JP2002531743A - 内燃機関の排気管区分内へ還元剤を給送する装置 - Google Patents

内燃機関の排気管区分内へ還元剤を給送する装置

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Abstract

(57)【要約】 本発明は、還元触媒に通じる内燃機関の排気管区分内へ、例えば水−尿素−溶液のような還元剤を給送する装置に関する。還元剤は、排気管区分へ開口する還元剤導管を介して前記排気管区分内へ給送されるが、特に本発明では、前記還元剤導管の開口端部は、少なくとも１つのスプレーオリフィスと先細横断面を有するスプレーヘッドを装備している。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 技術分野： 本発明は、還元触媒に通じる内燃機関の排気管区分へ開口する還元剤導管を備
えた形式の、前記排気管区分内へ還元剤を給送する装置に関する。
【０００２】 背景技術： 特に排ガス中の酸化窒素を減少させるために、益々低くなっていく有害物質値
は、触媒技術分野では広範囲な開発の誘因となった。格別有望なものとして出現
したのが還元触媒である。しかしながら特にディーゼル機関では、回収段階にお
いて排ガスの還元剤濃縮化が必要であることが判った。
【０００３】 排ガスの後処理装置として例えば欧州特許出願公開第０３８１２３６号明細書
に基づいて、還元剤としてアンモニア又は尿素を排ガスにドーピングするシステ
ムが公知である。この公知のシステムでは噴射弁を介して還元剤が予混合室内に
噴射され、該予混合室は、還元触媒に通じる排気管に開口している。このように
還元触媒に通じる内燃機関の排気管区分内へ還元剤を給送する形式の装置の場合
、予混合室は、排気管に開口する還元剤導管を形成している。
【０００４】 還元剤の一部分が混合室もしくは混合区内で霧化されるにしても、壁膜が生成
する。この壁膜は、還元剤、例えば水−尿素−溶液が少量の場合、管屈曲部の後
方で、搬送に使用される空気の流動速度が異なることに基づいてちぎれる。還元
剤導管の開口で、この不完全な壁膜は圧力空気によって霧化されることになる。
その結果、ドーピングされた還元剤の、処理しにくい部分的に不充分な霧化又は
エーロゾル生成が生じる。
【０００５】 ドイツ連邦共和国特許出願公開第１９６２５４４７号明細書に基づいて公知に
なっている内燃機関の排ガス後処理装置では、後置の還元触媒の作用を助成する
ために燃料が還元剤として配量弁を介して配量され、かつ気化器を介して排気弁
へ給送される。前記気化装置は、グローピンを装備していて端面側に貫通口を有
する金属スリーブであり、前記貫通口を介して、気化された還元剤が排ガス流内
へ導入される。このシステムでは確かに還元剤の気化が熱的に支援されはするが
、この解決手段は技術的に複雑化されており、かつ還元剤を加熱しかつ気化する
ために高いエネルギ需用量を必要とする。
【０００６】 発明の開示： そこで本発明の課題は、明細書冒頭で述べた形式の、排気管区分内へ還元剤を
給送する装置を改良して、できるだけ大きな特性フィールド範囲に良好なエーロ
ゾル生成を生ぜしめて、システムの全効率を高め、つまり、より低いＮＯＸ放出
量を得ることである。
【０００７】 前記課題は、請求項１の特徴部に記載した構成手段を有する装置によって解決
される。また本発明の有利な実施形態は、従属請求項において特定した通りであ
る。
【０００８】 特に還元触媒に通じる内燃機関の排気管区分へ開口する還元剤導管を備えた形
式の、前記排気管区分内へ還元剤を給送する本発明の装置では、還元剤導管の開
口端部に１つのスプレーヘッドが配置されている。該スプレーヘッドは少なくと
も１つのスプレーオリフィスと先細横断面を有している。少なくとも１つのスプ
レーオリフィスによって、還元剤のエーロゾル生成は飛躍的に改善される。また
