JP2005214100A - 排気浄化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】インジェクタのノズルから噴射した燃料を排気ガス中に偏りなく良好に混合せしめて排気浄化用触媒への均等な燃料供給を実現する。
【解決手段】燃料添加を要する排気浄化用触媒を排気管９途中に備え、該排気管９の排気浄化用触媒より上流にある屈曲部９ａにインジェクタ１１を付設し、該インジェクタ１１のノズル１１ａの先端部から屈曲部９ａ下流の排気管９に沿う方向に向け燃料を噴射し得るよう構成した排気浄化装置に関し、前記インジェクタ１１のノズル１１ａ直後の排気管９内に、排気ガス８の流れを添加燃料の噴射方向に向け整流化し得るよう整流格子１２を配設する。
【選択図】図１

Description

本発明は、排気浄化装置に関するものである。

図４は従来における排気浄化装置の一例を示すもので、図４中における符号の１はターボチャージャ２を搭載したディーゼルエンジンを示しており、エアクリーナ３から導いた吸気４を吸気管５を通し前記ターボチャージャ２のコンプレッサ２ａへ導いて加圧し、その加圧された吸気４をインタークーラ６を介しディーゼルエンジン１の各気筒に分配して導入するようにしてある。

そして、このディーゼルエンジン１の各気筒から排気マニホールド７を介し排出された排気ガス８を排気管９を通して前記ターボチャージャ２のタービン２ｂへ送り、該タービン２ｂを駆動した排気ガス８をＮＯx吸蔵還元触媒１０（排気浄化用触媒）を通してＮＯxを低減した上で車外へ排出するようにしてある。

即ち、この種のＮＯx吸蔵還元触媒１０は、排気空燃比がリーンの時に排気ガス８中のＮＯxを酸化して硝酸塩の状態で一時的に吸蔵し、排気ガス８中の酸素濃度が低下した時に未燃ＨＣやＣＯ等の介在によりＮＯxを分解放出して還元浄化する性質を備えており、排気空燃比がリーンであるディーゼルエンジン１の排気ガス８中からＮＯxがＮＯx吸蔵還元触媒１０により除去されることになる。

ただし、ＮＯxの吸蔵量が増大して飽和量に達してしまうと、それ以上のＮＯxを吸蔵できなくなるため、定期的にＮＯx吸蔵還元触媒１０に流入する排気ガス８の酸素濃度を低下させてＮＯxを分解放出させる必要があるが、ディーゼルエンジン１の場合には、ガソリン機関のように機関の運転空燃比を低下（機関をリッチ空燃比で運転）することが困難である。

このため、ＮＯx吸蔵還元触媒１０より上流側となる排気管９の途中に、燃料を噴射し得るようインジェクタ１１を貫通装着し、該インジェクタ１１により添加した燃料を還元剤としてＮＯx吸蔵還元触媒１０上で酸素と反応せしめ、これにより排気ガス８中の酸素濃度を低下し且つ排気ガス８中の未燃ＨＣやＣＯ等の還元成分を増加してＮＯxの分解放出を促すようにしている。

尚、以上は排気浄化用触媒としてＮＯx吸蔵還元触媒１０を採用した例で説明しているが、このＮＯx吸蔵還元触媒１０に替えて、酸素共存下でも選択的にＮＯxを還元剤と反応させる性質を備えた選択還元型触媒を備え、該選択還元型触媒の上流側でインジェクタ１１により必要量の燃料を還元剤として添加して選択還元型触媒上で排気ガス８中のＮＯx（窒素酸化物）と還元反応させ、これによりＮＯxの排出濃度を低減し得るようにしても良い。

他方、ディーゼル機関から排出されるパティキュレート（Particulate Matter：粒子状物質）の低減対策として、パティキュレートフィルタに担持させた酸化触媒や、フロースルー型の酸化触媒といった排気浄化用触媒を排気管９の途中に装備することも既に提案されていることであるが、このような酸化触媒には活性温度領域があり、この活性下限温度を下まわるような排気温度での運転状態が続くと、酸化触媒が活性化しないためにパティキュレートが良好に燃焼除去されないという不具合が起こり得るので、必要に応じ上流側の排気ガス８中にインジェクタ１１により燃料を添加し、この添加した燃料を酸化触媒上で酸化反応させて反応熱により触媒床温度を積極的に上昇させることも提案されている。

以上に幾つかの例をあげて説明した通り、排気管９の途中に装備したＮＯx吸蔵還元触媒１０等の排気浄化用触媒の上流側に燃料を添加するという考え自体は従来より提案されているものであり、その燃料を添加するために排気管９の途中にインジェクタ１１を装備するにあたっては、図４に図示している通り、ＮＯx吸蔵還元触媒１０等の排気浄化用触媒より上流で略Ｌ字状に曲がっている屈曲部９ａに対し、該屈曲部９ａ下流の排気管９に沿う方向に向け燃料を噴射し得るようインジェクタ１１を貫通装着し、該インジェクタ１１が高温の排気ガス８に極力晒されないようにすると共に、前記インジェクタ１１に対し排気管９の外部で確実に水冷を行い得るようにするのが一般的である（例えば、特許文献１参照）。
特開２００３−１８４５５１号公報

