JP2014214729A - エンジン湿式後処理装置用の気液接触装置 - Google Patents

Abstract

【課題】エンジンからの排気に含まれる特定ガス成分を気液接触により吸収除去する湿式後処理装置において、液体の均一な分配に効果的な構造と機構を備える気液接触装置を得る。【解決手段】エンジン湿式後処理装置１００の気液接触装置１は、エンジンＥの排気管ＥＸに設置され、多数の気液接触通路２２を設けた多孔体２の上方に、気体導入部１３を有し、液体インジェクタ３の複数の噴孔３２から、対応する多孔体２の各領域にＮＯｘ吸収を噴射する。多孔体２に付着した液滴Ｌは、各領域に対応する気液接触通路２２を流下し、通路壁を貫通する通孔２４を介して隣り合う通路壁に広がる。多孔体２の全体に液体を分配する分配機構により、排気とＮＯｘ吸収液体を効率よく接触させ、ＮＯｘ吸収性能を高める。【選択図】図１

Description

本発明は、排気中の特定ガス成分を湿式吸収する後処理装置に関し、特に粘度の比較的高い液体を用い、特定ガス成分と接触させて吸収除去するための気液接触装置に関する。

エンジンから排出される有害物質、例えば窒素酸化物（ＮＯｘ）成分の後処理は、従来、触媒を用いて還元浄化する方式が一般的であり、例えば、尿素水を還元剤として排気に添加する選択還元型触媒が採用されている。この方式は、ＮＯｘ浄化性能を発揮する触媒の作動温度（約２００℃以上）に昇温する必要があり、また、尿素水を排気中に拡散させるために装置が大型となりやすい。一方、エンジンの熱効率向上、燃料消費効率向上の要求に伴って、排熱回収システムが積極的に取り入れられると、下流域では排気温度が大きく低下する。このため、有害エミッションを、より低温状態で処理可能な後処理装置が求められている。

後処理装置の小型化を図りつつ、より低い温度においてＮＯｘ成分を除去する技術として、ＮＯｘを吸収可能な液体を用いる湿式後処理装置が提案されている（例えば、特許文献１等）。ＮＯｘ吸収液体としては、例えば水やアルカリ水溶液、イオン液体が知られ、気液接触手段にて排気と接触させることで、ＮＯｘ成分を吸収除去した後、排気を外部へ放出することができる。ＮＯｘ吸収液体は、回収、再生されて貯蔵手段に戻され、再び気液接触手段に供給される。

特開２０１２−２１７９１８号公報

なかでも水よりも粘性の大きいイオン液体を用いる湿式後処理装置は、１００℃以上で用いることにより水分との分離が可能であり、揮発消失しないので回収して繰返し使用できる利点がある。一方で、比較的に高粘度であることから、公知の液体微粒化機構を利用して十分に微粒化することが難しい。例えば、前述の尿素水は、常温における粘度が約０．００５Ｐａ・ｓ前後であることから、尿素水の流出出口側に圧縮空気を供給する制御弁を設け、流出する液体に圧縮空気を吹き付けて微粒化する機構が知られている。ところが、本発明で扱う粘度の高い液体は、気体風の吹きちぎりによる微粒化は期待できず、このような液体微粒化機構は有効ではない。

したがって、比較的粘度の高い液体を、気液接触装置全体に均一に供給分散させ、所定期間、気体に接触させて、効率的に気体中の除去すべき成分（例えば、ＮＯｘ成分等）を吸着させる新たな機構が必要となる。すなわち、本願発明の目的は、エンジンからの排気に含まれる特定ガス成分を気液接触により吸収除去する湿式後処理装置において、液体の均一な分配に効果的な構造と機構を備える気液接触装置を提供することにある。

上記課題を解決するための請求項１に記載の発明は、エンジンの排気通路の途中に配設され、エンジン燃焼排気に含まれる特定ガス成分を、該特定ガス成分を吸収可能であり水よりも粘性が高い液体を用いて処理するエンジン湿式後処理装置において、エンジン燃焼排気と上記液体を接触させる気液接触通路を備える気液接触装置であり、
上記気液接触装置は、区画された多数のセル内を上記気液接触通路とする多孔体と、該多孔体の一端側に設けられた気体導入部と、上記多孔体の一端側に設けられた少なくとも１つの液体噴射弁と、該液体噴射弁から噴射される液体を、上記多孔体の一端側において上記気液接触通路に分配する分配機構を有する。
該分配機構は、上記液体噴射弁に設けた複数の噴孔を、上記多孔体の一端側に予め設定した複数の領域に対応させて配置し、各領域に向けて噴射された液体を、上記気液接触通路の通路壁に設けた複数の通孔を介して、隣り合う上記気液接触通路に分配する。

請求項２に記載の発明において、上記液体噴射弁は、先端面に配置した上記複数の噴孔の上流に、電磁的に開閉されるシート機構を備え、１回のシート開閉動作によって、上記複数の噴孔のそれぞれに少なくとも１つの液滴が生成されて、上記複数の領域に分配される。

