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JP2009030561A - Exhaust emission control device for internal combustion engine - Google Patents

Exhaust emission control device for internal combustion engine Download PDF

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JP2009030561A
JP2009030561A JP2007196915A JP2007196915A JP2009030561A JP 2009030561 A JP2009030561 A JP 2009030561A JP 2007196915 A JP2007196915 A JP 2007196915A JP 2007196915 A JP2007196915 A JP 2007196915A JP 2009030561 A JP2009030561 A JP 2009030561A
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Japan
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reducing agent
reduction catalyst
injector
exhaust gas
internal combustion
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JP2007196915A
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Japanese (ja)
Inventor
Yuji Furuya
雄二 古谷
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Bosch Corp
Original Assignee
Bosch Corp
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Publication date
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an exhaust emission control device for an internal combustion engine with improved reducing efficiency of nitrogen oxide, by distributing and flowing reducing agent into a reducing agent, according to a flow rate distribution of exhaust gas flowing in an inlet surface of a reducing catalyst. <P>SOLUTION: The exhaust emission control device for an internal combustion engine is arranged in an exhaust passage of the internal combustion engine. The exhaust emission control device has the reducing catalyst, and an injector injecting the reducing agent into the exhaust passage at the upstream of the reducing catalyst. The injector has a fan spray nozzle injecting to spread the reducing agent like a fan, and an impinging plate disposed at a position opposed to the inlet surface of the reducing catalyst, changing a travelling direction of the reducing agent by impinging the reducing agent injected from the injector, and guiding the reducing agent to the inlet surface of the reducing catalyst. The impinging plate has a plurality of impinging surfaces. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、内燃機関から排出される排気ガス中の窒素酸化物を還元浄化するための排気浄化装置に関する。特に、還元触媒の直前で排気ガスの流れ方向が屈曲する形態の排気浄化装置に関する。   The present invention relates to an exhaust emission control device for reducing and purifying nitrogen oxides in exhaust gas discharged from an internal combustion engine. In particular, the present invention relates to an exhaust emission control device in which the flow direction of exhaust gas is bent immediately before the reduction catalyst.

従来、内燃機関から排出される排気ガス中に含まれる窒素酸化物(以下、NOXと称する。)を除去するために、液体還元剤の噴射装置と選択還元触媒とを備えた排気浄化装置が知られている。かかる排気浄化装置は、還元触媒の上流側で排気ガス中に尿素水溶液等の液体還元剤を噴霧し、混合した上で還元触媒に流入させ、還元触媒中で液体還元剤が加水分解して生成されるアンモニアと窒素酸化物とを還元反応させることによって窒素酸化物が浄化されるようになっている。 Conventionally, the nitrogen oxides contained in the exhaust gas discharged from an internal combustion engine (hereinafter, referred to as NO X.) To remove the exhaust gas purification device provided with a selective reduction catalyst and the injection device of the liquid reducing agent Are known. Such an exhaust purification device sprays a liquid reducing agent, such as an aqueous urea solution, into the exhaust gas upstream of the reduction catalyst, mixes it, flows it into the reduction catalyst, and hydrolyzes the liquid reducing agent in the reduction catalyst. Nitrogen oxide is purified by a reduction reaction between ammonia and nitrogen oxide.

排気通路中に還元剤を供給する装置としては、混合室内で圧縮空気を液体還元剤と混合して霧化した後に排気管中のノズルから供給する、いわゆるエアアシストタイプの装置や、排気管に取り付けられたインジェクタに液体還元剤を圧送し、インジェクタの噴射孔に通じる通路を開閉することによって噴射孔から排気通路内に還元剤の噴霧を行うインジェクションタイプの装置がある。このうち、インジェクタを用いて還元剤の噴霧を行うタイプでは、還元剤の粒子が拡散されにくく、還元触媒の入口面に流入する噴霧分布が偏りやすくなっている。   As a device for supplying the reducing agent into the exhaust passage, the compressed air is mixed with the liquid reducing agent in the mixing chamber and atomized and then supplied from a nozzle in the exhaust pipe, or a so-called air assist type device or an exhaust pipe. There is an injection type apparatus that sprays a reducing agent from an injection hole into an exhaust passage by pumping a liquid reducing agent to an attached injector and opening and closing a passage that leads to the injection hole of the injector. Among these, in the type in which the reducing agent is sprayed using an injector, the particles of the reducing agent are not easily diffused, and the spray distribution flowing into the inlet surface of the reduction catalyst is easily biased.

噴霧された還元剤の分布が偏った状態で還元触媒の入口面に対して流入すると、還元剤の流入量が多い領域においては生成されるアンモニアのうち窒素酸化物の還元反応に用いられなかったアンモニアがそのまま大気中に放出され、還元剤の流入量が少ない領域においては排気ガス中の窒素酸化物が十分に還元されずにそのまま大気中に放出されるおそれが生じる。そのため、還元触媒に到達する液体還元剤の分布が均一になるように、排気通路中にミキサーや衝突板を配置することが行われている(例えば、特許文献1及び2参照)。   When the sprayed reducing agent flowed in a biased distribution toward the inlet of the reduction catalyst, it was not used for the reduction reaction of nitrogen oxides in the ammonia produced in the region where the amount of reducing agent inflow was large. In a region where ammonia is released into the atmosphere as it is and the amount of reducing agent inflow is small, there is a risk that the nitrogen oxides in the exhaust gas will not be sufficiently reduced and will be released into the atmosphere as they are. Therefore, a mixer and a collision plate are arranged in the exhaust passage so that the distribution of the liquid reducing agent reaching the reduction catalyst is uniform (see, for example, Patent Documents 1 and 2).

