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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Japanese (ja)
Inventor
Yoshikazu Hayashi
Fumihiro Kuroki
Takeshi Miyamoto
Takehiro Sugimura
Yohei Sumiya
Kenichi Tanioka
武司 宮本
雄大 杉村
美和 林
洋平 角谷
謙一 谷岡
史宏 黒木
Original Assignee
Bosch Corp
ボッシュ株式会社
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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。 The present invention relates to a method of exhaust purification device and exhaust purification internal combustion engine. 特に、還元剤を用いて排気ガス中のNO X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。 In particular, an exhaust purifying apparatus and an exhaust purifying method for an internal combustion engine for purifying an exhaust gas NO X in the exhaust gas selectively reduced to 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、NO Xと称する)等が含まれている。 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. このNO X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。 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、NO X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、NO X触媒においてNO X (NOやNO 2 )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。 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, nitrogen and water, is to efficiently decompose releasing the carbon dioxide. 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、NO X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)。 As for the method of supplying the reducing agent in such a SCR system, as shown in FIG. 8, the reducing agent in the liquid stored in the tank 307, the liquid reducing agent is pumped by the liquid reducing agent supply pump 306, an exhaust pipe 302 through the injection nozzle 320 disposed within, it is common to supply the catalyst 303 absorbs NO X (see Patent Document 1).
特開2000−27627号公報 (特許請求の範囲 図1) JP 2000-27627 JP (claims Figure 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、NO X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NO X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。 However, SCR systems such as described in Patent Document 1, by spraying a reducing agent into the exhaust passage upstream of the NO X catalyst is intended to flow to the NO X catalyst after having mixed with the exhaust gas, the exhaust in a state where the flow rate and temperature of the gas is changed to non-stationary, the injected reducing agent there is a problem that uniformly dispersed hard in the exhaust gas. このような状態で排気ガスをNO X触媒に流入させると、還元剤がNO X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NO X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NO X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。 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 while lowering, would be released into the passing excess reducing agent as NO X catalyst in the atmosphere in overcrowded portion reducing agent, there may occur a so-called slip phenomenon.

そこで、本発明の発明者らは鋭意努力し、NO X触媒の上流側にスワーラを配置し、NO X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。 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 heading, in which the present invention has been completed.
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、NO X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、NO X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。 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 while is to provide an exhaust purification device and exhaust purification method for an internal combustion engine capable of improving 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NO Xを還元するためのNO X触媒と、NO X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NO X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, disposed in an exhaust passage of an internal combustion engine, reducing the exhaust passage in the NO X catalyst for reducing NO X in the exhaust gas discharged from an internal combustion engine, upstream of the NO X catalyst a exhaust gas control apparatus for an internal combustion engine and a reducing agent injection unit for injecting agents, at the upstream side of the NO X catalyst in the exhaust passage, in order to uniformly disperse the reducing agent into the exhaust gas it is an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine having a swirler is provided, it is possible to solve the problems described above.

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。 Further, in configuring the exhaust purification system of an internal combustion engine of the present invention, it is preferable that the swirler comprises 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 purification system of an internal combustion engine of the present invention, when viewed along the swirler in the arrangement direction of the exhaust passage, it is preferably provided as a plurality of holes overlap.

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。 Further, in configuring the exhaust purification system of an internal combustion engine of the present invention is preferably provided with a swirler upstream of the reducing agent injection section.

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。 Further, in configuring the exhaust purification system of an internal combustion engine of the present invention is preferably provided with a swirler downstream of the reducing agent injection section.

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NO Xを、排気通路中に配置されたNO X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NO X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NO X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, the NO X in the exhaust gas discharged from an internal combustion engine, as well as absorb using placed NO X catalyst in the exhaust passage, an internal combustion engine for purifying 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 purifying method for an internal combustion engine to flow.

本発明の内燃機関の排気浄化装置によれば、NO X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NO X触媒に流入させることができる。 According to the exhaust purification system of an internal combustion engine of the present invention, by providing a swirler upstream of the NO X catalyst can be made to flow to the NO X catalyst in a state of being uniformly dispersed reducing agent into the exhaust gas. したがって、還元剤がNO X触媒の一部の領域に集中してNO X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、NO Xの還元効率を向上させることができる。 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.
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。 Further, in the exhaust purification system of an internal combustion engine of the present invention, when a hole is provided in the swirler can reduce the pressure loss of the exhaust gas, it is possible to reduce the burden on the internal combustion engine.

