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JP2007321647A - Exhaust treatment equipment for engines - Google Patents

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JP2007321647A JP2006152692A JP2006152692A JP2007321647A JP 2007321647 A JP2007321647 A JP 2007321647A JP 2006152692 A JP2006152692 A JP 2006152692A JP 2006152692 A JP2006152692 A JP 2006152692A JP 2007321647 A JP2007321647 A JP 2007321647A
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泰久 濱田
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Abstract

【課題】還元剤の排気中への供給を噴射弁で行う方式のエンジン用排気処理装置について、噴射弁の内部温度を安定的に適切な温度に保てるようにする。
【解決手段】エンジンから排出されて排気煙道5を流下する排気4中に還元剤16を供給し、排気中の窒素酸化物を選択還元型触媒上で還元剤と還元反応させることで排気中から除去するようにされ、還元剤の排気中への供給を噴射弁17で行うようにされているエンジン用の排気処理装置について、噴射弁の周囲を囲むようにした冷却室24を設け、その冷却室に冷却媒体を循環させることで噴射弁の冷却を行えるようにしている。
【選択図】 図2
An engine exhaust treatment apparatus that uses a fuel injection valve to supply a reducing agent to an exhaust gas is capable of stably maintaining the internal temperature of the fuel injection valve at an appropriate temperature.
SOLUTION: A reducing agent 16 is supplied into exhaust 4 discharged from an engine and flowing down an exhaust flue 5, and nitrogen oxides in the exhaust are reduced and reacted with the reducing agent on a selective reduction catalyst. An exhaust treatment apparatus for an engine that is removed from the exhaust gas and that supplies the reducing agent into the exhaust by the injection valve 17 is provided with a cooling chamber 24 that surrounds the periphery of the injection valve. The injection valve can be cooled by circulating a cooling medium in the cooling chamber.
[Selection] Figure 2

Description

本発明は、エンジン用の排気処理装置に関し、特に排気中に供給した還元剤を選択還元型触媒上で排気中の窒素酸化物と還元反応させることで除去する排気処理装置に関する。   The present invention relates to an exhaust treatment apparatus for an engine, and more particularly, to an exhaust treatment apparatus that removes a reducing agent supplied in exhaust gas by reduction reaction with nitrogen oxide in exhaust gas on a selective catalytic reduction catalyst.

エンジン排気中から窒素酸化物(以下、NOx)を除去する手法の有力なものとして選択還元型触媒/SCR(Selective Catalytic Reduction)を用いる方法がある。これを仮に、SCR法と呼ぶ。SCR法では、排気中に還元剤を添加し、その還元剤を選択還元型触媒上で酸素共存下において排気中のNOxと選択的に還元反応させることでNOxを窒素に還元して排気中から除去する。還元剤としては、一般に、アンモニアが用いられる。具体的には、尿素を水に溶解させた尿素水(尿素水溶液)を前駆体として排気中に供給し、その尿素水を排気の熱で加水分解させてアンモニアを生成させ、それを還元剤として働かせる。以下では「還元剤」という場合、アンモニアの前駆体である尿素水を含む場合もあるものとする。   As a promising technique for removing nitrogen oxides (hereinafter referred to as NOx) from engine exhaust, there is a method using a selective catalytic reduction / SCR (Selective Catalytic Reduction). This is temporarily called the SCR method. In the SCR method, a reducing agent is added to the exhaust gas, and the reducing agent is selectively reduced with NOx in the exhaust gas in the presence of oxygen on the selective catalytic reduction catalyst to reduce NOx to nitrogen and from the exhaust gas. Remove. As the reducing agent, ammonia is generally used. Specifically, urea water (urea aqueous solution) in which urea is dissolved in water is supplied into the exhaust as a precursor, and the urea water is hydrolyzed by the heat of the exhaust to generate ammonia, which is used as a reducing agent. Work. Hereinafter, the term “reducing agent” may include urea water, which is a precursor of ammonia.

こうしたSCR法では、排気中への還元剤の供給が肝要となる。すなわち還元剤の供給は、エンジンから排出されるNOxに見合った量となるように適切に制御してなされる必要がある。排気中に還元剤、具体的には尿素水を供給する方式としては噴射ノズル方式と噴射弁方式が知られている。   In such an SCR method, it is important to supply a reducing agent into the exhaust gas. That is, the supply of the reducing agent needs to be appropriately controlled so as to be an amount commensurate with NOx discharged from the engine. An injection nozzle method and an injection valve method are known as methods for supplying a reducing agent, specifically urea water, into the exhaust gas.

