WO2006046368A1

WO2006046368A1 - 液体還元剤噴射ノズル構造

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Publication number: WO2006046368A1
Application number: PCT/JP2005/017286
Authority: WO
Inventors: Hirokazu Satou
Original assignee: UD Trucks Corp
Current assignee: UD Trucks Corp
Priority date: 2004-10-29
Filing date: 2005-09-20
Publication date: 2006-05-04
Anticipated expiration: 2007-04-29
Also published as: EP2312135A1; EP2312135B1; EP1816324A4; ES2384917T3; EP2312134A1; CN101048580B; ES2387873T3; JP3715985B1; EP2312134B1; CN101048580A; EP1816324A1; JP2006125324A; US20070193255A1; EP1816324B1; ES2384717T3; US7895828B2; ATE556760T1

Abstract

　本発明は、液体還元剤を排気流通路内に噴射供給して排気中のＮＯｘを還元浄化する排気浄化システムにおける液体還元剤噴射ノズル構造に関し、排気通路（９）壁面から通路内に突設する液体還元剤噴射ノズル（１２，２０，３０，４０）のノズル先端部（１２ａ，２０ａ，３０ａ，４０ａ）を排気流れ方向に対して斜めに折曲形成する構成、或いは、ノズル先端部の噴孔（２１，３１，４１）の向きをノズル先端部中心軸線と直角な径方向に対して排気流れ方向側に傾斜させて形成する構成、或いは、ノズル先端部の周方向に偏在させて形成する構成とする。

Description

明細書

液体還元剤噴射ノズル構造

技術分野

[0001] 本発明は、液体還元剤を用いて排気中の NOxを低減する排気浄ィ匕システムで使用する液体還元剤噴射ノズルに関し、特に、排気流通路内に噴射した液体還元剤における還元剤成分の排気通路壁面への堆積を低減できるようにした液体還元剤噴射ノズル構造に関する。背景技術

[0002] エンジンの排気に含まれる NOxを除去する排気浄化システムとして、エンジン排気系に配設された還元触媒の上流に、液体還元剤を噴射供給することで、排気中の N Oxと還元剤とを触媒反応させて、 NOxを無害成分に浄化処理する排気浄化装置が提案されている (例えば、特許文献 1参照)。

このような排気浄ィ匕装置では、図 13に示すように、液体還元剤噴射ノズル 100を、排気流通路 102の壁面力も排気通路内の通路中心より手前に突出させ、折り曲げたノズル先端部 100aが排気の流れ方向に向くよう排気流通路壁に固定する。そして、ノズル先端部 100aの周囲に、図 14のようにノズル先端部 100aの中心軸線に対して直角な径方向に向けて形成した多数の噴孔 101から、液体還元剤として例えば尿素水溶液を排気通路壁面方向に向けて噴射供給することにより、噴射された液体還元剤が排気の流れによって排気中に拡散、混合され、還元触媒による NOx浄化率を向上させている。

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] ところで、液体還元剤噴射ノズルを排気通路内へ突出させる場合、排気中に液体還元剤が略均一に分布するよう、ノズル先端部を排気通路の略中心に配置するのが望ましいが、片持ち支持構造であるために、特に、大型車の場合、車体振動等により噴射ノズルが破損したり、熱容量が大きくなつて排気熱で液体還元剤の還元剤成分が噴射ノズル内壁に堆積してノズルが詰まったりする虞れがある。このために、現状では、排気通路の壁面力通路中心までの距離の略 1Z3の位置にノズル先端部を突出配置している。また、従来の液体還元剤噴射ノズルは、図 13に示すように、ノズル先端部 100aを略直角に折り曲げ、また、図 14に示すように噴孔 101の向きがノズル先端部 100aの径方向、即ち、通路壁面方向に向いている。更には、通路中心に比べて通路壁付近の排気流速が遅いため、液体還元剤の拡散、混合が不十分で、ノズル取付け壁面側に液体還元剤の還元剤成分が付着し易かった。このため、例えば、尿素水溶液の場合、排気通路の壁面に付着した尿素水溶液から排気熱により水分が蒸発し、図 13に示すようにノズル取付け部付近の排気通路壁面に尿素が析出し堆積する。