請求項３に記載の発明において、上記多孔体は、矩形または円形の端面形状を有し、上記液体噴射弁の上記複数の噴孔は、上記多孔体の端面形状に対応する形状に配置される。

請求項４に記載の発明において、上記分配機構は、上記多孔体の一端側において、各領域に噴射された液体を受け止めて付着させる付着部と、付着した液体を各領域に対応する上記気液接触通路に分配する分配部を有する。

請求項５に記載の発明において、エンジン運転条件に応じて、上記多孔体への液体供給流量を、上記液体噴射弁の開閉頻度により制御する制御手段を備える。

請求項６に記載の発明において、上記制御手段は、低速低負荷運転時には単位時間当たりの開閉頻度で制御し、過渡運転時にはエンジン回転数に同期させて制御し、それ以外の運転時にはそれら両方を組み合わせて制御する。

請求項７に記載の発明において、上記液体は、２５℃における粘度が０．０１Ｐａ・ｓ以上であり、使用環境下において液体状態を維持するイオン液体である。

請求項８に記載の発明において、上記特定ガス成分は、窒素酸化物成分である。

本発明の気液接触装置は、排気導入部に導入される燃焼排気と、液体噴射弁から噴射される液体を、多孔体内に同一方向に導入し、気液接触通路を通過させながら排気中の特定ガス成分を液体に吸収させる。分配機構は、多孔体の一端面に対して複数の領域を設定し、各領域にそれぞれ対応する液体噴射弁の噴孔から液体を噴射する。比較的粘性の高い液体は、液滴となって各領域に到達し、多孔体内の気液接触通路壁面に広がる。さらに、通路壁に設けた複数の通孔によって、隣り合う通路間を流通しながら下流へ移動し、多孔体の全体に広がって、燃焼排気との接触機会を増大させる。

したがって、効果的に液体を気液接触通路に分配し、ＮＯｘ成分等の特定ガス成分を吸収除去することができる。よって、小型で高効率な気液接触装置を実現し、湿式後処理装置の性能を大幅に向上できる。

本発明の第１実施形態における気液接触装置の全体構成を示す概略図である。 第１実施形態におけるエンジン湿式後処理装置の全体概略断面図である。 第１実施形態の気液接触装置における多孔体構造を示す上面図およびそのＡ-Ａ線断面図で縦断面図である。 第１実施形態に用いた多孔体の要部拡大断面図である。 本発明のエンジン湿式後処理装置が適用されるエンジン全体のシステム構成図である。 第１実施形態の気液接触装置に用いた液体インジェクタの全体断面図とノズルプレート構成を示す平面図である。 第１実施形態の分配機構を構成する液体インジェクタの噴孔と多孔体端面の領域との関係を説明するための図である。 第２実施形態における気液接触装置の要部概略断面図および平面図である。 第２実施形態の気液接触装置を構成するセル群ユニットの要部概略断面図および平面図である。 第３実施形態の気液接触装置を構成するセル群ユニットの要部概略断面図および平面図である。 第４実施形態における気液接触装置の要部概略図である。 電子制御ユニットで実施される液体インジェクタの作動制御のフローチャート図である。 エンジン運転条件と排気脈動の関係を示す図である。 所定運転条件における排気脈動の時間推移を示す図である。 多孔体形状の他の例を示す全体斜視図である。

以下、本発明を車両用エンジンの後処理に用いた第１実施形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明を適用した気液接触装置１であり、図５に示すエンジンＥの排気通路に設置されて、燃焼排気（以下、排気と称する）中の特定ガス成分を、液体を用いて除去するための後処理装置（以下、湿式後処理装置と称する）１００の主要部を構成している。エンジンＥは、過給機付ディーゼルエンジンで、排気通路としての排気管ＥＸの途中には、ＤＰＦ（ディーゼルパティキュレートフィルタ）１０１、排熱回収装置１０２が配置され、その下流に、本実施形態の湿式後処理装置１００が配置される。図２に構成を示す本実施形態の湿式後処理装置１００は、排気中の特定ガス成分、特に、窒素酸化物（ＮＯｘ）成分を、液体としてのＮＯｘ吸収液体を用いて吸収除去する。

エンジンＥは、コンプレッサー１０３と排気タービン１０４で構成される過給機を備える。吸気管入口ＩＮ１から取り込まれた空気は、コンプレッサー１０３で加圧され、加圧により高温となった空気は、吸気管ＩＮに設置したインタークーラー１０６で冷却された後、吸気マニフォルド１０７の各ポートからエンジンＥの燃焼室に吸入される。エンジンＥの燃焼室では空気と燃料が混合され、燃焼することによってエンジン出力軸１０８の回転力として動力を生み出す。

燃焼を終わった排気は、エンジンＥの燃焼室から排気マニフォルド１０５に排気される。その後、排気はコンプレッサー１０３と直結した排気タービン１０４を回して、空気を加圧する仕事をした後、排気管ＥＸに排出される。排気はここでＤＰＦ１０１を通過し、排気中のパティキュレートマター（ＰＭ）をＤＰＦ１０１によってろ過捕集する。同時に、排気が通過するＤＰＦ１０１表面にコーティングされた酸化触媒によって、ＨＣ成分やＣＯ成分も浄化される。その後、排気は、排熱回収装置１０２を通り、冷却されて通常では排気温度が１００℃〜１８０℃の間に下がる。

