(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気ガスが流れる排気通路と、この排気通路に配置された尿素水噴射弁と、この尿素水噴射弁よりも排気ガスの流れに関して下流側に配置された選択的還元触媒装置と、を備え、前記尿素水噴射弁が、一端部に噴射口を有しており、その噴射口から前記排気通路の内部に尿素水を噴射して、前記選択的還元触媒装置が、噴射された尿素水から分解されたアンモニアを還元剤として窒素酸化物を還元する構成にしたエンジンにおいて、
前記噴射口が開口している噴射面の領域のうちの少なくともその噴射口から下方に位置して尿素水が液垂れする液垂れ領域を含む領域が、繊維で覆われており、前記繊維に、尿素を分解する尿素分解触媒が定着していることを特徴とするエンジン。
【請求項２】
前記尿素水噴射弁が、前記繊維が集積してシート状に形成された不織布を有しており、その不織布が、前記噴射面の全域を、その噴射口の開口面を除いて覆っている請求項１に記載のエンジン。
【請求項３】
前記尿素水噴射弁が、前記噴射面を温めるヒータを有している請求項１または２に記載のエンジン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンに関し、より詳細には、窒素酸化物の排出量を減少するエンジンに関する。
【背景技術】
【０００２】
尿素水噴射弁から噴射された尿素水から加水分解されたアンモニアを還元剤として、選択的還元触媒装置で排気ガス中の窒素酸化物を還元するエンジンが提案されている（例えば、特許文献１参照）。このエンジンは、選択的還元触媒装置がマット材を介してケーシングに取り付けられている。
【０００３】
しかし、尿素水噴射弁においては、尿素水を噴射した後に、噴射口から尿素水が液垂れする場合がある。そして、その液垂れした尿素水を原料として、尿素、メラミン、シアヌル酸、ビウレットなどが固体化した白色生成物が析出する。
【０００４】
このように、噴射口の周辺に白色生成物が析出すると、その白色生成物が噴射口を塞いで、適切な尿素水の噴射が阻害されてしまう。この結果として、選択的還元触媒装置における窒素酸化物の還元率が低下する問題があった。また、白色生成物が熱分解した場合、制御によって噴射された尿素から得られる以上のアンモニアが選択的還元触媒装置に供給されるため、アンモニアスリップする問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１３−１６７１５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、尿素水を原料とした白色生成物の析出を抑制して、窒素酸化物の排出量を減少するエンジンを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の目的を達成する本発明のエンジンは、排気ガスが流れる排気通路と、この排気通路に配置された尿素水噴射弁と、この尿素水噴射弁よりも排気ガスの流れに関して下流側に配置された選択的還元触媒装置と、を備え、前記尿素水噴射弁が、一端部に噴射口を有しており、その噴射口から前記排気通路の内部に尿素水を噴射して、前記選択的還元触媒装置が、噴射された尿素水から分解されたアンモニアを還元剤として窒素酸化物を還元する構成にしたエンジンにおいて、前記噴射口が開口している噴射面の領域のうちの少なくともその噴射口から下方に位置して尿素水が液垂れする液垂れ領域を含む領域が、繊維で覆われており、前記繊維に、尿素を分解する尿素分解触媒が定着していることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