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。 Further, in the exhaust purification system of an internal combustion engine of the present invention, in the case of arranging the swirler upstream of the reducing agent injection means, the reducing agent can be prevented from being crystallized attached to swirler. 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。 On the other hand, in the case of arranging the swirler downstream of the reducing agent injection means, likely to more evenly distribute the reducing agent.

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、NO X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NO X触媒に流入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. したがって、還元剤がNO X触媒の一部の領域に集中してNO X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、NO Xの還元効率を向上させることができる。 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。 It will be described in detail embodiments of the exhaust purification device and exhaust purification method of an internal combustion engine according to the present invention. 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。 However, such an embodiment, showing an embodiment of the present invention, not intended to limit the invention, it is possible to arbitrarily changed within the scope of the present invention.

[第1の実施の形態] First Embodiment
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NO Xを還元するためのNO X触媒と、NO X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NO X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。 The first embodiment of the present invention is disposed in an exhaust passage of an internal combustion engine, the NO X catalyst for reducing NO X in the exhaust gas discharged from an internal combustion engine, upstream of the NO X catalyst in an exhaust gas purifying apparatus for 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, uniformly reducing agent into the exhaust gas an exhaust gas purifying method using the exhaust gas purifying device and such an exhaust purifying apparatus for an internal combustion engine equipped with a swirler for dispersing.
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。 Referring to FIGS, specifically described exhaust gas purifying apparatus and an exhaust purifying method for an internal combustion engine of the present embodiment.

1. 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。 Exhaust purification apparatus will be described first exhaust purification system of an internal combustion engine of the present embodiment. 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。 Figure 1 is a diagram showing the overall configuration of an exhaust purification system of an internal combustion engine of 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NO X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) As the internal combustion engine 5 for discharging the engine exhaust gases, although a diesel engine or a gasoline engine is typically include a relatively large amount of the NO X in the exhaust gas, it is essential attachment of the exhaust gas purifying device it is suitable to target the diesel engine.

(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、NO X触媒15が配置されている。 (2) exhaust passage The exhaust passage 11 is connected to an exhaust port of the internal combustion engine 5, in the way, NO X catalyst 15 is arranged. 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。 Sectional shape of the exhaust passage 11 may be circular, elliptical, or prismatic, etc. and is not particularly limited in particular.

(3)NO X触媒 また、NO X触媒15は、排気ガス中に含まれるNO Xを還元して排気ガスを浄化するための部材である。 (3) NO X catalyst addition, NO X catalyst 15 is a member for by reducing the NO X contained in exhaust gas to purify the exhaust gas. 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NO 2を選択的に還元し、窒素(N 2 )や水(H 2 O)、二酸化炭素(CO 2 )などに分解して放出することができる。 That is, using a reducing agent such as urea coming conveyed is mixed into the exhaust gas or HC, and selectively reduces NO and NO 2 contained in the exhaust gas, nitrogen (N 2) and water (H 2 O), carbon dioxide (CO 2) can be decomposed to release the like. 使用可能なNO X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。 The usable NO X catalyst is not particularly limited, those known, for example, on a porous carrier, strontium or barium as active ingredient, and alkaline earth metals and such as magnesium, cerium and lanthanum, etc. rare earth metals, can be used, including a noble metal such as platinum and rhodium.

(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NO XをNO X触媒で還元させるために、NO X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。 (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 a part for supplying. 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、NO X触媒に対して流入する。 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.
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、NO X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。 Here, when the type of the reducing agent injected into the exhaust passage is not particularly limited, primarily, as it can be urea water, ammonia solution, the fuel gas (HC) or the like to reduction reaction NO X it can be suitably used if.

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。 Here, FIG. 2 shows a configuration example of the reducing agent injection control system 30 for ejecting the reducing agent from the reducing agent injection section 15.
この構成例では、排気通路11中に配置されたNO X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。 In this configuration example, it is disposed on the upstream side of the NO X catalyst 15 disposed in the exhaust passage 11, and the injection nozzle (reducing agent injection portion) 13 for injecting reducing agent into the exhaust gas, the injection nozzle 13 a tank 31 which stores the reducing agent in the liquid to be supplied, and includes an air compressor 33 for supplying air to mix the liquid reducing agent supplied from the tank 31. 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。 Further, a pump 35 for pumping liquid reducing agent in the tank 31, provided with a injector 36 for injecting liquid reducing agent that has been pumped into the mixing chamber 39, the air being transferred from the air compressor 33 an adjusting valve 37 for adjusting the amount fed to the mixing chamber 39, and a throttle valve 41 for adjusting the pressure of air fed to the mixing chamber 39. 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。 Furthermore, between the pump 35 and the injector 36, and a discharge valve 34 for discharging the reducing agent from the supply line after the reducing agent injection.