しかしながら、排気管９の屈曲部９ａにインジェクタ１１を備えて燃料添加を実施する場合、図５に拡大して示す如く、排気管９の屈曲部９ａで添加された燃料が排気ガス８の流れの影響を受けて排気管９の曲がり方向外側に偏向し、ここで排気管９の内壁に付着する等して排気ガス８中への良好な気化混合が図られなくなり、これによりＮＯx吸蔵還元触媒１０等の排気浄化用触媒への均等な燃料供給が阻害されて該排気浄化用触媒の最大限の浄化性能を引き出すことができなくなる虞れがあった。

本発明は上述の実情に鑑みてなしたもので、インジェクタのノズルから噴射した燃料を排気ガス中に偏りなく良好に混合せしめて排気浄化用触媒への均等な燃料供給を実現することを目的としている。

本発明は、燃料添加を要する排気浄化用触媒を排気管途中に備え、該排気管の排気浄化用触媒より上流にある屈曲部にインジェクタを付設し、該インジェクタのノズルの先端部から屈曲部下流の排気管に沿う方向に向け燃料を噴射し得るよう構成した排気浄化装置において、前記インジェクタのノズル直後の排気管内に、排気ガスの流れを添加燃料の噴射方向に向け整流化し得るよう整流格子を配設したことを特徴とするものである。

而して、このようにすれば、インジェクタのノズルの直下で排気ガスが整流格子を通過することにより整流化されるので、インジェクタのノズルから噴射された燃料に偏りが生じなくなり、該燃料が排気ガス中へ良好に気化混合されて排気浄化用触媒へ均等に供給される。

また、本発明においては、整流格子がセラミックス材料により構成されていることが好ましく、このようにすれば、整流格子の熱容量が大きくなるので、排気ガスの熱により整流格子が高温状態に保持され易くなり、該整流格子に付着した添加燃料の蒸発が促される。

更に、本発明においては、整流格子に酸化触媒が担持されていることが好ましく、このようにすれば、インジェクタにより添加した燃料の一部が整流格子の酸化触媒上で酸化反応し、その反応熱により整流格子の触媒床温度が上昇して、該整流格子に付着した添加燃料の蒸発が促される。

しかも、排気浄化用触媒がＮＯx吸蔵還元触媒や選択還元型触媒等である場合には、添加燃料の一部が整流格子の酸化触媒上で酸化反応することで排気ガス中の酸素が消費されて酸素濃度が低下し、還元性雰囲気が高められてＮＯxの還元浄化反応が促進されることになる。

上記した本発明の排気浄化装置によれば、下記の如き種々の優れた効果を奏し得る。

（Ｉ）本発明の請求項１に記載の発明によれば、インジェクタのノズル直後の排気管内に整流格子を配設したことにより、排気ガスの流れを添加燃料の噴射方向に向け整流化することができるので、インジェクタのノズルから噴射した燃料を排気ガス中に偏りなく良好に混合せしめて排気浄化用触媒への均等な燃料供給を実現することができ、該排気浄化用触媒の浄化性能を最大限に引き出すことができる。

（ＩＩ）本発明の請求項２に記載の発明によれば、整流格子をセラミックス材料により構成したことにより、整流格子の熱容量を大きくして該整流格子を排気ガスの熱で高温状態に保持し易くすることができるので、前記整流格子に付着した添加燃料の蒸発を促すことができ、より一層良好な燃料の気化混合を図ることができる。

（ＩＩＩ）本発明の請求項３に記載の発明によれば、整流格子に酸化触媒を担持せしめたことにより、添加燃料の一部を整流格子の酸化触媒上で酸化反応させ、その反応熱により整流格子の触媒床温度を上昇させることができるので、前記整流格子に付着した添加燃料の蒸発を促すことができ、しかも、排気浄化用触媒がＮＯx吸蔵還元触媒や選択還元型触媒等である場合に、添加燃料の一部が整流格子の酸化触媒上で酸化反応することで排気ガス中の酸素が消費されて酸素濃度が低下するので、還元性雰囲気を高めてＮＯxの還元浄化反応を促進することができる。

以下本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。

図１は本発明を実施する形態の一例を示すもので、図４及び図５と同一の符号を付した部分は同一物を表わしている。

本形態例においては、図４及び図５に示した従来の排気浄化装置の場合と同様に、排気管９におけるＮＯx吸蔵還元触媒１０より上流で略Ｌ字状に曲がっている屈曲部９ａに対し、該屈曲部９ａ下流の排気管９に沿う方向に向け燃料を噴射し得るようインジェクタ１１を貫通装着しているが、該インジェクタ１１のノズル１１ａ直後の排気管９内には、排気ガス８の流れを添加燃料の噴射方向に向け整流化し得るよう整流格子１２を配設してあり、該整流格子１２は、屈曲部９ａ下流の排気管９に沿う方向にストレートに貫通する多数の流路を備えたハニカム構造を成すものとなっている。

