JP4152902B2 - エンジンの排気浄化装置 - Google Patents

Description

本発明は、尿素水溶液等の還元剤を用いて、排気中の窒素酸化物（ＮＯｘ）を還元除去するエンジンの排気浄化装置（以下「排気浄化装置」という）に関し、特に、排気管内に析出した還元剤の成分を除去する技術に関する。

エンジンの排気に含まれるＮＯｘを除去する触媒浄化システムとして、特開２０００−２７６２７号公報（特許文献１）に開示された排気浄化装置が提案されている。
かかる排気浄化装置は、エンジンの排気管にＮＯｘ還元触媒を配設し、ＮＯｘ還元触媒の排気上流に還元剤を噴射供給することにより、排気中のＮＯｘと還元剤とを触媒還元反応させ、ＮＯｘを無害成分に浄化処理するものである。還元反応は、ＮＯｘと反応性のよいアンモニアが用いられる。アンモニアは、還元剤としての尿素水溶液を排気中に噴射し、排気熱及び排気中の水蒸気を用いた加水分解反応により得られる。
特開２０００−２７６２７号公報

しかしながら、このような構成の排気浄化装置では、ＮＯｘ還元触媒の排気上流に噴射供給された尿素水溶液のうち粒径の大きい尿素水溶液は、排気流に乗れずに落下して排気管の下部の内壁に付着する場合がある。このとき、排気温度によっては、排気管の内壁に付着した尿素水溶液から水分のみが蒸発して尿素が析出してしまう恐れがある。そして、この尿素が蓄積されると、排気管内での排気の流通を妨げてしまうので、排気圧力が上昇したり、燃費が低下したりしてしまう恐れがあった。また、還元剤として、軽油、ガソリンまたはアルコール等が用いられる場合でも同様に、排気管内にカーボン等の成分が析出し、蓄積されてしまう恐れがあった。

そこで、本発明は以上のような従来の問題点に鑑み、排気管の下部の内壁に、還元剤が付着する部位を陥凹形成した凹部を形成することにより、凹部に集中して還元剤の成分を蓄積させるとともに、その底壁を着脱自在にすることにより、排気管内に蓄積された還元剤の成分を容易に除去できる排気浄化装置を提供することを目的とする。

このため、請求項１記載の発明は、エンジンの排気管に配設され、還元剤により窒素酸化物を還元浄化する還元触媒と、前記還元触媒の排気上流側の前記排気管内に還元剤を噴射供給する噴射ノズルと、前記噴射ノズルに還元剤を供給する還元剤供給装置と、を含んで構成されるエンジンの排気浄化装置において、前記排気管の下部の内壁に、少なくとも前記噴射ノズルから噴射供給された還元剤が付着する部位を陥凹形成した凹部が形成され、前記凹部は、前記排気管の中心軸からその内壁までの距離が前記排気管の中心軸から前記排気管の上部の内壁までの距離よりも長く、かつその底壁が着脱可能であることを特徴とする。

請求項２記載の発明は、前記排気管の軸方向に沿った前記凹部の水平方向幅は、前記排気管の水平方向幅と略同一であることを特徴とする。
請求項３記載の発明は、前記噴射ノズルと前記還元触媒との間の前記排気管に、排気流通方向に沿って略鉛直下方に延びた後、略水平方向へと屈曲する屈曲部が設けられるとともに、前記屈曲部の略鉛直下方に延びる部位の下部に、前記凹部が形成されることを特徴とする。

請求項４記載の発明は、前記底壁を少なくとも前記還元剤の成分の融点以上に加熱するヒータが設けられることを特徴とする。
請求項５記載の発明は、前記ヒータから外気への放熱を抑制する断熱材が設けられることを特徴とする。

請求項１記載の発明によれば、排気管の下部の内壁に、少なくとも噴射ノズルから噴射供給された還元剤が付着する部位を陥凹形成した凹部が形成されるので、噴射ノズルから噴射供給された還元剤のうち、粒径の大きい還元剤は、排気流に乗れずに凹部に向かって落下する。従って、この還元剤からその成分が析出されたとしても、凹部に蓄積されるので、排気圧力に影響を及ぼし難くなる。そして、凹部の底壁は、着脱可能となっているので、適宜底壁を取り外して凹部に蓄積された還元剤の成分を容易に除去することができる。

請求項２記載の発明によれば、排気管の軸方向に沿った凹部の水平方向幅は、排気管の水平方向幅と略同一であるので、噴射ノズルから還元剤が水平方向に広がって噴射されても、凹部以外の部位に還元剤が付着し還元剤の成分が蓄積されることを抑制できる。
請求項３記載の発明によれば、噴射ノズルと還元触媒との間の排気管に屈曲部が設けられるとともに、屈曲部の略鉛直下方に延びる部位の下部に凹部が形成されるので、噴射ノズルから噴射された還元剤は排気とともに凹部に向かって流れる。そして、凹部では排気が澱むので、粒径の大きい還元剤が凹部から下流に流出し難くなる。これにより、凹部より下流側の排気管内に粒径の大きい還元剤が付着してその成分が蓄積されることを抑制できる。

