JP6729008B2 - Exhaust purification device - Google Patents
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Description
本発明は、排気浄化装置に関し、特に、排気管内に還元剤溶液を噴射するインジェクタを備えた排気浄化装置に関する。 The present invention relates to an exhaust emission control device, and more particularly to an exhaust emission control device provided with an injector that injects a reducing agent solution into an exhaust pipe.
従来、この種の排気浄化装置として、インジェクタから排気管内に尿素水を噴射すると共に、尿素水から加水分解により生成されるアンモニア(NH3)を還元剤として排気ガス中に含まれる窒素化合物(以下、NOx)を還元浄化する選択的還元触媒(以下、SCR触媒)を備えるものが知られている(例えば、特許文献1、2参照)。 Conventionally, as this kind of exhaust emission control device, urea water is injected from an injector into the exhaust pipe, and ammonia (NH 3 ) generated by hydrolysis from urea water is used as a reducing agent to reduce nitrogen compounds (hereinafter referred to as “nitrogen compound”) contained in the exhaust gas. , NOx) are known to be provided with a selective reduction catalyst (hereinafter referred to as SCR catalyst) (for example, see Patent Documents 1 and 2).
ところで、一般的な排気管は、スペース上の制約等の理由から複数個所を屈曲して形成されている。このような屈曲部外側、或は、屈曲部外側の直下流側にインジェクタを設けると、インジェクタから噴射された尿素水の噴霧は屈曲部外側に偏流される排気ガスの影響を受けて、尿素水が排気管の内壁に付着する場合がある。 By the way, a general exhaust pipe is formed by bending a plurality of places for reasons such as space restrictions. If an injector is provided on the outside of the bent portion or on the downstream side of the outside of the bent portion, the spray of urea water injected from the injector is affected by the exhaust gas that is drifted to the outside of the bent portion, and the urea water is discharged. May adhere to the inner wall of the exhaust pipe.
特に、排気ガス温度が低いエンジンの低負荷運転時に排気管の内壁に尿素水が付着して滞留すると、その後の排気ガス温度の上昇に伴い尿素水が蒸発(気化)する過程で発生する酸によって排気管の腐食を引き起こす課題がある。 In particular, when urea water adheres to the inner wall of the exhaust pipe and accumulates during low load operation of an engine with low exhaust gas temperature, the acid generated in the process of evaporation (vaporization) of urea water with the subsequent rise in exhaust gas temperature There is a problem that causes corrosion of the exhaust pipe.
本開示の技術は、尿素水の蒸発によって引き起こされる排気管の腐食を効果的に防止すること目的とする。 The technique of the present disclosure aims to effectively prevent corrosion of an exhaust pipe caused by evaporation of urea water.
本開示の技術は、内燃機関から排出される排気ガスを流通させる排気管と、前記排気管に設けられて、当該排気管内に還元剤溶液を噴射するインジェクタと、前記インジェクタよりも排気下流側の前記排気管に設けられて、前記還元剤溶液を用いて排気ガスを浄化する触媒を担持した担体と、を備え、前記内燃機関の運転状態に応じて変化する排気ガス温度が前記還元剤溶液の蒸発を開始させる所定の気化温度に達する際の排気ガス流れに対して、前記インジェクタから前記還元剤溶液が前記排気管の内壁に付着しない角度で噴射されるように、前記インジェクタが前記排気管に所定の角度で斜めに取り付けられたことを特徴とする。 The technology of the present disclosure includes an exhaust pipe for circulating exhaust gas discharged from an internal combustion engine, an injector provided in the exhaust pipe for injecting a reducing agent solution into the exhaust pipe, and an exhaust gas downstream side of the injector. A carrier that is provided in the exhaust pipe and carries a catalyst that purifies the exhaust gas using the reducing agent solution; and the exhaust gas temperature that changes according to the operating state of the internal combustion engine is the reducing agent solution. The injector is injected into the exhaust pipe so that the reducing agent solution is injected from the injector at an angle at which the reducing agent solution does not adhere to the inner wall of the exhaust pipe with respect to the exhaust gas flow when reaching a predetermined vaporization temperature for starting evaporation. It is characterized in that it is obliquely attached at a predetermined angle.
