JP2007198316A - Device and method for controlling exhaust gas of internal combustion engine - Google Patents

Device and method for controlling exhaust gas of internal combustion engine Download PDF

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雄大 杉村
Fumihiro Kuroki
史宏 黒木
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武司 宮本
Yohei Sumiya
洋平 角谷
Kenichi Tanioka
謙一 谷岡
Yoshikazu Hayashi
美和 林
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a device and a method for controlling exhaust-gas of an internal combustion engine which prevents a nozzle hole for a reducing-agent from becoming clogged due to crystallization of a principal component of the reducing agent. <P>SOLUTION: The device for controlling exhaust gas includes a NOx catalyst placed in the exhaust path of an internal combustion engine for reducing NOx in the exhaust gas discharged from the internal combustion engine, and a reducing-agent injection part for injecting the reducing agent in the exhaust-gas path upstream of the NOx catalyst. In the device for controlling the exhaust gas, a swirler is provided in the upstream of the NOx catalyst in the exhaust path so as to uniformly disperse the reducing agent in the exhaust gas. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、内燃機関の排気浄化装置及び排気浄化方法に関する。特に、還元剤を用いて排気ガス中のＮＯXを選択的に還元して排気ガスを浄化する内燃機関の排気浄化装置及び排気浄化方法に関する。 The present invention relates to an exhaust purification device and an exhaust purification method for an internal combustion engine. In particular, the present invention relates to an exhaust gas purification apparatus and an exhaust gas purification method for an internal combustion engine that purify exhaust gas by selectively reducing NO x in the exhaust gas using a reducing agent.

従来、ディーゼルエンジン等の内燃機関から排出される排気ガス中には、環境汚染を及ぼす窒素酸化物（以下、ＮＯXと称する）等が含まれている。このＮＯXを還元して排気ガスを浄化するために用いられる浄化装置としてＳＣＲ（Selective Catalytic Reduction）システムが知られている。 Conventionally, in exhaust gas discharged from an internal combustion engine such as a diesel engine, the nitrogen oxides on the environmental pollution (hereinafter, referred to as NO X), etc. are included. SCR (Selective Catalytic Reduction) system is known as a purifying apparatus used for purifying the exhaust gas by reducing the NO X.

このＳＣＲシステムは、ＮＯX触媒に流入する排気ガス中に尿素やＨＣ等の還元剤を供給することにより、ＮＯX触媒においてＮＯX（ＮＯやＮＯ2）と還元剤とを還元反応させて、窒素や水、二酸化炭素等に効率的に分解して放出するものである。かかるＳＣＲシステムにおける還元剤の供給方法としては、図８に示すように、タンク３０７内に貯蔵された液体の還元剤を、液体還元剤供給ポンプ３０６によって液体の還元剤を圧送し、排気管３０２内に配置された噴射ノズル３２０を介して、ＮＯXを吸収した触媒３０３に対して供給することが一般的である（特許文献１参照）。
特開２０００−２７６２７号公報 （特許請求の範囲 図１） The SCR system, by supplying a reducing agent such as urea or HC into the exhaust gas flowing into the NO X catalyst and the NO X (NO and NO 2) and the reducing agent is a reduction reaction in the NO X catalyst, It is efficiently decomposed and released into nitrogen, water, carbon dioxide and the like. As a method for supplying the reducing agent in such an SCR system, as shown in FIG. 8, the liquid reducing agent stored in the tank 307 is pumped by the liquid reducing agent supply pump 306, and the exhaust pipe 302 is supplied. through the injection nozzle 320 disposed within, it is common to supply the catalyst 303 absorbs NO X (see Patent Document 1).
JP 2000-27627 A (Claims Fig. 1)

しかしながら、特許文献１に記載されたようなＳＣＲシステムは、ＮＯX触媒の上流側で排気通路内に還元剤を噴霧し、排気ガスと混合した上でＮＯX触媒に流入させるものであり、排気ガスの流量や温度が非定常に変化する状態では、噴射された還元剤が排気ガス中に均一に分散しづらいという問題がある。このような状態で排気ガスをＮＯX触媒に流入させると、還元剤がＮＯX触媒の一部の領域に偏って不均一に流入し、還元剤が希薄な部分においてはＮＯXの還元効率が低下する一方、還元剤が過密な部分においては余剰の還元剤がそのままＮＯX触媒を通過し大気中に放出されてしまう、いわゆるスリップ現象を生じるおそれがあった。 However, the SCR system described in Patent Document 1 sprays a reducing agent into the exhaust passage upstream of the NO x catalyst, mixes it with exhaust gas, and then flows into the NO x catalyst. In a state where the gas flow rate and temperature change unsteadily, there is a problem that the injected reducing agent is difficult to uniformly disperse in the exhaust gas. When the exhaust gas is flowed to the NO X catalyst in such a state, the reducing agent is unevenly flows biased in a partial area of the NO X catalyst, the reduction efficiency of the NO X in the dilute portion reducing agent On the other hand, in a portion where the reducing agent is too dense, there is a possibility of causing a so-called slip phenomenon in which excess reducing agent passes through the NO x catalyst as it is and is released into the atmosphere.

そこで、本発明の発明者らは鋭意努力し、ＮＯX触媒の上流側にスワーラを配置し、ＮＯX触媒に流入する排気ガスに旋回流を発生させることにより、このような問題を解決できることを見出し、本発明を完成させたものである。
すなわち、本発明の目的は、内燃機関から排出される排気ガスの乱流を抑えて、ＮＯX触媒に流入する排気ガス中に還元剤を均一に分散させることにより、還元剤のスリップ現象を防ぎつつ、ＮＯX触媒の還元効率を向上させることができる内燃機関の排気浄化装置及び排気浄化方法を提供することである。 Accordingly, the inventors of the present invention made extensive efforts to place the swirler upstream of the NO X catalyst, by generating a swirling flow in the exhaust gas flowing into the NO X catalyst, that can solve such a problem The title and the present invention have been completed.
An object of the present invention, by suppressing the turbulence of the exhaust gas discharged from an internal combustion engine, by uniformly dispersing a reducing agent to exhaust gas flowing into the NO X catalyst, prevents slip phenomenon of the reducing agent An object of the present invention is to provide an exhaust gas purification apparatus and an exhaust gas purification method for an internal combustion engine that can improve the reduction efficiency of the NO x catalyst.

