JP2024060004A - 排気浄化装置及びエンジン - Google Patents

排気浄化装置及びエンジン Download PDF

Info

Publication number
JP2024060004A
JP2024060004A JP2024034893A JP2024034893A JP2024060004A JP 2024060004 A JP2024060004 A JP 2024060004A JP 2024034893 A JP2024034893 A JP 2024034893A JP 2024034893 A JP2024034893 A JP 2024034893A JP 2024060004 A JP2024060004 A JP 2024060004A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
exhaust
purification device
exhaust gas
reducing agent
passage
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2024034893A
Other languages
English (en)
Inventor
剛 井上
大輔 森満
浩平 岩本
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Yanmar Holdings Co Ltd
Original Assignee
Yanmar Holdings Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Yanmar Holdings Co Ltd filed Critical Yanmar Holdings Co Ltd
Priority to JP2024034893A priority Critical patent/JP2024060004A/ja
Publication of JP2024060004A publication Critical patent/JP2024060004A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/08—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
    • F01N3/10—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust
    • F01N3/18—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by methods of operation; Control
    • F01N3/20—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by methods of operation; Control specially adapted for catalytic conversion ; Methods of operation or control of catalytic converters
    • F01N3/2066—Selective catalytic reduction [SCR]
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N13/00—Exhaust or silencing apparatus characterised by constructional features ; Exhaust or silencing apparatus, or parts thereof, having pertinent characteristics not provided for in, or of interest apart from, groups F01N1/00 - F01N5/00, F01N9/00, F01N11/00
    • F01N13/08—Other arrangements or adaptations of exhaust conduits
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/02—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust
    • F01N3/04—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust using liquids
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/08—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/08—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
    • F01N3/10—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust
    • F01N3/18—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by methods of operation; Control
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/08—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
    • F01N3/10—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust
    • F01N3/24—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by constructional aspects of converting apparatus
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2340/00—Dimensional characteristics of the exhaust system, e.g. length, diameter or volume of the apparatus; Spatial arrangements of exhaust apparatuses
    • F01N2340/06—Dimensional characteristics of the exhaust system, e.g. length, diameter or volume of the apparatus; Spatial arrangements of exhaust apparatuses characterised by the arrangement of the exhaust apparatus relative to the turbine of a turbocharger
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2590/00—Exhaust or silencing apparatus adapted to particular use, e.g. for military applications, airplanes, submarines
    • F01N2590/02—Exhaust or silencing apparatus adapted to particular use, e.g. for military applications, airplanes, submarines for marine vessels or naval applications
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2610/00—Adding substances to exhaust gases
    • F01N2610/02—Adding substances to exhaust gases the substance being ammonia or urea
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2610/00—Adding substances to exhaust gases
    • F01N2610/14—Arrangements for the supply of substances, e.g. conduits
    • F01N2610/1453—Sprayers or atomisers; Arrangement thereof in the exhaust apparatus
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2900/00—Details of electrical control or of the monitoring of the exhaust gas treating apparatus
    • F01N2900/06—Parameters used for exhaust control or diagnosing
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Exhaust Gas After Treatment (AREA)
  • Exhaust Silencers (AREA)

Abstract

【課題】還元剤噴射のエアアシスト機能に拘わらず、噴射ノズルの熱害を抑制する排気浄化装置、及びこの排気浄化装置を備えるエンジンを提供する。【解決手段】排気ガスの窒素酸化物を浄化する排気浄化装置１は、エンジン２から排出された排気ガスを所定の排気方向へ流通させる排気管４（排気通路）に設けられ、排気ガスの還元を促進する触媒１４と、排気管４の内側へ延びるように設けられた支持部材１５と、支持部材１５の端部に、排気ガスを還元する還元剤を触媒１４に向けて排気方向に沿って噴射する噴射孔１６と、排気方向において噴射孔１６よりも上流側に設けられ、少なくとも排気方向の対向方向であって噴射孔１６の側とは反対側に冷却媒体を排出する排出孔１８とを備え、還元剤を噴射孔１６に供給する還元剤供給管２０と、冷却媒体を排出孔１８に供給する接続管２３とを、支持部材１５の内側に設けている。【選択図】図３