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NO X触媒15の上流側に噴霧される。 In this configuration example of the reducing agent injection system 30, in the mixing chamber 39 is pumped from the tank 31, mixing the compressed air to the reducing agent in the liquid that is injected by the injector, atomized since the reducing agent There through the injection nozzle 13, is sprayed on the upstream side of the NO X catalyst 15 in the exhaust passage.

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。 The pump 35, the discharge valve 34 used in the reducing agent injection system shown in FIG. 2, the air compressor 33 is not limited in particular, can be appropriately used a known. 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。 However, in the case of large vehicles trucks and buses etc., for general air compressor is provided, it is possible to together the air compressor as an air compressor 33 described above.

(5)スワーラ スワーラ17は、NO X触媒15の上流側に配置され、NO X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。 (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. 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NO X触媒15に不均一に流入することとなる。 That is, in a state in which the flow rate and temperature of the exhaust gas changes in non-stationary, the reducing agent sprayed from the reducing agent injection unit (injection nozzle) 13 described above, NO X in admixture biased in the exhaust gas so that the unevenly flows into the catalyst 15. そうすると、NO X触媒15において、還元剤が希薄な領域ではNO X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NO X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。 Then, resulting in NO X catalyst 15, while the reducing agent is lowered reduction efficiency of the NO X in the lean region, the slip phenomenon without excess of the reducing agent in the reducing agent is congested area used for the reduction of the NO X , it would be released into the atmosphere as ammonia or hydrocarbons. そのため、NO X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。 Therefore, by arranging the swirler 17 to the upstream side of the NO X catalyst 15, the exhaust gas becomes swirling flow, the reducing agent is easily dispersed uniformly in the exhaust gas. 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NO X触媒に流入させることができる。 Therefore, it is possible to flow the NO X catalyst in a state of uniformly dispersing the reducing agent in the exhaust gas. よって、還元剤のスリップ現象を防止しつつ、NO Xの還元効率の向上を図ることができる。 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。 An example of such a swirler shown in FIG. 3 (a) ~ (c). 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。 3 (a) is a side view of a swirler 17A, FIG. 3 (b) is a perspective view of a swirler 17A. 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。 Further, FIG. 3 (c) shows a state of arranging the swirler 17A in the exhaust passage. 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。 The swirler 17A is disposed in the exhaust passage, in the inlet portion, the channel in which two or more regions 17a, together are divided into 17b · · ·, exhaust gas that has entered the respective regions pivots after passing through the outlet 17a ', by being discharged from 17B' · · ·, it is possible to generate a swirling flow in the exhaust gas passing through the swirler 17A.
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。 Further, such a swirler, it is possible to change the total length in accordance with the turning degree. 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。 That is, as shown in FIG. 4 (a), or by arranging a plurality of swirlers 17 in series, as shown in FIG. 4 (b), by longer or the length of one swirler 17, the exhaust time gas passes through the swirler 17 made longer, it is possible to change the turning degree.

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。 Further, as shown in FIG. 5 (a) ~ (b), the swirler 17B preferably has an aperture 18. 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。 This is because the exhaust gas, by easily pass through the swirler, with less pressure loss of the exhaust gas, it is because it so that the exhaust pressure of the internal combustion engine does not increase. 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。 Therefore, it is possible to reduce the adverse effects on the internal combustion engine.

また、NO X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。 Further, NO Upon placing the swirler upstream of the X catalyst, as shown in FIG. 6 (a) ~ (b), the arrangement position, upstream or downstream of the reducing agent injection unit (injection nozzle) 13 described above it may be any of the side. 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。 Furthermore, as shown in FIG. 6 (c), it may be located in both upstream and downstream of the reducing agent injection section 13.
例えば、図6(a)に示すように、NO X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。 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 state, it is possible to mix the atomized reducing agent, can be prevented from being crystallized reducing agent adheres to the swirler. 一方、図6(b)に示すように、NO X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。 On the other hand, as shown in FIG. 6 (b), a upstream side of the NO X catalyst 15, and, when placed on the downstream side of the injection nozzle 13 of the reducing agent, atomized reducing agent into the exhaust gas the exhaust gas mixed state can stir 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、NO X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。 (6) lambda sensor Others, although not shown, the exhaust gas purification apparatus of the present embodiment, in order to estimate the deterioration state of the NO X catalyst can be arranged a lambda sensor upstream and downstream of the SCR catalyst . 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。 Is not particularly limited as such a lambda sensor can be appropriately used a known.

