JP2009250171A - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】内燃機関の排気浄化装置において、還元剤をより広い範囲に分散させることができる技術を提供する。
【解決手段】内燃機関の排気通路の途中に設けられる触媒へ還元剤を供給するために還元剤を噴射する還元剤噴射装置４と、排気通路内に設けられ還元剤を衝突させて該還元剤を排気中に分散させるための分散装置５であって、還元剤噴射装置から噴射される還元剤の噴射範囲に設けられ且つ前記還元剤噴射装置から噴射される還元剤の少なくとも一部が垂直に衝突する分散装置５と、を備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、内燃機関の排気浄化装置に関する。

内燃機関の排気通路に備わる触媒へ還元剤を添加することにより、ＮＯxを浄化したり
、触媒の温度を高めたり、フィルタの再生を行なったりする技術が知られている。そして、還元剤を排気中に均一に分散させるためのスワーラを備える技術が知られている（例えば、特許文献１参照。）。このスワーラにより旋回流を発生させている。
特開２００７−１９８３１６号公報 特開２００７−０３２４７２号公報 特開２００５−０７６５３０号公報 特開２００７−１５４８１７号公報 特開２００６−００９６０８号公報 特開平１１−３２４６６４号公報

しかし、還元剤が噴射された後に排気通路の壁面に付着した場合には、強い旋回流を発生させなければ還元剤を微粒化させることが困難となる。一方、強い旋回流を発生させようとすると、排気の抵抗が大きくなり内燃機関の燃費が悪化する虞がある。

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、還元剤をより広い範囲に分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。

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の途中に設けられる触媒へ還元剤を供給するために還元剤を噴射する還元剤噴射装置と、
前記排気通路内に設けられ還元剤を衝突させて該還元剤を排気中に分散させるための分散装置であって、前記還元剤噴射装置から噴射される還元剤の噴射範囲に設けられ且つ前記還元剤噴射装置から噴射される還元剤の少なくとも一部が垂直に衝突する分散装置と、
を備えることを特徴とする。

還元剤噴射装置は、少なくとも液体を含んだ還元剤を噴射する。この還元剤を分散装置に衝突させることにより、還元剤が反射して広い範囲に飛び散る。これにより、還元剤の分散及び微粒化が促進される。

そして、還元剤噴射装置から噴射される還元剤の噴射範囲に分散装置が備わることにより、還元剤のほとんどが分散装置へ直接衝突する。この噴射範囲とは、還元剤が排気の流れに乗って流れる範囲ではなく、噴射したときの勢いにより還元剤が到達する範囲をいう。

つまり、還元剤噴射装置から噴射される還元剤のほとんどが勢い良く分散装置へ衝突するので、還元剤が排気通路の壁面に付着することを抑制すると共に、還元剤の分散をより促進させることができる。また、分散装置に垂直に衝突する還元剤は、勢い良く飛び散る
ために分散がより促進される。なお、分散装置には、たとえばスタティックミキサーを用いることができる。

本発明において前記分散装置は、排気の流れを旋回させる方向にねじれた板である分散板であっても良い。

分散板は排気の流れを旋回させる方向にねじれているため、排気の流れが旋回する。この排気の流れに乗って還元剤も旋回するので、該還元剤の分散がより促進される。ここで、排気の流れを旋回させる方向とは、例えば排気通路の中心軸を中心として排気が回転しつつ下流へ流れる方向である。また、分散板のねじれの中心軸を中心として排気が回転しつつ下流へ流れる方向としても良い。これは、分散板が排気通路の中心軸からずれている場合にも同様である。このようにして、還元剤が分散装置に衝突した直後から旋回流により分散されるので、より小さな旋回力で還元剤を広い範囲に分散させることができる。

本発明においては、前記分散板の下流側よりも上流側に還元剤が多く衝突し、且つ前記還元剤噴射装置から噴射された還元剤が前記分散板に衝突する面積が最大となるように、前記還元剤噴射装置と前記分散板とを設置することができる。

