JP5224294B2 - Engine exhaust purification system - Google Patents
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本発明はエンジンの排気を浄化するための排気浄化装置に関し、特に排気中に供給された尿素水から生成されるアンモニアを還元剤として排気中のNOxを還元するアンモニア選択還元型NOx触媒を備えた排気浄化装置に関する。 The present invention relates to an exhaust purification device for purifying engine exhaust, and more particularly, to an ammonia selective reduction type NOx catalyst that reduces NOx in exhaust using ammonia generated from urea water supplied in exhaust as a reducing agent. The present invention relates to an exhaust purification device.
エンジンの排気中に含まれる汚染物質の1つであるNOx(窒素酸化物)を浄化するための排気浄化装置として、エンジンの排気通路にアンモニア選択還元型NOx触媒を配設し、還元剤としてアンモニアをアンモニア選択還元型NOx触媒に供給することにより、NOxを還元して排気を浄化するようにした排気浄化装置が知られている。 As an exhaust purification device for purifying NOx (nitrogen oxide), which is one of the pollutants contained in engine exhaust, an ammonia selective reduction type NOx catalyst is disposed in the exhaust passage of the engine, and ammonia as a reducing agent. There is known an exhaust gas purification device that purifies exhaust gas by reducing NOx by supplying NOx to an ammonia selective reduction type NOx catalyst.
このような排気浄化装置では、アンモニアをアンモニア選択還元型NOx触媒に供給するために、アンモニアに比べて取り扱いが容易な尿素水を排気中に供給するのが一般的であり、尿素水インジェクタなどを用いて排気中に尿素水を噴射する。尿素水インジェクタから排気中に供給された霧状の尿素水は排気の熱により加水分解し、その結果生成されるアンモニアがアンモニア選択還元型NOx触媒に供給される。NOx触媒に供給されたアンモニアと排気中のNOxとの間の脱硝反応がNOx触媒によって促進されることにより、NOxが還元されて排気の浄化が行われる。 In such an exhaust purification device, in order to supply ammonia to the ammonia selective reduction type NOx catalyst, it is common to supply urea water, which is easier to handle than ammonia, into the exhaust gas. Used to inject urea water into the exhaust. The atomized urea water supplied into the exhaust gas from the urea water injector is hydrolyzed by the heat of the exhaust gas, and the resulting ammonia is supplied to the ammonia selective reduction type NOx catalyst. The NOx catalyst promotes the denitration reaction between ammonia supplied to the NOx catalyst and NOx in the exhaust, whereby NOx is reduced and exhaust purification is performed.
このとき、尿素水インジェクタから噴射された尿素水噴霧の一部は、排気通路の内壁などに衝突することにより液膜化して排気通路などに付着し、水分が気化して固形の尿素結晶などとなって排気通路の内壁などに尿素由来堆積物として堆積する。尿素由来堆積物の生成により本来NOxの還元に必要とされるアンモニアの量が不足し、排気浄化率が低下するだけでなく、堆積した尿素由来堆積物は、排気通路の流動抵抗の増大や排気通路の閉塞などのトラブルを引き起こす。また、堆積した尿素由来堆積物は排気温度の上昇時に一気にアンモニアに転化するため、必要以上のアンモニアがアンモニア選択還元型触媒に供給されて、その余剰分が大気中に放出される、所謂アンモニアスリップの問題も生じる。 At this time, a part of the urea water spray injected from the urea water injector collides with the inner wall of the exhaust passage and the like to form a liquid film and adhere to the exhaust passage, and the moisture vaporizes and solid urea crystals etc. And deposits as urea-derived deposits on the inner wall of the exhaust passage. Due to the generation of urea-derived deposits, the amount of ammonia originally required for the reduction of NOx is insufficient and the exhaust purification rate decreases, and the accumulated urea-derived deposits increase the flow resistance of the exhaust passage and exhaust gas. Cause troubles such as passage blockage. In addition, the accumulated urea-derived deposits are converted to ammonia at once when the exhaust gas temperature rises, so that more ammonia than necessary is supplied to the ammonia selective reduction catalyst, and the surplus is released into the atmosphere. The problem also arises.
このような不具合を鑑みて、尿素水インジェクタから噴射された尿素水の排気通路への付着を防止して排気中に良好に拡散・気化させるための対策として、例えば特許文献1の技術が提案されている。当該特許文献1には、エンジンからの排気を流通させる排気煙道に噴射装置を設け、この噴射装置から排気の流れ方向を横切るように尿素水を噴射し、尿素水から生成されるアンモニアを利用して下流側の脱硝触媒で排気中の窒素酸化物を還元するようにした排気浄化装置が開示されている。 In view of such problems, as a countermeasure for preventing the urea water injected from the urea water injector from adhering to the exhaust passage to diffuse and vaporize well in the exhaust gas, for example, the technique of Patent Document 1 is proposed. ing. In Patent Document 1, an injection device is provided in an exhaust flue for circulating exhaust gas from an engine, urea water is injected from the injection device so as to cross the flow direction of exhaust gas, and ammonia generated from urea water is used. Thus, an exhaust purification device is disclosed in which nitrogen oxides in exhaust gas are reduced by a denitration catalyst on the downstream side.
