WO2005028825A1 - エンジンの排気浄化装置 - Google Patents

Abstract

　還元剤を還元触媒の上流側に供給する噴射ノズルの目詰まりを防止してＮＯｘの浄化処理の効率を向上する。 　排気管１３内にて排気の流れ方向Ａと略平行に下流側に向けて延びる噴射ノズル１４の先端部（１８）の排気下流側端部の外周面に設けられたリング状の突条部分１９に、該噴射ノズル１４の軸心から外方に向けて穿設された噴射孔２０を設け、この噴射孔２０により還元剤を還元触媒の排気上流側に噴出する。この場合、上記噴射孔２０は、先端部（１８）の外周面に設けられたリング状の突条部分１９に形成されており、噴射ノズル１４の広い外周面上に直接開口していないので、噴射が終了した際に還元剤が噴射孔２０周辺の狭い領域に付着して残留することがないか、又は残留量が少なくなる。このことから、噴射ノズル１４の噴射孔２０が目詰まりするのを防止してＮＯｘの浄化処理の効率を向上することができる。

Description

明 細 書

エンジンの排気浄化装置

技術分野

[0001] 本発明は、移動車両搭載のディーゼルエンジン、ガソリンエンジン等から排出され る窒素酸化物 (NOx)を、還元剤を用いて還元除去する排気浄化装置に関し、特に 、還元剤を還元触媒の上流側に供給する噴射ノズルの目詰まりを防止して N〇xの浄 化処理の効率を向上するエンジンの排気浄化装置に係るものである。

背景技術

[0002] エンジンから排出される排気中の微粒子物質（PM)のうち、特に NOxを除去して排 気を浄化するシステムとして、レ、くつかの排気浄化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還元触媒を置き、該還元触媒の上流側の排気通 路に還元剤を噴射供給することにより、排気中の NOxと還元剤とを触媒還元反応さ せ、 NOxを無害成分に浄化処理するものである。還元剤は貯蔵タンクに常温で液体 状態に貯蔵され、必要量を噴射ノズルから噴射供給する。還元反応は、 NOxとの反 応性の良いアンモニアを用いるもので、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水溶液、アンモニア水溶液、その他の還元剤水溶液が用いら れる（例えば、特許文献 1及び特許文献 2参照）。

[0003] このような排気浄化装置においては、図 6に示すように、排気系の排気管 1内にて 排気の流れ方向 Aと略平行に下流側に向いて配設された噴射ノズル 2を有し、この 噴射ノズル 2から還元剤としての例えば尿素水を上記排気の流れ方向 Aに対して略 直角方向に矢印 B, Cのように噴出するようになっている。そして、図 7に示すように、 上記噴射ノズル 2の排気下流側の端部近傍に、ノズル本体の肉厚部内に噴射孔 3が 軸心から外方に向けて略直角方向に穿設されている。

特許文献 1：特開 2000 - 27627号公報

特許文献 2 :特開 2001— 173431号公報

発明の開示

発明が解決しょうとする課題 [0004] しかし、上記従来の排気浄化装置においては、図 7に示すように、噴射ノズル 2の噴 射孔 3がノズル本体の肉厚部内に穿設されて該ノズル本体の外周面に噴射孔 3が直 接開口しているので、噴射ノズル 2からの尿素水の噴射が終了した際に、図 8 (a)に 示すように、ノズル本体の外周面において噴射孔 3及びその周辺に尿素水 4が付着 して残留することがある。そして、図 8 (b)に示すように、上記噴射孔 3がノズル本体の 外周面に開口する内周縁には内側に傾斜する面取り 5が施してあるので、この面取り 5の傾斜に沿って、上記ノズノレ本体の外周面に残留した尿素水 4が噴射孔 3内に入り 込んで行き、該噴射孔 3内で尿素水 4が乾いて固まる虞がある。このような場合、噴射 ノズル 2の噴射孔 3が目詰まりを起こして、還元触媒の上流側の排気通路に還元剤を 噴射供給することが十分にできず、 NOxを無害成分に浄化処理する効率が低下す ることとなる。

