(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気管に配設され、還元剤を用いて窒素酸化物を還元浄化する還元触媒と、
前記還元触媒の排気上流に液体還元剤又はその前駆体を噴射供給する還元剤噴射ノズルと、
前記還元剤噴射ノズルと前記還元触媒との間に位置する排気管に配設されて、還元剤噴射ノズルから噴射された液体還元剤又はその前駆体を攪拌する攪拌板と、
前記攪拌板に衝撃力を与えて、前記攪拌板に堆積した析出物を除去する衝撃力付与機構と、
排気温度ｔが所定値ｔ０未満のときの積算時間が所定値以上のときに攪拌板への析出物の堆積量が所定量以上に達したと推定し、前記衝撃力付与機構を駆動する制御手段と、
を含んで構成されたことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】
前記衝撃力付与機構は、排気管に回動自由に支持された前記攪拌板を所定角度回動し、急停止させたときに生じる衝撃力を与える機構である請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項３】
前記衝撃力付与機構は、前記攪拌板を加振して衝撃力を与える機構である請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項４】
前記制御手段は、排気圧力にも基づいて前記攪拌板に堆積した析出物の堆積量を推定し、該排気圧力に基づいて攪拌板への析出物の堆積量が所定量以上に達したと推定したときにも、前記衝撃力付与機構を駆動する請求項１〜請求項３のいずれか１つに記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項５】
前記攪拌板から排気管内に除去された析出物を、加熱して分解する加熱手段を含んで構成される請求項１〜請求項４のいずれか１つに記載の内燃機関の排気浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、還元剤を用いて排気中の窒素酸化物（ＮＯｘ）を還元浄化するエンジンの排気浄化装置において、特に、排気中に噴射供給された液体還元剤又はその前駆体を攪拌する攪拌板へ堆積した析出物を除去する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
エンジン排気中のＮＯｘを除去する触媒浄化システムとして、特許文献１に記載された排気浄化装置が提案されている。かかる排気浄化装置は、排気管に配設されたＮＯｘ還元触媒の排気上流に、エンジン運転状態に応じた液体還元剤又はその前駆体（以下液体還元剤で代表する）を噴射供給することで、ＮＯｘ還元触媒において排気中のＮＯｘと還元剤とを触媒還元反応させて、ＮＯｘを無害成分に浄化処理する。また、ＮＯｘ還元触媒上流の排気管内に噴射供給された液体還元剤又はその前駆体を攪拌する攪拌板を備えている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第２００９−１０８７２６号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
この種の排気浄化装置においては、市街地走行等、エンジンの負荷が低いところでの走行では、排気温度が低く、尿素水等の液体還元剤に由来する物質が排気管内に析出することがある。
このように、液体還元剤由来の物質が析出される走行が繰り返されると、析出物が前記攪拌板に堆積して排気通路開口面積が減少して排気流通抵抗の増大によりエンジン出力の低下の惧れがある。
【０００５】
本発明は、このような従来の課題に着目してなされたもので、攪拌板に堆積した析出物を除去し、もって良好な運転性を維持できるようにした内燃機関の排気浄化装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
このため、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置は、
内燃機関の排気管に配設され、還元剤を用いて窒素酸化物を還元浄化する還元触媒と、
前記還元触媒の排気上流に液体還元剤又はその前駆体を噴射供給する還元剤噴射ノズルと、
前記還元剤噴射ノズルと前記還元触媒との間に位置する排気管に配設されて、還元剤噴射ノズルから噴射された液体還元剤又はその前駆体を攪拌する攪拌板と、
前記攪拌板に衝撃力を与えて、前記攪拌板に堆積した析出物を除去する衝撃力付与機構と、
排気温度ｔが所定値ｔ０未満のときの積算時間が所定値以上のときに攪拌板への析出物の堆積量が所定量以上に達したと推定し、前記衝撃力付与機構を駆動する制御手段と、