[0004] 本発明は上記問題点に着目してなされたもので、液体還元剤における還元剤成分の排気流通路壁面への堆積を低減できる液体還元剤噴射ノズル構造を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

[0005] このため、第 1発明では、窒素酸化物を液体還元剤で還元浄化する還元触媒を介装した排気流通路の前記還元触媒より上流の排気流通路壁面に取付けられ、当該壁面力通路中心に向けて当該通路中心より手前に突出し排気の流れ方向に向けて折曲したノズル先端部の周囲に形成した多数の噴孔力前記液体還元剤を噴射供給する液体還元剤噴射ノズルにおいて、前記ノズル先端部を、通路中心方向に向カゝうよう排気流れ方向に対して斜めに折曲形成したことを特徴とする液体還元剤噴射ノズル構造とした。

[0006] 第 1発明において、前記ノズル先端部の前記噴孔の向きを、ノズル先端部の中心軸線と直角な径方向に対して排気流れ方向側に傾斜させて形成するとよい。

また、第 1発明において、前記ノズル先端部の前記噴孔を、ノズル取付け側壁面のノズル取付け部を略中心とした所定範囲を除いて液体還元剤を噴射するよう偏在させて形成するとよい。

[0007] 第 2発明では、窒素酸化物を液体還元剤で還元浄化する還元触媒を介装した排気流通路の前記還元触媒より上流の排気流通路壁面に取付けられ、当該壁面から通路中心に向けて当該通路中心より手前に突出し排気の流れ方向に向けて折曲したノズル先端部の周囲に形成した多数の噴孔力前記液体還元剤を噴射供給する液体還元剤噴射ノズルにおいて、前記ノズル先端部の前記噴孔の向きを、ノズル先端部の中心軸線と直角な径方向に対して排気流れ方向側に傾斜させて形成したことを特徴とする液体還元剤噴射ノズル構造とした。

[0008] 第 2発明にお、て、前記ノズル先端部の前記噴孔を、ノズル取付け側壁面のノズル取付け部を略中心とした所定範囲を除いて液体還元剤を噴射するよう偏在させて形成するとよい。

第 3発明では、窒素酸化物を液体還元剤で還元浄化する還元触媒を介装した排気流通路の前記還元触媒より上流の排気流通路壁面に取付けられ、当該壁面から通路中心に向けて当該通路中心より手前に突出し排気の流れ方向に向けて折曲したノズル先端部の周囲に形成した多数の噴孔力前記液体還元剤を噴射供給する液体還元剤噴射ノズルにおいて、前記ノズル先端部の前記噴孔を、ノズル取付け側壁面のノズル取付け部を略中心とした所定範囲を除いて液体還元剤を噴射するよう偏在させて形成したことを特徴とする液体還元剤噴射ノズル構造とした。

[0009] また、第 1〜3発明にお、て、ノズル先端部の噴孔を、ノズル取付け側壁面のノズル取付け部を略中心とした所定範囲を除いて液体還元剤を噴射するよう偏在させて形成する場合に、前記噴孔を、ノズル先端部の軸方向に複数列形成し、且つ、互いに隣接する列の噴孔位置を周方向にずらすようにするとよい。

また、第 1〜3発明の液体還元剤噴射ノズル構造を、内部の排気流通路に折返部を有し、前記折返部より上流側の排気流通路に液体還元剤噴射ノズルを配置し、前記折返部より下流側の排気流通路に前記還元触媒を配置する構成の排気浄化機能付き消音装置の液体還元剤噴射ノズルに適用したことを特徴とする。

発明の効果

[0010] 本発明によれば、液体還元剤噴射ノズル取付け部付近の排気流通路壁面に付着する液体還元剤の量を従来と比較して格段に低減できるので、液体還元剤における還元剤成分のノズル取付け部付近の排気流通路壁面への堆積を抑制できる。