Description

本発明は、排気ガスの窒素酸化物を浄化する排気浄化装置、及びこの排気浄化装置を備えるエンジンに関する。
舶用又は陸用のエンジンでは、排気ガス中の窒素酸化物を還元して排気ガスを浄化する、いわゆるＳＣＲシステムで構成された排気浄化装置を備えている。排気浄化装置は、排気ガスの排気通路内に触媒を設けると共に、触媒に向けて尿素を供給することで、触媒に蓄積された窒素酸化物を還元するように構成される。
排気浄化装置は、例えば、特許文献１に開示されるように、噴射ノズルによって還元剤である尿素水を排気管の内部に供給するように構成されている。更に、特許文献１の排気浄化装置は、加圧空気供給ポンプによってエアタンクに加圧された加圧空気を噴射ノズルに供給して、この加圧空気を利用することで尿素の霧化を促進する、いわゆるエアアシスト尿素噴射システムを採用している。
特開２０１５－７５０４２号公報
上記のようなエアアシスト尿素噴射システム（エアアシスト機能）を採用する場合、加圧空気を収容したエアタンク、すなわち船体又は設備に設けられた加圧空気タンクを利用することが一般的である。大型船や中型船等のように船体が比較的大きい場合には、設置スペースに余裕があるため、加圧空気タンクを設けることができるが、小型船のように船体が比較的小さい場合には、設置スペースに余裕がなく、加圧空気タンクを設けることが困難な場合がある。そのため、小型船等では、エアアシスト機能を採用していない。
ところで、排気浄化装置では、排気管の壁付近に噴射ノズルを配置すると、尿素等の還元剤が排気通路の壁面に付着したり、還元剤及び排気ガスが適切に混合されない等の不具合が生じるおそれがある。このような不具合を抑制するために、排気浄化装置では、排気管の中央付近に噴射孔が位置するように噴射ノズルを配置することがある。しかしながら、排気管の中央付近の噴射ノズルに排気ガスの熱害が生じ、例えば、排気ガスの熱によって噴射ノズルの耐久性が低下し、また、還元剤の噴射中に噴射ノズルに還元剤が固着するおそれがある。その場合、噴射ノズルから還元剤を正常に噴射できなくなり、排気ガスを正常に浄化できなくなる等、噴射ノズルが正常に動作しないおそれがある。
なお、エアアシスト尿素噴射システムでは、加圧空気が噴射ノズルを冷却することで、噴射ノズルに対する排気ガスの熱害が抑制されることがある。しかしながら、エアアシスト尿素噴射システムを採用しない小型船等では、噴射ノズルを冷却することができず、噴射ノズルの耐久性の低下や、噴射ノズルの還元剤の固着が発生し、噴射ノズルが正常に動作しないおそれがある。
本発明は、還元剤噴射のエアアシスト機能の有無に拘わらず、噴射ノズルの熱害を抑制する排気浄化装置、及びこの排気浄化装置を備えるエンジンを提供することを目的とする。
上記課題を解決するために、本発明の排気浄化装置は、排気ガスの窒素酸化物を浄化する排気浄化装置であって、エンジンから排出された前記排気ガスを所定の排気方向へ流通させる排気通路に設けられ、前記排気ガスの還元を促進する触媒と、前記排気通路の内側へ延びるように設けられた支持部材と、前記支持部材の端部に、前記排気ガスを還元する還元剤を前記触媒に向けて前記排気方向に沿って噴射する噴射孔と、前記排気方向において前記噴射孔よりも上流側に設けられ、少なくとも前記排気方向の対向方向であって前記噴射孔の側とは反対側に冷却媒体を排出する排出孔と、を備え、前記還元剤を前記噴射孔に供給する還元剤供給管と、前記冷却媒体を前記排出孔に供給する接続管とを、前記支持部材の内側に設けていることを特徴とする。
上記の本発明の排気浄化装置において、前記排出孔は、供給された前記冷却媒体の全量を排出する。
上記の本発明の排気浄化装置において、前記支持部材は、前記排気通路の壁を貫通して設けられ、前記排気通路の内側で前記支持部材の端部に取り付けられた噴射ノズルを備え、前記噴射ノズルは、前記噴射孔及び前記排出孔を有する。
上記の本発明の排気浄化装置において、前記接続管は、過給機で昇圧された昇圧空気を前記エンジンへ供給する過給通路から分岐されていて、前記排出孔は、前記接続管を介して前記過給通路に接続されていて、前記過給通路から前記接続管を流通する前記昇圧空気を前記冷却媒体として噴射する。
上記の本発明の排気浄化装置において、前記接続管は、前記過給通路における前記昇圧空気の給気方向において、前記過給通路に設けられるインタークーラよりも下流側で前記過給通路から分岐して構成されている。
上記の本発明の排気浄化装置は、前記接続管を通過する前記昇圧空気の流量を所定の調整量以下に調整する調整機構を更に備える。
上記の本発明の排気浄化装置において、前記噴射孔と前記排出孔とは、前記排気通路の径方向において同じ位置に配置されるように構成されている。
