(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気通路に設けられたＮＯｘ選択還元触媒と、該ＮＯｘ選択還元触媒の上流側排気通路に還元剤溶液を供給する還元剤供給装置とを備え、還元剤を加水分解してＮＨ３を生成させ、ＮＯｘ選択還元触媒の触媒作用の元で排気中のＮＯｘをＮＨ３と反応させて無害化する内燃機関の排ガス浄化装置において、
前記還元剤供給装置を構成し、排気下流側に向けて斜めに配置されて還元剤溶液を排気通路に対して斜め方向に噴霧する還元剤噴霧ノズルと、
排気通路を挟んで前記還元剤噴霧ノズルとは反対側であって排気上流側に向けて斜めに配置されて水蒸気を排気通路に対して斜め方向に噴霧すると共に、ノズル開口が前記還元剤噴霧ノズルのノズル開口に対面するように配置された水蒸気噴霧ノズルとを備え、
前記還元剤噴霧ノズルが前記水蒸気噴霧ノズルに対して排気流れ方向上流側に配置され、前記還元剤噴霧ノズル及び水蒸気噴霧ノズルのノズル開口の噴霧方向が互いに対面するように配置され、
さらに、前記還元剤噴霧ノズルのノズル開口は、前記排気通路の内部に突出されることなく配置されるとともに、前記水蒸気噴霧ノズルのノズル開口は、前記排気通路の内部に突出して配置され、前記還元剤噴霧ノズルから噴射される還元剤溶液の量は、前記水蒸気噴霧ノズルから噴射される水の量より多くなるように構成されていることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】
前記還元剤噴霧ノズルのノズル開口の軸線と前記水蒸気噴霧ノズルの開口の軸線とが同一線上に位置す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。
【請求項３】
吸気通路又は排気通路の凝縮水貯留部に溜まった凝縮水を取入れ貯留する凝縮水貯留タンクと、
前記凝縮水貯留タンクと前記水蒸気噴霧ノズルとに接続された水蒸気供給路と、
前記凝縮水貯留タンクに貯留された凝縮水又は前記水蒸気供給路を流れる凝縮水を加熱して水蒸気にする加熱装置と、
該水蒸気供給路に介設され、水蒸気を排気通路に向けて圧送するポンプとを備え、
前記水蒸気を前記ＮＯＸ選択還元触媒の上流側排気通路に供給し、該水蒸気の保有熱で排気をアンモニア生成温度に加熱するようにした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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の排気通路に設けられ、排気中に存在するＮＯＸを浄化する内燃機関の排気浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ディーゼルエンジンの排気ガス浄化方法として、尿素水溶液を用いたＳＣＲ（Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ  Ｃａｔａｌｙｔｉｃ  Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ）システムが実用化されている。ＳＣＲシステムは、排気に還元剤として尿素水溶液を噴射し、尿素水溶液中の尿素を排気の保有熱でアンモニアに分解する。尿素水溶液噴射部の下流側にＳＣＲ触媒が配設され、排気中のＮＯＸをＳＣＲ触媒に吸着し、アンモニアと反応させ、窒素と水に分解することで、ＮＯｘの排出濃度を低減している。
【０００３】
この反応過程は、次の３段階からなる。各ステップの反応に必要な温度は、排気の保有熱を利用する。
第１ステップ：ＣＯ（ＮＨ２）２ａｑ（尿素水溶液）→ＣＯ（ＮＨ２）２（固体尿素）
＜水の蒸発による固体尿素の生成；反応必要温度１００℃以上＞
第２ステップ：ＣＯ（ＮＨ２）２（固体尿素）→ＨＮＣＯ（イソシアン酸）＋ＮＨ３
＜固体尿素の熱分解；反応必要温度１３０〜２００℃＞
第３ステップ：ＨＮＣＯ＋Ｈ２Ｏ→ＮＨ３＋ＣＯ２
＜イソシアン酸の加水分解；反応必要温度２００℃以上＞
【０００４】
