JP4799340B2 - Structure of liquid reducing agent injection nozzle - Google Patents
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Description
本発明は、液体還元剤を用いて排気中のNOxを低減する排気浄化システムで使用する液体還元剤噴射ノズルの構造に関し、特に、排気通路内に噴射した液体還元剤の利用効率を高める液体還元剤噴射ノズルの構造に関する。 The present invention relates to a structure of a liquid reducing agent injection nozzle used in an exhaust purification system that reduces NOx in exhaust using a liquid reducing agent, and in particular, liquid reduction that enhances the utilization efficiency of the liquid reducing agent injected into an exhaust passage. The present invention relates to the structure of the agent injection nozzle.
エンジンの排気に含まれるNOxを除去する排気浄化システムとして、エンジン排気系に配設された還元触媒の上流側排気通路に液体還元剤を噴射供給することにより、排気中のNOxと液体還元剤とを触媒反応させて、NOxを無害成分に浄化処理する排気浄化装置が提案されている。液体還元剤は貯蔵タンクに常温で液体状態に貯蔵され、必要量を噴射ノズルから噴射供給する(例えば、特許文献1及び特許文献2参照)。 As an exhaust purification system for removing NOx contained in engine exhaust, a liquid reducing agent is injected and supplied to an upstream exhaust passage of a reduction catalyst disposed in an engine exhaust system, whereby NOx in the exhaust, liquid reducing agent, and Exhaust gas purification devices have been proposed that purify NOx into harmless components through a catalytic reaction. The liquid reducing agent is stored in a storage tank in a liquid state at room temperature, and a required amount is injected and supplied from an injection nozzle (see, for example, Patent Document 1 and Patent Document 2).
このような排気浄化システムでは、噴射ノズル1を、図6に示すように排気通路としての排気管3の壁面から管中心方向に突出させ、折曲したノズル先端部1Aが排気の流れ方向(図中の矢印Aで示す)と略平行に下流側に向くよう排気管3にボス部4を介して固定している。そして、ノズル先端部1Aの先端近傍周囲にノズル軸心から径方向に向けて形成した多数の噴孔2から、液体還元剤として例えば尿素水溶液を排気の流れ方向Aに対して図中の破線矢印で示すように略直角方向に噴射供給し、噴射された液体還元剤を排気の流れによって排気中に拡散混合して、還元触媒によるNOx浄化率を向上させている。
In such an exhaust purification system, the injection nozzle 1 is protruded from the wall surface of the
ところで、この種の噴射ノズル1としては、ノズル先端部1A周囲に図7に示すように周方向に略等間隔で8個の噴孔(噴霧方向2a〜2hで示す)を形成したものが通常使用されるが、従来の8個の噴孔の配置形態は、8個の中の1つの噴孔の噴射方向2aが、図7に示すように排気管3壁面から管中心方向に突出するノズル中間部1Bと排気の流れ方向から見て重なるような配置形態となっている。このために、前記ノズル中間部1Bと重なる噴霧が排気流れによって拡散、混合され難く、還元反応に寄与する液体還元剤の量を減少させている。
By the way, this type of injection nozzle 1 is usually one in which eight nozzle holes (indicated by the spraying
また、従来の噴射ノズル1の取付け構造が、図に示すように排気管3に取付けたボス部4にノズル基端部1Cの一部を嵌め込み、例えばボルト6等によって固定しているが、ボス部4先端が排気管3内壁面から排気管3内に出っ張っており、しかも、ボス部4のノズル基端部1Cを嵌め込んだ嵌合部分に無駄な空間部5が生じるような構造になっている。このために、ボス部4の取付け部分で排気の流れに乱流が発生して一部の噴霧の拡散、混合に影響を及ぼし、噴霧した液体還元剤の還元反応に寄与する量を減少させている。
In addition, as shown in the figure, the conventional structure for mounting the injection nozzle 1 is such that a part of the nozzle
本発明は上記問題点に着目してなされたもので、排気の流れ方向から見てノズル部分と重なる噴射方向をなくし、ボス部の取付け部における排気の乱流を防止して、液体還元剤の利用効率を高めることができる液体還元剤噴射ノズルの構造を提供することを目的とする。 The present invention has been made paying attention to the above problems, and eliminates the injection direction that overlaps the nozzle portion when viewed from the flow direction of the exhaust gas, prevents the turbulent flow of the exhaust gas at the mounting portion of the boss portion, An object of the present invention is to provide a structure of a liquid reducing agent injection nozzle capable of increasing the utilization efficiency.
