ガスの流れを示している図３（ａ）と同様の図である。
【図５】図５は、図２から図４に示された排気ガス浄化器に関し、経路切替調整弁が第３の位置に位置された場合の排気ガスの流れを示している図３（ａ）及び図４と同様の図である。
【図６】図６は、ＮＯｘ吸蔵剤が担持されたパティキュレートフィルタ（ＮＯｘ吸蔵剤担持フィルタ）の拡大断面図である。
【図７】図７は、本発明の排気ガス浄化装置の制御を示すフローチャートである。
【図８】図８は還元剤添加ノズルの取付け部分の構成についての一例を示す拡大略示図である。
【図９】図９は、本発明で用いられる別の排気ガス浄化器の断面を示した説明図であって、図９（ａ）及び図９（ｂ）がそれぞれ上方及び側方から見た場合の断面図を示しており、経路切替調整弁が第１の位置に位置された場合の排気ガスの流れを示している。
【図１０】図１０は、図９に示された排気ガス浄化器に関し、経路切替調整弁が第２の位置に位置された場合の排気ガスの流れを示している図９（ａ）と同様の図である。
【図１１】図１１は、図９及び図１０に示された排気ガス浄化器に関し、経路切替調整弁が第３の位置に位置された場合の排気ガスの流れを示している図９（ａ）及び図１０と同様の図である。
【符号の説明】
１０、２０、３０…排気ガス浄化器
２…機関（エンジン）本体
４…吸気通路
６…排気ガス通路
８…電子制御ユニット（ＥＣＵ）
１２…ＮＯｘ吸蔵剤
１４…パティキュレートフィルタ
１５…ＮＯｘ吸蔵剤担持フィルタ
１８…基幹通路
２２…環状通路
２４…経路変更部
２６…経路切替調整弁
２８…駆動部
３２…酸化触媒
３４…還元剤添加ノズル
３６…温度センサ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an exhaust gas purification device that purifies exhaust gas of an internal combustion engine.
[0002]
[Prior art]
Generally, in-cylinder injection type internal combustion engines mounted on automobiles and the like, for example, diesel engines, are required to remove exhaust particulates such as soot and nitrogen oxides (NOx) contained in exhaust gas. In response to such a demand, an exhaust gas purification device of a type in which exhaust gas purification means such as a NOx storage agent, a particulate filter, or a particulate filter carrying a NOx storage agent is disposed in an exhaust gas passage of an internal combustion engine. Proposed.
[0003]
As such an exhaust gas purification device, one that can adjust the flow rate of the exhaust gas flowing through the exhaust gas purification means as described above is known, and the direction of the exhaust gas flow can be reversed therein. There are some (for example, JP-A-2001-342821).
[0004]
This is because, during normal use, by reversing the direction of the exhaust gas flowing through the exhaust gas purification means, the deviation of the collected amount of exhaust particulates and NOx occlusion amount due to the position in the exhaust gas purification means is alleviated and the exhaust gas is exhausted. It intends to use the gas purification means efficiently. Also, if the exhaust gas purification means includes a particulate filter, the particulate filter is clogged by reversing the flow direction of the exhaust gas to release the ash (ash) accumulated on the particulate filter. There is also an effect to prevent.
[0005]
On the other hand, the NOx storage agent used as the exhaust gas purification means in the exhaust gas purification apparatus as described above stores NOx when the air-fuel ratio of the exhaust gas is lean, the air-fuel ratio in the exhaust gas becomes small, and the exhaust gas If a reducing agent such as HC or CO is present therein, it has an action of reducing and purifying the stored NOx (NOx occlusion and removal and reduction and purification action). And using this action, when the air-fuel ratio of the exhaust gas is lean, the NOx in the exhaust gas is stored in the NOx storage agent, and when the storage efficiency of the NOx storage agent decreases after a certain period of use or before it decreases The NOx occluded in the NOx occlusion agent is reduced and purified by adding a reducing agent (fuel) upstream of the NOx occlusion agent.
[0006]
By the way, the fuel of the internal combustion engine may contain a sulfur (S) component, and in this case, the exhaust gas contains sulfur oxide (SOx). When SOx is present in the exhaust gas, the NOx occlusion agent occludes SOx in the exhaust gas by exactly the same mechanism as the NOx occlusion action.
[0007]
However, SOx occluded in the NOx occlusion agent is relatively stable and generally tends to accumulate in the NOx occlusion agent. When the amount of SOx stored in the NOx storage agent increases, the NOx storage capacity of the NOx storage agent decreases and the NOx in the exhaust gas cannot be sufficiently removed, so that the NOx purification efficiency decreases, so-called sulfur poisoning The problem of (S poisoning) occurs. In particular, the problem of sulfur poisoning is likely to occur in diesel engines that use light oil containing a relatively large amount of sulfur as a fuel.
[0008]
On the other hand, it is known that SOx stored in the NOx storage agent can be separated by the same mechanism as NOx. However, since SOx is occluded in the NOx occlusion agent in a relatively stable form, the SOx occluded in the NOx occlusion agent should be released at a temperature at which normal NOx reduction purification control is performed (for example, about 250 ° C. or higher). It is difficult. For this reason, in order to eliminate sulfur poisoning, the NOx storage agent is heated to a temperature higher than that during normal NOx reduction and purification control, that is, the sulfur separation desorption temperature (for example, 600 ° C. or more), and the inflowing exhaust gas It is necessary to periodically perform sulfur poisoning regeneration control that makes the air-fuel ratio substantially the stoichiometric air-fuel ratio or rich (hereinafter simply referred to as rich). As a method for bringing the NOx storage agent into a high temperature and rich state in order to perform sulfur poisoning regeneration, a reducing agent is added upstream of the NOx storage agent, and the temperature of the NOx storage agent is raised by reaction of the reducing agent. In addition, there is a method for creating a substantially stoichiometric air-fuel ratio or rich atmosphere.