噴射ノズル方式では、先端側をL字状に曲折させた細長い管状の噴射ノズルを排気煙道内に配置し、その噴射ノズルから圧縮空気と混合の尿素水を霧状に噴射して排気中に供給する(例えば非特許文献1、特許文献1、特許文献2)。こうしたノズル方式には、排気温度に関連した問題がある。それは、排気温度が一定以下であると尿素水から尿素が析出し易くなり、そのことで低排気温状態では効果的なNOx除去をできなくなるという問題である。この問題は、排気温度と相関する噴射ノズル内の温度と噴射ノズル内での尿素水の状態の関係に由来する。すなわち、排気温度が高く、それに応じて噴射ノズル内温度も高い状態では、噴射ノズル中を流下する尿素水が噴射ノズルの内壁で液滴状に弾かれる状態になることから尿素の析出は起こりにくく、一方、排気温度が低く、それに応じて噴射ノズル内の温度が低下すると、尿素水が噴射ノズルの内壁に付着して煮沸される状態になり、そのために尿素の析出を生じ易くなる。そして尿素の析出を生じると、噴射ノズルの目詰まりや必要量のアンモニアを生成できなくなるなどのことから効果的なNOx除去を安定的に行えなくなる。   In the injection nozzle method, an elongate tubular injection nozzle whose front end is bent in an L-shape is placed in the exhaust flue, and urea water mixed with compressed air is sprayed from the injection nozzle into a mist and supplied into the exhaust. (For example, Non-Patent Document 1, Patent Document 1, and Patent Document 2). Such nozzle systems have problems related to exhaust temperature. It is a problem that when the exhaust gas temperature is below a certain level, urea is liable to precipitate from the urea water, which makes it impossible to effectively remove NOx in a low exhaust gas temperature state. This problem is derived from the relationship between the temperature in the injection nozzle that correlates with the exhaust gas temperature and the state of urea water in the injection nozzle. That is, in a state where the exhaust temperature is high and the temperature in the injection nozzle is also high, urea water flowing down in the injection nozzle is repelled in the form of droplets on the inner wall of the injection nozzle, so urea precipitation is unlikely to occur. On the other hand, when the exhaust gas temperature is low and the temperature in the injection nozzle is lowered accordingly, the urea water adheres to the inner wall of the injection nozzle and is boiled, so that urea is likely to precipitate. When urea is precipitated, effective NOx removal cannot be stably performed because the injection nozzle is clogged or a necessary amount of ammonia cannot be generated.

一方、噴射弁方式では、排気煙道の側面に取り付けた噴射弁から排気煙道内に尿素水を霧状に噴射して排気中に供給する(例えば特許文献3、特許文献4)。こうした噴射弁方式は、噴射ノズル方式に比べて尿素析出の問題が少なく、広い排気温度領域で効果的なNOx除去を行うことを可能とする。   On the other hand, in the injection valve system, urea water is sprayed into the exhaust flue from an injection valve attached to the side surface of the exhaust flue and supplied into the exhaust (for example, Patent Document 3 and Patent Document 4). Such an injection valve system has fewer problems of urea precipitation than the injection nozzle system, and enables effective NOx removal in a wide exhaust temperature range.

特開2005−105970号公報JP 2005-105970 A 特開2005−127318号公報JP 2005-127318 A 特開2004−353523号公報JP 2004-353523 A 特開2005−344597号公報JP 2005-344597 A 自動車技術Vol57.No.9(2003)p94〜99Automotive technology Vol57.No. 9 (2003) p94-99

上述のように、噴射弁方式には、噴射ノズル方式に比べて尿素析出の問題が少なく、広い排気温度領域で効果的なNOx除去を行うことが可能であるという利点がある。しかし噴射弁方式でも尿素析出を完全に抑制できるというわけではない。すなわち噴射弁でもその内部の温度状態によってはある程度の尿素析出を避けられず、尿素析出を生じると、噴射弁の噴射特性の変化や目詰まりなどの問題を招くことになる。こうしたことから、噴射弁方式についても、さらに改善の余地がある。   As described above, the injection valve method has the advantage that there is less problem of urea precipitation than the injection nozzle method, and it is possible to perform effective NOx removal in a wide exhaust temperature range. However, urea injection cannot be completely suppressed even with the injection valve system. In other words, a certain amount of urea precipitation cannot be avoided depending on the temperature state inside the injection valve. If urea precipitation occurs, problems such as changes in the injection characteristics of the injection valve and clogging may occur. For these reasons, there is room for further improvement in the injection valve system.