ディーゼルエンジン搭載車には、排気中の粒子状物質を除去するＤＰＦフィルタ装置（Ｄｉｅｓｅｌ  Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ  Ｆｉｌｔｅｒ）が設けられる。ＳＣＲ浄化装置は、車両の排気通路に設ける場合、触媒の耐熱性や配置スペースの観点から、一般的に、ＤＰＦ装置の下流側で、車両の床下に設けられている。そのため、触媒に到達する排気温度は低温となる。一方、前記反応を行うためには、一定温度以上のアンモニア生成温度（好ましくは２００℃以上）や触媒活性温度（例えば１５０℃以上）が必要であり、これらの温度は排気の保有熱を利用している。従って、始動時や低速・低負荷走行時等のように、アンモニア生成温度以下の排気温度下では、噴射した尿素水溶液の分解反応が進み難く、尿素水溶液のまま触媒の下流側に排出されてしまう。
【０００５】
排気温度を上昇させるために、ポスト噴射のような早期昇温運転を行うことも知られているが、燃費と排気性状の悪化要因となる。前述のように、ＳＣＲ触媒の配置位置はエンジンから遠く、排気温度は大きく低下するため、ＳＣＲ触媒上流側の排気温度を上昇させることは容易ではない。
【０００６】
一方、排気温度が低いときでも、排気中に噴射された尿素の周囲に十分な水量を供給すれば、アンモニア生成反応を継続できることが知られている。特許文献１では、排気温度やＳＣＲ触媒の温度が低いとき、尿素水溶液から適切にアンモニアを生成することが困難である理由が、尿素水溶液が排気通路に噴射されたとき、尿素水溶液は排気通路に微細な液滴となって飛散するので、尿素の周りに反応に十分な量の水が存在できなくなることがその一因であることを見い出し、そのため、ＳＣＲ触媒の上流側排気通路に補給用の水を噴射することで、尿素の周りに十分な水量を確保し、アンモニア生成環境を整え、アンモニア生成反応を生起させるようにしている。
【０００７】
以下、特許文献１に開示された構成を図３により簡単に説明する。図３において、内燃機関（図示省略）の排気通路１０２に、ＳＣＲ触媒１０６を内蔵した触媒コンバータ１０４が設けられている。触媒コンバータ１０４の上流側排気通路１０２に、尿素水添加弁１０８が設けられ、尿素水添加弁１０８から下流側のＳＣＲ触媒１０６に向かって尿素水溶液が噴射される。尿素水添加弁１０８には、これに尿素水溶液を供給するために、尿素水供給路１１０を介して、尿素水溶液を貯留する尿素水タンク１１２が接続されている。そして、尿素水タンク１１２から尿素水溶液を尿素水添加弁１０８に向けて圧送する尿素水ポンプ１１４が設けられている。尿素水溶液の濃度は、寒冷地での凍結を抑制するため、最も凝固点の低い３２．５重量％に調整されている。
【０００８】
一方、尿素水溶液からのアンモニアの生成を助長すべく、補助的に尿素水溶液噴射域に水を供給する水供給装置１２０が設けられている。水供給装置１２０は、尿素水添加弁１０８と排気通路１０２のほぼ同一領域に水を噴射する水添加弁１２２と、水供給路１２４を介して水添加弁１２２に接続された水タンク１２６と、水タンク１２６に貯留される水を水添加弁１２２に圧送する水ポンプ１２８とを備えている。水添加弁１２２から排気通路１０２に噴射された水が排気通路１０２及びＳＣＲ触媒１０６上で尿素水溶液と混合するように、尿素水添加弁１０８及び水添加弁１２２の噴孔が排気ｅの流れ方向に向けられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２０１０−１５９６９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
前記反応過程では、まず、尿素水溶液が排気の保有熱で１００℃以上に加熱され、水が蒸発して固体尿素となり、次に、固体尿素が分解してイソシアン酸になった後で、イソシアン酸が加水分解してアンモニアが生成する。そのためには、排気、尿素水溶液及び補給水の混合撹拌が、ＮＯＸ選択還元触媒の上流側で短時間のうちに促進される必要があり、かつイソシアン酸の周囲に十分な量の水が存在する必要がある。
