JP2015172335A

JP2015172335A - 内燃機関の排気浄化装置

Info

Publication number: JP2015172335A
Application number: JP2014047466A
Authority: JP
Inventors: 希代香恒川; Kiyoka Tsunekawa
Original assignee: Mitsubishi Motors Corp
Current assignee: Mitsubishi Motors Corp
Priority date: 2014-03-11
Filing date: 2014-03-11
Publication date: 2015-10-01
Anticipated expiration: 2034-03-11
Also published as: JP6281692B2

Abstract

【課題】残留する尿素水を排気管に排出する。
【解決手段】尿素水を逆流させて排気通路の排ガス成分を流入させることなく、供給ライン２５から尿素水噴射弁２８にかけて残留する尿素水を凝縮水回収ライン３５からの凝縮水により排気管２に排出し、尿素水が残留することによるデポジットの発生を抑制し、排気経路の排ガス成分で汚染されることがない。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関の排気ガスの窒素酸化物（ＮＯｘ）を低減する排気浄化装置に関する。

内燃機関（エンジン）の排気ガスに含まれる窒素酸化物（ＮＯｘ）を低減する技術として、尿素ＳＣＲ（Selective Catalytic Reduction）システムを用いた排気浄化装置が知られている。尿素ＳＣＲシステムを用いた排気浄化装置は、選択還元触媒（ＳＣＲ触媒）が設けられた排気通路内に尿素水が噴射されることで、尿素水が排気ガスの熱により分解されてアンモニアが生成され、生成されたアンモニアがＳＣＲ触媒上で排気ガス中のＮＯｘと反応し、ＮＯｘが窒素と水に還元（浄化）される装置である。

即ち、尿素ＳＣＲシステムを用いた排気浄化装置は、尿素水タンクに貯留された尿素水が尿素水供給経路を通して尿素水噴射弁に送られ、尿素水噴射弁を介して排気通路に尿素水が噴射される構成とされている。このため、エンジンを停止させた時には（キーオフ時には）、尿素水タンクから尿素水供給経路、尿素水噴射弁にかけて尿素水が残留することになる。

尿素水供給経路から尿素噴射弁にかけて尿素水が残留していると、エンジンが始動された際の熱により尿素水が熱分解され、尿素水由来のデポジットが生成される虞があったり、外気温により残留した尿素水が劣化したりするといった問題点がある。これらの問題点を解決するため、エンジンの停止時に、排気ガスと共に尿素水を尿素水噴射弁から逆流させて尿素水タンクに回収する技術が従来から提案されている（特許文献１参照）。

尿素水を逆流させて尿素水タンクに回収することで、エンジンを停止させても、尿素水供給経路、尿素水噴射弁にかけて尿素水が残留することがなくなり、尿素水由来のデポジットの生成が抑制される。

しかし、尿素噴射弁が臨む排気通路には、ＨＣやＮＯｘ、微粒子等の排ガス成分の物質が存在しているため、尿素水を逆流させた場合、ＨＣやＮＯｘ、微粒子等の排ガス成分が尿素水タンクに回収されることになる。このため、尿素水タンクや尿素水供給経路、尿素噴射弁が排ガス成分に汚染される虞があった。

特開２００８−１０１５６４号公報

本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、窒素酸化物（ＮＯｘ）を低減するための尿素水を排気通路に供給する排気浄化装置において、尿素水を供給する経路に残留する尿素水を排気通路に排出することができる内燃機関の排気浄化装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するための請求項１に係る本発明の内燃機関の排気浄化装置は、内燃機関の排気通路内の排気に供給される尿素水を貯蔵する尿素水貯蔵手段と、前記排気通路内の排気に前記尿素水貯蔵手段に貯蔵された尿素水を供給する尿素水供給手段と、前記尿素水供給手段の前記排気通路内に臨む部位よりも排気流れ方向下流側の前記排気通路に設けられ、前記尿素水が供給された前記排気からＮＯｘを浄化するＮＯｘ浄化触媒と、前記内燃機関の吸気系内又は排気系内で生成される凝縮水を前記尿素水供給手段に送る凝縮水供給手段とを備えたことを特徴とする。

請求項１に係る本発明では、尿素水が供給されることで排気ガスによって昇温されて生成物（アンモニア）が生成され、生成されたアンモニアがＮＯｘ浄化触媒上で排気ガス中のＮＯｘと反応してＮＯｘが浄化される。内燃機関の停止時には、排気成分を含む内燃機関の吸気系内又は排気系内で生成される凝縮水を尿素水供給手段に送り、尿素水を供給する経路に残留する尿素水を排気通路に排出する。