特開2003−232218号公報 (図2)Japanese Patent Laying-Open No. 2003-232218 (FIG. 2) 特開2007−32472号公報 (図1)JP 2007-32472 A (FIG. 1)

しかしながら、還元触媒の上流側の排気通路の形態は様々であり、還元触媒の入口面に流入する排気ガスの流量分布は、それぞれの排気浄化装置の形態ごとにばらつきを持っている。特に、還元触媒の直前で排気ガスの流れ方向が屈曲するような形態の場合には、還元触媒の入口面へ流入する排気ガスの流量や流速は領域ごとにばらつきが生じやすくなっている。そのため、特許文献1や2のように、排気通路中にミキサーや衝突板を配置して排気ガス中に還元剤を分散させやすくした場合であっても、還元触媒の入口面での還元剤の分布と排気ガスの流量分布とが一致していない場合には、結果として、上述と同様の問題が生じるおそれがある。   However, there are various forms of the exhaust passage on the upstream side of the reduction catalyst, and the flow rate distribution of the exhaust gas flowing into the inlet face of the reduction catalyst varies depending on the form of each exhaust purification device. In particular, when the exhaust gas flow direction is bent immediately before the reduction catalyst, the flow rate and flow rate of the exhaust gas flowing into the inlet surface of the reduction catalyst tend to vary from region to region. Therefore, as in Patent Documents 1 and 2, even when a mixer or a collision plate is arranged in the exhaust passage to facilitate the dispersion of the reducing agent in the exhaust gas, the reducing agent on the inlet surface of the reduction catalyst If the distribution does not match the exhaust gas flow rate distribution, the same problem as described above may occur as a result.

そこで、本発明の発明者は鋭意努力し、排気浄化装置のインジェクタとして、ファンスプレーノズルを備えたインジェクタを用いるとともに、噴射された扇状の還元剤を衝突板の複数の衝突面に衝突させて還元触媒側へ進行方向を変えるように構成することによりこのような問題が解決できることを見出し、本発明を完成させたものである。
すなわち、本発明は、還元触媒の入口面に流入する排気ガスの流量分布に応じて還元剤を分布させて還元触媒に流入させ、窒素酸化物の還元効率の向上を図ることができる排気浄化装置を提供することを目的とする。
Therefore, the inventors of the present invention have made diligent efforts to use an injector provided with a fan spray nozzle as an injector of an exhaust purification device, and reduce the injected fan-shaped reducing agent by colliding with a plurality of collision surfaces of the collision plate. The inventors have found that such a problem can be solved by changing the traveling direction to the catalyst side, and have completed the present invention.
That is, the present invention relates to an exhaust emission control device capable of improving the reduction efficiency of nitrogen oxides by distributing a reducing agent in accordance with the flow rate distribution of exhaust gas flowing into the inlet surface of the reduction catalyst and flowing it into the reduction catalyst. The purpose is to provide.

本発明によれば、内燃機関の排気通路中に配置されて用いられ、還元触媒と、還元触媒の上流側で排気通路内に還元剤を噴射するためのインジェクタと、を備えた内燃機関の排気浄化装置であって、インジェクタは、噴射される還元剤が扇状となるファンスプレーノズルを備えたインジェクタであり、還元触媒の入口面に対向する位置に、インジェクタから噴射された還元剤を衝突させて還元剤の進行方向を変え、還元触媒の入口面に還元剤を導く衝突板を備えるとともに、衝突板は複数の衝突面を備えることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置が提供され、上述したような問題を解決することができる。   According to the present invention, an exhaust gas of an internal combustion engine that is disposed and used in an exhaust passage of an internal combustion engine and includes a reduction catalyst and an injector for injecting a reducing agent into the exhaust passage on the upstream side of the reduction catalyst. The purifying device is an injector having a fan spray nozzle in which the reducing agent to be injected has a fan shape, and the reducing agent injected from the injector is caused to collide with a position facing the inlet surface of the reduction catalyst. An exhaust purification device for an internal combustion engine is provided, characterized in that it includes a collision plate that changes the traveling direction of the reducing agent and guides the reducing agent to the inlet surface of the reduction catalyst, and the collision plate includes a plurality of collision surfaces. Such a problem can be solved.

また、本発明の内燃機関の排気浄化装置を構成するにあたり、排気通路は、還元触媒の直前に屈曲部を有し、排気ガスは還元触媒の直前で流れ方向を変えられて還元触媒に流入するようになっており、衝突板は、屈曲部における還元触媒の入口面に対向する位置に配置されることが好ましい。   Further, in configuring the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine of the present invention, the exhaust passage has a bent portion immediately before the reduction catalyst, and the exhaust gas flows into the reduction catalyst with the flow direction changed immediately before the reduction catalyst. Thus, the collision plate is preferably arranged at a position facing the inlet surface of the reduction catalyst at the bent portion.