(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、NO X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。 (7) oxidation catalyst addition, in the exhaust passage in the exhaust gas discharged from an internal combustion engine, upstream and downstream, or to either of the NO X catalyst, it is preferable to arrange the oxidation catalyst.
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NO 2にし、NOとNO 2との比率を制御することにより、NO X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。 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 it is possible to optimize the efficiency. 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、NO X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。 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. したがって、NO X触媒の温度が活性化温度に到達していない場合等に、NO X触媒の温度を迅速に高めることができる。 Therefore, like the case where the temperature of the NO X catalyst has not reached the activation temperature, the temperature of the NO X catalyst can be rapidly increased.
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、NO X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。 On the other hand, in the case of arranging the oxidation catalyst on the downstream side of the urea as a reducing agent causes a chance slip phenomenon, even when passing through the NO X catalyst, is oxidized in the oxidation catalyst than ammonia toxicity This is because it can be transformed into a low nitrogen oxides.
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。 There are no particular limitations on the oxidation catalyst can be used, known, for example, those obtained by supporting platinum on alumina, can be used with the addition of rare earth elements such as a predetermined amount of cerium.

2. 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。 Exhaust gas purifying method Next, an exhaust purifying method for an internal combustion engine will be described using the exhaust gas purifying apparatus 10 shown in the above FIG. 6 (a). かかる排気浄化方法は、還元剤として尿素を用い、NO X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。 Such exhaust gas purifying method using the urea as the reducing agent, using the upstream side and reducing agent swirler 17 disposed on the upstream side of the injection portion 13 of the NO X catalyst 15, the exhaust gas purifying method of generating 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。 In such an exhaust purifying method, the exhaust gas discharged from the internal combustion engine 5, the swirling flow is generated by passing through the swirler 17 arranged in the middle of the exhaust passage 11. 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。 Thus, the reducing agent is easily dispersed uniformly in the exhaust gas.
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。 Then, the exhaust gas swirl flow occurs, the atomized urea water supplied by the reducing agent injection system to inject the reducing agent injection unit (injection nozzle) 13. 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。 Thereby, atomized 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、NO X触媒15に流入する。 Then, the exhaust gas atomized urea water is uniformly dispersed flows into the NO X catalyst 15. 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NO X触媒15上に吸蔵され、NO Xと選択的に反応してNO Xを還元させる。 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.
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、NO X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、NO X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。 At this time, if the exhaust gas purifying method of the present embodiment, since the atomized urea water is uniformly dispersed in the exhaust gas, since the flow uniformly over the entire surface of the NO X catalyst, the reducing agent is one 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、NO X触媒の上流側にスワーラを備えることにより、還元剤をNO X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、NO X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 thereby improving the purification efficiency.

[第2の実施の形態] Second Embodiment
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NO Xを吸収するためのNO X触媒と、NO X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NO X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。 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, characterized in that it comprises a perforated plate for.

1. 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。 Exhaust gas purifier 7 is a diagram showing an exemplary configuration of the exhaust purification apparatus 50 of this embodiment.
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。 Such exhaust gas purifying device 50, instead of the swirler in the first embodiment, an exhaust gas purification device 50 using the perforated plate 57. 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。 The perforated plate 57, as long as it can generate a shear flow or vortex flow in the exhaust gas passing through is not particularly limited, as a representative and may be mentioned punching metal.
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。 That is, the flow rate and temperature of the exhaust gas from the hard reducing agent are uniformly dispersed in the non-constantly changing conditions, the exhaust gas, by generating shear flow and vortex flow by passing the perforated plate, exhaust it is intended to promote the mixing of the gases.