ここで用いるＤＰＦ１０１は、セラミックで形成された多孔質の壁がフィルタとして働く、公知のウォールフロータイプの排気フィルタである。排熱回収装置１０２は、公知のランキンサイクル方式の排熱回収システムであり、例えば、排気の冷却で得た熱エネルギーは冷媒を蒸発させ高圧ガスとなってガスタービンを回し、ガスタービンと直結した発電機により電気エネルギーに変換されバッテリーに蓄えられるというようなものである。

冷却された排気は、湿式後処理装置１００に導入される。ここで、排気中に含まれるＮＯｘ成分は、湿式後処理装置１００内においてＮＯｘ吸収液体と接触して吸収される。ここまででＰＭ、ＨＣ、ＣＯ、そしてＮＯｘが除去され、クリーンな排気となって排気管出口ＥＸ１から大気中に排出される。湿式後処理装置１００の上流に、図示しないオゾン供給手段を設置して、排気中に含まれるＮＯｘを供給されるオゾンと反応させ、硝酸（ＨＮＯ_３）またはその前駆体（Ｎ_２Ｏ_５）に変換させることもできる。本発明では、窒素酸化物（ＮＯ、ＮＯ_２）とこれらから生成される化合物（ＨＮＯ_３、Ｎ_２Ｏ_５）を合わせてＮＯｘ成分と称する。

吸気系には、吸気管入口ＩＮ１の直下流に空気流量センサＳ１が配置される。また、吸気スロットル１１０のスロットル開度を検出するスロットル開度センサＳ２が配置され、吸気マニフォルド１０７の合流部には吸気圧センサＳ３が配置される。エンジン１の出力軸１０８の近傍には、エンジン回転数を測る回転数センサＳ４が配置され、排気系には、ＤＰＦ１０１の下流に排気温度を測る排気温度センサＳ５が配置される。また、図示しないアクセルペダルの開度を検出するセンサアクセル開度センサＳ６が設けられ、これら各センサは、測定した情報をそれぞれ電気信号に変換して、接続された電気線を通して制御手段である電子制御ユニット（ＥＣＵ）１１１に送る。

次に、湿式後処理装置１００の具体的な構成例を説明する。図２において、湿式後処理装置１００は、排気管ＥＸの途中に介設される気液接触装置１と、気液接触装置１にＮＯｘ吸収液体を供給する液体供給装置４を備える。気液接触装置１は、内部を気液接触通路２２とする多孔体２を有し、その一端側（図の上端側）に、液体噴射弁である液体インジェクタ３と、排気入口１１を設けた気体導入部である排気導入部１３が位置している。排気管ＥＸに接続される排気入口１１から導入される排気は、液体インジェクタ３から噴射供給されるＮＯｘ吸収液体と、同じ向きに流れて多孔体２の内部で接触する。液体供給装置４は、多孔体２の下端側に設置される気液分離装置４１を有し、気液分離装置４１と液体インジェクタ３を液体配管４２で接続してＮＯｘ吸収液体の循環路を形成している。気液分離装置４１において、排気から分離回収されたＮＯｘ吸収液体は、液体配管４２に設けられたフィルタＦを通過し、ポンプＰに吸い上げられて、再び液体インジェクタ３に供給される。一方、ＮＯｘ吸収液体と分離された排気は、気液分離装置４１を通過して、排気出口１２から排気管ＥＸに戻される。

図１に詳細を示す気液接触装置１は、上下方向を軸方向とする筒状ハウジングＨの上端部に液体インジェクタ３を取り付け、その下方に多孔体２を収容している。液体インジェクタ３と多孔体２の間には、排気導入部１３となる空間が形成され、その上端部に側方から排気入口１１が接続されている。この時、液体インジェクタ３の噴孔３２より上方に、排気が導入されるので、噴射される液滴Ｌの流れを乱すおそれが少ない。多孔体２は、軸方向に延びる多数のセルからなるハニカム構造体であり、多数の気液接触板２１を積層して構成される各セル内を、気液接触通路２２としている。多孔体２の下方の空間は、気液集合部１４となり、図２の気液分離装置４１に接続される。

図３に示すように、本実施形態の気液接触板２１は、波形プレート状の気液接触板２１ａと平形プレート状の気液接触板２１ｂの２種類の板材の組み合わせであり、これらを水平方向に交互に積層し筒体２３内に収容して、区画された多数のセルを有する多孔体２を構成している。筒体２３は、角を丸めた矩形筒状であり、多孔体２は全体が断面略正方形の直方体形状となっている。気液接触板２１ａ、２１ｂ、筒体２３は、通常、耐食性を有するステンレス鋼等の金属板であり、隣り合う気液接触板２１ａ、２１ｂ、筒体２３で囲まれる略三角形断面の多数のセルが、多数の平行な気液接触通路２２を形成する。気液接触通路２２に面する気液接触板２１ａ、２１ｂの両表面、筒体２３の内表面は、気液接触面として機能し、ＮＯｘ吸収液体が気液接触面を伝って流下する間に、気液接触通路２２に流入する排気と接触して、排気に含まれるＮＯｘ成分を吸収する。

