(57)【要約】【課題】エンジン始動直後の窒素酸化物スリップを抑制する事が出来る排気後処理装置を提供する。【解決手段】エンジン１０１の排気管１１２に設置される第１の尿素ＳＣＲ１０２と、第１の尿素ＳＣＲ１０２の排気下流側に配置された排気浄化触媒１０３と、排気浄化触媒１０３の排気下流側に配置された第２の尿素ＳＣＲ１０５と、第１の尿素ＳＣＲ１０２の排気上流側に配置された第１の尿素水噴射器１０６と、第１の尿素ＳＣＲ１０２と排気浄化触媒１０３との間に配置された第１の排気温度検出器１０７と、排気浄化触媒１０３と第２の尿素ＳＣＲ１０５との間に配置された第２の尿素水噴射器１０８と、排気浄化触媒１０３と第２の尿素ＳＣＲ１０５との間に配置された第２の排気温度検出器１０９と、を備える事で課題を解決する事が出来る。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンの排気を浄化する排気後処理装置に於いて、
前記エンジンの排気管に設置される第１の尿素ＳＣＲと、
前記排気管に設置され、前記第１の尿素ＳＣＲの排気下流側に配置された排気浄化触媒と、
前記排気管に設置され、前記排気浄化触媒の排気下流側に配置された第２の尿素ＳＣＲと、
前記排気管に設置され、前記第１の尿素ＳＣＲの排気上流側に配置された第１の尿素水噴射器と、
前記排気管に設置され、前記第１の尿素ＳＣＲと前記排気浄化触媒との間に配置された第１の排気温度検出器と、
前記排気管に設置され、前記排気浄化触媒と前記第２の尿素ＳＣＲとの間に配置された第２の尿素水噴射器と、
前記排気管に設置され、前記排気浄化触媒と前記第２の尿素ＳＣＲとの間に配置された第２の排気温度検出器と、
を備える
事を特徴とする排気後処理装置。
【請求項２】
前記第１の排気温度検出器で検出された排気温度が第１の閾値排気温度以下の場合に、前記第１の尿素水噴射器で尿素水を前記第１の尿素ＳＣＲに供給させ、前記第２の排気温度検出器で検出された排気温度が前記第１の閾値排気温度よりも高い第２の閾値排気温度以下の場合に、前記第１の尿素水噴射器で尿素水を前記第１の尿素ＳＣＲに供給させつつ、前記エンジンでポスト噴射を実行させ、前記第２の排気温度検出器で検出された排気温度が前記第２の閾値排気温度よりも高い第３の閾値排気温度以下の場合に、前記第１の尿素水噴射器で尿素水を前記第１の尿素ＳＣＲに供給させると共に、前記エンジンでポスト噴射を実行させつつ、前記第２の尿素水噴射器で尿素水を前記第２の尿素ＳＣＲに供給させる制御装置を更に備える
請求項１に記載の排気後処理装置。
【請求項３】
前記排気管に設置され、前記第１の尿素ＳＣＲと前記排気浄化触媒との間に配置された炭化水素噴射器を更に備え、
前記第１の排気温度検出器で検出された排気温度が第１の閾値排気温度以下の場合に、前記第１の尿素水噴射器で尿素水を前記第１の尿素ＳＣＲに供給させ、前記第２の排気温度検出器で検出された排気温度が前記第１の閾値排気温度よりも高い第２の閾値排気温度以下の場合に、前記第１の尿素水噴射器で尿素水を前記第１の尿素ＳＣＲに供給させつつ、前記炭化水素噴射器で炭化水素を前記排気浄化触媒に供給させ、前記第２の排気温度検出器で検出された排気温度が前記第２の閾値排気温度よりも高い第３の閾値排気温度以下の場合に、前記第１の尿素水噴射器で尿素水を前記第１の尿素ＳＣＲに供給させると共に、前記炭化水素噴射器で炭化水素を前記排気浄化触媒に供給させつつ、前記第２の尿素水噴射器で尿素水を前記第２の尿素ＳＣＲに供給させる制御装置を更に備える