[0005] また、図 7に示すように、噴射孔 3がノズル本体の軸心から外方に向けて略直角方 向に穿設されて、尿素水を排気の流れ方向 Aに対して略直角方向に矢印 B， Cのよう に噴出するようになっているので、尿素水が排気の流れに沿いにくぐ特に、排気量 が少ないときには、図 6において上記噴射孔 3から噴出された尿素水 4が排気管 1の 内壁面に付着して尿素が析出する虞があり、尿素析出量の分だけ尿素水 4が低減し て、尿素水 4と排気との混合率が低下して、 NOxの浄化処理の効率が低下する場合 があった。

[0006] そこで、本発明は、このような問題点に対処し、還元剤を還元触媒の上流側に供給 する噴射ノズルの目詰まりを防止し、また、還元剤と排気との混合率を向上して、 NO Xの浄化処理の効率を向上するエンジン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

[0007] 請求項 1に記載の排気浄化装置では、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、前記排気系の排気通路内にて 排気の流れ方向と略平行に下流側に向けて延びる噴射ノズルの先端部を有し、前 記還元剤を前記還元触媒の排気上流側に供給する還元剤供給手段と、を備えたェ ンジンの排気浄化装置であって、前記噴射ノズノレの先端部の排気下流側端部にお いて、排気下流側端面を閉塞すると共に、外周面にリング状の突条を設け、この突条 部分に噴射ノズルの軸心から外方に向けて前記還元剤を噴出する噴射孔を設けた ことを特徴とする。

[0008] このような構成により、排気系の排気通路内にて排気の流れ方向と略平行に下流 側に向けて延びる噴射ノズノレの先端部の排気下流側端部の端面が閉塞され、その 外周面に設けたリング状の突条部分に設けられた噴射孔により、該噴射ノズノレの軸 心から外方に向けて還元剤を噴出する。これにより、該還元剤を還元触媒の排気上 流側に噴出する。

[0009] 請求項 2に記載の発明では、前記噴射孔は、前記噴射ノズルの先端部の軸心から 外方に向けて放射状に複数個穿設されていることを特徴とする。これにより、前記噴 射孔で還元剤を排気系の排気通路内の全領域に略均等に噴出する。

[0010] 請求項 3に記載の発明では、前記噴射孔は、排気の流れ方向に対して下流側に斜 め方向に傾斜して穿設されたことを特徴とする。これにより、前記噴射孔で還元剤を 下流側に斜め方向に噴出する。

[0011] 請求項 4に記載の発明では、前記リング状の突条を外周面に向けて先細り形状に 形成したことを特徴とする。これにより、リング状の突条部分に設けられた噴射孔の周 辺部では平面部分が狭くなり、噴射ノズルからの噴射が終了した際に還元剤が噴射 孔周辺の狭レ、領域に付着して残留することがなレ、か、又は残留量がより少なくなる。 発明の効果

[0012] 請求項 1に係る発明によれば、噴射ノズルの先端部の排気下流側端部の外周面に 設けたリング状の突条部分に設けられた噴射孔により、該噴射ノズノレの軸心から外方 に向けて還元剤を噴出し、該還元剤を還元触媒の排気上流側に噴出することができ る。この場合、上記噴射孔は、噴射ノズルの先端部の外周面に設けられたリング状の 突条部分に形成されており、噴射ノズルの広い外周面上に直接開口していないので 、噴射が終了した際に還元剤が噴射孔周辺の狭い領域に付着して残留することがな レ、か、又は付着しても狭い領域に対応して少量となる。このことから、噴射ノズルの噴 射孔に還元剤が入り込まず、 目詰まりするのを防止することができる。したがって、 N Oxの浄化処理の効率を向上することができる。 [0013] また、請求項 2に係る発明によれば、噴射ノズノレの先端部の軸心から外方に向けて 放射状に複数個穿設された噴射孔により、還元剤を排気系の排気通路内の全領域 に略均等に噴出できる。このことから、還元剤と排気との混合率を向上することができ る。したがって、 NOxの浄化処理の効率を向上することができる。

[0014] さらに、請求項 3に係る発明によれば、排気の流れ方向に対して下流側に斜め方 向に傾斜して穿設された噴射孔により、還元剤を下流側に斜め方向に噴出できる。こ のとき、斜め方向に噴出された還元剤は排気の流れに沿って流れ、還元剤が排気通 路の内壁面に付着するのを防止して、排気量が少ない場合でも、還元剤と排気とが よく接触してその混合率を向上することができる。したがって、 NOxの浄化処理の効 率を向上することができる。