[0009]
Further, if the exhaust gas purification means includes a particulate filter, exhaust particulates such as soot contained in the exhaust gas are collected and removed by the particulate filter, but are accumulated on the particulate filter. In some cases, a reducing agent is added upstream of the particulate filter in order to ignite and burn the exhaust particulates.
[0010]
As described above, in the exhaust gas purification device having the exhaust gas purification means as described above, the exhaust gas purification means is regenerated (NOx removal and reduction purification, sulfur poisoning regeneration, combustion of collected exhaust particulates, etc.) In some cases, it is necessary to add a reducing agent upstream of the exhaust gas purifying means in the control or the like. For this purpose, a reducing agent addition nozzle for adding the reducing agent is provided upstream of the exhaust gas purifying means.
[0011]
However, in this reducing agent addition nozzle, the reducing agent remaining in the oil reservoir in the nozzle tip portion changes in quality and hardens when the temperature at the tip portion thereof becomes high, so that the nozzle hole is easily clogged. If the nozzle hole is clogged, the intended amount of reducing agent cannot be added, and the regeneration control of the exhaust gas purification means as described above cannot be performed satisfactorily.
[0012]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention has been made in view of the above problems, and its object is to purify an exhaust gas having a reducing agent addition nozzle that adds a reducing agent upstream of the exhaust gas purification means (NOx storage agent, particulate filter, etc.). It is an object of the present invention to provide an exhaust gas purification device that suppresses the occurrence of clogging in the nozzle hole of the reducing agent addition nozzle.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
The present invention provides an exhaust gas purifying device described in each claim as a means for solving the above-mentioned problems.
According to a first aspect of the present invention, there is provided an exhaust gas purifying means disposed in the exhaust gas passage for purifying exhaust gas, a first partial passage communicating with one end face of the exhaust gas purifying means, and the other of the exhaust gas purifying means. A second partial passage communicating with the end surface of the first exhaust passage, an exhaust gas passage, a first passage flowing from the first partial passage through the exhaust gas purification means to the second partial passage, and the exhaust from the second partial passage. A path switching means for switching between the second path flowing through the gas purification means to the first partial path, and a reducing agent added to the exhaust gas path downstream of the path switching means to reduce the exhaust gas purification means. In the exhaust gas purifier having a reducing agent addition nozzle for supplying the agent and a temperature detection means for estimating or detecting the temperature of the exhaust gas at the position of the reducing agent addition nozzle, the temperature detection means Alternatively, when the detected temperature is equal to or higher than a predetermined temperature, the exhaust gas is reduced by reducing the amount of exhaust gas that passes through the exhaust gas purification unit and reaches the reducing agent addition nozzle by the path switching unit. A gas purification device is provided.
[0014]
When the temperature of the tip portion of the reducing agent addition nozzle becomes high, the reducing agent remaining in the oil reservoir in the nozzle tip portion changes in quality and hardens, so that the nozzle hole is easily clogged. Also, the exhaust gas that has passed through the exhaust gas purification means tends to be particularly hot because the exhaust gas purification means is hot because the reducing agent contained in the exhaust gas reacts in the exhaust gas purification means. is there. According to the present invention, when the temperature of the exhaust gas at the position of the reducing agent addition nozzle is equal to or higher than the predetermined temperature, the amount of exhaust gas that reaches the reducing agent addition nozzle after passing through the high temperature exhaust gas purification means is reduced. Therefore, the occurrence of clogging in the nozzle hole of the reducing agent addition nozzle can be suppressed.
[0015]
In a second aspect based on the first aspect, the exhaust gas purifying means stores a particulate filter that collects exhaust particulates in the exhaust gas, and stores and distributes NOx when the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing is lean. It is characterized by containing at least one of NOx storage agents that reduce and purify the stored NOx when the air-fuel ratio of the exhaust gas is reduced and a reducing agent is present.
If the exhaust gas purification means includes a particulate filter, exhaust particulates such as soot can be removed from the exhaust gas, and if the NOx storage agent is included, NOx can be removed from the exhaust gas.
[0016]
According to a third aspect of the present invention, the first or second aspect of the present invention further includes a bypass passage that bypasses the exhaust gas purification means, and the route switching means defines the exhaust gas route as the first route and the second route. And switching between a bypass path through which the exhaust gas flows through the bypass path.
According to the present invention, substantially the same operations and effects as the first invention can be obtained.
[0017]
A fourth invention is characterized in that, in the third invention, an exhaust gas purification means separate from the exhaust gas purification means is arranged in the bypass passage.
According to the present invention, even when the path of the exhaust gas is switched to the bypass path by the path switching means, the exhaust gas is purified by the separate exhaust gas purification means, so that the exhaust gas is completely purified. Without being released to the outside.
[0018]
According to a fifth aspect of the present invention based on the fourth aspect, the separate exhaust gas purification means disposed in the bypass passage includes an oxidation catalyst, a particulate filter that collects exhaust particulates in the exhaust gas, and an empty exhaust gas that circulates. The air-fuel ratio of exhaust gas that stores and circulates NOx when the fuel ratio is lean is reduced, and includes at least one of NOx storage agents that reduce and purify stored NOx if a reducing agent is present. And
This removes HC and CO from the exhaust gas if the separate exhaust gas purification means includes an oxidation catalyst, exhaust particulates such as soot if the particulate filter is included, and NOx if the NOx storage agent is included. It becomes possible to do.