また、前記排気管は、少なくともその一部に屈曲部を含み、前記インジェクタは、前記屈曲部の屈曲外側に取り付けられると共に、当該屈曲部下流の排気管内に前記還元剤溶液を管軸方向に対して斜めに噴射してもよい。 Further, the exhaust pipe includes a bent portion in at least a part thereof, the injector is attached to the outside of the bent portion of the bent portion, and the reducing agent solution in the exhaust pipe downstream of the bent portion with respect to the pipe axis direction. May be sprayed diagonally.
また、前記インジェクタは、前記還元剤溶液として尿素水を噴射し、前記触媒は、前記尿素水から排気熱により加水分解されて生成されるアンモニアを還元剤として排気ガス中の窒素化合物を浄化する選択的還元触媒であってもよい。 Further, the injector injects urea water as the reducing agent solution, and the catalyst purifies nitrogen compounds in exhaust gas by using ammonia generated by hydrolysis of the urea water by exhaust heat as a reducing agent. It may be a catalytic reduction catalyst.
本開示の技術によれば、尿素水の蒸発によって引き起こされる排気管の腐食を効果的に防止することができる。 According to the technique of the present disclosure, it is possible to effectively prevent corrosion of an exhaust pipe caused by evaporation of urea water.
以下、添付図面に基づいて、本発明の一実施形態に係る排気浄化装置を説明する。同一の部品には同一の符号を付してあり、それらの名称および機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明は繰返さない。 An exhaust emission control device according to an embodiment of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. The same parts are designated by the same reference numerals, and their names and functions are also the same. Therefore, detailed description thereof will not be repeated.
図1に示すように、ディーゼルエンジン(以下、単にエンジンという)10の排気マニホールド11には、上流配管12が接続されている。また、上流配管12の下流端には前段ケーシング20が接続され、前段ケーシングの20の下流側には後段ケーシング50が配置されている。さらに、後段ケーシング40の下流端には、排気ガスを大気に放出する放出配管13が接続されている。
As shown in FIG. 1, an upstream pipe 12 is connected to an exhaust manifold 11 of a diesel engine (hereinafter simply referred to as engine) 10. The
前段ケーシング20及び後段ケーシング50は、略円筒状に形成されており、互いに軸心が平行になるように並列に配置されている。前段ケーシング20及び後段ケーシング50は、これらの間に配置された第1〜3接続配管30〜32によって互いに接続されている。
The
前段ケーシング20の内部には、排気上流側から順に、第1酸化触媒21及び、フィルタ22がクッション部材23,24を介して収容されている。
A
第1酸化触媒21は、例えば、ハニカム構造体等のセラミック担体表面に酸化触媒成分を担持して形成されている。第1酸化触媒21は、エンジン10のポスト噴射や上流配管12に設けられた図示しない排気管インジェクタの排気管噴射によって未燃燃料が供給されると、これを酸化して排気温度を上昇させる。
The
フィルタ22は、例えば、多孔質性の隔壁で区画された多数のセルを排気の流れ方向に沿って配置し、これらセルの上流側と下流側とを交互に目封止して形成されている。フィルタ22は、排気中の粒子状物質(PM)を隔壁の細孔や表面に捕集すると共に、PM堆積推定量が所定量に達すると、これを燃焼除去するフィルタ強制再生が実施される。
The
第1接続配管30は、上流端から下流端に向かうに従い縮径する略C字状に屈曲されたエルボ管であって、その上流端には前段ケーシング20の下流端が接続されている。また、第1接続配管30の下流端には、第2接続配管31の上流端が接続されている。さらに第1接続配管30の下流側の屈曲部外側30Aには、尿素水噴射装置40の一部を構成する尿素水インジェクタ43が取り付けられている。
The first connecting
尿素水噴射装置40は、尿素水を貯留する尿素水タンク41と、尿素水タンク41から尿素水を汲み上げる尿素水ポンプ42と、第2接続配管31内に向けて尿素水を噴射(噴霧)する尿素水インジェクタ43とを備えている。尿素水インジェクタ43から第2接続配管31内に噴射された尿素水は、排気熱により加水分解されてアンモニア(NH3)に生成され、下流側のSCR触媒51に還元剤として供給される。
