JP2005105913A - Exhaust emission control device of engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、液体還元剤を用いて、排気中の窒素酸化物(NOx)を還元除去するエンジンの排気浄化装置(以下「排気浄化装置」という)に関し、特に、噴射ノズル及びその配管の目詰まりを起き難くする技術に関する。 The present invention relates to an exhaust purification device for an engine (hereinafter referred to as “exhaust purification device”) that uses a liquid reducing agent to reduce and remove nitrogen oxides (NOx) in exhaust gas, and in particular, an injection nozzle and its piping are clogged. It relates to technology that makes it difficult to get up
エンジンの排気に含まれるNOxを除去する触媒浄化システムとして、特開2000−27627号公報(特許文献1)に開示された排気浄化装置が提案されている。
かかる排気浄化装置は、エンジンの排気系に還元触媒を配設し、還元触媒の排気上流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て、NOxを無害成分に浄化処理するものである。還元剤は、常温において液体状態で貯蔵タンクに貯蔵され、エンジン運転状態に対応した必要量が噴射ノズルから噴射供給される。ここで、還元剤としては、尿素水溶液、アンモニア水溶液、炭化水素を主成分とする軽油などの液体還元剤が用いられる。
Such an exhaust purification device has a reduction catalyst disposed in an exhaust system of an engine, and injects and supplies a reducing agent upstream of the exhaust of the reduction catalyst to cause a catalytic reduction reaction between NOx in the exhaust and the reducing agent, thereby reducing NOx. It purifies to harmless components. The reducing agent is stored in a storage tank in a liquid state at room temperature, and a required amount corresponding to the engine operating state is injected and supplied from the injection nozzle. Here, as the reducing agent, a liquid reducing agent such as an aqueous urea solution, an aqueous ammonia solution, or light oil mainly composed of hydrocarbon is used.
ところで、エンジン運転状態によっては排気中のNOxが少なく、還元触媒によるNOx浄化が不要なときがある。このため、液体還元剤の不必要な消費を防止する観点から、還元触媒の排気上流には、エンジン運転状態に応じて断続的に液体還元剤が噴射供給される構成が採用される。このような構成を採用した場合、液体還元剤の噴射供給が停止した後に、噴射ノズル及びその配管内で液体還元剤が凝固して目詰まりを起こし、液体還元剤の噴射供給ができなくなるおそれがある。即ち、液体還元剤の噴射供給を停止した直後には、噴射ノズル及びその配管内には液体還元剤の液滴が付着している。そして、噴射ノズル及びその配管は、高温の排気に直接晒されているため排気熱によってその温度が上昇し、液体還元剤の水分が蒸発してその成分が析出されてしまう。液体還元剤の噴射供給ができなくなると、還元触媒によるNOx浄化が期待できず、NOxを多量に含んだ排気が大気中に放出されてしまうこととなる。 By the way, depending on the engine operating state, there is a small amount of NOx in the exhaust gas, and there is a case where NOx purification by the reduction catalyst is unnecessary. For this reason, from the viewpoint of preventing unnecessary consumption of the liquid reducing agent, a configuration is adopted in which the liquid reducing agent is intermittently injected and supplied upstream of the reduction catalyst according to the engine operating state. When such a configuration is adopted, there is a possibility that after the supply of liquid reducing agent stops, the liquid reducing agent coagulates in the injection nozzle and its piping, causing clogging, and the liquid reducing agent cannot be supplied. is there. That is, immediately after the supply of the liquid reducing agent is stopped, the liquid reducing agent droplets adhere to the injection nozzle and its piping. And since the injection nozzle and its piping are directly exposed to the high-temperature exhaust gas, the temperature rises due to the exhaust heat, the moisture of the liquid reducing agent evaporates, and its components are deposited. If injection of the liquid reducing agent cannot be performed, NOx purification by the reduction catalyst cannot be expected, and exhaust gas containing a large amount of NOx will be released into the atmosphere.
このような不具合を解消するために、NOx還元触媒の排気上流に液体還元剤を噴射供給する還元剤供給装置と噴射ノズルとの距離を短くすることが考えられるが、還元剤供給装置の使用環境として、その使用温度が所定範囲内にあることが要求される。そして、排気管の周囲は排気熱により高温となっていると共に、噴射ノズル及びその配管を介して、排気熱が還元剤供給装置に伝達されてしまうため、おいそれとは還元剤供給装置と噴射ノズルとの距離を短くすることができなかった。 In order to solve such a problem, it is conceivable to shorten the distance between the reducing agent supply device that injects and supplies the liquid reducing agent upstream of the NOx reduction catalyst and the injection nozzle. The use temperature is required to be within a predetermined range. Since the exhaust pipe is heated to a high temperature by the exhaust heat, and the exhaust heat is transmitted to the reducing agent supply device through the injection nozzle and its piping, the reducing agent supply device, the injection nozzle, The distance could not be shortened.