[0015] さらにまた、請求項 4に係る発明によれば、外周面に向けて先細り形状に形成され たリング状の突条により、噴射孔の周辺部では平面部分が狭くなり、噴射ノズルから の噴射が終了した際に還元剤が噴射孔周辺の狭い領域に付着して残留することが ないか、又は残留量がより少なくなる。このこと力 、噴射ノズノレの噴射孔が目詰まり するのをより良く防止することができる。したがって、 NOxの浄化処理の効率を向上 すること力 Sできる。

図面の簡単な説明

[0016] [図 1]本発明によるエンジンの排気浄化装置の実施形態を示す概念図である。

[図 2]本発明の排気浄化装置に適用される噴射ノズルを示す説明図である。

[図 3]上記噴射ノズルのノズル先端部を示す拡大説明図であり、（a)は正面図、 (b) は（a)の F— F線断面図、（c)は（a)の右側面図である。

[図 4]本発明の排気浄化装置に適用される噴射ノズルの他の実施形態を示す説明図 である。

[図 5]上記噴射ノズルのノズル先端部を示す拡大説明図であり、（a)は正面図、 (b) は（a)の G— G線断面図、 （c)は（a)の右側面図である。

[図 6]従来の排気浄化装置に適用される噴射ノズルを示す説明図である。

[図 7]従来の噴射ノズルのノズノレ本体先端部に穿設された噴射孔を示す拡大断面図 である。 園 8]従来の噴射ノズルのノズノレ本体先端部を示す拡大説明図であり、 (a)はノズノレ 本体先端部の外周面に尿素水が付着して残留した状態を示す平面図、（b)は（a)の H— H線拡大断面図である。

符号の説明

10- - 'エンジン

12- · ·還元触媒

13· · ·排気管

14· · ·噴射ノズル

is· ·還元剤供給装置

le- · ·貯蔵タンク

17· · ·供給配管

18· · ·ノズル先端部

19, 19' …リング状の突条

19a, 19b…面取り

20· · ·噴射孔

発明を実施するための最良の形態

[0018] 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実施形態を示す概念図である。この排気浄化装置は 、移動車両搭載のディーゼルエンジン、ガソリンエンジン等力 排出される N〇xを、 還元剤を用いて還元除去するものである。ガソリンあるいは軽油を燃料とするェンジ ン 10の排気は、排気マニフォ-ノレド 11から N〇xの還元触媒 12が配設された排気管 13を経由して大気中に排出される。詳細には、排気通路としての排気管 13には排 気上流側から順に、一酸化窒素（NO)の酸化触媒、 N〇xの還元触媒、スリップ式ァ ンモニァ酸化触媒の 3つの触媒が配設され、その前後に温度センサ、酸素センサ等 が配設されて排気系が構成される力 細部の構成は図示していない。

[0019] 上記 NOxの還元触媒 12は、排気管 13内を通る排気中の NOxを還元剤により還 元浄化するもので、セラミックのコーディライトや Fe_Cr— A1系の耐熱鋼から成るハニ カム形状の横断面を有するモノリスタイプの触媒担体に、例えばゼォライト系の活性 成分が担持されている。そして、上記触媒担体に担持された活性成分は、還元剤の 供給を受けて活性化し、 NOxを効果的に無害物質に浄化させる。

[0020] 上記排気管 13の内部にて NOxの還元触媒 12の上流側には、噴射ノズル 14が配 設されており、還元剤供給装置 15から該噴射ノズル 14を介して還元剤が圧力エアと 共に噴射供給されるようになっている。ここで、噴射ノズル 14は、排気管 13内にて排 気の流れ方向 Aと略平行に下流側に向けて配設されている。また、還元剤供給装置 15には、貯蔵タンク 16内に貯留された還元剤が供給配管 17を通じて供給される。そ して、上記噴射ノズル 14と還元剤供給装置 15とで、還元剤を N〇xの還元触媒 12の 排気上流側に供給する還元剤供給手段を構成している。

[0021] この実施形態では、上記噴射ノズル 14で噴射供給する還元剤として尿素水を用い る。他にアンモニア水溶液等を用いてもよい。そして、噴射ノズル 14で噴射供給され た尿素水は、排気管 13内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 。得られたアンモニアは、 NOxの還元触媒 12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。尿素水は、固体もしくは粉体の尿素の水溶液で、貯 蔵タンク 16に貯留されており、供給配管 17を通じて還元剤供給装置 15に供給され るようになっている。