このため、請求項1の発明は、窒素酸化物を液体還元剤で還元浄化する還元触媒を介装した排気通路の前記還元触媒より上流の排気通路壁面に、ノズル中間部及びノズル先端部より大径に形成したノズル基端部がボス部を介して取付けられ、前記ノズル中間部を前記排気通路の壁面側から中心方向に突出させ、前記ノズル先端部を排気の流れ方向の下流側に向けて折曲し、前記ノズル先端部周囲に形成した多数の噴孔から前記液体還元剤を噴射供給する液体還元剤噴射ノズルにおいて、前記ノズル先端部周囲の前記各噴孔を、その噴射方向が前記排気の流れ方向から見て前記ノズル中間部と重ならないように配置形成すると共に、前記ボス部に取付ける前記ノズル基端部を、当該ボス部のノズル基端部嵌合部と略同一形状に形成し、前記排気通路内に臨む前記嵌合部及び前記ノズル基端部の各先端面を、排気通路内壁面と略面一となるように形成したことを特徴とする液体還元剤噴射ノズルの構造とした。 Therefore, the invention of claim 1, the nitrogen oxides in the exhaust passage wall surface upstream of said reduction catalytic converter in the exhaust passage is interposed a reduction catalyst for purifying a liquid reducing agent, larger than the nozzle intermediate portion and the nozzle tip nozzle base end portion formed in the diameter is attached through a boss portion, said nozzle intermediate portion protruding towards the center from the wall surface of the exhaust passage, toward the nozzle tip on the downstream side of the exhaust gas flow direction In a liquid reducing agent injection nozzle that is bent and supplies the liquid reducing agent from a large number of injection holes formed around the nozzle tip, the injection direction of each nozzle hole around the nozzle tip is the exhaust gas with arranging formed so as not to overlap with the nozzle intermediate portion as viewed from the flow direction, the nozzle base end portion attached to the boss portion, is formed in substantially the same shape as the nozzle base end engaging portion of the boss portion The exhaust The fitting portion facing the road and the front end surface of the nozzle base end part, has a structure of the liquid reducing agent injection nozzle, characterized in that formed such that the exhaust passage wall substantially flush.
前記噴孔を、請求項2のように、前記ノズル先端部周囲に略等間隔に8個設けるようにするとよい。 As in the second aspect, eight nozzle holes may be provided at substantially equal intervals around the nozzle tip.
本発明によれば、排気通路の壁面側から中心に向けて突出するノズル中間部が邪魔になることがなく、噴孔から噴射された全ての噴霧に対して排気の流れが良好に当たり、また、ノズル基端部がノズル中間部及びノズル先端部より大径な構造の噴射ノズルをボス部を介して取付ける場合のボス部に起因する乱流の発生を防止できるので、液体還元剤を良好に拡散、混合でき、噴射供給した液体還元剤を無駄なく還元反応に利用できるようになる。従って、液体還元剤の利用効率を向上することができ、液体還元剤の消費量低減に伴って燃費を改善できるようになる。 According to the present invention, the nozzle intermediate portion protruding toward the center from the wall surface side of the exhaust passage does not get in the way, and the flow of exhaust hits all the sprays injected from the nozzle holes, Dispersion of the liquid reducing agent is excellent because it is possible to prevent the occurrence of turbulent flow due to the boss when a nozzle with a nozzle base end larger than the nozzle middle and nozzle tip is attached via the boss. The liquid reducing agent that can be mixed and supplied by injection can be used for the reduction reaction without waste. Therefore, the utilization efficiency of the liquid reducing agent can be improved, and the fuel consumption can be improved as the consumption amount of the liquid reducing agent is reduced.
