WO2005073527A1 - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

Abstract

　排気にＮＯｘの還元剤を添加して、排気中のＮＯｘを浄化する内燃機関の排気浄化装置において、噴射ノズルにより噴射された還元剤と排気との混合を促進させるものである。このため、本発明は、尿素水の噴射ノズルを排気の流れに対して逆方向に、又は天地方向で上向きに設置する。

Description

明 細 書

内燃機関の排気浄化装置

技術分野

[0001] 本発明は、内燃機関の排気浄ィ匕装置に関し、詳細には、内燃機関の排気に対し、 排気通路に設置された噴射ノズルにより NOxの還元剤を添カ卩して、排気中の NOx を浄ィ匕する内燃機関の排気浄ィ匕装置に関する。

背景技術

[0002] ディーゼルエンジン等の車載エンジンの排気に含まれる窒素酸化物（又は NOx)を 浄ィ匕する装置として、次のものが知られている。すなわち、エンジンの排気通路に還 元触媒を設置するとともに、排気通路のうちこの還元触媒の上流に還元剤の噴射ノ ズルを設置したものである。このものでは、排気に対して噴射ノズルにより還元剤を添 加し、排気中の NOxと添加された還元剤とを還元触媒上で反応させることで、 NOx を浄ィ匕することができる。還元剤には、アンモニア水のほか、尿素水及び他の液状還 元剤が用いられる。この還元剤は、貯蔵タンクに液体の状態で貯蔵され、必要な量が 噴射ノズルにより噴射される。エンジンの運転状態に応じて噴射ノズルの噴射量を制 御することで、還元剤を過不足なく添加し、 NOxを効率よく浄ィ匕することができる（特 許文献 1)。

特許文献 1：特開 2000-27627号公報

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0003] し力しながら、このエンジンの排気浄ィ匕装置には、次のような問題がある。

[0004] 第 1に、この排気浄ィ匕装置では、噴射ノズル力排気通路の管壁上部に固定されると ともに、噴孔の向きが排気の流れに対して順方向に、かつ天地方向で下向きに設定 される。このため、噴射された還元剤が排気の流れに乗って、排気と良好に混合せ ず、還元触媒上での反応が良好に進行せず、所期の排気浄化性能が得られないこ とである。また、噴孔が下向きに設定されているため、噴射された還元剤が排気通路 の管壁底面に付着し易ぐ還元触媒にまで到達する還元剤の量が不足する傾向に あることである。還元剤と排気との混合を促進させるため、還元剤の噴射圧力を上昇 させることは、還元剤の過剰添加及び装置のランニングコストの問題があり、必ずしも 好ましいことではない。噴射圧力の上昇により還元剤が過剰に添加された場合は、添 加された還元剤の全てが NOxとの反応で消費されず、一部の還元剤が還元触媒を 通過して、大気中に放出されるという問題がある。

[0005] 第 2に、この排気浄ィ匕装置では、噴射ノズル力 S排気通路の管壁上部から垂下した 状態で設置されるため、噴射後に液垂れが生じ易い。この液垂れにより噴孔内及び その周辺で還元剤の析出が発生すると、目詰まりにより還元剤の添加量に不足が生 じ、排気浄ィ匕性能の低下を来すことである。

[0006] 第 3に、この排気浄ィ匕装置では、還元剤が凍結するほどの低温環境下での始動の ため、貯蔵タンクにヒータが設けられており、このヒータにより凍結した還元剤を解凍さ せる。し力しながら、この貯蔵タンクは、比較的に容量が大きいため、還元剤が解凍さ れ、噴射が可能となるまでに相当の時間が必要となる。このため、始動直後から充分 な排気浄ィ匕性能を得ることができないことである。

[0007] 本発明は、還元剤と排気との混合を促進させることで、還元触媒上での反応を良好 に進行させ、所期の排気浄ィ匕性能を確実に達成することを目的とする。

[0008] また、噴射後の液垂れを防止し、還元剤の析出による排気浄ィ匕性能の低下を回避 することを目的とする。

[0009] 更に、低温環境下での始動に際し、一部の還元剤を速やかに解凍させて、使用可 能な状態とし、始動直後から充分な排気浄化性能を得ることを目的とする。

課題を解決するための手段

[0010] 本発明は、内燃機関の排気浄化装置を提供する。

[0011] 本発明の一形態に係る装置は、内燃機関の排気通路に設置され、排気中の窒素 酸ィ匕物（以下「NOx」という。）の還元による浄化を促す還元触媒と、排気通路のうち 還元触媒の上流に設置され、排気に NOxの還元剤を添加する噴射ノズルとを含ん で構成され、この噴射ノズルにより、還元剤が排気の流れに関して上流に向けて噴射 されるちのである。