このため、排気通路の排ガス成分を流入させることなく、尿素水を供給する経路に残留する尿素水を排気通路に排出することが可能になり、尿素水を供給する経路に尿素水が残留することがなくなり、尿素水が残留することによるデポジットの発生を抑制することができ、排気通路の排ガス成分で汚染されることがない。そして、凝縮水にはＮＯｘ等の酸性の排気ガス成分が含まれているので、アルカリ性の尿素水を排出する際に尿素水が中和されて水として排出することができる。また、尿素水が中和されて水として排出されるため、排気通路に添加剤が由来とされるデポジット等が生成されることがない。

そして、請求項２に係る本発明の内燃機関の排気浄化装置は、請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記尿素水供給手段は、尿素水を前記排気通路に噴射する尿素水噴射弁と、前記尿素水貯蔵手段と前記尿素水噴射弁とを接続する供給ラインと、を有し、前記凝縮水供給手段は、前記供給ラインに接続されることを特徴とする。

請求項２に係る本発明では、尿素水貯蔵手段と尿素水噴射弁とが供給ラインで接続され、凝縮水供給手段が供給ラインに接続されるので、供給ラインに凝縮水を供給することで、デポジットの生成をより確実に抑制することができる。

また、請求項３に係る本発明の内燃機関の排気浄化装置は、請求項１もしくは請求項２に記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記ＮＯｘ浄化触媒と前記尿素水供給手段の前記排気通路内に臨む部位との間の前記排気通路に、前記尿素水を貯蔵する尿素水貯蔵部を設けたことを特徴とする。

請求項３に係る本発明では、凝縮水に押し出された尿素水が尿素水貯蔵部に貯蔵され、尿素水がそのまま排気通路に排出されることがない。

また、請求項４に係る本発明の内燃機関の排気浄化装置は、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記凝縮水供給手段は、前記内燃機関の運転が停止された時、前記尿素水供給手段に前記凝縮水を強制供給する強制供給手段を有していることを特徴とする。

請求項４に係る本発明では、強制供給手段を用いて凝縮水を尿素水供給手段に強制的に供給するので、凝縮水の供給を確実に実施することができる。

また、請求項５に係る本発明の内燃機関の排気浄化装置は、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記凝縮水供給手段は、前記排気通路から凝縮水を回収する第一凝縮水回収手段を有していることを特徴とする。

請求項５に係る本発明では、排気通路からの凝縮水、即ち、排気マニホールドや排気管に凝縮された排気成分を有する凝縮水を第一凝縮水回収手段により尿素水供給手段に供給することができる。

また、請求項６に係る本発明の内燃機関の排気浄化装置は、請求項５に記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記第一凝縮水回収手段は、前記尿素水供給手段が前記排気通路内に臨む部位よりも排気流れ方向上流側の前記排気通路から凝縮水を回収することを特徴とする。

請求項６に係る本発明では、尿素水供給手段が排気通路内に臨む部位よりも排気流れ方向上流側の前記排気通路から凝縮水を回収するので、凝縮水中への尿素水の混入を防ぐことができる。

また、請求項７に係る本発明の内燃機関の排気浄化装置は、請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記排気通路に設けられ排気により駆動されるタービンと、前記内燃機関の吸気通路に設けられ前記タービンにより駆動されるコンプレッサとを有する過給手段と、前記タービンよりも排気流れ方向下流側の前記排気通路の排気ガスを、前記コンプレッサよりも吸気流れ方向上流側の前記吸気通路に還流する低圧ＥＧＲ手段と、前記コンプレッサよりも吸気流れ方向下流側の前記吸気通路に設けられて吸気を冷却するインタークーラと、を備え、前記凝縮水供給手段は、前記インタークーラ又は前記インタークーラよりも吸気流れ方向下流側の吸気通路から凝縮水を回収する第二凝縮水回収手段を有していることを特徴とする。

請求項７に係る本発明では、インタークーラ又はインタークーラよりも吸気流れ方向下流側の吸気通路から凝縮水を回収する第二凝縮水回収手段から凝縮水を回収するので、インタークーラから排出される凝縮水が筒内に流入し、失火やウォーターハンマーといった内燃機関への悪影響を抑制することができる。また、排気系から回収する凝縮水と同様に、排気成分を含んだ凝縮水を回収することができるため、尿素水を中和することができ、デポジットの発生をより確実に抑制することができる。

本発明の内燃機関の排気浄化装置は、窒素酸化物（ＮＯｘ）を低減するための尿素水を排気通路に供給する排気浄化装置において、尿素水を供給する経路に残留する尿素水を排気通路に排出することが可能になる。

