CN102869864A

CN102869864A - 内燃机的排气净化系统

Info

Publication number: CN102869864A
Application number: CN2011800213750A
Authority: CN
Inventors: 表洪志
Original assignee: Yanmar Co Ltd
Current assignee: Yanmar Co Ltd
Priority date: 2010-04-30
Filing date: 2011-04-28
Publication date: 2013-01-09
Also published as: US9086005B2; WO2011136320A1; JP5534925B2; EP2565409A1; US20130052095A1; EP2565409A4; KR20130008613A; JP2011236746A

Abstract

内燃机（1）的排气净化系统（2）包括：还原催化剂（6），其配置在内燃机（1）的排气管（3）（排气通路）内；还原剂喷射装置（4），其用于在比所述还原催化剂（6）靠上游侧的位置向排气管（3）内喷射还原剂，在排气管（3）内的比还原催化剂（6）靠上游侧且吹送有自还原剂喷射装置（4）喷射的所述还原剂的位置，设置有分散构件（5）（还原剂蒸发促进用构件），分散构件（5）由多孔质构件形成，以与排气气体的流动方向平行的状态固定在排气管（3）内。

Description

内燃机的排气净化系统

技术领域

本发明涉及一种用于将自内燃机经由排气管排出的排气气体净化的排气净化系统的技术。

背景技术

以往，作为将自内燃机经由排气管排出的排气气体中的氮氧化物（NO_X）净化的方法，公知将尿素水作为还原剂喷射到排气管内，利用配置在下游侧的还原催化剂将氮氧化物还原净化的技术（SelectiveCatalytic Reduction，选择性催化还原）。

为了提高由该方法进行的排气气体的净化效率，需要使喷射到排气管内的尿素水高效地蒸发，在排气管内生成均匀的氨。

例如在排气管内的排气气体的温度较低的情况下，无法使喷射到排气管内的尿素水高效地蒸发。因而，耗费用于在排气管内生成均匀的氨的时间，所以需要加长排气管的长度。

但是，在该种结构中，存在因排气管的长度增长，所以需要较大的空间以设置排气管的问题。而且，还有尿素水容易附着在排气管内的壁面上，附着的该尿素水结晶化的问题。

为此，公知如下技术：在排气管内与排气气体的流动方向相对地配置金属制的网状构件、和使尿素水混合扩散的扩散构件（例如参照专利文献1）。

采用该技术，喷射到排气管内的尿素水与网状构件碰撞而被细化，混合在通过该网状构件的排气气体中。另外，被细化了的尿素水通过与设置在该网状构件的下游侧的扩散构件碰撞，在排气管内高效地混合扩散。另外，金属制的网状构件受到排气气体的热量的作用而温度升高，所以促进与网状构件碰撞了的尿素水的蒸发。

因而，采用该技术，能够在排气管内生成均匀的氨。也就是说，不必加长排气管的长度，也不必需要用于设置排气管的较大的空间。另外，能够防止尿素水附着在排气管内的壁面上而结晶化。

但是，在专利文献1所述的技术中，排气管内的排气气体通过与排气气体的流动方向相对地配置的网状构件和扩散构件。因而，在通过该网状构件和该扩散构件时发生排气气体的压力损失。结果，比该网状构件和该扩散构件靠上游侧的排气管内的压力上升，存在内燃机的性能下降的问题。

为了解决该问题，在专利文献2所述的技术中，将形成为平板状的金属制的网状构件能转动地设置在排气管内。并且，在未喷射尿素水时，使该网状构件转动为与排气气体的流动方向平行的方向。另一方面，在喷射尿素水时，使该网状构件转动为与尿素水的喷射方向相对（换言之，不与排气气体的流动方向平行的方向）转动，使尿素水碰撞该网状构件。

采用该技术，在未喷射尿素水时，使网状构件转动为与排气气体的流动方向平行的方向。因而，排气气体在通过该网状构件时不发生压力损失，防止比该网状构件靠上游侧的排气管内的压力上升，能够防止内燃机的性能的下降。

专利文献1：日本特开2009–41371号公报

专利文献2：日本特开2010–38020号公报

发明内容

发明要解决的问题

但是，在专利文献2所述的技术中，在喷射尿素水时，使网状构件转动为不与排气气体的流动方向平行的方向。因而，在排气气体通过网状构件时发生压力损失，比网状构件靠上游侧的排气管内的压力上升，存在内燃机的性能下降的问题。

