JP2005214171A

JP2005214171A - エンジンの排気浄化装置

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Publication number: JP2005214171A
Application number: JP2004025754A
Authority: JP
Inventors: Masanobu Hirata; 公信平田; Nobuhiko Masaki; 信彦正木
Original assignee: UD Trucks Corp
Current assignee: UD Trucks Corp
Priority date: 2004-02-02
Filing date: 2004-02-02
Publication date: 2005-08-11
Anticipated expiration: 2024-02-02
Also published as: JP4137807B2

Abstract

【課題】車両搭載のエンジンから排出された排気中の窒素酸化物（ＮＯｘ）を還元剤により還元除去して排気を浄化するエンジンの排気浄化装置において、エンジンの排気系に噴射供給される還元剤の拡散、混合を促進させると共に、噴射ノズルに還元剤が析出するのを防止する。
【解決手段】エンジン１の排気管３に配設され、排気中の窒素酸化物を還元剤１２により還元浄化する還元触媒４と、上記排気管３にて上記還元触媒４の排気上流側に取り付けられ、貯蔵タンク９内に蓄えられた還元剤１２を排気中に噴射供給する噴射ノズル５と、を備えたエンジンの排気浄化装置において、上記噴射ノズル５は、上記排気管３の底壁部側にて先端部を鉛直上方に向けて取り付け、その先端部の噴孔５ａより還元剤１２を下方から上方に噴射させるようにしたものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、エンジンの排気系に噴射ノズルから還元剤を噴射供給し、排気中の窒素酸化物を還元触媒で還元除去して排気を浄化するエンジンの排気浄化装置に関し、特に、上記排気系の配管の底壁部側に取り付けられた噴射ノズルより還元剤を下方から上方に向けて噴射供給して該還元剤を排気中で拡散、混合させると共に、上記噴射ノズルに還元剤が析出するのを防止するエンジンの排気浄化装置に関する。

従来から、車両に搭載されたディーゼルエンジンや、ガソリンエンジン等から排出された排気中の窒素酸化物（以下「ＮＯｘ」という。）を還元剤により還元除去して排気を浄化する装置が提案されている。この排気浄化装置は、エンジンの排気系に配設された還元触媒と、エンジンの排気管内にて上記還元触媒の排気上流側に取り付けられ、排気中に還元剤を噴射供給する噴射ノズルとを備えて成り、この噴射ノズルから排気中に還元剤を噴射供給することにより、排気中のＮＯｘと還元剤とを触媒中で還元反応させ、ＮＯｘを無害成分に浄化処理するようになっていた。このような還元剤としては、加水分解してアンモニアを容易に発生する尿素等の水溶液やアンモニア水溶液、その他の還元剤水溶液が用いられている。上記還元剤は、貯蔵タンク内に常温で液体状態に貯蔵され、噴射ノズルから必要量が噴射供給されるようになっていた。そして、エンジンの運転状況、例えばＮＯｘ排気量や排気温度に応じて、上記噴射ノズルから噴射供給される還元剤の量をコントロールすることで、エンジンの排気浄化の制御を行うようになっていた（例えば、特許文献１参照。）。
特開２０００−２７６２７号公報

しかし、上記特許文献１に記載のエンジンの排気浄化装置においては、図５に示すように、エンジンの排気系に還元剤１２を噴射供給する噴射ノズル５は、フランジ７を用いてエンジンの排気管３の上壁部側に取り付けられており、その先端部の噴孔５ａが排気の下流側に向けられていた。そのため、噴射ノズル５の噴孔５ａから排気中に噴射供給された還元剤１２は、排気中で十分に拡散されず、排気流に流されてそのまま下流側に運ばれるので、排気に効率的に混合されないことがあった。その結果、排気中のＮＯｘの還元反応が触媒中で進行せずに、ＮＯｘがそのまま排出されるようになり、所期の排気浄化性能を得られなくなるおそれがあった。

このような不具合を回避するために、上記噴射ノズル５から排気中に必要量以上の還元剤１２が噴射供給されることがあった。この場合には、還元剤１２の全てが還元反応に寄与せずに、そのまま排出されることがあり、ランニングコストが上昇するという問題点があった。また、上記噴射ノズル５から必要量以上の還元剤１２が噴射供給されると、その噴孔５ａの周辺に還元剤が析出し、噴孔５ａの目詰まりが発生することもあった。その結果として、エンジンの排気管３内に十分な量の還元剤１２が噴射供給されず、ＮＯｘの大量放出状態を招くおそれがあった。