噴射装置から噴射された尿素水は排気煙道内の対向壁に衝突して付着することから、その対策として、尿素水の噴射経路上に衝突面を排気下流側に傾斜させた多孔板を多段に配設し、噴射された尿素水を多孔板に衝突させることにより排気煙道内の対向壁への尿素水の付着を防止すると共に、多孔板上に衝突した尿素水を膜沸騰させることにより多孔板への尿素水の付着も防止している。 Since urea water injected from the injection device collides with and adheres to the opposing wall in the exhaust flue, a multi-stage perforated plate with a collision surface inclined to the exhaust downstream side is disposed on the urea water injection path as a countermeasure. Arranged and prevented the urea water from adhering to the opposing wall in the exhaust flue by causing the injected urea water to collide with the perforated plate, and the perforated plate by boiling the urea water colliding on the perforated plate It also prevents urea water from adhering to the water.
上記特許文献1の技術が想定する尿素水の膜沸騰は、特許文献1の図4に示すように排気及び尿素水の温度差が高く、多孔板への尿素水の噴霧衝突密度が低い条件で生起され、それ以外の領域では膜沸騰から核沸騰に遷移して、衝突した尿素水により多孔板が急激に冷却されるため、多孔板上への尿素水の付着が避けられなくなる。そこで、特許文献1の技術では、排気及び尿素水の温度差を前提として、尿素水の噴霧衝突密度を低下させるべく、多孔板の開口率、噴射点から多孔板までの距離、噴霧広がり角などを設定している。 As shown in FIG. 4 of Patent Document 1, the film boiling of urea water assumed by the technology of Patent Document 1 is high under a condition where the temperature difference between exhaust gas and urea water is high and the spray collision density of urea water on the perforated plate is low. In other regions, film boiling changes to nucleate boiling, and the perforated plate is rapidly cooled by the colliding urea water, so that the urea water adheres to the perforated plate. Therefore, in the technique of Patent Document 1, on the premise of the temperature difference between exhaust gas and urea water, the aperture ratio of the porous plate, the distance from the injection point to the porous plate, the spray spread angle, etc. Is set.
しかしながら、エンジンの運転状態に応じて排気温度などの諸条件は大幅に変動し、上記のように噴霧衝突密度の設定に関して配慮したとしても、必ずしも全ての運転状態において尿素水の膜沸騰を成立できるとは限らない。従って、特許文献1の技術では、例えば排気温度の低い低負荷運転が継続されたときに核沸騰に遷移してしまい、冷却した多孔板上への尿素水の付着、ひいては尿素由来堆積物の堆積が発生して、堆積した尿素由来堆積物により上記種々のトラブルを生じてしまうという問題があった。 However, various conditions such as the exhaust temperature vary greatly depending on the operating state of the engine, and even when the spray collision density is set as described above, the film boiling of urea water can be established in all operating states. Not necessarily. Therefore, in the technique of Patent Document 1, for example, when low-load operation at a low exhaust temperature is continued, transition to nucleate boiling occurs, and urea water adheres to the cooled perforated plate, and thus deposits of urea-derived deposits. Has occurred, and the above-mentioned various troubles are caused by the accumulated urea-derived deposit.
本発明はこのような問題点を解決するためになされたもので、その目的とするところは、排気温度に関わらず排気通路内の対向壁などへの尿素水の付着を確実に抑止でき、もって尿素由来堆積物に起因する種々のトラブルを未然に回避することができるエンジンの排気浄化装置を提供することにある。 The present invention has been made to solve such problems, and the object of the present invention is to reliably prevent urea water from adhering to the opposing wall in the exhaust passage regardless of the exhaust temperature. An object of the present invention is to provide an exhaust emission control device for an engine that can avoid various troubles caused by urea-derived deposits.