本発明の第１実施例に係る内燃機関の排気浄化装置の系統を表す概略構成図である。図１中のＩＩ-ＩＩ線矢視図である。本発明の第２実施例に係る内燃機関の排気浄化装置の系統を表す概略構成図である。本発明の第３実施例に係る内燃機関の排気浄化装置の系統を表す概略構成図である。

本実施例の内燃機関の排気浄化装置は、尿素ＳＣＲ（Selective Catalytic Reduction
）システムを用いた排気浄化装置である。即ち、排気ガスに含まれる窒素酸化物（ＮＯｘ）を低減するため、ＮＯｘ浄化触媒（選択還元触媒：ＳＣＲ触媒）が備えられ、排気通路内に尿素水が尿素水噴射弁から噴射されることで、尿素水が排気ガスの熱により分解されてアンモニアが生成され、生成されたアンモニアがＳＣＲ触媒上で排気ガス中のＮＯｘと反応し、ＮＯｘが窒素と水に還元（浄化）される装置である。

そして、内燃機関（エンジン）を停止させた際に、尿素水を供給する経路から尿素水噴射弁にかけて残留する尿素水を、エンジンの系内の凝縮水を用いて排気通路に排出するようにしている。これにより、排気通路の排ガス成分を流入させることなく、尿素水を供給する経路、尿素水噴射弁に尿素水が残留することがなくなり、尿素水が残留することによるデポジットの発生を抑制することができる。

また、凝縮水にはＮＯｘ等の酸性の排気ガス成分が含まれているので、アルカリ性の尿素水を排出する際に尿素水が中和されて水として排出することができ、尿素水が中和されて水として排出されるため、排気通路に尿素水が由来とされるデポジット等が生成されることがない。

図１、図２に基づいて本発明の第１実施例を説明する。

図１には本発明の第１実施例に係る内燃機関の排気浄化装置の系統を表す概略構成、図２には添加剤貯留部の構成（図１中のＩＩ-ＩＩ線矢視）を示してある。

図１に示すように、車両に搭載される内燃機関としての多気筒ディーゼルエンジン（エンジン）１の排気通路としての排気管２には排気浄化装置３が備えられている。エンジン１のシリンダブロック４のボア内にはピストン５が往復動自在に備えられ、ピストン５とシリンダヘッド６との間で燃焼室７が形成されている。ピストン５はコンロッド８を介してクランクシャフト９に接続され、ピストン５の往復運動によってクランクシャフト９が駆動される。

シリンダヘッド６には吸気ポートを介して吸気マニホールド１１を含む吸気管１２が接続されている。吸気ポートは吸気バルブにより開閉される。また、シリンダヘッド６には排気ポートを介して排気マニホールド１３を含む排気管（排気通路）２が接続されている。排気ポートは排気バルブにより開閉される。

シリンダヘッド６には各気筒の燃焼室７に燃料を直接噴射する電子制御式の燃料噴射弁１０が設けられ、燃料噴射弁１０には図示しないコモンレールから燃料が供給される。コモンレールでは燃料が所定の燃圧に調整され、燃料噴射弁１０には所定の燃圧に制御された高圧燃料が供給される。

吸気管１２及び排気管２の途中部には過給機としてターボチャージャ１５が設けられ、ターボチャージャ１５は排気管２側にタービンが備えられ、タービンに連結されたコンプレッサが吸気管１２側に備えられている。エンジン１の排気ガスが排気管２からターボチャージャ１５に送られると、排気ガスの流れによりタービンが回転し、タービンの回転に伴ってコンプレッサが回転して吸気管１２内の吸気が過給される。

ターボチャージャ１５の下流側の吸気管１２にはインタークーラ１６が配され、過給された吸気はインタークーラ１６で冷却されて燃焼室７に送られる。インタークーラ１６の下流側の吸気管１２には、吸気管１２を開閉するスロットルバルブ１７が設けられている。図示は省略したが、スロットルバルブ１７の下流側の吸気管１２には、吸気の温度を検出する吸気温度センサ、吸気マニホールド１１内の圧力を検出するインマニ圧センサが備えられている。

ターボチャージャ１５の上流側の排気管２には高圧ＥＧＲ管３１の一端が接続され、高圧ＥＧＲ管３１の他端はスロットルバルブ１７の下流側（ターボチャージャ１５の下流側）の吸気管１２に連通している。高圧ＥＧＲ管３１には高圧ＥＧＲクーラ３２が設けられ、高圧ＥＧＲ管３１の吸気管１２との接続部には高圧ＥＧＲバルブ３３が設けられている。