ＮＯｘ吸収液体は、ＮＯｘ成分を吸収可能であり、水よりも粘性が大きく、使用環境下において液体状態を維持する液体であれば、特に制限されない。具体的には、常温（２５℃）における粘度が０．０１Ｐａ・ｓ以上の液体であるとよく、好適には、ＮＯｘまたはＨＮＯ_３等のＮＯｘ成分を化学吸収するイオン液体、例えばカルボン酸塩を含むイオン液体が用いられる。好適には、カルボン酸塩のアニオンとして、Ｃ_ｎＨ_２ｎ＋１ＣＯＯ⁻（ｎは０〜１０の整数）で表されるアルキルカルボン酸イオンおよびその誘導体が挙げられ、少なくとも１種または２種以上を組み合わせて所望の吸収性能および粘性を有する吸収液体に調製することができる。

このようなイオン液体は、高温環境下においても蒸発しないので、排気導入部１３で微粒化して浮遊することがなく、比較的粘性が大きいので、噴孔３２の形状に応じた噴射角度で排気導入部１３内に広がり、多孔体２の上端面に付着する。そして、気液接触通路２２の壁面をゆっくり流下しながら、排気中のＮＯｘ成分と接触し、化学的に吸収してその状態を安定に維持する。このため、例えば液体を冷却するための冷却装置等を設ける必要がなく、分離回収が容易で、装置全体を小型にできる。

ただし、粘性が大きいイオン液体は、１つの噴孔３２から噴射された液滴Ｌが微粒化することなく、噴射角度をほぼ保って多孔体２に到達する。このため、多孔体２の上端面において全面に行き渡るように供給することは困難であり、多孔体２に付着した液滴Ｌを、気液接触通路２２の表面全体に広げる分配機構が必要となる。そこで、本発明では、多孔体２の上流側端部に、ＮＯｘ吸収液体を均等に付着させるとともに、付着させた液滴Ｌが気液接触通路２２間を流通可能に構成して、ＮＯｘ吸収液体を多孔体２の全体に分配する分配機構を設ける。具体的には、ＮＯｘ吸収液体の分配機構は、液体インジェクタ３による液滴Ｌの適切な生成と、多孔体２の幾何学的な構造による液滴Ｌの均一な配分の組み合わせであり、これらを最適化することで、気液接触能力を大きく向上できる。

このうち多孔体２の構造について、まず説明する。図１において、多孔体２となる気液接触板２１には、排気導入部１３に面する上流側の一部に、板面を貫通する多数の通孔２４を設けてある。分配機構を構成する、これら通孔２４を介して気液接触面となる両表面が連通することで、ＮＯｘ吸収液体が隣り合う気液接触通路２２を流通可能となる。図３に示すように、通孔２４は、例えば、波形の気液接触板２１ａのピッチに応じた大きさの円形孔で、長手方向の所定領域に等間隔で設けられる。図３では、波形の気液接触板２１ａに設けた通孔２４を示しているが、平形の気液接触板２１ｂにも通孔２４を設けることで、ＮＯｘ吸収液体の流通が促進される。

図４は、多孔体２のセルを拡大して示しており、平形の気液接触板２１ｂには、波形の気液接触板２１ａの山部または谷部が当接する位置に、板面を貫通する多数の通孔２４を設けている。この時、液滴Ｌは、図中に矢印で示すように、気液接触板２１ａ、２１ｂの表面を伝って移動し、通孔２４位置でその反対側の表面へ移動する。このように、多数の通孔２４を介した液滴Ｌの移動によって、気液接触板２１ａ、２１ｂの壁面全体を濡らすように広がり、均等に分配される。

通孔２４の形成領域は、適宜設定することができるが、通常は、多孔体２の上流側から長手方向長の１／８以上とするとよい。好ましくは、長手方向長の１／２までの領域とし、例えば長手方向長の１／３程度とすることで、製作の手間を少なくしながら液滴Ｌの分配供給による十分な効果が得られる。これにより、気液接触板２１の上流側において、隣り合う気液接触通路２２の間でＮＯｘ吸収液体の流通を可能にし、ＮＯｘ吸収液体を多孔体２全体に行き渡らせることができる。

図６において、液体インジェクタ３は、円筒状のインジェクタボディ３１内を液体通路３４とし、インジェクタボディ３１の先端（図の下端）に、複数の噴孔３２を設けたノズルプレート３３を固定している。インジェクタボディ３の下半部内には、ニードル３５が摺動可能に収容され、その先端テーパ面が、インジェクタボディ３の先端側内壁に設けたテーパ状のシート３１ａに着座または離座して、液体通路３４を開閉する。ニードル３５は、基端側端部をコア３５ａとして、その外周に配置した電磁ソレノイド３６の電気端子３６ａに通電することで上方に吸引駆動される。非通電時には、ニードル３５上方のアジャスティングパイプ３７に支持されるスプリング３８が、ニードル３５を下方に付勢してシート３１ａに押圧する。このように、液体インジェクタ３は、ニードル３５とシート３１ａからなるシート機構を電磁的に開閉する構成となっている。