本発明によれば、内燃機関の排気通路中に配置され、内燃機関から排出される排気ガス中のＮＯXを還元するためのＮＯX触媒と、ＮＯX触媒の上流側で排気通路内に還元剤を噴射するための還元剤噴射部と、を備えた内燃機関の排気浄化装置であって、排気通路におけるＮＯX触媒の上流側に、前記還元剤を前記排気ガス中に均一に分散させるためのスワーラを備えた内燃機関の排気浄化装置が提供され、上述した問題を解決することができる。 According to the present invention, the NO x catalyst disposed in the exhaust passage of the internal combustion engine for reducing NO x in the exhaust gas discharged from the internal combustion engine, and the reduction inside the exhaust passage on the upstream side of the NO x catalyst. An exhaust purification device for an internal combustion engine, comprising: a reducing agent injection unit for injecting an agent, wherein the reducing agent is uniformly dispersed in the exhaust gas upstream of the NO x catalyst in the exhaust passage. An exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine including the swirler is provided, and the above-described problems can be solved.

また、本発明の内燃機関の排気浄化装置を構成するにあたり、スワーラが孔部を有することが好ましい。   In configuring the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine of the present invention, it is preferable that the swirler has a hole.

また、本発明の内燃機関の排気浄化装置を構成するにあたり、スワーラを排気通路の配設方向に沿って眺めた場合に、複数の孔部が重なるように設けられることが好ましい。   Further, in configuring the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the present invention, it is preferable that the plurality of holes overlap each other when the swirler is viewed along the direction in which the exhaust passage is disposed.

また、本発明の内燃機関の排気浄化装置を構成するにあたり、スワーラを還元剤噴射部の上流側に備えることが好ましい。   In configuring the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine of the present invention, it is preferable to provide a swirler upstream of the reducing agent injection unit.

また、本発明の内燃機関の排気浄化装置を構成するにあたり、スワーラを還元剤噴射部の下流側に備えることが好ましい。   In configuring the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the present invention, it is preferable to provide a swirler on the downstream side of the reducing agent injection unit.

また、本発明の別の態様は、内燃機関から排出される排気ガス中のＮＯXを、排気通路中に配置されたＮＯX触媒を用いて吸収するとともに、還元剤を用いて浄化する内燃機関の排気浄化方法であって、排気通路中のＮＯX触媒の上流側に備えられたスワーラによって、排気ガスに旋回流を発生させることにより、還元剤を均一に分散してＮＯX触媒に対して流入させる内燃機関の排気浄化方法である。 Another aspect of the present invention is an internal combustion engine that absorbs NO x in exhaust gas discharged from the internal combustion engine using a NO x catalyst arranged in the exhaust passage and purifies it using a reducing agent. a method of exhaust gas purification, the swirler provided on the upstream side of the NO X catalyst in the exhaust passage, by generating a swirling flow in the exhaust gas, the reducing agent to uniformly disperse to NO X catalyst An exhaust purification method for an internal combustion engine to be introduced.

本発明の内燃機関の排気浄化装置によれば、ＮＯX触媒の上流側にスワーラを備えることにより、還元剤を排気ガス中に均一に分散させた状態でＮＯX触媒に流入させることができる。したがって、還元剤がＮＯX触媒の一部の領域に集中してＮＯX触媒に流入し、還元反応に用いられることなく大気中に放出されることを防ぎつつ、ＮＯXの還元効率を向上させることができる。
また、本発明の内燃機関の排気浄化装置において、スワーラに孔部を設けた場合には、排気ガスの圧力損失を低減させることができ、内燃機関への負担を小さくすることができる。 According to the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine of the present invention, by providing a swirler upstream of the NO x catalyst, the reducing agent can be caused to flow into the NO x catalyst in a state of being uniformly dispersed in the exhaust gas. Accordingly, while preventing the reducing agent flows to the NO X catalyst concentrate on the partial region of the NO X catalyst, is discharged into the atmosphere without being used in the reduction reaction, improves the reduction efficiency of the NO X be able to.
In the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the present invention, when the hole is provided in the swirler, the pressure loss of the exhaust gas can be reduced and the burden on the internal combustion engine can be reduced.

また、本発明の内燃機関の排気浄化装置において、スワーラを還元剤噴射手段の上流側に配置した場合には、還元剤がスワーラに付着して結晶化することを防ぐことができる。一方、スワーラを還元剤噴射手段の下流側に配置した場合には、還元剤をより均一に分散させやすくなる。   Further, in the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine of the present invention, when the swirler is disposed upstream of the reducing agent injection means, it is possible to prevent the reducing agent from adhering to the swirler and crystallizing. On the other hand, when the swirler is disposed on the downstream side of the reducing agent injection means, the reducing agent is more easily dispersed more uniformly.

また、本発明の内燃機関の排気浄化方法によれば、内燃機関から排出された排気ガスを、スワーラを通過させた後、ＮＯX触媒に流入させることにより、還元剤を排気ガス中に均一に分散させた状態でＮＯX触媒に流入させることができる。したがって、還元剤がＮＯX触媒の一部の領域に集中してＮＯX触媒に流入し、還元反応に用いられることなく大気中に放出されることを防ぎつつ、ＮＯXの還元効率を向上させることができる。 Further, according to the exhaust gas purifying method for an internal combustion engine of the present invention, the exhaust gas discharged from an internal combustion engine, after passing through the swirler, by flowing to the NO X catalyst, uniformly reducing agent into the exhaust gas it can flow into the NO X catalyst in a dispersed state. Accordingly, while preventing the reducing agent flows to the NO X catalyst concentrate on the partial region of the NO X catalyst, is discharged into the atmosphere without being used in the reduction reaction, improves the reduction efficiency of the NO X be able to.