また、上記噴射ノズル５は、その噴孔５ａを下方に向けて取り付けられていたので、該噴射ノズル５から噴射された還元剤１２が上記排気管３内の底壁に付着する範囲Ａ₁において、還元剤１２が析出することがあった。さらに、上記噴射ノズル５の噴孔５ａが下向きに取り付けられていたので、還元剤１２の噴射供給を停止したときに、噴射ノズル５内に残留した還元剤１２が噴孔５ａに垂れてきて目詰まりすることがあり、上述のように、エンジンの排気管３内に十分な量の還元剤１２が噴射供給されず、ＮＯｘの大量放出状態を招くおそれがあった。

この他、燃料である軽油やガソリン、もしくはアルコール類等を還元剤として用いる場合においても同様に、還元剤の拡散、混合等の不良によって、排気浄化率の低下や、過剰に供給した分の還元剤の排出、或いは還元剤の析出により排気管内に汚れなどが付着する可能性があった。

そこで、本発明は、このような問題点に対処し、エンジンの排気系に還元剤を噴射供給する噴射ノズルを該排気系の配管の底壁部側にて先端部を鉛直上方又は斜め上方に向けて取り付けることにより、該噴射ノズルより還元剤を下方から上方に向けて噴射供給して該還元剤を排気中で拡散、混合させると共に、上記噴射ノズルに還元剤が析出するのを防止し、エンジンの排気浄化装置が有する機能の維持、適正化を図ることを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明によるエンジンの排気浄化装置は、エンジンの排気系に配設され、排気中の窒素酸化物を還元剤により還元浄化する還元触媒と、上記排気系にて上記還元触媒の排気上流側に取り付けられ、排気中に上記還元剤を噴射供給する噴射ノズルと、を備えたエンジンの排気浄化装置において、上記噴射ノズルは、上記排気系の配管の底壁部側にて先端部を鉛直上方又は斜め上方に向けて取り付け、その先端部の噴孔より還元剤を下方から上方に向けて噴射させるようにしたものである。

このような構成により、上記排気系の配管の底壁部側にて先端部を鉛直上方又は斜め上方に向けて取り付けられた噴射ノズルの噴孔から、上記配管内に還元剤が下方から上方に向けて噴射される。

また、上記噴射ノズルは、上記排気系の配管の底壁部に設けられた取り付け穴に着脱可能とされている。これにより、上記噴射ノズルを、上記排気系の配管の底壁部の取り付け穴から取り外すことができる。

さらに、上記取り付け穴は、排気流の流れ方向に所定の長さだけ延びて形成されており、上記噴射ノズルを上記配管に固定する固定手段は、上記取り付け穴に適合する形状とされ、該固定手段の排気上流側に上記噴射ノズルが配設されたものである。これにより、上記噴射ノズルの固定手段を上記配管から取り外すと、該配管には排気流の流れ方向に所定の長さだけ延びた取り付け穴が空いた状態となる。

請求項１に記載のエンジンの排気浄化装置によれば、エンジンの排気系の配管の底壁部側にて先端部を鉛直上方又は斜め上方に向けて取り付けられた噴射ノズルの噴孔から、上記配管内にて還元剤が下方から上方に向けて噴射されるため、該還元剤が上記配管内の底壁に付着するまでの時間が長くなり、上記還元剤が排気中で十分に拡散され、還元剤の混合を促進することができる。これにより、触媒中において排気中のＮＯｘの還元反応が効率的に進行するようになる。また、エンジンの排気系内の排気中に適量の還元剤を噴射供給すればよいので、噴射ノズルの噴孔の周辺に還元剤が析出し難くなり、噴孔の目詰まりを防止することもできる。したがって、エンジンの排気浄化装置が有する所期の機能の維持、適正化を図ることができる。

また、請求項２に記載の発明によれば、上記噴射ノズルは、上記排気系の配管の底壁部に設けられた取り付け穴から取り外すことができるので、該取り付け穴から上記配管内に析出した析出物を除去することができる。また、上記噴射ノズルの噴孔が目詰まりした場合であっても、該噴射ノズルを取り外して、噴孔に目詰まりした還元剤を容易に除去することができる。

そして、請求項３に記載の発明によれば、上記噴射ノズルの固定手段を上記配管から取り外すと、該配管には排気流の流れ方向に所定の長さだけ延びた取り付け穴が空いた状態となるので、該取り付け穴から上記配管内に析出した析出物を容易に除去することができる。また、上記固定手段に付着した析出物についても、容易に除去することができる。