また噴射弁方式には、噴射ノズル方式に比べて尿素水の供給量をより高精度で行うことが可能であるという利点もある。この噴射弁方式における供給量の制御性をより効果的に活かすには、高性能な電磁弁を噴射弁に用いるのが有効である。しかしこれには、電磁弁の耐熱性、より具体的には電磁弁の電磁駆動機構の耐熱性の問題がある。すなわち電磁駆動機構における電磁コイルや磁気回路の耐熱性は、例えば120℃程度であり、最高で500℃にもなる排気温度に比べてかなり低い範囲にある。このため噴射弁方式の供給量制御性をより効果的に活用できるようにするについても改善の余地がある。   The injection valve method also has an advantage that the supply amount of urea water can be performed with higher accuracy than the injection nozzle method. In order to make more effective use of the controllability of the supply amount in this injection valve system, it is effective to use a high-performance electromagnetic valve for the injection valve. However, this has the problem of heat resistance of the solenoid valve, more specifically, heat resistance of the electromagnetic drive mechanism of the solenoid valve. That is, the heat resistance of the electromagnetic coil and the magnetic circuit in the electromagnetic drive mechanism is, for example, about 120 ° C., which is in a considerably lower range than the exhaust temperature that reaches 500 ° C. at the maximum. For this reason, there is room for improvement in making it possible to more effectively utilize the supply amount controllability of the injection valve system.

以上のような噴射弁方式における尿素析出問題や電磁弁を用いた噴射弁の耐熱性問題は、噴射弁の内部を適切な温度に維持できるようにするという問題であると言い換えることができる。すなわち噴射弁の内部を適切な温度に安定的に維持できるようにすれば、尿素析出問題も耐熱性問題もともに解決することができ、噴射弁方式の利点をより効果的に活かせることができるようになるということである。   In other words, the urea precipitation problem in the injection valve system and the heat resistance problem of the injection valve using the electromagnetic valve can be paraphrased as problems that allow the inside of the injection valve to be maintained at an appropriate temperature. That is, if the inside of the injection valve can be stably maintained at an appropriate temperature, both the urea precipitation problem and the heat resistance problem can be solved, and the advantages of the injection valve system can be utilized more effectively. It will be like that.

本発明は、以上のような知見に基づいてなされたものであり、還元剤の排気中への供給を噴射弁で行う方式のSCR法エンジン用排気処理装置について、噴射弁の内部温度を安定的に適切な温度に保てるようにすることを課題としている。   The present invention has been made on the basis of the above-described knowledge, and the internal temperature of the injection valve is stable for the SCR engine exhaust treatment device that supplies the reducing agent into the exhaust gas by the injection valve. The problem is to be able to keep the temperature at an appropriate temperature.

本発明では上記課題を解決するために、エンジンから排出されて排気煙道を流下する排気中に還元剤を供給し、前記排気煙道中に設置の選択還元型触媒上で前記排気中の窒素酸化物を前記還元剤と還元反応させることで排気中から除去するようにされ、前記還元剤の排気中への供給を噴射弁で行うようにされているエンジン用の排気処理装置において、前記噴射弁の周囲を囲むようにした冷却室を設け、前記冷却室に冷却媒体を循環させることで前記噴射弁の冷却を行えるようにしている。   In the present invention, in order to solve the above-mentioned problem, a reducing agent is supplied into the exhaust discharged from the engine and flowing down the exhaust flue, and the nitrogen oxidation in the exhaust is performed on the selective reduction catalyst installed in the exhaust flue. In the exhaust treatment apparatus for an engine, the object is removed from the exhaust gas by a reduction reaction with the reducing agent, and the supply of the reducing agent into the exhaust gas is performed by the injection valve. A cooling chamber is provided so as to surround the periphery of the nozzle, and the injection valve can be cooled by circulating a cooling medium in the cooling chamber.

このように冷却媒体を循環させる冷却室により噴射弁を冷却するようにしたことにより、噴射弁の内部温度を常に適切な温度に保つことができるようになり、還元剤として尿素水を用いる場合に、その尿素水に噴射弁中で尿素析出を生じるという尿素析出問題、それに噴射弁として電磁弁を用いる場合の耐熱性問題をともに回避することができようになる。   By thus cooling the injection valve by the cooling chamber that circulates the cooling medium, the internal temperature of the injection valve can always be kept at an appropriate temperature, and when urea water is used as the reducing agent. Therefore, it is possible to avoid both the urea precipitation problem that urea precipitation occurs in the urea water in the injection valve and the heat resistance problem when the electromagnetic valve is used as the injection valve.

また本発明では、上記のような排気処理装置について、前記冷却媒体として尿素水を用いるようにしている。このように冷却媒体に尿素水を用いれば、尿素水の噴射弁への供給系を利用でき、冷却媒体の循環系をより簡易な構造で済ませることができるようになる。   In the present invention, urea water is used as the cooling medium in the exhaust treatment apparatus as described above. If urea water is used as the cooling medium in this way, the supply system to the injection valve of urea water can be used, and the circulation system of the cooling medium can be completed with a simpler structure.