以下、本発明にかかる内燃機関の排気浄化装置及び排気浄化方法の実施の形態について詳細に説明する。ただし、かかる実施形態は、本発明の一態様を示すものであり、この発明を限定するものではなく、本発明の範囲内で任意に変更することが可能である。   Hereinafter, embodiments of an exhaust gas purification apparatus and an exhaust gas purification method for an internal combustion engine according to the present invention will be described in detail. However, this embodiment shows one aspect of the present invention and does not limit the present invention, and can be arbitrarily changed within the scope of the present invention.

［第１の実施の形態］
本発明にかかる第１の実施の形態は、内燃機関の排気通路中に配置され、内燃機関から排出される排気ガス中のＮＯXを還元するためのＮＯX触媒と、ＮＯX触媒の上流側で排気通路内に還元剤を噴射するための還元剤噴射部と、を備えた内燃機関の排気浄化装置であって、排気通路におけるＮＯX触媒の上流側に、還元剤を排気ガス中に均一に分散させるためのスワーラを備えた内燃機関の排気浄化装置及びそのような排気浄化装置を用いた排気浄化方法である。
以下、図１〜図６を参照して、本実施形態の内燃機関の排気浄化装置及び排気浄化方法について具体的に説明する。 [First Embodiment]
A first embodiment according to the present invention is arranged in an exhaust passage of an internal combustion engine, and is a NO x catalyst for reducing NO x in exhaust gas discharged from the internal combustion engine, and an upstream side of the NO x catalyst. An internal combustion engine exhaust gas purification device comprising a reductant injection unit for injecting a reductant into the exhaust passage, wherein the reductant is uniformly distributed in the exhaust gas upstream of the NO x catalyst in the exhaust passage. An exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine provided with a swirler for dispersing the exhaust gas and an exhaust gas purification method using such an exhaust gas purification apparatus.
Hereinafter, with reference to FIGS. 1-6, the exhaust gas purification apparatus and the exhaust gas purification method of the internal combustion engine of this embodiment are demonstrated concretely.

１．排気浄化装置
まず、本実施形態の内燃機関の排気浄化装置について説明する。図１は、本実施形態の内燃機関の排気浄化装置の全体構成を示す図である。 1. First, an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to this embodiment will be described. FIG. 1 is a diagram showing an overall configuration of an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the present embodiment.

（１）内燃機関
排気ガスを排出する内燃機関５としては、ディーゼルエンジンやガソリンエンジンが典型的であるが、排気ガス中に比較的多量のＮＯXを含み、排気浄化装置の取り付けが必須であるディーゼルエンジンを対象とすることが適している。 (1) Internal combustion engine As the internal combustion engine 5 that exhausts exhaust gas, a diesel engine or a gasoline engine is typical, but the exhaust gas contains a relatively large amount of NO x , and it is essential to install an exhaust purification device. Suitable for diesel engines.

（２）排気通路
また、排気通路１１は、内燃機関５の排気口に接続されており、その途中に、ＮＯX触媒１５が配置されている。かかる排気通路１１の断面形状は、円形、楕円、あるいは角柱等、特に特に制限されるものではない。 (2) Exhaust passage The exhaust passage 11 is connected to the exhaust port of the internal combustion engine 5, and the NO x catalyst 15 is disposed in the middle thereof. The cross-sectional shape of the exhaust passage 11 is not particularly limited, such as a circle, an ellipse, or a prism.

（３）ＮＯX触媒
また、ＮＯX触媒１５は、排気ガス中に含まれるＮＯXを還元して排気ガスを浄化するための部材である。すなわち、排気ガス中に混合されて運ばれてくる尿素やＨＣ等の還元剤を使用して、排気ガスに含まれるＮＯやＮＯ2を選択的に還元し、窒素（Ｎ2）や水（Ｈ2Ｏ）、二酸化炭素（ＣＯ2）などに分解して放出することができる。使用可能なＮＯX触媒としては特に制限されるものではなく、公知のもの、例えば、多孔質担体上に、活性成分としてのストロンチウム又はバリウム、及びマグネシウム等のアルカリ土類金属や、セリウムとランタン等の希土類金属、白金とロジウム等の貴金属等を含むものを用いることができる。 (3) NO x catalyst The NO x catalyst 15 is a member for reducing the NO x contained in the exhaust gas and purifying the exhaust gas. That is, NO or NO 2 contained in the exhaust gas is selectively reduced using a reducing agent such as urea or HC that is mixed and carried in the exhaust gas, and nitrogen (N 2 ) or water (H 2 O), carbon dioxide (CO 2 ) and the like can be decomposed and released. The NO x catalyst that can be used is not particularly limited, and known ones such as strontium or barium as an active ingredient on a porous carrier, alkaline earth metals such as magnesium, cerium and lanthanum, etc. And rare earth metals, and those containing noble metals such as platinum and rhodium can be used.

