JP2009013862A - Exhaust emission control device of internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、内燃機関の排気浄化装置に関する。 The present invention relates to an exhaust emission control device for an internal combustion engine.
内燃機関の排気通路に吸蔵還元型NOx触媒(以下、単にNOx触媒という。)を配置する技術が知られている。このNOx触媒は、流入する排気の酸素濃度が高いときに排気中
のNOxを吸蔵し、流入する排気の酸素濃度が低下し且つ還元剤が存在するときに吸蔵し
ていたNOxを還元する。
A technique is known in which an NOx storage reduction catalyst (hereinafter simply referred to as a NOx catalyst) is disposed in an exhaust passage of an internal combustion engine. This NOx catalyst occludes NOx in the exhaust when the oxygen concentration of the inflowing exhaust gas is high, and reduces the NOx occluded when the oxygen concentration of the inflowing exhaust gas decreases and a reducing agent is present.
また、酸化能を有する触媒を担持または上流に備えたパティキュレートフィルタ(以下、単にフィルタという。)を備え、排気中の粒子状物質(以下、PMという。)を捕集する技術が知られている。フィルタに捕集されているPM量が一定量に達すると、酸化能を有する触媒に還元剤を供給し、該フィルタの温度を上昇させることによりPMを酸化させて除去することができる。このようにPMを除去することをフィルタの再生という。 Also known is a technique for collecting particulate matter (hereinafter referred to as PM) in exhaust gas, which includes a particulate filter (hereinafter simply referred to as filter) carrying or having a catalyst having oxidation ability. Yes. When the amount of PM collected in the filter reaches a certain amount, the reducing agent is supplied to the catalyst having oxidation ability, and the temperature of the filter is raised to oxidize and remove PM. This removal of PM is referred to as filter regeneration.
そして、排気を螺旋状に通過させることにより、排気中に含まれるPMに遠心力を与え、排気浄化装置の外壁の内側に集塵する技術が知られている(例えば、特許文献1参照。)。
このようにNOxを還元したりフィルタの再生をしたりするために、例えば燃料の噴射
等により触媒に流入する排気の空燃比をリッチ空燃比とする。しかし、排気中に燃料を噴射したときに、燃料の拡散が不十分になる虞がある。このように燃料が拡散しないと、触媒に流入する排気の空燃比が高すぎたり低すぎたりする箇所ができる。このような場合、NOx触媒においてNOxが十分に還元されない。また、フィルタの温度が十分に上昇しないため、フィルタの再生が困難となる。さらに、燃料噴射弁の噴孔が排気に臨んでいると該噴孔にデポジットが付着して燃料添加弁が詰まる虞がある。
In order to reduce NOx and regenerate the filter in this way, the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the catalyst by, for example, fuel injection or the like is set to a rich air-fuel ratio. However, when the fuel is injected into the exhaust gas, there is a possibility that the diffusion of the fuel becomes insufficient. If the fuel does not diffuse in this way, there are places where the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the catalyst is too high or too low. In such a case, NOx is not sufficiently reduced in the NOx catalyst. In addition, since the temperature of the filter does not rise sufficiently, it is difficult to regenerate the filter. Furthermore, if the injection hole of the fuel injection valve faces exhaust, deposits may adhere to the injection hole and the fuel addition valve may be clogged.
本発明は、上記したような問題点に鑑みてなされたものであり、内燃機関の排気浄化装置において、還元剤をより拡散させることができる技術を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a technique capable of further diffusing a reducing agent in an exhaust purification device of an internal combustion engine.
上記課題を達成するために本発明による内燃機関の排気浄化装置は、以下の手段を採用した。すなわち、本発明による内燃機関の排気浄化装置は、
内燃機関の排気通路に設けられる触媒と、
前記触媒よりも上流の排気通路に設けられ排気中に還元剤を供給する還元剤供給装置と、
を備え、
前記触媒よりも上流の排気通路の少なくとも一部において該排気通路が内側の通路と該内側の通路を囲む外側の通路との二重構造で構成され、前記内側の通路及び前記外側の通路の夫々に排気が流通し、前記外側の通路の少なくとも一部は前記内側の通路の周りを螺旋状に回る通路であり、前記還元剤供給装置は前記外側の通路内に還元剤を供給することを特徴とする。
In order to achieve the above object, an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the present invention employs the following means. That is, the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the present invention is
A catalyst provided in the exhaust passage of the internal combustion engine;
A reducing agent supply device that is provided in an exhaust passage upstream of the catalyst and supplies a reducing agent into the exhaust;
With
In at least a part of the exhaust passage upstream of the catalyst, the exhaust passage has a double structure of an inner passage and an outer passage surrounding the inner passage, and each of the inner passage and the outer passage. Exhaust gas circulates, and at least a part of the outer passage is a passage that spirals around the inner passage, and the reducing agent supply device supplies the reducing agent into the outer passage. And
排気通路を二重構造とすると、内側の通路を流れる排気の温度低下を抑制できる。外側の通路内において、還元剤供給装置から還元剤が供給されると、螺旋状の排気の流れにより還元剤が拡散する。さらに、外側の通路が内側の通路の周りを螺旋状に囲むことで、外側の通路を流れる排気が内側の通路に流入したときに、該内側の通路で排気が螺旋状に流れる。この螺旋状の流れによっても還元剤の拡散が促進される。さらに、螺旋状の排気の流れにより還元剤が拡散するため、還元剤の噴射圧力を低くする等できるので、還元剤供給装置の簡略化が可能となる。 If the exhaust passage has a double structure, the temperature drop of the exhaust gas flowing through the inner passage can be suppressed. When the reducing agent is supplied from the reducing agent supply device in the outer passage, the reducing agent diffuses due to the flow of the spiral exhaust. Further, the outer passage spirally surrounds the inner passage so that when the exhaust gas flowing through the outer passage flows into the inner passage, the exhaust gas flows spirally through the inner passage. This spiral flow also promotes diffusion of the reducing agent. Further, since the reducing agent is diffused by the flow of the spiral exhaust gas, the reducing agent injection pressure can be lowered, and therefore, the reducing agent supply device can be simplified.