本发明是鉴于上述那样的问题而做成的，其要解决的课题在于，提供一种能够在排气管内生成均匀的氨，能够利用还原催化剂将排气气体中的氮氧化物高效地还原净化，且能防止由排气管内的压力的上升而引发的内燃机的性能的下降的内燃机的排气净化系统。

用于解决问题的方案

在技术方案1中，内燃机的排气净化系统包括：还原催化剂，其配置在内燃机的排气通路内；还原剂喷射装置，其用于从比上述还原催化剂靠上游侧的位置向上述排气通路内喷射还原剂，在上述排气通路内的比上述还原催化剂靠上游侧且吹送有自上述还原剂喷射装置喷射的上述还原剂的位置，设置有还原剂蒸发促进用构件，上述还原剂蒸发促进用构件由多孔质构件形成，以与排气气体的流动方向平行的状态固定在上述排气通路内。

在技术方案2中，上述还原剂是尿素水。

在技术方案3中，上述还原剂喷射装置具有喷嘴，上述喷嘴是单流体喷嘴。

发明效果

作为本发明的效果，获得以下所示那样的效果。

在技术方案1中，内燃机的排气净化系统在排气通路内生成均匀的氨，能够利用还原催化剂将排气气体中的氮氧化物高效地还原净化，且能防止由排气通路内的压力的上升而引发的内燃机的性能的下降。

在技术方案2中，能够更加容易地制作内燃机的排气净化系统。

在技术方案3中，能够以更加简易的结构制作内燃机的排气净化系统。

附图说明

图1是表示本发明的一实施方式的内燃机的排气净化系统的结构的概略说明图。

图2是表示该内燃机的排气净化系统的分散构件的结构的概略说明图。

图3是表示该内燃机的排气净化系统的排气管压力损失、在壁面上结晶化了的尿素水量以及氨生成量的图表。

图4是表示以往的分散构件的结构的概略说明图。

图5是表示在设置有以往的分散构件的状态下的、内燃机的排气净化系统中的排气管压力损失、在壁面上结晶化了的尿素水量以及氨生成量的图表。

图6是表示在未设置分散构件的状态下的、内燃机的排气净化系统中的排气管压力损失、在壁面上结晶化了的尿素水量以及氨生成量的图表。

图7是表示本发明的另一实施方式的分散构件的结构的概略说明图。

附图标记说明

1、内燃机；2、排气净化系统（SCR）；3、排气管；4、还原剂喷射装置；5、分散构件；5a、板面。

具体实施方式

接下来，使用图1说明本发明的一实施方式的内燃机1的排气净化系统2的结构。

内燃机1的排气净化系统2是将在内燃机1中产生的排气气体中的氮氧化物净化的系统（所谓的SCR）。内燃机1的排气净化系统2在成为排气气体的排气通路的排气管3中具备还原剂喷射装置4、分散构件5和还原催化剂6。

内燃机1具备一个或多个气缸12。内燃机1使喷射到气缸12内的燃料燃烧，将由此产生的能量转换为旋转动力。在内燃机1中，经由进气管8供给的外部空气和自燃料喷射阀11、11、11、11供给的燃料在气缸12、12、12、12内混合而燃烧，产生排气气体。排气气体经由成为排气通路的排气管3向内燃机1外排出。另外，在本实施方式中，内燃机1是直列四缸式内燃机，但本发明并不限定于此。

还原剂喷射装置4是向在排气管3中流动的排气气体喷射还原剂的装置。还原剂喷射装置4包括还原剂罐41、还原剂泵42和喷嘴43。

还原剂是指被供给到排气气体中而受到还原催化剂6的作用将排气气体成分还原净化的物质。另外，在本实施方式中，使用尿素水作为还原剂的结构，进行以下的说明。

另外，还原剂喷射装置4是本发明的“还原剂喷射装置”的一实施方式。

还原剂罐41储存尿素水。还原剂罐41借助供给通路44与还原剂泵42相连通。

还原剂泵42将储存在还原剂罐41中的尿素水向喷嘴43侧加压输送。还原剂泵42借助供给通路45与喷嘴43相连通。在本实施方式中，还原剂泵42使用电动泵。还原剂泵42与未图示的控制部件电连接，将供给通路45内的压力控制为利用向喷嘴43侧加压输送的尿素水维持规定的压力。

喷嘴43向排气管3内喷射尿素水。在本实施方式中，使用单流体喷嘴作为喷嘴43。喷嘴43根据用还原剂泵42加压输送的尿素水在供给通路45内的压力（不与气体混合），在排气管3内向排气气体的下游侧倾斜喷射供给通路45内的尿素水。