（４）還元剤噴射部
また、還元剤噴射部１３は、排気ガス中に含まれるＮＯXをＮＯX触媒で還元させるために、ＮＯX触媒１５の上流側で、排気通路１１内に還元剤を供給するための部位である。かかる還元剤噴射部１３から供給される還元剤は、主として霧状に噴射され、排気通路１１中を流れる排気ガスに混合された上で、ＮＯX触媒に対して流入する。
ここで、排気通路内に噴射される還元剤の種類は特に制限されるものではなく、主として、尿素水、アンモニア水溶液、燃料ガス（ＨＣ）等、ＮＯXを還元反応させることができるものであれば好適に使用することができる。 (4) the reducing agent injection unit also includes a reducing agent injection part 13, the NO X contained in the exhaust gas to the reduction in NO X catalyst, upstream of the NO X catalyst 15, the reducing agent into the exhaust passage 11 It is a part for supplying. Reducing agent supplied from such reducing agent injection section 13 is mainly injected atomized, after being mixed with the exhaust gas flowing through the exhaust passage 11 the medium flows against NO X catalyst.
Here, the kind of the reducing agent injected into the exhaust passage is not particularly limited, and it is mainly capable of reducing NO x such as urea water, aqueous ammonia solution, fuel gas (HC) and the like. Can be preferably used.

ここで、図２に、還元剤噴射部１５から還元剤を噴射させるための還元剤噴射制御システム３０の構成例を示す。
この構成例では、排気通路１１中に配置されたＮＯX触媒１５の上流側に配置され、排気ガス中に還元剤を噴射するための噴射ノズル（還元剤噴射部）１３と、噴射ノズル１３に供給される液体の還元剤を貯蔵したタンク３１と、タンク３１から供給される液体還元剤に対して混合するエアを供給するためのエアコンプレッサ３３を備えている。また、タンク３１内の液体還元剤を圧送するためのポンプ３５と、圧送されてきた液体還元剤を混合室３９内に吹き込むためのインジェクタ３６とを備えるとともに、エアコンプレッサ３３から移送されるエアを混合室３９内に送り込む量を調節する調整弁３７と、混合室３９に送り込まれるエアの圧力を調整するための絞り弁４１とを備えている。さらに、ポンプ３５とインジェクタ３６との間には、還元剤噴射後に供給系統内から還元剤を排出させるための排出弁３４を備えている。 Here, FIG. 2 shows a configuration example of the reducing agent injection control system 30 for injecting the reducing agent from the reducing agent injection unit 15.
In this configuration example, an injection nozzle (reducing agent injection unit) 13 for injecting a reducing agent into the exhaust gas, disposed on the upstream side of the NO x catalyst 15 arranged in the exhaust passage 11, A tank 31 storing the supplied liquid reducing agent and an air compressor 33 for supplying air to be mixed with the liquid reducing agent supplied from the tank 31 are provided. In addition, a pump 35 for pumping the liquid reducing agent in the tank 31 and an injector 36 for blowing the pumped liquid reducing agent into the mixing chamber 39 are provided, and air transferred from the air compressor 33 is supplied. An adjustment valve 37 for adjusting the amount fed into the mixing chamber 39 and a throttle valve 41 for adjusting the pressure of the air fed into the mixing chamber 39 are provided. Furthermore, a discharge valve 34 is provided between the pump 35 and the injector 36 for discharging the reducing agent from the supply system after the reducing agent is injected.

このような還元剤噴射システムの構成例３０では、混合室３９内で、タンク３１から圧送され、インジェクタによって噴射された液体の還元剤に対して圧縮エアを混合し、霧状となった還元剤が噴射ノズル１３を介して、排気通路内のＮＯX触媒１５の上流側に噴霧される。 In the configuration example 30 of such a reducing agent injection system, compressed air is mixed with the liquid reducing agent that is pumped from the tank 31 and injected by the injector in the mixing chamber 39, and the reducing agent is in the form of a mist. Is sprayed to the upstream side of the NO x catalyst 15 in the exhaust passage through the injection nozzle 13.

また、図２に示す還元剤噴射システムに用いるポンプ３５、排出弁３４、エアコンプレッサ３３については、特に制限されるものではなく、公知のものを適宜使用することができる。ただし、トラックやバス等の大型車の場合、一般的にエアコンプレッサが備えられているために、このエアコンプレッサを上述のエアコンプレッサ３３として併用させることができる。   Further, the pump 35, the discharge valve 34, and the air compressor 33 used in the reducing agent injection system shown in FIG. 2 are not particularly limited, and known ones can be used as appropriate. However, in the case of large vehicles such as trucks and buses, since an air compressor is generally provided, this air compressor can be used in combination as the air compressor 33 described above.

（５）スワーラ
スワーラ１７は、ＮＯX触媒１５の上流側に配置され、ＮＯX触媒１５に流入する排気ガスに旋回流を発生させるための部材である。すなわち、排気ガスの流量や温度が非定常的に変化する状態では、上述の還元剤噴射部（噴射ノズル）１３から噴霧された還元剤が、排気ガス中に偏って混合された状態でＮＯX触媒１５に不均一に流入することとなる。そうすると、ＮＯX触媒１５において、還元剤が希薄な領域ではＮＯXの還元効率が低下する一方、還元剤が過密な領域では余剰の還元剤がＮＯXの還元に用いられることなくスリップ現象を生じ、アンモニアや炭化水素として大気中に放出されてしまう。そのため、ＮＯX触媒１５の上流側にスワーラ１７を配置することにより、排気ガスが旋回流となり、還元剤が排気ガス中に均一に分散しやすくなる。したがって、排気ガス中に還元剤を均一に分散させた状態でＮＯX触媒に流入させることができる。よって、還元剤のスリップ現象を防止しつつ、ＮＯXの還元効率の向上を図ることができる。 (5) swirler swirler 17 is disposed upstream of the NO X catalyst 15 is a member for generating a swirling flow in the exhaust gas flowing into the NO X catalyst 15. That is, in a state where the flow rate and temperature of the exhaust gas change unsteadily, the above-described reducing agent sprayed from the reducing agent injection section (injection nozzle) 13 is in a state of being mixed in the exhaust gas with NO X The catalyst 15 flows unevenly. As a result, in the NO x catalyst 15, the reduction efficiency of NO x decreases in a region where the reducing agent is lean, while in the region where the reducing agent is too dense, a surplus reducing agent is not used for reducing NO x , causing a slip phenomenon. , It will be released into the atmosphere as ammonia or hydrocarbons. Therefore, by disposing the swirler 17 on the upstream side of the NO x catalyst 15, the exhaust gas becomes a swirling flow, and the reducing agent is easily dispersed uniformly in the exhaust gas. Therefore, the reducing agent can be allowed to flow into the NO x catalyst in a state of being uniformly dispersed in the exhaust gas. Therefore, while preventing the slip phenomenon of the reducing agent, it is possible to improve the reduction efficiency of NO X.