を含んで構成されたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、排気温度ｔが所定値ｔ０未満のときの積算時間が所定値以上のときに攪拌板への析出物の堆積量が所定量以上に達したと推定し、衝撃力付与機構によって攪拌板に衝撃を与えて攪拌板に堆積した析出物を除去して、析出物堆積量の増大を抑制することができ、もって、排気通路開口面積の減少を抑制して良好な運転性能を維持することができる。また、排気温度に基づいて析出量を高精度に推定し、除去制御性能を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施形態を示すエンジン排気系のシステム図である。
【図２】本発明に係る衝撃力付与機構の構成を示す図である。
【図３】攪拌板を示す正面図である。
【図４】上記衝撃力付与機構及びヒータの制御を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。
図１は本発明の実施形態を示すエンジン排気系のシステム図である。
ディーゼルエンジン（エンジン本体）１の排気マニホールド２下流側の排気通路（排気管）３には、排気浄化装置を装備させるため、上流側の第１ケーシング４と、下流側の第２ケーシング５と、これらのケーシング４、５間の連通路６とが設けられる。
【００１０】
第１ケーシング４内には、前段にディーゼル酸化触媒（ＤＯＣ；Diesel Oxidation Catalyst ）７が収納され、後段にディーゼルパティキュレートフィルタ（以下「ＤＰＦ」という）８が収納されている。
ＤＰＦ８は、排気中の粒子状物質であるＰＭ（Particulate Matter）を捕集するフィルタであり、例えば、多孔質セラミックのハニカム構造の担体からなり、上流側と下流側とを連通する通路が多数並設されると共に、隣接する通路同士において上流側と下流側とが交互に封止されたウォールフロータイプのフィルタである。
【００１１】
酸化触媒７は、排気中のＮＯを酸化させてＮＯ２を生成し、このＮＯ２を酸化剤としてＤＰＦ８に供給すると共に、酸化熱を発生させて、下流側のＤＰＦ８を昇温させる。これにより、ＤＰＦ８に捕集されているＰＭは、酸化触媒７から供給されたＮＯ２と反応して酸化し、ＤＰＦ８の連続再生が行われる。
第２ケーシング５内には、前段にアンモニアを還元剤としてＮＯｘを還元する機能を有するＳＣＲ触媒９が収納され、後段にＳＣＲ触媒９から流出したアンモニアを酸化してＮ２とする酸化触媒としての機能を有するアンモニア酸化触媒１０が収納されている。尚、「ＳＣＲ」は、Selective Catalytic Reduction の略語である。
【００１２】
そして、第２ケーシング５上流の連通路６には、ＳＣＲ触媒９へ向けて、還元剤（アンモニア）の前駆体としての尿素水溶液（以下「尿素水」という）を加圧空気と共に噴射する尿素水噴射ノズル１１が設けられている。尚、尿素水は、図示しない尿素水タンクから噴射量制御用の制御モジュール１２を介してノズル１１へ供給され、制御モジュール１２は電子制御ユニット（ＥＣＵ）５０により制御される。
【００１３】
尿素水噴射ノズル１１から噴射された尿素水は、排気の熱により加水分解してアンモニアとなる。ＳＣＲ触媒９は、このようにして生成されたアンモニアを吸着し、吸着したアンモニアを還元剤として、ＮＯｘとアンモニア（ＮＨ３）とを選択的に還元反応させ、ＮＯｘを無害な水（Ｈ２Ｏ）と窒素（Ｎ２）へ浄化する。ここにおいて、ＳＣＲ触媒９と尿素水噴射ノズル１１とでＮＯｘ還元装置を構成している。
【００１４】
また、連通路６の尿素水噴射ノズル１１とＳＣＲ触媒９との間の部分には、還元剤としてのアンモニアを含んだ排気を攪拌する攪拌板１３が配設される。攪拌板１３は、例えば、後述するように複数の開口を排気が通過する方向をそれぞれ変化させるガイド壁を持たせた形状に形成されている。
かかる攪拌板１３により、アンモニアを含んだ排気は攪拌されて略均一に拡散されるため、ＳＣＲ触媒９に供給されるアンモニア濃度のむらを抑制し、ＳＣＲ触媒９によるＮＯｘ浄化効率を向上させることができる。
【００１５】
ここで、既述したように、特に、低負荷走行運転時等で排気温度が低下すると、尿素水が攪拌板１３の表面に液状で付着しやすく、付着した尿素水の水分が蒸発することにより、還元剤由来の物質などが析出し、攪拌板１３表面に堆積する。かかる現象の繰り返しにより、攪拌板１３表面の析出物堆積量が増大すると、排気通路面積が減少して排気流通抵抗の増大によりエンジン出力の低下の惧れがある。
【００１６】
そこで、本実施形態では、攪拌板に衝撃を与えて攪拌板に堆積した析出物を振り落として除去する衝撃力付与機構２１を、以下のように配設する。
図２は、衝撃力付与機構２１の構成を示す。
攪拌板１３は、図３に示すように円筒状リング部材１３Ａと、その内側に排気流通方向に対して交互に傾斜方向を変えて列設された複数のガイドプレート１３Ｂとを有して形成される。さらに、円筒状リング部材１３Ａの直径方向に回転軸１３ａを設け、該回転軸１３ａの両端部を、連通路６壁を貫通させて、攪拌板１３を回転軸１３ａ周り回動自由に支持する。
【００１７】
回転軸１３ａの連通路６壁外側に突出する一方の端部にレバー１４の一端部を連結すると共に、該レバー１４の他端部にエアシリンダ等のアクチュエータ１５の駆動軸１５ａ端部を連結し、駆動軸１５ａの伸縮により、レバー１４の揺動を介して回転軸１３ａ回りに攪拌板１３を回動させるように構成する。