また、本発明の内燃機関の排気浄化装置を構成するにあたり、衝突板は、インジェクタから噴射される扇状の平面に沿って延在するように配置され、複数の衝突面は、還元剤の噴射方向に沿って配列されることが好ましい。   Further, in configuring the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine of the present invention, the collision plate is disposed so as to extend along a fan-shaped plane injected from the injector, and the plurality of collision surfaces are in the injection direction of the reducing agent. It is preferable to arrange along.

また、本発明の内燃機関の排気浄化装置を構成するにあたり、衝突板の複数の衝突面の角度は、還元触媒の入口面に流入する排気ガスの流量分布に応じて設定されることが好ましい。   In configuring the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the present invention, the angles of the plurality of collision surfaces of the collision plate are preferably set according to the flow rate distribution of the exhaust gas flowing into the inlet surface of the reduction catalyst.

本発明の内燃機関の排気浄化装置によれば、還元剤の噴霧が排気ガスの流れの影響を受けることが少なくなり、還元触媒の入口面に到達する還元剤の分布を調整することができる。すなわち、ファンスプレーノズルを備えたインジェクタは、高微粒化及び高貫徹力といった特徴を有しているため、複数の衝突面の配置や角度を調節することによって、還元触媒の入口面に導かれる還元剤の分布を定常化することができる。したがって、還元触媒において部分的にアンモニア又はNOXのいずれかが過剰になることによる還元触媒の下流側への流出が防止され、排気ガス中のNOXの還元効率を向上させることができる。
また、かかる構成であれば、還元触媒に近接してインジェクタや衝突板を配置することができるため、排気通路の長さを短くでき、排気浄化装置を小型化することができるとともに、熱放出が低減されて、還元触媒の活性温度領域を広げることもできる。
According to the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine of the present invention, the spray of the reducing agent is less affected by the flow of the exhaust gas, and the distribution of the reducing agent reaching the inlet surface of the reduction catalyst can be adjusted. In other words, an injector equipped with a fan spray nozzle has features such as high atomization and high penetration force. Therefore, the reduction led to the inlet surface of the reduction catalyst by adjusting the arrangement and angle of multiple collision surfaces. The distribution of the agent can be made steady. Therefore, it is possible to prevent the reduction catalyst from flowing out to the downstream side due to partial excess of either ammonia or NO x in the reduction catalyst, and to improve the reduction efficiency of NO x in the exhaust gas.
Also, with such a configuration, the injector and the collision plate can be arranged close to the reduction catalyst, so that the length of the exhaust passage can be shortened, the exhaust purification device can be miniaturized, and the heat release is reduced. It is also possible to reduce the active temperature range of the reduction catalyst.

また、本発明の内燃機関の排気浄化装置において、還元触媒の直前に排気通路の屈曲部を備え、還元触媒の入口面に対向する位置に衝突板を配置することにより、還元触媒の直前の排気通路の直線部分が短いような場合であっても、還元触媒に流入する排気ガスの流量分布に対応させて還元剤を還元触媒の入口面に導くことができる。   Further, in the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the present invention, the exhaust passage immediately before the reduction catalyst is provided by providing a bent portion of the exhaust passage immediately before the reduction catalyst and disposing a collision plate at a position facing the inlet surface of the reduction catalyst. Even when the straight portion of the passage is short, the reducing agent can be guided to the inlet surface of the reduction catalyst in accordance with the flow rate distribution of the exhaust gas flowing into the reduction catalyst.

また、本発明の内燃機関の排気浄化装置において、インジェクタからの還元剤の噴霧の形状に対応させて所定の方向に沿って衝突板及び衝突面を配置することにより、扇状に噴射される還元剤を部分的に衝突面に衝突させて還元触媒側に導くことができるため、還元触媒の入口面に導かれる還元剤の分布を容易に調節することができる。   Further, in the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine of the present invention, the reducing agent injected in a fan shape by arranging the collision plate and the collision surface along a predetermined direction corresponding to the shape of the spray of the reducing agent from the injector. Can be caused to partially collide with the collision surface and be led to the reduction catalyst side, so that the distribution of the reducing agent guided to the inlet surface of the reduction catalyst can be easily adjusted.

また、本発明の内燃機関の排気浄化装置において、複数の衝突面の角度を還元触媒の入口面に流入する排気ガスの流量分布に応じて設定することにより、還元触媒に流入するNOX量に見合った分布で還元剤を流入させることができ、還元触媒をそのまま通過するアンモニア又はNOXの量を低減させることができる。 Further, in the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine of the present invention, the angle of the plurality of collision surfaces is set according to the flow rate distribution of the exhaust gas flowing into the inlet surface of the reduction catalyst, so that the amount of NO x flowing into the reduction catalyst is reduced. commensurate distribution in could be made to flow the reducing agent can reduce the amount of ammonia or NO X is passes through the reduction catalyst.

以下、図面を参照して、本発明の内燃機関の排気浄化装置に関する実施の形態について具体的に説明する。ただし、かかる実施形態は、本発明の一態様を示すものであり、この発明を限定するものではなく、本発明の範囲内で任意に変更することが可能である。
なお、図面中、同一の符号が付されたものについては同一の部材を示しており、適宜説明が省略されている。
DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Embodiments relating to an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the present invention will be specifically described below with reference to the drawings. However, this embodiment shows one aspect of the present invention and does not limit the present invention, and can be arbitrarily changed within the scope of the present invention.
In the drawings, the same members are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted as appropriate.