The urea water injection device 40 injects (sprays) urea water toward the inside of the urea water tank 41 that stores the urea water, the
第2接続配管31は、略円筒状の直線配管であって、その軸心が前段ケーシング20及び後段ケーシング50の軸心と平行になるように配置されている。また、第2接続配管31の下流端には、第3接続配管32の上流端が接続されている。
The
第3接続配管32は、上流端から下流端に向かうに従い拡径する略C字状に屈曲されたエルボ管であって、その下流端には、下段ケーシング50の上流端が接続されている。
The
後段ケーシング50の内部には、排気上流側から順に、SCR触媒51及び、第2酸化触媒52がクッション部材53,54を介して収容されている。
Inside the
SCR触媒51は、例えばハニカム構造体等のセラミック担体表面にゼオライト等を担持して形成されている。SCR触媒51は、尿素水インジェクタ43から還元剤として供給されるアンモニアを吸着すると共に、吸着したアンモニアで通過する排気中からNOxを選択的に還元浄化する。
The
第2酸化触媒52は、例えば、ハニカム構造体等のセラミック担体表面に酸化触媒成分等を担持して形成されており、SCR触媒51から下流側にスリップしたアンモニアを酸化する機能を有している。
The
次に、図2に基づいて、本実施形態の尿素水インジェクタ43の取り付け構造の詳細について説明する。
Next, the details of the mounting structure of the
本実施形態において、尿素水インジェクタ43は、その噴射軸が第2接続配管31の管軸方向に対して所定の角度で傾斜するように、図示しないボルト等によって第1接続配管30の屈曲部外側30Aに取り付けられている。
In the present embodiment, the
より詳しくは、エンジン10の運転状態に応じて変化する排気ガス温度が尿素水の蒸発を開始させる所定の温度(例えば、約250〜300℃、以下、単に気化温度という)に達した際の排気ガス流れに対して、尿素水インジェクタ43は、その噴射軸と第2接続配管31の管軸方向のなす角度が第2接続配管31内に噴射される尿素水の噴霧を第2接続配管31の内壁31Aに付着させることなく直線的に進ませる傾斜角度となるように、屈曲部外側30Aに取り付けられている。所定の角度は、エンジン10の仕様や各排気管の内径等に応じて適宜最適な値に設定すればよい。
More specifically, the exhaust gas when the exhaust gas temperature that changes according to the operating state of the
このように、尿素水インジェクタ43の噴射軸と第2接続配管31の管軸方向のなす角度を設定したことで、排気ガス温度が所定の気化温度、或は当該気化温度よりも低くなるエンジン10の低負荷運転状態において、尿素水の噴霧が屈曲部外側30Aに偏流される排気ガスの影響を受けても、尿素水の噴霧は第2接続配管31の内壁31Aに付着することなく管軸方向Xに沿って略直線的に進むようになる。
In this way, by setting the angle between the injection axis of the
一方、排気ガス温度が気化温度域よりも高く、且つ排気流速が速くなるエンジン10の高負荷運転状態においては、図3に示すように、尿素水インジェクタ43から噴射される尿素水の噴霧は屈曲部外側30Aに偏流される排気ガスの影響によって第2接続配管31の内壁31A側に押されることになる。しかしながら、排気ガス温度が高くなるエンジン10の高負荷運転時は、排気熱によって尿素水の加水分解が促進されるため、尿素水インジェクタ43から噴射される尿素水は、その大部分が内壁31Aに付着するよりも前にアンモニアに生成されて下流側のSCR触媒51に供給される。
On the other hand, in the high load operation state of the
以上詳述したように、本実施形態の排気浄化装置によれば、エンジン10の運転状態に応じて変化する排気ガス温度が尿素水の蒸発を開始させる気化温度に達した際の排気ガス流れに対して、尿素水の噴霧が第2接続配管31の内壁31Aに付着しない角度で噴射されるように、尿素水インジェクタ43を屈曲部外側30Aに取り付けたことで、尿素水の噴霧は内壁31Aに付着することなく第2接続配管31内を管軸方向Xに沿って直線的に進むようになる。これにより、内壁31Aへの尿素水の付着を抑止することが可能となり、尿素水が蒸発する過程で発生する酸によって引き起こされる第2接続配管31の腐食を効果的に防止することができる。
As described above in detail, according to the exhaust emission control device of the present embodiment, the exhaust gas flow when the exhaust gas temperature that changes according to the operating state of the
なお、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜変形して実施することが可能である。 It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiments, and can be appropriately modified and carried out without departing from the spirit of the present invention.