また、駆動軸１５ａの伸張時に、駆動軸１５ａを連結したレバー１４の端部が突き当たる位置にストッパ１６を配設する。
【００１８】
かかる構成を備えた衝撃力付与機構の作用を説明する。
アクチュエータ１５を駆動して駆動軸１５ａを伸張すると、レバー１４を介して攪拌板１３が回動し、駆動軸１５ａがストッパ１６に突き当たると急停止し、そのとき生じる衝撃力により、攪拌板１３に堆積された析出物が振り落とされて除去される。
次いで、アクチュエータ１５の駆動を停止（エアシリンダの場合は、圧縮空気を放出）すると、アクチュエータ１５に内蔵されたリターンスプリングにより駆動軸１５ａが高速で引き戻され、初期位置まで戻されて急停止する際に、再度衝撃力が生じ、攪拌板１３に堆積された析出物が振り落とされて除去される。
【００１９】
かかる駆動・駆動停止操作は、１回でもよいが、数回繰り返せば、より多くの析出物を除去することができる。
上記衝撃力付与機構２１を攪拌板１３に所定量以上の析出物が堆積したときに駆動するように制御するため、図１に示すように、析出物堆積量を推定するための排気温度及び排気温度を検出するための排気温度センサ１７及び排気圧力センサ１８を、尿素水噴射ノズル１１近傍の連通路６壁に配設する。
【００２０】
また、衝撃力付与機構２１によって除去され連通路６壁に落下した尿素などの析出物を加熱してガス化しアンモニアに転化させるヒータ１９を攪拌板１３下流直下の連通路６底壁に配設する。
次に、電子制御ユニット（ＥＣＵ）５０による衝撃力付与機構２１及びヒータ１９の制御を、図４のフローチャートに基づいて説明する。
【００２１】
このフローは、所定時間周期で実行される。
ステップＳ１では、排気温度ｔが、所定温度ｔ０未満であるかを判定する。所定温度ｔ０は、例えば、液体還元剤由来の析出物の融点とし、したがって、所定温度ｔ０未満では、液体還元剤由来の物質が析出する。
ステップＳ１で所定温度ｔ０未満と判定されたときは、ステップＳ２へ進んで積算カウンタの値Ｃをインクリメントする（Ｃ←Ｃ＋１）。
【００２２】
そして、ステップＳ３で、積算カウンタの値Ｃが所定値Ｃ０以上に達したか、つまり、液体還元剤由来の物質が析出している時間の積算値が所定時間以上に達して、攪拌板１３への析出物の堆積量が所定値以上になったかを判定する。
また、積算カウンタの値Ｃが所定値Ｃ０に達する前は、ステップＳ４へ進み、攪拌板１３上流の排気圧力Ｐが所定値Ｐ０以上であるかを判定する。排気圧力Ｐが所定値Ｐ０以上のときは、攪拌板１３への析出物の堆積量が増大して攪拌板１３の通路面積が減少し、その結果、排気抵抗の増大によって排気圧力Ｐが所定値Ｐ０以上に増大したと推定される。
【００２３】
そこで、ステップＳ３で積算カウンタの値Ｃが所定値Ｃ０に達したと判定されたとき、または、ステップＳ排気圧力Ｐが所定値Ｐ０以上に増大したと判定されたとき、ステップＳ５へ進み、攪拌板１３に堆積した析出物を除去するため、前記衝撃力付与機構２１を駆動する。すなわち、上述したようにアクチュエータ１５をＯＮ，ＯＦＦする。あるいは、このＯＮ，ＯＦＦ操作を数回繰り返す。
【００２４】
これにより、アクチュエータ１５のＯＮ時に駆動軸１５が伸張し、レバー１４がストッパ１６に突き当たって停止した時に付与される衝撃、次いで、ＯＦＦして駆動軸１５ａが引き込まれて停止した時に付与される衝撃により、攪拌板１３に堆積した析出物が振るい落とされて除去される。
ステップＳ６では、上記のようにして攪拌板１３から連通路６壁上に振り落とされた析出物を加熱する。これにより、固形の析出物がガス化され、アンモニアガスとしてＳＣＲ触媒９に供給される。
【００２５】
このようにすれば、攪拌板１３に析出物が所定量以上堆積する毎に攪拌板１３に衝撃力が付与されて析出物を除去することができ、排気通路面積の減少による排気抵抗の増大、ひいてはエンジン出力の低減、燃費悪化を抑制して良好なエンジン性能を維持することができる。
【００２６】
また、攪拌板の形状は、上記実施形態の形状に限らず、攪拌機能を有する任意の形状であってよい。
また、衝撃力付与機構は、上記実施形態に限られるものではなく、例えば、攪拌板にバイブレータを連結し、加振することによって析出物を振り落とす構成であってもよい。
【符号の説明】
【００２７】
１  ディーゼルエンジン
３  排気通路
６  連通路
９  ＳＣＲ触媒
１０  アンモニア酸化触媒
１１  尿素水噴射ノズル
１２  制御モジュール
１３  攪拌板
１３ａ  回転軸
１４  レバー
１５  アクチュエータ
１５ａ  駆動軸
１６  ストッパ
１７  排気温度センサ
１８  排気圧力センサ
１９  ヒータ
２１  衝撃付与機構
５０  電子制御ユニット（ＥＣＵ）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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