[0019]
According to a sixth aspect of the present invention, in any one of the first to fifth aspects, the reducing agent addition nozzle is provided in the first partial passage, and the temperature estimated or detected by the temperature detecting means is equal to or higher than a predetermined temperature. In some cases, the exhaust gas path is not made to be the second path.
When the reducing agent addition nozzle is provided in the first partial passage and the exhaust gas path is the second path, the exhaust gas passes through the exhaust gas purification means and then reaches the reducing agent addition nozzle. The Rukoto. According to the present invention, when the temperature of the exhaust gas at the position of the reducing agent addition nozzle is equal to or higher than a predetermined temperature, the exhaust gas path is prevented from being the second path. Almost the same operation and effect can be obtained.
[0020]
A seventh invention is the fourth or fifth invention, wherein the reducing agent addition nozzle is provided in the first partial passage, and the separate exhaust gas purification means disposed in the bypass passage is exhaust particulate in exhaust gas. When the temperature estimated or detected by the temperature detecting means is equal to or higher than a predetermined temperature, the exhaust gas path is used as the bypass path.
As described above, when the reducing agent addition nozzle is provided in the first partial passage, if the exhaust gas path is the second path, the exhaust gas passes through the exhaust gas purification means and then the reduction gas is supplied. It will reach the agent addition nozzle. In this case, the reducing agent addition nozzle is exposed to the exhaust gas that has been heated by the exhaust gas purifying means and has reached a particularly high temperature, and there is a high possibility that the nozzle hole will be clogged. On the other hand, even when the exhaust gas path is the first path, when the exhaust gas itself discharged from the engine is at a high temperature, the reducing agent addition nozzle is still exposed to the high temperature exhaust gas. Therefore, there is a high possibility that the nozzle hole will be clogged.
[0021]
According to the present invention, when the temperature of the exhaust gas at the position of the reducing agent addition nozzle is equal to or higher than a predetermined temperature, the exhaust gas path is used as the bypass path. It is not exposed to gas, and the occurrence of clogging in the nozzle hole is reliably suppressed. Furthermore, in the present invention, since the separate exhaust gas purification means arranged in the bypass passage includes a particulate filter that collects exhaust particulates in the exhaust gas, emission of exhaust particulates to the outside can also be prevented.
[0022]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the drawings, the same or similar components are denoted by common reference numerals.
FIG. 1 shows a case where the present invention is applied to a diesel engine. In FIG. 1, 2 is an engine (engine) body, 4 is an intake passage, and 6 is an exhaust gas passage. An exhaust gas purifier 10 is provided in the exhaust gas passage 6. The exhaust gas purifier 10 installed in this portion will be described in detail later by taking two exhaust gas purifiers 20 and 30 having different configurations as an example. .
[0023]
The electronic control unit (ECU) 8 is composed of a CPU (Central Processing Unit), RAM (Random Access Memory), ROM (Read Only Memory), and a known type digital computer in which input / output ports are connected by a bidirectional bus. In addition to performing basic control of the engine such as fuel injection amount control by exchanging signals with the main body 2, as described below, in each embodiment of the present invention, signals are also exchanged with each component of the exhaust gas purifier. The control is also performed.
[0024]
FIG. 2 is an explanatory view schematically showing the appearance of the exhaust gas purifier 20 that is installed in the exhaust gas purifier 10 shown in FIG. 1 and constitutes a part of the exhaust gas passage 6. 2A and 2B show a top view and a side view, respectively. 3A and 3B are cross-sectional views as viewed from above and from the side, respectively, and show the flow of exhaust gas inside the exhaust gas purifier 20.
[0025]
As shown in FIG. 2, the exhaust gas purifier 20 includes a main passage 18 and an annular passage 22 connected to the main passage 18, and first exhaust gas purification means is disposed in the annular passage 22. . In the present exhaust gas purifier 20, the first exhaust gas purifying means is a particulate filter 14 that is a means for removing exhaust particulates in the exhaust gas (hereinafter referred to as the NOx storing agent 12 and the particulates). When it is not necessary to distinguish the curate filter 14, it is referred to as “NOx storage agent-carrying filter 15”). A route switching unit 24 is provided at a connection portion between the main passage 18 and the annular passage 22. The path switching unit 24 switches the path of the exhaust gas and adjusts the flow rate of the exhaust gas flowing through the NOx storage agent-carrying filter 15, and the drive unit 28 for driving the path switching adjustment valve 26. It has. The path switching unit 24 has two sets of facing surfaces to which four paths are connected. Two partial basic passages 18a and 18b constituting the basic passage 18 are connected to one set of opposing surfaces, and two partial annular passages 22a constituting the annular passage 22 are connected to the other set of opposing surfaces. 22b are connected.
[0026]
The first partial annular passage 22a communicates with the first surface S1 side of the NOx storage agent-carrying filter 15, and the second partial annular passage 22b communicates with the second surface S2 side. Further, an oxidation catalyst 32 is disposed as a second exhaust gas purification means in the downstream partial main passage 18b. The downstream partial trunk passage 18b is formed so as to surround a portion of the annular passage 22 in which the NOx storage agent-carrying filter 15 is built.
[0027]
Further, the exhaust gas purifier 20 is provided with a reducing agent addition portion in the first partial annular passage 22a, and this reducing agent addition portion is used for the reduction control of the NOx storage agent 12 and the particulate filter 14 or the like. Is added to the annular passage 22. The reducing agent addition unit includes a reducing agent addition nozzle 34 and a reducing agent supply pump (not shown), and the reducing agent supplied from the reducing agent supply pump is supplied to the first partial annular passage by the reducing agent addition nozzle 34. In 22a, it is added in an appropriate manner under the control of the ECU 8. In the exhaust gas purifying apparatus described in this specification, light oil, which is a fuel for the diesel engine 2, is used as a reducing agent in order to avoid complications during storage and replenishment of the reducing agent.