このエンジンによれば、尿素水噴射弁の噴射口から液垂れした尿素水は、毛細管現象により、噴射面を覆う多数の繊維に浸透する。そして、繊維に浸透した尿素水は、液滴の状態より表面積が大きくなることで、揮発性が向上するので加水分解が促進される。これにより、液垂れした尿素水からアンモニアの生成が促進されるので、尿素水を原因とする白色生成物の析出を抑制できる。
【０００９】
このように、白色生成物の析出を抑制することで、噴射口を塞ぐ事態を回避して、選択
的還元触媒装置に最適な量のアンモニアが供給されるので、選択的還元触媒装置における窒素酸化物の還元率を向上できる。
【００１０】
また、このエンジンは、前記繊維に、尿素を分解する尿素分解触媒が定着していることが望ましい。この尿素分解触媒により、繊維に浸透した尿素水の加水分解が、より促進されるので、白色生成物の析出の抑制には有利になる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の第一実施形態のエンジンを例示する構成図である。
【図２】図１のＩＩで示した範囲の拡大断面図である。
【図３】噴射方向に対向する方向から見た面を正面とした尿素水噴射弁の一端部の斜視図である。
【図４】図３のＩＶで示した範囲の拡大図である。
【図５】本発明の第二実施形態のエンジンにおける噴射面を例示する正面図である。
【図６】本発明の第三実施形態のエンジンにおける選択的還元触媒装置よりも上流側の排気通路の内部を例示する拡大断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下に、本発明のエンジンについて実施形態に基づいて説明する。以下、図中では、ｘが噴射面２１から噴射される尿素水Ｕの噴射方向を、ｙがその噴射方向に直交する方向で、噴射面２１に付着した尿素水Ｕが液垂れする下方向を、ｚが奥行き方向をそれぞれ示している。
【００１３】
図１〜図４に例示する第一実施形態のエンジン１０はディーゼルエンジンである。図１に示すように、エンジン１０は、複数の直列に配置された気筒１１を有したエンジン本体１２と、このエンジン本体１２から気筒１１で燃料が燃焼して生じた排気ガスＧがエキゾーストマニホールド１３を経由して流れ込む排気通路１４とを備えている。
【００１４】
排気通路１４には、排気ガスＧの流れる方向に向って順に、尿素水噴射弁１５と選択的還元触媒装置１６とが配置されている。なお、図１における白抜き矢印が排気ガスＧの流れる方向を示している。
【００１５】
尿素水噴射弁１５は、一端部に噴射口１７が形成された噴射面２１を有しており、排気通路１４に少なくともその噴射面２１を含む部分が挿通されている。選択的還元触媒装置１６は、多孔質セラミック担体にゼオライト等を担持して形成されている。
【００１６】
排気ガスＧに含有される窒素酸化物を浄化するときに、信号線を介して尿素水噴射弁１５に接続された制御装置１９の制御により、尿素水噴射弁１５は、噴射面２１から所定の噴射方向ｘに尿素水Ｕを噴射する。その噴射された尿素水Ｕは、排気ガスＧの熱により加水分解されて、アンモニアが生成される。選択的還元触媒装置１６は、そのアンモニアを還元剤として、窒素酸化物を選択的に還元浄化する。
【００１７】
図２に示すように、選択的還元触媒装置１６よりも上流側の排気通路１４の内部において、尿素水噴射弁１５は、噴射面２１の下方が排気ガスＧの流れる方向に向って傾いて配置されている。つまり、尿素水Ｕの噴射方向ｘは、図中の左上から右下に向う方向になる。
【００１８】
噴射された尿素水Ｕは、様々な粒径の液滴として排気通路１４の内部に存在する。図中では、Ｕ１は粒径が小さいものを示しており、Ｕ２は噴射面２１を液垂れするものを示している。粒径が小さい尿素水Ｕ１は、慣性力が小さくなり、排気ガスＧの流れに乗って流
れるので、排気ガスＧ中に噴射方向ｘに関係なく拡散される。つまり、この尿素水Ｕ１は、アンモニアに加水分解され易い。一方、噴射面２１に付着して、下方向ｙに向かって液垂れする尿素水Ｕ３は、排気通路１４に拡散されずに、噴射面２１に白色生成物が析出される。なお、噴射方向ｘは、一つの噴射口１７から尿素水Ｕ３が奥行き方向ｚの側面視で放射状に噴射される場合は、それぞれの尿素水Ｕ３の直進する方向の平均方向とする。また、噴射面１８に複数の噴射口１７が形成されている場合も同様である。
