(57)【要約】【課題】排気の流れによる液体還元剤の噴霧の拡散、混合を良好にして液体還元剤の利用効率を高めることができる液体還元剤噴射ノズルの構造を提供する。【解決手段】排気管１２にボス部２２を介して取付けられ、ノズル中間部２０Ｂを排気管１２の壁面から中心方向に突出させ、ノズル先端部２０Ａを排気の流れ方向の下流側に折曲し、ノズル先端部２０Ａ周囲の噴孔２１から液体還元剤を噴射供給する液体還元剤噴射ノズル構造において、ノズル先端部２０Ａの噴孔２１を噴射方向２１ａ〜２１ｈが排気の流れ方向から見てノズル中間部２０Ｂと重ならないように配置形成し、ボス部２２に嵌合するノズル基端部２０Ｃを、ボス部２２の嵌合部２２Ａと略同一形状に形成し、排気管１２内に面した嵌合部２２Ａ及びノズル基端部２０Ｃの各先端面２２ａ，２０ａを、排気管１２内壁面と略面一に形成した。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項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通路の前記還元触媒より上流の排気通路壁面にボス部を介して取付けられ、ノズル中間部を前記排気通路の壁面側から中心方向に突出させ、ノズル先端部を排気の流れ方向の下流側に向けて折曲し、前記ノズル先端部周囲に形成した多数の噴孔から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、
前記ノズル先端部周囲の前記各噴孔を、その噴射方向が前記排気の流れ方向から見て前記ノズル中間部と重ならないように配置形成すると共に、前記ボス部に取付けるノズル基端部を、当該ボス部のノズル基端部嵌合部と略同一形状に形成し、前記排気通路内に臨む前記嵌合部及び前記ノズル基端部の各先端面を、排気通路内壁面と略面一となるように形成したことを特徴とする液体還元剤噴射ノズルの構造。
【請求項２】
前記噴孔を、前記ノズル先端部周囲に略等間隔に８個設けたことを特徴とする請求項１に記載の液体還元剤噴射ノズルの構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体還元剤を用いて排気中のＮＯｘを低減する排気浄化システムで使用する液体還元剤噴射ノズルの構造に関し、特に、排気通路内に噴射した液体還元剤の利用効率を高める液体還元剤噴射ノズルの構造に関する。
【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側排気通路に液体還元剤を噴射供給することにより、排気中のＮＯｘと液体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。液体還元剤は貯蔵タンクに常温で液体状態に貯蔵され、必要量を噴射ノズルから噴射供給する（例えば、特許文献１及び特許文献２参照）。
【０００３】
このような排気浄システムでは、噴射ノズル１を、図６に示すように排気通路としての排気管３の壁面から管中心方向に突出させ、折曲したノズル先端部１Ａが排気の流れ方向（図中の矢印Ａで示す）と略平行に下流側に向くよう排気管３にボス部４を介して固定している。そして、ノズル先端部１Ａの先端近傍周囲にノズル軸心から径方向に向けて形成した多数の噴孔２から、液体還元剤として例えば尿素水溶液を排気の流れ方向Ａに対して図中の破線矢印で示すように略直角方向に噴射供給し、噴射された液体還元剤を排気の流れによって排気中に拡散混合して、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
【特許文献２】特開２００５−９０４２４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、この種の噴射ノズル１としては、ノズル先端部１Ａ周囲に図７に示すように周方向に略等間隔で８個の噴孔（噴霧方向２ａ〜２ｈで示す）を形成したものが通常使用されるが、従来の８個の噴孔の配置形態は、８個の中の１つの噴孔の噴射方向２ａが、図７に示すように排気管３壁面から管中心方向に突出するノズル中間部１Ｂと排気の流れ方向から見て重なるような配置形態となっている。このために、前記ノズル中間部１Ｂと重なる噴霧が排気流れによって拡散、混合され難く、還元反応に寄与する液体還元剤の量を減少させている。
【０００５】