上記の本発明の排気浄化装置は、船体に搭載される前記エンジンに適用される。
上記課題を解決するために、本発明のエンジンは、上記の何れかの排気浄化装置を備える。
本発明によれば、還元剤噴射のエアアシスト機能の有無に拘わらず、噴射ノズルの熱害を抑制する排気浄化装置、及びこの排気浄化装置を備えるエンジンを提供する。
本発明の実施形態に係る排気浄化装置が適用される船舶の例を示す模式図である。 本発明の実施形態に係る排気浄化装置が適用される船舶の例を示す模式図である。 本発明の実施形態に係る排気浄化装置の例を示す模式図である。 本発明の実施形態に係る排気浄化装置における噴射ノズルの例を示す模式図である。 本発明の実施形態に係る排気浄化装置における噴射ノズルの他の例を示す模式図である。
本発明の実施形態に係る排気浄化装置１について図面を参照して説明する。排気浄化装置１は、図１及び図２に示すように、船舶１００（例えば、小型船）に搭載されるエンジン２（例えば、エンジン２）に対して適用され、船体１０１（例えば、小型の船体１０１）に取り付けられてエンジン２から排出される排気ガスを浄化する。図１は、水平方向に排気ガスを排出するエンジン２に対して排気浄化装置１が適用される例を示す。図２は、垂直方向に排気ガスを排出するエンジン２に対して排気浄化装置１が適用される例を示す。
エンジン２は、シリンダヘッドやシリンダブロックからなる複数の気筒を有して構成される。図３に示すように、エンジン２は、空気を吸入する吸気通路を構成する吸気管３と、排気ガスを所定の排気方向に排出する排気通路を構成する排気管４とに接続されている。吸気管３は、過給機５に接続されていて、エンジン２は、過給機５によって昇圧された昇圧空気を吸気管３を介して吸入する。排気管４には、排気浄化装置１が設けられ、エンジン２は、排気管４を介して排出した排気ガスを排気浄化装置１によって浄化する。
過給機５は、例えば、排気過給式で構成され、図３に示すように、過給通路を構成する過給管６と、タービン７と、コンプレッサ８と、インタークーラ９とを備える。
過給管６は、エンジン２の吸気管３に接続されていて、昇圧空気を吸気管３へ供給する。タービン７は、エンジン２の排気管４内に設けられていて、排気管４を流通する排気ガスの流れを利用して回転し、その回転駆動力をコンプレッサ８に入力する。コンプレッサ８は、過給管６における吸気管３側を下流側とする昇圧空気の給気方向の上流側で過給管６に設けられ、タービン７から入力した回転駆動力によって駆動し、過給管６内の空気を昇圧する。インタークーラ９は、過給管６における昇圧空気の給気方向においてコンプレッサ８よりも下流側で過給管６に設けられ、インタークーラ９よりも下流側に供給される昇圧空気を冷却する。
例えば、エンジン２は、発電機（図示せず）に接続されていて、発電機はエンジン２の動力によって駆動して発電する。エンジン２は、発電機の負荷に応じて過給機５からの昇圧空気の吸気を調整し、発電機の負荷が高くなる程、昇圧空気の圧力が高められる。また、エンジン２を船舶推進用として搭載した船舶１００が前進する場合、エンジン２の負荷が高くなるため、過給機５の昇圧空気の圧力が高められ、船舶１００が停止（アイドリング状態）の場合、エンジン２の負荷が低いため、過給機５の昇圧空気の圧力は弱まる。
排気浄化装置１は、排気ガス中の窒素酸化物（ＮＯｘ）を還元して排気ガスを浄化する、いわゆるＳＣＲ（選択触媒還元）システムで構成されている。排気浄化装置１は、排気管４に対して設けられ、排気ガスの排気方向において過給機５のタービン７よりも下流側に配置される。なお、排気管４は、排気浄化装置１を経由して排気ガスを排出する通路と、排気浄化装置１を経由せずに排気ガスを排出する通路とに分かれていてもよい。
例えば、排気浄化装置１は、図３に示すように、触媒反応器１０と、噴射ノズル１１と、還元剤供給機構１２と、冷却媒体供給機構１３とを備えている。
触媒反応器１０は、エンジン２の排気管４内に設けられ、ＮＯｘ還元触媒等の触媒１４を備えている。触媒１４は、噴射ノズル１１によって噴射された尿素水等を還元剤として、排気管４を流通する排気ガスに含まれる窒素酸化物を窒素及び水に選択還元する還元反応を促進し、排気ガスを浄化する。
噴射ノズル１１は、エンジン２の排気管４内で、排気ガスの排気方向において触媒反応器１０よりも上流側で、且つ過給機５よりも下流側に設けられる。また、噴射ノズル１１は、触媒反応器１０の触媒１４に向けて尿素水等の還元剤を噴射するように構成される。