[0028]
Further, the exhaust gas purifier 20 is provided with a temperature sensor 36 for detecting the temperature of the exhaust gas in the second partial annular passage 22b. The temperature sensor 36 is connected to the ECU 8, and the detection result is given to the ECU 8.
The path switching unit 24 and the reducing agent adding unit are controlled by the ECU 8. Specifically, the ECU 8 is connected to the drive unit 28 of the path switching unit 24, and controls the operation of the path switching adjustment valve 26 by controlling the drive unit 28. The ECU 8 is connected to the reducing agent addition nozzle 34 of the reducing agent addition unit, and controls the reducing agent addition operation of the reducing agent addition nozzle 34 by controlling the reducing agent addition nozzle 34.
[0029]
The exhaust gas flowing into the exhaust gas purifier 20 always passes through the main passage 18 and selectively passes through the annular passage 22 as described below.
FIGS. 3A and 3B show the flow of exhaust gas when the path switching adjustment valve 26 is positioned at the first position. In this case, the exhaust gas that has flowed into the exhaust gas purifier 20 flows into the path switching unit 24 through the upstream partial basic passage 18a, and passes through the first partial annular passage 22a and the second partial annular passage 22b. In this order, the process returns to the route switching unit 24 (this route is referred to as a “first route”). At this time, the exhaust gas flows through the NOx storage agent-carrying filter 15 from the first surface S1 toward the second surface S2. The exhaust gas that has returned to the path switching unit 24 flows into the partial trunk passage 18b on the downstream side, passes through the oxidation catalyst 32, and is discharged from the exhaust gas purifier 20. As shown in FIGS. 3A and 3B, the exhaust gas that has passed through the oxidation catalyst 32 surrounds the portion of the annular passage 22 of the partial basic passage 18b that contains the NOx storage agent-carrying filter 15. It passes through the part formed.
[0030]
FIG. 4 is a view similar to FIG. 3A showing the flow of the exhaust gas when the path switching adjustment valve 26 is located at the second position. In this case, the exhaust gas flows in substantially the same manner as in FIG. 3A, but the direction of flow through the annular passage 22 is reversed. That is, the exhaust gas flowing into the path switching unit 24 passes through the second partial annular passage 22b and the first partial annular path 22a in this order and returns to the path switching unit 24 (this path is referred to as “second path ”). At this time, the exhaust gas flows through the NOx storage agent-carrying filter 15 from the second surface S2 toward the first surface S1. As described above, the flow of the exhaust gas flowing through the NOx storage agent-carrying filter 15 can be reversed, so that the bias of the exhaust particulate collection amount, the NOx storage amount, etc. due to the position in the NOx storage agent support filter 15 is reduced. Thus, the particulate filter 14 and the NOx storage agent 12 carried on the particulate filter 14 can be used efficiently. Further, by reversing the flow direction of the exhaust gas, the ash (ash content) deposited on the particulate filter is released, thereby preventing the particulate filter 14 from being clogged.
[0031]
FIG. 5 shows the flow of exhaust gas when the path switching adjustment valve 26 is located at a third position that is intermediate between the first position and the second position. 4 is a diagram similar to FIG. Note that when the path switching adjustment valve 26 is switched between the first position and the second position, the path switching adjustment valve 26 temporarily becomes the third position. When the path switching adjustment valve 26 is located at the third position, most of the exhaust gas flowing into the path switching unit 24 flows directly into the downstream partial main passage 18b and passes through the oxidation catalyst 32. The exhaust gas is discharged from the exhaust gas purifier 20 (this route is referred to as a “bypass route”).
[0032]
As described above, when the path switching adjustment valve 26 is in the first or second position, the exhaust gas passes through the NOx storage agent-carrying filter 15 and further passes through the oxidation catalyst 32. On the other hand, when the path switching adjustment valve 26 is in the third position, most of the exhaust gas bypasses the NOx storage agent-carrying filter 15 and passes through only the oxidation catalyst 32 and is discharged from the exhaust gas purifier 20. . Therefore, in the normal state, the path switching adjustment valve 26 is in the first or second position so that the exhaust gas passes through the NOx storage agent-carrying filter 15 and the oxidation catalyst 32 and is purified. If necessary, the position is adjusted between the first position and the second position by the drive unit 28.
[0033]
FIG. 6 shows an enlarged cross-sectional view of the NOx storage agent-carrying filter 15. Referring to FIG. 6, the particulate filter 14 is made of porous ceramic, and the exhaust gas flows from the left to the right in the drawing as indicated by arrows. In the particulate filter 14, a first passage 38 having a plug 34 on the upstream side and a second passage 44 having a plug 42 on the downstream side are alternately arranged to form a honeycomb shape. When the exhaust gas flows from the left to the right in the figure, the exhaust gas passes through the porous ceramic partition wall from the second passage 44, flows into the first passage 38, and flows downstream. At this time, exhaust particulates (particulates) in the exhaust gas are collected by the porous ceramic and removed from the exhaust gas, thereby preventing the exhaust particulates from being released to the outside.