【００１９】
そこで、図２、図３に示すように、このエンジン１０は、噴射面２１の領域の全域が、噴射口１７の開口面を除いて繊維２２で覆われている。
【００２０】
噴射面２１は、噴射方向ｘに対向する方向からの正面視で、円形に形成されている。噴射面２１に複数の噴射口１７が形成されている場合も同様である。なお、この実施形態では、正面視において、噴射面２１が円形に形成されているが、噴射面２１の形状はこれに限定されずに、矩形で形成されてもよい。
【００２１】
噴射面２１は、その全域が噴射口１７の開口面を除いて多数の繊維２２で覆われている。繊維２２は、ガラス繊維やアルミナ繊維などの高耐熱性繊維であって、排気ガスＧが７００度以上の高温になってもその形状が維持される繊維である。
【００２２】
詳しく説明すると、尿素水噴射弁１５が、繊維２２が集積してシート状に形成された不織布２４を有している。不織布２４は、噴射面２１に固定されており、繊維２２を機械的、あるいは化学的な作用によって接着又は絡み合わせる事で布にしたもので、繊維２２が集積した状態で、シート状に形成されている。なお、この実施形態では、不織布２４を用いたが、繊維２２を織って形成した織布を用いてもよい。但し、繊維２２が耐熱性の高いガラス繊維やアルミナ繊維の場合は、それらを織ることは容易でないことから、不織布２４を用いることが好ましい。
【００２３】
不織布２４には、開口部２３が形成されている。開口部２３は、噴射方向ｘに対向する方向の正面視で円形に形成されている。開口部２３の開口面積は、噴射口１７の開口面積よりも大きくする。これにより、噴射口１７と不織布２４との間に、具体的には、噴射口１７の周縁に繊維２２が存在しない領域が形成されることで、噴射口１７から噴射された尿素水Ｕが繊維２２に衝突することが回避される。
【００２４】
図４に示すように、尿素水噴射弁１５は、繊維２２に定着されて尿素水Ｕを加水分解する尿素分解触媒２７を有している。尿素分解触媒２７は、酸化チタンをベースとして、酸化バナジウム、酸化アルミニウム、酸化ケイ素、酸化タングステンなどを添加したものが例示できる。
【００２５】
次に、繊維２２の機能について説明する。尿素水噴射弁１５から尿素水Ｕが噴射されると、粒径の小さい尿素水Ｕ１は拡散し、排気ガスＧ中で加水分解される。一方、噴射面１８に付着した尿素水Ｕ３は下方向ｙに液垂れする。
【００２６】
液垂れした尿素水Ｕ３は、毛細管現象によって、噴射面２１を覆う多数の繊維２２の先端まで浸透する。次いで、繊維２２に浸透した尿素水Ｕ３は、液滴の状態よりも表面積が大きくなることで、揮発性が向上し、水分が蒸発して、加水分解が促進される。
【００２７】
さらに、水分が蒸発した尿素が、繊維２２に定着された尿素分解触媒２７により加水分解されて、アンモニアが生成される。そして、生成されたアンモニアは揮発して、選択的還元触媒装置１６に供給される。
【００２８】
このように、このエンジン１０は、白色生成物の析出を抑制することで、その白色生成物により噴射口１７が塞がれる事態を回避して、選択的還元触媒装置１６に最適な量のアンモニアを供給可能になるので、選択的還元触媒装置における窒素酸化物の還元率を向上できる。
【００２９】
また、白色生成物が析出すると、その分、尿素水Ｕが加水分解されていないことになり、アンモニアの生成量が少なくなる。また、排気ガスＧの温度が上昇してその析出した白色生成物が熱分解するとアンモニアが生成される。つまり、この白色生成物が析出することで、選択的還元触媒装置１６に供給されるアンモニアの量が過少になったり、過多になったりする。しかし、このエンジン１０では、上述したとおり、白色生成物の析出を抑制することで、選択的還元触媒装置１６に最適な量のアンモニアが供給されるので、アンモニアが過不足なく還元剤として機能して、選択的還元触媒装置１６における窒素酸化物の還元率を向上できる。