上記目的を達成するため、請求項1の発明は、エンジンの排気通路に配設されて内部にエンジンからの排気が導入されるケーシングと、ケーシングの設置面に配設され、ケーシング内を横切るようにケーシング内の対向壁に向けて尿素水を噴射する尿素水噴射手段と、ケーシング内の尿素水噴射手段よりも下流側に配設され、アンモニアを還元剤として排気中のNOxを選択還元するアンモニア選択還元型NOx触媒と、ケーシング内を上流室とアンモニア選択還元型NOx触媒が収容される下流室とに区画すると共に、尿素水噴射手段の噴射軸線上で相対向する第1の対向面及び第2の対向面を備え、両対向面の間に下流室内と連通する拡散室を形成する隔壁と、筒状をなして一端を隔壁の第1の対向面から拡散室内に開口させ、他端を所定の間隙をおいて尿素水噴射手段の設置面と相対向させ、間隙を経て上流室内の排気を内部に流入させて尿素水噴射手段から噴射された尿素水に対して略同方向の排気気流を生起させて拡散室内に流入させる第1のガイドパイプと、筒状をなして一端を隔壁の第2の対向面から拡散室内に開口させ、他端を所定の間隙をおいてケーシング内の対向壁と相対向させ、間隙を経て上流室内の排気を内部に流入させて尿素水噴射手段から噴射された尿素水に対して略逆方向の排気気流を生起させて拡散室内に流入させる第2のガイドパイプとを備えたものである。 In order to achieve the above object, a first aspect of the present invention is a casing which is disposed in an exhaust passage of an engine and into which exhaust from the engine is introduced, and is disposed on an installation surface of the casing so as to cross the inside of the casing. And urea water injection means for injecting urea water toward the opposing wall in the casing, and ammonia for selectively reducing NOx in the exhaust gas using ammonia as a reducing agent, disposed downstream of the urea water injection means in the casing. The selective reduction type NOx catalyst, the casing is partitioned into an upstream chamber and a downstream chamber in which the ammonia selective reduction type NOx catalyst is accommodated, and the first opposing surface and the first opposing surface that oppose each other on the injection axis of the urea water injection means A partition wall that forms a diffusion chamber that communicates with the downstream chamber between the two opposing surfaces, and has a cylindrical shape with one end opened from the first facing surface of the partition wall into the diffusion chamber and the other end Predetermined Opposite the installation surface of the urea water injection means with a gap, the exhaust in the upstream chamber flows into the interior through the gap, and an exhaust air flow in substantially the same direction as the urea water injected from the urea water injection means is generated. A first guide pipe that flows into the diffusion chamber and has a cylindrical shape with one end opening from the second facing surface of the partition wall into the diffusion chamber and the other end facing the opposing wall in the casing with a predetermined gap. A second guide pipe that is opposed to each other, causes exhaust in the upstream chamber to flow into the interior through a gap, and causes an exhaust airflow in a substantially opposite direction to the urea water injected from the urea water injection means to flow into the diffusion chamber. It is equipped with.
従って、エンジンの排気はケーシング内の上流室から間隙を経て第1及び第2のガイドパイプ内に流入し、第1のガイドパイプ内で尿素水噴射手段から噴射された尿素水と略同方向の排気気流を生起して拡散室内に流入すると共に、第2のガイドパイプ内で尿素水と略逆方向の排気気流を生起して拡散室内に流入し、これらの排気気流は拡散室内で相互に衝突して尿素水噴霧と共に下流側のアンモニア選択還元型NOx触媒に移送される。 Accordingly, the engine exhaust flows into the first and second guide pipes through the gap from the upstream chamber in the casing, and is in the same direction as the urea water injected from the urea water injection means in the first guide pipe. An exhaust air flow is generated and flows into the diffusion chamber, and an exhaust air flow substantially opposite to the urea water is generated in the second guide pipe and flows into the diffusion chamber, and these exhaust air flows collide with each other in the diffusion chamber. Then, it is transferred to the downstream ammonia selective reduction type NOx catalyst together with the urea water spray.
排気気流の流通方向において、第1及び第2のガイドパイプに対して拡散室内の排気気流の衝突地点は下流側に相当することから、尿素水噴射手段から噴射された尿素水噴霧は排気気流の流通方向に倣って衝突地点へと案内された後、排気気流に逆らって衝突地点から遠ざかる方向への進行、即ち、衝突地点を通り過ぎたり衝突地点で反転したりする方向への進行が妨げられる。このため、尿素水噴霧は衝突地点から大きく外れることなくアンモニア選択還元型NOx触媒へと移送される。 In the flow direction of the exhaust air flow, the collision point of the exhaust air flow in the diffusion chamber with respect to the first and second guide pipes corresponds to the downstream side, so the urea water spray injected from the urea water injection means After being guided to the collision point following the flow direction, the progress in the direction away from the collision point against the exhaust airflow, that is, the progress in the direction of passing through or reversing the collision point is hindered. Therefore, the urea water spray is transferred to the ammonia selective reduction type NOx catalyst without greatly deviating from the collision point.
一方、上流室内の排気が第1及び第2のガイドパイプ内に流入するときの流路は、間隙が形成された設置面の近傍及びケーシング内の対向壁の近傍に限られるため、排気は設置面や対向壁に沿って高い流速をもってそれぞれのガイドパイプ内に流入する。よって、尿素水噴射手段の近傍及びケーシングの対向壁は、常に高い流速の排気気流に晒され続けている。
従って、たとえ噴射された尿素水噴霧が排気気流の衝突地点を通り過ぎたり、或いは衝突地点で反転したりしても、これらの尿素水噴霧は高速の排気気流に遮られてケーシング対向壁や尿素水噴射手段への付着・堆積が防止され、尿素由来堆積物に起因する不具合が未然に防止される。
On the other hand, the flow path when the exhaust in the upstream chamber flows into the first and second guide pipes is limited to the vicinity of the installation surface where the gap is formed and the vicinity of the opposing wall in the casing. It flows into each guide pipe with a high flow velocity along the surface and the opposing wall. Therefore, the vicinity of the urea water injection means and the facing wall of the casing are constantly exposed to the exhaust airflow having a high flow velocity.