[0034]
In addition, the NOx storage agent 12 is carried on the surface of the partition walls of the first passage 38 and the second passage 44 and in the internal pores. The NOx storage agent 12 is, for example, at least selected from alkali metals such as potassium K, sodium Na, lithium Li and cesium Cs, alkaline earths such as barium Ba and calcium Ca, and rare earths such as lanthanum La and yttrium Y. One and a noble metal such as platinum Pt. The NOx occluding agent 12 occludes NOx when the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas (that is, the exhaust gas flowing through the NOx occluding agent carrying filter 15 in the configuration of the exhaust gas purifier 20) is lean, and the NOx occluding agent inflowing exhaust gas. If the air-fuel ratio of the gas is reduced and the reducing agent is present, it has the action of removing the stored NOx and reducing and purifying it (NOx storage and release and reduction and purification action).
[0035]
Since the diesel engine is used in the configuration shown in FIG. 1, the exhaust gas air-fuel ratio in the normal state is lean, and the NOx storage agent 12 stores NOx in the exhaust gas in the normal state. When the NOx occlusion efficiency of the NOx occlusion agent 12 decreases after a certain period of use, it is necessary to remove NOx from the NOx occlusion agent 12 and reduce it. In the exhaust gas purifier 20, when such NOx detachment from the NOx storage agent 12 and reduction purification are required, the NOx storage agent-carrying filter 15 is supplied from the reducing agent addition nozzle 34 of the reducing agent addition section. The reducing agent is supplied to the upstream side exhaust gas passage, that is, the first partial annular passage 22a to reduce the air-fuel ratio of the NOx storage agent inflowing exhaust gas and store the NOx storage agent 12 in the presence of the reducing agent. NOx is removed and the removed NOx is reduced and purified.
[0036]
On the other hand, when the SOx component is contained in the exhaust gas, the NOx storage agent 12 stores SOx in the exhaust gas by the same mechanism as the storage of NOx described above. That is, when the air-fuel ratio of the exhaust gas is lean, SOx in the exhaust gas (for example, SO₂) Is oxidized on platinum Pt to form SO_Three ^-, SO_Four ^-And combined with barium oxide BaO_FourForm. BaSO_FourIs relatively stable, and since crystals tend to be coarse, once they are produced, they are hardly decomposed and released. For this reason, BaSO in the NOx storage agent 12_FourWhen the production amount of NO increases, the amount of BaO that can be involved in NOx occlusion decreases, and the NOx occlusion capability decreases.
[0037]
In order to eliminate this sulfur poisoning, BaSO produced in the NOx storage agent 12 is used._FourIs decomposed at high temperature, and the SO produced thereby_Three ^-, SO_Four ^-SO 4 is reduced under a nearly stoichiometric air-fuel ratio or a rich atmosphere (hereinafter, simply referred to as a rich atmosphere) containing slight lean.₂Need to be separated from the NOx storage agent 12. That is, in order to eliminate sulfur poisoning, the NOx storage agent 12 needs to be in a high temperature and rich atmosphere state.
[0038]
In the present exhaust gas purifier 20, when it is necessary to eliminate such sulfur poisoning, an exhaust gas passage on the upstream side of the NOx storage agent-carrying filter 15 from the reducing agent addition nozzle 34 of the reducing agent addition unit, That is, the reducing agent is supplied to the first partial annular passage 22a, the temperature of the NOx storage agent 12 is raised by the reaction of the reducing agent and a rich atmosphere is created, and the sulfur content is released from the NOx storage agent 12.
[0039]
Further, as described above, the exhaust particulates in the exhaust gas are collected by the particulate filter 14, but, for example, from the alkali metal, alkaline earth, and rare earth like the particulate filter 14 used in the exhaust gas purifier 20. On the particulate filter 14 on which a catalyst (in this example, the NOx storage agent 12) composed of at least one selected and a noble metal such as platinum Pt is supported, the collected exhaust particulates are usually exhaust gas. The particulate filter 14 can be regenerated by being ignited and combusted by this heat. However, if the exhaust particulates collected for some reason cannot be completely combusted due to an increase in the amount of exhaust particulates, exhaust particulates may be deposited on the particulate filter 14 in a stacked manner. If exhaust particulates accumulate in a layered manner on the particulate filter 14 in this manner, the exhaust particulates are difficult to ignite and burn, and are not ignited by the heat of exhaust gas at a normal temperature. Therefore, in this case, in order to regenerate the particulate filter 14 by igniting and burning the exhaust particulates, it is necessary to further increase the temperature of the exhaust gas.
[0040]
In the exhaust gas purifier 20, when it is necessary to regenerate the particulate filter 14 by igniting and burning such accumulated exhaust particulates, the NOx storage agent-carrying filter is supplied from the reducing agent addition nozzle 34 of the reducing agent addition unit. 15. Reducing agent is supplied to the upstream exhaust gas passage, that is, the first partial annular passage 22a, the exhaust gas temperature is increased by the reaction of the reducing agent, and the accumulated exhaust particulates are ignited and burned to regenerate the particulate filter 14. .
[0041]
As described above, in the exhaust gas purifier 20 using the NOx storage agent 12 and the particulate filter 14 (that is, the NOx storage agent-carrying filter 15), the NOx storage agent 12 and the particulate filter 14 are regenerated (described above). The reducing agent is added into the exhaust gas passage from the reducing agent addition nozzle 34 in the control for NOx separation and reduction purification, elimination of sulfur poisoning, combustion of collected exhaust particulates, and the like. However, in the reducing agent addition nozzle 34, when the temperature of the tip portion thereof becomes high, the reducing agent remaining in the oil reservoir in the nozzle tip portion changes in quality and solidifies, so that the nozzle hole is easily clogged. . When the nozzle hole is clogged, the intended amount of reducing agent cannot be added, and the regeneration control as described above cannot be performed satisfactorily.
[0042]
The present invention has been made in view of such a problem. When the exhaust gas purifier 20 is used, the control is performed as described below with reference to FIG. The occurrence of clogging in the 34 nozzle holes is suppressed. FIG. 7 is a flowchart of the control performed using the exhaust gas purifier 20.