噴射ノズル１１は、排気管４の内壁面よりも排気管４の内側に配置され、好ましくは、排気管４の径方向の中央付近に配置されるとよい。例えば、噴射ノズル１１は、排気管４の壁を貫通して排気管４の内側へ延びるように設けられた支持部材１５によって支持されることにより、排気管４の内側に配置される。支持部材１５は、排気管４の壁に設けられた貫通孔４ａに挿入される。支持部材１５の端部を排気管４の径方向の中央付近に配置すると、支持部材１５の端部に取り付けられた噴射ノズル１１は、排気管４の径方向の中央付近に配置される。なお、排気管４に対して噴射ノズル１１が１つだけ配置される場合には、排気管４内に均一に還元剤を噴射できるように、噴射ノズル１１は排気管４の径方向の中央に配置されてよい。
支持部材１５は、排気ガスの排気方向と交差するように延在していて、好ましくは、排気方向に向かって傾斜して配置されるとよく、この場合、貫通孔４ａは、支持部材１５の外径よりも大きい内径で形成される。支持部材１５を傾斜させることで、噴射ノズル１１や支持部材１５に対して排気ガスが抜け易くなり、噴射ノズル１１や支持部材１５に気泡が滞留する現象を抑制することができる。
噴射ノズル１１は、噴射孔１６と、還元剤通路１７と、排出孔１８と、冷却媒体通路１９とを備えている。噴射孔１６は、排気方向に沿って還元剤を噴射するように構成され、例えば、噴射ノズル１１の排気方向側の面に設けられる。
還元剤通路１７は、噴射ノズル１１の内部に設けられ、還元剤供給機構１２に接続されていて、還元剤供給機構１２から供給された還元剤を噴射孔１６へ流通させる。
排出孔１８は、少なくとも排気方向の対向方向に向けて冷却媒体を排出するように構成され、例えば、噴射ノズル１１の排気方向とは反対側の面に設けられる。なお、噴射ノズル１１の排気方向とは反対側の面を平面状に形成していて、排出孔１８はその平面に開口されてよい。噴射ノズル１１は、噴射孔１６と排出孔１８とを排気管４の径方向において同じ位置に配置して構成されるとよい。例えば、排出孔１８は、噴射ノズル１１、特に噴射孔１６を冷却媒体でエアカーテン状に覆うように、噴射ノズル１１の外径に応じた円錐状の噴霧形態で冷却媒体を排出する。
冷却媒体通路１９は、噴射ノズル１１の内部に設けられ、冷却媒体供給機構１３に接続されていて、冷却媒体供給機構１３から供給された冷却媒体を排出孔１８へ流通させる。噴射ノズル１１は、冷却媒体供給機構１３によって供給される冷却媒体の全量を冷却媒体通路１９及び排出孔１８から排出するように構成される。なお、冷却媒体通路１９は、噴射ノズル１１内で、還元剤通路１７を包むように構成されてもよい。例えば、冷却媒体通路１９は、還元剤通路１７の外周を囲う１つの管状に構成され、あるいは。還元剤通路１７の外周に沿って間隔を空けて配置される複数の管状に構成される。
還元剤供給機構１２は、尿素水等の還元剤を噴射ノズル１１へ流通させる還元剤供給通路を構成する還元剤供給管２０を備えている。還元剤供給管２０の還元剤供給通路は、噴射ノズル１１の還元剤通路１７に接続されている。還元剤供給管２０は、支持部材１５内に設けられてよく、あるいは、支持部材１５とは別体で設けられてもよい。例えば、還元剤供給機構１２は、所定の供給ユニット２１によって還元剤を還元剤供給管２０を介して噴射ノズル１１へ供給する。供給ユニット２１は、例えば、タンク（図示せず）に収容された還元剤をポンプ（図示せず）によって供給するように構成されてよい。
なお、還元剤供給機構１２は、一定の圧力、例えば、０．７５ＭＰａで還元剤供給管２０を介して還元剤を供給する一方、噴射ノズル１１で噴射されなかった還元剤を戻す還元剤戻り通路を構成する還元剤戻り管２２を備えている。還元剤戻り管２２の還元剤戻り通路は、噴射ノズル１１の還元剤通路１７に接続されている。還元剤戻り管２２は、支持部材１５内に設けられてよく、あるいは、支持部材１５とは別体で設けられてもよい。還元剤供給機構１２は、還元剤戻り管２２を流通する還元剤の戻りの流量を調整する調量弁（図示せず）を備えていて、還元剤戻り管２２の流路を絞ることにより、噴射ノズル１１の噴射量を増加させることができる。
冷却媒体供給機構１３は、過給機５の過給管６を流通する昇圧空気を冷却媒体として利用するように構成され、過給管６の過給通路から分岐した接続通路を構成する接続管２３を備えている。接続管２３は、過給管６における昇圧空気の給気方向においてインタークーラ９よりも下流側で過給管６から分岐していて、インタークーラ９で冷却された昇圧空気を過給管６から取り込み、昇圧空気からなる冷却媒体を噴射ノズル１１へ流通させる。接続管２３の接続通路は、噴射ノズル１１の冷却媒体通路１９に接続されている。接続管２３は、支持部材１５内に設けられてよく、あるいは、支持部材１５とは別体で設けられてもよい。