図1及び図2は、本発明の実施の形態にかかる内燃機関の排気浄化装置(以下、単に「排気浄化装置」と称する)10の構成を示す図である。図1(a)は、排気浄化装置10を軸方向に対して直交する方向から見た側面図を示し、図1(b)は、図1(a)の排気浄化装置10を排気導出管27側から見た後方側面図を示している。また、図2は、図1(b)のXX断面を矢印方向に見た図であり、排気浄化装置10を軸方向に沿って切断した断面図を示している。   FIG. 1 and FIG. 2 are diagrams showing the configuration of an exhaust gas purification apparatus (hereinafter simply referred to as “exhaust gas purification apparatus”) 10 for an internal combustion engine according to an embodiment of the present invention. FIG. 1A shows a side view of the exhaust purification device 10 viewed from a direction orthogonal to the axial direction, and FIG. 1B shows the exhaust purification device 10 of FIG. The rear side view seen from the side is shown. FIG. 2 is a view of the XX cross section of FIG. 1B as seen in the direction of the arrow, and shows a cross-sectional view of the exhaust purification device 10 cut along the axial direction.

図1及び図2に示すように、本実施形態にかかる排気浄化装置10は、筐体としてのケーシング11と、ケーシング11内に収容された還元触媒13と、ケーシング11に固定されたインジェクタ35と、インジェクタ35の噴射方向に配置された衝突板15とを主たる要素として構成されている。また、ケーシング11内の還元触媒13の下流側には、酸化触媒17が配置されている。
この排気浄化装置10は、主としてディーゼルエンジンの排気通路中に配設されて使用される。
As shown in FIGS. 1 and 2, the exhaust purification apparatus 10 according to the present embodiment includes a casing 11 as a casing, a reduction catalyst 13 accommodated in the casing 11, and an injector 35 fixed to the casing 11. The collision plate 15 disposed in the injection direction of the injector 35 is a main element. Further, an oxidation catalyst 17 is disposed on the downstream side of the reduction catalyst 13 in the casing 11.
The exhaust gas purification device 10 is mainly used in an exhaust passage of a diesel engine.

この排気浄化装置10の筐体であるケーシング11は、ステンレス等の材料からなる円筒状の部材であり、その内部には、排気ガス中のNOXを選択的に還元する還元触媒13が配置され、その下流側には酸化触媒17が配置されている。これらの還元触媒13及び酸化触媒17は、それぞれ円筒状のハウジング21a、21bの内部に収容されている。 A casing 11 that is a casing of the exhaust gas purification apparatus 10 is a cylindrical member made of a material such as stainless steel, and a reduction catalyst 13 that selectively reduces NO x in the exhaust gas is disposed therein. An oxidation catalyst 17 is disposed on the downstream side. These reduction catalyst 13 and oxidation catalyst 17 are accommodated in cylindrical housings 21a and 21b, respectively.

本実施形態の排気浄化装置10に用いられる還元触媒13は、排気ガス中に含まれるNOXを選択的に還元浄化する、選択還元型の還元触媒である。この還元触媒13は、公知のもの、例えば、多孔質担体上に、活性成分としてのストロンチウム又はバリウム、及びマグネシウム等のアルカリ土類金属や、セリウムとランタン等の希土類金属、白金とロジウム等の貴金属等を含むものを用いることができる。 The reduction catalyst 13 used in the exhaust purification apparatus 10 of this embodiment is a selective reduction type reduction catalyst that selectively reduces and purifies NO x contained in exhaust gas. The reduction catalyst 13 is a known catalyst, for example, a porous carrier, strontium or barium as an active component, an alkaline earth metal such as magnesium, a rare earth metal such as cerium and lanthanum, or a noble metal such as platinum and rhodium. Etc. can be used.

また、還元触媒13の下流側に備えられた酸化触媒17は、仮に、還元剤としての尿素水溶液が加水分解されて生成されたアンモニアのうち、NOXの還元に使用されなかった分がそのまま通過した場合であっても、この酸化触媒17によって酸化させ、相対的に有害性の低いNO2にして放出させるために用いられる。この酸化触媒17は、公知のもの、例えば、アルミナに白金を担持させたものに所定量のセリウム等の希土類元素を添加したものを用いることができる。 Further, the oxidation catalyst 17 provided downstream of the reduction catalyst 13, if, among the aqueous urea solution as a reducing agent is generated hydrolyzed ammonia amount that has not been used for the reduction of the NO X is directly passed Even in such a case, the oxidation catalyst 17 is used to oxidize and release NO 2 with relatively low toxicity. The oxidation catalyst 17 may be a known catalyst, for example, a catalyst in which platinum is supported on alumina and a predetermined amount of a rare earth element such as cerium is added.