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、NO X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。 Also, the position of the perforated plate 57 may similarly to the swirler of the first embodiment, the upstream side of the NO X catalyst 55, be either upstream or downstream of the reducing agent injection section 53 , it may be disposed on the both.
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, there is no particular restriction on the size and density of the holes of the perforated plate 57, it is preferable to determine in view and the degree of generation of turbulence, the degree of 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 and the exhaust passage 51, in order for the reducing agent supply system and the like can be the same as the first embodiment, description thereof will be omitted here.

2. 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。 Exhaust gas purifying method below, the exhaust purification method will be specifically described using the exhaust gas purifying apparatus 50 of the present embodiment shown in FIG. かかる排気浄化方法は、還元剤として尿素を用い、NO X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。 Such exhaust gas purifying method using the urea as the reducing agent, the upstream side and of the NO X catalyst 55, generating a shear turbulence or vortices using punching metal 57 disposed on the upstream side of the reducing agent injection part 53 into the exhaust gas is allowed, it is an exhaust gas purification method for uniformly dispersing the reducing agent 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。 In such an exhaust purifying method, the exhaust gas discharged from the internal combustion engine 5 passes through the punching metal 57 disposed midway of the exhaust passage 51. 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。 Thus, shear turbulence or swirl in the exhaust gas is generated, the reducing agent is easily evenly dispersed.
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。 Then, the exhaust gas shear turbulent or vortex flow is generated, the mist of the urea water supplied by the reducing agent injection system to inject the reducing agent injection unit (injection nozzle) 53. 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。 Thereby, atomized 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、NO X触媒55に流入する。 Then, the exhaust gas atomized urea water is uniformly dispersed flows into the NO X catalyst 55. 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NO X触媒55上に吸蔵され、NO Xと選択的に反応してNO Xを還元させる。 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.
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、NO X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、NO X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。 At this time, if the exhaust gas purifying method of the present embodiment, since the atomized urea water is uniformly dispersed in the exhaust gas, since the flow uniformly over the entire surface of the NO X catalyst, the reducing agent is one 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、NO X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NO X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、NO X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 it is possible to improve the purification efficiency.

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。 Is a diagram illustrating an example of an exhaust gas purifying apparatus of the first 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 diagram illustrating a configuration example of the reducing agent injection system in the exhaust purification system of the first embodiment. スワーラの立面図及び斜視図である。 It is an elevational view and a 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。 Is a diagram showing an exhaust purification device for changing the total length of the swirler. 複数の孔を備えたスワーラを示す図である。 It is a diagram illustrating a swirler having a plurality of holes. 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 view for explaining the arrangement of the 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。 Is a diagram illustrating an example of an exhaust purifying apparatus of the second embodiment. 従来の排気浄化装置の構成を示す図である。 It is a diagram showing a configuration of a conventional exhaust purification system.

符号の説明 DESCRIPTION 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:NO X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)

  1. 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NO Xを還元するためのNO X触媒と、前記NO X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、 Disposed in an exhaust passage of an internal combustion engine, the NO X catalyst for reducing NO X in the exhaust gas discharged from the internal combustion engine, a reducing agent into the exhaust passage upstream of the NO X catalyst injection a reducing agent injection unit for, in the exhaust purification apparatus for an internal combustion engine having a
    前記排気通路における前記NO X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。 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.
  2. 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。 An exhaust purification system of an internal combustion engine according to claim 1, wherein the swirler and having a hole.
  3. 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。 When viewed along the swirler at the arrangement direction of the exhaust passage, an exhaust purification system of an internal combustion engine according to claim 1 or 2, characterized in that provided as the plurality of holes overlap.
  4. 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。 An exhaust purification system of an internal combustion engine according to claim 1, characterized in that it comprises the swirler upstream of the reducing agent injection section.
  5. 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。 An exhaust purification system of an internal combustion engine according to claim 1, characterized in that it comprises the swirler on a downstream side of the reducing agent injection section.
  6. 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NO X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NO Xを浄化する内燃機関の排気浄化方法において、 It supplies a reducing agent into an exhaust passage of an internal combustion engine, the method of the exhaust gas purification internal combustion engine for purifying NO X in the exhaust gas discharged from the internal combustion engine with a NO X catalyst that is disposed on the exhaust passage in,
    前記排気通路中の前記NO X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NO X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。 The swirler said provided on the upstream side of the NO X catalyst in the exhaust passage, wherein by generating a swirl flow in the exhaust gas, the reducing agent to the NO X catalyst was uniformly dispersed in the exhaust gas exhaust gas purifying method for an internal combustion engine, characterized in that to flow.
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