[0012] 本発明の他の形態に係る装置は、内燃機関の排気通路に設置され、排気中の NO Xの還元による浄化を促す還元触媒と、排気通路のうち還元触媒の上流に設置され

、排気に NOxの還元剤を添加する噴射ノズルとを含んで構成され、この噴射ノズル により、還元剤が天地方向で上向きに噴射されるものである。

[0013] 本発明の更に別の形態に係る装置は、内燃機関の排気通路に設置され、排気中 の NOxの還元による浄化を促す還元触媒と、排気通路のうち還元触媒の上流に設 置され、排気に NOxの還元剤を添加する噴射ノズルと、還元剤を液体の状態で貯蔵 する貯蔵タンクと、この貯蔵タンク内の還元剤を加熱するヒータとを含んで構成され、 貯蔵タンクとして、比較的に容量が大きい第 1のタンクと、この第 1のタンク及び噴射ノ ズルの間に配置された、第 1のタンクよりも容量が小さい第 2のタンクとが設けられると ともに、ヒータとして、第 1のタンク内の還元剤を加熱する第 1のヒータと、第 2のタンク 内の還元剤を加熱する第 2のヒータとが設けられたものである。

発明の効果

[0014] 本発明によれば、噴射ノズルにより、還元剤を排気の流れに関して上流に向けて噴 射させることとしたので、排気の流れを利用して還元剤を拡散させて、排気と充分に 混合させることができる。

[0015] また、噴射ノズルにより、還元剤を天地方向で上向きに噴射させることとしたので、 噴射された還元剤が排気通路の管壁底面に付着するまでの滞空距離 (及び時間)を 確保し、排気との混合を進行させることができる。また、噴射後の液垂れを生じ難くし 、還元剤の析出を防止することができる。

[0016] 更に、貯蔵タンクとして、比較的に容量が大きい第 1のタンクにカ卩え、これよりも容量 力 S小さい第 2のタンクを設け、双方のタンクにヒータを設置したので、低温環境下での 始動に際し、小容量の第 2のタンク内の還元剤を速やかに解凍させ、始動直後の N Oxの浄ィ匕に採用することができる。

[0017] 本発明に関する他の目的及び特徴は、添付の図面を参照した以下の説明により理 解することができる。

[0018] 優先権主張の基礎となる日本国特許出願 (特願 2004— 025754号、特願 2004— 0 25755号、及び特願 2004— 095291号;)の内容は、本願の一部として組み込まれ、 参照される。 図面の簡単な説明

[0019] [図 1]本発明の第 1の実施形態に係る排気浄化装置の構成

[図 2]同上実施形態に係る噴射ノズルの取付部

[図 3]同上実施形態に係る貯蔵タンクの構成

[図 4]同上実施形態に係る解凍制御ルーチンのフローチャート

[図 5]本発明の第 2の実施形態に係る噴射ノズルの取付部

[図 6]本発明の第 3の実施形態に係る排気浄ィ匕装置の構成

[図 7]同上実施形態に係る噴射ノズルの取付部

[図 8]本発明の第 4の実施形態に係る噴射ノズルの取付部

[図 9]同上実施形態に係るノズル取付部の変更例

符号の説明

[0020] 1· ··エンジン、 2· ··エンジン本体、 3· ··排気通路、 3a…挿入孔、 4· ··還元触媒、 5· ·. 噴射ノス、ノレ、 5a"-噴孑し、 6· ··ノヽウジング、 7· ··フランジ、 8· ··フィードノィプ、 9· "噴射 装置、 10…パイプ、 11· ··貯蔵タンク、 111…第 1のタンクとしてのメインタンク、 112 …第 2のタンクとしてのサブタンク、 113…第 1のヒータとしての熱交^^、 114· ··温 度センサ、 115…第 2のヒータとしての電気ヒータ、 116· ··断熱材、 117· ··通気管、 1 18· ··断熱材、 119…温度センサ、 120…濃度センサ、 12· ··還元剤としての尿素水、 201 -SCRコントロールユニット、 202· ··ヒータコントロールユニット、 203· ··エンジン ： πン卜ロールュ-ッ卜。 発明を実施するための最良の形態