ニードル３５は、中間部外周がインジェクタボディ３１と摺動する摺動部３５ｂとなり、摺動部３５ｂの外周の一部を面取り部３５ｃとすることで、その上下の液体通路３４を連通している。また、ニードル３５のコア３５ａ内部を通過して、その上下空間を連通する通路を有し、ニードル３５作動時の燃料の移動を容易にしている。インジェクタボディ３１の上端部外周には、Ｏリング３１ｂが嵌着されて液体インジェクタ３が取付けられる気液接触装置１の壁面との間を封止している。電気端子３６ａへの通電は、図５の電子制御ユニット（ＥＣＵ）１１１によって制御され、一回のシート３１ａ開閉動作によって、各噴孔３２ごとに少なくとも１つの液滴Ｌが生成されて、対応する多孔体２の各部へ分配供給されるようにする。

ノズルプレート３３は、インジェクタボディ３１形状に対応する円板状の先端面を有し、ニードル３５に対向するノズルプレート３３の中央部に、多数の噴孔３２が貫通形成される。ＮＯｘ吸収液体の分配機構を構成する多数の噴孔３２は、多孔体２の上端部形状に対応する矩形状に配置され、ここでは一辺に４個の噴孔３２が等間隔で整列する正方形状となっている。各噴孔３２は同径の円形孔で、噴射された液滴Ｌが、多孔体２の上端面に均等に配分されるように、噴孔数や位置および角度が調整される。

本実施形態では、図７に示すように、多孔体２の上端面を正方形とみなして、噴孔３２の数（ここでは１６個）に対応する略等面積の１６の領域（図中に点線で示す）を設定し、複数のセル群を含む各領域の中央に、対応する噴孔３２から供給される液滴Ｌが到達するように、噴射角度すなわち噴孔角度（軸線に対する噴孔の傾斜角度）を調整する。粘性の比較的大きいＮＯｘ吸収液体は、噴孔３２形状に沿って、噴孔角度の方向に液滴Ｌとなって飛散するので、気液接触装置１の幾何学的寸法から噴孔３２を設計することができる。

より具体的には、ノズルプレート３３に形成される矩形の噴孔３２群の大きさに対して、多孔体２の矩形の上端面が大きく、対応する領域が外側に位置することから、噴孔３２はいずれも軸線に対して外方へ傾斜する噴孔角度を有する。また、図６に断面形状を示すように、中心に近い内周側の４個の噴孔３２群に対して、外周側の１２個の噴孔３２群の噴孔角度が大きく設定される。また、排気の流れ等の影響で所定位置に液滴Ｌが到達しない場合には、使用する噴射圧で噴射を行なって実験的に噴孔角度のずれを調整することもできる。

本発明の特徴であるＮＯｘ吸収液体の分配機構は、このように、液滴Ｌを生成する液体インジェクタ３の噴孔３２を適切に配置して、多孔体２の上端面の全体に、液滴Ｌを均等に付着させ、さらに、付着した液滴Ｌを多孔体２の上流側に設けた通孔２４を用いて、全体に配分する。これらの組み合わせにより、気液接触効率を高め、処理性能を向上させることができる。

気液接触装置１の大きさは、通常、エンジン排気量に応じて任意に設定することができる。例えば、多孔体２の容量を排気量の０．５〜３倍程度とし、メッシュ数を６メッシュ以上となるようにすることで、各領域の複数のセル内に形成される気液接触通路２２において十分な気液接触が可能となる。メッシュ数を大きくするほど、有効な気液接触面積が増加するが、製作に手間がかかり圧損も増加するので、所望の処理能力が得られる範囲で適宜設計するとよい。

第１実施形態の構成について、実際に多孔体２と液体インジェクタ３を含む気液接触装置１を製作し、評価した。実験に用いた多孔体２は、メッシュ１２．７（ピッチ２ｍｍ）、通孔２４径φ１ｍｍ、ピッチ２ｍｍとし、全長１１０ｍｍに対し通孔２４形成長を３６ｍｍとした。まだ液体で濡れていない実験用装置を用いて、空間速度ＳＶ６００００（ｈ^−１）、気液重量比７．８の条件で、試験用ガスを導入するとともに液体インジェクタ３から噴射を実施した。約７分程度運転を継続した後、装置を分解し、多孔体２の出口部における壁面を観察したところ、全ての壁面が液体で濡れており、比較的短時間で液体が多孔体全体の壁面に行き渡ることを確認した。

図８は、本発明の第２実施形態であり、気液接触装置１の多孔体２への排気導入方向と、液体インジェクタ３の配置を変更した構成例である。図示するように、気液接触装置１は、排気管ＥＸの一部をハウジングＨとして、その内部に水平方向を軸方向として多孔体２を配置している。本実施形態の多孔体２は、上記第１実施形態と同様に、多数のセル内を気液接触通路２２（図略）とする直方体形状のハニカム構造体からなり、その上流側端部を段付きに形成している点で異なっている。ここでは、多孔体２を、上下方向および水平方向に、それぞれ４つの領域に分けており、上下方向の各領域をそれぞれ異なるセル群ユニットＵ１〜Ｕ４で構成している。水平方向の領域を構成するセル群ユニットＵ１〜Ｕ４は、各段で共通である。