When this control starts, first, at step 101, the temperature TN of the exhaust gas at the position of the reducing agent addition nozzle 34 is estimated. In the present embodiment, the temperature TN is estimated based on the exhaust gas temperature TG detected by the temperature sensor 36. That is, for example, if the relationship between the temperature TG and the temperature TN is obtained in advance for each position (first, second, and third positions) of the path switching adjustment valve 26, the temperature TG and the position of the path switching adjustment valve 26 are calculated. The temperature TN can be estimated. Further, a temperature sensor may be provided upstream of the path switching unit 24, and the temperature TN may be similarly estimated based on the exhaust gas temperature detected there.
[0043]
Furthermore, the temperature TN may be estimated based on the operating state of the internal combustion engine without providing a temperature sensor. That is, for example, the temperature TN is obtained in advance as a function of the engine load Q / N (intake air amount Q / engine speed N) and the engine speed N, and a map is obtained. Based on this map, the engine load Q / N and the engine It is also possible to obtain the temperature TN from the rotational speed N. At this time, a map may be created for each position of the path switching adjustment valve 26.
[0044]
In addition, the NOx storage agent-carrying filter 15 is regenerated (NOx removal and reduction purification, sulfur poisoning) by control on the internal combustion engine side such as so-called low-temperature combustion or post-injection, regardless of the addition of the reducing agent from the reducing agent addition nozzle 34. And control for collecting collected exhaust fine particles, etc.). When such control is performed, the temperature of the exhaust gas discharged from the engine increases, and the temperature of the exhaust gas particularly downstream of the NOx storage agent-carrying filter 15 increases. Therefore, the temperature TN is estimated more accurately by considering such control as an element relating to the operating state of the internal combustion engine and also considering the position of the path switching adjustment valve 26. Is possible.
[0045]
Furthermore, the temperature TN may be estimated by combining the method of estimating based on the temperature detected by the temperature sensor as described above and the method of estimating based on the operating state of the engine. Further, a temperature sensor may be provided in the vicinity of the reducing agent addition nozzle 34, and the temperature detected by the temperature sensor may be the temperature TN.
When the temperature TN is estimated in step 101, in the subsequent step 103, the temperature TN is compared with a predetermined temperature TC. The predetermined temperature TC is a temperature at which the nozzle hole of the reducing agent addition nozzle 34 starts to become clogged because the reducing agent remaining in the oil sump in the nozzle tip portion deteriorates and solidifies, and is determined in advance by experiments or the like. . Accordingly, when it is determined in step 103 that the temperature TN is lower than the predetermined temperature TC, this control is finished as it is because there is a low risk of clogging in the nozzle hole of the reducing agent addition nozzle 34. On the other hand, when the temperature TN is equal to or higher than the predetermined temperature TC, there is a high risk of clogging in the nozzle hole of the reducing agent addition nozzle 34. Therefore, the process proceeds to step 105, and the nozzle hole in the reducing agent addition nozzle 34 is clogged. Measures are taken to suppress the occurrence of
[0046]
That is, in step 105, the path switching adjustment valve 26 is operated to reduce the amount of exhaust gas that passes through the NOx storage agent-carrying filter 15 and reaches the reducing agent addition nozzle 34. More specifically, for example, the path switching adjustment valve 26 is operated so as to be in the first position or the third position, so that the exhaust gas flows through the first path or the bypass path. In addition, when the path | route switching adjustment valve 26 is already in the target position in control of step 105, the position is maintained.
[0047]
When the exhaust gas flows through the first path or the bypass path, the amount of exhaust gas that passes through the NOx storage agent-carrying filter 15 and reaches the reducing agent addition nozzle 34 is substantially zero. The NOx storage agent-carrying filter 15 may be at a high temperature due to the reaction of the reducing agent contained in the exhaust gas, and the exhaust gas that has passed through the filter tends to be at a particularly high temperature. Accordingly, the reducing switch addition nozzle 34 is reached after passing through the NOx storage agent-carrying filter 15 by operating the path switching adjustment valve 26 to be in the first position or the third position as described above. By reducing the amount of the exhaust gas, the reducing agent addition nozzle 34 is reduced in the chance that the reducing agent addition nozzle 34 is exposed to the exhaust gas that has been heated by the NOx occluding agent-carrying filter 15 and particularly at a high temperature. The occurrence of clogging in the nozzle holes can be suppressed. As is clear from the above description, in order to reduce the amount of exhaust gas that has passed through the NOx storage agent-carrying filter 15 and then reaches the reducing agent addition nozzle 34, the NOx storage agent-carrying filter 15 is used. This includes making the amount of exhaust gas passing through and reaching the reducing agent addition nozzle 34 substantially zero.
[0048]
In particular, when the path switching adjustment valve 26 is operated to be in the third position so that the exhaust gas flows through the bypass path, the exhaust gas passage provided with the reducing agent addition nozzle 34 is exhausted through the exhaust gas passage. Therefore, even when the exhaust gas itself exhausted from the engine is at a high temperature, the opportunity for the reducing agent addition nozzle 34 to be exposed to the high-temperature exhaust gas can be reduced. However, it should be noted that in this case, the exhaust gas passes through only the oxidation catalyst 32 as the second exhaust gas purification means and is discharged to the outside. That is, when the exhaust gas is allowed to flow through the first path, the exhaust gas passes through the NOx storage agent-carrying filter 15 and then passes through the oxidation catalyst 32 and is discharged to the outside. Compared to the exhaust gas that has flowed, the exhaust gas that has passed through the NOx storage agent-carrying filter 15 is purified and discharged to the outside.