以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。図１は本発明によるエンジンの排気浄化装置の概念を示すシステム図である。このエンジンの排気浄化装置は、車両に搭載されたエンジン１から排出された排気中のＮＯｘを還元剤により還元除去して排気を浄化する装置であって、排気マニフォールド２と、排気管３と、還元触媒４と、噴射ノズル５とを備えて成る。

上記エンジン１の排気マニフォールド２には、排気管３が接続されている。また、この排気管３の途中にはマフラ６が設けられており、このマフラ６内に排気中のＮＯｘを還元浄化する還元触媒４が収容されている。上記排気管３には、例えば排気上流側から順に一酸化窒素（ＮＯ）の酸化触媒、ＮＯｘの還元触媒４、アンモニアスリップ用酸化触媒の３つの触媒が配設されている。これにより、エンジン１から排出された排気は、排気マニフォールド２及び排気管３を通って還元触媒４を経由するときに、該還元触媒４でＮＯｘを還元除去して大気中に排出される。なお、上記排気マニフォールド２と排気管３と還元触媒４とで、エンジン１の排気系を構成している。また、図示省略したが、上記還元触媒４の前後には、温度センサ等が配設されている。

また、上記排気管３内にて還元触媒４の排気上流には、噴射ノズル５が取り付けられている。この噴射ノズル５は、後述する還元剤１２を霧状にして排気中に噴射供給するもので、該噴射ノズル５を固定する手段となるフランジ７を用いて上記排気管３に取り付けられている。さらに、図１に示すように、上記フランジ７に固定された噴射ノズル５には供給パイプ８が連結されており、この供給パイプ８の他端部には上記噴射ノズル５への還元剤１２の供給を制御する還元剤供給装置９が接続されている。さらにまた、上記還元剤供給装置９には供給配管１０が接続されており、その吸込口１０ａが貯蔵タンク１１の底面付近に位置している。そして、貯蔵タンク１１内には還元剤（例えば、尿素水）１２が蓄えられている。

これにより、上記貯蔵タンク１１内に蓄えられた還元剤１２は、供給配管１０の吸込口１０ａから吸い込まれて還元剤供給装置９に補給される。そして、この還元剤供給装置９から供給パイプ８を介して噴射ノズル５に送られた還元剤１２は、排気管３内に圧力空気と共に噴射供給されるようになる。この噴射ノズル５から噴射供給された還元剤１２は、排気管３内を通る排気の排気熱により加水分解してアンモニアを容易に発生する。このように得られたアンモニアは、上記還元触媒４において排気中のＮＯｘと反応し、水及び無害なガスに浄化されることは知られたことである。なお、本実施形態では、還元剤１２として尿素水が用いられるが、本発明はこれに限られず、アンモニア水溶液等を用いてもよい。

ここで、本発明においては、図２に示すように、上記噴射ノズル５は、上記排気管３の底壁部にて先端部を鉛直上方に向けて取り付けておき、その先端部の噴孔５ａより還元剤１２を下方から上方に向けて噴射させるようにされている。これにより、排気管３の底壁部に配設された噴射ノズル５の噴孔５ａから、上記排気管３内にて還元剤１２が下方から上方に向けて噴射されるため、該還元剤１２が上記排気管３内の底壁に付着するまでの時間が長くなって、エンジンの排気系に噴射供給された還元剤１２が排気中で十分に拡散され、還元剤１２の混合を促進することができる。したがって、図１に示す還元触媒４中において、排気ガス中のＮＯｘの還元反応が効率的に進行するようになる。その結果、ＮＯｘの浄化率が向上し、エンジンの排気浄化装置が有する所期の機能の維持、適正化を図ることが可能となる。なお、図２に示すように、上記噴射ノズル５から噴射された還元剤１２は、上記排気管３内の底壁の広い範囲Ａ₂に付着するようになる。この還元剤１２が付着する範囲Ａ₂は、図５に示す範囲Ａ₁よりも広くなる。

また、上記噴射ノズル５が鉛直上方を向いているので、還元剤１２の噴射供給を停止したときに、該噴射ノズル５内に残留した還元剤１２が供給パイプ８側に垂れて戻されるようになるので、上記噴孔５ａの周辺に還元剤１２が析出し難くなり、該噴孔５ａの目詰まりを防止することもできる。これにより、上記噴射ノズル５から還元剤１２を再度噴射供給するときに、必要量以上の還元剤１２を噴射供給しなくてもよく、適量の還元剤１２を噴射供給すれば、所定のＮＯｘ浄化率を得ることができるので、還元剤１２が無駄に消費されることを抑制し、ランニングコストを低減することができる。したがって、噴射ノズル５から排気中に十分な量の還元剤１２が常に噴射供給されるようになるので、エンジンの排気浄化装置が有する所期の機能の維持、適正化を図ることが可能となる。