上下方向の４つのセル群ユニットＵ１〜Ｕ４は、それぞれ２段構成で、上段部を構成するセル群に対して下段部を構成するセル群が上流側に突出位置しており、突出する下段部上面を、液滴Ｌの付着面（付着部）２５としている。また、セル群ユニットＵ１〜Ｕ３の下段部は、下方のセル群ユニットＵ２〜Ｕ４の上段部に積層される。これにより、セル群ユニットＵ１〜Ｕ４の付着面２５が、正方形状に上向きに並び、ハウジングＨの幅方向および軸方向に４つずつ計１６の領域を形成する。

一方、液体インジェクタ３は、上記第１実施形態と同一形状で、ハウジングＨの各付着面２５に対応する１６個の噴孔３２を有している。ハウジングＨは、セル群ユニットＵ１〜Ｕ４の上流側において、上壁面の一部を上方に突出させてその内部に気体導入部１３となる空間を形成し、突出する壁面に液体インジェクタ３を取り付けている。液体インジェクタ３は、排気流れの下流側を向くように傾斜して配置され、先端の噴孔３２が、セル群ユニットＵ１〜Ｕ４の最上流部の直上に位置している。

本実施形態においても、１６個の噴孔３２をそれぞれ、セル群ユニットＵ１〜Ｕ４の１６個の付着面２５に対応させて噴孔角度を設定する。これにより、各噴孔３２から噴射される液滴Ｌを、各付着面２５の中央部に付着させることができる。さらに、各セル群ユニットＵ１〜Ｕ４の内部には、図９（セル群ユニットＵ１のみ示す）のように、水平方向に気液接触板２１で区画される複数の気液接触通路２２が形成され、各気液接触通路２２には、その上流側の底面を構成するに気液接触板２１に、複数の通孔２４が設けられる。複数の通孔２４は、各セル群ユニットＵ１〜Ｕ４の上段部と下段部を連通するもので、排気流れに沿って気液接触通路２２の上段側から流入する液滴Ｌを、重力で落下させることによって下段側へ分配する分配機構を構成する。

また、各セル群ユニットＵ１〜Ｕ４の付着面２５には、上段側の複数の気液接触通路２２の入口部に面する一部を凹陥させて、ＮＯｘ吸収液体の分配機構を構成するくぼみ部（分配部）２６を設ける。くぼみ部２６は、液滴Ｌが付着する中央部に近接し、液滴Ｌと同等容量の浅い凹部で、液滴Ｌが付着すると表面張力で速やかに幅方向に広がり、複数の気液接触通路２２へ導入する。このようにくぼみ部２６を設けると、排気の流れ等の影響で、液滴Ｌの付着位置がずれても、対応する複数の気液接触通路２２に均等にＮＯｘ吸収液体を分配することができる。

本実施形態のように構成することで、気液分離装置１の装置高さが低くできるので、高さ方向のスペースに制約がある場合に有利である。したがって、例えば、車両搭載エンジン用に、車両床下を水平方向に這う排気管ＥＸに取り付けられて、好適に使用することができる。

図１０は、本発明の第３実施形態であり、分配機構の基本構成は、第２実施形態と同様とする。本実施形態では、各セル群ユニットＵ１（Ｕ２〜Ｕ４も同様）の上流側において、隣り合う気液接触通路２２を区画する気液接触板２１にも、複数の通孔２４を設ける。これにより付着面２５からくぼみ部２６に広がり、各気液接触通路２２に分配された液滴Ｌは、さらに底面および側面に開口する通孔２４を介して壁面を濡らすように全体に広がる。したがって、さらに液滴Ｌの分配を効果的に行なうことができる。これら第２、３実施形態において、通孔２４を形成する領域は、第１実施形態と同様に設定するとよい。

図１１は、本発明の第４実施形態であり、液体インジェクタ３を複数配置した構成例である。分配機構の基本構成は、第２実施形態と同様であり、図８に示したセル群ユニットＵ１〜Ｕ４と液体インジェクタ３の組み合わせを基本ユニットＵとして、この基本ユニットＵを水平方向に、かつ排気の流れに対して直交する方向に並設している。ＮＯｘ処理能力を増大させるために気液接触装置１を大型化する場合、噴孔数を増加させて対応する領域数を増加させることも可能であるが、液体インジェクタ３が大型化し、噴孔設計も容易でない。そこで本実施形態では、基本ユニットＵを組み合わせることで、液体インジェクタ３やセル群ユニットＵ１〜Ｕ４を設計変更することなく、処理能力を倍増する。また、要求される処理能力に応じて、基本ユニットＵの数を増加させることができるので、液滴Ｌの分配を効果的に行ない、装置全体で効率よくＮＯｘ吸収を行うことができる。

