JP2008082253A

JP2008082253A - 液体還元剤噴射ノズルの構造

Info

Publication number: JP2008082253A
Application number: JP2006263802A
Authority: JP
Inventors: Yushi Naito; 雄史内藤
Original assignee: UD Trucks Corp
Current assignee: UD Trucks Corp
Priority date: 2006-09-28
Filing date: 2006-09-28
Publication date: 2008-04-10

Abstract

【課題】排気通路内に液体還元剤を略均一に分布させ、排気中への液体還元剤の噴霧の拡散、混合を良好にして液体還元剤の利用効率を高めることが可能な液体還元剤噴射ノズル構造を提供する。
【解決手段】消音装置の上流側排気通路１８に固定したボス部３０に取付けたノズル基端部２１Ａから排気通路中心に向けて突出させたノズル先端部２１Ｂの先端に、扁平形状の噴孔２１Ｃを形成し、噴孔２１Ｃから上流側排気通路１８内の排気の流れを横切るように扇状に液体還元剤を噴射供給する。
【選択図】図５

Description

本発明は、液体還元剤を用いて排気中のＮＯｘを低減する排気浄化システムで使用する液体還元剤噴射ノズルに関し、特に、排気通路内に液体還元剤を略均一に分布させるように噴射供給して液体還元剤の利用効率を高める液体還元剤噴射ノズルの構造に関する。

ディーゼルエンジンやガソリンエンジン等、エンジンから排出される排気に含まれるＮＯｘを除去する排気浄化システムとして、エンジン排気系に配設された還元触媒の上流に、エンジン運転状態に応じた必要量の液体還元剤を噴射供給することで、排気中のＮＯｘと液体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排気浄化システムが提案されている（例えば、特許文献１及び特許文献２参照）。ここで、還元反応には、ＮＯｘと反応性が良好なアンモニアを還元剤として用い、液体還元剤としてアンモニアの発生源である尿素水溶液が用いられる。尚、還元剤としては、アンモニアに限らず、アンモニア水、軽油等の炭化水素、アルコール等を用いることが考えられる。

このような排気浄化装置では、排気通路内に液体還元剤を噴射供給する噴射ノズルを、排気通路の壁面側から通路中心側に突出させ、ノズル先端部を排気の流れ方向の下流側に向けて折り曲げて排気通路壁に固定している。そして、ノズル先端部の周囲に複数の噴孔を配置形成し、これら噴孔から液体還元剤として例えば尿素水溶液を排気通路壁面方向に向けて噴射供給することにより、噴射された液体還元剤が排気の流れによって排気中に拡散、混合して還元触媒によるＮＯｘ浄化率を向上させている。
特開２０００−２７６２７号公報特開２００５−９０４２４号公報

ところで、液体還元剤噴射ノズルを排気通路内へ突出させる場合、排気通路内に液体還元剤を略均一に分布させるにはノズル先端部を通路の略中心に配置するのが望ましいが、
噴射ノズルの支持構造が片持ち支持であるため、突出長さが長いと車体振動の影響を受け易く、特に、大型車の場合、工事現場等の悪路では車体振動等により噴射ノズルが大きく振動する虞れがある。従って、現状では図７に示すように噴射ノズル１の突出長さを排気通路２の中心より手前（図中の左側）にしている。このため、排気流れ方向の下流側に向けて折り曲げたノズル先端部１Ａの噴孔から通路壁面方向に噴射される液体還元剤の噴霧（図中破線で示す）の中心が排気通路２の中心に対してオフセットしているので、噴霧の分布に偏りが生じて液体還元剤を排気中に均一に分布させることが難しかった。また、一部の噴霧がノズル取付け側の排気通路２の壁面に付着し易く、還元反応に使用されない無駄な液体還元剤の量が多いという問題がある。

本発明は上記問題点に着目してなされたもので、噴射ノズルの耐振性を低下させずに、排気通路内に液体還元剤の噴霧を略均一に分布でき、液体還元剤の利用効率を向上できる液体還元剤噴射ノズルの構造を提供することを目的とする。