分散构件5是使尿素水混合分散在排气气体中，并且促进尿素水的蒸发的构件。分散构件5利用由陶瓷、金属等构成的多孔质构件形成为平板状。分散构件5在比喷嘴43靠下游侧且排气管3内的上下中途部沿水平方向设置。也就是说，以分散构件5的平面中心位于喷嘴43的喷射中心线的延长线上的方式，与排气气体的流动方向平行地设置分散构件5。这样，自该喷嘴43喷射的尿素水倾斜碰撞（被吹送到）分散构件5。

通过自喷嘴43向分散构件5以喷淋状或雾状喷射尿素水，使与分散构件5碰撞前的尿素水的细小颗粒容易蒸发。另外，尿素水在与分散构件5碰撞而弹回时被细化，在排气管3内扩散，容易蒸发。另外，分散构件5受到排气气体的热量的作用而温度升高，所以能够促进与该分散构件5碰撞了的尿素水的蒸发（参照图3）。

因而，能够在排气管3内产生均匀的氨，并且防止尿素水附着在排气管3内的壁面上而结晶化。另外，上述“喷出的尿素水碰撞的位置”不是指喷出的尿素水在随着排气气体的气流流动后碰撞的位置，而是指尿素水利用被喷出时的气势而碰撞的位置。

另外，分散构件5是本发明的“还原剂蒸发促进用构件”的一实施方式。

还原催化剂6将排气气体中的氮氧化物还原净化而使排气气体无害化。还原催化剂6设置在排气管3内，配置在比分散构件5靠下游侧的位置。在本实施方式中，使用选择接触还原催化剂作为还原催化剂6。供给到排气气体中（混合扩散在排气气体中）的尿素水受到在排气管3内流动的排气气体的热量的作用而水解，生成氨。并且，生成的氨与排气气体中的氮氧化物在还原催化剂6中反应，从而将氮氧化物还原，分解成氮和水（无害化）。

另外，还原催化剂6是本发明的“还原催化剂”的一实施方式。

另外，内燃机1的排气净化系统2可以形成为设置有未图示的微粒过滤器（以下称作DPF）的结构。DPF捕集排气气体中的粒子状物质（以下称作PM）。DPF设置在排气管3内，配置在比内燃机1的排气净化系统2（SCR）靠上游侧的位置。DPF在位于耐热金属制的壳体内的大致筒形的过滤器罩内，串联排列收纳有例如铂等氧化催化剂和蜂窝结构体。DPF能够利用上述蜂窝结构体捕集排气气体中的PM，利用上述氧化催化剂将其捕集到的PM燃烧去除。

在上述这种结构中，内燃机1的排气净化系统2相对于在内燃机1中产生的排气气体，利用还原剂泵42将储存在还原剂罐41中的尿素水向喷嘴43侧加压输送，自该喷嘴43向排气管3内喷射。随后，在排气管3内与分散构件5碰撞了（被吹送到分散构件5）的尿素水在排气管3内混合分散。并且，利用受到排气气体的热量的作用而温度升高了的该分散构件5促进尿素水的蒸发，在该排气管3内生成均匀的氨。并且，利用还原催化剂6使氨与排气气体中的氮氧化物反应而将该氮氧化物还原净化。

另外，如上所述，当在内燃机1的排气净化系统2中设置有上述DPF的情况下，向利用该DPF捕集了PM后的排气气体喷射尿素水，将排气气体中的氮氧化物还原净化。

接下来，为了明确本实施方式中的分散构件5的结构，使用图4至图6说明作为以往的分散构件的一例的分散构件50的结构。

另外，在图5和图6的图表中，附图标记（a）表示“排气管压力损失”。另外，附图标记（b）表示“在壁面上结晶化了的尿素水量”。另外，附图标记（c）表示“氨生成量”。

以往的分散构件50的金属制的网状构件形成为平板状。并且，分散构件50利用未图示的转动装置能在排气管3内转动地配置在排气管3内。并且，分散构件50转动为与排气气体的流动方向（图4中的右侧）相对。并且，在未自喷嘴43喷射尿素水时，分散构件50转动为与排气气体的流动方向平行的方向。另一方面，在自喷嘴43喷射尿素水时，分散构件50转动为与尿素水的喷射方向相对（不与排气气体的流动方向平行的方向）。

由于构成为上述结构，所以即使分散构件50由透气性好的网状构件形成，如图5所示，在自喷嘴43喷射尿素水时，排气气体在通过该分散构件50时仍会产生压力损失（参照图4中涂黑的箭头）。结果，在排气管3内的比分散构件50靠上游侧的压力上升，内燃机的性能下降。