このようなスワーラの例を図３（ａ）〜（ｃ）に示す。図３（ａ）はスワーラ１７Ａの側面図であり、図３（ｂ）はスワーラ１７Ａの斜視図である。また、図３（ｃ）は、スワーラ１７Ａを排気通路中に配置した状態を示している。このスワーラ１７Ａは、排気通路中に配置され、入口部分においては、二つ又はそれ以上の領域１７ａ、１７ｂ・・・に分けられているとともに、それぞれの領域に侵入した排気ガスが旋回する流路を通過した後、出口１７ａ´、１７ｂ´・・・から排出されることにより、スワーラ１７Ａを通過した排気ガスに旋回流を発生させることができる。
また、かかるスワーラは、旋回度合いに応じて合計長さを変えることができる。すなわち、図４（ａ）に示すように、複数のスワーラ１７を直列的に配置したり、図４（ｂ）に示すように、一つのスワーラ１７の長さを長くしたりすることにより、排気ガスがスワーラ１７を通過する時間を長くして、旋回度合いを変えることができる。 Examples of such swirlers are shown in FIGS. 3A is a side view of the swirler 17A, and FIG. 3B is a perspective view of the swirler 17A. FIG. 3C shows a state in which the swirler 17A is disposed in the exhaust passage. This swirler 17A is disposed in the exhaust passage, and is divided into two or more regions 17a, 17b,... In the inlet portion, and a flow path through which the exhaust gas entering each region swirls. , The exhaust gas discharged from the outlets 17a ′, 17b ′,... Can generate a swirling flow in the exhaust gas that has passed through the swirler 17A.
In addition, the swirler can change the total length according to the degree of turning. That is, as shown in FIG. 4A, a plurality of swirlers 17 are arranged in series, or as shown in FIG. It is possible to change the turning degree by lengthening the time for the gas to pass through the swirler 17.

また、図５（ａ）〜（ｂ）に示すように、スワーラ１７Ｂが孔部１８を有することが好ましい。この理由は、排気ガスを、スワーラ中を通過しやすくすることにより、排気ガスの圧力損失を少なくして、内燃機関の排気圧力が上昇しないようにできるためである。したがって、内燃機関に与える悪影響を小さくすることができる。   Moreover, as shown to Fig.5 (a)-(b), it is preferable that the swirler 17B has the hole part 18. As shown in FIG. This is because by making the exhaust gas easily pass through the swirler, the pressure loss of the exhaust gas can be reduced so that the exhaust pressure of the internal combustion engine does not increase. Therefore, the adverse effect on the internal combustion engine can be reduced.

また、ＮＯX触媒の上流側にスワーラを配置するにあたり、図６（ａ）〜（ｂ）に示すように、その配置位置は、上述した還元剤噴射部（噴射ノズル）１３の上流側あるいは下流側のいずれであっても構わない。さらには、図６（ｃ）に示すように、還元剤噴射部１３の上流側及び下流側の双方に配置することもできる。
例えば、図６（ａ）に示すように、ＮＯX触媒１５の上流側であって、かつ、還元剤の噴射ノズル１３の上流側に配置した場合には、排気ガスに旋回流を発生させた状態で、霧状の還元剤を混合させることができるとともに、スワーラに還元剤が付着して結晶化することを防ぐことができる。一方、図６（ｂ）に示すように、ＮＯX触媒１５の上流側であって、かつ、還元剤の噴射ノズル１３の下流側に配置した場合には、排気ガス中に霧状の還元剤を混合した状態で排気ガスをかき混ぜることができ、還元剤をより均一に分散させることができる。 Further, when the swirler is arranged on the upstream side of the NO x catalyst, as shown in FIGS. 6A to 6B, the arrangement position is on the upstream side or the downstream side of the reducing agent injection unit (injection nozzle) 13 described above. It does not matter which side. Furthermore, as shown in FIG.6 (c), it can also arrange | position to both the upstream of the reducing agent injection part 13, and a downstream.
For example, as shown in FIG. 6 (a), a upstream side of the NO X catalyst 15, and, when placed on the upstream side of the injection nozzle 13 of the reducing agent was generated swirl flow in the exhaust gas In this state, a mist-like reducing agent can be mixed, and the reducing agent can be prevented from adhering to the swirler and crystallizing. On the other hand, as shown in FIG. 6 (b), when it is arranged on the upstream side of the NO x catalyst 15 and on the downstream side of the reducing agent injection nozzle 13, a mist-like reducing agent is contained in the exhaust gas. The exhaust gas can be agitated in the state of mixing, and the reducing agent can be more uniformly dispersed.

（６）ラムダセンサ
その他、図示しないものの、本実施形態の排気浄化装置には、ＮＯX触媒の劣化状況を推測するために、ＳＣＲ触媒の上流側及び下流側にラムダセンサを配置することができる。このようなラムダセンサとしては特に制限されるものではなく、公知のものを適宜使用することができる。 (6) Lambda sensor Although not shown in the drawings, in the exhaust purification apparatus of this embodiment, lambda sensors can be arranged on the upstream side and the downstream side of the SCR catalyst in order to estimate the deterioration state of the NO x catalyst. . Such a lambda sensor is not particularly limited, and a known sensor can be used as appropriate.