このため、請求項１の発明は、窒素酸化物を液体還元剤で還元浄化する還元触媒を介装した排気通路の前記還元触媒より上流の排気通路壁面に取付けられ、排気通路内に前記液体還元剤を噴射供給する液体還元剤噴射ノズルにおいて、前記排気通路のノズル取付け部壁面から通路中心に向けて突出させたノズル先端部の先端に、扁平形状の噴孔を形成し、該噴孔から排気通路内の排気の流れを横切るように前記液体還元剤を噴射供給することを特徴とする液体還元剤噴射ノズルの構造とした。

具体的には、請求項２のように、前記噴孔の断面長手方向が排気の流れ方向に対して略直交するよう、前記排気通路の壁面に取付けるとよい。
更に、請求項３のように、前記噴孔は、中央部を絞った形状とするとよい。

また、請求項４のように、前記排気通路の前記ノズル取付け部壁面に設けたボス部にノズル基端部を固定して取付ける構造であって、前記ノズル基端部を、当該ボス部のノズル基端部嵌合部と略同一形状に形成し、排気通路内に臨む前記嵌合部及び前記ノズル基端部の各先端面を、排気通路内壁面と略面一となるように形成するとよい。

本発明の液体還元剤噴射ノズルの構造によれば、噴孔を扁平形状として噴孔から排気通路内の排気の流れを横切るように液体還元剤を噴射供給するようにしたので、通路断面全体に扇状の噴霧が形成され、液体還元剤の排気中への拡散、混合が良好になる。また、排気通路壁からのノズル突出長さを短くできるので、耐振性が低下することがない。従って、耐振性を損なうことなく液体還元剤の利用効率を向上することができ、延いては、液体還元剤の消費量低減に伴って燃費を改善できるようになる。

また、噴孔の中央部を絞った形状にすれば、噴霧の中心部の到達距離が長くなり、より一層偏りのない拡がりを持った噴霧を形成できるので、排気中に液体還元剤をより均一に分布させることができ、液体還元剤の利用効率を更に向上することができる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の液体還元剤噴射ノズル構造の実施形態を適用する排気浄化機能付き消音装置の内部構造を示す図である。
図１において、排気浄化機能付き消音装置１０は、ケース１１の図中右側側面に、排気流入部１２と、該排気流入部１２の図中手前側に排気排出部１３（図中、２点鎖線で示す）が設けられている。また、ケース１１外周囲には、適所に車両に固定するための取付けフランジ部１４が設けられている。ケース１１の内部には、排気流入部１２に形成した多数の孔１５を介して排気流入部１２と連通する拡張室１６と、該拡張室１６と反対側の側面で排気流れを折返す折返部１７と、拡張室１６と折返部１７とを連通する上流側排気通路１８と、折返部１７と排気排出部１３とを連通する下流側排気通路１９とが形成されている。

上流側排気通路１８には、排気中のＮＯをＮＯ₂へと酸化させる酸化触媒２０と、該酸化触媒２０の下流側に例えば尿素水溶液等の液体還元剤を噴射供給する液体還元剤噴射ノズル２１と、をそれぞれ配設する。尚、本実施形態の液体還元剤噴射ノズル２１については後に詳述する。

また、下流側排気通路１９には、ＮＯｘを液体還元剤により還元浄化するＮＯｘ還元触媒２２と、該ＮＯｘ還元触媒２２の下流側にＮＯｘ還元触媒２２を通過した液体還元剤を酸化浄化する還元剤酸化触媒２３とをそれぞれ配設する。

更に、折返部１７の上流側排気通路１８側に連通する部分には、折返部１７で排気流れに鉛直方向の渦を生成して液体還元剤を拡散するためのリング部材２４が配設してある。リング部材２４は、周方向に沿って等間隔に複数の開口部としての孔２４ａを有し、これら孔２４ａを介して、上流側排気通路１８から折返部１７に流入する排気を、その排気の流れ方向と略平行な折返部壁面１７ａ方向に案内する構成である。