[0021] 以下に図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。

[0022] 図 1は、本発明の第 1の実施形態に係る排気浄ィ匕装置を含んで構成される内燃機 関（以下、単に「エンジン」という。） 1の構成を示している。エンジン 1は、エンジン本 体 2に接続された排気通路 3 (排気マ-ホールド及びその下流の排気管を含んで構 成される。）と、排気通路 3に設置された還元触媒 4と、排気通路 3のうち還元触媒 4の 上流に設置された噴射ノズル 5とを含んで構成される。本実施形態に係る排気浄ィ匕 装置は、エンジン 1の排気に対して噴射ノズル 5により還元剤を添加して、排気中の N Oxを浄ィ匕するものであり、還元触媒 4及び噴射ノズル 5のほカゝ、後述する貯蔵タンク 11及び SCR (Selective Catalytic Reduction)コントロールユニット 201を含んで構成 される。なお、本実施形態では、 NOxの還元剤として、アンモニア前駆体である尿素 の水溶液を採用する。尿素水は、排気中に添加されることで、排気熱による加水分解 反応を生じ、アンモニアを発生させる。

[0023] 還元触媒 4は、排気通路 3において、ハウジング 6に収容された状態で設置されて いる。ノ、ウジング 6は、上流及び下流の各側において、排気管に接続されている。排 気通路 3には、還元触媒 4のほか、酸化触媒及びアンモニア浄化触媒（図示せず。 ) が設置されるのが好ましい。酸化触媒は、排気中の炭化水素及び一酸ィ匕炭素を酸 化するとともに、排気中の一酸ィ匕窒素（以下「NO」という。）を、二酸化窒素（以下「N 02」という。）を主とする NOxに転換するものであり、排気に含まれる NOと N02との 比率を、 NOxの還元に最適なものに調整する作用を奏する。アンモニア浄化触媒は 、 NOxの還元に寄与せずに還元触媒 4を通過したスリップアンモニアを浄ィ匕するた めのものである。アンモニアは、刺激臭があるため、未浄ィ匕のまま放出するのは好ま しくないからである。

[0024] 噴射ノズル 5は、排気の流れに関して還元触媒 4の上流に設置されている。噴射ノ ズル 5は、還元剤としての尿素水 12を霧状にして排気に添加するものであり、フラン ジ 7等の固定手段により排気通路 3の管壁上部に固定されている。また、噴射ノズル 5は、フィードパイプ 8により噴射装置 9に接続されている。噴射装置 9は、エアアシス ト型の構成であり、尿素水とともにアシスト用の空気を取り込み、尿素水を噴射ノズル 5から排気通路 3内に噴出させる。噴射装置 9は、パイプ 10により尿素水の貯蔵タン ク 11に接続されている。ノイブ 10は、貯蔵タンク 11に対し、その底面近傍 (詳細には 、後述するサブタンク 112の底面近傍）に接続されている。

[0025] 貯蔵タンク 11に貯蔵されている尿素水 12は、フィードポンプ 13によりパイプ 10内を 圧送され、噴射装置 9に送り込まれる。送り込まれた尿素水は、アシスト用の空気とと もに排気通路 3内に噴射されて、排気に添加される。添加された尿素水は、加水分 解して、アンモニアを発生させる。発生したアンモニアは、還元触媒 4上で排気中の NOxと反応して、これを還元させ、水及び無害なガスに転ィ匕させる。

[0026] 図 2は、排気通路 3に対する噴射ノズル 5の取付部（以下、単に「取付部」という。）の 構成を示している。

[0027] 噴射ノズル 5は、フランジ 7により排気通路 3の管壁上部に取り付けられており、噴孔 5aの向きが排気の流れに対して逆方向に設定されている。本実施形態では、噴射ノ ズル 5の先端を傾斜させて、噴孔 5aの中心軸と排気通路 3の中心軸とを交差させて いる。排気通路 3の管壁には、噴射ノズル 5を挿入するための孔（以下「挿入孔」とい う。） 3aが形成されており、噴射ノズル 5は、この揷入孔 3aに配置されている。フランジ 7は、排気通路 3の管壁に形成された座面に対してボルト 21により締結され、挿入孔 3aを !、で!/、る。

[0028] このような構成において、尿素水 12は、噴射ノズル 5により、排気の流れに逆らって 上流に向けて噴射され、排気の流れにより押し戻される過程で強く拡散される。この ため、還元触媒 4に到達するまでに尿素水 12と排気とを充分に混合させ、還元触媒 4上での反応を良好に進行させることができる。

[0029] また、噴孔 5aが排気の流れに対して逆方向に向けられており、噴孔 5a内及びその 周辺の尿素水 12が排気熱の影響を受け易い状態にあるため、尿素水 12に析出が 生じ難く（又は析出したアンモニアを排気熱により溶解させ)、噴射ノズル 5の目詰まり を防止することができる。

