(57)【要約】    【課題】  噴射ノズル及びその配管の目詰まりを起き難くする。    【解決手段】  尿素水溶液などの液体還元剤を用いて排気中のＮＯｘを還元浄化するＮＯｘ還元触媒１４と、エンジン運転状態に応じてＮＯｘ還元触媒１４に供給する液体還元剤の流量を制御する還元剤供給装置１８と、ＮＯｘ還元触媒１４の排気上流に液体還元剤を噴射供給する噴射ノズル２２と、還元剤供給装置１８と噴射ノズル２２とを連通接続させる配管２０と、を含んで構成される排気浄化装置において、配管２０を、熱的性質である熱伝達率が小さいセラミックス製の材料から構成する。このようにすれば、排気管１６から噴射ノズル２２及び配管２０を介して還元剤供給装置１８に伝達される熱量が減り、還元剤供給装置１８を排気管１６に近づけることが可能となるから、配管２０の長さが短くなり、その内壁に付着する液体還元剤の絶対量が減少して目詰まりを起き難くすることができる。【選択図】  図１
2005105913.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジン排気系に配設され、窒素酸化物を液体還元剤により還元浄化する還元触媒と、
エンジン運転状態に応じて、前記還元触媒に供給する液体還元剤の流量を制御する還元剤供給装置と、
前記排気系にフランジを介して固定され、前記還元触媒の排気上流に液体還元剤を噴射供給する噴射ノズルと、
前記還元剤供給装置と前記噴射ノズルとを連通接続させる配管と、
を含んで構成されるエンジンの排気浄化装置において、
前記配管を、セラミックス製の材料から構成したことを特徴とするエンジンの排気浄化装置。
【請求項２】
前記フランジに、放熱フィンを列設したことを特徴とする請求項１記載のエンジンの排気浄化装置。
【請求項３】
前記フランジに、冷媒を通過させることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のエンジンの排気浄化装置。
【請求項４】
前記排気系とフランジとの間に、断熱材ガスケットを介在させることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１つに記載のエンジンの排気浄化装置。
【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、排気中の窒素酸化物（ＮＯｘ）を還元除去するエンジンの排気浄化装置（以下「排気浄化装置」という）に関し、特に、噴射ノズル及びその配管の目詰まりを起き難くする技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
エンジンの排気に含まれるＮＯｘを除去する触媒浄化システムとして、特開２０００−２７６２７号公報（特許文献１）に開示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、エンジンの排気系に還元触媒を配設し、還元触媒の排気上流に還元剤を噴射供給することにより、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ものである。還元剤は、常温において液体状態で貯蔵タンクに貯蔵され、エンジン運転状態に対応した必要量が噴射ノズルから噴射供給される。ここで、還元剤としては、尿素水溶液、アンモニア水溶液、炭化水素を主成分とする軽油などの液体還元剤が用いられる。
【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】
ところで、エンジン運転状態によっては排気中のＮＯｘが少なく、還元触媒によるＮＯｘ浄化が不要なときがある。このため、液体還元剤の不必要な消費を防止する観点から、還元触媒の排気上流には、エンジン運転状態に応じて断続的に液体還元剤が噴射供給される構成が採用される。このような構成を採用した場合、液体還元剤の噴射供給が停止した後に、噴射ノズル及びその配管内で液体還元剤が凝固して目詰まりを起こし、液体還元剤の噴射供給ができなくなるおそれがある。即ち、液体還元剤の噴射供給を停止した直後には、噴射ノズル及びその配管内には液体還元剤の液滴が付着している。そして、噴射ノズル及びその配管は、高温の排気に直接晒されているため排気熱によってその温度が上昇し、液体還元剤の水分が蒸発してその成分が析出されてしまう。液体還元剤の噴射供給ができなくなると、還元触媒によるＮＯｘ浄化が期待できず、ＮＯｘを多量に含んだ排気が大気中に放出されてしまうこととなる。
【０００４】
このような不具合を解消するために、ＮＯｘ還元触媒の排気上流に液体還元剤を噴射供給する還元剤供給装置と噴射ノズルとの距離を短くすることが考えられるが、還元剤供給装置の使用環境として、その使用温度が所定範囲内にあることが要求される。そして、排気管の周囲は排気熱により高温となっていると共に、噴射ノズル及びその配管を介して、排気熱が還元剤供給装置に伝達されてしまうため、おいそれとは還元剤供給装置と噴射ノズルとの距離を短くすることができなかった。