【００１１】
しかし、特許文献１に開示された水供給装置では、尿素水添加弁１０８及び水添加弁１２２の噴孔の向きが、共に排気流れ方向下流側に向いているため、尿素水溶液及び水の噴射領域で排気流に乱流が発生せず、十分な混合撹拌が生じない。また、尿素水溶液及び補給水の添加により排気流が増速され、短時間でＮＯＸ選択還元触媒に到達するため、前記反応過程が行われる余裕がない。
【００１２】
本発明は、かかる従来技術の課題に鑑み、簡易かつ低コストな手段で、ＳＣＲ触媒の上流側排気領域に噴射される還元剤溶液及び補給水の混合撹拌を促進し、アンモニア生成温度以下でもアンモニアを生成可能にすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
かかる目的を達成するため、本発明の内燃機関の排ガス浄化装置は、排気通路に設けられたＮＯｘ選択還元触媒と、該ＮＯｘ選択還元触媒の上流側排気通路に還元剤溶液を供給する還元剤供給装置とを備え、還元剤を加水分解してＮＨ３を生成させ、ＮＯｘ選択還元触媒の触媒作用の元で排気中のＮＯｘをＮＨ３と反応させて無害化する内燃機関の排ガス浄化装置において、前記還元剤供給装置を構成し、排気下流側に向けて斜めに配置されて還元剤溶液を排気通路に対して斜め方向に噴霧する還元剤噴霧ノズルと、排気通路を挟んで前記還元剤噴霧ノズルとは反対側であって排気上流側に向けて斜めに配置されて水蒸気を排気通路に対して斜め方向に噴霧すると共に、ノズル開口が前記還元剤噴霧ノズルのノズル開口に対面するように配置された水蒸気噴霧ノズルとを備え、前記還元剤噴霧ノズルが前記水蒸気噴霧ノズルに対して排気流れ方向上流側に配置され、前記還元剤噴霧ノズル及び水蒸気噴霧ノズルのノズル開口の噴霧方向が互いに対面するように配置され、
さらに、前記還元剤噴霧ノズルのノズル開口は、前記排気通路の内部に突出されることなく配置されるとともに、前記水蒸気噴霧ノズルのノズル開口は、前記排気通路の内部に突出して配置され、前記還元剤噴霧ノズルから噴射される還元剤溶液の量は、前記水蒸気噴霧ノズルから噴射される水の量より多くなるように構成されていることを特徴とする。
【００１４】
前記構成により、還元剤溶液と水蒸気とが排気流を挟んで両側からぶつかり合うので、還元剤溶液と水蒸気とによって排気流が乱され、排気、還元剤溶液及び水蒸気の三相流の混合撹拌が促進する。そのため、排気の保有熱によって生じた固体尿素の周囲に十分な水量を保持でき、排気がアンモニア生成温度以下であってもアンモニアを生成できる。また、水蒸気を水噴霧ノズルから噴霧するので、還元剤供給領域の排気温度をアンモニア生成温度に昇温できると共に、気体の水蒸気を噴霧することで、撹拌が容易になる。このように、三相流の混合撹拌効果と水蒸気の昇温効果との相乗効果で、アンモニアの生成が容易になる。
【００１５】
なお、還元剤噴霧ノズルと水蒸気噴霧ノズルとを、排気通路の壁面に設け、排気通路に突出しないようにすれば、両ノズルが排気流の流れを妨害しないので、排気流の圧力損失を抑制できる。
【００１６】
また、本発明は、還元剤噴霧ノズルが水噴霧ノズルに対して排気流れ方向上流側に配置され、還元剤噴霧ノズル及び水蒸気噴霧ノズルのノズル開口の噴霧方向が互いに対面する方向に配置されている。水蒸気噴霧ノズルを排気流の上流側に向けることで、水蒸気の撹拌効果を向上できる。還元剤噴霧ノズルから噴霧される還元剤溶液の量は、水噴霧ノズルから噴霧される水の量より多い。そのため、還元剤噴霧ノズルのノズル開口を排気流上流側に向けると、排気の流れを妨害し、排気流の圧力損失が増加し、内燃機関の性能低下につながる。
【００１７】
従って、還元剤噴霧ノズルを水蒸気噴霧ノズルより上流側に配置し、還元剤噴霧ノズルのノズル開口を排気流の下流側に向けることで、排気流の圧力損失を抑制し、内燃機関の性能低下をなくすことができる。なお、還元剤溶液及び水蒸気を排気流に対して斜めに噴霧するようにすれば、排気通路の横断面方向の還元剤溶液及び水蒸気の噴霧領域を広げることができる。これによって、三相流の混合撹拌をさらに促進できる。