また、冷却媒体供給機構１３は、接続管２３を流通する昇圧空気から不要物を捕捉するフィルター２４と、接続管２３を流通する昇圧空気の圧力（流圧）を調整する調整機構である調圧弁２５とを備える。調圧弁２５は、接続管２３を通過して噴射ノズル１１へ供給される昇圧空気を減圧して、噴射ノズル１１の冷却専用の昇圧空気の流量を所定の調整量以下に調整する。
なお、過給機５からエンジン２へ昇圧空気が供給されている間、冷却媒体供給機構１３は、昇圧空気を冷却媒体として噴射ノズル１１へ供給するところ、過給機５からエンジン２へ供給される昇圧空気の圧力が変化する場合でも、冷却媒体供給機構１３は、調圧弁２５によって一定圧力の昇圧空気を噴射ノズル１１へ供給する。また、過給機５からエンジン２へ昇圧空気が供給されない場合には、冷却媒体供給機構１３は、昇圧空気を噴射ノズル１１へ供給しない。
上記のように、本発明によれば、排気ガスの窒素酸化物を浄化する排気浄化装置１は、エンジン２から排出された排気ガスを所定の排気方向へ流通させる排気管４（排気通路）に設けられ、排気ガスの還元を促進する触媒１４と、排気方向において触媒１４よりも上流側で排気管４に設けられ、排気ガスを還元する還元剤を噴射する噴射ノズル１１とを備えている。噴射ノズル１１は、触媒１４に向けて還元剤を噴射する噴射孔１６と、少なくとも排気方向の対向方向に冷却媒体を排出する排出孔１８とを備えている。
これにより、本発明の排気浄化装置１によれば、噴射ノズル１１から排気方向の対向方向に冷却媒体を排出することで、排出された冷却媒体が排気ガスに対するエアカーテンとして噴射ノズル１１に作用するので、噴射ノズル１１を排気ガスに起因する熱害から保護することができる。そのため、還元剤噴射のエアアシスト機能を備えることなく、熱害による噴射ノズル１１の耐久性の低下を抑制し、また、熱害による噴射ノズル１１への還元剤の固着を抑制することができる。従って、噴射ノズル１１から還元剤を正常に噴射することができ、排気ガスを正常に浄化することができる等、噴射ノズル１１を正常に動作させることができる。
本発明の排気浄化装置１において、噴射ノズル１１は、噴射ノズル１１に供給された冷却媒体の全量を排出孔１８から排出するように構成される。これにより、冷却媒体は、噴射ノズル１１の冷却専用の媒体として噴射ノズル１１に供給されているので、冷却媒体の全量を排気方向の対向方向に排出することで、冷却媒体によるエアカーテン効果をより好適に得ることができ、排気ガスの熱害から噴射ノズル１１をより好適に冷却して保護することができる。
本発明の排気浄化装置１は、排気管４の壁を貫通して排気管４の内側へ延びるように設けられた支持部材１５を更に備えている。噴射ノズル１１は、排気管４の内側で支持部材１５の端部に取り付けられ、噴射孔１６から排気方向に沿って還元剤を噴射するように構成される。これにより、排気管４の内壁から排気管４の内側に離間した位置で還元剤を排気方向に沿って噴射することにより、還元剤の拡散性を好適に確保することができる。そのため、触媒１４に対して還元剤を一様に供給することができるので、排気ガスを好適に還元して浄化することができる。
本発明の排気浄化装置１は、過給機５で昇圧された昇圧空気をエンジン２へ供給する過給管６（過給通路）から分岐した接続管２３（接続通路）を更に備えている。噴射ノズル１１は、接続管２３を介して過給管６に接続されていて、過給管６から接続管２３を流通する昇圧空気を冷却媒体として噴射する。これにより、排気浄化装置１が適用されるエンジン２の吸気を冷却媒体として利用することで、エアタンクやエアポンプ等の冷却媒体の貯留手段を別途設けることなく、冷却媒体を確保することができる。そのため、冷却媒体の貯留手段を搭載しない小型の船舶１００に対して排気浄化装置１を適用することができ、すなわち、小型の船体１０１に排気浄化装置１を適用することが可能である。従って、排気浄化装置１の汎用性を高めることができる。
本発明の排気浄化装置１は、接続管２３は、過給管６における昇圧空気の給気方向において、過給管６に設けられるインタークーラ９よりも下流側で過給管６から分岐して構成されている。これにより、インタークーラ９を通過して冷却された昇圧給気を冷却媒体として利用することで、昇圧給気の排出による噴射ノズル１１の冷却効果を高めるだけでなく、昇圧給気が噴射ノズル１１を通過する際に噴射ノズル１１内部の冷却効果を高めることができる。