請求項４記載の発明によれば、底壁の上に蓄積された還元剤の成分を、ヒータによってその融点以上まで加熱することができる。これにより、この還元剤の成分を溶解して、底壁の上から除去することができる。
請求項５記載の発明によれば、断熱材により、ヒータから外気への放熱が抑制されるので、ヒータによって効率よく底壁を加熱でき、ヒータの使用エネルギーを低減できる。

以下、添付された図面を参照して本発明を詳述する。
図１は、本発明の排気浄化装置の構成図である。
エンジン１の排気管２には、ＮＯｘを還元浄化するＮＯｘ還元触媒３が配設されている。また、ＮＯｘ還元触媒３の排気上流には、排気管２内に開口した噴孔４から還元剤としての尿素水溶液を噴射供給する噴射ノズル５が配設されている。

噴射ノズル５は、噴孔４が設けられた先端が排気管２の略軸心に位置するとともに排気上流側に向かうように排気管２に固定される。また、噴射ノズル５は、配管６を介して還元剤供給装置７に連通接続されている。
還元剤供給装置７には、尿素水溶液及び圧縮空気が供給され、尿素水溶液が圧縮空気とともに噴射ノズル５から排気管２内に噴射供給される。また、エンジン運転状態に応じて、ＮＯｘ還元触媒３に供給する尿素水溶液の流量を制御するために、コンピュータを内蔵したコントローラ８が備えられる。コントローラ８は、ＣＡＮ（Controller Area Network）を介して入力されたエンジン運転状態即ちエンジン回転速度及び燃料噴射量に応じて還元剤供給装置７を制御する。

図２に示すように、噴射ノズル５とＮＯｘ還元触媒３との間の排気管２には、排気流通方向に沿って略鉛直下方に延びた後、略水平方向に屈曲する屈曲部１０が設けられる。屈曲部１０の略鉛直下方に延びた部位の下部の内壁には、少なくとも噴射ノズル５から噴射供給された尿素水溶液が付着する部位を陥凹形成した凹部１１が形成される。排気管２の軸方向に沿った凹部１１の水平方向幅は排気管２の水平方向幅と略同一である。また、凹部１１の底壁１２は、ボルト１３等によって凹部１１の側壁１４に着脱可能に取り付けられている。

底壁１２の下面には、底壁１２を少なくとも尿素の融点以上に加熱できるヒータ１５が設けられている。また、ヒータ１５から外気への放熱を抑制するように、少なくともヒータ１５の下面を覆う断熱材１６が設けられている。
以上のような構成によれば、エンジン１の排気は、排気管２を通過して、ＮＯｘ還元触媒３へと導かれる。このとき、コントローラ８は、エンジン１の回転速度や燃料噴射量に基づいて還元剤供給装置７を作動制御することにより、エンジン運転状態に見合った量の尿素水溶液が、圧縮空気とともに配管６を通過して噴射ノズル５からＮＯｘ還元触媒３の排気上流である排気管２内に噴射される。噴射ノズル５から噴射された尿素水溶液は、排気熱及び排気中の水蒸気により加水分解されてアンモニアを生成しつつ排気とともに屈曲部１０を通過してＮＯｘ還元触媒３に流入する。そして、ＮＯｘ還元触媒３において、アンモニアと排気中のＮＯｘとが反応することにより、排気中のＮＯｘが水及び無害なガスに浄化される。

このとき、排気管２の下部の内壁に、少なくとも噴射ノズル５から噴射供給された尿素水溶液が付着する部位を陥凹形成した凹部１１が形成されるので、噴射ノズル５から噴射された尿素水溶液のうち、粒径の大きい尿素水溶液は、排気流に乗れずに凹部１１に向かって落下する。従って、この尿素水溶液から尿素が析出されたとしても、凹部１１に蓄積されるので、排気圧力に影響を及ぼし難くなる。また、排気管２の軸方向に沿った凹部１１の水平方向幅は、排気管２の水平方向幅と略同一であるので、噴射ノズル５から還元剤が水平方向に広がって噴射されても、凹部１１以外の部位に還元剤が付着して還元剤の成分が蓄積されることが抑制される。更に、噴射ノズル５とＮＯｘ還元触媒３との間の排気管２に屈曲部１０が設けられるとともに、屈曲部１０の略鉛直方向に延びる部位の下部に凹部１１が形成されるので、噴射ノズル５から噴射された尿素水溶液は排気とともに凹部１１に向かって流れる。凹部１１では排気が澱むので、凹部１１に流入した尿素水溶液のうち、粒径の大きい尿素水溶液は、凹部１１から下流に流出し難くなる。これにより、凹部１１より下流側の排気管２内に粒径の大きい尿素水溶液が付着して尿素が蓄積されることが抑制される。そして、凹部１１の底壁１２は、着脱可能となっているので、適宜底壁１２を取り外して凹部１１に蓄積された尿素を容易に除去することができる。