そこで、本発明は以上のような従来の問題点に鑑み、還元剤供給装置と噴射ノズルとの距離を短くできる構成とすることで、液体還元剤の噴射供給とは無関係のボリュームを減らし、噴射ノズル及びその配管内の目詰まりが起こり難くした排気浄化装置を提供することを目的とする。 Accordingly, in view of the above-described conventional problems, the present invention reduces the volume unrelated to the liquid reducing agent injection supply, by reducing the distance between the reducing agent supply device and the injection nozzle. An object of the present invention is to provide an exhaust emission control device in which clogging in a nozzle and its piping is less likely to occur.
このため、請求項1記載の発明では、エンジン排気系に配設され、窒素酸化物を液体還元剤により還元浄化する還元触媒と、エンジン運転状態に応じて、前記還元触媒に供給する液体還元剤の流量を制御する還元剤供給装置と、前記排気系にフランジを介して固定され、前記還元触媒の排気上流に液体還元剤を噴射供給する噴射ノズルと、前記還元剤供給装置と前記噴射ノズルとを連通接続させる配管と、を含んで構成されるエンジンの排気浄化装置において、前記配管を、セラミックス製の材料から構成したことを特徴とする。 Therefore, according to the first aspect of the present invention, a reduction catalyst that is disposed in the engine exhaust system and that reduces and purifies nitrogen oxides with a liquid reducing agent, and a liquid reducing agent that is supplied to the reduction catalyst according to engine operating conditions. A reductant supply device that controls the flow rate of the reductant, an injection nozzle that is fixed to the exhaust system via a flange and that injects a liquid reductant upstream of the exhaust of the reduction catalyst, the reductant supply device, and the injection nozzle, And an exhaust gas purification apparatus for an engine comprising a pipe for connecting the pipes to each other, wherein the pipe is made of a ceramic material.
請求項2記載の発明では、前記フランジに、放熱フィンを列設したことを特徴とする。
請求項3記載の発明では、前記フランジに、冷媒を通過させることを特徴とする。
請求項4記載の発明では、前記排気系とフランジとの間に、断熱材ガスケットを介在させることを特徴とする。
The invention according to
The invention according to claim 3 is characterized in that a refrigerant is passed through the flange.
According to a fourth aspect of the present invention, a heat insulating gasket is interposed between the exhaust system and the flange.
請求項1記載の発明によれば、エンジンの排気中に含まれる窒素酸化物は、還元剤供給装置により供給された液体還元剤を用いて、還元触媒において還元除去される。このとき、還元剤供給装置と噴射ノズルとを連通接続する配管がセラミックス製の材料から構成されているため、その熱的特性である熱伝達率が小さいことから、排気系の熱が還元剤供給装置へと伝達され難くなる。このため、還元剤供給装置を排気系に近づけても、その使用温度の上昇が抑制され、所定の使用環境を満たすことが可能となる。そして、還元剤供給装置を排気系に近づけることが可能となった結果、配管の長さを短くすることができ、液体還元剤の噴射供給とは無関係のボリュームが減ることから、液体還元剤の噴射供給停止直後における配管及び噴射ノズルの内壁に付着する液体還元剤が減少する。従って、排気熱により、液体還元剤から水分が蒸発して成分が析出されたとしても、その絶対量が少ないため、配管及び噴射ノズルに目詰まりを起こすまでには至らない。 According to the first aspect of the present invention, nitrogen oxides contained in the exhaust of the engine are reduced and removed by the reduction catalyst using the liquid reducing agent supplied by the reducing agent supply device. At this time, since the piping connecting the reducing agent supply device and the injection nozzle is made of a ceramic material, the heat transfer coefficient, which is a thermal characteristic thereof, is small, so the heat of the exhaust system supplies the reducing agent. It becomes difficult to be transmitted to the device. For this reason, even if the reducing agent supply device is brought close to the exhaust system, an increase in the use temperature is suppressed and a predetermined use environment can be satisfied. As a result, the length of the pipe can be shortened and the volume unrelated to the injection and supply of the liquid reducing agent is reduced. The liquid reducing agent adhering to the piping and the inner wall of the injection nozzle immediately after the stop of the injection supply is reduced. Therefore, even if moisture is evaporated from the liquid reducing agent due to the exhaust heat and the components are deposited, the absolute amount thereof is small, so that the pipe and the injection nozzle are not clogged.