ここで、外側の通路は内側の通路よりも温度が低くなっている。この外側の通路に還元剤を供給することにより、還元剤供給装置の劣化や詰まりを抑制できる。 Here, the temperature of the outer passage is lower than that of the inner passage. By supplying the reducing agent to the outer passage, deterioration and clogging of the reducing agent supply device can be suppressed.
本発明に係る内燃機関の排気浄化装置によれば、還元剤をより拡散させることができる。 According to the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the present invention, the reducing agent can be further diffused.
以下、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の具体的な実施態様について図面に基づいて説明する。 Hereinafter, specific embodiments of an exhaust emission control device for an internal combustion engine according to the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は、本実施例に係る内燃機関1とその排気系の概略構成を示す図である。図1に示す内燃機関1は、水冷式の4サイクル・ディーゼルエンジンである。
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of an
内燃機関1には、燃焼室へ通じる排気通路2が接続されている。この排気通路2は、下流にて大気へと通じている。
An
前記排気通路2の途中には、吸蔵還元型NOx触媒3(以下、NOx触媒3という。)を担持したパティキュレートフィルタ4(以下、フィルタ4という。)が設けられている。
In the middle of the
NOx触媒3は、流入する排気の酸素濃度が高いときは排気中のNOxを吸蔵し、流入する排気の酸素濃度が低く且つ還元剤が存在するときは吸蔵していたNOxを還元する機能
を有する。また、フィルタ4は、排気中に含まれるPMを捕集する。
The NOx catalyst 3 has a function of storing NOx in the exhaust when the oxygen concentration of the inflowing exhaust gas is high, and reducing the stored NOx when the oxygen concentration of the inflowing exhaust gas is low and a reducing agent is present. . Further, the filter 4 collects PM contained in the exhaust gas.
そして、フィルタ4よりも上流には、排気通路2の一部を該排気通路2の中心軸A側と外壁24側とに隔てる二重構造部20が設けられている。ここで図2は、二重構造部20の拡大図である。なお図2中の矢印は、排気の流れ方向を示している。
A
この二重構造部20には、排気通路2の中心軸A側と外壁24側との間に隔壁23が備わる。この隔壁23は、排気通路2の中心軸Aと重なる中心軸を持った円筒形状で、排気通路2の外壁24よりも中心軸A側に収められている。この隔壁23は、排気通路2の外壁24と接触せずに備えられている。
The
つまり、隔壁23よりも中心軸A側の通路(以下、内側通路21という。)と、隔壁23よりも外壁24側の通路(以下、外側通路22という。)と、が形成され、夫々に排気が流れる。なお、外側通路22へ排気が流入し易いように、隔壁23の上流側端部231は排気通路2の中心側且つ上流側に向けて屈曲している。また、外側通路22から排気が流出し易いように、隔壁23の下流側端部232は排気通路2の中心側かつ下流側に向けて屈曲している。
That is, a passage closer to the central axis A than the partition wall 23 (hereinafter referred to as the inner passage 21) and a passage closer to the
さらに、外側通路22には、排気通路2の中心軸Aを中心とした螺旋状の螺旋板233
が備わる。この螺旋板233の内側が隔壁23に溶接され、外側が外壁24に溶接される。これにより、外側通路22は螺旋板233、隔壁23、及び外壁24で囲まれる螺旋状の通路となり、内側通路21の周りを螺旋状に排気が流れる。
Further, in the
Is provided. The inside of the
外側通路22の入口には、該外側通路22を流通する排気中に還元剤たる燃料(軽油)を添加する燃料添加弁5が取り付けられている。この燃料添加弁5の噴孔は、外側通路22内にあり、且つ排気の流れ方向の下流側を向いている。つまり、内側通路21を流れる温度の高い排気に直接晒されないように燃料添加弁5が取り付けられている。なお本実施例においては燃料添加弁5が、本発明における還元剤供給装置に相当する。
A
燃料添加弁5は、開弁することにより排気中へ燃料を噴射する。燃料添加弁5から外側通路22内へ噴射された燃料は該外側通路22を流れる排気の空燃比を低下させる。そして、燃料添加弁5からの燃料噴射は、NOx触媒3に吸蔵されているNOxの還元時及び硫黄被毒回復時に行なわれる。また、フィルタ4の再生時にも燃料添加弁5からの燃料噴射が行なわれる。
The
なお、隔壁23の下流側端部232よりもさらに下流側においても排気通路2が二重構造となっている。ここでは、隔壁の上流側端部及び下流側端部が排気通路2の外壁24へ向けて屈曲し、且つ外壁24に溶接されている。これにより、上記外側通路22に相当する箇所は密閉されるため、排気が流れない。この密閉された箇所を以下、密閉部234と称する。そして、密閉部234には断熱材が充填されている。
It should be noted that the