図２は、図１の矢印Ａ方向から見た場合の、排気流入部１２、排気排出部１３、液体還元剤噴射ノズル２１、上流側排気通路１８及び下流側排気通路１９の位置関係を示すものである。

かかる消音装置１０の排気浄化動作を簡単に説明する。
図１の矢印で示す如く、排気流入部１２から流入した排気は、孔１５を介して拡張室１６に流入し、上流側排気通路１８、折返部１７、下流側排気通路１９へと順次流れ、排気排出部１３から排出される。この際、上流側排気通路１８において酸化触媒２０で排気中のＮＯをＮＯ₂に酸化した後、液体還元剤噴射ノズル２１から液体還元剤を排気中に噴射供給する。液体還元剤を含んだ排気は、折返部１７においてリング部材２４の孔２４ａから噴射し、このリング部材２４の作用により、液体還元剤が排気中に効果的に拡散、混合して下流側排気通路１９のＮＯｘ還元触媒２２へ流入する。そして、ＮＯｘ還元触媒２２で排気中のＮＯｘを液体還元剤で還元浄化し、還元剤酸化触媒２３で残存する液体還元剤を酸化浄化した後、排気排出部１３から排出する。

次に、図３及び図４を参照して本実施形態の液体還元剤噴射ノズル２１について詳述する。
本実施形態の液体還元剤噴射ノズル２１は、ノズル基端部２１Ａが、図３に示すように排気浄化機能付き消音装置１０の上流側排気通路１８の壁面に固定したボス部３０に例えばボルト３１等で固定されて取付けられている。ノズル基端部２１Ａの一部はボス部３０のノズル基端部嵌合部３０Ａに嵌合し、ノズル基端部２１Ａから突出長さを短くしたノズル先端部２１Ｂが上流側排気通路１８の壁面側から通路中心方向に向けて突出している。

前記ノズル先端部２１Ｂは、その先端を図４（Ａ）、（Ｂ）に示すように扁平形状に形成し、その先端を開口して扁平形状の噴孔２１Ｃが形成されており、噴孔２１Ｃの断面長手方向（図４（Ｂ）において図中左右方向）が図３の矢印Ｂで示す排気の流れ方向に対して略直交するように壁面に取付けられている。これにより、前記噴孔２１Ｃから上流側排気通路１８内の排気の流れを横切るように液体還元剤が上流側排気通路１８内に噴射供給される。

また、前記ボス部３０のノズル基端部嵌合部３０Ａに嵌合するノズル基端部２１Ａを、前記ノズル基端部嵌合部３０Ａと略同一形状に形成し、上流側排気通路１８内に面する嵌合部３０Ａ及びノズル基端部２１Ａの各先端面３０ａ，２１ａを、図３及び後述の図５に示すように上流側排気通路１８の内壁面と略同一となるように曲面形状に形成してある。

かかる本実施形態の液体還元剤噴射ノズル構造によれば、ノズル取付け部壁面に近い位置から、扁平形状の噴孔２１Ｃによって対面する排気通路壁面方向に排気の流れ方向Ｂを横切るように液体還元剤が噴射供給される。これにより、図５の点線で示すように上流側排気通路１８の通路断面全体に略扇状の噴霧が形成され、従来と比較して上流側排気通路１８内に噴霧を均一に分布させることができる。従って、液体還元剤の排気中への拡散、混合が良好となり、液体還元剤の利用効率を高めることができる。