一方、液体還元剤の噴射供給が再開されると、配管及び噴射ノズルには、液体還元剤が勢いよく通過するため、その内壁で凝固した成分が溶解して排気系へと排出される。従って、液体還元剤の噴射供給が断続的に行われたとしても、配管及び噴射ノズルの内壁には、液体還元剤の成分が徐々に蓄積されてしまうことがなく、所要の窒素酸化物の浄化効率を長期間に亘って維持することができる。 On the other hand, when the supply of the liquid reducing agent is restarted, the liquid reducing agent passes through the pipe and the injection nozzle vigorously, so that the solidified component is dissolved and discharged to the exhaust system. Therefore, even if the liquid reducing agent is supplied and supplied intermittently, the components of the liquid reducing agent do not gradually accumulate on the inner walls of the pipe and the injection nozzle, and the required nitrogen oxide purification is achieved. Efficiency can be maintained over a long period of time.
請求項2又は請求項3に記載の発明によれば、排気系からフランジへと伝達された排気熱は、放熱フィンにより放熱又は冷媒と熱交換し、フランジから配管を介して還元剤供給装置へと伝達される熱量が減少する。このため、還元剤供給装置の使用温度が低下することから、還元剤供給装置を排気系により近づけることが可能となり、液体還元剤の噴射供給とは無関係のボリュームを一層減少させることができる。そして、液体還元剤の噴射供給停止直後における配管及び噴射ノズルの内壁に付着する液体還元剤の絶対量がさらに減ることから、その目詰まりを効果的に防止できる。
According to the invention described in
請求項4記載の発明によれば、排気系とフランジとの間に断熱材ガスケットが介在されているため、排気系の熱がフランジに伝達され難くなり、請求項2又は請求項3と同様な効果を発揮することができる。
According to the invention of claim 4, since the heat insulating material gasket is interposed between the exhaust system and the flange, it is difficult for heat of the exhaust system to be transmitted to the flange, and the same as in
以下、添付された図面を参照して本発明を詳述する。
図1は、本発明を具現化した排気浄化装置の構成を示す。
エンジン10の排気は、排気マニフォールド12から、NOx還元触媒14が配設された排気管16を経由して大気中に排出される。詳細には、排気管16には、排気上流側から順に、一酸化窒素(NO)の酸化触媒、NOx還元触媒、スリップアンモニア酸化触媒が夫々配設され、その前後に温度センサ、酸素センサなどが配設されて排気系が構成されるが、詳細には図示していない。
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 shows the configuration of an exhaust emission control device embodying the present invention.
Exhaust gas from the
NOx還元触媒14の排気上流には、還元剤供給装置18から配管20及び噴射ノズル22を介して、液体還元剤が空気と共に噴射供給される。即ち、図2に示すように、NOx還元触媒14の上流に位置する排気管16には、その周壁に開口した開口部16Aを塞ぐように、噴射ノズル22が結合されたフランジ24がボルト26により締結される。そして、還元剤供給装置18と噴射ノズル22とは、セラミックス製の配管20を介して連通接続される。なお、本実施形態では、液体還元剤として尿素水溶液を用いるが、アンモニア水溶液,炭化水素を主成分とする軽油などを用いてもよい。
The liquid reducing agent is injected and supplied together with air from the reducing
NOx還元触媒14の排気上流に噴射供給された尿素水溶液は、排気熱及び排気中の水蒸気により加水分解され、アンモニアが容易に発生する。発生したアンモニアは、NOx還元触媒14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。尿素水溶液は、固体又は粉体の尿素を溶解した水溶液であって、図示しない貯蔵タンクから還元剤供給装置18に供給される。
The aqueous urea solution injected and supplied upstream of the
また、エンジン運転状態に応じて尿素水溶液の噴射供給量を制御すべく、コンピュータを内蔵したコントロールユニット28が備えられる。コントロールユニット28は、CAN(Controller Area Network)を介して入力されたエンジン回転速度及び燃料噴射量に応じて還元剤供給装置18を制御する。