このような構成により、排気の温度低下が抑制される。つまり外側通路22を設けるのは、二重構造部20の上流側に限られるため、排気の温度低下を抑制できる。これにより、NOx触媒3及びフィルタ4の温度低下を抑制できる。また、NOx触媒3の温度を速やかに活性温度まで上昇させることができる。
With such a configuration, the temperature drop of the exhaust is suppressed. That is, the provision of the
また、燃料添加弁5の噴孔が外側通路22内にあるため、排気の温度が低い箇所に燃料添加弁5が取り付けられている。そのため、燃料添加弁5の噴孔が詰まることを抑制できる。
Further, since the nozzle hole of the
さらに、燃料添加弁5から噴射された燃料が外側通路22内を排気と共に流れるため、該外側通路22内で燃料を拡散させることができる。また、外側通路22が螺旋状となっているため、外側通路22から内側通路21に流入する排気の流れが該内側通路21内で渦を巻き、燃料の拡散がさらに促進される。
Further, since the fuel injected from the
なお、外側通路22の長さは、排気の温度の低下または燃料の拡散度合いに基づいて決定することができる。つまり、外側通路22が長いと燃料の拡散度合いは高くなるが、排気の温度低下が大きくなる。一方、外側通路22が短いと燃料の拡散度合いは低くなるが、排気の温度低下は小さくなる。これらを実験等により比較して外側通路22の最適な長さを決定してもよい。また、隔壁23の端部における屈曲角度及び長さも実験等により最適値を求めることができる。
Note that the length of the
このようにして燃料が排気中に拡散するので、燃料添加弁5から噴射する燃料の圧力を低くすることができるため、燃料添加弁5や燃料の供給管等をより簡素にできる。
Since the fuel diffuses into the exhaust gas in this way, the pressure of the fuel injected from the
なお、本実施例では密閉部234を備えているが、排気通路2を二重構造にできる区間が短いとき等には、密閉部234を有しなくてもよい。
In addition, although the sealing
また、下流側端部232を次のような形状にしてもよい。図3は、隔壁23の下流側端
部232の他の形状を排気通路2の下流側から見た図である。隔壁23の端部を排気通路2の中心側且つ下流側に向けて屈曲させて延ばし、該延ばした箇所に複数の穴235を開けている。このようにすることで、内側通路21を流れる排気は、この複数の穴235を通過することができる。また、外側通路22から内側通路21へ排気が流入するときに、排気の一部が隔壁23の端部に沿って内側通路21の中心付近まで進むため、より広い範囲で燃料を拡散させることができる。ここで、隔壁23の端部における屈曲角度、長さ、穴235の数等は実験等により最適値を求めることができる。なお、隔壁23の上流側端部231も同様の形状にしてもよい。
Further, the
1 内燃機関
2 排気通路
3 吸蔵還元型NOx触媒
4 パティキュレートフィルタ
5 燃料添加弁
20 二重構造部
21 内側通路
22 外側通路
23 隔壁
24 外壁
231 上流側端部
232 下流側端部
233 螺旋板
234 密閉部
235 穴
DESCRIPTION OF
Claims (1)
前記触媒よりも上流の排気通路に設けられ排気中に還元剤を供給する還元剤供給装置と、
を備え、
前記触媒よりも上流の排気通路の少なくとも一部において該排気通路が内側の通路と該内側の通路を囲む外側の通路との二重構造で構成され、前記内側の通路及び前記外側の通路の夫々に排気が流通し、前記外側の通路の少なくとも一部は前記内側の通路の周りを螺旋状に回る通路であり、前記還元剤供給装置は前記外側の通路内に還元剤を供給することを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。 A catalyst provided in the exhaust passage of the internal combustion engine;
A reducing agent supply device that is provided in an exhaust passage upstream of the catalyst and supplies a reducing agent into the exhaust;
With
In at least a part of the exhaust passage upstream of the catalyst, the exhaust passage has a double structure of an inner passage and an outer passage surrounding the inner passage, and each of the inner passage and the outer passage. Exhaust gas circulates, and at least a part of the outer passage is a passage that spirals around the inner passage, and the reducing agent supply device supplies the reducing agent into the outer passage. An exhaust purification device for an internal combustion engine.
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---|---|---|---|---|
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-
2007
- 2007-07-04 JP JP2007175940A patent/JP2009013862A/en not_active Withdrawn
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