請求項１に記載の排気後処理装置。
【請求項４】
前記第１の尿素ＳＣＲと前記第２の尿素ＳＣＲは、ゼオライトを含む
請求項１乃至３の何れか一項に記載の排気後処理装置。
【請求項５】
前記排気浄化触媒は、酸化触媒とＮＯX吸蔵還元型触媒の一方又は両方を備える
請求項１乃至４の何れか一項に記載の排気後処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
エンジンの排気を浄化する排気後処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
尿素ＳＣＲ又はＬＮＴを備える排気後処理装置が知られている。
【０００３】
尿素ＳＣＲを備える排気後処理装置では、エンジンの窒素酸化物排出量を推定又は検出し、窒素酸化物排出量に応じ尿素水を尿素ＳＣＲに供給し、排気熱で尿素水をアンモニアに加水分解し、アンモニアで窒素酸化物を還元する。
【０００４】
尿素ＳＣＲを備える排気後処理装置では、アンモニア吸蔵制御を実行する事が一般的になっている。アンモニア吸蔵制御では、アンモニアを尿素ＳＣＲに吸蔵させておく事で排気温度が低い時の窒素酸化物浄化率を上昇させる事が出来る。
【０００５】
ＬＮＴを備える排気後処理装置では、リーン運転時に窒素酸化物を吸蔵し、リッチ運転時に窒素酸化物を還元する。
【０００６】
特に、近年の排気規制の強化に伴い、尿素ＳＣＲとＬＮＴとを併用する事で排気温度が高い時も低い時も窒素酸化物を浄化する事が出来る排気後処理装置が開発されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１１−２２０１１５号公報
【特許文献２】特開２０１３−１１７１９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
然し乍ら、尿素ＳＣＲとＬＮＴとを併用する排気後処理装置でも、エンジン始動直後は、ＬＮＴの窒素酸化物吸蔵量に限界が有り、尿素ＳＣＲが活性化温度に至る迄は窒素酸化物スリップが発生する虞が有る。
【０００９】
エンジン暖気制御を実行したり、電気ヒータやバーナで尿素ＳＣＲを加熱したりする事も考えられるものの、何れも燃費やコストとのトレードオフに成る。
【００１０】
以上の事情に鑑み、エンジン始動直後の窒素酸化物スリップを抑制する事が出来る排気後処理装置を提供する事を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
エンジンの排気を浄化する排気後処理装置に於いて、前記エンジンの排気管に設置される第１の尿素ＳＣＲと、前記排気管に設置され、前記第１の尿素ＳＣＲの排気下流側に配置された排気浄化触媒と、前記排気管に設置され、前記排気浄化触媒の排気下流側に配置された第２の尿素ＳＣＲと、前記排気管に設置され、前記第１の尿素ＳＣＲの排気上流側に配置された第１の尿素水噴射器と、前記排気管に設置され、前記第１の尿素ＳＣＲと前記排気浄化触媒との間に配置された第１の排気温度検出器と、前記排気管に設置され、前記排気浄化触媒と前記第２の尿素ＳＣＲとの間に配置された第２の尿素水噴射器と、前記排気管に設置され、前記排気浄化触媒と前記第２の尿素ＳＣＲとの間に配置された第２の排気温度検出器と、を備える排気後処理装置を提供する。
【００１２】