図１２は、本発明の各実施形態において、気液接触装置１の処理能力を効果的に発揮するために、エンジン運転条件に応じて液体インジェクタ３の作動を制御する方法を示したフローチャートであり、電子制御ユニット（ＥＣＵ）１１１において実行される。排気には、エンジン燃焼回数に同期した脈動があり、排気流速が大きくなると、液滴Ｌが風に流されて、液体インジェクタ３から多孔体２に飛来する液滴Ｌ群の離散的均一性が損なわれるおそれがある。そこで好適には、排気中のＮＯｘ量に応じて液体噴射流量（液体供給流量）を制御し、さらに排気流速と脈動の影響が予測される運転条件では、これらの影響が最小となるように、液体インジェクタ３の作動タイミングを決定することが望ましい。

図１２のステップ１では、湿式後処理装置１００の作動条件か否かを判定する。例えば、エンジン始動時または始動直後のＮＯｘ生成量の少ない運転条件では、ＮＯｘ処理を行わない。また、エンジンＥに付設された故障判定装置により湿式後処理装置１００に何らかの異常が検出された場合も、非作動条件と判断する。このように、ステップ１が否定判定されると、気液接触装置１の液体インジェクタ３を作動させることなく、本処理を終了する。ステップ１が肯定判定されると、続くステップ２へ進む。

ステップ２では、エンジンＥの運転状態から、ＮＯｘ処理に必要な液体噴射流量ＧLを算出する。具体的には、エンジン回転数と噴射量に基づいて、予めプラグラムされているマップからエンジンＥが排出するＮＯｘ濃度を求める。そして、空気流量センサＳ１と温度センサＳ５で測定される吸気流量と排気温度に基づいて、ＮＯｘ流量を算出する。これに基づいてＮＯｘ吸収液体の流量を算出し、液体インジェクタ３から供給するＮＯｘ吸収液体の液体噴射流量ＧLを決定することができる。

続くステップ３では、エンジンＥが低速低負荷運転条件か否かを判定する。図１３はエンジンＥの運転領域ごとに排気脈動の大きさを示したものである。低速低負荷領域では、排気脈動が十分小さく、排気流速も小さいので、これらの影響を考慮することなく、気液接触装置１を作動させることができる。ところが、低速低負荷領域を超えると、排気流速が大きくなり、また排気脈動が大きくなる傾向にあるために、さらに流速が高まって、その影響を無視できなくなる。そこで、低速低負荷領域以外、すなわちステップ３が否定判定される場合には、ステップ４以降へ進み、エンジンＥの回転と同期させて最適な噴射を実施する。ステップ３が肯定判定された場合には、ステップ９へ進む。

続くステップ４では、液体インジェクタ３による一回の噴射量ｑiと、ステップ２で算出した液体噴射流量ＧLを用い、下記式（１）により、単位時間当たりの噴射回数Ｎを算出する。
Ｎ＝ＧL／ｑi・・・（１）
次いで、ステップ５において、エンジン回転センサＳ４で測定した現在のエンジン回転数Ｎｅを読み込む。これを用いて、１００回転当たりの噴射回数を算出し、さらに整数化してＮ₁₀₀を算出する。

次に、ステップ６に進み、エンジン急加速運転条件か否かを判定する。急加速時のような過渡運転時には、排気流速が増大するので、気液接触装置１の応答遅れによって、ＮＯｘ吸収液体の供給が追いつかなくなるおそれがある。これを回避するために、ステップ６が否定判定された場合のみ、ステップ７へ進み、ステップ５に基づく噴射を行なう。ステップ６が肯定判定された場合には、ステップ８へ進む。

ステップ７は、低速低負荷領域以外であり、かつエンジン急加速時を除く運転条件で実行される処理である。この領域では、排気脈動の影響を最小限とするために、液体インジェクタ３による噴射を、エンジン回転と同期させて排気流速が最も小さくなるタイミングで実施する。図１４は、排気脈動実測データの一例であり（エンジン回転数１８００ｒｐｍ、エンジントルク６０Ｎｍ）、排気圧力変化量（△Ｐ）が時間とともに変動し、エンジン回転に伴う一定の周期を有していることがわかる。そこで、この脈動の底部分、排気流速が最も小さくなるエンジン回転位置を、基準回転位置として、１回転ごとに、ステップ５で算出した噴射回数Ｎ₁₀₀（１００回転当たり）となるように噴射する。

ステップ８は、エンジン急加速運転条件で実行される処理で、この領域では、応答遅れによる処理能力低下を補償するために、ステップ５の算出値にかかわらず、エンジン１回転ごとに、毎回噴射を実施する。このように、エンジン加速を検知した場合には、一時的に液体供給量を増加させるので、排気流速が増大しても、十分なＮＯｘ吸収液体を気液接触装置１に供給することができる。

ステップ９は、低速低負荷運転条件で実行される処理で、この領域では、排気流速や排気脈動は十分小さいので、エンジン回転に同期させる必要がない。具体的には、一回の噴射量ｑiと、ステップ２で算出した液体噴射流量ＧLを用い、下記式（２）により、単位時間当たりの噴射頻度（噴射周波数）Ｆを算出する。
Ｆ＝ＧL／ｑi・・・（２）
次いで、ステップ１０において、算出された噴射周波数Ｆにより、液体インジェクタ３を作動させる。