高圧ＥＧＲバルブ３３を開くことで、ターボチャージャ１５の上流側の排気管２を流れる排気ガスの一部が高圧ＥＧＲ管３１に導入され、高圧ＥＧＲ管３１に導入された排気ガスは高圧ＥＧＲクーラ３２で冷却されてターボチャージャ１５の下流側の吸気管１２に供給される。排気ガスの一部を吸気に還流させることで、エンジン１の燃焼室７内の燃焼温度を低下させ、ＮＯｘの排出量を低減させることができる。

ターボチャージャ１５の下流側の排気管２には、ディーゼル酸化触媒（酸化触媒）２１及び排気浄化用のディーゼル微粒子捕集フィルター２２を備えた浄化装置２３が備えられている。酸化触媒２１に排気ガスが流入すると、排気ガス中の一酸化窒素（ＮＯ）が酸化されて二酸化窒素（ＮＯ_２）が生成される。また、排気ガス中の微粒子状物質（ＰＭ）がディーゼル微粒子捕集フィルター２２で捕集される。

ディーゼル微粒子捕集フィルター２２で捕集されたＰＭは、排気ガス中のＮＯ_２によって酸化（燃焼）されＣＯ_２として排出され、ディーゼル微粒子捕集フィルター２２に残存するＮＯ_２はＮ_２に分解されて排出される。即ち、浄化装置２３では、排気ガスが浄化されてＰＭ及びＮＯｘの排出量を大幅に低減することができる。

浄化装置２３の下流側には、排気浄化装置３として、尿素ＳＣＲ（Selective Catalytic Reduction）システムが備えられている。即ち、浄化装置２３の下流側の排気管２にはＮＯｘ浄化触媒として選択還元触媒（ＳＣＲ触媒）２４が設けられ、ＳＣＲ触媒２４の上流側の排気管２には、尿素水噴射弁２８が設けられている。

尿素水噴射弁２８には供給ライン２５を介して尿素水貯蔵手段としての尿素水タンク２７が接続され、尿素水タンク２７には尿素水が貯留されている。尿素水タンク２７には尿素水ポンプ２６が設けられ、尿素水ポンプ２６の駆動により、尿素水噴射弁２８から排気管２内に尿素水が噴射される（供給される）。つまり、尿素水ポンプ２６、供給ライン２５、尿素水噴射弁２８により、尿素水供給手段が構成されている。

尚、尿素水噴射弁２８には、供給ライン２５以外の尿素水供給手段から尿素水を供給することも可能である。

ＳＣＲ触媒２４の手前側の排気管２にはミキサ２９が備えられ、尿素水噴射弁２８から噴射された尿素水は、ミキサ２９で拡散されてＳＣＲ触媒２４に均等に接触する。

尿素水噴射弁２８から排気管２内に尿素水が噴射されることで、尿素水が排気ガスの熱により分解されてアンモニアが生成され、生成されたアンモニアがＳＣＲ触媒２４上で排気ガス中のＮＯｘと反応し、ＮＯｘが窒素と水に還元（浄化）される。

尿素水噴射弁２８とミキサ２９の間における排気管２には、即ち、ＮＯｘ浄化触媒の上流側で尿素水供給手段により尿素水が供給される部位（尿素水供給手段の排気通路に臨む部位）の下流側の排気通路には、尿素水が貯蔵される尿素水貯蔵部としての貯蔵部１９が備えられている。貯蔵部１９には、詳細は後述するが、供給ライン２５に残留する尿素水が排気管２に排出された際に、一時的に尿素水が貯蔵される。

貯蔵部１９には多孔体の尿素水吸収部材２０が配され、排気管２に排出された尿素水は尿素水吸収部材２０に吸収される。尿素水吸収部材２０は表面積の大きい多孔体とされているので、排気ガス温度が高くなった場合、吸収されている尿素水の昇温速度が速くなり、短時間でアンモニアが生成される。

図２に示すように、貯蔵部１９はフランジ３０、ボルト３０ａを介して排気管２に固定され、貯蔵部１９はボルト３０ａの締結操作により排気管２に対して着脱自在とされている。貯蔵部１９にデポジットが生成された場合等、ボルト３０ａを外して貯蔵部１９を取り外してメンテナンスを行う。

供給ライン２５から尿素水噴射弁２８に残留する尿素水は、エンジン１の系内の凝縮水を用いて排気管２に排出される。

図１に示すように、排気系としての排気マニホールド１３には凝縮水出口１３ａが設けられ、凝縮水出口１３ａには第一凝縮水回収手段としての凝縮水回収ライン３５の一端３５ａが接続されている。凝縮水回収ライン３５の他端３５ｂは尿素水タンク２７の出口部近傍の供給ライン２５に接続されている。凝縮水回収ライン３５には凝縮水を溜める凝縮水タンク３６が設けられている。