また本発明では、上記のような排気処理装置について、噴射弁の周囲を囲む環状空間となるように前記冷却室を形成するものとしている。このように冷却室を形成することにより、噴射弁に対する冷却能力をより高いものとすることができる。   Moreover, in this invention, about the above exhaust processing apparatuses, the said cooling chamber shall be formed so that it may become the annular space surrounding the circumference | surroundings of an injection valve. By forming the cooling chamber in this way, the cooling capacity for the injection valve can be made higher.

また本発明では、上記のような排気処理装置について、噴射弁を保持する噴射弁ホルダを設け、その噴射弁ホルダに冷却室を設けるものとしている。   In the present invention, the exhaust treatment apparatus as described above is provided with an injection valve holder that holds the injection valve, and a cooling chamber is provided in the injection valve holder.

また本発明では、上記のような排気処理装置について、冷却室を流下する冷却媒体に旋回流を形成させるようにしている。このように旋回流を生じさせることにより、冷却室での冷却媒体の流れに淀みが発生するのを有効に防止することができ、より効果的な冷却を行えるようになる。   In the present invention, in the exhaust treatment apparatus as described above, a swirl flow is formed in the cooling medium flowing down the cooling chamber. By generating the swirl flow in this manner, it is possible to effectively prevent stagnation in the flow of the cooling medium in the cooling chamber, and more effective cooling can be performed.

また本発明では、上記のような排気処理装置について、冷却室における冷却媒体入口と冷却媒体出口を互いに噴射弁の長さ方向で離された状態で設け、そして冷却媒体入口の側で冷却媒体の流速を遅くし、冷却媒体出口の側で冷却媒体の流速を速くするようにしている。このように冷却媒体に流速分布を与えることにより、噴射弁に対する冷却をより均一的に行うことができ、結果として噴射弁の冷却をより効果的に行えるようになる。   Further, in the present invention, in the exhaust treatment apparatus as described above, the cooling medium inlet and the cooling medium outlet in the cooling chamber are provided in a state where they are separated from each other in the length direction of the injection valve, and the cooling medium inlet is provided on the cooling medium inlet side. The flow rate is decreased, and the flow rate of the cooling medium is increased on the cooling medium outlet side. By giving the flow velocity distribution to the cooling medium in this manner, the injection valve can be cooled more uniformly, and as a result, the injection valve can be cooled more effectively.

また本発明では、上記のような排気処理装置について、噴射弁の噴孔を排気煙道の側面から排気煙道の内部に臨ませる状態で噴射弁を排気煙道に取り付けるようにし、そしてこの取付け状態にあって、冷却媒体入口を排気煙道に近い位置に設け、冷却媒体出口を排気煙道から離れた位置に設けるようにしている。このようにすることにより、排気煙道との関係で冷却室に生じようとする温度勾配を抑えることができ、噴射弁の冷却をより効果的に行えるようになる。   Further, in the present invention, for the exhaust treatment apparatus as described above, the injection valve is attached to the exhaust flue with the injection hole of the injection valve facing the inside of the exhaust flue from the side surface of the exhaust flue, and this attachment In this state, the cooling medium inlet is provided at a position close to the exhaust flue, and the cooling medium outlet is provided at a position away from the exhaust flue. By doing in this way, the temperature gradient which is going to be generated in the cooling chamber in relation to the exhaust flue can be suppressed, and the injection valve can be cooled more effectively.

また本発明では、上記のような排気処理装置について、冷却媒体入口寄りの部分で冷却室の環状空間の幅を広くする一方で、冷却媒体出口寄りの部分で冷却室の環状空間の幅を狭くするようにし、環状空間が多段構造となるようにしている。このような環状空間の多段構造は、上記旋回流の形成を促し、また上記流速分布の形成に有効である。   In the present invention, in the exhaust treatment apparatus as described above, the width of the annular space of the cooling chamber is widened at the portion near the cooling medium inlet, while the width of the annular space of the cooling chamber is narrowed at the portion near the cooling medium outlet. The annular space has a multistage structure. Such a multi-stage structure of the annular space promotes the formation of the swirling flow and is effective for forming the flow velocity distribution.

また本発明では、上記のような排気処理装置について、冷却媒体を大気圧より高い圧力で冷却室に流入させるようにしている。このようにすることで、冷却媒体として尿素水を用いる場合に、その沸点を高めることができ、冷却室での尿素析出問題を有効に防ぐことが可能となる。   In the present invention, in the exhaust treatment apparatus as described above, the cooling medium is caused to flow into the cooling chamber at a pressure higher than the atmospheric pressure. By doing so, when urea water is used as the cooling medium, the boiling point can be increased, and the urea precipitation problem in the cooling chamber can be effectively prevented.