前記第１の排気温度検出器で検出された排気温度が第１の閾値排気温度以下の場合に、前記第１の尿素水噴射器で尿素水を前記第１の尿素ＳＣＲに供給させ、前記第２の排気温度検出器で検出された排気温度が前記第１の閾値排気温度よりも高い第２の閾値排気温度以下の場合に、前記第１の尿素水噴射器で尿素水を前記第１の尿素ＳＣＲに供給させつつ、前記エンジンでポスト噴射を実行させ、前記第２の排気温度検出器で検出された排気温度が前記第２の閾値排気温度よりも高い第３の閾値排気温度以下の場合に、前記第１の尿素水噴射器で尿素水を前記第１の尿素ＳＣＲに供給させると共に、前記エンジンでポスト噴射を実行させつつ、前記第２の尿素水噴射器で尿素水を前記第２の尿素ＳＣＲに供給させる制御装置を更に備える事が望ましい。
【００１３】
前記排気管に設置され、前記第１の尿素ＳＣＲと前記排気浄化触媒との間に配置された炭化水素噴射器を更に備え、前記第１の排気温度検出器で検出された排気温度が第１の閾値排気温度以下の場合に、前記第１の尿素水噴射器で尿素水を前記第１の尿素ＳＣＲに供給させ、前記第２の排気温度検出器で検出された排気温度が前記第１の閾値排気温度よりも高い第２の閾値排気温度以下の場合に、前記第１の尿素水噴射器で尿素水を前記第１の尿素ＳＣＲに供給させつつ、前記炭化水素噴射器で炭化水素を前記排気浄化触媒に供給させ、前記第２の排気温度検出器で検出された排気温度が前記第２の閾値排気温度よりも高い第３の閾値排気温度以下の場合に、前記第１の尿素水噴射器で尿素水を前記第１の尿素ＳＣＲに供給させると共に、前記炭化水素噴射器で炭化水素を前記排気浄化触媒に供給させつつ、前記第２の尿素水噴射器で尿素水を前記第２の尿素ＳＣＲに供給させる制御装置を更に備える事が望ましい。
【００１４】
前記第１の尿素ＳＣＲと前記第２の尿素ＳＣＲは、ゼオライトを含む事が望ましい。
【００１５】
前記排気浄化触媒は、酸化触媒とＮＯX吸蔵還元型触媒の一方又は両方を備える事が望ましい。
【発明の効果】
【００１６】
エンジン始動直後の窒素酸化物スリップを抑制する事が出来る排気後処理装置を提供する事が可能に成る。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】実施の形態に係る排気後処理装置の構造を説明する図である。
【図２】実施の形態に係る排気後処理装置の動作を説明する図である。
【図３】実施の形態に係る排気後処理装置の効果を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、実施の形態を添付図面に順って説明する。
【００１９】
図１に示す様に、実施の形態に係る排気後処理装置１００は、エンジン（例えば、ディーゼルエンジン）１０１の排気を浄化する装置であって、第１のＮＯX選択還元型触媒（Selective Catalytic Reduction：以下「尿素ＳＣＲ」という）１０２と、排気浄化触媒１０３と、微粒子捕集フィルタ（Catalyzed Soot Filter：以下「ＣＳＦ」という）１０４と、第２の尿素ＳＣＲ１０５と、第１の尿素水噴射器１０６と、第１の排気温度検出器１０７と、第２の尿素水噴射器１０８と、第２の排気温度検出器１０９と、炭化水素噴射器１１０と、制御装置１１１と、を備える。尚、制御装置１１１は、例えば、ＥＣＵ（Engine Control Unit）やＤＣＵ（Dosing Control Unit）等で構成される。
【００２０】
第１の尿素ＳＣＲ１０２は、エンジン１０１の排気管１１２に設置される。第１の尿素ＳＣＲ１０２は、ゼオライトを含む。ゼオライトは、水を吸着する際に発熱する（吸着熱を生成する）。従って、第１の尿素ＳＣＲ１０２は、排気に含まれる水を利用する事で排気温度を上昇させる。第１の尿素ＳＣＲ１０２は、水吸着効率（発熱効率）に特化され、発熱機能を主機能とする。