[0030] 図 3は、貯蔵タンク 11の構成を示している。

[0031] 貯蔵タンク 11は、大容量のメインタンク 111と、小容量のサブタンク 112とを含んで 構成される。サブタンク 112は、メインタンク 111内の尿素水 12が重力により流入する ように、メインタンク 111に隣接させて、かつメインタンク 111に対して相対的に下方に 配置されている。本実施形態では、メインタンク 111の底部と、サブタンク 112の上部 とを連通させている。サブタンク 112には、パイプ 10が接続されており、サブタンク 11 2内の尿素水 12、及びメインタンク 111からサブタンク 112に流入した尿素水 12は、 パイプ 10を介して噴射装置 9に送り込まれる。

[0032] メインタンク 111には、底面近傍に熱交 13が設置されており、この熱交

13により内部の尿素水 12が加熱される。熱交換器 113は、エンジン 1の冷却水を流 通させて、この冷却水を媒体として尿素水 12を加熱するものである。また、メインタン ク 11には、尿素水 12の温度を検出する温度センサ 114が設置されている。温度セン サ 114からの信号は、後述する電気ヒータ 115の作動及び停止を制御するヒータコン トロールユニット 202に入力される。

[0033] 他方、サブタンク 112には、底面近傍に電気ヒータ 115が設置されており、この電気 ヒータ 115により内部の尿素水 12が加熱される。サブタンク 112は、低温環境下での 始動に際し、メインタンク 111内の尿素水 12が解凍されるまでに必要な尿素水 12を 貯蔵し得るだけの容量に設定されている。サブタンク 112の内側の側面 112aは、下 方に向力つてテーパ状に拡幅されており、この側面 112aは、サブタンク 112の底面 に対してオーバーハングしている。サブタンク 112は、熱伝達性の高い素材で形成さ れており、電気ヒータ 115による対流を伴う加熱に併せ、尿素水 12がサブタンク 112 の内面全体から加熱される。サブタンク 112は、外気への放熱を抑制し、電気ヒータ 1 15による加熱を効率的なものとするため、グラスウール等の断熱材 116により覆われ ている。また、サブタンク 112は、その上部が通気管 117によりメインタンク 111の上 部と連通されている。通気管 117も、サブタンク 112と同様に熱伝達性の高い素材で 形成されており、断熱材 118により、少なくともメインタンク 111の最大液面高さ以下 の部位が覆われている（断熱材 118の上端を最大液面高さ以上とする。 ) ₀サブタン ク 112には、尿素水 12の温度を検出するものとして、その壁面の温度を検出する温 度センサ 119が設置されるとともに、尿素水 12の濃度を検出する濃度センサ 120が 設置されている。温度センサ 119からの信号は、ヒータコントロールユニット 202に入 力され、濃度センサ 120からの信号は、 SCRコントロールユニット 201に入力される。

[0034] 図 1〖こ戻り、 SCRコンロトールユニット 201〖こは、濃度センサ 120により検出された 尿素水 12の濃度が入力されるほか、エンジンコントロールユニット 203から回転速度 及び負荷等のエンジン 1の運転状態が入力される。 SCRコントロールユニット 201は 、入力した濃度等に基づいて噴射装置 9を制御し、噴射ノズル 5からの噴射量を制御 する。また、ヒータコントロールユニット 202には、温度センサ 114, 119により検出さ れた尿素水 12の温度が入力される。ヒータコントロールユニット 202は、入力した温 度に基づ ヽて熱交 113及び電気ヒータ 115を制御し、貯蔵タンク 11内の尿素水 12を解凍させる。

[0035] 図 4は、解凍制御ルーチンのフローチャートである。このルーチンは、ヒータコント口 ールユニット 202 (キースィッチ等の電源スィッチがオンされるにより起動する。 )により 、所定の時間毎に繰り返して実行される。

[0036] S1では、エンジン 1の運転状態に基づいてエンジン 1が作動中であることを検出す る。たとえば、エンジン 1の回転速度が所定の速度以上であるときに、エンジン 1が作 動中であるとする。作動中であるときは、ステップ 2へ進み、作動中でないときは、この ルーチンをリターンする。

[0037] S2では、温度センサ 119から入力した、サブタンク 112内の尿素水 12の温度 Taが 所定の温度（「作動温度」に相当する。）T1以下である力否かを判定する。 T1以下で あるときは、 S3へ進み、 T1よりも高いときは、 S4へ進む。本実施形態では、この所定 の温度 T1は、尿素水 12の凍結温度よりも若干高 ヽ温度に設定される。

[0038] S3では、電気ヒータ 115を作動させ、サブタンク 112内の尿素水 12を加熱する。

[0039] S4では、電気ヒータ 115を停止させる。

[0040] S5では、温度センサ 114から入力した、メインタンク 111内の尿素水 12の温度 Tb が所定の温度（「停止温度」に相当する。）T1よりも高いか否かを判定する。 T1よりも 高いときは、 S6へ進み、 T1以下であるときは、 S2— 4の処理を繰り返す。すなわち、 温度 Taに基づ ヽて電気ヒータ 115を作動及び停止させ、サブタンク 112内の尿素水 12を所定の温度 T1以上に維持するのである。

