(57)【要約】【課題】排気中に噴射供給された液体還元剤又はその前駆体の拡散を促進させる。【解決手段】液体還元剤前駆体としての尿素水溶液を用いて窒素酸化物（ＮＯｘ）を還元浄化するＮＯｘ還元触媒１６の排気上流に、還元剤タンク２４に貯蔵された尿素水溶液を適宜噴射供給する還元剤噴射ノズル１４と、エアリザーバ３０に貯蔵された圧縮空気を尿素水溶液に向けて適宜噴射供給する空気噴射ノズル３２と、を夫々配設する。そして、還元剤噴射ノズル１４から噴射供給された尿素水溶液に対して、空気噴射ノズル３２から噴射供給された圧縮空気を衝突させることで、尿素水溶液の微粒化，拡散及び排気との混合を促進し、ＮＯｘ浄化効率の向上を図りつつ、排気管１０内壁に尿素が析出されることを抑制する。【選択図】図１
2008180202.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気管に配設され、還元剤を用いて窒素酸化物を還元浄化する還元触媒と、
前記還元触媒の排気上流に液体還元剤又はその前駆体を噴射供給する還元剤噴射ノズルと、
前記還元剤噴射ノズルから噴射供給された液体還元剤又はその前駆体に向けて、圧縮空気を噴射供給する空気噴射ノズルと、
を含んで構成されたことを特徴とする排気浄化装置。
【請求項２】
前記還元剤噴射ノズル及び空気噴射ノズルと還元触媒との間に位置する排気管に、拡散板が配設されたことを特徴とする請求項１記載の排気浄化装置。
【請求項３】
前記還元剤噴射ノズルは、排気流通方向に対して鋭角をなす方向に液体還元剤又はその前駆体を噴射供給し、
前記空気噴射ノズルは、排気流通方向に対して鋭角をなす方向に圧縮空気を噴射供給すること
を特徴とする請求項１又は請求項２に記載の排気浄化装置。
【請求項４】
前記空気噴射ノズルは、前記還元剤噴射ノズルに対向した位置から、液体還元剤又はその前駆体に向けて圧縮空気を噴射供給することを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１つに記載の排気浄化装置。
【請求項５】
前記還元剤噴射ノズルは、液体還元剤又はその前駆体のみを噴射供給することを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１つに記載の排気浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、還元剤を用いて排気中の窒素酸化物（ＮＯｘ）を還元浄化する排気浄化装置において、特に、排気中に噴射供給された液体還元剤又はその前駆体の拡散を促進させる技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
エンジン排気中のＮＯｘを除去する触媒浄化システムとして、特開２０００−２７６２７号公報（特許文献１）に記載された排気浄化装置が提案されている。かかる排気浄化装置は、排気管に配設されたＮＯｘ還元触媒の排気上流に、エンジン運転状態に応じた液体還元剤又はその前駆体を噴射供給することで、ＮＯｘ還元触媒において排気中のＮＯｘと還元剤とを触媒還元反応させて、ＮＯｘを無害成分に浄化処理する。
【特許文献１】特開２０００−２７６２７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、従来提案技術においては、液体還元剤又はその前駆体が排気中で略均一に拡散しないと、ＮＯｘ還元触媒に供給される還元剤濃度にむらが生じるため、ＮＯｘ浄化効率が低下するばかりでなく、還元剤がそのまま大気中に放出されてしまうおそれがあった。また、エンジン運転状態によっては、排気管内壁に付着した液体還元剤又はその前駆体から溶媒のみが蒸発し、液体還元剤又はその前駆体の溶質が析出してしまうことも想定される。排気管内壁に液体還元剤又はその前駆体の溶質が析出すると、排気流れが阻害されるため、排圧上昇，燃費低下などの不具合が発生してしまうおそれがある。
【０００４】
そこで、本発明は以上のような従来の問題点に鑑み、ＮＯｘ還元触媒の排気上流に噴射供給された液体還元剤又はその前駆体に対して圧縮空気を衝突させることで、液体還元剤又はその前駆体の拡散を促進し、ＮＯｘ浄化効率低下及び溶質析出を抑制した排気浄化装置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、請求項１記載の発明では、排気管に配設され、還元剤を用いて窒素酸化物を還元浄化する還元触媒と、前記還元触媒の排気上流に液体還元剤又はその前駆体を噴射供給する還元剤噴射ノズルと、前記還元剤噴射ノズルから噴射供給された液体還元剤又はその前駆体に向けて、圧縮空気を噴射供給する空気噴射ノズルと、を含んで構成されたことを特徴とする。
【０００６】