Therefore, even if the injected urea water spray passes through the collision point of the exhaust airflow or is reversed at the collision point, these urea water sprays are blocked by the high-speed exhaust airflow, and the casing facing wall and urea water Adhesion / deposition on the injection means is prevented, and problems caused by urea-derived deposits are prevented.
請求項1の発明のエンジンの排気浄化装置によれば、第1のガイドパイプ内で尿素水噴射手段から噴射された尿素水と略同方向の排気気流を生起し、第2のガイドパイプ内で略逆方向の排気気流を生起して、拡散室内で相互に衝突させるため、尿素水噴霧を排気気流の衝突地点に積極的に導いてそのままアンモニア選択還元型NOx触媒に移送でき、これにより排気温度に関わらずケーシング対向壁や尿素水噴射手段への尿素水の付着を防止できる。 According to the engine exhaust gas purification apparatus of the first aspect of the present invention, an exhaust air flow in the same direction as the urea water injected from the urea water injection means is generated in the first guide pipe, and the second guide pipe In order to generate an exhaust airflow in the substantially opposite direction and collide with each other in the diffusion chamber, the urea water spray can be actively guided to the collision point of the exhaust airflow and transferred to the ammonia selective reduction type NOx catalyst as it is. Regardless of this, it is possible to prevent the urea water from adhering to the casing facing wall and the urea water injection means.
しかも、間隙を経て第1及び第2のガイドパイプ内に排気を流入させることにより、設置面や対向壁に沿った高い流速の排気気流を生起しているため、たとえ噴射された尿素水噴霧が排気気流の衝突地点を通り過ぎたり衝突地点で反転したりしても、これらの尿素水噴霧を高速の排気気流により遮ってケーシング対向壁や尿素水噴射手段への付着を防止でき、結果として、これらの部位への尿素水の付着を一層確実に防止でき、もって堆積物に起因する不具合を未然に防止することができる。 In addition, since the exhaust gas flows into the first and second guide pipes through the gap, an exhaust air flow having a high flow velocity along the installation surface and the opposing wall is generated. Even if the exhaust airflow passes through or reverses at the collision point, these urea water sprays can be blocked by the high-speed exhaust airflow to prevent adhesion to the casing facing wall and urea water injection means. It is possible to more reliably prevent the urea water from adhering to the region, and to prevent problems caused by deposits.
以下、本発明を具体化したエンジンの排気浄化装置を示す一実施形態を説明する。
図1は本実施形態の排気浄化装置が適用された4気筒のディーゼルエンジン(以下、エンジンという)の全体構成図である。
エンジン1は各気筒共通の高圧蓄圧室(以下、コモンレールという)2を備えており、図示しない燃料噴射ポンプから供給されてコモンレール2に蓄えられた高圧の燃料を、各気筒に設けられたインジェクタ4に供給し、各インジェクタ4からそれぞれの気筒内に燃料が噴射される。
Hereinafter, an embodiment of an exhaust emission control device for an engine embodying the present invention will be described.
FIG. 1 is an overall configuration diagram of a four-cylinder diesel engine (hereinafter referred to as an engine) to which the exhaust emission control device of this embodiment is applied.
The engine 1 includes a high-pressure accumulator chamber (hereinafter referred to as a common rail) 2 common to each cylinder, and high-pressure fuel supplied from a fuel injection pump (not shown) and stored in the common rail 2 is an injector 4 provided in each cylinder. The fuel is injected into each cylinder from each injector 4.