本発明の排気浄化装置１は、接続管２３を通過する昇圧空気の流量を所定の調整量以下に調整する調圧弁２５（調整機構）を更に備えている。ところで、接続管２３を通過する昇圧空気の量を制限していない場合、必要以上に接続管２３に昇圧空気が流入して、エンジン２に吸入される昇圧空気の量が少なくなってしまう。この場合、エンジン２から排出される排気ガスの温度（排気温度）が高くなるので、噴射ノズル１１の熱害リスクが高くなってしまう。これに対して、本発明では、調整機構として調圧弁２５を設けているので、昇圧空気が必要以上に接続管２３に流入することがなく、エンジン２に昇圧空気を安定して供給できるので、噴射ノズル１１の熱害リスクを低減することができる。
本発明の排気浄化装置１は、噴射ノズル１１は、噴射孔１６と排出孔１８とが排気管４の径方向において同じ位置に配置されるように構成されている。これにより、排気管４の径方向において、還元剤の噴射の真裏で冷却媒体が排出されるので、排出された冷却媒体を、排気ガスの流通に対するエアカーテンとして、噴射ノズル１１に作用させるだけでなく、噴射された還元剤に対しても作用させることができる。そのため、還元剤の尿素等が析出することをより好適に抑制することができる。
本発明の排気浄化装置１は、船体１０１に搭載されるエンジン２に適用される。これにより、長時間運転される船用のエンジン２においても噴射ノズル１１の耐久性を好適に確保することができる。
なお、本実施形態では、排気浄化装置１を、小型の船舶１００、すなわち、小型の船体１０１に適用する例を説明したが、本発明はこの例に限定されない。他の例では、排気浄化装置１は、大型船や中型船に適用されてもよい。
大型船や中型船は、エアタンク等からなる冷却媒体の貯留手段を設けることができるので、排気浄化装置１は、冷却媒体供給機構１３が過給機５の昇圧空気を冷却媒体として利用する構成でなくてもよい。例えば、大型船や中型船の排気浄化装置１は、冷却媒体供給機構１３が船体１０１に備わるエアタンク等の給気機器を利用する構成でもよく、この場合、冷却媒体供給機構１３は、給気機器の給気を取り込んで冷却媒体として利用して、噴射ノズル１１へ供給してもよい。あるいは、排気浄化装置１は、冷却媒体供給機構１３がその他の外部機器から冷却媒体を取り込んでもよい。
また、本実施形態では、排気浄化装置１が、１つの排気管４に対して１つの噴射ノズル１１を備える例を説明したが、本発明はこの例に限定されない。他の例では、排気浄化装置１は、エンジン２の大きさに応じて、１つの排気管４に対して２つ以上の噴射ノズル１１を備えてもよい。例えば、大型船や中型船の大きいエンジン２では、図５に示すように、１つの排気管４に対して２つの噴射ノズル１１を備えてもよい。
なお、本実施形態では、１つの排気管４に対して１つの噴射ノズル１１が備えられる場合に、１つの噴射ノズル１１が排気管４の径方向の中央に配置される例を説明したが、本発明はこの例に限定されない。他の例では、排気浄化装置１は、１つの排気管４に対して噴射ノズル１１が２つ以上配置される場合には、排気管４内に均一に還元剤を噴射できるように、噴射ノズル１１は排気管４の径方向の中央付近に均等に配置されてもよい。
また、本実施形態では、噴射ノズル１１が１つの噴射孔１６を備える例を説明したが、本発明はこの例に限定されず、他の例では、噴射ノズル１１は２つ以上の噴射孔１６を備えてもよい。
更に、本実施形態では、噴射ノズル１１が１つの排出孔１８を備える例を説明したが、本発明はこの例に限定されず、他の例では、噴射ノズル１１は２つ以上の排出孔１８を備えてもよい。また、他の例では、噴射ノズル１１は、噴射ノズル１１の排気方向とは反対側の面で排気方向と同方向に開口した排出孔１８だけでなく、噴射ノズル１１の外周面（側面）で排気方向と交差する方向に開口した１つ以上の排出孔１８を備えてもよい。あるいは、他の例では、噴射ノズル１１は、排気方向の対向方向に向けて冷却媒体を排出できれば、噴射ノズル１１の外周面（側面）に排気方向と交差する方向に開口した排出孔１８だけを備えてもよい。
なお、本実施形態では、排気浄化装置１は、船舶１００のエンジン２に適用される例を説明したが、本発明はこの例に限定されず、排気浄化装置１は、船舶１００以外のエンジン２に適用されてもよい。
本発明は、請求の範囲及び明細書全体から読み取ることのできる発明の要旨又は思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴う排気浄化装置もまた本発明の技術思想に含まれる。
１ 排気浄化装置
２ エンジン
３ 吸気管（吸気通路）
４ 排気管（排気通路）
５ 過給機
６ 過給管（過給通路）
９ インタークーラ
１０ 触媒反応器
１１ 噴射ノズル
１４ 触媒
１５ 支持部材
１６ 噴射孔
１８ 排出孔
２０ 還元剤供給管（還元剤供給通路）
２３ 接続管（接続通路）
２５ 調圧弁（調整機構）
１００ 船舶
１０１ 船体