【００１８】
さらに、還元剤噴霧ノズル及び水蒸気噴霧ノズルのノズル開口の軸線が同一線上にあるようにするとよい。これによって、還元剤溶液と水蒸気とが排気流の両側から排気流を挟んで正面から衝突するので、三相流の混合撹拌がさらに促進される。
【００１９】
本発明において、吸気通路又は排気通路の凝縮水貯留部に溜まった凝縮水を取入れ貯留する凝縮水貯留タンクと、凝縮水貯留タンクと水蒸気噴霧ノズルとに接続された水蒸気供給路と、凝縮水貯留タンクに貯留された凝縮水又は水蒸気供給路を流れる凝縮水を加熱して水蒸気にする加熱装置と、水蒸気供給路に介設され、水蒸気を排気通路に向けて圧送するポンプとを備え、水蒸気をＮＯＸ選択還元触媒の上流側排気通路に供給し、該水蒸気の保有熱で排気をアンモニア生成温度に加熱するようにするとよい。
【００２０】
これによって、吸気通路又は排気通路に溜まった凝縮水をアンモニア生成のための補給水として利用できる。そのため、水貯留タンクなど、補給水を外部から供給するための設備が不要となる。また、ポンプにより水蒸気を水蒸気噴霧ノズルに圧送するようにしているので、水蒸気噴霧ノズルから水蒸気を高圧で噴霧でき、水蒸気の撹拌効果を向上できる。さらに、水蒸気を排気通路に供給することで、還元剤供給領域付近の排気温度をアンモニア生成温度以上にすることができる。そのため、水蒸気による排気の加熱効果と三相流の混合撹拌効果との相乗効果により、アンモニアの生成とＮＯＸ選択還元触媒によるＮＯＸの還元反応とを確実に生起させることができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、還元剤噴霧ノズル及び水蒸気噴霧ノズルの両ノズル開口が互いに対面するように配置されているので、排気、還元剤溶液及び水蒸気の三相流の混合撹拌を促進できる。そのため、排気の保有熱によって生じた固体尿素の周囲に十分な水量を確保でき、排気温度がアンモニア生成温度以下であっても、アンモニアの生成とＮＯＸの無害化とを可能にする。また、水蒸気注入による撹拌効果及び昇温効果によって、アンモニアの生成が容易になる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明装置の一実施形態を示す全体構成図である。
【図２】前記実施形態の尿素水溶液噴霧領域の排気通路を示す断面図である。
【図３】従来の排気浄化装置の尿素水溶液噴霧領域の排気通路を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明を図に示した実施形態を用いて詳細に説明する。但し、この実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではない。
【００２４】
本発明装置を車載用ディーゼルエンジン１０に適用した一実施形態を図１及び図２に基づいて説明する。図１において、車載用ディーゼルエンジン１０のシリンダブロック１２の上部にシリンダヘッド１４が設けられ、シリンダヘッド１４に吸気管１６及び排気管１８が接続されている。排気管１８は、過給機２０の排気タービン２０ａに接続されている。排気タービン２０ａより下流側の排気管１８には、酸素濃度センサー２２が設けられている。酸素濃度センサー２２の下流側には、酸化触媒２４が設けられ、酸化触媒２４の下流側にＤＰＦ装置２６が設けられている。
【００２５】
排気タービン２０ａからＤＰＦフィルタ装置２６が設けられた排気管１８の領域は上下方向に配置され、垂直部１８ａの下流側では、曲折部１８ｃを経てほぼ水平方向に配置されている。曲折部１８ｃ付近の水平部１８ｂに、凝縮水が溜まりやすく、曲折部１８ｃ付近の水平部１８ｂの底面に凝縮水取出管４２の開口４２ａが開口している。開口４２ａ付近の凝縮水取出管４２に逆止弁４４が設けられ、曲折部１８ｃから凝縮水取出管４２に取り出した凝縮水ｃが、排気管１８側へ逆流するのを防止している。
【００２６】