[0041] S6では、メインタンク 111内の尿素水 12が解凍されたものとして、電気ヒータ 115を 停止させる。

[0042] このような制御により、低温環境下での始動に際し、熱交^^ 113によりメインタンク 111内の尿素水 12が加熱されるとともに、電気ヒータ 115によりサブタンク 112内の 尿素水 12が加熱される。サブタンク 112は、容量が比較的に小さぐ電気ヒータ 115 により内部の尿素水 12を速やかに解凍させることができる。また、サブタンク 112は、 エンジン 1の始動後、メインタンク 111内の尿素水 12が解凍され、メインタンク 111か らの尿素水 12の供給が可能となるまでに必要な尿素水 12を貯蔵し得る容量に設定 されている。このため、 NOxの還元に必要な尿素水 12を始動後の早い時期から噴 射することが可能となり、始動直後の排気浄ィ匕性能を確保することができる。

[0043] 本実施形態によれば、次のような効果を得ることができる。 [0044] すなわち、本実施形態では、噴射ノズル 5により、排気の流れに関して上流に向け て尿素水 12を噴射することとした。このため、噴射された尿素水 12を排気の流れによ り拡散させ、排気との混合を促進することができる。

[0045] また、本実施形態では、貯蔵タンク 11を大容量のメインタンク 111及び小容量のサ ブタンク 112を含んで構成し、メインタンク 111には、エンジン 1の冷却水を媒体とす る熱交^^ 113を、サブタンク 112には、電気ヒータ 115を設置した。このため、始動 後、メインタンク 111内の尿素水 12が解凍されるまでに必要な尿素水 12を速やかに 解凍させ、排気浄化性能を確保することができる。

[0046] 更に、本実施形態では、サブタンク 112の内側の側面 112aを下方に向けてテーパ 状に拡幅した。このため、凍結してこの側面 112aに付着した尿素水 12の氷塊が剥 がれ、落下し易くするとともに、剥がれた氷塊をこの側面 112a上に止まることなぐ電 気ヒータ 115の周辺に向かわせることができるので、サブタンク 112内の尿素水 12を 効率よく解凍させることができる。

[0047] 更に、本実施形態では、メインタンク 111及びサブタンク 112の各上部を通気管 11 7により連通させた。このため、メインタンク 111からサブタンク 112への尿素水 12の 流入口が未解凍の尿素水 12により閉塞されたとしても、メインタンク 111からこの通気 管 117を介してサブタンク 112に空気を流入させることができ、サブタンク 112内の尿 素水 12を円滑に吸い出すことができる。なお、通気管 117を熱伝達性の高い素材で 形成するとともに、通気管 117のうち、メインタンク 111の最大液面高さ以下の部位を 断熱材 118により包囲したことで、通気管 117に浸入した尿素水が凍結しても、この 尿素水を速やかに解凍させることができる。

[0048] 更に、本実施形態では、濃度センサ 120をサブタンク 112に設置した。このため、 始動後の早い時期から尿素水 12の濃度を検出し、尿素水の噴射制御に採用するこ とがでさる。

[0049] 本実施形態では、電気ヒータ 115を停止させる時期を、メインタンク 111内の尿素 水 12の温度 Taに基づいて設定することとした。し力しながら、この時期は、電気ヒー タ 115の作動後の経過時間に基づいて設定することもできる。すなわち、電気ヒータ 115の作動開始時力も所定の時間 T2が経過したときに、メインタンク 111内の尿素 水 12が解凍されたものとして、電気ヒータ 115を停止させるのである。所定の時間 T2 は、サブタンク 112内の尿素水 12の全量が電気ヒータ 115により解凍されるまでの時 間に設定すればよい。

[0050] また、通気管 117は、メインタンク 111に接続するば力りでなぐリード弁等を設置す るとともに、メインタンク 111の最大液面高さよりも上方の位置で末端を開放させても よい。

[0051] 更に、通気管 117を加熱する電気ヒータを設置してもよい。通気管 117を電気ヒー タ 115によりサブタンク 112を介して間接的に加熱するとともに、別の電気ヒータによ り直接的に加熱することができるので、通気管 117内で凍結した尿素水をより速やか に解凍させることができる。