[0049]
Here, in particular, regarding the removal of exhaust particulates, it is considered that there is a considerable difference between the case of using the bypass route and the case of using the first route. Therefore, in consideration of this point, in the configuration of the exhaust gas purifier 20, it is desirable to operate the path switching adjustment valve 26 in the first position in step 105 so that the exhaust gas flows through the first path.
[0050]
On the other hand, if the exhaust gas is allowed to flow in the first path in step 105, the occurrence of clogging in the nozzle hole of the reducing agent addition nozzle 34 is sufficiently suppressed when the exhaust gas itself discharged from the engine is at a high temperature. There may be cases where it is not possible. On the other hand, the configuration of the attachment portion of the reducing agent addition nozzle 34 can be configured as shown in FIG. 8 so that it is difficult to be affected by the heat of the exhaust gas when the exhaust gas flows through the first path. FIG. 8 is an enlarged schematic view showing an example of the configuration of the attachment portion of the reducing agent addition nozzle 34. By attaching the reducing agent addition nozzle 34 in a state of being drawn from the exhaust gas passage as shown in FIG. When the exhaust gas flows through the first path as indicated by an arrow in FIG. 8, it is possible to prevent the reducing agent addition nozzle 34 from being directly exposed to the exhaust gas. Thereby, when the exhaust gas flows through the first path, the occurrence of clogging in the nozzle hole of the reducing agent addition nozzle 34 can be suppressed to some extent even if the exhaust gas flowing therethrough is at a high temperature. In order to achieve the same purpose, other configurations such as guiding the cooling water around the reducing agent addition nozzle 34 may be adopted.
[0051]
In step 105, whether to operate the path switching adjustment valve 26 in the first position or the third position is determined in advance in consideration of the exhaust gas purification and the configuration of the apparatus as described above. It may be set so that it is operated in either direction, or may be determined according to the difference between the temperature TN and the predetermined temperature TC.
[0052]
Next, another configuration of the exhaust gas purifier 30 will be described. Each of FIGS. 9 to 11 shows an exhaust gas purifier 30, and these correspond to the diagrams of FIGS. 3 to 5 for the exhaust gas purifier 20 described above.
Since the basic configuration of the exhaust gas purifier 30 and the operation of each component are substantially the same as those of the exhaust gas purifier 20 described above, a detailed description thereof will be omitted, but the exhaust gas purifier 30 Unlike the gas purifier 20, the NOx occlusion agent 12 that stores and reduces NOx is used as the first exhaust gas purification means disposed in the annular passage 22, and the second exhaust gas purification disposed in the partial trunk passage 18b. A particulate filter 14 that removes exhaust particulates is used as a means.
[0053]
Further, the control performed using the exhaust gas purifier 30 can also be represented by the flowchart shown in FIG. 7 and is substantially the same as the case of the exhaust gas purifier 20 described above, and therefore, the overlapping portion (step) 101 and step 103) will be omitted, but the operation of the path switching adjustment valve 26 in step 105 will be described below because it is different from that of the exhaust gas purifier 20.
[0054]
That is, in the case of the exhaust gas purifier 20, in step 105, the path switching adjustment valve 26 is operated so as to be in the first position or the third position so that the exhaust gas flows through the first path or the bypass path. However, in the present exhaust gas purifier 30, the path switching adjustment valve 26 is always operated to be in the third position so that the exhaust gas flows through the bypass path.
[0055]
As described above, in the case of the exhaust gas purifier 20, when the path switching adjustment valve 26 is operated so as to be in the third position and the exhaust gas is allowed to flow through the bypass path, the exhaust gas is second exhausted. Since only the oxidation catalyst 32 which is a gas purification means passes through and is discharged to the outside, there is a problem that it is not preferable from the viewpoint of exhaust particulate removal. However, since the exhaust gas purifier 30 uses the particulate filter 14 that removes exhaust particulates as the second exhaust gas purifying means, the path switching adjustment valve 26 is operated to be in the third position, and the exhaust gas purifier 30 is exhausted. Such a problem does not occur even if the gas flows through the bypass path.
[0056]
Therefore, in the exhaust gas purifier 30, the path switching adjustment valve 26 is always operated in the third position in step 105 so that the exhaust gas flows through the bypass path. As a result, the exhaust gas hardly circulates through the exhaust gas passage provided with the reducing agent addition nozzle 34. Therefore, even when the exhaust gas discharged from the engine has a high temperature, the reducing agent addition nozzle 34 has a high temperature. It is possible to reduce the chance of being exposed to water and to more reliably suppress the occurrence of clogging in the nozzle hole of the reducing agent addition nozzle 34.
[0057]
The first exhaust gas purification means and the second exhaust gas purification means in the exhaust gas purifiers 20 and 30 described above are an oxidation catalyst, a NOx storage agent, a particulate filter, or any combination thereof depending on the purpose. Various modifications can be made. For example, the first exhaust gas purification means may be a NOx storage agent-carrying filter, and the second exhaust gas purification means may be a NOx storage agent. Alternatively, the first exhaust gas purification means may be a NOx storage agent-carrying filter, and the second exhaust gas purification means may be a NOx storage agent-carrying filter or an oxidation catalyst support filter.
[0058]
In various combinations of the first and second exhaust gas purification means, when the second exhaust gas purification means includes a particulate filter, as is apparent from the above description, it is represented by the flowchart shown in FIG. In the control, the path switching adjustment valve 26 is operated to be in the third position in step 105 to prevent the exhaust particulates from being discharged to the outside even when the exhaust gas flows through the bypass path. be able to. Therefore, in this case, the control as described above with respect to the exhaust gas purifier 30 can be performed to obtain the same operation and effect.