水平部１８ｂには、排気流れ方向上流側から順に、排気温度を検出する温度センサー２８、排気中のＮＯＸ濃度を検出するＮＯＸセンサー３０、尿素水溶液を排気管１８に供給する尿素水供給装置３２、及び触媒コンバータ３４が設けられている。触媒コンバータ３４には、ＳＣＲ触媒３６が内蔵されている。尿素水供給装置３２から排気中に尿素水溶液が噴霧され、噴霧された尿素水溶液中の尿素は、排気がアンモニア生成温度以上である場合、排気温度によってアンモニアに分解する。ここで生成したアンモニアは、下流側のＳＣＲ触媒３６に吸着されたＮＯＸと反応し、窒素と水を生成する。
【００２７】
触媒コンバータ５０の下流側排気管１８には、触媒コンバータ通過後の排気中のＮＯＸ濃度を検出するＮＯＸセンサー３８が設けられ、ＮＯＸセンサー３８の下流側に、排気圧力を制御する圧力制御弁４０が設けられている。圧力制御弁４０は、その開閉度を調整することで排気圧力を高め、排気中に含まれる水蒸気の凝縮を促進する機能をもつ。
【００２８】
逆止弁４４の下流側凝縮水取出管４２に、凝縮水貯留タンク４６が設けられている。凝縮水貯留タンク４６の内周面には、凝縮水貯留タンク４６に貯留された凝縮水を加熱する電熱ヒータ４８と、加熱された凝縮水の温度を検出する温度センサー４９とが設けられている。また、凝縮水貯留タンク４６には、水蒸気供給管５０が接続され、水蒸気供給管５０の他端は、触媒コンバータ３４の上流側であって、尿素水供給装置３２の直ぐ下流側の排気管１８に接続されている。水蒸気供給管５０には、凝縮水貯留タンク４６内の凝縮水を排気管１８に圧送するポンプ５２が設けられ、ポンプ５２の下流側に流量調整弁５４が設けられている。
【００２９】
前記各センサーの検出値は制御装置５６に入力される。制御装置５６は、これらの検出値に基づいて、電熱ヒータ４８の電源装置４８ａを制御し、電熱ヒータ７０の加熱量を調整したり、ポンプ５２の吐出量を制御したり、あるいは流量調整弁５４又は圧力制御弁４０の開度を調整する。
【００３０】
かかる構成において、車載用ディーゼルエンジン１０の運転によって、シリンダヘッド１４から排気ｅが排出され、排気管１８に排気された排気ｅは、過給機２０の排気タービン２０ａによって排気管１８の下流側に送られる。排気中のＮＯは酸化触媒２４でＮＯ２に転換され、ＤＰＦフィルタ装置２６に捕獲された粒子状物質は、ＮＯ２の酸化作用で燃焼除去される。ＤＰＦフィルタ装置２６の下流側に設けられた触媒コンバータ３４では、アンモニアによってＳＣＲ触媒３６に吸着されたＮＯＸが還元され、無害化される。
【００３１】
車載用ディーゼルエンジン１０の停止中、排気管１８の垂直部１８ａから流下して曲折部１８ｃに貯留した凝縮水ｃは、曲折部１８ｃの下面に開口した開口４２ａから凝縮水取出管４２に取り出される。凝縮水取出管４２は、上下方向に配置されているので、凝縮水ｃは、重力の作用で凝縮水取出管４２を落下し、凝縮水貯留タンク４６に流入する。車載用ディーゼルエンジン１０の始動時又は低速・低負荷走行時等に、触媒コンバータ３４の上流側排気がアンモニア生成温度に達しない場合がある。
【００３２】
そこで、温度センサー２８で排気温度を検出し、この検出値がアンモニア生成温度に達していない時、制御装置５６によって、電熱ヒータ４８をオンにし、凝縮水貯留タンク４６に貯留された凝縮水ｃを加熱し水蒸気にする。次に、制御装置５６によって流量調整弁５４を開動作させると共に、ポンプ５２を稼働させ、水蒸気を水蒸気供給管５０から触媒コンバータ３４の上流側排気管１８に供給する。
【００３３】
図２により、尿素水供給装置３２付近の排気管１８の構成を説明する。尿素水供給装置３２は、排気管１８に設けられた尿素水噴霧ノズル５８を備えている。尿素水噴霧ノズル５８によって排気中に尿素水溶液が噴霧される。尿素水溶液供給部のやや下流側に水蒸気噴霧ノズル６０が設けられ、水蒸気噴霧ノズル６０に水蒸気供給管５０が接続されている。水蒸気噴霧ノズル６０から水蒸気ｓが排気中に噴霧される。尿素水噴霧ノズル５８は、水平部１８ｂの上壁に装着され、排気下流側に向けて斜めに配置されている。一方、水蒸気噴霧ノズル６０は、水平部１８ｂの底壁に装着され、排気上流側に向けて斜めに配置されている。