また、ノズル先端部の噴孔を、排気流れ方向側に傾斜させて形成したり、ノズル先端部周囲に偏在させて形成したり、ノズル先端部の軸方向に複数列形成し、且つ、互いに隣接する列の噴孔位置を周方向にずらして形成したりすることにより、液体還元剤噴射ノズル取付け部付近の排気流通路壁面に付着する液体還元剤の量を更に低減でき、液体還元剤における還元剤成分のノズル取付け部付近の排気流通路壁面への堆積をより一層抑制できる。

図面の簡単な説明

[0011] [図 1]図 1は、本発明に係る液体還元剤噴射ノズルを適用する排気浄化機能付き消音装置の内部構造を示す図である。

[図 2]図 2は、図 1の矢印 A方向から見た場合の、排気流入部、排気排出部、噴射ノズル、上流側排気流通路及び下流側排気流通路の位置関係を示す図である。

[図 3]図 3は、第 1発明に係る液体還元剤噴射ノズルの一実施形態を示す通路取付け状態図である。

[図 4]図 4は、第 2発明に係る液体還元剤噴射ノズルの一実施形態を示すノズル先端部の拡大断面図である。

[図 5]図 5は、図 4に示す実施形態の通路取付け状態図である。

[図 6]図 6は、第 3発明に係る液体還元剤噴射ノズルの第 1実施形態を示すノズル先端部の図である。

[図 7]図 7は、図 6の X— X矢視断面図である。

[図 8]図 8は、図 6に示す実施形態の付着抑制領域の説明図である。

[図 9]図 9は、第 3発明に係る液体還元剤噴射ノズルの第 2実施形態を示すノズル先端部の図である。

[図 10]図 10は、図 9の Y— Y矢視断面図である。

[図 11]図 11は、図 9の Z— Z矢視断面図である。

[図 12]図 12は、図 9に示す実施形態の付着抑制領域の説明図である。

[図 13]図 13は、従来の液体還元剤噴射ノズルの通路取付け状態図である。

[図 14]図 14は、従来の液体還元剤噴射ノズルのノズル先端部の断面図である。符号の説明

[0012] 1 消音装置 12, 20, 30, 40 液体還元剤噴射ノズル

12a, 20a, 30a, 40a ノズル先端部

21, 31, 41 噴孔

9 上流側排気流通路

発明を実施するための最良の形態

[0013] 以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

図 1は、第 1発明の液体還元剤噴射ノズル構造の一実施形態を適用する排気浄ィ匕機能付き消音装置の内部構造を示す図である。

図 1において、排気浄化機能付き消音装置 1は、ケース 2の図中右側側面に、排気流入部 3と、該排気流入部 3の図中手前側に排気排出部 4 (図中、 2点鎖線で示す）が設けられている。また、ケース 2外周囲には、適所に車両に固定するための取付けフランジ部 5が設けられている。ケース 2の内部には、排気流入部 3に形成した多数の孔 6を介して排気流入部 3と連通する拡張室 7と、該拡張室 7と反対側の側面で排気流れを折返す折返部 8と、拡張室 7と折返部 8とを連通する上流側排気流通路 9と、折返部 8と排気排出部 4とを連通する下流側排気流通路 10と、が形成されている。

[0014] 上流側排気流通路 9には、排気中の NOを NOへと酸化させる酸化触媒 11と、該

2

酸ィ匕触媒 11の下流側に例えば尿素水溶液等の液体還元剤を噴射供給する図 3に示す構造の液体還元剤噴射ノズル 12と、をそれぞれ配設する。尚、本実施形態の液体還元剤噴射ノズル 12については後に詳述する。

また、下流側排気流通路 10には、 NOxを液体還元剤により還元浄ィ匕する NOx還元触媒 13と、該 NOx還元触媒 13の下流側に NOx還元触媒 13を通過した液体還元剤を酸化浄化する還元剤酸化触媒 14と、をそれぞれ配設する。

[0015] 更に、折返部 8の上流側排気流通路 9側に連通する部分には、折返部 8で排気流れに鉛直方向の渦を生成して液体還元剤を拡散するためのリング部材 15が配設してある。リング部材 15は、周方向に沿って略等間隔に複数の孔 15aを有し、これら孔 15aを介して、上流側排気流通路 9から折返部 8に流入する排気を、その排気の流れ方向と略平行な折返部壁面 8a方向に案内する構成である。