（７）酸化触媒
また、内燃機関から排出された排気ガスの排気通路中における、ＮＯX触媒の上流側及び下流側あるいはいずれか一方に、酸化触媒を配置することが好ましい。
この理由は、酸化触媒を上流側に配置した場合には、排気ガス中のＮＯの一部を酸化させてＮＯ2にし、ＮＯとＮＯ2との比率を制御することにより、ＮＯX触媒における還元効率を最適化することができるためである。また、排気ガス中に含まれるＨＣやＣＯ等が酸化されることによる酸化熱を利用して、ＮＯX触媒に流入する排気ガスの温度を上昇させることができるためである。したがって、ＮＯX触媒の温度が活性化温度に到達していない場合等に、ＮＯX触媒の温度を迅速に高めることができる。
一方、酸化触媒を下流側に配置した場合には、還元剤としての尿素が万が一スリップ現象を起こし、ＮＯX触媒を通過した場合であっても、酸化触媒において酸化させて、アンモニアよりは毒性が低い窒素酸化物に変換させることができるためである。
使用できる酸化触媒としては特に制限されるものではなく、公知のもの、例えば、アルミナに白金を担持させたものに、所定量のセリウム等の希土類元素を添加したものを用いることができる。 (7) Oxidation catalyst It is preferable to arrange an oxidation catalyst on the upstream side and / or downstream side of the NO x catalyst in the exhaust passage of the exhaust gas discharged from the internal combustion engine.
This is because, in the case of arranging the oxidation catalyst on the upstream side, a portion of the NO in the exhaust gas is oxidized to NO 2, by controlling the ratio of NO and NO 2, reduction in the NO X catalyst This is because the efficiency can be optimized. Further, by using the oxidation heat caused by HC and CO and the like contained in the exhaust gas is oxidized, it is because it is possible to raise the temperature of the exhaust gas flowing into the NO X catalyst. Therefore, when the temperature of the NO x catalyst does not reach the activation temperature, the temperature of the NO x catalyst can be quickly increased.
On the other hand, when the oxidation catalyst is arranged on the downstream side, urea as a reducing agent will cause a slip phenomenon, and even if it passes through the NO x catalyst, it is oxidized in the oxidation catalyst and is more toxic than ammonia. This is because it can be converted into a low nitrogen oxide.
The oxidation catalyst that can be used is not particularly limited, and a known catalyst, for example, a catalyst in which platinum is supported on alumina and a rare earth element such as cerium added to the catalyst can be used.

２．排気浄化方法
次に、上述の図６（ａ）に示す排気浄化装置１０を用いた内燃機関の排気浄化方法について説明する。かかる排気浄化方法は、還元剤として尿素を用い、ＮＯX触媒１５の上流側かつ還元剤噴射部１３の上流側に配置されたスワーラ１７を用いて、排気ガスに旋回流を発生させる排気浄化方法である。 2. Exhaust gas purification method Next, an exhaust gas purification method for an internal combustion engine using the exhaust gas purification device 10 shown in FIG. Such an exhaust purification method uses urea as a reducing agent, and uses a swirler 17 disposed upstream of the NO x catalyst 15 and upstream of the reducing agent injection unit 13 to generate a swirling flow in the exhaust gas. It is.

かかる排気浄化方法において、内燃機関５から排出された排気ガスは、排気通路１１の途中に配置されたスワーラ１７を通過することによって旋回流が発生する。これによって、還元剤が排気ガス中に均一に分散しやすくなる。
次いで、旋回流が生じた排気ガス中に、還元剤噴射システムによって供給される霧状の尿素水を、還元剤噴射部（噴射ノズル）１３から噴射する。これによって、霧状の尿素水が排気ガス中に均一に分散される。 In such an exhaust purification method, the exhaust gas discharged from the internal combustion engine 5 passes through the swirler 17 disposed in the exhaust passage 11 to generate a swirling flow. This facilitates uniform distribution of the reducing agent in the exhaust gas.
Next, mist-like urea water supplied by the reducing agent injection system is injected from the reducing agent injection unit (injection nozzle) 13 into the exhaust gas in which the swirl flow is generated. As a result, the mist-like urea water is uniformly dispersed in the exhaust gas.

次いで、霧状の尿素水が均一に分散された排気ガスが、ＮＯX触媒１５に流入する。これにより、尿素が排気ガスの熱により加水分解してアンモニアとしてＮＯX触媒１５上に吸蔵され、ＮＯXと選択的に反応してＮＯXを還元させる。
このとき、本実施形態の排気浄化方法であれば、霧状の尿素水が排気ガス中に均一に分散していることから、ＮＯX触媒の全面に対して均一に流れ込むため、還元剤が一部領域に集中することにより、尿素水が未反応のまま大気中に放出されたり、還元剤が一部領域において不足して、ＮＯXの還元効率が低下したりすることを抑止することができる。 Next, the exhaust gas in which the mist-like urea water is uniformly dispersed flows into the NO x catalyst 15. Thus, urea is occluded on NO X catalyst 15 as ammonia and hydrolyzed by heat of the exhaust gas, thereby reducing the NO X selectively react with NO X.
At this time, according to the exhaust purification method of the present embodiment, since the atomized urea water is uniformly dispersed in the exhaust gas, it flows uniformly over the entire surface of the NO x catalyst. by concentrating the part area, it is possible to suppress the urea water or released into the atmosphere remain unreacted reducing agent is insufficient in some regions, reducing the efficiency of the NO X is lowered .

このように、ＮＯX触媒の上流側にスワーラを備えることにより、還元剤をＮＯX触媒に対して均一に分散させて流入させることができ、還元剤のスリップ現象を防止しつつ、ＮＯXの浄化効率を向上させることができる。 In this way, by providing the swirler upstream of the NO X catalyst, a reducing agent can be made to flow was uniformly dispersed with respect to NO X catalyst, while preventing slip phenomenon of the reducing agent, of the NO X The purification efficiency can be improved.