かかる構成によれば、還元剤供給装置18と噴射ノズル22とをセラミックス製の配管20を介して連通接続したため、その熱的特性である熱伝導率が小さいことから、排気管16の熱が還元剤供給装置18へと伝達され難くなる。このため、還元剤供給装置18を排気管16に近づけても、その使用温度の上昇が抑制され、所定の使用環境を満たすことが可能となる。そして、還元剤供給装置18を排気管16に近づけることが可能となった結果、配管20の長さを短くすることができ、尿素水溶液の噴射供給とは無関係のボリュームが減ることから、尿素水溶液の噴射供給を停止した直後における配管20及び噴射ノズル22の内壁に付着する尿素水溶液が減少する。従って、排気熱により、内壁に付着した尿素水溶液から水分が蒸発して尿素が析出されたとしても、その絶対量が少ないため、配管20及び噴射ノズル22に目詰まりを起こすまでには至らない。
In addition, a
According to such a configuration, since the reducing
一方、エンジン運転状態が変化して、尿素水溶液の噴射供給が再開されると、配管20及び噴射ノズル22には、尿素水溶液と空気とが勢いよく通過するため、その内壁で凝固した尿素が溶解して排気管16へと排出される。従って、尿素水溶液の噴射供給が断続的に行われたとしても、配管20及び噴射ノズル22の内壁には、尿素が徐々に蓄積されてしまうことがなく、エンジン運転状態に応じた尿素水溶液の噴射供給が可能なことから、所要のNOx浄化効率を長期間に亘って維持することができる。
On the other hand, when the engine operating state changes and the supply of urea aqueous solution is resumed, the urea aqueous solution and air pass through the
また、排気管16から還元剤供給装置18へ伝達される熱量をさらに減少させるべく、図3に示すように、排気管16の周壁に開口した開口部16Aを塞ぐフランジ24に、熱伝導率が良好な銅などからなる放熱フィン30を列設した空冷構造を採用してもよい。さらに、フランジ24の内部に冷却水通路を形成し、図4に示すように、冷媒としてのエンジン冷却水などを通過させる水冷構造を採用してもよい。なお、フランジ24における空冷構造及び水冷構造は、その両方を採用してもよい。
Further, in order to further reduce the amount of heat transferred from the
このよう構成を採用すると、排気管16からフランジ24へと伝達された排気熱は、放熱フィン30により放熱又は冷却水と熱交換し、配管20へと伝達される熱量が減少する。このため、還元剤供給装置18の使用温度が低下することから、還元剤供給装置18を排気管16により近づけることが可能となり、尿素水溶液の噴射供給とは無関係のボリュームが一層減少する。そして、配管20及び噴射ノズル22の内壁に付着する尿素水溶液の絶対量がさらに減ることから、その目詰まりを効果的に防止することができる。
When such a configuration is adopted, the exhaust heat transmitted from the
さらに、空冷構造又は水冷構造に代えて、排気管16の開口部16Aとフランジ24との間に、断熱材ガスケットを介在させるようにしてもよい。このようにすれば、排気管16の熱がフランジ24に伝達され難くなり、上記効果と同様な効果を発揮することができる。そして、特に、空冷構造又は/及び水冷構造に加え、開口部16Aとフランジ24との間に断熱材ガスケットを介在させるようにすれば、排気管16から還元剤供給装置18へと伝達される熱量が効率的に減り、還元剤供給装置18を排気管16に一層近づけることができる。
Further, instead of the air cooling structure or the water cooling structure, a heat insulating material gasket may be interposed between the
10 エンジン
14 NOx還元触媒
16 排気管
16A 開口部
18 還元剤供給装置
20 配管
22 噴射ノズル
24 フランジ
30 放熱フィン
DESCRIPTION OF
Claims (4)
エンジン運転状態に応じて、前記還元触媒に供給する液体還元剤の流量を制御する還元剤供給装置と、
前記排気系にフランジを介して固定され、前記還元触媒の排気上流に液体還元剤を噴射供給する噴射ノズルと、
前記還元剤供給装置と前記噴射ノズルとを連通接続させる配管と、
を含んで構成されるエンジンの排気浄化装置において、
前記配管を、セラミックス製の材料から構成したことを特徴とするエンジンの排気浄化装置。 A reduction catalyst disposed in the engine exhaust system for reducing and purifying nitrogen oxides with a liquid reducing agent;
A reducing agent supply device for controlling a flow rate of the liquid reducing agent supplied to the reduction catalyst according to an engine operating state;
An injection nozzle fixed to the exhaust system via a flange and supplying a liquid reducing agent to the exhaust upstream of the reduction catalyst;
Piping for connecting the reducing agent supply device and the injection nozzle in communication with each other;
In an exhaust emission control device for an engine comprising:
An exhaust emission control device for an engine, wherein the pipe is made of a ceramic material.
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