また本発明では、上記のような排気処理装置について、噴射弁がその噴孔を排気煙道の側面から排気煙道の内部に臨ませる状態で取り付けられる構造である場合に、その噴射弁を保持する噴射弁ホルダと排気煙道の間に、排気煙道と連通した断熱空間を設けるものとしている。このようにしたことにより、排気煙道からの熱に冷却室が直接的に触れるのを避けることができ、冷却室の冷却能力を高めることができる。   Further, in the present invention, the exhaust valve is held when the injection valve has a structure in which the injection hole is attached in a state in which the injection hole faces the inside of the exhaust flue from the side surface of the exhaust flue. A heat insulation space communicating with the exhaust flue is provided between the injection valve holder and the exhaust flue. By doing in this way, it can avoid that a cooling chamber touches the heat from an exhaust flue directly, and can improve the cooling capacity of a cooling chamber.

また本発明では、上記のような排気処理装置について、前記断熱空間を排気煙道に連通させるようにしている。このようにすることにより、断熱空間に空気が密封され、その空気が温度上昇により膨張することで発生する圧力などの好ましくない状態の招来を防ぐことができる。   Further, in the present invention, in the exhaust treatment apparatus as described above, the heat insulation space is communicated with the exhaust flue. By doing in this way, air can be sealed in the heat insulation space, and it is possible to prevent an unfavorable state such as a pressure generated when the air expands due to a temperature rise.

以上のような本発明によれば、還元剤の排気中への供給を噴射弁で行う方式のSCR法エンジン用排気処理装置について、噴射弁の内部温度を安定的に適切な温度に保てるようになる。   According to the present invention as described above, the internal temperature of the injection valve can be stably maintained at an appropriate temperature with respect to the SCR engine exhaust treatment apparatus that uses the injection valve to supply the reducing agent into the exhaust. Become.

以下、本発明を実施するための形態について説明する。図1に、第1の実施形態によるエンジン用の排気処理装置の全体構成を示す。本実施形態の排気処理装置は、ディーゼルエンジンの排気処理に適用する場合の例であり、ディーゼルエンジン1に接続される排気系2に排気処理系3を組み込んで構成されている。   Hereinafter, modes for carrying out the present invention will be described. FIG. 1 shows the overall configuration of an exhaust treatment apparatus for an engine according to the first embodiment. The exhaust treatment apparatus of the present embodiment is an example in the case of application to exhaust treatment of a diesel engine, and is configured by incorporating an exhaust treatment system 3 into an exhaust system 2 connected to the diesel engine 1.

排気系2は、ディーゼルエンジン1から排出される排気4を流下させる排気煙道5を有している。排気煙道5は、上流部5a、中流部5bおよび下流部5cからなり、その中を流下する排気4から黒煙粒子状物質などの微粒子を除去するための微粒子除去装置(DPF;Diesel Particulate Filter)6が上流部5aと中流部5bの間に配設され、また下流部5cの先に図示を省略のマフラーなどが配設されている。   The exhaust system 2 has an exhaust flue 5 through which the exhaust 4 discharged from the diesel engine 1 flows down. The exhaust flue 5 includes an upstream part 5a, a midstream part 5b, and a downstream part 5c, and a particulate removal device (DPF; Diesel Particulate Filter) for removing particulates such as black smoke particulate matter from the exhaust 4 flowing down therethrough. ) 6 is disposed between the upstream portion 5a and the midstream portion 5b, and a muffler (not shown) is disposed at the tip of the downstream portion 5c.

排気処理系3は、噴射系11、供給系12、選択還元型触媒13および制御ユニット14を備えている。   The exhaust treatment system 3 includes an injection system 11, a supply system 12, a selective reduction catalyst 13 and a control unit 14.

噴射系11は、供給系12で供給される還元剤、具体的には尿素水16を排気煙道5の内部に噴射する噴射弁17、噴射弁17を保持する噴射弁ホルダ18、および噴射弁17から噴射される尿素水の噴霧19(図2)を衝突させる衝突板20を含んでいる。   The injection system 11 includes an injection valve 17 that injects a reducing agent supplied by the supply system 12, specifically urea water 16 into the exhaust flue 5, an injection valve holder 18 that holds the injection valve 17, and an injection valve 17 includes a collision plate 20 that collides with a spray 19 (FIG. 2) of urea water injected from 17.

