JP5004308B2 - エンジンの排気浄化装置 - Google Patents
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Description
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。
請求項2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、ケーシングに配設され、ケーシング内を横切るように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尿素水噴射手段に対向する対向面を備え、対向面と尿素水噴射手段との間に下流室内と連通する拡散室を形成する隔壁と、筒状をなして一端が隔壁の対向面から拡散室内に開口すると共に、内部が上流室内と連通して上流室からエンジンの排気が流入し、流入した排気を内部で案内し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拡散室内に生起するガイドパイプとを備えたものである。
請求項3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、ケーシングに配設され、ケーシング内を横切るように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、筒状をなして一端が隔壁の第1の対向面から拡散室内に開口すると共に、内部が上流室内と連通して上流室からエンジンの排気が流入し、流入した排気を案内して尿素水噴射手段から内部に噴射された尿素水に対して略同方向の排気気流を拡散室内に生起する第1のガイドパイプと、筒状をなして一端が隔壁の第2の対向面から拡散室内に開口し、内部が上流室内と連通して上流室からエンジンの排気が流入し、流入した排気を案内して噴射尿素水に対して略逆方向の排気気流を拡散室内に生起する第2のガイドパイプとを備えたものである。
又、逆方向の排気気流の衝突により尿素水噴霧は排気と激しく撹拌されるため、排気中に尿素水を一層良好に拡散・気化でき、もってアンモニア選択還元型NOx触媒の入口の各部位に対して均一にアンモニアを供給可能となる。
従って、ガイドパイプの外周の多数の孔を経て排気をガイドパイプ内に流入させるため、ガイドパイプ内で均一な排気気流を生起して、尿素水噴射手段から噴射されたほぼ全ての部位の尿素水噴霧に対して逆方向或いは同方向の排気気流を生起可能となる。
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第1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。
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。又、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。
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。
更に、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。
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。又、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。
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周辺の構成を示す図2のIII−III線断面図、図4は同じくケーシング29の隔壁30周辺の構成を示す図2のIV−IV線断面図である。
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対向面63、対向面63の上流端(排気流通方向の上流側端部)より直角に立ち上げられて設置面61の上流端に接続される上流面64、及び対向面63の下流端(排気流通方向の下流側端部)より直角に立下げられてケーシング29の内壁に接続される下流面65から構成されている。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の対向面63の上面と設置面61の下面との間には下流室29bと連通する拡散室66が形成され、対向面63の下面とケーシング29の内壁(尿素水インジェクタ38の対向壁に相当)との間には上流室29aと連通する流入室67が形成されている。
エンジン1の運転中において、図2〜4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を流通した後に下方に集約されての流入室67内のガイドパイプ62の下端から内部に流入し、ガイドパイプ62内から拡散室66を経て下流室29b内に導入され、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浄化が行われる。
[第2実施形態]
次に、本発明を具体化したエンジン1の排気浄化装置を示す第2実施形態を説明する。本実施形態の排気浄化装置の全体的な構成は、図1に示した第1実施形態のものと同様であり、相違点は隔壁30及びガイドパイプ71周辺の構成にある。そこで、同一構成の箇所は共通する部材番号を付して説明を省略し、相違点を重点的に説明する。
[第3実施形態]
次に、本発明を具体化したエンジン1の排気浄化装置を示す第3実施形態を説明する。本実施形態の排気浄化装置は、第2実施形態として述べたものを基本として別のガイドパイプ81を追加したものであり、相違点は追加したガイドパイプ81周辺の構成にある。そこで、同一構成の箇所は共通する部材番号を付して説明を省略し、相違点を重点的に説明する。
第2実施形態と同じく、流入室67内には外周に多数のスリット72を備えたガイドパイプ71が配設され、ガイドパイプ71の上端は隔壁30の対向面63上で拡散室66内に開口して所定間隔をおいて尿素水インジェクタ38と対向している。エンジン1の排気は流入室67内でガイドパイプ71の各スリット72を経て内部に流入してガイドパイプ71内を下方から上方へと案内された後、尿素水インジェクタ38から噴射軸線Lに沿って噴射される尿素水噴霧に対して同軸かつ逆方向をなす気流を生起して拡散室66内に導入される。
即ち、排気気流の流通方向において、下側及び上側ガイドパイプ71,81に対して排気気流の衝突地点は下流側に相当することから、尿素水インジェクタ38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ると共に、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。このため、尿素水インジェクタ38から噴射された尿素水噴霧は、まず上側ガイドパイプ81内で生起された下向きの排気気流に案内されて積極的に下方へと移送される。下向きの排気気流は衝突地点において下側ガイドパイプ内で生起された上向きの排気気流と衝突するため、尿素水噴霧を下方に案内する作用は消失するものの、尿素水噴霧は自己の慣性により下方への進行を継続する。このときの尿素水噴霧は上向きの排気気流に逆らいながら衝突地点より下方に進行し、上向きの排気気流により速やかに上方に押し戻される。又、押し戻された尿素水噴霧が衝突地点より上方に進行すれば、下向きの排気気流により速やかに下方に押し戻される。結果として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、そのまま下流側のSCR触媒35へと移送される。
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。例えば上記各実施形態では、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。
29 ケーシング
29a 上流室
29b 下流室
30 隔壁(流通方向変更手段)
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)
62,91,101 ガイドパイプ(流通方向変更手段)
63 下側対向面(第2の対向面)
66 拡散室
71 下側ガイドパイプ(第2のガイドパイプ,流通方向変更手段)
72,82 スリット(孔)
73 円形孔(孔)
81 上側ガイドパイプ(第1のガイドパイプ,流通方向変更手段)
83 上側対向面(第1の対向面)
Claims (4)
- 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、
上記ケーシングに配設され、該ケーシング内を横切るように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、
上記ケーシング内に導入された排気を案内し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る流通方向変更手段と
を備えたことを特徴とするエンジンの排気浄化装置。 - 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、
上記ケーシングに配設され、該ケーシング内を横切るように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該尿素水噴射手段に対向する対向面を備え、該対向面と上記尿素水噴射手段と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、
筒状をなして一端が上記隔壁の対向面から上記拡散室内に開口すると共に、内部が上記上流室内と連通して該上流室から上記エンジンの排気が流入し、該流入した排気を内部で案内し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上記拡散室内に生起するガイドパイプと
を備えたことを特徴とするエンジンの排気浄化装置。 - 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、
上記ケーシングに配設され、該ケーシング内を横切るように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、
筒状をなして一端が上記隔壁の第1の対向面から上記拡散室内に開口すると共に、内部が上記上流室内と連通して該上流室から上記エンジンの排気が流入し、該流入した排気を案内して上記尿素水噴射手段から内部に噴射された尿素水に対して略同方向の排気気流を上記拡散室内に生起する第1のガイドパイプと、
筒状をなして一端が上記隔壁の第2の対向面から上記拡散室内に開口し、内部が上記上流室内と連通して該上流室から上記エンジンの排気が流入し、該流入した排気を案内して上記噴射尿素水に対して略逆方向の排気気流を上記拡散室内に生起する第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。 - 上記ガイドパイプは、他端を上記ケーシングの内壁に接続されて閉塞されると共に、外周に形成された多数の孔を介して上記ケーシングの上流室から内部に上記エンジンの排気を流入させることを特徴とする請求項2又は3記載のエンジンの排気浄化装置。
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