[0059]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, in the exhaust gas purification apparatus having the reducing agent addition nozzle for adding the reducing agent upstream of the exhaust gas purification means (NOx storage agent, particulate filter, etc.), Generation | occurrence | production of the clogging in a nozzle hole can be suppressed.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a case where the present invention is applied to a diesel engine.
FIG. 2 is an explanatory view schematically showing the appearance of an exhaust gas purifier used in the present invention, and FIGS. 2 (a) and 2 (b) show a top view and a side view, respectively. ing.
FIG. 3 is an explanatory view showing a cross section of the exhaust gas purifier shown in FIG. 2, when FIGS. 3 (a) and 3 (b) are viewed from above and from the side, respectively. FIG. 2 shows a flow of exhaust gas when the path switching adjustment valve is positioned at the first position.
4 shows the flow of exhaust gas when the path switching adjustment valve is located at the second position in the exhaust gas purifier shown in FIGS. 2 and 3. FIG. ).
5 shows the exhaust gas flow when the path switching adjustment valve is located at the third position in the exhaust gas purifier shown in FIGS. 2 to 4; FIG. ) And FIG. 4.
FIG. 6 is an enlarged cross-sectional view of a particulate filter (NOx storage agent-carrying filter) carrying a NOx storage agent.
FIG. 7 is a flowchart showing control of the exhaust gas purifying apparatus of the present invention.
FIG. 8 is an enlarged schematic view showing an example of the configuration of the attachment portion of the reducing agent addition nozzle.
FIG. 9 is an explanatory view showing a cross section of another exhaust gas purifier used in the present invention, and FIG. 9 (a) and FIG. 9 (b) are viewed from above and from the side, respectively. The sectional drawing in the case is shown, and the flow of the exhaust gas when the path switching adjustment valve is located at the first position is shown.
10 is similar to FIG. 9 (a) showing the flow of exhaust gas when the path switching adjustment valve is located at the second position in the exhaust gas purifier shown in FIG. 9; FIG.
11 relates to the exhaust gas purifier shown in FIG. 9 and FIG. 10, and shows the flow of exhaust gas when the path switching adjustment valve is positioned at the third position. ) And FIG. 10.
[Explanation of symbols]
10, 20, 30 ... exhaust gas purifier
2 ... Engine body
4 ... Intake passage
6 ... Exhaust gas passage
8 ... Electronic control unit (ECU)
12 ... NOx storage agent
14 ... Particulate filter
15 ... NOx storage agent carrying filter
18 ... Basic passage
22 ... Annular passage
24. Path change unit
26 ... Route switching adjustment valve
28 ... Drive unit
32 ... Oxidation catalyst
34 ... Reducing agent addition nozzle
36 ... Temperature sensor

Claims

An exhaust gas purification means disposed in the exhaust gas passage for purifying the exhaust gas;
A first partial passage communicating with one end face of the exhaust gas purification means;
A second partial passage communicating with the other end face of the exhaust gas purification means;
An exhaust gas path passes from the first partial passage to the second partial passage through the exhaust gas purification means, and from the second partial passage to the first partial passage through the exhaust gas purification means. Route switching means for switching between the flowing second route;
A reducing agent addition nozzle that supplies the reducing agent to the exhaust gas purification means by adding a reducing agent downstream of the path switching means to the exhaust gas passage;
In an exhaust gas purifying apparatus having temperature detecting means for estimating or detecting the temperature of the exhaust gas at the position of the reducing agent addition nozzle,
When the temperature estimated or detected by the temperature detection means is equal to or higher than a predetermined temperature, the path switching means reduces the amount of exhaust gas that passes through the exhaust gas purification means and reaches the reducing agent addition nozzle. An exhaust gas purification device characterized by the above.

The exhaust gas purifying means includes a particulate filter that collects exhaust particulates in the exhaust gas, a reduction in the air-fuel ratio of the exhaust gas that occludes and circulates NOx when the air-fuel ratio of the exhaust gas that is flowing is lean, and is reduced. 2. The exhaust gas purification device according to claim 1, comprising at least one of NOx storage agents for reducing and purifying stored NOx if an agent is present.

A bypass passage for bypassing the exhaust gas purification means, wherein the path switching means includes an exhaust gas path; the first path; the second path; and a bypass path through which the exhaust gas flows through the bypass path. The exhaust gas purification device according to claim 1 or 2, wherein the exhaust gas purification device is switched.

The exhaust gas purification device according to claim 3, wherein an exhaust gas purification means separate from the exhaust gas purification means is disposed in the bypass passage.

The separate exhaust gas purification means disposed in the bypass passage stores the NOx when the oxidation catalyst, the particulate filter that collects exhaust particulates in the exhaust gas, and the air-fuel ratio of the exhaust gas that is flowing is lean, and flows. The exhaust gas according to claim 4, comprising at least one of NOx storage agents for reducing and purifying stored NOx when the air-fuel ratio of the exhaust gas is reduced and a reducing agent is present. Purification equipment.

When the reducing agent addition nozzle is provided in the first partial passage, and the temperature estimated or detected by the temperature detecting means is equal to or higher than a predetermined temperature, the exhaust gas passage is not made the second passage. The exhaust gas purifying device according to any one of claims 1 to 5, wherein

The reducing agent addition nozzle is provided in the first partial passage, and the separate exhaust gas purification means disposed in the bypass passage includes a particulate filter that collects exhaust particulates in the exhaust gas, and the temperature The exhaust gas purification device according to claim 4 or 5, wherein when the temperature estimated or detected by the detection means is equal to or higher than a predetermined temperature, the exhaust gas path is the bypass path.