尚、この整流格子１２は、例えば、耐熱性の金属等を材料として製作することができるが、ここではセラミックス材料により整流格子１２を構成するようにしている。また、前記整流格子１２に対しては、必要に応じて酸化触媒を一体的に担持させておくと良い。

而して、このように排気浄化装置を構成すれば、インジェクタ１１のノズル１１ａの直下で排気ガス８が整流格子１２を通過することにより整流化されるので、インジェクタ１１のノズル１１ａから噴射された燃料に偏りが生じなくなり、該燃料が排気ガス８中へ良好に気化混合されて下流側のＮＯx吸蔵還元触媒１０（排気浄化用触媒：図４参照）へ均等に供給される。

事実、本発明者らによる検証実験によれば、図２に写真で示す通り、整流格子１２を配置しない場合に、屈曲部９ａを上方から下方へ吹き降ろす排気ガス８の流れに影響され、インジェクタ１１から水平に噴射された燃料の噴霧が約２１．０゜ほど下方（排気管９の曲がり方向外側）へ偏向してしまっていたのに対し、図３に写真で示す如く、インジェクタ１１のノズル１１ａ直後に整流格子１２を配置した場合には、燃料の噴霧に殆ど偏りが生じなくなるという極めて顕著な改善が確認されている。

従って、上記形態例によれば、インジェクタ１１のノズル１１ａ直後の排気管９内に整流格子１２を配設したことにより、排気ガス８の流れを添加燃料の噴射方向に向け整流化することができるので、インジェクタ１１のノズル１１ａから噴射した燃料を排気ガス８中に偏りなく良好に混合せしめてＮＯx吸蔵還元触媒１０（図４参照）への均等な燃料供給を実現することができ、該ＮＯx吸蔵還元触媒１０の浄化性能を最大限に引き出すことができる。

また、特に本形態例においては、整流格子１２がセラミックス材料により構成されているので、該整流格子１２の熱容量が大きくなり、排気ガス８の熱により整流格子１２が高温状態に保持され易くなって、該整流格子１２に付着した添加燃料の蒸発を促すことができ、より一層良好な燃料の気化混合を図ることができる。

更に、整流格子１２に酸化触媒が担持されている場合には、インジェクタ１１により添加した燃料の一部が整流格子１２の酸化触媒上で酸化反応し、その反応熱により整流格子１２の触媒床温度が上昇するので、この触媒床温度の上昇によっても整流格子１２に付着した添加燃料の蒸発を促すことができ、しかも、下流側に装備される排気浄化用触媒がＮＯx吸蔵還元触媒１０である場合（選択還元型触媒である場合も同様）には、添加燃料の一部が整流格子１２の酸化触媒上で酸化反応することで排気ガス８中の酸素が消費されて酸素濃度が低下するので、還元性雰囲気を高めてＮＯx吸蔵還元触媒１０におけるＮＯxの還元浄化反応を促進することもできる。

尚、本発明の排気浄化装置は、上述の形態例にのみ限定されるものではなく、燃料の添加を要する排気浄化用触媒には、ＮＯx吸蔵還元触媒以外に選択還元型触媒や酸化触媒等を採用することが可能であり、また、インジェクタにより添加される燃料には、一般的なディーゼルエンジン用燃料である軽油を用いる以外に、灯油等の異種燃料を用いても良いこと、その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。

本発明を実施する形態の一例を示す断面図である。 整流格子が無い場合の実験結果を示す写真である。 整流格子が有る場合の実験結果を示す写真である。 従来の排気浄化装置の一例を示す全体概略図である。 図４のインジェクタの装着部位について詳細を示す断面図である。

符号の説明

８ 排気ガス
９ 排気管
９ａ 屈曲部
１０ ＮＯx吸蔵還元触媒（排気浄化用触媒）
１１ インジェクタ
１１ａ ノズル
１２ 整流格子

Claims (3)

1. 燃料添加を要する排気浄化用触媒を排気管途中に備え、該排気管の排気浄化用触媒より上流にある屈曲部にインジェクタを付設し、該インジェクタのノズルの先端部から屈曲部下流の排気管に沿う方向に向け燃料を噴射し得るよう構成した排気浄化装置において、前記インジェクタのノズル直後の排気管内に、排気ガスの流れを添加燃料の噴射方向に向け整流化し得るよう整流格子を配設したことを特徴とする排気浄化装置。
2. 整流格子がセラミックス材料により構成されていることを特徴とする請求項１に記載の排気浄化装置。
3. 整流格子に酸化触媒が担持されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の排気浄化装置。

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