【００２１】
排気浄化触媒１０３は、排気管１１２に設置され、第１の尿素ＳＣＲ１０２の排気下流側に配置される。排気浄化触媒１０３は、排気上流側の一部にゼオライトが担持され、第１の尿素ＳＣＲ１０２と同様に、排気に含まれる水を利用する事で排気温度を上昇させる。排気浄化触媒１０３は、酸化触媒（Diesel Oxidation Catalyst：以下「ＤＯＣ」という）とＮＯX吸蔵還元型触媒（Lean NOX Trap：以下「ＬＮＴ」という）の一方を備える事も出来るし、ＤＯＣとＬＮＴの両方を備える事も出来る。ＤＯＣとＬＮＴの両方を備える場合は、ＤＯＣが排気上流側に配置され、ＬＮＴが排気下流側に配置される。ＤＯＣは、一酸化炭素を二酸化炭素に酸化すると共に炭化水素を二酸化炭素と水とに還元する。ＬＮＴは、リーン運転時に一酸化窒素を二酸化窒素に酸化すると共に二酸化窒素を吸蔵し、リッチ運転時に二酸化窒素を放出すると共に二酸化窒素を窒素と水と二酸化炭素とに還元する。排気浄化触媒１０３は、炭化水素や一酸化炭素を酸化する際に発熱する（酸化熱を生成する）。従って、炭化水素や一酸化炭素を排気浄化触媒１０３に供給する事で排気温度を上昇させる事が出来る。
【００２２】
ＣＳＦ１０４は、排気に含まれる煤を捕集する。ＣＳＦ１０４の排気上流側にＤＯＣを配置する事で二酸化窒素や熱量をＣＳＦ１０４に効率的に供給する事が出来る為、煤の燃焼を促進させる事が可能に成る。
【００２３】
第２の尿素ＳＣＲ１０５は、排気管１１２に設置され、排気浄化触媒１０３の排気下流側に配置される。第２の尿素ＳＣＲ１０５は、第１の尿素ＳＣＲ１０２と同様に、ゼオライトを含む。第２の尿素ＳＣＲ１０５は、第１の尿素ＳＣＲ１０２よりも体積（容積）が大きい。第２の尿素ＳＣＲ１０５は、アンモニアで一酸化窒素と二酸化窒素とを窒素と水とに還元する。第２の尿素ＳＣＲ１０５は、第１の尿素ＳＣＲ１０２と異なり、排気浄化効率に特化され、排気浄化機能を主機能とする。
【００２４】
第１の尿素水噴射器１０６は、排気管１１２に設置され、第１の尿素ＳＣＲ１０２の排気上流側に配置される。第１の尿素水噴射器１０６は、尿素水を第１の尿素ＳＣＲ１０２に供給する。第１の尿素水噴射器１０６は、制御装置１１１で制御される。
【００２５】
第１の排気温度検出器１０７は、排気管１１２に設置され、第１の尿素ＳＣＲ１０２と排気浄化触媒１０３との間に配置される。第１の排気温度検出器１０７は、第１の尿素ＳＣＲ１０２と排気浄化触媒１０３との間の排気温度を検出する。第１の排気温度検出器１０７で検出された排気温度は、制御装置１１１に入力される。
【００２６】
第２の尿素水噴射器１０８は、排気管１１２に設置され、排気浄化触媒１０３と第２の尿素ＳＣＲ１０５との間に配置される。第２の尿素水噴射器１０８は、窒素酸化物排出量に応じ尿素水を第２の尿素ＳＣＲ１０５に供給する。窒素酸化物排出量は、エンジン回転数や燃料供給量を基に推定されるか、又は窒素酸化物濃度検出器で検出される。第２の尿素ＳＣＲ１０５に供給された尿素水は、排気熱でアンモニアに加水分解される。第２の尿素水噴射器１０８は、制御装置１１１で制御される。
【００２７】
第２の排気温度検出器１０９は、排気管１１２に設置され、排気浄化触媒１０３と第２の尿素ＳＣＲ１０５との間に配置される。第２の排気温度検出器１０９は、排気浄化触媒１０３と第２の尿素ＳＣＲ１０５との間の排気温度を検出する。第２の排気温度検出器１０９で検出された排気温度は、制御装置１１１に入力される。