つまり、分散板の上流側でより多くの還元剤が衝突すれば、該還元剤が分散板の下流側を通過するときに旋回流に乗るため、広い範囲に分散させることができる。また、還元剤が分散板に衝突する面積が広いほど、より広い範囲に還元剤を分散させることができるため、この面積を最大とすることにより、最も広い範囲に還元剤を分散させることができる。

本発明においては、前記分散板のねじれる角度は、９０度以上１８０度以下であっても良い。

このようにすることで、旋回流を発生させつつ排気の圧力損失を抑制することができるため、内燃機関の燃費の悪化を抑制したり、出力を向上させたりできる。

本発明においては、前記還元剤噴射装置と前記触媒との距離は、該還元剤噴射装置から噴射された還元剤が該触媒へ到達するまでに略気化する距離とすることができる。

触媒に供給する還元剤は、気化しているほうが良い。還元剤が分散装置に衝突して分散しても、気化するまでには時間がかかるため、この時間分の距離をとる。この距離は、内燃機関の運転状態に応じて変わるため、還元剤を噴射し得る運転状態に限って距離を設定しても良い。また、還元剤の種類や排気通路の形状によっても気化に要する距離は変わるため、これらに応じて決定しても良い。

本発明においては、前記還元剤噴射装置から前記分散装置までの距離は、排気通路の半径と略等しくても良い。

このようにすることで、還元剤の流速が速い状態で分散装置に衝突するため、該還元剤の分散をより促進させることができる。なお、還元剤噴射装置と分散装置との距離を可及的に近づけても良い。

本発明に係る内燃機関の排気浄化装置によれば、還元剤をより広い範囲に分散させることができる。

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。

図１は、本実施例に係る内燃機関の排気浄化装置を適用する内燃機関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、４つの気筒を有する水冷式の４サイクル・ディーゼルエンジンである。

内燃機関１には、排気通路２が接続されている。排気通路２の途中には、還元剤を必要とする触媒３が備えられている。触媒３には、例えば、吸蔵還元型ＮＯx触媒、選択還元
型ＮＯx触媒、酸化触媒等を挙げることができる。また、触媒を担持したパティキュレー
トフィルタ、または触媒を上流側に有するパティキュレートフィルタであっても良い。

また、触媒３よりも上流の排気通路２には、排気中に還元剤を噴射する還元剤噴射弁４が取り付けられている。還元剤は、例えば、燃料または尿素を用いることができる。なお、本実施例においては還元剤噴射弁４が、本発明における還元剤噴射装置に相当する。

還元剤噴射弁４のすぐ近くには、還元剤を衝突させることにより広い範囲に分散させるための分散板５が設けられている。なお、本実施例においては分散板５が、本発明における分散装置に相当する。

図２は、分散板５が設けられている箇所の拡大図である。分散板５は、たとえば金属またはセラミックを材料としている。そして、一枚の長方形の平板を、中心線５０を中心にしてねじることにより形成されている。このねじりの中心となる中心線５０が排気の流れと平行となるように、排気通路２内に設置される。つまり、排気の流れに直行する上流側の辺と、下流側の辺と、の間に角度が付けられる。この角度は、９０度以上１８０度以下とする。

また、還元剤噴射弁４は、排気の流れ方向に対して直角に配置されており、噴射される還元剤の中心線は、排気の流れ方向に対して直角となる。そして、還元剤噴射弁４から噴射された還元剤が、分散板５に衝突する面積（以下、噴射面積５１という。）が最も広くなるように、還元剤噴射弁４及び分散板５を配置する。なお、還元剤は、分散板５の中心よりも上流側に衝突させる。つまり、分散板５の上流側の中心線５０から延びる該分散板５の鉛直線上から該鉛直線に沿って還元剤が噴射される。