[0016] 図 2は、図 1の矢印 A方向から見た場合の、排気流入部 3、排気排出部 4、液体還元剤噴射ノズル 12、上流側排気流通路 9及び下流側排気流通路 10の位置関係を示すものである。

カゝかる排気浄化機能付き消音装置 1の排気浄ィ匕動作を簡単に説明する。図 1の矢印で示す如ぐ排気流入部 3から流入した排気は、孔 6を介して拡張室 7に流入し、上流側排気流通路 9、折返部 8、下流側排気流通路 10へと順次流れ、排気排出部 4から排出される。この際、上流側排気流通路 9において酸ィ匕触媒 11で排気中の NOを NOに酸化した後、液体還元剤噴射ノズル 12から液体還元剤を排気中

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に噴射供給する。液体還元剤を含んだ排気は、折返部 8においてリング部材 15の孔 15aから噴射し、このリング部材 15の作用により、液体還元剤が排気中に効果的に拡散、混合して下流側排気流通路 10の NOx還元触媒 13へ流入する。そして、 NO X還元触媒 13で排気中の NOxを液体還元剤で還元浄化し、還元剤酸化触媒 14で残存する液体還元剤を酸化浄化した後、排気排出部 4から排出する。

[0017] 次に、図 3に示す本実施形態の液体還元剤噴射ノズル 12について詳述する。

本実施形態の液体還元剤噴射ノズル 12は、図 3に示すように、従来と同様に、上流側排気流通路 9の壁面力通路中心部に向力つて突設され、ノズル先端部 12aが通路中心位置より手前側の位置で排気の流れ方向に向くよう通路 9壁面に固定される。更に、ノズル先端部 12aを、図示のように通路中心方向に向くように排気流れ方向に対して斜めに折曲してある。折曲角度 Θとしては、例えば約 Θ = 120° 程度とする。ノズル先端部 12aの周囲に形成する多数 (例えば 8個）の噴孔は、図 14に示す従来と同様に、ノズル先端部 12aの周方向に略等間隔に形成し、その向きをノズル先端部 12aの中心軸線に対して直角な半径方向に向けて形成してある。

[0018] カゝかる構造の液体還元剤噴射ノズル 12によれば、液体還元剤噴射ノズル 12を取付ける通路壁面側では、ノズル先端部 12aの噴孔カゝら噴射される液体還元剤の噴射方向が、従来に比べてノズル取付け部から離れる。従って、図 3に示すノズル取付け部付近の通路壁面領域 Uに付着する液体還元剤の量を大幅に低減できるので、例えば液体還元剤として尿素水溶液を用いた場合に、還元剤成分である尿素が通路壁面領域 Uに堆積するのを抑制できる。

[0019] 次に、第 2発明の液体還元剤噴射ノズルの一実施形態について説明する。図 4は、本実施形態の液体還元剤噴射ノズル 20の要部拡大図である。図 4において、本実施形態の液体還元剤噴射ノズル 20は、図 13に示す従来と同様に排気流れ方向に略直角に折曲したノズル先端部 20aの周囲に設ける噴孔 21の向きを、ノズル先端部 20aの中心軸線と直角な径方向（図 4の矢印 R方向）に対して排気流れ方向側に傾斜させて形成してある。傾斜角度は、例えば約 30° 程度とする

[0020] カゝかる構造の液体還元剤噴射ノズル 20においても、図 3のノズル構造と同様に、図 5に示すように、液体還元剤噴射ノズル 20を取付ける通路壁面側では、ノズル先端部 20aの噴孔 21から噴射される液体還元剤の噴射方向が、従来に比べてノズル取付け部力離れるので、図 5のノズル取付け部付近の通路壁面領域 Uに付着する液体還元剤の量を大幅に低減でき、通路壁面領域 Uにおける尿素等の堆積を抑制できる。