【００３４】
即ち、尿素水噴霧ノズル５８と水蒸気噴霧ノズル６０とは、水平部１８ｂの上壁と底壁とに排気通路を挟んで、互いに対面している。また、両ノズルのノズル開口の軸線ｘが一致するように、両ノズル開口の位置及び方向が設定されている。そのため、排気中に噴霧された尿素水溶液と水蒸気とは、互いに両側から排気流を巻き込みながら正面衝突する。従って、排気、尿素水溶液及び水蒸気の三相流の混合撹拌が促進される。これによって、尿素水噴霧ノズル４６付近及びその下流側の排気は、急速昇温し、アンモニア生成温度に達する。
【００３５】
制御装置５６には、温度センサー２８及び温度センサー４９の検出値が入力される。制御装置５６は、温度センサー２８の検出値が２００℃以上の設定値となるように、凝縮水貯留タンク４６内の凝縮水の加熱量又は流量調整弁５４の開度を調整し、水蒸気噴霧ノズル６０から噴霧される水蒸気ｓの温度及び流量を調整する。これによって、尿素水溶液供給部付近の排気温度が設定値に維持されるので、尿素からアンモニアが確実に生成される。そのため、触媒コンバータ５０でのＮＯＸの還元反応を促進して、ＮＯＸを無害化できる。
【００３６】
本実施形態によれば、排気に含まれる凝縮水を取り出し、この凝縮水を排気通路に供給するようにしているので、外部から水を供給する必要がなく、外部水の供給設備を不要にできる。また、この凝縮水を加熱し水蒸気として、尿素水溶液供給部付近の排気管１８に供給しているので、該領域の排気をアンモニア生成温度に昇温できる。そのため、排気温度がアンモニア生成温度に達していない時でも、排気温度を上昇させてアンモニアを生成できる。これによって、車載用ディーゼルエンジン１０に運転中、アンモニアの生成を常に確実に行うことができる。さらに、ポスト噴射のような早期昇温運転に頼ることなく、排気温度を上昇できるので、燃費や排気性状が悪化しない。
【００３７】
また、温度センサー２８及び４９の検出値から、制御装置５６によって、電熱ヒータ４８の加熱量及び流量調整弁５４の開度を調整し、排気管１８に噴霧される水蒸気ｓの温度及び流量を調整しているので、尿素水溶液供給部付近の排気温度が２００℃以上の設定値となるように制御しているので、凝縮水を過不足なく加熱でき、省エネを達成できる。また、凝縮水貯留タンク４６の上流側で、凝縮水取出管４２に逆止弁４４を設けているので、水蒸気が水平部１８ｂに逆流するおそれがなくなる。
【００３８】
また、水蒸気をポンプ５２で水蒸気噴霧ノズル６０に圧送しているので、水蒸気噴霧ノズル６０から高圧で水蒸気を噴霧でき、排気ｅ及び尿素水溶液との混合撹拌を促進できる。また、尿素水噴霧ノズル５８のノズル開口と水蒸気噴霧ノズル６０のノズル開口とは、排気流を挟んで互いに対面するように配置され、かつ両ノズル開口の軸線ｘが一致しているので、尿素水溶液と水蒸気とは排気流を挟んで正面衝突する。これによって、排気、尿素水溶液及び水蒸気の三相流の混合撹拌が促進される。
【００３９】
また、尿素水噴霧ノズル５８及び凝縮水噴霧ノズル６０が排気通路の壁面に配置されて排気通路に突出しておらず、かつ噴霧量が多い尿素水溶液を排気流の下流側に向かって噴霧しているので、排気の流れを大きく乱さなくて済む。これによって、排気流の圧力損失を抑制できる。また、尿素水溶液及び水蒸気を排気流に対して斜め方向に噴霧しているので、排気管１８の横断面方向の噴霧領域を広げることができる。また、水蒸気噴霧ノズル６０から水蒸気を排気流の上流側に向けて噴霧しているので、水蒸気の撹拌効果を向上できる。
【００４０】
このように、水蒸気による排気の昇温効果と三相流の混合撹拌効果との相乗効果により、尿素水溶液噴霧域及びその下流側の排気を急速に２００℃以上に昇温できる。従って、アンモニアの生成とＳＣＲ触媒３６によるＮＯＸの還元反応とを確実に生起させることができる。
【００４１】
さらに、触媒コンバータ３４の下流側排気管１８に圧力制御弁４０を設けているので、曲折部１８ｃに溜まった凝縮水が少量のとき、圧力制御弁４０の開度を調整して排気圧力を高めることで、排気中水蒸気の凝縮を促進し、凝縮水を増加できる。これによって、排気管１８に送る凝縮水量を確保できる。