また、図７に示す従来のようにボス部３先端を排気通路２内に突出させず、また、ノズル基端部１Ｂとボス部３との間に空間部４が生じないよう、本実施形態では噴射ノズル２１の基端部２１Ａをボス部３０の嵌合部３０Ａの形状に合わせて形成し、しかも、上流側排気通路１８内に面したボス部嵌合部３０Ａの先端面３０ａ及び噴射ノズル基端部２１Ａの先端面２１ａを、上流側排気通路１８の内壁面と略面一にして上流側排気通路１８の内壁面との段差をなくすようにしたので、乱流の発生を防止でき排気の流れがスムーズとなる。また、噴孔２１Ｃに近いノズル取付け部壁面側に向けて直接噴射される噴霧がないので、ノズル取付け部壁面側に付着する液体還元剤を減少できる。これにより、噴霧の拡散、混合がより促進されると共に、上流側排気通路１８の壁面等に付着残留する液体還元剤の量を従来と比較して格段に減らすことができるので、噴孔２１Ｃの扁平形状と相まって、更に液体還元剤の利用効率を向上できる。従って、液体還元剤の消費量低減によって燃費を向上できるようになる。更に、ノズル先端部２１Ｂの突出長さを短くできるので、耐振性が低下することはない。

上記の実施形態では、噴孔２１Ｃの形状として、噴孔断面の長手方向においてその両端と中央部を同じ幅形状としたが、図６に示すように中央部を絞った扁平形状の噴孔２１Ｃとすれば、噴孔２１Ｃの両端より中央部から噴射された噴霧の方が勢いが強いので、図５の二点鎖線で示すように、噴霧の中央部を更に対面する排気通路壁面の近くまで到達させることができるので、上記実施形態より更に上流側排気通路１８内に噴霧を均一に分布させることができ、液体還元剤の排気中への拡散、混合をより一層良好にすることができる。

尚、上記実施形態では、本発明を排気浄化機能付き消音装置に適用した例を示したが、エンジンに接続する通常の排気管にＮＯｘ還元触媒を介装して排気を浄化するような排気浄化装置等、液体還元剤を利用する他の排気浄化装置にも適用できることは言うまでもない。

本発明に係る液体還元剤噴射ノズルを適用する排気浄化機能付き消音装置の内部構造を示す図図１の矢印Ａ方向から見た場合の、排気流入部、排気排出部、噴射ノズル、上流側排気通路及び下流側排気通路の位置関係を示す図本発明の液体還元剤噴射ノズルの実施形態を示す取付け状態を示す図（Ａ）は同上実施形態の噴射ノズルのノズル先端部の拡大図、（Ｂ）は噴孔形状を示す図同上実施形態の噴射ノズルによる噴霧状態の説明図噴射ノズルの変形例を示す図従来の噴射ノズルによる噴霧状態の説明図

符号の説明

１０消音装置
１８上流側排気通路
１９下流側排気通路
２１液体還元剤噴射ノズル
２１Ａノズル基端部
２１Ｂノズル先端部
２１Ｃ噴孔
２２ＮＯｘ還元触媒
３０ボス部
３０Ａノズル基端部嵌合部

Claims

窒素酸化物を液体還元剤で還元浄化する還元触媒を介装した排気通路の前記還元触媒より上流の排気通路壁面に取付けられ、排気通路内に前記液体還元剤を噴射供給する液体還元剤噴射ノズルにおいて、
前記排気通路のノズル取付け部壁面から通路中心に向けて突出させたノズル先端部の先端に、扁平形状の噴孔を形成し、該噴孔から排気通路内の排気の流れを横切るように前記液体還元剤を噴射供給することを特徴とする液体還元剤噴射ノズルの構造。
前記噴孔の断面長手方向が排気の流れ方向に対して略直交するよう、前記排気通路の壁面に取付けたことを特徴とする請求項１に記載の液体還元剤噴射ノズルの構造。
前記噴孔は、中央部を絞った形状とすることを特徴とする請求項１又は２に記載の液体還元剤噴射ノズルの構造。
前記排気通路の前記ノズル取付け部壁面に設けたボス部にノズル基端部を固定して取付ける構造であって、前記ノズル基端部を、当該ボス部のノズル基端部嵌合部と略同一形状に形成し、排気通路内に臨む前記嵌合部及び前記ノズル基端部の各先端面を、排気通路内壁面と略面一となるように形成したことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の液体還元剤噴射ノズルの構造。