例えば、尿素水インジェクタ43は屈曲部外側30Aに設けられるものとして説明したが、屈曲部外側30Aの直下流に位置する第2接続配管31に設けられてもよい。この場合は、屈曲部外側30Aに偏流されて第2接続配管31に流れ込む排気ガスの流れに対して、尿素水が第2接続配管31の内壁31Aに付着しない角度で噴射されるように、尿素水インジェクタ43を第2接続配管31に所定の角度で斜めに取り付ければよい。
For example, although the
また、NOx触媒はSCR触媒51に限定されず、NOx吸蔵還元型触媒であってもよい。この場合は、NOx吸蔵還元型触媒よりも上流側に配置される排気管インジェクタを未燃燃料の噴霧が排気管内壁に付着することなく噴射される角度で取り付ければよい。
Further, the NOx catalyst is not limited to the
また、エンジン10は、ディーゼルエンジンに限定されず、ガソリンエンジン等の他のエンジンにも広く適用することが可能である。
Further, the
10 エンジン
11 排気マニホールド
12 上流配管
20 前段ケーシング
21 第1酸化触媒
22 フィルタ
30 第1接続配管
31 第2接続配管
32 第3接続配管
40 尿素水噴射装置
41 尿素水タンク
42 尿素水ポンプ
43 尿素水インジェクタ
50 後段ケーシング
51 SCR触媒
52 第2酸化触媒
10 Engine 11 Exhaust Manifold 12
Claims (1)
前記排気管に設けられて、当該排気管内に尿素水を噴射するインジェクタと、
前記インジェクタよりも排気下流側の前記排気管に設けられて、前記尿素水から生成されるアンモニアを還元剤として排気ガス中の窒素化合物を還元浄化する選択的還元触媒を担持した担体と、を備え、
前記排気管は、前記担体よりも上流側に、屈曲管部と、該屈曲管部の下流に接続される直線状の直線管部と、を備えており、
前記インジェクタは、前記屈曲管部の屈曲外側に取り付けられると共に、前記直線管部内に前記尿素水を該直線管部の管軸方向に対して斜めに噴射し、
前記インジェクタの噴射軸と前記管軸方向とがなす角度を、
前記内燃機関から排出されて前記屈曲管部を屈曲外側に偏流して流れる排気ガスの温度が前記尿素水の蒸発を開始させる所定の気化温度に達した際に、前記直線管部内に噴射される前記尿素水の噴霧を前記直線管部の管内壁に付着させることなく前記管軸方向に沿って進ませる角度に設定した
ことを特徴とする排気浄化装置。 An exhaust pipe that circulates the exhaust gas emitted from the internal combustion engine;
An injector that is provided in the exhaust pipe and injects urea water into the exhaust pipe,
Wherein provided in the exhaust pipe of the exhaust downstream side of the injector, a carrier carrying a selective reduction catalyst for reducing and purifying nitrogen compounds in the exhaust gas of ammonia generated from the urea water as a reducing agent, a Prepare,
The exhaust pipe is provided with a bent pipe portion on the upstream side of the carrier and a linear straight pipe portion connected to the downstream side of the bent pipe portion,
The injector is attached to the outside of the bent portion of the bent tube portion, and the urea water is injected into the straight tube portion obliquely with respect to the pipe axis direction of the straight tube portion,
The angle formed by the injection axis of the injector and the tube axis direction,
When the temperature of the exhaust gas discharged from the internal combustion engine and biased to the outside of the bent pipe and flowing to the outside reaches a predetermined vaporization temperature for starting the evaporation of the urea water , it is injected into the straight pipe part. An exhaust emission control device, characterized in that the spray of the urea water is set to an angle that advances the spray of urea water along the pipe axis direction without adhering to the inner wall of the straight pipe portion .
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