[0052] 以下に、本発明の他の実施形態について説明する。

[0053] 図 5は、本発明の第 2の実施形態に係る噴射ノズル 5の取付部の構成を示している

[0054] 噴射ノズル 5は、フランジ 7により排気通路 3の管壁底部に取り付けられており、噴孔 5aの向きが、第 1の実施形態のものと同様に、排気の流れに対して逆方向に設定さ れている。噴射ノズル 5は、排気通路 3の管壁に形成された挿入孔 3aに配置されて いる。フランジ 7は、排気通路 3の管壁に形成された座面に対してボルト 21により締結 され、揷入孔 3aを塞いでいる。

[0055] 本実施形態によれば、噴射ノズル 5〖こより、尿素水 12を排気の流れに逆らって上流 に向けて噴射させることで、排気の流れにより押し戻される過程で尿素水 12を強く拡 散され、排気と混合させることができる。特に、本実施形態によれば、噴射された尿素 水 12が排気通路 3の管壁底面に付着するまでの滞空距離 (又は時間）を確保するこ とができるので、還元触媒 4に到達するまでに尿素水 12と排気とを充分に混合させ、 還元触媒 4上での反応を良好に進行させることができる。噴孔 5aが排気の流れに対 して逆方向に向けられたことで、噴孔 5a内及びその周辺の尿素水 12に析出が生じ 難くなり、噴射ノズル 5の目詰まりが防止されるのは、前述と同様である。

[0056] 図 6は、本発明の第 3の実施形態に係る排気浄ィ匕装置を含んで構成されるェンジ ン 1の構成を示しており、図 7は、本実施形態に係る噴射ノズル 5の取付部の構成を 示している。

[0057] 噴射ノズル 5は、フランジ 7により排気通路 3の管壁底部に取り付けられており、噴孔 5aの向きが天地方向で上向きに設定されている。排気通路 3の管壁には、噴射ノズ ル 5を挿入するための揷入孔 3aが形成されており、噴射ノズル 5は、この揷入孔 3aに 配置され、管壁力 直立した状態で固定されている。フランジ 7は、排気通路 3の管 壁に形成された座面に対してボルト 21により締結され、挿入孔 3aを塞いでいる。貯 蔵タンク 11の構成、噴射装置 9及び貯蔵タンク 11に設けられるヒータ 113, 115の制 御系統（SCRコントロールユニット 201、ヒータコントロールユニット 202を含む。）の構 成は、第 1の実施形態のものと同様である。ヒータコントロールユニット 202は、第 1の 実施形態のものと同様に動作し、低温環境下での始動に際し、サブタンク 112内の 尿素水 12を速やかに解凍させる。

[0058] 本実施形態によれば、噴射ノズル 5により、尿素水 12を排気に対して横向きに噴射 させることで、排気の流れにより尿素水 12を拡散させることができる。特に、本実施形 態によれば、尿素水 12を上向きに噴射させることで、噴射された尿素水 12が排気通 路 3の管壁底面に付着するまでの滞空距離 (又は時間）を確保することができるので 、還元触媒 4に到達するまでに尿素水 12と排気とを充分に混合させ、還元触媒 4上 での反応を良好に進行させることができる。

[0059] また、噴射ノズル 5を管壁から直立した状態で設置することで、尿素水 12の噴射を 停止した後、噴孔 5a内に残る尿素水 12を噴射ノズル 5から滴下させず、フィードパイ プ 8側に戻すことができる。このため、噴孔 5a内及びその周辺の尿素水 12に析出が 発生するのを抑え、噴孔 5aの目詰まりを防止することができる。

[0060] 更に、排気通路 3の管壁に対し、噴射ノズル 5をフランジ 7及びボルトにより着脱可 能に取り付けたことで、噴射ノズル 5を管壁から取り外し、噴孔 5aに析出したアンモ- ァを除去することができる。

[0061] 図 8は、本発明の第 4の実施形態に係る噴射ノズル 5の取付部の構成を示している 。噴射ノズル 5を除くシステム全体の構成は、第 3の実施形態のものと同様である。

[0062] 噴射ノズル 5は、フランジ 7により排気通路 3の管壁底部に取り付けられており、噴孔 5aの向きが天地方向で上向きに設定されている。噴射ノズル 5が排気通路 3の管壁 に形成された挿入孔 3aに配置されるのは、前述と同様であるが、本実施形態では、 噴射ノズル 5の先端を排気の流れに対して順方向に傾斜させている。また、噴射ノズ ル 5の先端において、噴孔 5aは、噴射ノズル 5の中心軸を基準とする円周上で、この 中心軸よりも上方の部位のみに形成されている（図 8b)。フランジ 7は、排気通路 3の 管壁に形成された座面に対してボルト 21により締結され、挿入孔 3aを塞 ヽで ヽる。