【００３０】
この実施形態では、噴射面２１を繊維２２で覆うだけで、その繊維により、自動的に白色生成物の析出を抑制するように機能する。そのため、排気ガスＧの温度を検出する装置や電力など動力が不要になるので、装置の重厚長大化を抑制できる。
【００３１】
図５に例示する第二実施形態のエンジン１０は、噴射面２１に対する繊維２２の覆い方が第一実施形態とは異なっている。この実施形態では、複数の不織布２４が、噴射面２１に点在しており、噴射面２１の各噴射口１７から下方向ｙに位置して尿素水Ｕ３が液垂れする液垂れ領域のみが、繊維２２で覆われている。
【００３２】
これにより、繊維２２の量を減らすことができるので、製造コストの削減に有利になる。
【００３３】
図６に例示する第三実施形態のエンジン１０は、第一実施形態の構成に加えて、尿素水噴射弁１５が、噴射面２１を温めるヒータ２８と、排気ガスＧの温度を検知する温度センサ２９とを有している。
【００３４】
ヒータ２８は、電熱ヒータであって、尿素水噴射弁１５の内部で、噴射面２１の反対側の面に固定されており、信号線を介して制御装置１９に接続されている。なお、ヒータ２８は、尿素水噴射弁１５の外側に配置されてもよい。
【００３５】
温度センサ２９は、信号線を介して制御装置１９に接続されている。なお、温度センサ２９の代わりに、噴射面２１の温度を直接的に検知するセンサを用いてもよい。
【００３６】
以下に、このエンジン１０の制御方法を、制御装置１９の機能として説明する。まず、温度センサ２９が排気ガスＧの温度を検知する。次いで、制御装置１９が、その温度が予め設定された閾値以上か否かを判定する。閾値は、尿素の加水分解が促進される温度を判定可能な値に設定されており、例えば、９０度〜１００度に設定されている。
【００３７】
次いで、温度が閾値未満と判定すると、制御装置１９が、ヒータ２８に通電する。これにより、ヒータ２８によって、噴射面２１の温度を上昇する。そして、噴射面２１の温度が上昇して、尿素の加水分解が促進される温度以上になると、尿素が加水分解してアンモニアが生成される。噴射面２１の温度は、尿素の加水分解が促進される温度以上に維持されていればよい。つまり、排気ガスＧの温度が閾値以上になると、ヒータ２８への通電は停止される。
【００３８】
このような制御を行うようにしたことで、噴射面２１の温度を、尿素の加水分解が促進
される温度に維持することができる。つまり、この実施形態では、繊維２２に定着された尿素分解触媒２７と、噴射面２１の温度上昇との両方の作用により、尿素の加水分解が促進されるので、白色生成物の析出をより効果的に抑制できる。
【００３９】
なお、ヒータ２８を用いる場合は、繊維２２に尿素分解触媒２７を定着しなくてもよい。
【００４０】
上述の実施形態においては、エンジン１０としてディーゼルエンジンを例に説明したが、ガソリンエンジンや、液化ガスを燃料とするエンジンにも適用可能である。また、排気ガスＧの浄化装置として、選択的還元触媒装置１６の上流側に排気ガスＧに含有される粒子状物質を捕集する捕集フィルタや、炭化水素などを酸化する酸化触媒装置を配置してもよい。さらに、選択的還元触媒装置１６の下流側にアンモニアを吸蔵する触媒装置を配置してもよい。
【符号の説明】
【００４１】
１０  エンジン
１４  排気通路
１５  尿素水噴射弁
１６  選択的還元触媒装置
１７  噴射口
２１  噴射面
２２  繊維
ｘ  噴射方向
【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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