【０００５】
そこで、本発明は以上のような従来の問題点に鑑み、還元剤供給装置と噴射ノズルとの距離を短くできる構成とすることで、液体還元剤の噴射供給とは無関係のボリュームを減らし、噴射ノズル及びその配管内の目詰まりが起こり難く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】
【０００６】
このため、請求項１記載の発明では、エンジン排気系に配設され、窒素酸化物を液体還元剤により還元浄化する還元触媒と、エンジン運転状態に応じて、前記還元触媒に供給する液体還元剤の流量を制御する還元剤供給装置と、前記排気系にフランジを介して固定され、前記還元触媒の排気上流に液体還元剤を噴射供給する噴射ノズルと、前記還元剤供給装置と前記噴射ノズルとを連通接続させる配管と、を含んで構成されるエンジンの排気浄化装置において、前記配管を、セラミックス製の材料から構成したことを特徴とする。
【０００７】
請求項２記載の発明では、前記フランジに、放熱フィンを列設したことを特徴とする。
請求項３記載の発明では、前記フランジに、冷媒を通過させることを特徴とする。
請求項４記載の発明では、前記排気系とフランジとの間に、断熱材ガスケットを介在させ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、エンジンの排気中に含まれる窒素酸化物は、還元剤供給装置により供給された液体還元剤を用いて、還元触媒において還元除去される。このとき、還元剤供給装置と噴射ノズルとを連通接続する配管がセラミックス製の材料から構成されているため、その熱的特性である熱伝達率が小さいことから、排気系の熱が還元剤供給装置へと伝達され難くなる。このため、還元剤供給装置を排気系に近づけても、その使用温度の上昇が抑制され、所定の使用環境を満たすことが可能となる。そして、還元剤供給装置を排気系に近づけることが可能となった結果、配管の長さを短くすることができ、液体還元剤の噴射供給とは無関係のボリュームが減ることから、液体還元剤の噴射供給停止直後における配管及び噴射ノズルの内壁に付着する液体還元剤が減少する。従って、排気熱により、液体還元剤から水分が蒸発して成分が析出されたとしても、その絶対量が少ないため、配管及び噴射ノズルに目詰まりを起こすまでには至らない。
【０００９】
一方、液体還元剤の噴射供給が再開されると、配管及び噴射ノズルには、液体還元剤が勢いよく通過するため、その内壁で凝固した成分が溶解して排気系へと排出される。従って、液体還元剤の噴射供給が断続的に行われたとしても、配管及び噴射ノズルの内壁には、液体還元剤の成分が徐々に蓄積されてしまうことがなく、所要の窒素酸化物の浄化効率を長期間に亘って維持することができる。
【００１０】
請求項２又は請求項３に記載の発明によれば、排気系からフランジへと伝達された排気熱は、放熱フィンにより放熱又は冷媒と熱交換し、フランジから配管を介して還元剤供給装置へと伝達される熱量が減少する。このため、還元剤供給装置の使用温度が低下することから、還元剤供給装置を排気系により近づけることが可能となり、液体還元剤の噴射供給とは無関係のボリュームを一層減少させることができる。そして、液体還元剤の噴射供給停止直後における配管及び噴射ノズルの内壁に付着する液体還元剤の絶対量がさらに減ることから、その目詰まりを効果的に防止できる。
【００１１】
請求項４記載の発明によれば、排気系とフランジとの間に断熱材ガスケットが介在されているため、排気系の熱がフランジに伝達され難くなり、請求項２又は請求項３と同様な効果を発揮することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
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、本発明を具現化した排気浄化装置の構成を示す。
エンジン１０の排気は、排気マニフォールド１２から、ＮＯｘ還元触媒１４が配設された排気管１６を経由して大気中に排出される。詳細には、排気管１６には、排気上流側から順に、一酸化窒素（ＮＯ）の酸化触媒、ＮＯｘ還元触媒、スリップアンモニア酸化触媒が夫々配設され、その前後に温度センサ、酸素センサなどが配設されて排気系が構成されるが、詳細には図示していない。
【００１３】
ＮＯｘ還元触媒１４の排気上流には、還元剤供給装置１８から配管２０及び噴射ノズル２２を介して、液体還元剤が空気と共に噴射供給される。即ち、図２に示すように、ＮＯｘ還元触媒１４の上流に位置する排気管１６には、その周壁に開口した開口部１６Ａを塞ぐように、噴射ノズル２２が結合されたフランジ２４がボルト２６により締結される。そして、還元剤供給装置１８と噴射ノズル２２とは、セラミックス製の配管２０を介して連通接続される。なお、本実施形態では、液体還元剤として尿素水溶液を用いるが、アンモニア水溶液，炭化水素を主成分とする軽油などを用いてもよい。