更に、底壁１２を少なくとも尿素の融点以上に加熱するヒータ１５を設けたので、底壁１２の上に蓄積された尿素を溶解して、底壁１２の上から除去することができる。また、ヒータ１５から外気への放熱を抑制するように断熱材１６を設けたので、ヒータ１５によって効率よく底壁１２を加熱でき、ヒータ１５の使用エネルギーを低減できる。ヒータ１５は、例えば、所定期間毎に、底壁１２の上に蓄積された尿素が全て融解できるように所定時間作動するよう制御すればよい。

また、本発明は、排気管２に屈曲部１０を設けずに、図３に示すように、噴射ノズル５の取付部の排気管２が略水平方向に直線状に延びている場合でも同様に実施できる。この排気管２の下部の内壁には、排気管２の軸方向に沿ったその水平方向幅が排気管２の水平方向幅と略同一であって、少なくとも前記噴射ノズル５から噴射された還元剤が付着する部位を陥凹形成した凹部１１が設けられる。凹部１１の底壁１２は、同様に着脱可能となっている。更に、底壁１２を加熱するヒータ１５やヒータ１５の少なくとも下面を覆う断熱材１６も同様に設けられている。

このような構成の排気浄化装置でも、噴射ノズル５から噴射された尿素水溶液のうち、粒径の大きい尿素水溶液は、凹部１１に向かって落下する。従って、この尿素水溶液から尿素が析出されたとしても、凹部１１に蓄積されるので、排気圧力に影響を及ぼし難くなる。そして、適宜凹部１１の底壁１２を取り外して凹部１１に蓄積された尿素を容易に除去することができるとともに、ヒータ１５によって尿素をその融点以上まで加熱し溶解することで、底壁１２の上から除去することもできる。

なお、以上の実施例では、還元剤として尿素水溶液を用いたが、軽油、ガソリンまたはアルコール類等を用いた場合でも同様に、排気管２内に析出されるカーボン等の還元剤の成分を除去しやすくすることができる。

本発明の排気浄化装置の構成図 同上の噴射ノズル近傍の構造を示す参考図 同上の他の実施形態の噴射ノズル近傍の構造を示す参考図

符号の説明

１ エンジン
２ 排気管
３ ＮＯｘ還元触媒
５ 噴射ノズル
７ 還元剤供給装置
１０ 屈曲部
１１ 凹部
１２ 底壁
１５ ヒータ
１６ 断熱材

Claims (7)

1. エンジンの排気管に配設され、還元剤により窒素酸化物を還元浄化する還元触媒と、
   前記還元触媒の排気上流側の前記排気管内に還元剤を噴射供給する噴射ノズルと、
   前記噴射ノズルに還元剤を供給する還元剤供給装置と、を含んで構成されるエンジンの排気浄化装置において、
   前記排気管の下部の内壁に、少なくとも前記噴射ノズルから噴射供給された還元剤が付着する部位を陥凹形成した凹部が形成され、
   前記凹部は、前記排気管の中心軸からその内壁までの距離が前記排気管の中心軸から前記排気管の上部の内壁までの距離よりも長く、かつその底壁が着脱可能であることを特徴とするエンジンの排気浄化装置。
2. 前記排気管の軸方向に沿った前記凹部の水平方向幅は、前記排気管の水平方向幅と略同一であることを特徴とする請求項１に記載のエンジンの排気浄化装置。
3. 前記噴射ノズルと前記還元触媒との間の前記排気管に、排気流通方向に沿って略鉛直下方に延びた後、略水平方向へと屈曲する屈曲部が設けられるとともに、前記屈曲部の略鉛直下方に延びる部位の下部に、前記凹部が形成されることを特徴とする請求項１または２に記載のエンジンの排気浄化装置。
4. 前記底壁を少なくとも前記還元剤の成分の融点以上に加熱するヒータが設けられることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載のエンジンの排気浄化装置。
5. 前記ヒータから外気への放熱を抑制する断熱材が設けられることを特徴とする請求項４に記載のエンジンの排気浄化装置。
6. エンジンの排気管に配設され、還元剤により窒素酸化物を還元浄化する還元触媒と、
   前記還元触媒の排気上流側の前記排気管内に還元剤を噴射供給する噴射ノズルと、
   前記噴射ノズルに還元剤を供給する還元剤供給装置と、を含んで構成されるエンジンの排気浄化装置において、
   前記排気管の下部の内壁に、少なくとも前記噴射ノズルから噴射供給された還元剤が付着する部位を陥凹形成した凹部が形成され、
   前記凹部は、その底壁が着脱可能であり、
   更に、前記底壁を少なくとも前記還元剤の成分の融点以上に加熱するヒータが設けられることを特徴とするエンジンの排気浄化装置。
7. 前記ヒータから外気への放熱を抑制する断熱材が設けられることを特徴とする請求項６に記載のエンジンの排気浄化装置。

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