［第２の実施の形態］
本発明の第２の実施の形態は、内燃機関の排気通路中に配置され、内燃機関から排出される排気ガス中のＮＯXを吸収するためのＮＯX触媒と、ＮＯX触媒の上流側で排気通路内に還元剤を噴射するための還元剤噴射部と、を備えた内燃機関の排気浄化装置において、排気通路におけるＮＯX触媒の上流側に、排気ガスにせん断乱流や渦流を発生させるための穴開き板を備えることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置である。 [Second Embodiment]
The second embodiment of the present invention is disposed in an exhaust passage of an internal combustion engine, the NO X catalyst for absorbing NO X in the exhaust gas discharged from an internal combustion engine, upstream of the NO X catalyst in the exhaust purification system of an internal combustion engine and a reducing agent injection unit for injecting a reducing agent into the exhaust passage, upstream of the NO X catalyst in the exhaust passage, to generate a shear turbulent or vortex flow in the exhaust gas An exhaust purification device for an internal combustion engine, comprising a perforated plate for the purpose.

１．排気浄化装置
図７は、本実施形態の排気浄化装置５０の構成例を示す図である。
かかる排気浄化装置５０は、第１の実施の形態におけるスワーラの代わりに、穴開き板５７を用いた排気浄化装置５０である。この穴開き板５７は、通過する排気ガスにせん断流や渦流を発生させることができるものであれば特に制限されるものではなく、代表的なものとしては、パンチングメタルを挙げることができる。
すなわち、排気ガスの流量や温度が非定常的に変化する状態では還元剤が均一に分散しづらいことから、排気ガスを、穴開き板を通過させることによりせん断流や渦流を発生させて、排気ガスの混合を促進させるものである。 1. FIG. 7 is a diagram illustrating a configuration example of the exhaust purification device 50 of the present embodiment.
Such an exhaust purification device 50 is an exhaust purification device 50 that uses a perforated plate 57 instead of the swirler in the first embodiment. The perforated plate 57 is not particularly limited as long as it can generate a shear flow or a vortex flow in the exhaust gas passing therethrough, and a typical example is a punching metal.
In other words, when the flow rate or temperature of the exhaust gas changes unsteadily, the reducing agent is difficult to disperse uniformly, so that the exhaust gas passes through the perforated plate to generate a shear flow or vortex flow and It promotes gas mixing.

また、穴開き板５７の配置位置については、第１の実施の形態のスワーラと同様、ＮＯX触媒５５の上流側における、還元剤噴射部５３の上流側あるいは下流側のいずれであってもよく、その双方に配置しても構わない。
また、穴開き板５７の孔の大きさや密度についても特に制限されるものではないが、乱流の発生度合いや、排気ガスの圧力損失の程度を考慮して定めることが好ましい。 Further, the arrangement position of the perforated plate 57 may be either upstream or downstream of the reducing agent injection unit 53 on the upstream side of the NO x catalyst 55, as in the swirler of the first embodiment. , Both of them may be arranged.
Further, the size and density of the holes of the perforated plate 57 are not particularly limited, but are preferably determined in consideration of the degree of turbulence and the pressure loss of the exhaust gas.

それ以外の内燃機関５や排気通路５１、還元剤供給システム等については第１の実施の形態と同様とすることができるために、ここでの説明を省略する。   The other internal combustion engine 5, the exhaust passage 51, the reducing agent supply system, and the like can be the same as those in the first embodiment, and thus the description thereof is omitted here.

２．排気浄化方法
以下、図７に示す本実施形態の排気浄化装置５０を用いた排気浄化方法について具体的に説明する。かかる排気浄化方法は、還元剤として尿素を用い、ＮＯX触媒５５の上流側かつ、還元剤噴射部５３の上流側に配置されたパンチングメタル５７を用いて排気ガスにせん断乱流又は渦流を発生させ、排気ガス中に還元剤を均一に分散させる排気浄化方法である。 2. Exhaust Purification Method Hereinafter, an exhaust purification method using the exhaust purification device 50 of the present embodiment shown in FIG. 7 will be specifically described. Such an exhaust purification method uses urea as a reducing agent and generates shear turbulence or vortex in the exhaust gas using a punching metal 57 disposed upstream of the NO x catalyst 55 and upstream of the reducing agent injection unit 53. And an exhaust purification method in which the reducing agent is uniformly dispersed in the exhaust gas.

かかる排気浄化方法において、内燃機関５から排出された排気ガスは、排気通路５１の途中に配置されたパンチングメタル５７を通過する。これによって、排気ガスにせん断乱流や渦流が発生し、還元剤が均一に分散しやすくなる。
次いで、せん断乱流や渦流が発生した排気ガス中に、還元剤噴射システムによって供給される霧状の尿素水を、還元剤噴射部（噴射ノズル）５３から噴射する。これによって、霧状の尿素水が排気ガス中に均一に分散される。 In such an exhaust purification method, the exhaust gas discharged from the internal combustion engine 5 passes through the punching metal 57 disposed in the middle of the exhaust passage 51. As a result, shear turbulence and vortex flow are generated in the exhaust gas, and the reducing agent is easily dispersed uniformly.
Next, mist-like urea water supplied by the reducing agent injection system is injected from the reducing agent injection unit (injection nozzle) 53 into the exhaust gas in which shear turbulence or vortex flow is generated. As a result, the mist-like urea water is uniformly dispersed in the exhaust gas.