[0022] 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 14は、排気の流れ 方向 Aと略平行に下流側に向けて延びるノズル先端部 18を有し、このノズル先端部 18は、図 3に示すように構成されている。すなわち、図 3において、ノズル先端部 18 は、同図（a)に示すように排気下流側端部（図において右側端部）の外周面にリング 状の突条 19が設けられ、同図（b)に示すようにこの突条部分 19に該噴射ノズル 14 の軸心から外方に向けて尿素水を噴出する噴射孔 20が設けられている。この実施形 態では、例えば直径約 0.5mmの噴射孔 20が、噴射ノズル 14の軸心から略直角に外 方に向けて穿設されている。なお、ノズノレ先端部 18は、排気下流側端面が閉塞され ている。

[0023] そして、上記噴射孔 20は、図 3 (c)に示すように、ノズノレ先端部 18の軸心から外方 に向けて放射状に複数個穿設されている。例えば、リング状の突条部分 19を円周方 向に 8等分する位置に放射状に 8個穿設されている。このようなノズル先端部 18とす ると、排気管 13内の全領域に略均等に尿素水を噴出できる。なお、噴射孔 20の数 は 8個に限られず、仕様に応じて適宜の個数とすればよい。

[0024] また、上記リング状の突条 19は、図 3 (a) , (b)に示すように、外周面に向けて先細 り形状に形成されている。すなわち、突条 19の外周面にて、排気の流れ方向 Aの上 流側と下流側の角部に円周方向に斜面状の面取り 19a， 19bが施されている。これ により、上記噴射孔 20の周辺部では平面部分が狭くなり、噴射ノズル 14からの噴射 が終了した際に尿素水が噴射孔 20周辺の狭い領域に付着して残留することがない か、又は残留量が少なくなる。なお、上記リング状の突条 19の先細り形状は、面取り 19a, 19bに限られず、排気の流れ方向 Aの上流側と下流側の角部を略 1/4円弧 状の曲面に形成してもよレ、。また、上記ノズル先端部 18は、図 2に示すノズル本体に 嵌め込み式、ねじ込み式、溶接止め等により取り付けられる。

[0025] 次に、このように構成された排気浄化装置の動作について説明する。まず、図 1に おいて、エンジン 10の運転による排気は、排気マニフォ一ルド 11から排気管 13を経 由して、該排気管 13内の途中に配設された NOxの還元触媒 12を通り、排気管 13の 端部排出口から大気中に排出される。このとき、上記排気管 13の内部にて NOxの還 元触媒 12の排気上流側に配設された噴射ノズル 14から尿素水が噴射される。この 噴射ノズル 14には、尿素水の貯蔵タンク 16から供給配管 17を介して尿素水が還元 剤供給装置 15に供給され、この還元剤供給装置 15の動作により圧力エアと共に尿 素水が供給される。

[0026] 上記還元剤供給装置 15により噴射ノズル 14に供給された尿素水と圧力エアは、図 2に示すようにノズノレ先端部 18まで到達し、図 3 (b)に示すようにノズノレ先端部 18の 排気下流側端面が閉塞しているので、図 3 (c)に示すように放射状に穿設された噴 射孔 20から、図 2に矢印 B, Cで示すように排気の流れ方向 Aに対して略直角方向に 周囲に噴射供給される。このとき、上記噴射ノズル 14で噴射供給された尿素水は、 排気管 13内の全領域に略均等に噴射され、排気とよく混合されて、排気管 13内の 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。得られたアンモニアは、 N Oxの還元触媒 12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 [0027] 次に、エンジン 10の運転停止により、噴射ノズル 14からの尿素水の噴射を終了す るには、還元剤供給装置 15の動作により、まず貯蔵タンク 16からの尿素水の供給を 遮断し、その後しばらくは噴射ノズル 14に圧力エアだけを供給する。これにより、噴 射ノズル 14のノズル本体及びノズル先端部 18並びに噴射孔 20から尿素水を追い出 して、尿素水の噴射を終了する。このとき、上記噴射孔 20は、噴射ノズル 14の外周 面に設けられたリング状の突条部分 19に形成されており、噴射ノズル 14の広い外周 面上に直接開口しておらず、更に噴射孔 20の周辺部では平面部分が狭くなり、噴射 が終了した際に尿素水が噴射孔 20周辺の狭い領域に付着して残留することがない か、又は残留量が少なくなる。このことから、噴射ノズル 14の噴射孔 20が目詰まりす るのを防止することができる。したがって、 N〇xの浄化処理の効率を向上することが できる。