つまり、第一凝縮水回収手段は、尿素水噴射弁２８が排気管２内に臨む部位よりも排気流れ方向上流側の排気管２から凝縮水を回収している。このため、凝縮水中への尿素水の混入を防ぐことができる。

排気マニホールド１３で生成され、排気ガスの成分を含んだ凝縮水は、エンジン１が停止した時に（キーオフ時に）凝縮水出口１３ａから凝縮水回収ライン３５に送られ、凝縮水タンク３６に貯められた後、供給ライン２５に送られる（凝縮水供給手段）。このため、エンジン１が停止すると、供給ライン２５から尿素水噴射弁２８にかけて残留している尿素水が、エンジン１の排気マニホールド１３からの凝縮水により排気管２に押し出されて排出される。

凝縮水タンク３６を設けて凝縮水を一時的に溜める構成としているので、キーオフ時には、凝縮水を即座に凝縮水回収ライン３５に送ることができる。

凝縮水回収ライン３５の他端３５ｂの近傍には、即ち、供給ライン２５との合流部位（接続部位）には、凝縮水の供給ライン２５への流通のみを許容する逆止弁３７が設けられている。逆止弁３７により尿素水が凝縮水回収ラインに逆流することが防止される。

凝縮水供給手段には、エンジン１の運転が停止された時（キーオフ時）、凝縮水を供給ライン２５に強制供給する強制供給手段を有している。本実施例では、凝縮水回収ライン３５に流量調整弁を設け、排気マニホールド１３の凝縮水出口１３ａ、凝縮水タンク３６、凝縮水回収ライン３５の他端３５ｂの供給ライン２５への接続部の高さを所定の状態に規定することで、強制供給手段を構成している。

つまり、凝縮水タンク３６は、排気マニホールド１３の凝縮水出口１３ａよりも低い位置で、且つ、尿素水タンク２７の尿素水ポンプ２６（凝縮水回収ライン３５の他端３５ｂの供給ライン２５への接続部）より高い位置に搭載されている。

凝縮水タンク３６の搭載位置（高さ）を規定し、流量調整弁を制御することで、動力を用いることなく凝縮水を強制的に供給ライン２５に送ることができる。

従って、凝縮水供給手段により凝縮水を供給ライン２５に供給して尿素水を排気管２に排出することで、排気管２の内部の排ガス成分を尿素水噴射弁２８、供給ライン２５、尿素水タンク２７に流入させることなく、供給ライン２５から尿素水噴射弁２８にかけて尿素水が残留することがなくなり、尿素水が残留することによるデポジットの発生を抑制することができる。

上述した凝縮水供給手段では、凝縮水回収ライン３５の他端３５ｂの供給ライン２５への接続部を尿素水タンク２７の出口部近傍（尿素水ポンプ２６の出口近傍）に設定したことで、供給ライン２５の全域に残留している尿素水を排気管２に排出することができる。

また、凝縮水を供給ライン２５に送るタイミングをキーオフ時にすることで、尿素水ポンプ２６が駆動していない時に凝縮水を送ることができ、凝縮水を確実に供給することができる（残留している尿素水を排気管２に排出する必要があるのは、キーオフ後となっている）。

また、排気マニホールド１３の凝縮水出口１３ａは、尿素水噴射弁２８の上流側とされているので、回収する凝縮水に尿素水が混入することがない。そして、凝縮水回収ライン３５に流量調整弁を設けることで、必要量の凝縮水を供給ライン２５に供給することができる。

また、尿素水噴射弁２８の直後の排気管２に、尿素水が貯蔵される貯蔵部１９を備えたので、キーオフ時に排気管２に排出された尿素水がＳＣＲ触媒２４に送られずに排気管２に残ることが防止される。また、貯蔵部１９を備えたことで、エンジン１の始動により排ガス温度が高くなった時に、貯蔵された尿素水からアンモニアを生成することができる。

尚、凝縮水回収ライン３５に、路流量調整弁に代えて開閉弁を設けることも可能である。また、強制供給手段としては、加圧ポンプ、吸引ポンプ等の駆動手段を用いることで、車両の姿勢などに拘わらず凝縮水を確実に供給ライン２５に供給することができる。また、凝縮水タンク３６に凝縮水の貯蔵量を検出できるセンサ（例えば、レベルセンサ）を設けることで、凝縮水の量を的確に管理することができる。