【００１４】
ＮＯｘ還元触媒１４の排気上流に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、アンモニアが容易に発生する。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とは知られたことである。尿素水溶液は、固体又は粉体の尿素を溶解した水溶液であって、図示しない貯蔵タンクから還元剤供給装置１８に供給される。
【００１５】
また、エンジン運転状態に応じて尿素水溶液の噴射供給量を制御すべく、コンピュータを内蔵したコントロールユニット２８が備えられる。コントロールユニット２８は、ＣＡＮ（Controller Area Network）を介して入力されたエンジン回転速度及び燃料噴射量に応じて還元剤供給装置１８を制御する。
かかる構成によれば、還元剤供給装置１８と噴射ノズル２２とをセラミックス製の配管２０を介して連通接続したため、その熱的特性である熱伝導率が小さいことから、排気管１６の熱が還元剤供給装置１８へと伝達され難くなる。このため、還元剤供給装置１８を排気管１６に近づけても、その使用温度の上昇が抑制され、所定の使用環境を満たすことが可能となる。そして、還元剤供給装置１８を排気管１６に近づけることが可能となった結果、配管２０の長さを短くすることができ、尿素水溶液の噴射供給とは無関係のボリュームが減ることから、尿素水溶液の噴射供給を停止した直後における配管２０及び噴射ノズル２２の内壁に付着する尿素水溶液が減少する。従って、排気熱により、内壁に付着した尿素水溶液から水分が蒸発して尿素が析出されたとしても、その絶対量が少ないため、配管２０及び噴射ノズル２２に目詰まりを起こすまでには至らない。
【００１６】
一方、エンジン運転状態が変化して、尿素水溶液の噴射供給が再開されると、配管２０及び噴射ノズル２２には、尿素水溶液と空気とが勢いよく通過するため、その内壁で凝固した尿素が溶解して排気管１６へと排出される。従って、尿素水溶液の噴射供給が断続的に行われたとしても、配管２０及び噴射ノズル２２の内壁には、尿素が徐々に蓄積されてしまうことがなく、エンジン運転状態に応じた尿素水溶液の噴射供給が可能なことから、所要のＮＯｘ浄化効率を長期間に亘って維持することができる。
【００１７】
また、排気管１６から還元剤供給装置１８へ伝達される熱量をさらに減少させるべく、図３に示すように、排気管１６の周壁に開口した開口部１６Ａを塞ぐフランジ２４に、熱伝導率が良好な銅などからなる放熱フィン３０を列設した空冷構造を採用してもよい。さらに、フランジ２４の内部に冷却水通路を形成し、図４に示すように、冷媒としてのエンジン冷却水などを通過させる水冷構造を採用してもよい。なお、フランジ２４における空冷構造及び水冷構造は、その両方を採用してもよい。
【００１８】
このよう構成を採用すると、排気管１６からフランジ２４へと伝達された排気熱は、放熱フィン３０により放熱又は冷却水と熱交換し、配管２０へと伝達される熱量が減少する。このため、還元剤供給装置１８の使用温度が低下することから、還元剤供給装置１８を排気管１６により近づけることが可能となり、尿素水溶液の噴射供給とは無関係のボリュームが一層減少する。そして、配管２０及び噴射ノズル２２の内壁に付着する尿素水溶液の絶対量がさらに減ることから、その目詰まりを効果的に防止することができる。
【００１９】
さらに、空冷構造又は水冷構造に代えて、排気管１６の開口部１６Ａとフランジ２４との間に、断熱材ガスケットを介在させるようにしてもよい。このようにすれば、排気管１６の熱がフランジ２４に伝達され難くなり、上記効果と同様な効果を発揮することができる。そして、特に、空冷構造又は／及び水冷構造に加え、開口部１６Ａとフランジ２４との間に断熱材ガスケットを介在させるようにすれば、排気管１６から還元剤供給装置１８へと伝達される熱量が効率的に減り、還元剤供給装置１８を排気管１６に一層近づけることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明を具現化した排気浄化装置の構成図
【図２】本発明の第１実施形態に係る噴射ノズル付近の部分拡大図
【図３】本発明の第２実施形態に係る噴射ノズル付近の部分拡大図
【図４】本発明の第３実施形態に係る噴射ノズル付近の部分拡大図
【符号の説明】
【００２１】
１０    エンジン
１４    ＮＯｘ還元触媒
１６    排気管
１６Ａ  開口部
１８    還元剤供給装置
２０    配管
２２    噴射ノズル
２４    フランジ
３０    放熱フィン
【図１】
2005105913.tif 000003
【図２】
2005105913.tif 000004
【図３】
2005105913.tif 000005
【図４】
2005105913.tif 000006