また、上記噴射ノズル５は、上記排気管３の底壁部に設けられた取り付け穴３ａから着脱可能とされている。具体的には、上記フランジ７を排気管３に締結しているボルト１３を取り外すことにより、噴射ノズル５を排気管３の底壁部の取り付け穴３ａから取り外すことができる。したがって、上記噴射ノズル５の噴孔５ａが目詰まりした場合であっても、該噴孔５ａに目詰まりした還元剤１２を容易に除去することができる。

図３は、本発明の第２の実施形態を示す要部拡大断面図である。この実施形態は、噴射ノズル５は、上記排気管３の底壁部側にて先端部を斜め上方に向けて取り付けておき、その先端部の噴孔５ａより還元剤１２を下方から上方に噴射させるようにしたものである。このとき、図３（ｂ）に示すように、噴射ノズル５の先端部の噴孔５ａは、上方を向いて形成されている。これにより、上記噴射ノズル５の噴孔５ａより、上記排気管３内にて還元剤１２が下方から上方に向けて噴射されるため、該還元剤１２が上記排気管３内の底壁に付着するまでの時間が長くなって、エンジンの排気系に噴射供給された還元剤１２が排気中で十分に拡散され、排気中での還元剤１２の混合を促進することができる。したがって、噴射ノズル５の噴孔５ａから排気中に十分な量の還元剤１２が常に噴射供給されるようになるので、エンジンの排気浄化装置が有する所期の機能の維持、適正化を図ることが可能となる。

図４は、本発明の第３の実施形態を示す要部拡大断面図である。この実施形態は、上記排気管３の取り付け穴３ａが排気流の流れ方向に所定の長さだけ延びて形成されており、上記噴射ノズル５の固定手段となるフランジ７’は、上記取り付け穴３ａに適合する形状とされ、該フランジ７’の排気上流側に噴射ノズル５が配設されたものである。ここで、上記取り付け穴３の長さは、上記噴射ノズル５から噴射された還元剤１２が上記排気管３の底壁に付着する範囲に相当する長さに形成されている。これにより、上記フランジ７’を排気管３から取り外すと、該排気管３には排気流の流れ方向に所定の長さだけ延びた取り付け穴３ａが空いた状態となるので、該取り付け穴３ａから排気管３内に析出した析出物を容易に除去することができる。また、上記噴射ノズル５から噴射されてフランジ７’に付着した析出物１４についても、容易に除去することができる。したがって、エンジンの排気浄化装置が有する所期の機能の維持、適正化を図ることが可能となる。

本発明によるエンジンの排気浄化装置の概念を示すシステム図である。図１に示す噴射ノズルの実施形態を示す要部拡大断面図である。本発明の第２の実施形態を示す要部拡大断面図であり、（ａ）の部分Ｐの拡大図を（ｂ）に示す。本発明の第３の実施形態を示す要部拡大断面図である。従来の還元剤の供給系を示す要部拡大断面図である。

符号の説明

１…エンジン
２…排気マニフォールド
３…排気管
４…還元触媒
５…噴射ノズル
５ａ…噴孔
６…マフラ
７，７’…フランジ
８…供給パイプ
９…還元剤供給装置
１０…供給配管
１１…貯蔵タンク
１２…還元剤
１４…析出物

Claims

エンジンの排気系に配設され、排気中の窒素酸化物を還元剤により還元浄化する還元触媒と、
上記排気系にて上記還元触媒の排気上流側に取り付けられ、排気中に上記還元剤を噴射供給する噴射ノズルと、を備えたエンジンの排気浄化装置において、
上記噴射ノズルは、上記排気系の配管の底壁部側にて先端部を鉛直上方又は斜め上方に向けて取り付け、その先端部の噴孔より還元剤を下方から上方に向けて噴射させるようにしたことを特徴とするエンジンの排気浄化装置。
上記噴射ノズルは、上記排気系の配管の底壁部に設けられた取り付け穴に着脱可能とされたことを特徴とする請求項１記載のエンジンの排気浄化装置。
上記取り付け穴は、排気流の流れ方向に所定の長さだけ延びて形成されており、上記噴射ノズルを上記配管に固定する固定手段は、上記取り付け穴に適合する形状とされ、該固定手段の排気上流側に上記噴射ノズルが配設されたことを特徴とする請求項２記載のエンジンの排気浄化装置。