[0063] このような構成でも、第 3の実施形態のものと同様の効果を得ることができる。すな わち、尿素水 12が天地方向で上向きに噴射されるため、噴射された尿素水 12の滞 空距離 (又は時間）を確保し、尿素水 12と排気とを充分に混合させることができる。ま た、噴射ノズル 5が管壁カゝら起立した状態で設置されており、噴射後、噴孔 5a内に残 る尿素水 12がフィードパイプ 8側に戻されるので、噴孔 5a内及びその周辺の尿素水 12に析出が発生するのを抑え、目詰まりを防止することができるとともに、仮に析出し たとしても、噴射ノズル 5をフランジ 7ごと管壁から取り外し、析出したアンモニアを除 去することができる。

[0064] なお、以上では、揷入孔 3aを、噴射ノズル 5の配置に必要な最小限の範囲で形成 するとともに、フランジ 7を、この挿入孔 3aの形状に適合するものとして、小型に形成 した場合について説明した。図 9は、噴射ノズル 5の取付部の変更例を示している。こ のものでは、挿入孔 3aが排気通路 3の軸方向に長ぐ所定の長さに渡り設けられて いる。ここでは、挿入孔 3aの長さは、噴射ノズル 5から噴射された尿素水 12が落下し て壁面に付着する範囲と重複するように設定されている。フランジ 7は、この挿入孔 3 aの形状に適合するものとして、排気通路 3の軸方向に長く形成されている。噴射ノズ ル 5は、挿入孔 3aにおいて、排気の流れに関して上流側の端部に配置され、フラン ジ 7により固定されている。

[0065] 本実施形態によれば、第 4の実施形態のものについて説明した効果に加え、排気 通路 3の管壁底面に析出したアンモニアを容易に除去することができるとともに、フラ ンジ 7の内面に析出したアンモニアも容易に除去することができる。

[0066] 噴射ノズル 5は、還元触媒 4のハウジング 6の上流に設置するば力りでなぐ還元触 媒 4の上流であれば、排気通路 3のいずれの箇所に設置してもよい。噴射ノズル 5は 、図 1に示す床下の箇所のほか、たとえば、排気マ-ホールドの直後又はハウジング 6内に設置することができる。

[0067] NOxの還元剤には、尿素水のほか、アンモニア水及び他の液状還元剤（たとえば

、軽油、ガソリン及びアルコール類)を採用することができる。

[0068] 本発明は、直噴型以外のディーゼルエンジン、及びガソリンエンジンの排気浄ィ匕装 置に適用することができる。

[0069] 以上では、幾つかの好ましい実施の形態により本発明を説明したが、本発明の範 囲は、この説明に何ら制限されるものではなぐ特許請求の範囲の記載をもとに、適 用条文に従い判断される。

Claims

請求の範囲

[1] 内燃機関の排気通路に設置され、排気中の窒素酸化物の還元による浄化を促す 還元触媒と、

前記排気通路のうち前記還元触媒の上流に設置され、排気に前記窒素酸化物の 還元剤を添加する噴射ノズルとを含んで構成され、

前記噴射ノズルにより、前記還元剤が排気の流れに関して上流に向けて噴射され る内燃機関の排気浄化装置。

[2] 前記噴射ノズルにより、前記還元剤が排気の流れに関して上流に向けて、かつ天 地方向で上向きに噴射される請求項 1に記載の内燃機関の排気浄ィ匕装置。

[3] 前記噴射ノズルが、前記排気通路の管壁底部に形成された挿入孔に配置され、こ の管壁底部に対し、着脱可能に構成されたフランジにより固定された請求項 2に記載 の内燃機関の排気浄ィ匕装置。

[4] 前記管壁底部において、前記挿入孔が排気の流れの方向に長く形成され、

前記噴射ノズルが、この挿入孔において、排気の流れに関して上流側の端部に配 置された請求項 3に記載の内燃機関の排気浄ィ匕装置。

[5] 前記噴射ノズルが前記排気通路の管壁底部に取り付けられた請求項 1に記載の内 燃機関の排気浄化装置。

[6] 前記噴射ノズルが前記排気通路の管壁上部に取り付けられた請求項 1に記載の内 燃機関の排気浄化装置。

[7] 前記還元剤を貯蔵する貯蔵タンクとして、比較的に容量が大きい第 1のタンクと、こ の第 1のタンク及び前記噴射ノズルの間に配置された、この第 1のタンクよりも容量が 小さい第 2のタンクとが設けられるとともに、