また、従来の噴射ノズル１の取付け構造が、図に示すように排気管３に取付けたボス部４にノズル基端部１Ｃの一部を嵌め込み、例えばボルト６等によって固定しているが、ボス部４先端が排気管３内壁面から排気管３内に出っ張っており、しかも、ボス部４のノズル基端部１Ｃを嵌め込んだ嵌合部分に無駄な空間部５が生じるような構造になっている。このために、ボス部４の取付け部分で排気の流れに乱流が発生して一部の噴霧の拡散、混合に影響を及ぼし、噴霧した液体還元剤の還元反応に寄与する量を減少させている。
【０００６】
本発明は上記問題点に着目してなされたもので、排気の流れ方向から見てノズル部分と重なる噴射方向をなくし、ボス部の取付け部における排気の乱流を防止して、液体還元剤の利用効率を高めることができる液体還元剤噴射ノズルの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】
【０００７】
このため、請求項１の発明は、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通路の前記還元触媒より上流の排気通路壁面にボス部を介して取付けられ、ノズル中間部を前記排気通路の壁面側から中心方向に突出させ、ノズル先端部を排気の流れ方向の下流側に向けて折曲し、前記ノズル先端部周囲に形成した多数の噴孔から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、前記ノズル先端部周囲の前記各噴孔を、その噴射方向が前記排気の流れ方向から見て前記ノズル中間部と重ならないように配置形成すると共に、前記ボス部に取付けるノズル基端部を、当該ボス部のノズル基端部嵌合部と略同一形状に形成し、前記排気通路内に臨む前記嵌合部及び前記ノズル基端部の各先端面を、排気通路内壁面と略面一となるように形成したことを特徴とする液体還元剤噴射ノズルの構造とした。
【０００８】
前記噴孔を、請求項２のように、前記ノズル先端部周囲に略等間隔に８個設けるようにするとよい。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、排気通路の壁面側から中心に向けて突出するノズル中間部が邪魔になることなく、噴孔から噴射された全ての噴霧に対して排気の流れが良好に当たり、また、ボス部に起因する乱流の発生を防止できるので、液体還元剤を良好に拡散、混合でき、噴射供給した液体還元剤を無駄なく還元反応に利用できるようになる。従って、液体還元剤の利用効率を向上することができ、液体還元剤の消費量低減に伴って燃費を改善できるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
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、本発明に係る液体還元剤噴射ノズル構造を適用する排気浄化システムの実施形態を示す概念図である。
図１において、この排気浄化システムは、車両搭載のディーゼルエンジン、ガソリンエンジン等から排出されるＮＯｘを、液体還元剤を用いて還元除去するものである。ガソリン或いは軽油を燃料とするエンジン１０の排気マニフォールド１１に接続される排気通路としての排気管１２には、排気流れ方向に沿って上流側から一酸化窒素（ＮＯ）を二酸化窒素（ＮＯ2）へと酸化させる酸化触媒１３と、尿素水溶液を加水分解して得られるアンモニアによりＮＯｘを還元浄化するＮＯｘ還元触媒１４と、ＮＯｘ還元触媒１４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１５とが順次配設される。
【００１１】
前記ＮＯｘ還元触媒１４の上流側には、液体還元剤として尿素水溶液を噴射供給する液体還元剤の噴射ノズル２０が配設されており、貯蔵タンク１６に貯蔵される尿素水溶液が、供給配管１７を介して還元剤供給装置１８に供給され、還元剤供給装置１８により噴射ノズル２０を介して圧力エアと共に排気管１２内に噴射供給される。還元剤供給装置１８は、コンピュータを内蔵した図示しないコントロールユニットにより制御され、エンジン運転状態に応じた必要量の尿素水溶液を圧力エアと混合しつつ噴射ノズル２０に供給する。
【００１２】