また、還元触媒13のさらに上流側には排気導入室23が設けられ、当該排気導入室23に臨むように内燃機関の排気管が接続される排気導入管25が設けられている。また、酸化触媒17のさらに下流側には貯留室29が設けられ、当該貯留室29には排気ガスが通過する複数の孔部27aが形成された排気導出管27が接続されている。この排気導出管27には排気管が接続される。   Further, an exhaust introduction chamber 23 is provided further upstream of the reduction catalyst 13, and an exhaust introduction pipe 25 to which the exhaust pipe of the internal combustion engine is connected so as to face the exhaust introduction chamber 23. A storage chamber 29 is provided further downstream of the oxidation catalyst 17, and an exhaust lead-out pipe 27 having a plurality of holes 27 a through which exhaust gas passes is connected to the storage chamber 29. An exhaust pipe is connected to the exhaust lead-out pipe 27.

また、排気導入室23に相当する部位のケーシング11の外周にはインジェクタ35が取り付けられ、インジェクタ35のノズルの先端が排気導入室23に臨むようにされている。このインジェクタ35は、例えば、噴射孔に通じる通路の開閉を電磁制御によって行うON−OFF弁であり、液体還元剤が常時所定の圧力値に維持されるようにポンプ等によって圧送され、噴射孔が開いたときに噴射されるようになっている。   An injector 35 is attached to the outer periphery of the casing 11 at a portion corresponding to the exhaust introduction chamber 23 so that the tip of the nozzle of the injector 35 faces the exhaust introduction chamber 23. The injector 35 is, for example, an ON-OFF valve that performs electromagnetic control to open and close the passage leading to the injection hole. The injector 35 is pumped by a pump or the like so that the liquid reducing agent is always maintained at a predetermined pressure value. It is sprayed when opened.

また、インジェクタ35のノズルに形成される噴射孔は矩形のスリット状に形成されており、噴射される還元剤の噴霧が扁平な扇状に形成され、かつ、貫徹力が強い噴射が行われるようになっている。また、インジェクタ35から噴射される扁平な扇状の還元剤の噴霧がケーシング11の中心軸と直交する断面に沿って形成されるように、矩形のスリット状の噴射孔は、ケーシング11の軸方向に直交するように配置されている。
また、本実施形態の例では、排気ガスの熱によるインジェクタ35の損傷を避けるために、放熱フィン35aを備えたインジェクタ35が用いられている。
Further, the injection hole formed in the nozzle of the injector 35 is formed in a rectangular slit shape so that the spray of the reducing agent to be injected is formed in a flat fan shape, and injection with a strong penetrating force is performed. It has become. Further, the rectangular slit-shaped injection holes are formed in the axial direction of the casing 11 so that the spray of the flat fan-shaped reducing agent injected from the injector 35 is formed along a cross section orthogonal to the central axis of the casing 11. It arrange | positions so that it may orthogonally cross.
Moreover, in the example of this embodiment, in order to avoid the damage of the injector 35 by the heat | fever of exhaust gas, the injector 35 provided with the radiation fin 35a is used.

インジェクタ35によって噴射される還元剤の量は、例えば、内燃機関の回転数や負荷状態、燃料噴射量等を基に推定される排出NOX量に応じて決定され、この噴射量に応じてインジェクタ35のDUTY制御が行われるようになっている。
用いられる還元剤としては、尿素水溶液が典型的である。例えば、この尿素水溶液を使用した場合には、排気通路中に噴射された尿素が排気ガス中の熱によって加水分解することによりアンモニア(NH3)が生成され、このNH3と排気ガス中のNOX(NOやNO2)が還元触媒中で反応することによりNOXが還元され、窒素(N2)と水(H2O)に分解されて排出される。これ以外にも、未燃燃料(HC)等、NOXを還元させることができる材料を液体還元剤として使用することができる。
The amount of reducing agent injected by the injector 35, for example, engine speed and the load state of the internal combustion engine is determined in accordance with the discharge amount of NO X is estimated based on the fuel injection quantity, etc., in accordance with the injection quantity injector 35 DUTY control is performed.
As the reducing agent used, an aqueous urea solution is typical. For example, when this urea aqueous solution is used, urea (NH 3 ) is generated by hydrolysis of urea injected into the exhaust passage by heat in the exhaust gas, and this NH 3 and NO in the exhaust gas are generated. When X (NO or NO 2 ) reacts in the reduction catalyst, NO X is reduced, decomposed into nitrogen (N 2 ) and water (H 2 O), and discharged. In addition to this, a material capable of reducing NO x such as unburned fuel (HC) can be used as the liquid reducing agent.

また、インジェクタ35から噴射される還元剤の噴霧の進行方向には、還元剤の噴霧が衝突可能なように衝突板15が備えられている。この衝突板15は、例えばステンレス等の耐熱性の材料からなり、複数の衝突面15aを備え、扁平な扇状の還元剤の噴霧が部分的に衝突することにより、それぞれ進行方向が変えられて還元触媒13の入口面に向かって導かれるようになっている。   Further, a collision plate 15 is provided in the traveling direction of the reducing agent spray injected from the injector 35 so that the reducing agent spray can collide. The collision plate 15 is made of a heat-resistant material such as stainless steel, and includes a plurality of collision surfaces 15a. The flat fan-shaped reducing agent spray partially collides, so that the traveling direction is changed and reduced. It is guided toward the inlet surface of the catalyst 13.