[0028] 図 4は、本発明の排気浄化装置に適用される噴射ノズル 14の他の実施形態を示す 説明図である。この実施形態は、噴射ノズル 14の噴射孔 20を、排気の流れ方向 Aに 対して下流側に斜め方向に傾斜して穿設したものである。すなわち、図 5において、 ノズノレ先端部 18は、同図（a)に示すように噴射ノズル 14の排気下流側端部（図にお レ、て右側端部）の外周面にリング状の突条 19' 力 S設けられ、同図（b)に示すようにこ の突条部分 1 が排気の流れ方向 Aに対して下流側に斜め方向に適宜の角度で 傾斜して設けられ、この突条部分 1 の内部にその傾斜角度と同一の角度で傾斜 して軸心から外方に向けて噴射孔 20が設けられている。この実施形態では、図 5 (b) に示すように、噴射孔 20の傾斜角度が中心軸に対して例えば 45度とされ、同図（c) のように放射状に複数個穿設された噴射孔 20の対向する 2個の間の噴射角度 _αが 例えば 90度とされている。それ以外の構成は、図 3に示す実施形態と同様である。

[0029] この場合は、上記のように穿設された噴射孔 20により、図 4に示すように、尿素水を 排気の流れ方向 Αに対して矢印 D， Eで示すように下流側に斜め方向に噴出するよう になる。これにより、斜め方向に噴出された尿素水は排気の流れに沿って流れ、尿素 水が排気管 13の内壁面に付着するのを防止して、排気量が少ない場合でも、尿素 水と排気とがよく接触してその混合率を向上することができる。

[0030] また、図 4及び図 5に示す実施形態において、噴射孔 20の傾斜角度を変えた他の 種類のノズル先端部 18をノズル本体に取り付けてもよい。例えば、噴射孔 20の傾斜 角度を中心軸に対して 60度とし、図 5 (c)のように放射状に複数個穿設された噴射孔 20の対向する 2個の間の噴射角度 αを例えば 120度としたノズノレ先端部 18を取り付 けてもよレ、。この噴射角度ひは、図 1に示す Ν〇χの還元触媒 12の直前に設けられる 拡散板に、噴射ノズル 14から噴射された尿素水が当たらないような任意の角度とす ればよレ、。これにより、エンジンの排気系の仕様等に応じて、噴射孔 20から排気の流 れ方向 Αに対して矢印 D， Eのように斜め方向に噴出する尿素水の方向を適宜変え て設定できる。このことから、尿素水と排気との混合率を調整することができる。 なお、図 2及び図 4に示す実施形態において、噴射ノズル 14のノズノレ先端部 18を ノズノレ本体と一体的に形成してもよレ、。

Claims

請求の範囲

[1] 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、

前記排気系の排気通路内にて排気の流れ方向と略平行に下流側に向けて延びる 噴射ノズルの先端部を有し、前記還元剤を前記還元触媒の排気上流側に供給する 還元剤供給手段と、

を備えたエンジンの排気浄化装置であって、

前記噴射ノズノレの先端部の排気下流側端部にぉレ、て、排気下流側端面を閉塞す ると共に、外周面にリング状の突条を設け、この突条部分に噴射ノズノレの軸心から外 方に向けて前記還元剤を噴出する噴射孔を設けたことを特徴とするエンジンの排気 浄化装置。

[2] 前記噴射孔は、前記噴射ノズルの先端部の軸心から外方に向けて放射状に複数 個穿設されていることを特徴とする請求項 1に記載のエンジンの排気浄化装置。

[3] 前記噴射孔は、排気の流れ方向に対して下流側に斜め方向に傾斜して穿設され たことを特徴とする請求項 1に記載のエンジンの排気浄化装置。

[4] 前記リング状の突条を外周面に向けて先細り形状に形成したことを特徴とする請求 項 1一 3のいずれ力 4項に記載のエンジンの排気浄化装置。