[0021] 次に、第 3発明の液体還元剤噴射ノズルの第 1実施形態について説明する。

本実施形態の液体還元剤噴射ノズル 30は、図 6に示すように従来と同様に排気流れ方向に略直角に折曲したノズル先端部 30aの周囲に設ける多数、例えば 8個の噴孔 31を、図 6の X— X矢視断面を示す図 7に示すように、ノズル取付け側壁面のノズル取付け部を略中心とした所定範囲 Vを除ヽて液体還元剤を噴射するよう、ノズル先端部 30aの周方向において偏在させて形成したものである。図 7の a〜hは、噴孔 31 の形成位置を示し、数字は各噴孔 31間の間隔 (角度)を示す。

[0022] かかる構造の液体還元剤噴射ノズル 30によれば、上流側排気流通路 9の断面方向から見たときに、ノズル取付け側壁面のノズル取付け部を略中心とした図 8の斜線で示す所定範囲 Vに付着する液体還元剤の量を大幅に低減でき、所定範囲 Vにおける尿素等の堆積を抑制できる。

次に、第 3発明の液体還元剤噴射ノズルの第 2実施形態について説明する。

[0023] 本実施形態の液体還元剤噴射ノズル 40は、図 6に示す実施形態と同様に排気流れ方向に略直角に折曲したノズル先端部 40aの周囲に設ける複数の噴孔 41を、図 9 に示すように、ノズル先端部 40aの軸方向に複数列、例えば 2列にし、且つ、図 10と図 11に示すように隣接する列の互、の噴孔位置を周方向にずらして形成する。尚、図 10は図 9の Y—Y矢視断面図であり、図 11は図 9の Ζ—Ζ矢視断面図である。また、図 10及び図 11の a〜hは、図 7と同様で各列における噴孔 41の形成位置を示し、数字は各噴孔 41間の間隔 (角度)を示す。

[0024] かかる構造の液体還元剤噴射ノズル 40によれば、上流側排気流通路 9の断面方向から見たときに、ノズル取付け側壁面のノズル取付け部を略中心とした図 12の斜線で示す範囲 Wで、壁面に付着する液体還元剤の量を大幅に低減でき、図 6に示す第 3発明の第 1実施形態の場合より更に広い範囲 Wにおいて尿素等の堆積を抑制できる。また、噴孔 41を、ノズル先端部 40aの軸方向に複数列形成することにより、各列において噴孔 41間の間隔を広くとれる。また、互いに隣接する列の噴孔位置を周方向にずらすことにより、ノズル先端部 40aの軸方向における列間の距離を短くでき、列と列との間隔を狭くできる。

[0025] 尚、図 3に示す第 1発明の液体還元剤噴射ノズル 12の構造に、図 4に示す第 2発明の噴孔の向きを斜めに形成する構造、図 6に示す第 3発明の第 1実施形態の噴孔位置を周方向に偏在させる構造、及び、図 9に示す第 3発明の第 2実施形態の噴孔を複数列形成する構造の少なくとも 1つの構造を組み合わせるようにすれば、より一層、液体還元剤中の尿素等の還元剤成分の壁面への堆積を抑制できる。

[0026] また、図 4に示す第 2発明の液体還元剤噴射ノズル 20に、第 3発明における第 1実施形態の噴孔位置を周方向に偏在させる構造及び第 2実施形態の噴孔を複数列形成する構造の少なくとも 1つの構造を組み合わせるようにしてもょ、。

また、上記各実施形態では、本発明を排気浄化機能付き消音装置に適用した例を示したが、排気浄化機能付き消音装置に限らず他の浄ィ匕装置にも適用できることは言うまでもない。

産業上の利用可能性

[0027] 本発明は、液体還元剤を排気通路内に噴射供給して NOx排出量を低減する排気浄化システムにお！/ヽて、排気流通路壁面に液体還元剤の還元剤成分が堆積することを抑制できるようになるので、産業上の利用可能性が大である。

Claims

請求の範囲

[1] 窒素酸化物を液体還元剤で還元浄化する還元触媒を介装した排気流通路の前記還元触媒より上流の排気流通路壁面に取付けられ、当該壁面力通路中心に向けて当該通路中心より手前に突出し排気の流れ方向に向けて折曲したノズル先端部の周囲に形成した多数の噴孔力前記液体還元剤を噴射供給する液体還元剤噴射ノズルにおいて、