車両には、制御手段として電子制御ユニット（ＥＣＵ）が備えられ、ＥＣＵには入出力装置、制御プログラムや制御マップ等の記憶を行う記憶装置、中央処理装置及びタイマやカウンタ類が備えられている。ＥＣＵにはセンサ類からの情報が入力され、センサ類の情報に基づいて排気浄化装置３、高圧ＥＧＲ手段を含むエンジン１の総合的な制御がＥＣＵにより行われる。

上述した排気浄化装置を備えたエンジン１では、尿素水ポンプ２６の駆動により尿素水が尿素水噴射弁２８に送られ、尿素水噴射弁２８から排気管２の内部に尿素水が噴射され、尿素水が排気ガスの熱により分解されてアンモニアが生成される。生成されたアンモニアはＳＣＲ触媒２４上で排気ガス中のＮＯｘと反応してＮＯｘが窒素と水に還元（浄化）される。

そして、内燃機関（エンジン）を停止させた際に、供給ライン２５から尿素水噴射弁２８にかけて残留する尿素水が、エンジン１の排気マニホールド１３からの凝縮水により排気管２に押し出されて排出される。これにより、排気通路の排ガス成分を流入させることなく（尿素水を逆流させて尿素水タンク２７に戻すことなく）、供給ライン２５、尿素水噴射弁２８に尿素水が残留することがなくなり、尿素水が残留することによるデポジットの発生を抑制することができる。

また、尿素水が凝縮水により排気管２に押し出されて排出される際に、凝縮水に混合される前の尿素水は、貯蔵部１９の尿素水吸収部材２０に貯蔵され、尿素水のまま排気管２に残ることがない。

凝縮水にはＮＯｘ等の酸性の排気ガス成分が含まれているので、アルカリ性の尿素水を排出する際に尿素水が中和されて水となって排出されるため、排気管２に尿素水が由来とされるデポジット等が生成されることがない。

図３に基づいて本発明の第２実施例を説明する。

図３には本発明の第２実施例に係る内燃機関の排気浄化装置の系統を表す概略構成を示してある。尚、図１に示した第１実施例と同じ構成部材には同じ符号を付して重複する説明は省略してある。

第２実施例の排気浄化装置は、凝縮水を回収する凝縮水回収ラインの構成が第１実施例と異なっている。

図に示すように、排気系として、浄化装置２３の下流で尿素水噴射弁２８が備えられている部位の上流側の排気管２には、凝縮水出口４０が設けられている。凝縮水出口４０には第一凝縮水回収手段としての凝縮水回収ライン４１の一端４１ａが接続されている。凝縮水回収ライン４１の他端４１ｂは尿素水タンク２７の出口部近傍の供給ライン２５に接続されている。

凝縮水回収ライン４１には凝縮水を溜める凝縮水タンク４２が設けられている。凝縮水タンク４２には吸引ポンプ４３が設けられ、吸引ポンプ４３により凝縮水タンク４２の内部が負圧にされる。

浄化装置２３の下流の排気管２で生成され、排気ガスの成分を含んだ凝縮水は、エンジン１が停止した時に（キーオフ時に）、内部が負圧にされた凝縮水タンク４２に吸引されて凝縮水出口４０から凝縮水回収ライン４１に送られ、凝縮水タンク４２に貯められた後、供給ライン２５に送られる（凝縮水供給手段）。

このため、エンジン１が停止すると、供給ライン２５から尿素水噴射弁２８にかけて残留している尿素水が、エンジン１の排気マニホールド１３からの凝縮水により排気管２に押し出されて排出される。

従って、凝縮水を供給ライン２５に供給して尿素水を排気管２に排出することで、排気管２の内部の排ガス成分を尿素水噴射弁２８、供給ライン２５、尿素水タンク２７に流入させることなく、供給ライン２５から尿素水噴射弁２８にかけて尿素水が残留することがなくなり、尿素水が残留することによるデポジットの発生を抑制することができる。

上述した凝縮水供給手段では、凝縮水タンク４２に吸引ポンプ４３が設けられているので、吸引ポンプ４３により凝縮水タンク４２の内部が負圧にされ、凝縮水の回収を容易に行うことができる。また、凝縮水タンク４２の内部を負圧にして凝縮水を回収しているので、凝縮水タンク４２の位置が凝縮水出口３０よりも高い位置になっても凝縮水を回収することができる。つまり、凝縮水供給手段の自由度を高くすることができる。

図４に基づいて本発明の第３実施例を説明する。

図４には本発明の第３実施例に係る内燃機関の排気浄化装置の系統を表す概略構成を示してある。尚、図１、図３に示した第１実施例、第２実施例と同じ構成部材には同じ符号を付して重複する説明は省略してある。