另外，在为了防止该种排气管3内的排气气体的压力损失，而例如不在排气管3内设置分散构件50的情况下、即喷射到排气管3内的尿素水不碰撞任何位置的情况下，如图6所示能够减少排气气体的在排气管3内的压力损失。但是，在该种情况下，如图6所示，喷射到排气管3内的尿素水很难混合扩散。也就是说，尿素水容易附着在该排气管3内的壁面上，所附着的尿素水结晶化。

接下来，使用图2和图3进一步详细说明分散构件5的结构。

另外，在图3的图表中，附图标记（a）表示“排气管压力损失”。另外，附图标记（b）表示“在壁面上结晶化了的尿素水量”。另外，附图标记（c）表示“氨生成量”。

本实施方式中的分散构件5如上所述，利用由陶瓷、金属等构成的多孔质构件形成。

采用这种结构，在尿素水碰撞了分散构件5的情况下，能够利用蓄积在分散构件5的排气气体的热量使该尿素水瞬时蒸发。

另外，分散构件5形成为平板状，在排气管3内沿与排气气体的流动方向平行的方向设置。更详细而言，在内燃机1中产生的排气气体在排气管3内从图2中的左侧向右侧流动，相对于此，形成为平板状的分散构件5设置为正反一对的板面5a分别与左右方向平行。即，分散构件5的与排气气体的流动方向相对的部分是面积较小的侧面5b。

采用这种结构，如图3所示，与上述以往的分散构件50的情况相比，能够大幅减少排气气体在从左侧向右侧通过分散构件5时产生的压力损失。

另外，分散构件5如上所述可以在排气管3内形成为如下结构：配置为正反一对的板面5a分别与左右方向平行，并且分别与水平面平行。在该情况下，分散构件5以正反一对的板面5a分别朝向上下的铅垂方向的状态设置在排气管3内的壁面上。

另外，分散构件5固定在排气管3内的壁面上。也就是说，分散构件5不能像以往的分散构件50那样地转动。结果，能够将分散构件5在排气管3内的壁面侧的2个端面与该排气管3内的壁面均相连设置，不在这些构件间形成间隙。

例如在分散构件5能转动的情况下、即在分散构件5在排气管3内的壁面侧的2个端面与该排气管3内的壁面之间形成有间隙的情况下，自喷嘴43向排气管3内喷射的尿素水可能进入该间隙，附着在该排气管3内的壁面上而结晶化。

但是，由于像本实施方式那样将分散构件5在排气管3内的壁面侧的2个端面与该排气管3内的壁面均相连设置，所以不在这些构件间形成间隙。也就是说，能够防止尿素水进入这些构件间的间隙而附着在该排气管3内的壁面上而结晶化。

另外，在排气管3内的壁面固定分散构件5的方法没有特别限定。即，可以将分散构件5和排气管3设为一体。另外，例如也可以在排气管3内设置分散构件壳9，将分散构件5可更换地固定在该分散构件壳9中。采用该结构，在分散构件5被排气气体中的PM污染时，能够更换成新的分散构件5，或者暂时自排气管3内的壁面卸下分散构件5，清洗后再安装在排气管3内的壁面上。

另外，在本实施方式中，由于分散构件5固定在排气管3内的壁面上，所以与具有以往的能转动地设置的分散构件50的排气净化系统相比，不必设置分散构件50的转动装置等。因而，零件件数极少，能够以简易的结构制作内燃机1的排气净化系统2。特别是，排气管3内是在内燃机1驱动时受到排气气体的作用而成为高温、在内燃机1未驱动时为低温（与外部空气的温度相同）的、温度变化剧烈的恶劣环境。也就是说，在排气管3内需要确保排气净化系统2的耐久性，而由于排气净化系统2如上所述不使用分散构件50的转动装置等，能够使零件件数极少，所以提高耐久性。

另外，在本实施方式中，分散构件5配置为平面中心位于喷嘴43的喷射中心线的延长线上。但是，也可以将分散构件5配置为其平面中心位于比喷嘴43的喷射中心线的延长线靠后方侧的位置。即，在自喷嘴43喷出的尿素水（维持喷出时的气势不变）受到排气气体的气流的作用而沿排气气体的流动方向（图1中的右侧）流动，与分散构件5碰撞的情况下，分散构件5配置在使该尿素水流走的位置上。也就是说，分散构件5只要配置在能与自喷嘴43喷出的尿素水碰撞的位置即可，并不特别限定排气气体的流动方向上的位置。