【００２８】
炭化水素噴射器１１０は、排気管１１２に設置され、第１の尿素ＳＣＲ１０２と排気浄化触媒１０３との間に配置される。炭化水素噴射器１１０は、炭化水素（未燃燃料）を排気浄化触媒１０３に供給する。炭化水素噴射器１１０は、制御装置１１１で制御される。
【００２９】
制御装置１１１は、第１の排気温度検出器１０７で検出された排気温度が第１の閾値排気温度（例えば、１５０℃）以下の場合に、第１の尿素水噴射器１０６で尿素水を第１の尿素ＳＣＲ１０２に供給させる。尿素水を第１の尿素ＳＣＲ１０２に供給する事で尿素水に含まれる水を第１の尿素ＳＣＲ１０２に吸着させる事が出来る為、排気温度を上昇させる事が可能に成る。尿素水を第１のＳＣＲ１０２に供給する際は、例えば、エンジン回転数や燃料供給量を基に排気に含まれる水量（第１のＳＣＲ１０２に吸着される水量）を推定し、該水量に応じ第１のＳＣＲ１０２の発熱量を推定し、該発熱量を最大にするべく、尿素水供給量を調整する。尚、エンジン回転数や燃料供給量を基に排気に含まれる標準水量を推定し、該標準水量を外気温度や外気湿度で補正する事で排気に含まれる水量を高精度に推定する事が出来る。
【００３０】
制御装置１１１は、第２の排気温度検出器１０９で検出された排気温度が第１の閾値排気温度よりも高い第２の閾値排気温度（例えば、１８０℃）以下の場合に、第１の尿素水噴射器１０６で尿素水を第１の尿素ＳＣＲ１０２に供給させつつ、エンジン１０１（の燃料噴射器）でポスト噴射を実行させる。ポスト噴射を実行する事で炭化水素や一酸化炭素を排気浄化触媒１０３に供給すると共に排気浄化触媒１０３で炭化水素や一酸化炭素を酸化させる事が出来る為、排気温度を上昇させる事が可能に成る。
【００３１】
制御装置１１１は、第２の排気温度検出器１０９で検出された排気温度が第２の閾値排気温度以下の場合に、ポスト噴射に代え又は加え、炭化水素噴射器１１０で炭化水素を排気浄化触媒１０３に供給させる事が出来る。炭化水素を排気浄化触媒１０３に供給する事で排気浄化触媒１０３で炭化水素を酸化させる事が出来る為、排気温度を上昇させる事が可能に成る。炭化水素を排気浄化触媒１０３に供給する際は、例えば、エンジン回転数や燃料供給量を基に排気に含まれる炭化水素量（排気浄化触媒１０３に供給される炭化水素量）を推定し、該炭化水素量に応じ排気浄化触媒１０３の酸化発熱量を推定し、該酸化発熱量を最大にするべく、炭化水素供給量を調整する。
【００３２】
制御装置１１１は、第２の排気温度検出器１０９で検出された排気温度が第２の閾値排気温度よりも高い第３の閾値排気温度（例えば、２００℃）以下の場合に、第１の尿素水噴射器１０６で尿素水を第１の尿素ＳＣＲ１０２に供給させると共に、エンジン１０１でポスト噴射を実行させ、及び／又は炭化水素噴射器１１０で炭化水素を排気浄化触媒１０３に供給させつつ、第２の尿素水噴射器１０８で尿素水を第２の尿素ＳＣＲ１０５に供給させる。第３の閾値排気温度は、第２の尿素ＳＣＲ１０５の活性化温度を意味する。尿素水を第２の尿素ＳＣＲ１０５に供給する事で尿素水に含まれる水を第２の尿素ＳＣＲ１０５に吸着させる事が出来る為、排気温度を上昇させる事が可能に成る。
【００３３】
制御装置１１１は、第２の排気温度検出器１０９で検出された排気温度が第３の閾値排気温度超の場合に、ポスト噴射の実行や炭化水素の供給を停止し、通常の（従来の）排気浄化制御を実行する。排気浄化制御では、規定の排気浄化率が達成される様に、窒素酸化物排出量に応じ尿素水を第２の尿素ＳＣＲ１０５に供給する。