次いで、霧状の尿素水が均一に分散された排気ガスが、ＮＯX触媒５５に流入する。これにより、尿素が排気ガスの熱により加水分解してアンモニアとしてＮＯX触媒５５上に吸蔵され、ＮＯXと選択的に反応してＮＯXを還元させる。
このとき、本実施形態の排気浄化方法であれば、霧状の尿素水が排気ガス中に均一に分散していることから、ＮＯX触媒の全面に対して均一に流れ込むため、還元剤が一部領域に集中することにより、尿素水が未反応のまま大気中に放出されたり、還元剤が一部領域において不足して、ＮＯXの還元効率が低下したりすることを抑止することができる。 Next, the exhaust gas in which the mist-like urea water is uniformly dispersed flows into the NO x catalyst 55. Thus, urea is occluded on NO X catalyst 55 as ammonia and hydrolyzed by heat of the exhaust gas, thereby reducing the NO X selectively react with NO X.
At this time, according to the exhaust purification method of the present embodiment, since the atomized urea water is uniformly dispersed in the exhaust gas, it flows uniformly over the entire surface of the NO x catalyst. by concentrating the part area, it is possible to suppress the urea water or released into the atmosphere remain unreacted reducing agent is insufficient in some regions, reducing the efficiency of the NO X is lowered .

このように、ＮＯX触媒の上流側にパンチングメタルを備えることにより、還元剤をＮＯX触媒に対して均一に分散させて流入させることができ、還元剤のスリップ現象を防止しつつ、ＮＯXの浄化効率を向上させることができる。 In this way, by providing the punching metal on the upstream side of the NO X catalyst, reducing agent it can be made to flow was uniformly dispersed with respect to NO X catalyst, while preventing slip phenomenon of the reducing agent, NO X The purification efficiency can be improved.

第１の実施の形態の排気浄化装置の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the exhaust gas purification apparatus of 1st Embodiment. 第１の実施の形態の排気浄化装置における還元剤噴射システムの構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the reducing agent injection system in the exhaust gas purification apparatus of 1st Embodiment. スワーラの立面図及び斜視図である。It is the elevation view and perspective view of a swirler. スワーラの合計長さを変えた排気浄化装置を示す図である。It is a figure which shows the exhaust gas purification apparatus which changed the total length of a swirler. 複数の孔を備えたスワーラを示す図である。It is a figure which shows the swirler provided with the several hole. スワーラの配置について説明するために供する図である。It is a figure provided in order to demonstrate arrangement | positioning of a swirler. 第２の実施の形態の排気浄化装置の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the exhaust gas purification apparatus of 2nd Embodiment. 従来の排気浄化装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the conventional exhaust gas purification apparatus.

符号の説明Explanation of symbols

５：内燃機関、１０：排気浄化装置、１１：排気通路、１３：還元剤噴射部（噴射ノズル）、１５：ＮＯX触媒、１７：スワーラ、１８：孔、５７：穴開き板（パンチングメタル） 5: engine, 10: exhaust gas purification device, 11: exhaust passage, 13: reducing agent injection unit (injection nozzle), 15: NO X catalyst 17: swirler, 18: hole, 57: perforated plate (punching metal)

Claims (6)

内燃機関の排気通路中に配置され、前記内燃機関から排出される排気ガス中のＮＯXを還元するためのＮＯX触媒と、前記ＮＯX触媒の上流側で前記排気通路内に還元剤を噴射するための還元剤噴射部と、を備えた内燃機関の排気浄化装置において、
前記排気通路における前記ＮＯX触媒の上流側に、前記還元剤を前記排気ガス中に均一に分散させるためのスワーラを備えることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。 An NO x catalyst disposed in the exhaust passage of the internal combustion engine for reducing NO x in the exhaust gas discharged from the internal combustion engine, and a reducing agent is injected into the exhaust passage upstream of the NO x catalyst An internal combustion engine exhaust purification device comprising a reducing agent injection unit for
Wherein the upstream side of the in the exhaust passage NO X catalyst, an exhaust purification system of an internal combustion engine, characterized in that it comprises a swirler for uniformly dispersing the reducing agent in the exhaust gas. 前記スワーラが孔部を有することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。   2. The exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to claim 1, wherein the swirler has a hole. 前記スワーラを前記排気通路の配設方向に沿って眺めた場合に、前記複数の孔部が重なるように設けられることを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の排気浄化装置。   3. The exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to claim 1, wherein the plurality of holes overlap each other when the swirler is viewed along a direction in which the exhaust passage is disposed. 前記スワーラを前記還元剤噴射部の上流側に備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の内燃機関の排気浄化装置。   The exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to any one of claims 1 to 3, wherein the swirler is provided upstream of the reducing agent injection unit. 前記スワーラを前記還元剤噴射部の下流側に備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の内燃機関の排気浄化装置。   The exhaust purification device for an internal combustion engine according to any one of claims 1 to 3, wherein the swirler is provided on a downstream side of the reducing agent injection unit. 内燃機関の排気通路中に還元剤を供給するとともに、前記排気通路中に配置されたＮＯX触媒を用いて前記内燃機関から排出される排気ガス中のＮＯXを浄化する内燃機関の排気浄化方法において、
前記排気通路中の前記ＮＯX触媒の上流側に備えられたスワーラによって、前記排気ガスに旋回流を発生させることにより、前記還元剤を前記排気ガス中に均一に分散させて前記ＮＯX触媒に流入させることを特徴とする内燃機関の排気浄化方法。 An exhaust purification method for an internal combustion engine that supplies a reducing agent into an exhaust passage of the internal combustion engine and purifies NO x in the exhaust gas exhausted from the internal combustion engine using a NO x catalyst disposed in the exhaust passage. In
By generating a swirl flow in the exhaust gas by a swirler provided on the upstream side of the NO X catalyst in the exhaust passage, the reducing agent is uniformly dispersed in the exhaust gas to the NO X catalyst. An exhaust purification method for an internal combustion engine, wherein the exhaust gas is caused to flow.
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