前記第 1のタンク内の前記還元剤を加熱する第 1のヒータと、

前記第 2のタンク内の前記還元剤を加熱する第 2のヒータとが設けられた請求項 1 に記載の内燃機関の排気浄ィ匕装置。

[8] 前記第 1のヒータが前記内燃機関を熱源とするものであり、かつ前記第 2のヒータが 電気ヒータである請求項 7に記載の内燃機関の排気浄ィ匕装置。

[9] 内燃機関の排気通路に設置され、排気中の窒素酸化物の還元による浄化を促す 還元触媒と、

前記排気通路のうち前記還元触媒の上流に設置され、排気に前記窒素酸化物の 還元剤を添加する噴射ノズルとを含んで構成され、

前記噴射ノズルにより、前記還元剤が天地方向で上向きに噴射される内燃機関の 排気浄化装置。

[10] 前記噴射ノズルが、前記排気通路の管壁底部に形成された挿入孔に配置され、こ の管壁底部に対し、着脱可能に構成されたフランジにより固定された請求項 9に記載 の内燃機関の排気浄ィ匕装置。

[11] 前記管壁底部において、前記挿入孔が排気の流れの方向に長く形成され、

前記噴射ノズルが、この挿入孔において、排気の流れに関して上流側の端部に配 置された請求項 10に記載の内燃機関の排気浄ィ匕装置。

[12] 前記還元剤を貯蔵する貯蔵タンクとして、比較的に容量が大きい第 1のタンクと、こ の第 1のタンク及び前記噴射ノズルの間に配置された、この第 1のタンクよりも容量が 小さい第 2のタンクとが設けられるとともに、

前記第 1のタンク内の前記還元剤を加熱する第 1のヒータと、

前記第 2のタンク内の前記還元剤を加熱する第 2のヒータとが設けられた請求項 9 に記載の内燃機関の排気浄ィ匕装置。

[13] 前記第 1のヒータが前記内燃機関を熱源とするものであり、かつ前記第 2のヒータが 電気ヒータである請求項 12に記載の内燃機関の排気浄ィ匕装置。

[14] 内燃機関の排気通路に設置され、排気中の窒素酸化物の還元による浄化を促す 還元触媒と、

前記排気通路のうち前記還元触媒の上流に設置され、排気に前記窒素酸化物の 還元剤を添加する噴射ノズルと、

前記還元剤を液体の状態で貯蔵する貯蔵タンクと、

この貯蔵タンク内の還元剤を加熱するヒータとを含んで構成され、

前記貯蔵タンクとして、比較的に容量が大きい第 1のタンクと、この第 1のタンク及び 前記噴射ノズルの間に配置された、この第 1のタンクよりも容量が小さい第 2のタンクと が設けられるとともに、 前記ヒータとして、前記第 1のタンク内の前記還元剤を加熱する第 1のヒータと、前 記第 2のタンク内の前記還元剤を加熱する第 2のヒータとが設けられた内燃機関の排 気浄化装置。

[15] 前記第 1のヒータが前記内燃機関を熱源とするものである請求項 14に記載の内燃 機関の排気浄化装置。

[16] 前記第 2のヒータが電気ヒータである請求項 14に記載の内燃機関の排気浄ィ匕装置

[17] 前記第 2のタンクが、前記第 1のタンクと隣接させて、かつ前記第 1のタンクに対し、 天地方向で相対的に下方に配置された請求項 14に記載の内燃機関の排気浄ィ匕装 置。

[18] 前記第 2のタンクの内側の側面が下方に向けてテーパ状に拡幅された請求項 17に 記載の内燃機関の排気浄ィ匕装置。

[19] 前記第 2のタンクに空気を導入するための通気管が設けられた請求項 14に記載の 内燃機関の排気浄化装置。

[20] 内燃機関が運転中であることを検出する第 1の検出装置と、

前記第 2のタンク内の温度を検出する第 2の検出装置と、

内燃機関が運転中であり、前記第 2のタンク内の温度が所定の作動温度以下であ るときに、前記第 2のヒータを作動させる第 1の制御装置とを更に含んで構成される請 求項 14に記載の内燃機関の排気浄ィ匕装置。

[21] 前記第 1のタンク内の温度を検出する第 3の検出装置を更に含んで構成され、 前記第 1の制御装置は、前記第 2のヒータの作動開始後、前記第 1のタンク内の温 度が所定の停止温度に達したときに、この第 2のヒータを停止させる請求項 20に記載 の内燃機関の排気浄ィ匕装置。

[22] 前記第 2のタンク内の尿素水の濃度を検出する第 4の検出装置と、

この第 4の検出装置により検出された尿素水の濃度に基づいて、前記噴射ノズルに よる尿素水の噴射量を制御する第 2の制御装置とを更に含んで構成される請求項 14 に記載の内燃機関の排気浄ィ匕装置。