【００３４】
以上を纏めると、制御装置１１１は、エンジン始動直後に以下の制御を実行する。
【００３５】
図２に示す様に、ステップＳ１０１では、第１の排気温度検出器１０７で検出された排気温度Ｔ1が第１の閾値排気温度ＴTHRESHOLD1以下か否かを判定し、排気温度Ｔ1が第１の閾値排気温度ＴTHRESHOLD1以下の場合に、ステップＳ１０２に進み、排気温度Ｔ1が第１の閾値排気温度ＴTHRESHOLD1超の場合に、ステップＳ１０３に進む。
【００３６】
ステップＳ１０２では、排気温度Ｔ1を上昇させるべく、第１の尿素水噴射器１０６で第１の尿素ＳＣＲ１０２に尿素水を供給させる（第１の昇温制御）。
【００３７】
ステップＳ１０３では、第２の排気温度検出器１０９で検出された排気温度Ｔ2が第２の閾値排気温度ＴTHRESHOLD2以下か否かを判定し、排気温度Ｔ2が第２の閾値排気温度ＴTHRESHOLD2以下の場合に、ステップＳ１０４に進み、排気温度Ｔ2が第２の閾値排気温度ＴTHRESHOLD2超の場合に、ステップＳ１０５に進む。
【００３８】
ステップＳ１０４では、排気温度Ｔ2を上昇させるべく、第１の尿素水噴射器１０６で第１の尿素ＳＣＲ１０２に尿素水を供給させつつ、エンジン１０１でポスト噴射を実行させるか、及び／又は炭化水素噴射器１１０で排気浄化触媒１０３に炭化水素を供給させる（第２の昇温制御）。
【００３９】
ステップＳ１０５では、第２の排気温度検出器１０９で検出された排気温度Ｔ2が第３の閾値排気温度ＴTHRESHOLD3以下か否かを判定し、排気温度Ｔ2が第３の閾値排気温度ＴTHRESHOLD3以下の場合に、ステップＳ１０６に進み、排気温度Ｔ2が第３の閾値排気温度ＴTHRESHOLD3超の場合に、ステップＳ１０７に進む。
【００４０】
ステップＳ１０６では、排気温度Ｔ2を上昇させるべく、第１の尿素水噴射器１０６で第１の尿素ＳＣＲ１０２に尿素水を供給させると共に、エンジン１０１でポスト噴射を実行させ、及び／又は炭化水素噴射器１１０で排気浄化触媒１０３に炭化水素を供給させつつ、第２の尿素水噴射器１０８で第２の尿素ＳＣＲ１０５に尿素水を供給させる（第３の昇温制御）。
【００４１】
ステップＳ１０７では、以上の昇温制御を停止し、排気浄化制御を実行する。
【００４２】
従って、図３に示す様に、エンジン始動後に排気温度Ｔ1，Ｔ2を速やかに上昇させ、排気温度を第２の尿素ＳＣＲ１０５の活性化温度超にする事が出来る為、エンジン始動後の早い段階で第２の尿素ＳＣＲ１０５で窒素酸化物の浄化を行え、エンジン始動直後の窒素酸化物スリップを抑制する事が出来る。特に、排気温度Ｔ1は、本来、図３の破線に示す様に推移するが、炭化水素を添加する事によって本来よりも早く昇温される。
【符号の説明】
【００４３】
１００  排気後処理装置
１０１  エンジン
１０２  第１の尿素ＳＣＲ
１０３  排気浄化触媒
１０４  ＣＳＦ
１０５  第２の尿素ＳＣＲ
１０６  第１の尿素水噴射器
１０７  第１の排気温度検出器
１０８  第２の尿素水噴射器
１０９  第２の排気温度検出器
１１０  炭化水素噴射器
１１１  制御装置
１１２  排気管
【図１】
2020041428.tif 000003
【図２】
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【図３】
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