Claims (9)

  1. 排気ガスの窒素酸化物を浄化する排気浄化装置であって、
    エンジンから排出された前記排気ガスを所定の排気方向へ流通させる排気通路に設けられ、前記排気ガスの還元を促進する触媒と、
    前記排気通路の内側へ延びるように設けられた支持部材と、
    前記支持部材の端部に、前記排気ガスを還元する還元剤を前記触媒に向けて前記排気方向に沿って噴射する噴射孔と、
    前記排気方向において前記噴射孔よりも上流側に設けられ、少なくとも前記排気方向の対向方向であって前記噴射孔の側とは反対側に冷却媒体を排出する排出孔と、を備え、
    前記還元剤を前記噴射孔に供給する還元剤供給管と、前記冷却媒体を前記排出孔に供給する接続管とを、前記支持部材の内側に設けていることを特徴とする排気浄化装置。
  2. 前記排出孔は、供給された前記冷却媒体の全量を排出することを特徴とする請求項１に記載の排気浄化装置。
  3. 前記支持部材は、前記排気通路の壁を貫通して設けられ、
    前記排気通路の内側で前記支持部材の端部に取り付けられた噴射ノズルを備え、前記噴射ノズルは、前記噴射孔及び前記排出孔を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の排気浄化装置。
  4. 前記接続管は、過給機で昇圧された昇圧空気を前記エンジンへ供給する過給通路から分岐されていて、
    前記排出孔は、前記接続管を介して前記過給通路に接続されていて、前記過給通路から前記接続管を流通する前記昇圧空気を前記冷却媒体として噴射することを特徴とする請求項１ないし３の何れか１項に記載の排気浄化装置。
  5. 前記接続管は、前記過給通路における前記昇圧空気の給気方向において、前記過給通路に設けられるインタークーラよりも下流側で前記過給通路から分岐して構成されていることを特徴とする請求項４に記載の排気浄化装置。
  6. 前記接続管を通過する前記昇圧空気の流量を所定の調整量以下に調整する調整機構を更に備えることを特徴とする請求項４又は５に記載の排気浄化装置。
  7. 前記噴射孔と前記排出孔とは、前記排気通路の径方向において同じ位置に配置されるように構成されていることを特徴とする請求項１ないし６の何れか１項に記載の排気浄化装置。
  8. 船体に搭載される前記エンジンに適用されることを特徴とする請求項１ないし７の何れか１項に記載の排気浄化装置。
  9. 請求項１～８の何れか１項に記載の排気浄化装置を備えることを特徴とするエンジン。
JP2024034893A 2021-01-19 2024-03-07 排気浄化装置及びエンジン Pending JP2024060004A (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2024034893A JP2024060004A (ja) 2021-01-19 2024-03-07 排気浄化装置及びエンジン