吸気通路6にはターボチャージャ8が装備されており、図示しないエアクリーナから吸入された吸気は、吸気通路6からターボチャージャ8のコンプレッサ8aへと流入し、コンプレッサ8aで過給された吸気はインタークーラ10及び吸気制御弁12を介して吸気マニホールド14に導入される。また、吸気通路6のコンプレッサ8aより上流側には、エンジン1への吸入空気流量を検出するための吸気量センサ16が設けられている。
The
一方、エンジン1の各気筒から排気が排出される排気ポート(図示せず)は、排気マニホールド18を介して排気管20(排気通路)に接続されている。なお、排気マニホールド18と吸気マニホールド14との間には、EGR弁22を介して排気マニホールド18と吸気マニホールド14とを連通するEGR通路24が設けられている。
排気管20はターボチャージャ8のタービン8bを経た後、排気絞り弁26を介して排気後処理装置28に接続されている。また、タービン8bの回転軸はコンプレッサ8aの回転軸と連結されており、タービン8bが排気管20内を流動する排気を受けてコンプレッサ8aを駆動するようになっている。
On the other hand, an exhaust port (not shown) through which exhaust is discharged from each cylinder of the engine 1 is connected to an exhaust pipe 20 (exhaust passage) via an
The
排気浄化装置28のケーシング29内は隔壁30により前後に区画され、以下、区画された前側の空間を上流室29aと称し、後側の空間を下流室29bと称する。後に詳述するが、エンジン1から排出される排気は上流室29a内から隔壁30を経て下流室29b内に導入されるようになっている。
上流室29a内には、前段酸化触媒32が収容されると共に、この前段酸化触媒32の下流側にはパティキュレートフィルタ(以下フィルタという)33が収容されている。フィルタ33は、排気中のパティキュレートを捕集することによりエンジン1の排気を浄化するために設けられる。
The
The
前段酸化触媒32は排気中のNO(一酸化窒素)を酸化させてNO2(二酸化窒素)を生成するので、このように前段酸化触媒32とフィルタ33とを配置することにより、フィルタ33に捕集され堆積しているパティキュレートは、前段酸化触媒32から供給されたNO2と反応して酸化し、フィルタ33の連続再生が行われるようになっている。
Since the
下流室29b内には、アンモニアを還元剤として排気中のNOx(窒素酸化物)を選択還元して排気を浄化するアンモニア選択還元型NOx触媒(以下、SCR触媒という)35が収容されると共に、このSCR触媒35の下流側にはSCR触媒35から流出したアンモニアを除去するための後段酸化触媒36が収容されている。なお、後段酸化触媒36は、フィルタ33の強制再生でパティキュレートが焼却される際に発生するCO(一酸化炭素)を酸化し、CO2(二酸化炭素)として大気中に排出する機能も有している。
In the
また、下流室29b内の最上流箇所に相当する隔壁30近傍には、連通路32内の排気中に尿素水を噴射供給する尿素水インジェクタ(尿素水噴射手段)38が設けられており、尿素水を蓄えた尿素水タンク39から図示しない尿素水供給ポンプを介して尿素水インジェクタ38に尿素水が供給され、尿素水インジェクタ38の開閉に応じて下流室29b内の排気中に尿素水が噴射されるようになっている。
Further, a urea water injector (urea water injection means) 38 for supplying urea water into the exhaust gas in the
尿素水インジェクタ38から噴射された霧状の尿素水は、排気の熱により加水分解してアンモニアとなり、SCR触媒35に供給される。SCR触媒35は供給されたアンモニアと排気中のNOxとの脱硝反応を促進することにより、NOxを還元して無害なN2とする。
さらに、上流室29a内の前段酸化触媒32の下流側には、排気後処理装置28内を流動する排気の温度を検出するための排気温度センサ40が設けられている。
The atomized urea water injected from the
Further, an exhaust
ECU(制御手段)50は、エンジン1の運転制御をはじめとして総合的な制御を行うための制御装置であり、CPU、メモリ、タイマカウンタなどから構成され、様々な制御量の演算を行うと共に、その制御量に基づき各種デバイスの制御を行っている。
ECU50の入力側には、各種制御に必要な情報を収集するため、上述した吸気量センサ16や排気温度センサ40のほか、エンジン1の回転数を検出する回転数センサ51、及び図示しないアクセルペダルの踏込量を検出するアクセル開度センサ52などの各種センサ類が接続されている。また、ECU50の出力側には、演算した制御量に基づき制御が行われる各気筒のインジェクタ4、吸気制御弁12、EGR弁22、排気絞り弁26及び尿素水インジェクタ38などの各種デバイス類が接続されている。
The ECU (control means) 50 is a control device for performing comprehensive control including operation control of the engine 1, and includes a CPU, a memory, a timer counter, and the like, and calculates various control amounts. Various devices are controlled based on the control amount.
On the input side of the
エンジン1の各気筒への燃料供給量の演算、及び演算した燃料供給量に基づくインジェクタ4からの燃料供給制御もECU50によって行われる。エンジン1の運転に必要な燃料供給量(主噴射量)は、回転数センサ51によって検出されたエンジン1の回転数とアクセル開度センサ52によって検出されたアクセルペダルの踏込量とに基づき、予め記憶しているマップから読み出して決定する。各気筒に供給される燃料の量は、インジェクタ4の開弁時間によって調整され、決定された燃料量に対応した駆動時間で各インジェクタ4が開弁駆動され、各気筒に主噴射が行われることにより、エンジン1の運転に必要な量の燃料が供給される。
The