請求項２記載の発明では、前記還元剤噴射ノズル及び空気噴射ノズルと還元触媒との間に位置する排気管に、拡散板が配設されたことを特徴とする。
請求項３記載の発明では、前記還元剤噴射ノズルは、排気流通方向に対して鋭角をなす方向に液体還元剤又はその前駆体を噴射供給し、前記空気噴射ノズルは、排気流通方向に対して鋭角をなす方向に圧縮空気を噴射供給することを特徴とする。
【０００７】
請求項４記載の発明では、前記空気噴射ノズルは、前記還元剤噴射ノズルに対向した位置から、液体還元剤又はその前駆体に向けて圧縮空気を噴射供給することを特徴とする。
請求項５記載の発明では、前記還元剤噴射ノズルは、液体還元剤又はその前駆体のみを噴射供給することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
請求項１記載の発明によれば、還元触媒の排気上流に噴射供給された液体還元剤又はその前駆体に向けて圧縮空気が噴射供給されるため、液体還元剤又はその前駆体と圧縮空気とが衝突し、その微粒化，拡散及び排気との混合が促進される。このため、還元触媒に供給される還元剤濃度のむらが減少し、還元剤放出を抑制しつつ、窒素酸化物の浄化効率を向上させることができる。また、排気管内壁に付着する液体還元剤又はその前駆体の絶対量が激減するので、排気管内壁への液体還元剤又はその前駆体の溶質析出を抑制することができる。
【０００９】
請求項２記載の発明によれば、還元剤を含んだ排気が拡散板により略均一に拡散されるため、還元触媒に供給される還元剤濃度のむらが激減し、還元剤放出を抑制しつつ、窒素酸化物の浄化効率を一層向上させることができる。
請求項３記載の発明によれば、液体還元剤又はその前駆体及び圧縮空気が排気流通方向に対して鋭角をなす方向に夫々噴射供給されるため、排気管内の排気流れを阻害することを防止できる。
【００１０】
請求項４記載の発明によれば、液体還元剤又はその前駆体の噴射供給方向に対向した位置から圧縮空気が噴射供給されるため、その微粒化，拡散及び排気との混合を効果的に行うことができる。
請求項５記載の発明によれば、圧縮空気の消費量が抑制されるため、例えば、圧縮空気を供給するエアリザーバの小型化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、添付された図面を参照して本発明を詳述する。
図１は、液体還元剤の前駆体たる尿素水溶液を使用し、エンジン排気に含まれるＮＯｘを触媒還元反応により還元浄化する排気浄化装置の全体構成を示す。
エンジンの排気管１０には、排気流通方向に沿って、一酸化窒素（ＮＯ）を二酸化窒素（ＮＯ2）へと酸化させる窒素酸化触媒１２と、排気流通方向に対して鋭角をなす方向に尿素水溶液を噴射供給する還元剤噴射ノズル１４と、尿素水溶液を加水分解して得られるアンモニアを使用してＮＯｘを還元浄化するＮＯｘ還元触媒１６と、ＮＯｘ還元触媒１６を通過したアンモニアを酸化させるアンモニア酸化触媒１８と、が夫々配設される。還元剤噴射ノズル１４には、コンピュータを内蔵した還元剤添加コントロールユニット（以下「還元剤添加ＥＣＵ」という）２０により電子制御される還元剤添加装置２２を介して、還元剤タンク２４に貯蔵された尿素水溶液が供給される。また、還元剤添加ＥＣＵ２０は、エンジン回転速度Ｎｅ及び燃料噴射量Ｑを適宜読み込むべく、ＣＡＮ（Controller Area Network）などの車載ネットワークを介してエンジンコントロールユニット（以下「エンジンＥＣＵ」という）２６に接続される。さらに、窒素酸化触媒１２と還元剤噴射ノズル１４との間に位置する排気管１０には、排気温度Ｔを検出する排気温度センサ２８が取り付けられる。
【００１２】
かかる排気浄化装置において、還元剤噴射ノズル１４から噴射供給された尿素水溶液は、排気熱及び排気中の水蒸気により加水分解され、アンモニアへと転化される。転化されたアンモニアは、ＮＯｘ還元触媒１６において排気中のＮＯｘと還元反応し、水（Ｈ2Ｏ）及び窒素（Ｎ2）へと転化されることは知られたことである。このとき、ＮＯｘ還元触媒１６によるＮＯｘ浄化効率を向上させるべく、窒素酸化触媒１２によりＮＯがＮＯ2へと酸化され、排気中のＮＯとＮＯ2との割合が触媒還元反応に適したものに改善される。一方、ＮＯｘ還元触媒１６を通過したアンモニアは、その排気下流に配設されたアンモニア酸化触媒１８により酸化されるので、アンモニアがそのまま大気中に放出されることが抑制される。
【００１３】