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2021006377A JP7453164B2 (ja) 2021-01-19 2021-01-19 排気浄化装置及びエンジン
JP2024034893A JP2024060004A (ja) 2021-01-19 2024-03-07 排気浄化装置及びエンジン

Related Parent Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2021006377A Division JP7453164B2 (ja) 2021-01-19 2021-01-19 排気浄化装置及びエンジン

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2024060004A true JP2024060004A (ja) 2024-05-01

Family

ID=82549688

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2021006377A Active JP7453164B2 (ja) 2021-01-19 2021-01-19 排気浄化装置及びエンジン
JP2024034893A Pending JP2024060004A (ja) 2021-01-19 2024-03-07 排気浄化装置及びエンジン

Family Applications Before (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2021006377A Active JP7453164B2 (ja) 2021-01-19 2021-01-19 排気浄化装置及びエンジン

Country Status (5)

Country Link
EP (1) EP4283101A1 (ja)
JP (2) JP7453164B2 (ja)
KR (1) KR20230129978A (ja)
CN (1) CN116710639A (ja)
WO (1) WO2022158130A1 (ja)

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0932540A (ja) * 1995-07-13 1997-02-04 Hino Motors Ltd ディーゼルエンジンの排ガス浄化装置
WO2005073528A1 (ja) 2004-02-02 2005-08-11 Nissan Diesel Motor Co., Ltd. エンジンの排気浄化装置
JP4676343B2 (ja) * 2006-01-18 2011-04-27 三井造船株式会社 排ガス処理方法及び装置
JP2010090836A (ja) * 2008-10-09 2010-04-22 Denso Corp 尿素水供給装置
EP2444613B1 (en) * 2010-10-22 2015-03-18 Volvo Car Corporation Arrangement and method for treatment of exhaust gases
JP6108461B2 (ja) 2013-10-09 2017-04-05 ヤンマー株式会社 排気浄化装置
JP2015094327A (ja) 2013-11-14 2015-05-18 株式会社日本自動車部品総合研究所 内燃機関の排気浄化装置
US9856768B2 (en) * 2015-06-29 2018-01-02 General Electric Company Power generation system exhaust cooling
US10774724B2 (en) 2017-02-11 2020-09-15 Tecogen, Inc. Dual stage internal combustion engine aftertreatment system using exhaust gas intercooling and charger driven air ejector
JP2020045824A (ja) 2018-09-19 2020-03-26 いすゞ自動車株式会社 排気後処理装置

Also Published As

Publication number Publication date
CN116710639A (zh) 2023-09-05
JP7453164B2 (ja) 2024-03-19
KR20230129978A (ko) 2023-09-11
JP2022110765A (ja) 2022-07-29
EP4283101A1 (en) 2023-11-29
WO2022158130A1 (ja) 2022-07-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108138622B (zh) 船舶的废气净化装置
US8438839B2 (en) Exhaust gas stream vortex breaker
CN108350781B (zh) 船舶的废气净化装置
EP2612006B1 (en) Exhaust system and method for selective catalytic reduction
US20170009630A1 (en) Exhaust purification system for ship
JP2015520333A (ja) コモンレール式還元剤噴射システム
JP6719425B2 (ja) 尿素水供給装置
JP5709100B2 (ja) 内燃機関用脱硝装置及び船舶
EP2722505B1 (en) Urea injection system for an internal combustion engine
KR101556330B1 (ko) Scr 시스템용 우레아 공급장치
JP2024060004A (ja) 排気浄化装置及びエンジン
EP2751404B1 (en) Exhaust system and method for selective catalytic reduction
CN110573706B (zh) 噪声衰减器和将还原剂引入到废气流中的方法
EP3825530B1 (en) Exhaust gas purification device and ship equipped with exhaust gas purification device
JP2013160128A (ja) 還元剤添加システム
JP2022068826A (ja) 排ガス浄化装置
WO2014188056A1 (en) Exhaust system
WO2014068172A1 (en) Method for mixing reducing agent with exhaust gas and exhaust system

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20240307