ECU50は、このような各気筒への燃料供給制御のほか、フィルタ33の強制再生やSCR触媒35にアンモニアを供給するための尿素水供給制御も行う。フィルタ33の強制再生については既に広く知られているものであり、ここでは詳細な説明を省略するが、ECU50は、排気温度センサ40の検出値に基づき、主噴射とは別にインジェクタ4から各気筒に燃料を噴射することにより、排気中に燃料を供給し、前段酸化触媒32における排気中の燃料の酸化反応によって排気を昇温してフィルタ33の強制再生を行う。
In addition to such fuel supply control to each cylinder, the
また、ECU50は、インジェクタ4からの主噴射量や、回転数センサ51によって検出されたエンジン1の回転数及び吸気量センサ16によって検出されたエンジン1への吸入空気流量などに基づき、エンジン1の単位時間あたりの排気排出量及びNOx排出量を求め、このNOx排出量に対してSCR触媒35によるNOxの選択還元に必要なアンモニアの量から尿素水の目標供給量を求める。そして、この目標供給量に基づき尿素水インジェクタ38を制御することにより、尿素水インジェクタ38からSCR触媒35上流側の排気中に尿素水を供給する。
Further, the
尿素水インジェクタ38から噴射された霧状の尿素水は、前述したように、排気の熱により加水分解してアンモニアとなり、このアンモニアがSCR触媒35に供給される。SCR触媒35は、供給されたアンモニアと排気中のNOxとの脱硝反応を促進することにより、NOxを還元して無害なN2とする。
図2はケーシング29の隔壁30周辺の構成を示す部分拡大断面図、図3は同じくケーシング29の隔壁30周辺をDPF33側から見た図2のIII−III線断面図、図4は同じくケーシング29の隔壁30周辺をSCR触媒35側から見た図2のIV−IV線断面図、図5は同じくケーシング29の隔壁30周辺を上方から見た図2のV−V線断面図である。
As described above, the mist-like urea water jetted from the
2 is a partially enlarged cross-sectional view showing a configuration around the
これらの図に示すように、尿素水インジェクタ38はケーシング29の上部に水平面として形成された設置面61上に固定され、設置面61に形成された透孔61aを介して尿素水を噴射するようになっている。尿素水インジェクタ38の噴射軸線Lは垂直、即ちケーシング29の長手方向と直交する方向に設定されており、尿素水インジェクタ38からは、ケーシング29内を直角に横切るように下方に向けて尿素水が噴射される。
As shown in these drawings, the
このため[背景技術]でも述べたように、噴射された尿素水がケーシング29内の対向壁29cなどに衝突して付着し、水分の気化により尿素由来堆積物として堆積して種々のトラブルを発生させる可能性がある。このような問題点を鑑みて、本実施形態では、ケーシング29内の対向壁29cなどへの尿素水の付着を防止するための対策を講じており、以下、当該対策について詳述する。
For this reason, as described in [Background Art], the injected urea water collides with and adheres to the opposing wall 29c in the
上記隔壁30は、尿素水インジェクタ38の噴射軸線L上に位置して、尿素水インジェクタ38が固定されたケーシング29の設置面61に対して所定間隔をおいて対向する水平な上側対向面63(第1の対向面)、同じく噴射軸線L上に位置して、上側対向面63の下側で所定間隔をおいて対向する下側対向面64(第2の対向面)、上側対向面63及び下側対向面64の上流端を接続する上流面65、上側対向面63の下流端を設置面61の下流端に接続する上側下流面66、及び下側対向面64の下流端をケーシング29の対向壁29cに接続する下側下流面67から構成されている。
The
この隔壁30によりケーシング29内が上流室29aと下流室29bとに区画されると共に、隔壁30の上側対向面63と下側対向面64との間には下流室29bと連通する拡散室68が形成されている。また、隔壁30の上側対向面63と設置面61との間には上流室29aと連通する上側流入室69が形成され、同じく下側対向面64とケーシング29の対向壁29cとの間には上流室29aと連通する下側流入室70が形成されている。
The
上側流入室69内には上側ガイドパイプ71(第1のガイドパイプ)が配設され、上側ガイドパイプ71の下端(一端)は上側対向面63上に接続されている。同様に、下側流入室70内には下側ガイドパイプ72(第2のガイドパイプ)が配設され、下側ガイドパイプ72の上端(一端)は下側対向面64上に接続されている。
上側ガイドパイプ71及び下側ガイドパイプ72は上下方向に延びる円筒状をなして拡散室68を挟んで相互に直列に配設され、両ガイドパイプ71,72の軸心は尿素水インジェクタ38の噴射軸線Lと一致している。但し、両ガイドパイプ71,72の軸心を噴射軸線Lと一致させなくてもよい。また、両ガイドパイプ71,72の径は同一でも異なる径でもよい。
An upper guide pipe 71 (first guide pipe) is disposed in the
The
上側ガイドパイプ71の上端(他端)と設置面61との間には間隙73が形成され、上側流入室内69は間隙73及び上側ガイドパイプ71内を経て拡散室68内と連通している。同じく下側ガイドパイプ72の下端(他端)とケーシング29の対向壁29cとの間には間隙74が形成され、下側流入室内70は間隙74及び下側ガイドパイプ72内を経て拡散室68内と連通している。
A
次に、以上のように構成された本実施形態のエンジン1の排気浄化装置の作用を説明する。
エンジン1の運転中において、図2〜5に矢印で示すように、エンジン1の排気は上流室29a内でフィルタ33を流通した後に、上側流入室内69及び下側流入室70内にそれぞれ集約される。上側流入室69内の排気は間隙73を経て上側ガイドパイプ71の上端全周から内部に流入し、この上側ガイドパイプ71内を下方に流通する。同様に、下側流入室70内の排気は間隙74を経て下側ガイドパイプ72の下端全周から内部に流入し、この下側ガイドパイプ72内を上方に向けて流通する。
Next, the operation of the exhaust emission control device for the engine 1 of the present embodiment configured as described above will be described.