次に、図3及び図4を参照して、本実施形態の排気浄化装置10に備えられたインジェクタ35及び衝突板15の構成について詳細に説明する。図3は、インジェクタ35及び衝突板15の斜視図を示し、図4(a)は、インジェクタ35及び衝突板15をケーシングの軸方向下流側から見た図を示し、図4(b)は、インジェクタ35及び衝突板15を側方から見た図を示している。   Next, with reference to FIG. 3 and FIG. 4, the structure of the injector 35 and the collision board 15 with which the exhaust gas purification apparatus 10 of this embodiment was equipped is demonstrated in detail. 3 shows a perspective view of the injector 35 and the collision plate 15, FIG. 4 (a) shows a view of the injector 35 and the collision plate 15 from the downstream side in the axial direction of the casing, and FIG. The figure which looked at the injector 35 and the collision board 15 from the side is shown.

この図3及び図4に示すように、インジェクタ35から噴射される還元剤の噴霧の進行方向側には衝突板15が配置されており、インジェクタ35から噴射される扇状の噴霧が衝突可能になっている。本実施形態における衝突板15は、プレート状の基体15bの表面に、基体15bの面に対して傾斜した衝突面15aを有する複数の衝突部15cが設けられるとともに、基体15bの周囲の縁のうち、インジェクタ35側とは反対側の縁に沿って、U字状の壁部15dが設けられている。   As shown in FIGS. 3 and 4, a collision plate 15 is disposed on the traveling direction side of the reducing agent spray injected from the injector 35, so that the fan-shaped spray injected from the injector 35 can collide. ing. The collision plate 15 in the present embodiment is provided with a plurality of collision portions 15c having collision surfaces 15a inclined with respect to the surface of the substrate 15b on the surface of the plate-like substrate 15b, and among the peripheral edges of the substrate 15b. A U-shaped wall portion 15d is provided along the edge opposite to the injector 35 side.

この衝突板15は、ケーシングの端面のカバー板11aに溶接固定されており、還元触媒13の入口面に対向するように配置されている。すなわち、衝突板15の基体15bの部分は、インジェクタ35から噴射される還元剤の扁平な扇状の噴霧の平面と対向するようになっている。
ただし、衝突板15は、ケーシングのカバー板11aに固定されることは必須ではなく、インジェクタのボディやケーシング自体に固定されていても構わない。
The collision plate 15 is fixed by welding to the cover plate 11 a on the end surface of the casing, and is disposed so as to face the inlet surface of the reduction catalyst 13. That is, the portion of the base plate 15 b of the collision plate 15 faces the flat fan-shaped spray plane of the reducing agent injected from the injector 35.
However, the collision plate 15 is not necessarily fixed to the cover plate 11a of the casing, and may be fixed to the body of the injector or the casing itself.

また、衝突板15に備えられた複数の衝突部15cは、インジェクタ35から噴射される還元剤の噴霧の進行方向に沿って配列されるとともに(図3及び図4の例では5列に配列)、インジェクタ35から最も離れた列の衝突部15ce以外は、それぞれ中央部で分離されて、間に空間が形成されている。そして、インジェクタ35から離れるにしたがい、分離された二つの衝突部15cの間の距離が小さくなっている。したがって、噴射される扁平な扇状の還元剤の噴霧のうち外側に位置する噴霧ほどインジェクタ35に近い衝突部15caに衝突し、中央部に位置する噴霧が最も離れた衝突部15ceに衝突する構造となっている。   Further, the plurality of collision portions 15c provided in the collision plate 15 are arranged along the traveling direction of the spray of the reducing agent injected from the injector 35 (in the example of FIGS. 3 and 4 arranged in five rows). , Except for the collision portions 15ce in the row farthest from the injector 35, they are separated at the central portion, and a space is formed therebetween. As the distance from the injector 35 increases, the distance between the two separated collision portions 15c decreases. Accordingly, the spray located on the outer side of the sprayed flat fan-shaped reducing agent spray collides with the collision portion 15ca closer to the injector 35, and the spray located at the center collides with the most distant collision portion 15ce. It has become.

これらの衝突部15cは、それぞれインジェクタ35から噴射された還元剤の噴霧の進行方向を、還元触媒13の入口面に向けさせるためのものであり、衝突部15cの位置及び衝突面15aの傾斜角度に応じて、還元触媒13の入口面に到達する位置が調節可能になっている。
また、還元触媒13の前面に衝突板15が配置されるために、排気ガスの乱れ要素が増え、還元触媒13の前面での排気ガスの流量分布自体を改善させることもできる。
These collision parts 15c are for directing the traveling direction of the spray of the reducing agent injected from the injector 35 to the inlet surface of the reduction catalyst 13, and the position of the collision part 15c and the inclination angle of the collision surface 15a. Accordingly, the position reaching the inlet surface of the reduction catalyst 13 can be adjusted.
In addition, since the collision plate 15 is disposed on the front surface of the reduction catalyst 13, the exhaust gas turbulence factor is increased, and the flow rate distribution itself of the exhaust gas on the front surface of the reduction catalyst 13 can be improved.