前記ノズル先端部を、通路中心方向に向かうよう排気流れ方向に対して斜めに折曲形成したことを特徴とする液体還元剤噴射ノズル構造。

[2] 前記ノズル先端部の前記噴孔の向きを、ノズル先端部の中心軸線と直角な径方向に対して排気流れ方向側に傾斜させて形成した請求項 1に記載の液体還元剤噴射ノズル構造。

[3] 前記ノズル先端部の前記噴孔を、ノズル取付け側壁面のノズル取付け部を略中心とした所定範囲を除！ヽて液体還元剤を噴射するよう偏在させて形成した請求項 1に記載の液体還元剤噴射ノズル構造。

[4] 前記噴孔を、ノズル先端部の軸方向に複数列形成し、且つ、互いに隣接する列の噴孔位置を周方向にずらすようにした請求項 3に記載の液体還元剤噴射ノズル構造

[5] 内部の排気流通路に折返部を有し、前記折返部より上流側の排気流通路に液体還元剤噴射ノズルを配置し、前記折返部より下流側の排気流通路に前記還元触媒を配置する構成の排気浄化機能付き消音装置の前記液体還元剤噴射ノズルに適用した請求項 1に記載の液体還元剤噴射ノズル構造。

[6] 窒素酸化物を液体還元剤で還元浄化する還元触媒を介装した排気流通路の前記還元触媒より上流の排気流通路壁面に取付けられ、当該壁面力通路中心に向けて当該通路中心より手前に突出し排気の流れ方向に向けて折曲したノズル先端部の周囲に形成した多数の噴孔力前記液体還元剤を噴射供給する液体還元剤噴射ノズルにおいて、

前記ノズル先端部の前記噴孔の向きを、ノズル先端部の中心軸線と直角な径方向に対して排気流れ方向側に傾斜させて形成したことを特徴とする液体還元剤噴射ノズル構造。

[7] 前記ノズル先端部の前記噴孔を、ノズル取付け側壁面のノズル取付け部を略中心とした所定範囲を除いて液体還元剤を噴射するよう偏在させて形成した請求項 6に記載の液体還元剤噴射ノズル構造。

[8] 前記噴孔を、ノズル先端部の軸方向に複数列形成し、且つ、互いに隣接する列の噴孔位置を周方向にずらすようにした請求項 7に記載の液体還元剤噴射ノズル構造

[9] 内部の排気流通路に折返部を有し、前記折返部より上流側の排気流通路に液体還元剤噴射ノズルを配置し、前記折返部より下流側の排気流通路に前記還元触媒を配置する構成の排気浄化機能付き消音装置の前記液体還元剤噴射ノズルに適用した請求項 6に記載の液体還元剤噴射ノズル構造。

[10] 窒素酸化物を液体還元剤で還元浄化する還元触媒を介装した排気流通路の前記還元触媒より上流の排気流通路壁面に取付けられ、当該壁面力通路中心に向けて当該通路中心より手前に突出し排気の流れ方向に向けて折曲したノズル先端部の周囲に形成した多数の噴孔力前記液体還元剤を噴射供給する液体還元剤噴射ノズルにおいて、

前記ノズル先端部の前記噴孔を、ノズル取付け側壁面のノズル取付け部を略中心とした所定範囲を除いて液体還元剤を噴射するよう偏在させて形成したことを特徴とする液体還元剤噴射ノズル構造。

[11] 前記噴孔を、ノズル先端部の軸方向に複数列形成し、且つ、互いに隣接する列の噴孔位置を周方向にずらすようにした請求項 10に記載の液体還元剤噴射ノズル構造。

[12] 内部の排気流通路に折返部を有し、前記折返部より上流側の排気流通路に液体還元剤噴射ノズルを配置し、前記折返部より下流側の排気流通路に前記還元触媒を配置する構成の排気浄化機能付き消音装置の前記液体還元剤噴射ノズルに適用した請求項 11に記載の液体還元剤噴射ノズル構造。