噴射弁17は、高性能な電磁弁で構成されており、図2と図3に示すように、噴射弁ホルダ18で保持された状態で排気煙道5の中流部5bにおいて排気煙道5の側面に直交するようにして排気煙道5の外周面に取り付けられ、その噴孔21を排気煙道5の側面から排気煙道5の内部に臨ませるようにされている。   The injection valve 17 is composed of a high-performance electromagnetic valve. As shown in FIGS. 2 and 3, the injection valve 17 is held by the injection valve holder 18 in the midstream portion 5 b of the exhaust flue 5. It is attached to the outer peripheral surface of the exhaust flue 5 so as to be orthogonal to the side surface, and its nozzle hole 21 faces the inside of the exhaust flue 5 from the side surface of the exhaust flue 5.

噴射弁ホルダ18は、熱伝導性に優れたアルミニウムやアルミニウム合金などの材料で形成されたホルダ内筒22とホルダ外筒23で構成されており、ホルダ内筒22とホルダ外筒23の間に冷却室24が形成されている。   The injection valve holder 18 is composed of a holder inner cylinder 22 and a holder outer cylinder 23 formed of a material such as aluminum or aluminum alloy having excellent thermal conductivity, and between the holder inner cylinder 22 and the holder outer cylinder 23. A cooling chamber 24 is formed.

冷却室24は、そこに循環させる冷却媒体25で噴射弁17を冷却して噴射弁17の内部を適切な温度に保つのに機能する。冷却媒体25には、エンジンの冷却水や還元剤である尿素水を用いることができる。本実施形態では尿素水を冷却媒体25に用いるようにしている。このように尿素水を冷却媒体25とすることにより、尿素水の供給系を利用でき、冷却媒体25の循環系をより簡易な構造で済ませることができるようになる。   The cooling chamber 24 functions to cool the injection valve 17 with the cooling medium 25 circulated therethrough to keep the inside of the injection valve 17 at an appropriate temperature. As the cooling medium 25, engine cooling water or urea water as a reducing agent can be used. In this embodiment, urea water is used as the cooling medium 25. By using urea water as the cooling medium 25 in this way, the urea water supply system can be used, and the circulation system of the cooling medium 25 can be completed with a simpler structure.

この冷却室24は、噴射弁17の周囲、特に噴射弁17の主要部(噴射弁17ノズル部先端の噴孔21の近辺からノズル内部に配設された弁体を駆動する電磁駆動機構部27までの部分)を囲む環状空間となるように形成されており、噴射弁17の冷却をより効果的に行う、つまり噴射弁17に対する冷却性能を高めるための構造が与えられている。   The cooling chamber 24 is an electromagnetic drive mechanism 27 for driving a valve body disposed inside the nozzle from the vicinity of the injection valve 17, in particular, the main part of the injection valve 17 (the vicinity of the injection hole 21 at the tip of the injection valve 17 nozzle portion). A structure is provided to cool the injection valve 17 more effectively, that is, to enhance the cooling performance of the injection valve 17.

第1の構造は、冷却室24に設けた冷却媒体入口28と冷却媒体出口29の排気煙道5との関係における配置構造である。具体的には、冷却媒体入口28と冷却媒体出口29が互いに噴射弁17の長さ方向で離された状態で設けられ、この状態にあって、冷却媒体入口28は、排気煙道5に近い側、つまり噴射弁17の先端側に配置され、冷却媒体出口29は、排気煙道5から離れた側、つまり噴射弁17の後端側に配置されている。冷却媒体入口28と冷却媒体出口29をこのような配置とすることにより、冷却室24内の温度勾配をより小さくできる。すなわち、冷却室24は、排気煙道5からの熱で排気煙道5に近い側が高温になり、排気煙道5から遠いほど温度が低くなる、といった温度勾配を生じ易い状態にある。このような状態にあって、排気煙道5に近接配置の冷却媒体入口28から低温の冷却媒体25を排気煙道5に近い側に流入させる一方で、昇温した冷却媒体25を排気煙道5から離れた側の冷却媒体出口29から流出させることにより、上記のような温度勾配の発生を抑制することができる。この結果、噴射弁17の冷却をより効果的に行えるようになる。   The first structure is an arrangement structure in the relationship between the cooling medium inlet 28 provided in the cooling chamber 24 and the exhaust flue 5 of the cooling medium outlet 29. Specifically, the cooling medium inlet 28 and the cooling medium outlet 29 are provided in a state separated from each other in the length direction of the injection valve 17. In this state, the cooling medium inlet 28 is close to the exhaust flue 5. The cooling medium outlet 29 is disposed on the side of the injection valve 17, that is, on the side away from the exhaust flue 5, that is, on the rear end side of the injection valve 17. By arranging the cooling medium inlet 28 and the cooling medium outlet 29 in this way, the temperature gradient in the cooling chamber 24 can be further reduced. That is, the cooling chamber 24 is in a state in which a temperature gradient is likely to be generated, such that the temperature near the exhaust flue 5 becomes high due to the heat from the exhaust flue 5 and the temperature decreases as the distance from the exhaust flue 5 increases. In such a state, the low-temperature cooling medium 25 is caused to flow from the cooling medium inlet 28 disposed close to the exhaust flue 5 to the side close to the exhaust flue 5, while the raised cooling medium 25 is supplied to the exhaust flue 5. By causing the coolant to flow out from the cooling medium outlet 29 on the side away from 5, the occurrence of the temperature gradient as described above can be suppressed. As a result, the injection valve 17 can be cooled more effectively.