第３実施例の排気浄化装置は、過給手段としてのターボチャージャ１５のタービンよりも下流（浄化装置２３の下流）から取り出した排ガスをコンプレッサの前側に戻す（還流する）低圧ＥＧＲ手段を備え、インタークーラ１６で冷却された過給吸気の凝縮水を回収する構成となっている。

図に示すように、浄化装置２３の下流側でＳＣＲ触媒２４の上流側（ターボチャージャ１５の下流側）の排気管２には低圧ＥＧＲ管５１の一端が接続され、低圧ＥＧＲ管５１の他端はターボチャージャ１５の上流側の吸気管１２に連通している。低圧ＥＧＲ管５１には低圧ＥＧＲクーラ５２が設けられ、低圧ＥＧＲ管５１の排気管２との接続部の近傍には低圧ＥＧＲバルブ５３が設けられている。

低圧ＥＧＲバルブ５３を開くことで、ターボチャージャ１５の下流側（タービンよりも排気流れ方向下流側）の排気管２を流れる排気ガスの一部が低圧ＥＧＲ管５１に導入され、低圧ＥＧＲ管５１に導入された排気ガスは低圧ＥＧＲクーラ５２で冷却されてターボチャージャ１５の上流側の吸気管１２に供給される。つまり、吸気管１２の吸気に、排気成分を含んだ排気ガスが混合される。

低圧ＥＧＲ手段により排気ガスの一部を吸気に還流させることで、エンジン１の燃焼室７内の燃焼温度を低下させ、ＮＯｘの排出量を低減させることができる。ターボチャージャ１５による過給が十分に必要となる運転状態（空気量を確保する必要がある運転状態）の場合であっても、低圧ＥＧＲ手段を用いてＮＯｘの排出量を低減することができる。

インタークーラ１６の下流の吸気管１２（インタークーラ１６よりも吸気流れ方向下流側の吸気通路）には凝縮水出口１２ａが設けられ、凝縮水出口１２ａには第二凝縮水回収手段としての凝縮水回収ライン４５の一端４５ａが接続されている。凝縮水回収ライン４５の他端４５ｂは尿素水タンク２７の出口部近傍の供給ライン２５に接続されている。

尚、凝縮水出口１２ａはインタークーラ１６に設けてもよい。この場合、凝縮水出口１２ａは、インタークーラ１６の底部で、吸気出口付近に設けられるのが好ましい。

凝縮水回収ライン４５には凝縮水を溜める凝縮水タンク４６が設けられている。凝縮水タンク４６には吸引ポンプ４７、及び、オイルセパレータ４８が設けられ、吸引ポンプ４７により凝縮水タンク４６の内部が負圧にされ、オイルセパレータ４８を通過した凝縮水が供給ライン２５に送られる。

インタークーラ１６で冷却され、排ガスの成分が含まれた過給吸気の凝縮水が、インタークーラ１６の内部又はインタークーラ１６の下流の吸気管１２で生成され、排気ガスの成分を含んだ凝縮水は、エンジン１が停止した時に（キーオフ時に）、内部が負圧にされた凝縮水タンク４６に吸引されて凝縮水出口１２ａから凝縮水回収ライン４５に送られ、凝縮水タンク４６に貯められた後、オイルセパレータ４８でオイル成分が分離されて供給ライン２５に送られる（凝縮水供給手段）。

このため、エンジン１が停止すると、供給ライン２５から尿素水噴射弁２８にかけて残留している尿素水が、エンジン１のインタークーラ１６の下流の吸気管１２からの凝縮水により排気管２に押し出されて排出される。

上述した凝縮水供給手段では、水分が多く含まれた排ガスが低圧ＥＧＲ手段により吸気管１２に送られ、ターボチャージャ１５のコンプレッサで加圧された後にインタークーラ１６を通過し、排ガス中の排ガス成分を含んだ水分が凝縮水として回収される。凝縮水が燃焼室７にそのまま送られることがないので、トルク変動、失火やウォータハンマーの発生を抑制することができる。

凝縮水を排気系に排出する場合、ブローバイガスを含んでいるため触媒で浄化する必要があるが、尿素水の排出に用いることで、触媒で浄化させる必要がなく、触媒の急冷等に基づく破損を考慮することなく凝縮水を排出することが可能になる。

尚、インタークーラ１６の下流の吸気管１２から凝縮水を回収すると共に、排気系（排気マニホールド１３、排気管２）から凝縮水をあわせて回収する構成を採用することも可能である。

上述したエンジン１の排気浄化装置３は、尿素水を逆流させて排気通路の排ガス成分を流入させることなく、供給ライン２５から尿素水噴射弁２８にかけて残留する尿素水を排気管２に排出することが可能になり、尿素水が残留することによるデポジットの発生を抑制することができ、尿素水が供給される経路が排気通路の排ガス成分で汚染されることがない。