上記実施形態では、気液接触装置１を構成する多孔体２に、波板と平板を組み合わせたハニカム構造体を用いたが、内部に多数の気液接触通路２２を形成可能な構造であればよい。気液接触板２１の積層体からなる多孔体２の形状は、特に制限されないが、矩形断面の直方体形状とすることで、波形と平形の気液接触板２１を用いた積層体の製作が容易にでき、設置スペースに対してＮＯ吸収部２の容積を比較的大きくすることができる。さらに、円形、楕円形その他の断面形状とすることもでき、設置スペース等に応じて任意に選択することができる。

図１５は、多孔体２を、気液接触板２１を積層した円形断面形状とした例であり、この場合も、波形の気液接触板２１ａと平形の気液接触板２１ｂを組み合わせて多数のセル内に気液接触通路２２を形成し、多孔体２の端面に設定した複数の領域に対応させて、液体インジェクタ３の噴孔３２を配置することで同様の効果が得られる。また、液体インジェクタ３や液体供給装置４、その他、湿式後処理装置１００の各部構成も、特に限定されるものではなく、適宜変更することができる。

本発明の気液接触装置を用いたエンジン湿式後処理装置は、小型で低コストであり、環境温度や運転状態の変化が大きいエンジンであっても適用可能である。このため、使用環境が厳しくスペース的な制約の大きい車両用エンジンに好適であるが、車両用またはディーゼルエンジンに限らず任意のエンジンに適用される。また、排気中の特定成分としては、ＮＯｘ成分に限らず、特定のガス成分と吸収液体を組み合わせることで、同様の高い処理性能を実現する。

Ｅ エンジン
ＥＸ 排気管（排気通路）
１００ 湿式後処理装置
１１１ 電子制御ユニット（制御手段）
１ 気液接触装置
１３ 排気導入部（気体導入部）
２ 多孔体
２１ 気液接触板
２２ 気液接触通路
２３ 筒体
２４ 通孔（分配機構）
２５ 付着面（付着部）
２６ くぼみ部（分配部）
３ 液体インジェクタ（液体噴射弁）
３１ａ シート（シート機構）
３５ ニードル（シート機構）
３２ 噴孔（分配機構）
４ 液体供給装置

Claims (8)

1. エンジン（Ｅ）の排気通路（ＥＸ）の途中に配設され、エンジン燃焼排気に含まれる特定ガス成分を、該特定ガス成分を吸収可能であり水よりも粘性が高い液体を用いて処理するエンジン湿式後処理装置（１００）において、エンジン燃焼排気と上記液体を接触させる気液接触通路（２２）を備える気液接触装置（１）であって、
   上記気液接触装置は、区画された多数のセル内を上記気液接触通路とする多孔体（２）と、該多孔体の一端側に設けられた気体導入部（１３）と、上記多孔体の一端側に設けられた少なくとも１つの液体噴射弁（３）と、該液体噴射弁から噴射される液体を、上記多孔体の一端側において上記気液接触通路に分配する分配機構を有し、
   該分配機構は、上記液体噴射弁に設けた複数の噴孔（３２）を、上記多孔体の一端側に予め設定した複数の領域に対応させて配置し、各領域に向けて噴射された液体を、上記気液接触通路の通路壁に設けた複数の通孔（２４）を介して、隣り合う上記気液接触通路に分配することを特徴とするエンジン湿式後処理装置用の気液接触装置。
2. 上記液体噴射弁は、先端面に配置した上記複数の噴孔の上流に、電磁的に開閉されるシート機構（３５、３１ａ）を備え、１回のシート開閉動作によって、上記複数の噴孔のそれぞれに少なくとも１つの液滴が生成されて、上記複数の領域に分配される請求項１記載のエンジン湿式後処理装置用の気液接触装置。
3. 上記多孔体は、矩形または円形の端面形状を有し、上記液体噴射弁の上記複数の噴孔は、上記多孔体の端面形状に対応する形状に配置される請求項１または２記載のエンジン湿式後処理装置用の気液接触装置。
4. 上記分配機構は、上記多孔体の一端側において、各領域に噴射された液体を受け止めて付着させる付着部（２５）と、付着した液体を各領域に対応する上記気液接触通路に分配する分配部（２６）を有する請求項１ないし３のいずれか１項に記載のエンジン湿式後処理装置用の気液接触装置。
5. エンジン運転条件に応じて、上記多孔体への液体供給流量を、上記液体噴射弁の開閉頻度により制御する制御手段（１１１）を備える請求項１ないし４のいずれか１項に記載のエンジン湿式後処理装置用の気液接触装置。
6. 上記制御手段は、低速低負荷運転時には単位時間当たりの開閉頻度で制御し、過渡運転時にはエンジン回転数に同期させて制御し、それ以外の運転時にはそれら両方を組み合わせて制御する請求項５記載のエンジン湿式後処理装置用の気液接触装置。
7. 上記液体は、２５℃における粘度が０．０１Ｐａ・ｓ以上であり、使用環境下において液体状態を維持するイオン液体である請求項１ないし６のいずれか１項に記載のエンジン湿式後処理装置用の気液接触装置。
8. 上記特定ガス成分は、窒素酸化物成分である請求項１ないし７のいずれか１項に記載のエンジン湿式後処理装置用の気液接触装置。

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