ここで、還元剤噴射弁４の直下に分散板５を設けることにより、最短距離で還元剤が分散板５に到達するので、該還元剤の流速が速いときに分散板５へ衝突させることができる。これにより、より広い範囲に還元剤を飛び散らせることができるため、より広い範囲に還元剤を分散させることができる。また、還元剤を分散板５へ垂直に衝突させるため、広い範囲に還元剤を分散させることができる。これにより、還元剤の一部が分散板５に衝突せずに下流へと流されたり、排気通路２の壁面に付着したりすることを抑制できる。

また、分散板５の上流側に還元剤を衝突させることにより、分散板５の下流側のねじれにより発生する旋回流に還元剤を乗せることができる。つまり、還元剤も旋回させることができる。これにより、広い範囲に還元剤を分散させることができる。たとえば排気通路２の壁面に付着した還元剤を旋回流によって分散させるよりも、小さな旋回力で還元剤を分散させることができる。また、旋回流に乗って還元剤が流れるため、排気通路２の壁面に該還元剤が付着することを抑制できる。

さらに、噴射面積５１が広いため、より広い範囲に還元剤を分散させることができる。

また、分散板５のねじれ角を９０度以上とすることにより、旋回流を発生させることができるため、還元剤の分散を促進できる。また、分散板５のねじれ角を１８０度以下とすることにより、圧力損失の増加を抑制することができる。

なお、還元剤噴射弁４から触媒３までの距離は、該還元剤噴射弁４から噴射された還元剤が略気化する距離とする。この距離は、内燃機関１の運転状態、還元剤の種類、排気通路２の構成部材、排気通路２の形状等により変わるため、最適値を実験等により求めても良い。また、還元剤の気化率が許容範囲内となるように、前記距離を設定しても良い。

また、還元剤噴射弁４から分散板５までの距離は、還元剤の流速が十分に高い範囲とする。この距離は、可及的に短くしても良い。また、排気通路２の直径の半分程度としても良い。これにより、還元剤を勢い良く分散板５へ衝突させることができるため、該還元剤の分散を促進させることができる。

以上説明したように本実施例によれば、還元剤をより広い範囲に分散させることができるため、触媒３へ均一に還元剤を供給することができる。また還元剤の気化を促進させることができる。

なお、本実施例ではねじれを有した分散板５を採用しているが、他の形状のものを採用しても良い。たとえば、他のスタティックミキサーを採用することができる。

実施例に係る内燃機関の排気浄化装置を適用する内燃機関とその排気系の概略構成を示す図である。 分散板が設けられている箇所の拡大図である。

符号の説明

１ 内燃機関
２ 排気通路
３ 触媒
４ 還元剤噴射弁
５ 分散板
５１ 噴射面積

Claims (6)

1. 内燃機関の排気通路の途中に設けられる触媒へ還元剤を供給するために還元剤を噴射する還元剤噴射装置と、
   前記排気通路内に設けられ還元剤を衝突させて該還元剤を排気中に分散させるための分散装置であって、前記還元剤噴射装置から噴射される還元剤の噴射範囲に設けられ且つ前記還元剤噴射装置から噴射される還元剤の少なくとも一部が垂直に衝突する分散装置と、
   を備えることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
2. 前記分散装置は、排気の流れを旋回させる方向にねじれた板である分散板であ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。
3. 前記分散板の下流側よりも上流側に還元剤が多く衝突し、且つ前記還元剤噴射装置から噴射された還元剤が前記分散板に衝突する面積が最大となるように、前記還元剤噴射装置と前記分散板とを設置することを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
4. 前記分散板のねじれる角度は、９０度以上１８０度以下であることを特徴とする請求項２または３に記載の内燃機関の排気浄化装置。
5. 前記還元剤噴射装置と前記触媒との距離は、該還元剤噴射装置から噴射された還元剤が該触媒へ到達するまでに略気化する距離とすることを特徴とする請求項１から４の何れか１項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
6. 前記還元剤噴射装置から前記分散装置までの距離は、排気通路の半径と略等しいことを特徴とする請求項１から５の何れか１項に記載の内燃機関の排気浄化装置。

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