第2の構造は、冷却室24の内部で冷却媒体25に旋回流を生じさせる構造である。具体的には、冷却媒体入口28と冷却媒体出口29それぞれの中心位置を冷却室24の周方向で異ならせる(図3)とともに、噴射弁17を取り囲む冷却室24の環状空間を多段的に先細りに形成している。ここで、環状空間の多段的な先細り構造とは、図2の例の場合、冷却媒体入口28寄りの部分で環状空間の幅を広くし、冷却媒体出口29寄りの部分で環状空間の幅を狭くしてある構造であり、図2の例では2段による先細り構造となっている。このようにすることにより、冷却室24において冷却媒体25に効率よく旋回流を生じさせることができる。そして旋回流を生じさせることにより、冷却室24での冷却媒体25の流れに淀みが発生するのを有効に防止することができ、噴射弁17の冷却をより効果的に行えるようになる。   The second structure is a structure that generates a swirling flow in the cooling medium 25 inside the cooling chamber 24. Specifically, the center positions of the cooling medium inlet 28 and the cooling medium outlet 29 are made different in the circumferential direction of the cooling chamber 24 (FIG. 3), and the annular space of the cooling chamber 24 surrounding the injection valve 17 is tapered in a multistage manner. Is formed. Here, the multi-stage tapered structure of the annular space means that in the example of FIG. 2, the width of the annular space is widened at the portion near the cooling medium inlet 28 and the width of the annular space is widened at the portion near the cooling medium outlet 29. The structure is narrow, and in the example of FIG. By doing so, a swirl flow can be efficiently generated in the cooling medium 25 in the cooling chamber 24. By generating the swirl flow, it is possible to effectively prevent stagnation in the flow of the cooling medium 25 in the cooling chamber 24, and the injection valve 17 can be cooled more effectively.

第3の構造は、冷却室24における冷却媒体25に流速分布を与える構造である。冷却媒体入口28から流入した冷却媒体25は低温であるが、冷却室24を通過して噴射弁17の冷却に働く間に温度が上昇する。つまり冷却媒体出口29の冷却媒体25は、冷却媒体入口28の冷却媒体25に比べて温度が高くなる。したがって、冷却室24での冷却媒体25による冷却効果は、冷却媒体出口29付近に行くに従い低下する傾向にある。そこで、冷却媒体入口28に近くて冷却媒体25の温度が相対的に低い部分では冷却媒体25の流速を遅くし、冷却媒体出口29に近くて冷却媒体25の温度が相対的に高い部分では冷却媒体25の流速を早くするようにしている。この流速分布は、上述の多段的な先細り構造でもたらされる。すなわち多段的な先細り構造は、旋回流の生成に加えて、流速分布の生成にも機能しているということである。具体的には、冷却媒体入口28寄りの部分では、冷却室24の環状空間が幅広であることにより冷却媒体25の流速が相対的に遅くなり、冷却媒体出口29寄りの部分では冷却室24の環状空間の幅狭であることにより冷却媒体25の流速が相対的に速くなるように流速分布が形成されている。このようにすることにより、冷却媒体25の熱伝達率が流速に相関して流速が早いほど大きいことから、冷却室24内での冷却媒体25に温度分布があっても、噴射弁17に対する冷却をより均一的に行うことができ、結果として噴射弁17の冷却をより効果的に行えるようになる。   The third structure is a structure that gives a flow velocity distribution to the cooling medium 25 in the cooling chamber 24. Although the cooling medium 25 flowing from the cooling medium inlet 28 is at a low temperature, the temperature rises while it passes through the cooling chamber 24 and cools the injection valve 17. That is, the temperature of the cooling medium 25 at the cooling medium outlet 29 is higher than that of the cooling medium 25 at the cooling medium inlet 28. Therefore, the cooling effect of the cooling medium 25 in the cooling chamber 24 tends to decrease as it goes near the cooling medium outlet 29. Therefore, the flow rate of the cooling medium 25 is decreased at a portion near the cooling medium inlet 28 where the temperature of the cooling medium 25 is relatively low, and the cooling is performed at a portion near the cooling medium outlet 29 where the temperature of the cooling medium 25 is relatively high. The flow rate of the medium 25 is increased. This flow velocity distribution is provided by the multi-stage tapered structure described above. That is, the multi-stage tapered structure functions not only for the generation of the swirling flow but also for the generation of the flow velocity distribution. Specifically, the flow rate of the cooling medium 25 is relatively slow at the portion near the cooling medium outlet 28 due to the wide annular space of the cooling chamber 24, and the portion of the cooling chamber 24 near the cooling medium outlet 29 is relatively close. The flow velocity distribution is formed so that the flow velocity of the cooling medium 25 becomes relatively fast due to the narrow width of the annular space. By doing so, the heat transfer coefficient of the cooling medium 25 correlates with the flow rate, and the higher the flow rate, the larger the cooling medium 25. Therefore, even if the cooling medium 25 in the cooling chamber 24 has a temperature distribution, As a result, the injection valve 17 can be cooled more effectively.