スプレーヘッドが先細横断面を有することによって、僅少量の還元剤が効果的に
エーロゾルに変化される。それというのは還元剤導管の屈曲部で引き裂かれる壁
膜が先細横断面によってスプレーオリフィスの手前で再び合体されるからである
。従って制御・コントロールされて連続的な霧化が得られる。
【０００９】 スプレーヘッドの横断面は、連続的な単調関数に相応して先細化しているのが
有利である。前記単調関数としては例えば放物線関数又はそれに類するものが挙
げられ、従ってスプレーヘッドは特に１種の球欠体を形成する。
【００１０】 スプレーヘッドの横断面は、少なくとも部分的に一次関数的に先細化している
のが有利であり、その場合特に１つの円錐体状セグメントが形成される。この場
合のスプレーオリフィスは、還元剤が著しく微量の場合でさえも、閉じられた壁
膜を形成するような部位に配置されねばならない。
【００１１】 エーロゾル生成を更に改善するために、スプレーオリフィスもしくは各スプレ
ーオリフィスは、スプレーヘッドの軸線に対して少なくとも５゜、特に約５０゜
の角度を形成している。単数もしくは複数のスプレーオリフィスの角度は殊に、
生成するスプレー円錐体、スプレーオリフィスのサイズ、スプレーオリフィスの
体積流量並びに排気管直径及び排ガス体積流に関連している。
【００１２】 有利な実施形態では複数のスプレーオリフィスが周方向に分配してスプレーヘ
ッドに設けられている。例えば円周に均等に配分された８個のスプレーオリフィ
スを設けることが可能であり、従って個々のスプレー円錐体は事実上１つのエー
ロゾル煙霧リングを形成し、該エーロゾル煙霧リングは、排ガス中における還元
剤の均等分配を保証する。
【００１３】 スプレーオリフィスの個数、単数又は複数のスプレーオリフィスの配置、方位
及び／又は横断面は、排ガス種及び／又は排ガス量並びに排気管直径に関連して
いるのが有利である。特に排ガス速度が高い場合、最適な混和を達成するために
、生成したエーロゾルも同じくスプレーヘッドから淀みなく放出されるようにす
れば、還元触媒内へ進入する際に均質な混合気が事実上与えられることになる。
スプレーオリフィスと排ガス種及び排ガス量との間を関連づけることによって、
種々異なった内燃機関への単純な適合が得られるので、本発明の装置は、任意の
内燃機関のために使用することができ、特に、ディーゼル機関のような自発着火
式内燃機関のために（これが直接噴射で運転される場合ですら）使用することが
できる。
【００１４】 更にまた還元剤導管は負荷可能であるのが有利である。還元剤導管を例えばポ
ンプによって負荷することによって、還元剤の放出率及びエーロゾル生成を一層
改善することが可能になり、しかもこの負荷によって、還元剤導管と排気管区分
との間に顕著な圧力差が存在する場合には特にそうである。
【００１５】 発明を実施するための最良の形態： 次に図面に基づいて本発明の有利な実施例を詳説する。
【００１６】 図１に示した排気管区分２は、排ガスを内燃機関から還元触媒へ導く。前記排
気管区分２には、還元剤供給源（図示せず）に接続された還元剤導管４が開口し
ている。還元剤としては炭化水素以外に例えばディーゼル燃料又はそれに類する
もの、特に尿素−水−溶液が考えられ、該尿素−水−溶液は例えば噴射ノズル、
気化器又はその他の配量器を介して還元剤導管内へ給送される。
【００１７】 それ自体慣用のように、還元剤は概ね最高排気速度の領域で、すなわち排気管
の実質的に中央で送出されねばならないので、還元剤導管４は排気管の内部で１
つの屈曲部を形成し、かつ、排気管区分２内の排ガス流の方向に少なくともほぼ
相当する方向に延びている。この管屈曲部又は導管屈曲部の結果、僅少量の還元
剤、例えば尿素−水−溶液の場合、還元剤供給導管に沿って形成された壁膜が、
還元剤導管内の異なった流動速度のために、特に空気、排ガス又は、還元剤導管
４内で還元剤を駆動するその他の担体流によってちぎれることになる。