そして、凝縮水にはＮＯｘ等の酸性の排気ガス成分が含まれているので、アルカリ性の尿素水を排出する際に尿素水が中和されて水として排気管２に排出させることができる。また、尿素水が中和されて水として排出されるため、排気管２に尿素水（アンモニア）が由来とされるデポジット等が生成されることがない。

尚、上述した各実施例において、凝縮水タンクを尿素水タンクの中に収容することも可能である。尿素水タンクの中に凝縮水タンクを収容することにより、タンクを設置するスペースを大幅に狭くすることができ、限られたエンジンルーム内での各種部材の設置の自由度を低下させることがない。

本発明は、内燃機関の排気ガスの窒素酸化物（ＮＯｘ）を低減する排気浄化装置の産業分野で利用することができる。

１多気筒ディーゼルエンジン（エンジン）
２排気管
３排気浄化装置
４シリンダブロック
５ピストン
６シリンダヘッド
７燃焼室
８コンロッド
９クランクシャフト
１０燃料噴射弁
１１吸気マニホールド
１２吸気管
１３排気マニホールド
１５ターボチャージャ
１６インタークーラ
１７スロットルバルブ
１９貯蔵部
２０尿素水吸収部材
２１ディーゼル酸化触媒（酸化触媒）
２２ディーゼル微粒子捕集フィルター
２３浄化装置
２４選択還元触媒（ＳＣＲ触媒）
２５供給ライン
２６尿素水ポンプ
２７尿素水タンク
２８尿素水噴射弁
２９ミキサ
３１高圧ＥＧＲ管
３２高圧ＥＧＲクーラ
３３高圧ＥＧＲバルブ
３５、４１、４５凝縮水回収ライン
３６、４２、４６凝縮水タンク
３７逆止弁
４３、４７吸引ポンプ
４８オイルセパレータ
５１低圧ＥＧＲ管
５２低圧ＥＧＲクーラ
５３低圧ＥＧＲバルブ

Claims

内燃機関の排気通路内の排気に供給される尿素水を貯蔵する尿素水貯蔵手段と、
前記排気通路内の排気に前記尿素水貯蔵手段に貯蔵された尿素水を供給する尿素水供給手段と、
前記尿素水供給手段の前記排気通路内に臨む部位よりも排気流れ方向下流側の前記排気通路に設けられ、前記尿素水が供給された前記排気からＮＯｘを浄化するＮＯｘ浄化触媒と、
前記内燃機関の吸気系内又は排気系内で生成される凝縮水を前記尿素水供給手段に送る凝縮水供給手段とを備えた
ことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置において、
前記尿素水供給手段は、尿素水を前記排気通路に噴射する尿素水噴射弁と、前記尿素水貯蔵手段と前記尿素水噴射弁とを接続する供給ラインと、を有し、
前記凝縮水供給手段は、前記供給ラインに接続される
ことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
請求項１もしくは請求項２に記載の内燃機関の排気浄化装置において、
前記ＮＯｘ浄化触媒と前記尿素水供給手段の前記排気通路内に臨む部位との間の前記排気通路に、前記尿素水を貯蔵する尿素水貯蔵部を設けた
ことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の内燃機関の排気浄化装置において、
前記凝縮水供給手段は、前記内燃機関の運転が停止された時、前記尿素水供給手段に前記凝縮水を強制供給する強制供給手段を有している
ことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の内燃機関の排気浄化装置において、
前記凝縮水供給手段は、前記排気通路から凝縮水を回収する第一凝縮水回収手段を有している
ことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
請求項５に記載の内燃機関の排気浄化装置において、
前記第一凝縮水回収手段は、前記添加剤供給手段が前記排気通路内に臨む部位よりも排気流れ方向上流側の前記排気通路から凝縮水を回収する
ことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の内燃機関の排気浄化装置において、
前記排気通路に設けられ排気により駆動されるタービンと、前記内燃機関の吸気通路に設けられ前記タービンにより駆動されるコンプレッサとを有する過給手段と、
前記タービンよりも排気流れ方向下流側の前記排気通路の排気ガスを、前記コンプレッサよりも吸気流れ方向上流側の前記吸気通路に還流する低圧ＥＧＲ手段と、
前記コンプレッサよりも吸気流れ方向下流側の前記吸気通路に設けられて吸気を冷却するインタークーラと、を備え、
前記凝縮水供給手段は、前記インタークーラ又は前記インタークーラよりも吸気流れ方向下流側の吸気通路から凝縮水を回収する第二凝縮水回収手段を有している
ことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。