かかる排気浄化システムにおいて、噴射ノズル２０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、アンモニアを発生する。発生したアンモニアは、ＮＯｘ還元触媒１４において排気中のＮＯｘと反応し、水及び無害なガスに浄化される。このとき、ＮＯｘ還元触媒１４によるＮＯｘ浄化率を向上させるべく、酸化触媒１３によりＮＯをＮＯ2へと酸化し、排気中のＮＯとＮＯ2との割合を触媒還元反応に適したものに改善する。また、ＮＯｘ還元触媒１４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１５により酸化されるので、異臭を放つアンモニアがそのまま大気中に放出されることを防止できる。
【００１３】
ここで、図２〜図４を参照して本実施形態の液体還元剤噴射ノズル２０の構造について詳述する。
図２〜図４において、本実施形態の噴射ノズル２０は、ノズル基端部２０Ｃが排気管１２に固定したボス部２２に例えばボルト２３等で固定されて取付けられている。ノズル基端部２０Ｃの一部は排気管１２に固定したボス部２２のノズル基端部嵌合部２２Ａに嵌合し、ノズル基端部２０Ｃに続くノズル中間部２０Ｂが排気管１２の壁面側から管中心方向に突出し、前記中間部２０Ｂに続くノズル先端部２０Ａが排気の流れ方向Ａの下流側に向けて折曲してある。そして、ノズル先端部２０Ａの周囲に、図３に示すように噴孔２１が形成されている。前記噴孔２１は、図４に示すようにノズル先端部２０Ａ周囲に略等間隔で８個設けてあり、ノズル先端部２０Ａの軸中心から外方に液体還元剤として尿素水溶液を噴射供給する。そして、各噴孔２１の噴射方向２１ａ〜２１ｈが排気の流れ方向Ａから見てノズル中間部２０Ｂと重ならないように、ノズル先端部２０Ａ周囲に配置形成してある。
【００１４】
また、前記ボス部２２のノズル基端部嵌合部２２Ａに嵌合するノズル基端部２０Ｃを、前記ノズル基端部嵌合部２２Ａと略同一形状に形成し、排気管１２内に面する嵌合部２２Ａ及びノズル基端部２０Ｃの各先端面２２ａ，２０ａを、図２及び図４に示すように排気管１２の内壁面と略同一となるように曲面形状に形成してある。
かかる本実施形態の液体還元剤噴射ノズル構造によれば、全ての噴射方向２１ａ〜２１ｈにおいて、排気の流れ方向Ａから見て噴射ノズル２０の中間部２０Ｂと重なる噴射方向がないので、噴射方向２１ａ〜２１ｈの全ての噴霧に対して排気の流れが直接当たり、還元剤の噴霧を無駄なく排気に拡散、混合させることができる。また、噴射ノズル２０の基端部２０Ｃを、図６及び図７に示す従来のような空間部５が生じないようにボス部２２の嵌合部２２Ａの形状に合わせて形成し、しかも、排気管１２内に面したボス部２２の嵌合部２２Ａの先端面２２ａ及び噴射ノズル基端部２０Ｃの先端面２０ａを、排気管１２の内壁面と略面一にして排気管１２の内壁面との段差をなくすようにしたので、乱流の発生を防止でき排気の流れがスムーズとなる。これにより、排気管１２の壁面等に付着残留する液体還元剤量を減らすことができ、液体還元剤の利用効率を向上でき、液体還元剤の消費量低減によって燃費を向上できるようになる。
【００１５】
上記実施形態では、噴射ノズルの噴孔数を従来と同数の８個とし、噴孔の形成位置を周方向にずらすことで、噴射方向とノズル中間部との重なりをなくすようにしたが、噴孔数は８個に限定するものではなく、図５に示すように、噴射方向がノズル中間部と重なる噴孔を廃止して噴孔数を７個とし、７個の噴孔は従来と同じ位置に形成する構造としてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の液体還元剤噴射ノズルを適用する排気浄化システムの実施形態を示す概念図
【図２】本発明の液体還元剤噴射ノズルの実施形態を示す取付け状態を示す図
【図３】同上実施形態の噴射ノズルのノズル先端部の拡大図
【図４】ノズル先端部周囲の噴孔配置とノズル中間部との位置関係の説明図
【図５】噴孔の別の配置形態を示す図
【図６】従来の液体還元剤噴射ノズルの取付け状態を示す図
【図７】従来のノズル先端部周囲の噴孔配置とノズル中間部との位置関係の説明図
【符号の説明】
【００１７】
１０    エンジン
１２    排気管
１４    ＮＯｘ還元触媒
１６    貯蔵タンク
１８    還元剤供給装置
２０    液体還元剤噴射ノズル
２０Ａ    ノズル先端部
２０Ｂ    ノズル中間部
２０Ｃ    ノズル基端部
２１    噴孔
２２    ボス部
２２Ａ    ノズル基端部嵌合部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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