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図1は、本発明に係る液体還元剤噴射ノズル構造を適用する排気浄化システムの実施形態を示す概念図である。
図1において、この排気浄化システムは、車両搭載のディーゼルエンジン、ガソリンエンジン等から排出されるNOxを、液体還元剤を用いて還元除去するものである。ガソリン或いは軽油を燃料とするエンジン10の排気マニフォールド11に接続される排気通路としての排気管12には、排気流れ方向に沿って上流側から一酸化窒素(NO)を二酸化窒素(NO2)へと酸化させる酸化触媒13と、尿素水溶液を加水分解して得られるアンモニアによりNOxを還元浄化するNOx還元触媒14と、NOx還元触媒14を通過したアンモニアを酸化させるアンモニア酸化触媒15とが順次配設される。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a conceptual diagram showing an embodiment of an exhaust purification system to which a liquid reducing agent injection nozzle structure according to the present invention is applied.
In FIG. 1, this exhaust purification system reduces and removes NOx discharged from a diesel engine, gasoline engine or the like mounted on a vehicle using a liquid reducing agent. In an
前記NOx還元触媒14の上流側には、液体還元剤として尿素水溶液を噴射供給する液体還元剤の噴射ノズル20が配設されており、貯蔵タンク16に貯蔵される尿素水溶液が、供給配管17を介して還元剤供給装置18に供給され、還元剤供給装置18により噴射ノズル20を介して圧力エアと共に排気管12内に噴射供給される。還元剤供給装置18は、コンピュータを内蔵した図示しないコントロールユニットにより制御され、エンジン運転状態に応じた必要量の尿素水溶液を圧力エアと混合しつつ噴射ノズル20に供給する。
An upstream side of the
かかる排気浄化システムにおいて、噴射ノズル20から噴射供給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、アンモニアを発生する。発生したアンモニアは、NOx還元触媒14において排気中のNOxと反応し、水及び無害なガスに浄化される。このとき、NOx還元触媒14によるNOx浄化率を向上させるべく、酸化触媒13によりNOをNO2へと酸化し、排気中のNOとNO2との割合を触媒還元反応に適したものに改善する。また、NOx還元触媒14を通過したアンモニアは、その排気下流に配設されたアンモニア酸化触媒15により酸化されるので、異臭を放つアンモニアがそのまま大気中に放出されることを防止できる。
In such an exhaust purification system, the urea aqueous solution injected and supplied from the
ここで、図2〜図4を参照して本実施形態の液体還元剤噴射ノズル20の構造について詳述する。
図2〜図4において、本実施形態の噴射ノズル20は、ノズル基端部20Cがノズル先端部20A及びノズル中間部20Bより大径に形成され、このノズル基端部20Cが排気管12に固定したボス部22に例えばボルト23等で固定されて取付けられている。ノズル基端部20Cの一部は排気管12に固定したボス部22のノズル基端部嵌合部22Aに嵌合し、ノズル基端部20Cに続くノズル中間部20Bが排気管12の壁面側から管中心方向に突出し、前記中間部20Bに続くノズル先端部20Aが排気の流れ方向Aの下流側に向けて折曲してある。そして、ノズル先端部20Aの周囲に、図3に示すように噴孔21が形成されている。前記噴孔21は、図4に示すようにノズル先端部20A周囲に略等間隔で8個設けてあり、ノズル先端部20Aの軸中心から外方に液体還元剤として尿素水溶液を噴射供給する。そして、各噴孔21の噴射方向21a〜21hが排気の流れ方向Aから見てノズル中間部20Bと重ならないように、ノズル先端部20A周囲に配置形成してある。
Here, the structure of the liquid reducing
2 to 4, in the
また、前記ボス部22のノズル基端部嵌合部22Aに嵌合するノズル基端部20Cを、前記ノズル基端部嵌合部22Aと略同一形状に形成し、排気管12内に面する嵌合部22A及びノズル基端部20Cの各先端面22a,20aを、図2及び図4に示すように排気管12の内壁面と略同一となるように曲面形状に形成してある。
かかる本実施形態の液体還元剤噴射ノズル構造によれば、全ての噴射方向21a〜21hにおいて、排気の流れ方向Aから見て噴射ノズル20の中間部20Bと重なる噴射方向がないので、噴射方向21a〜21hの全ての噴霧に対して排気の流れが直接当たり、還元剤の噴霧を無駄なく排気に拡散、混合させることができる。また、噴射ノズル20の基端部20Cを、図6及び図7に示す従来のような空間部5が生じないようにボス部22の嵌合部22Aの形状に合わせて形成し、しかも、排気管12内に面したボス部22の嵌合部22Aの先端面22a及び噴射ノズル基端部20Cの先端面20aを、排気管12の内壁面と略面一にして排気管12の内壁面との段差をなくすようにしたので、乱流の発生を防止でき排気の流れがスムーズとなる。これにより、排気管12の壁面等に付着残留する液体還元剤量を減らすことができ、液体還元剤の利用効率を向上でき、液体還元剤の消費量低減によって燃費を向上できるようになる。
Further, a nozzle