本発明の特徴として、図２で詳細に示すように、還元剤噴射ノズル１４に対向する位置の排気管１０には、還元剤噴射ノズル１４から噴射供給された尿素水溶液に向けて、エアリザーバ３０に貯蔵された圧縮空気を噴射供給する空気噴射ノズル３２が配設される。空気噴射ノズル３２は、還元剤噴射ノズル１４と同様に、排気通流方向に対して鋭角をなす方向に圧縮空気を噴射供給する。また、空気噴射ノズル３２から噴射供給される圧縮空気の流量を制御すべく、エアリザーバ３０と空気噴射ノズル３２とを連通接続する配管３４には、還元剤添加ＥＣＵ２０により電子制御される電磁式の開閉弁３６が介装される。さらに、還元剤噴射ノズル１４及び空気噴射ノズル３２とＮＯｘ還元触媒１６との間に位置する排気管１０には、流体を略均一に拡散させるべく、図３に示すような拡散板３８が配設される。
【００１４】
図４は、エンジン始動を契機として、還元剤添加ＥＣＵ２０において所定時間ごとに繰り返し実行される制御プログラムの内容を示す。
ステップ１（図では「Ｓ１」と略記する。以下同様）では、エンジンＥＣＵ２６からエンジン回転速度Ｎeを読み込む。
ステップ２では、エンジンＥＣＵ２６から燃料噴射量Ｑを読み込む。
【００１５】
ステップ３では、排気温度センサ２８から排気温度Ｔを読み込む。
ステップ４では、エンジン回転速度，燃料噴射量及び排気温度に対応した尿素水溶液添加量が設定されたマップを参照し、エンジン回転速度Ｎe，燃料噴射量Ｑ及び排気温度Ｔに適合した尿素水溶液添加量を演算する。
ステップ５では、尿素水溶液添加量が０より大であるか否か、即ち、尿素水溶液を添加すべきか否かを判定する。そして、尿素水溶液添加量が０より大であればステップ６へと進む一方（Ｙｅｓ）、尿素水溶液添加量が０であれば本処理を終了する（Ｎｏ）。
【００１６】
ステップ６では、還元剤噴射ノズル１４から尿素水溶液を噴射供給すべく、還元剤添加装置２２に対して尿素水溶液添加量に応じた制御信号を出力する。
ステップ７では、空気噴射ノズル３２から圧縮空気を噴射供給すべく、開閉弁３６に対して制御信号を出力する。ここで、開閉弁３６に出力する制御信号としては、圧縮空気の消費量を極力抑制すべく、尿素水溶液添加量に応じた制御信号とすることが望ましい。
【００１７】
かかる制御プログラムによれば、排気管１０には、エンジン運転状態に応じた尿素水溶液が噴射供給されると共に、この尿素水溶液に向けて圧縮空気が噴射供給される。このため、還元剤噴射ノズル１４から噴射供給された尿素水溶液は圧縮空気と衝突し、その微粒化，拡散及び排気との混合が促進され、アンモニアへの加水分解が効率的に行われるようになると共に、排気管１０内壁へ付着する尿素水溶液の絶対量が激減し、その溶質たる尿素の析出が抑制される。このとき、尿素水溶液及び圧縮空気は、エンジン運転状態に応じて断続的に噴射供給されるため、その消費量を極力抑制することができる。また、還元剤としてのアンモニアを含んだ排気は、拡散板３８により略均一に拡散されるため、ＮＯｘ還元触媒１６に供給されるアンモニア濃度のむらが激減し、アンモニア放出を抑制しつつ、ＮＯｘ浄化効率を向上させることができる。
【００１８】
還元剤噴射ノズル１４及び空気噴射ノズル３２は、排気流通方向に対して鋭角をなす方向に尿素水溶液及び圧縮空気を夫々噴射供給するため、排気管１０内の排気流れを阻害することがない。また、空気噴射ノズル３２は、還元剤噴射ノズル１４に対向した位置から、尿素水溶液に向けて圧縮空気を噴射供給するため、その微粒化，拡散及び排気との混合を効率的に行うことができる。
【００１９】
なお、本発明は、還元剤噴射ノズル１４から尿素水溶液と圧縮空気とを混合した噴霧を噴射供給するものに限らず、尿素水溶液のみを液滴状態で噴射供給するものにも適用可能である。尿素水溶液のみを噴射供給するものでは、圧縮空気の消費量がより抑制されるので、例えば、エアリザーバの小型化などを図ることができる。
また、還元剤としては、その前駆体たる尿素水溶液に限らず、アンモニア水溶液を使用したり、ＮＯｘ還元触媒１６におけるＮＯｘ還元メカニズムに応じて、炭化水素を主成分とするアルコール，軽油などを使用することができる。
【００２０】
さらに、本発明は、エンジンのような内燃機関に限らず、ボイラ，タービンなどのような外燃機関に適用可能であることはいうまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明を具現化した排気浄化装置の一例を示す構成図
【図２】本発明の要部を示し、（Ａ）は排気管の縦断面図、（Ｂ）はその横断面図
【図３】拡散板の一例を示す斜視図
【図４】制御プログラムの処理内容を示すフローチャート
【符号の説明】
【００２２】
１０  排気管
１４  還元剤噴射ノズル
１６  ＮＯｘ還元触媒
３２  空気噴射ノズル
３８  拡散板
【図１】
2008180202.tif 000003
【図２】
2008180202.tif 000004
【図３】
2008180202.tif 000005
【図４】
2008180202.tif 000006