この衝突部15cの数や配置位置、大きさ、衝突面15aの傾斜角度については特に制限されるものではなく、種々の態様が考えられる。本実施形態の排気浄化装置は、インジェクタ35として、ファンスプレーノズルを備えたインジェクタ35が用いられ、貫徹力の強い噴射が可能であることから、噴射された還元剤は排気ガスの流れの影響を受けにくく、衝突部15cの形態に応じて還元触媒13の入口面の狙った位置に向けて還元剤を導くことができるようになっている。したがって、還元触媒13の入口面に到達する還元剤の流量の分布を定常化できるため、排気通路の構成に応じた排気ガスの流量分布に対応させて還元剤を分布させて還元触媒13に流入させることができるようになる。   There are no particular restrictions on the number, location, size, and angle of inclination of the collision surface 15a, and various modes are conceivable. In the exhaust emission control device of this embodiment, the injector 35 having a fan spray nozzle is used as the injector 35, and injection with strong penetrating power is possible. Therefore, the injected reducing agent has an influence of the flow of exhaust gas. It is difficult to receive, and the reducing agent can be guided toward the targeted position on the inlet surface of the reduction catalyst 13 according to the form of the collision portion 15c. Accordingly, since the flow rate distribution of the reducing agent that reaches the inlet surface of the reduction catalyst 13 can be made steady, the reducing agent is distributed in accordance with the flow rate distribution of the exhaust gas according to the configuration of the exhaust passage and flows into the reduction catalyst 13. To be able to.

例えば、図3及び図4に示される衝突板15の各衝突部15ca〜15ceは、同間隔で配列されるとともに、すべて同じ傾斜角度の衝突面15aとされている。したがって、各衝突面15aに衝突して進行方向を変えられた還元剤の噴霧は、図5に示すように、インジェクタ35に近い側の領域に対して比較的多くの還元剤が到達するようになっている。
ただし、排気通路の形態に応じて、還元触媒13の入口面に到達する排気ガスの流量分布と還元剤の流量分布とを近似させるためには、CFD(流体数値計算)を利用してそれぞれの流量分布が一致するように設計することで、衝突板15の形状を最適化することができる。
For example, the collision portions 15ca to 15ce of the collision plate 15 shown in FIGS. 3 and 4 are arranged at the same interval, and are all formed as collision surfaces 15a having the same inclination angle. Therefore, as shown in FIG. 5, the spray of the reducing agent that has collided with each of the collision surfaces 15 a and changed the traveling direction so that a relatively large amount of the reducing agent reaches the region closer to the injector 35. It has become.
However, in order to approximate the flow rate distribution of the exhaust gas reaching the inlet surface of the reduction catalyst 13 and the flow rate distribution of the reducing agent in accordance with the form of the exhaust passage, each of the flow rates is calculated using CFD (fluid numerical calculation). The shape of the collision plate 15 can be optimized by designing the flow rate distributions to coincide.

また、衝突板15の縁に沿って配置されたU字状の壁部15dは、還元剤が液垂れした場合の受け皿として機能するようになっている。インジェクタ35の閉弁時等には、噴射される還元剤の噴霧の貫徹力が弱められるため、衝突部15cに付着し、液化して液垂れが生じるおそれがある。そのため、この液垂れを壁部15dで回収し、排気ガスによって加熱されていた壁部15dの熱によって還元剤を蒸発させ、排気ガスの流れに乗せて還元触媒13に流入させるようになっている。
ただし、このU字状の壁部15dは省略されていても構わない。
Further, the U-shaped wall portion 15d arranged along the edge of the collision plate 15 functions as a tray when the reducing agent drips. When the injector 35 is closed, etc., the penetration force of the sprayed reducing agent is weakened, so that it adheres to the collision portion 15c and liquefies to cause dripping. Therefore, this liquid dripping is collected by the wall 15d, the reducing agent is evaporated by the heat of the wall 15d heated by the exhaust gas, and flows into the reduction catalyst 13 on the flow of the exhaust gas. .
However, the U-shaped wall portion 15d may be omitted.

これまで説明したように、還元触媒の上流側で排気ガスの流れ方向が屈曲する構成の排気浄化装置において、扁平な扇状に形成され、かつ、貫徹力の強い噴霧となるファンスプレーノズルを備えたインジェクタを用いるとともに、扇状の還元剤の噴霧の進行方向を変えるための衝突板を備えることにより、還元触媒の入口面に流入する還元剤を所望の状態に分布させて定常化させることができる。したがって、還元触媒の入口面に到達する排気ガスの流量分布に応じて還元剤を還元触媒に導くことができるようになり、還元触媒に到達する排気ガスの流量の分布が偏っている場合であっても、その分布に合わせて還元剤を供給することができる。   As explained so far, in the exhaust gas purification apparatus configured to bend the flow direction of the exhaust gas upstream of the reduction catalyst, it is provided with a fan spray nozzle that is formed in a flat fan shape and that has a strong penetration force. By using the injector and the collision plate for changing the traveling direction of the spray of the fan-like reducing agent, the reducing agent flowing into the inlet surface of the reduction catalyst can be distributed and stabilized in a desired state. Therefore, the reducing agent can be guided to the reduction catalyst according to the flow rate distribution of the exhaust gas reaching the inlet surface of the reduction catalyst, and the flow rate distribution of the exhaust gas reaching the reduction catalyst is uneven. However, the reducing agent can be supplied in accordance with the distribution.