According to the liquid reducing agent injection nozzle structure of the present embodiment, there is no injection direction that overlaps the
上記実施形態では、噴射ノズルの噴孔数を従来と同数の8個とし、噴孔の形成位置を周方向にずらすことで、噴射方向とノズル中間部との重なりをなくすようにしたが、噴孔数は8個に限定するものではなく、図5に示すように、噴射方向がノズル中間部と重なる噴孔を廃止して噴孔数を7個とし、7個の噴孔は従来と同じ位置に形成する構造としてもよい。 In the above embodiment, the number of nozzle holes of the injection nozzle is eight, which is the same as the conventional number, and the overlapping of the injection direction and the nozzle middle part is eliminated by shifting the formation position of the nozzle holes in the circumferential direction. The number of holes is not limited to eight. As shown in FIG. 5, the number of injection holes whose injection direction overlaps the nozzle middle part is abolished to seven, and the seven injection holes are the same as the conventional one. It is good also as a structure formed in a position.
10 エンジン
12 排気管
14 NOx還元触媒
16 貯蔵タンク
18 還元剤供給装置
20 液体還元剤噴射ノズル
20A ノズル先端部
20B ノズル中間部
20C ノズル基端部
21 噴孔
22 ボス部
22A ノズル基端部嵌合部
DESCRIPTION OF
Claims (2)
前記ノズル先端部周囲の前記各噴孔を、その噴射方向が前記排気の流れ方向から見て前記ノズル中間部と重ならないように配置形成すると共に、前記ボス部に取付ける前記ノズル基端部を、当該ボス部のノズル基端部嵌合部と略同一形状に形成し、前記排気通路内に臨む前記嵌合部及び前記ノズル基端部の各先端面を、排気通路内壁面と略面一となるように形成したことを特徴とする液体還元剤噴射ノズルの構造。 A nozzle base end portion formed larger in diameter than the nozzle intermediate portion and the nozzle tip portion on the exhaust passage wall surface upstream of the reduction catalyst of the exhaust passage provided with a reduction catalyst for reducing and purifying nitrogen oxide with a liquid reducing agent is a boss. attached via the part, said nozzle intermediate portion protruding towards the center from the wall surface of the exhaust passage, said nozzle tip and bent toward the downstream side of the exhaust gas flow direction, around the nozzle tip In a liquid reducing agent injection nozzle for supplying the liquid reducing agent from a plurality of formed nozzle holes,
Each of said injection holes around the nozzle tip, with its injection direction is disposed and formed so as not to overlap with the nozzle intermediate portion as viewed from the flow direction of the exhaust, the nozzle base end portion attached to said boss portion, The boss portion is formed in substantially the same shape as the nozzle base end fitting portion, and the front end surfaces of the fitting portion and the nozzle base end facing the exhaust passage are substantially flush with the exhaust passage inner wall surface. A structure of a liquid reducing agent injection nozzle, which is formed as described above.
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