During the operation of the engine 1, as indicated by arrows in FIGS. 2 to 5, the exhaust of the engine 1 is collected in the
このため、上側及び下側ガイドパイプ71,72内を流通する過程でそれぞれの排気は同軸且つ逆方向の排気気流を生起し、これらの排気気流の中に尿素水インジェクタ38から噴射軸線Lに沿って下方に向けて尿素水が噴射される。上下の排気気流は拡散室68内に流入して相互に衝突して尿素水と激しく撹拌され、この尿素水から生成されたアンモニアを利用してSCR触媒35によりNOxの選択還元が行われる。
For this reason, in the process of flowing through the upper and
拡散室68内で上下からの排気気流が衝突する地点は、排気気流の流通方向において上側及び下側ガイドパイプ71,72よりも下流側に相当する。従って、尿素水インジェクタ38から噴射された尿素水の噴霧は、上側ガイドパイプ71内で下方に向かう排気気流に倣って衝突地点へと案内された後、衝突地点から遠ざかる方向への進行、即ち、衝突地点を経て下方に通り過ぎたり、衝突地点で上方に反転したりする方向への進行が妨げられる。このような上下からの排気気流の作用により、排気気流の衝突地点まで導かれた尿素水噴霧は、衝突地点から上下方向に大きく外れることなく排気中に良好に拡散・霧化し、そのまま下流側のSCR触媒35へと移送される。
The point where the exhaust airflow from above and below collides in the
よって、ケーシング29の対向壁29c、或いは尿素水インジェクタ38の噴孔部への尿素水噴霧の付着が防止される。そして、エンジン運転状態の変化に伴って排気温度が変動したとしても、この上下からの排気気流による尿素水噴霧の付着防止作用は確実に得られるため、多孔板上で尿素水を膜沸騰させる特許文献1の技術のように所期の作用が得られなくなる虞は一切なく、広いエンジン運転状態で上記した作用効果を安定して得ることができる。
Therefore, the urea water spray is prevented from adhering to the facing wall 29c of the
ところで、このように上下からの排気気流による尿素水噴霧の付着防止作用はエンジン運転領域に関わらず得られるものの、一部には、衝突地点からSCR触媒35側に移送されることなく、衝突地点を経て下方に通り過ぎたり、或いは衝突地点から上方に反転したりする尿素水噴霧も存在する。衝突地点を経て下方に通り過ぎた尿素水噴霧はケーシング29の対向壁29cに付着し、衝突地点から上方に反転した尿素水噴霧は尿素水インジェクタ38の噴孔部に付着し、何れの尿素水も水分だけが蒸発して固体尿素の昇華が進行せず、堆積物として排気の流通を妨げたり、尿素水の噴射を妨げたりするトラブルの要因となり得る。
By the way, although the action of preventing the adhesion of urea water spray by the exhaust airflow from above and below can be obtained regardless of the engine operation region, in some cases, the collision point is not transferred from the collision point to the
そこで、本実施形態では、尿素水噴霧の付着防止作用をより高めるべく、上側及び下側流入室69,70内の排気を間隙73,74を経て対応するガイドパイプ71,72内に流入させている。
即ち、図2などから明らかなように、上流側流入室69内の排気を、上流側ガイドパイプ71の上端と設置面61との間に形成された間隙73を経て上流側ガイドパイプ71内に流入させ、同様に、下流側流入室70内の排気を、下流側ガイドパイプ72の下端とケーシング29の対向壁29cとの間に形成された間隙74を経て下流側ガイドパイプ72内に流入させている。
Therefore, in the present embodiment, the exhaust gas in the upper and
That is, as is clear from FIG. 2 and the like, the exhaust in the
従って、上側流入室69内の排気が上側ガイドパイプ71内に流入するときの流路は、上下方向において間隙73が形成された設置面61の近傍に限られるため、排気は設置面61に沿って高い流速で上側ガイドパイプ71内に全周から流入する。同じく、下側流入室70内の排気が下側ガイドパイプ72内に流入するときの流路も、上下方向において間隙74が形成されたケーシング対向壁29cの近傍に限られるため、排気は対向壁29cに沿って高い流速で下側ガイドパイプ72内に全周から流入する。
Accordingly, since the flow path when the exhaust gas in the
このため、尿素水インジェクタ38の噴孔部及びケーシング29の対向壁29cは、常に高い流速の排気気流に晒され続けている。従って、たとえ噴射された尿素水噴霧が排気気流の衝突地点を経て下方に通り過ぎたとしても、ケーシング対向壁29cに沿って流れる高速の排気気流に遮られて対向壁29cへの付着が防止される。また、噴射された尿素水噴霧が排気気流の衝突地点から上方に反転したとしても、設置面61に沿って流れる高速の排気気流に遮られて尿素水インジェクタ38の噴孔部への付着が防止される。
For this reason, the nozzle hole part of the
しかも、仮に何らかの要因によりケーシング対向壁29cや尿素水インジェクタ38の噴孔部に尿素水噴霧が付着した場合でも、高い流速の排気気流により、尿素水は水分の蒸発だけでなく固体尿素の昇華も促進される。よって、ケーシング対向壁29cや尿素水インジェクタ38の噴孔部への堆積物の生成を抑制でき、尿素由来堆積物に起因する種々のトラブルを一層確実に防止することができる。
Moreover, even if urea water spray adheres to the casing facing wall 29c or the nozzle hole portion of the
以上で実施形態の説明を終えるが、本発明の態様はこの実施形態に限定されるものではない。例えば上記実施形態では、選択還元型のSCR触媒35を備えたディーゼルエンジン1の排気浄化装置に具体化したが、適用対象はこれに限ることはない。例えばガソリンエンジンでも希薄燃焼運転時を想定してSCR触媒35を備える場合があるため、このようなガソリンエンジンに適用してもよい。
This is the end of the description of the embodiment, but the aspect of the present invention is not limited to this embodiment. For example, in the above embodiment, the exhaust purification device of the diesel engine 1 provided with the selective reduction