また、還元剤及び排気ガスを混合拡散させて均一に還元触媒に流入させることを目的として混合拡散部材と還元触媒との距離を長く確保する必要がなくなるため、インジェクタや衝突板の取付位置を還元触媒に近接させることができるようになる。したがって、排気管を短くすることができ、排気浄化装置の小型化を図ることができるとともに、還元触媒上流側での熱放出が抑えられ、還元触媒の温度を活性温度に維持しやすくなる。その結果、排気ガス中のNOXを効率的に低減させることができる。 In addition, it is not necessary to ensure a long distance between the mixing and diffusing member and the reducing catalyst for the purpose of allowing the reducing agent and exhaust gas to mix and diffuse and uniformly flow into the reducing catalyst. It becomes possible to make it close to the catalyst. Therefore, the exhaust pipe can be shortened, the exhaust purification device can be reduced in size, heat release on the upstream side of the reduction catalyst can be suppressed, and the temperature of the reduction catalyst can be easily maintained at the activation temperature. As a result, NO x in the exhaust gas can be efficiently reduced.

本発明の実施の形態にかかる排気浄化装置の構成を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the structure of the exhaust gas purification apparatus concerning embodiment of this invention. 本発明の実施の形態にかかる排気浄化装置の構成を説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating the structure of the exhaust gas purification apparatus concerning embodiment of this invention. 衝突板の構成について説明するための斜視図である。It is a perspective view for demonstrating the structure of a collision board. 衝突板の構成について説明するための正面図及び側面図である。It is the front view and side view for demonstrating the structure of a collision board. 衝突板に衝突した還元剤が導かれる様子を示す図である。It is a figure which shows a mode that the reducing agent which collided with the collision board is guide | induced.

符号の説明Explanation of symbols

10:排気浄化装置、11:ケーシング、11a:カバー板、13:還元触媒、15:衝突板、15a:衝突面、15b:基体、15c:衝突部、15d:壁部、17:酸化触媒、21a、21b:ハウジング、23:排気導入室、25:排気導入管、27:排気導出管、27a:孔部、29:貯留室、35:インジェクタ、35a:放熱フィン 10: Exhaust purification device, 11: casing, 11a: cover plate, 13: reduction catalyst, 15: collision plate, 15a: collision surface, 15b: base, 15c: collision portion, 15d: wall portion, 17: oxidation catalyst, 21a 21b: housing, 23: exhaust introduction chamber, 25: exhaust introduction pipe, 27: exhaust outlet pipe, 27a: hole, 29: storage chamber, 35: injector, 35a: radiating fin

Claims (4)

内燃機関の排気通路中に配置されて用いられ、還元触媒と、前記還元触媒の上流側で前記排気通路内に還元剤を噴射するためのインジェクタと、を備えた内燃機関の排気浄化装置において、
前記インジェクタは、噴射される前記還元剤が扇状となるファンスプレーノズルを備えたインジェクタであり、
前記還元触媒の入口面に対向する位置に、前記インジェクタから噴射された還元剤を衝突させて前記還元剤の進行方向を変え、前記還元触媒の入口面に前記還元剤を導く衝突板を備えるとともに、前記衝突板は複数の衝突面を備えることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
In an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine, which is disposed and used in an exhaust passage of an internal combustion engine, and includes a reduction catalyst and an injector for injecting a reducing agent into the exhaust passage on the upstream side of the reduction catalyst.
The injector is an injector provided with a fan spray nozzle in which the reducing agent to be injected becomes a fan shape,
A collision plate for guiding the reducing agent to the inlet surface of the reduction catalyst by causing the reducing agent injected from the injector to collide to change the traveling direction of the reducing agent at a position facing the inlet surface of the reduction catalyst; An exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine, wherein the collision plate has a plurality of collision surfaces.
前記排気通路は、前記還元触媒の直前に屈曲部を有し、前記排気ガスは前記還元触媒の直前で流れ方向を変えられて前記還元触媒に流入するようになっており、
前記衝突板は、前記屈曲部における前記還元触媒の入口面に対向する位置に配置されることを特徴とする請求項1に記載の内燃機関の排気浄化装置。
The exhaust passage has a bent portion immediately before the reduction catalyst, and the exhaust gas is changed in flow direction immediately before the reduction catalyst and flows into the reduction catalyst,
2. The exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to claim 1, wherein the collision plate is disposed at a position facing the inlet surface of the reduction catalyst in the bent portion.
前記衝突板は、前記インジェクタから噴射される扇状の平面に沿って延在するように配置され、前記複数の衝突面は、前記還元剤の噴射方向に沿って配列されることを特徴とする請求項1又は2に記載の内燃機関の排気浄化装置。   The collision plate is disposed so as to extend along a fan-shaped plane injected from the injector, and the plurality of collision surfaces are arranged along the injection direction of the reducing agent. Item 3. An exhaust emission control device for an internal combustion engine according to Item 1 or 2. 前記衝突板の前記複数の衝突面の角度は、前記還元触媒の入口面に流入する排気ガスの流量分布に応じて設定されることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の内燃機関の排気浄化装置。   4. The angle of the plurality of collision surfaces of the collision plate is set according to a flow rate distribution of exhaust gas flowing into an inlet surface of the reduction catalyst. 5. Exhaust gas purification device for internal combustion engine.
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