如上所述，本发明的一实施方式的内燃机1的排气净化系统2包括：还原催化剂6，其配置在内燃机1的排气管3（排气通路）内；还原剂喷射装置4，其用于从比上述还原催化剂6靠上游侧的位置向排气管3内喷射还原剂；在排气管3内的比还原催化剂6靠上游侧且吹送有自还原剂喷射装置4喷射的上述还原剂的位置，设置有分散构件5（还原剂蒸发促进用构件），分散构件5由多孔质构件形成，以与排气气体的流动方向平行的状态固定在排气管3内。

采用这种结构，内燃机1的排气净化系统2能够在排气管3内生成均匀的氨，能够利用还原催化剂6将排气气体中的氮氧化物高效地还原净化，且能防止由排气管3内的压力的上升而引发的内燃机1的性能的下降。

另外，在本发明的一实施方式的内燃机1的排气净化系统2中，优选上述还原剂是尿素水。

采用这种结构，内燃机1的排气净化系统2与例如使用具有毒性而难以处理的氨的情况相比，还原剂的处理容易进行。因而，能够更加容易地制作内燃机1的排气净化系统2。

另外，在本发明的一实施方式的内燃机1的排气净化系统2中，优选还原剂喷射装置4具有喷嘴43，喷嘴43是单流体喷嘴。

采用这种结构，内燃机1的排气净化系统2与使用了例如双流体喷嘴的情况相比，仅利用液体（还原剂）的压力（不与气体混合），就能将还原剂喷射到排气管3内。因而，能够不增加零件件数地，以更加简易的结构制作内燃机1的排气净化系统2。

另外，作为另一实施方式，如图7所示，也可以形成为上下配置网（mesh）眼的疏密程度不同的分散构件的结构。

更详细而言，配置上下两片分散构件（以下，将上侧的分散构件称作“上分散构件51”，将下侧的分散构件称作“下分散构件52”）。上分散构件51和下分散构件52的平面中心配置在喷嘴43的喷射中心线的延长线上。另外，上分散构件51在排气管3内的上下中央部附近沿水平方向配置。另外，下分散构件52在上分散构件51的下游侧斜下方沿水平方向配置。上分散构件51和下分散构件52由金属等构成为网状或构成为开设有许多个孔的平板状。上分散构件51和下分散构件52的网眼的粗细度构成为上分散构件51较疏，下分散构件52较密。另外，下分散构件52的正反一对的板面52a优选与自喷嘴43喷射的尿素水的宽度成比例，构成为比上分散构件51的正反一对的板面51a大。

另外，分散构件的数量并不特别限定，也可以设置三片以上。也就是说，只要越是靠近喷嘴43的分散构件，网眼的疏密程度越疏，且各分散构件的板面的中心位于喷嘴43的喷射中心线的延长线上地平行配置多个分散构件即可。

采用这种结构，当自喷嘴43向上分散构件51喷射尿素水时，尿素水的一部分与上分散构件51碰撞而附着在上分散构件51上，或者被反射而细化。即，尿素水为容易蒸发的状态，容易在排气管3内生成均匀的氨。

另外，穿过了上分散构件51的其余的尿素水与下分散构件52碰撞。该下分散构件52的网眼的疏密程度较密，所以能穿过下分散构件52的尿素水极微量，进一步穿过了下分散构件52的尿素水被细化，所以容易蒸发。另外，与下分散构件52碰撞了的尿素水附着在该下分散构件52上，或者被反射而细化。即，尿素水为容易蒸发的状态，容易在排气管3内生成均匀的氨。因而，分散构件的层数越多，越容易在排气管3内均匀地生成氨。另外，上分散构件51和下分散构件52与排气气体的流动方向平行，所以不会增加排气气体的压力损失。

工业实用性

本发明能够利用在用于将自内燃机经由排气管排出的排气气体净化的排气净化系统的技术中。

Claims

1.一种内燃机的排气净化系统，其包括：还原催化剂，其配置在内燃机的排气通路内；还原剂喷射装置，其用于从比所述还原催化剂靠上游侧的位置向所述排气通路内喷射还原剂，其特征在于，

在所述排气通路内的比所述还原催化剂靠上游侧且吹送有自所述还原剂喷射装置喷射的所述还原剂的位置，设置有还原剂蒸发促进用构件，

所述还原剂蒸发促进用构件由多孔质构件形成，以与排气气体的流动方向平行的状态固定在所述排气通路内。

2.根据权利要求1所述的内燃机的排气净化系统，其特征在于，

所述还原剂是尿素水。

3.根据权利要求1或2所述的内燃机的排气净化系统，其特征在于，

所述还原剂喷射装置具有喷嘴，

所述喷嘴是单流体喷嘴。