【００４２】
なお、本実施形態において、凝縮水貯留タンク４６に電熱ヒータ４８を設ける代わりに、水蒸気供給管５０に電熱ヒータ４８、あるいは他の加熱装置を設け、水蒸気供給管５０を流れる凝縮水を加熱して水蒸気にするようにしてもよい。なお、尿素水溶液噴霧域及びその下流側の排気温度が十分高いときは、必ずしも水蒸気を噴霧する必要がなく、凝縮水のまま噴霧しても、アンモニアの生成が可能である。
【００４３】
また、本発明では、排気通路で生じた凝縮水でなく、吸気通路で生じた凝縮水を利用しするか、あるいは外部から補給水を供給するようにしてもよい。また、尿素水噴霧ノズルと水噴霧ノズルとを排気通路の横断面上に設けると共に、該横断面上の相対面する排気通路壁に設け、尿素水溶液及び水蒸気を排気通路の軸方向に対し直角方向に向けて噴霧するようにしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
本発明によれば、ＳＣＲ浄化装置を備えた内燃機関において、ＳＣＲ触媒上流側の排気温度が低いときでも、排気、還元剤溶液及び水蒸気の混合撹拌効果を高めることで、アンモニアの生成を可能にし、ＮＯＸ浄化を可能にする。
【符号の説明】
【００４５】
１０                        車載用ディーゼルエンジン
１２                        シリンダブロック
１４                        シリンダヘッド
１６                        吸気管
１８                        排気管
２０                        過給機
２０ａ                    排気タービン
２２                        酸素濃度センサー
２４                        酸化触媒
２６                        ＤＰＦフィルタ装置
２８、４９                  温度センサー
３０，３８                  ＮＯＸセンサー
３２                        尿素水供給装置
３４                        触媒コンバータ
３６                        ＳＣＲ触媒
４０                        圧力制御弁
４２                        凝縮水取出管
４２ａ                    開口
４４                        逆止弁
４６                        凝縮水貯留タンク
４８                        電熱ヒータ
４８ａ                    電源装置
５０                        水蒸気供給管
５２                        ポンプ
５４                        流量調整弁
５６                        制御装置
５８                        尿素水噴霧ノズル
６０                        水蒸気噴霧ノズル
ｃ                          凝縮水
ｅ                          排気
ｓ                          水蒸気
【図１】
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【図２】
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【図３】
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