また、上記実施形態では、尿素水インジェクタ38から噴射軸線Lに沿ってケーシング29内を直角に横切るように尿素水を噴射する一方、噴射軸線Lに対して同軸かつ完全に逆方向をなす排気気流を上側及び下側ガイドパイプ71,72により生起したが、尿素水は必ずしもケーシング29内を直角に横切るように噴射する必要はないし、排気気流は必ずしも噴射軸線Lと同軸である必要はなく、完全に逆方向や同方向である必要もない。よって、これらの各要件を任意に変更してもよい。
また、隔壁30の対向面63,64に関しても同様であり、必ずしもケーシング29の設置面61に対して上側対向面63を完全に対向させたり、両対向面63,64を完全に対向させたりする必要はなく、所定角度で対向するように配置してもよい。
In the above embodiment, the urea water is injected from the
The same applies to the facing surfaces 63 and 64 of the
1 エンジン
20 排気管(排気通路)
29 ケーシング
29a 上流室
29b 下流室
29c 対向壁
30 隔壁
35 SCR触媒(アンモニア選択還元型NOx触媒)
38 尿素水インジェクタ(尿素水噴射手段)
61 設置面
63 上側対向面(第1の対向面)
64 下側対向面(第2の対向面)
68 拡散室
71 上側ガイドパイプ(第1のガイドパイプ)
72 下側ガイドパイプ(第2のガイドパイプ)
73,74 間隙
1
29
38 Urea water injector (urea water injection means)
61
64 Lower facing surface (second facing surface)
68
72 Lower guide pipe (second guide pipe)
73, 74 gap
Claims (1)
上記ケーシングの設置面に配設され、該ケーシング内を横切るように該ケーシング内の対向壁に向けて尿素水を噴射する尿素水噴射手段と、
上記ケーシング内の上記尿素水噴射手段よりも下流側に配設され、アンモニアを還元剤として排気中のNOxを選択還元するアンモニア選択還元型NOx触媒と、
上記ケーシング内を上流室と上記アンモニア選択還元型NOx触媒が収容される下流室とに区画すると共に、上記尿素水噴射手段の噴射軸線上で相対向する第1の対向面及び第2の対向面を備え、両対向面の間に上記下流室内と連通する拡散室を形成する隔壁と、
筒状をなして一端を上記隔壁の第1の対向面から上記拡散室内に開口させ、他端を所定の間隙をおいて上記尿素水噴射手段の設置面と相対向させ、該間隙を経て上記上流室内の排気を内部に流入させて上記尿素水噴射手段から噴射された尿素水に対して略同方向の排気気流を生起させて上記拡散室内に流入させる第1のガイドパイプと、
筒状をなして一端を上記隔壁の第2の対向面から上記拡散室内に開口させ、他端を所定の間隙をおいて上記ケーシング内の対向壁と相対向させ、該間隙を経て上記上流室内の排気を内部に流入させて上記尿素水噴射手段から噴射された尿素水に対して略逆方向の排気気流を生起させて上記拡散室内に流入させる第2のガイドパイプと
を備えたことを特徴とするエンジンの排気浄化装置。 A casing disposed in the exhaust passage of the engine and into which exhaust from the engine is introduced;
Urea water injection means disposed on the installation surface of the casing and injecting urea water toward the opposing wall in the casing so as to cross the inside of the casing;
An ammonia selective reduction type NOx catalyst that is disposed downstream of the urea water injection means in the casing and selectively reduces NOx in the exhaust gas using ammonia as a reducing agent;
The casing is partitioned into an upstream chamber and a downstream chamber in which the ammonia selective reduction type NOx catalyst is accommodated, and a first opposing surface and a second opposing surface facing each other on the injection axis of the urea water injection means. A partition wall that forms a diffusion chamber communicating with the downstream chamber between the opposing surfaces;
One end is opened from the first facing surface of the partition wall into the diffusion chamber, and the other end is opposed to the installation surface of the urea water injection means with a predetermined gap, and the gap is passed through the gap. A first guide pipe that causes the exhaust in the upstream chamber to flow into the interior and causes an exhaust airflow in substantially the same direction to the urea water injected from the urea water injection means to flow into the diffusion chamber;
One end is opened from the second facing surface of the partition wall into the diffusion chamber and the other end is opposed to the facing wall in the casing with a predetermined gap, and the upstream chamber passes through the gap. And a second guide pipe for causing an exhaust air flow in a substantially opposite direction to the urea water injected from the urea water injection means to flow into the diffusion chamber. Exhaust gas purification device for the engine.
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