【００１８】 ちぎれた還元剤壁膜を再び合体させるために、図示の実施形態では、還元剤導
管４の開口端部にスプレーヘッド６が設けられており、該スプレーヘッドは例え
ばねじ山１０を介して還元剤導管４と螺合締結することができる。しかし念のた
めに付記しておくが、例えば接着結合、鑞接結合又はプレス嵌めによる別の接続
方式も勿論可能である。スプレーヘッド６の内壁はその端部へ向かって先細面１
２、例えば球状面として形成されているので、尿素−水−溶液の、ちぎれた壁膜
の個々の構成部分は前記先細面へ集合されて合体される。図示の実施形態では先
細面１２の領域内に２つのスプレーオリフィス８が配置されており、両スプレー
オリフィスは、スプレーヘッド６の軸線に対して或る所定の角度を形成している
。スプレーヘッド軸線に対してスプレーオリフィス８によって形成される角度は
、殊に排ガス流、排気管直径、還元剤量並びにスプレーオリフィス８の寸法と形
状に関連している。
【００１９】 以上の事項から確認できるように、本発明のスプレーヘッドを使用することよ
って、エーロゾル生成は質的に飛躍的に改善されるので、システムの全効率つま
りＮＯＸ還元が改善される。該システムは、スプレーオリフィスの配置、サイズ
及び個数並びにスプレーヘッド内面の先細化に関するパラメータの選択によって
、種々異なった内燃機関に適合することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の有利な実施例の装置を装備した排気管区分の断面図である。
【符号の説明】
２ 排気管区分、 ４ 還元剤導管、 ６ スプレーヘッド、 ８ スプレー
オリフィス、 １０ ねじ山、 １２ 先細面としての球状面
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 3G091 AB04 BA01 BA39 CA16 CA17 CA18 4D048 AA06 AB02 AC03 CC61 DA01 DA10 4F033 AA13 BA01 CA01 DA05 EA01 NA01

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 還元触媒に通じる内燃機関の排気管区分（２）へ開口する還
    元剤導管（４）を備えた形式の、前記排気管区分（２）内へ還元剤を給送する装
    置において、 還元剤導管（４）の開口端部に、少なくとも１つのスプレーオリフィス（８）
    と先細横断面を有するスプレーヘッド（６）が配置されていることを特徴とする
    、内燃機関の排気導管区分内へ還元剤を給送する装置。
  2. 【請求項２】 スプレーヘッド（６）の横断面が、連続的な単調関数に相応
    して先細化して特に１つの球欠体を形成している、請求項１記載の装置。
  3. 【請求項３】 スプレーヘッド（６）の横断面が、一次関数的に先細化して
    特に１つの円錐体状セグメントを形成している、請求項１又は２記載の装置。
  4. 【請求項４】 少なくとも１つのスプレーオリフィスが、スプレーヘッド（
    ６）の軸線に対して少なくとも５゜、特に約５０゜の角度を形成している、請求
    項１から３までのいずれか１項記載の装置。
  5. 【請求項５】 複数のスプレーオリフィス（８）が周方向に分配してスプレ
    ーヘッド（６）に設けられている、請求項１から４までのいずれか１項記載の装
    置。
  6. 【請求項６】 スプレーオリフィス（８）の個数、単数又は複数のスプレー
    オリフィスの配置、方位及び／又は横断面が、排ガス種及び／又は排ガス量並び
    に排気管直径に関連している、請求項１から５までのいずれか１項記載の装置。
  7. 【請求項７】 還元剤導管（４）が負荷可能である、請求項１から６までの
    いずれか１項記載の装置。
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