図4に、冷却室24における冷却媒体の流れを解析した結果の一例を示す。図では流跡線Sで冷却媒体の流れを示している。この結果によれば、冷却室24では望ましい旋回流が形成されている。また、噴射弁17ノズル部に対応する部分で旋回流の旋回数が多くなっており、しかもこの部分の旋回流が相対的に低速となっている。また冷却媒体出口29に近い側、つまり冷却媒体の温度が相対的に高くなっている側で流れが相対的に速くなって、熱伝達率が相対的に大きくなるようになっている。こうした旋回流や流速分布により、冷却室24による噴射弁17の冷却をより効果的に行うことができる。   FIG. 4 shows an example of the result of analyzing the flow of the cooling medium in the cooling chamber 24. In the figure, the flow of the cooling medium is indicated by a flow line S. According to this result, a desirable swirl flow is formed in the cooling chamber 24. Further, the number of swirling flows in the portion corresponding to the nozzle portion of the injection valve 17 is increased, and the swirling flow in this portion is relatively low. Further, the flow is relatively fast on the side close to the cooling medium outlet 29, that is, on the side where the temperature of the cooling medium is relatively high, so that the heat transfer coefficient becomes relatively large. With such a swirl flow and flow velocity distribution, the injection valve 17 can be cooled more effectively by the cooling chamber 24.

上述のように噴射弁ホルダ18は、熱伝導性に優れたアルミニウムやアルミニウム合金などの材料で形成するのが好ましい。しかしそれらの材料は、冷却媒体25に用いる尿素水(その水素イオン濃度は9前後である)との関係で耐食性に難がある。また噴射弁17の材料金属(ステンレスなど)と噴射弁ホルダ18の材料金属(アルミニウムやアルミニウム合金など)が接触することによるいずれかの金属材の腐食の問題もある。そこで、噴射弁ホルダ18には適切な表面処理を施すのが好ましい。表面処理としては、無電解ニッケルメッキや耐薬品性に優れる合成樹脂材、例えばフッ素樹脂によるコーティングあるいはガラスコーティングなどが適している。またアルミニウムを電気分解により酸化させて表面に皮膜を作る陽極酸化皮膜を形成させることでも耐食性を向上させることが可能である。   As described above, the injection valve holder 18 is preferably formed of a material such as aluminum or aluminum alloy having excellent thermal conductivity. However, these materials have difficulty in corrosion resistance due to the relationship with urea water (the hydrogen ion concentration is around 9) used for the cooling medium 25. There is also a problem of corrosion of any metal material due to contact between the material metal (such as stainless steel) of the injection valve 17 and the material metal (such as aluminum or aluminum alloy) of the injection valve holder 18. Therefore, it is preferable to perform an appropriate surface treatment on the injection valve holder 18. As the surface treatment, electroless nickel plating or a synthetic resin material excellent in chemical resistance, for example, coating with a fluororesin or glass coating is suitable. Corrosion resistance can also be improved by forming an anodic oxide film that oxidizes aluminum by electrolysis to form a film on the surface.

噴射弁ホルダ18は、以上のようにその冷却室24で噴射弁17の冷却に機能する。この噴射弁ホルダ18の冷却機能をより効果的なものとするために、噴射弁ホルダ18と排気煙道5の間に断熱構造を設けている。具体的には、噴射弁ホルダ18と排気煙道5の側壁の間に環状の断熱材31を配設し、これにより排気煙道5から噴射弁ホルダ18に伝導する熱量を低減している。また排気煙道5を流下する排気4から噴射弁ホルダ18への伝達される熱量を低減するために、噴射弁ホルダ18と排気4が接する部分に断熱空間32を形成している(図2参照)。断熱空間32は、排気煙道5の側壁の外面に設けた凹部と噴射弁ホルダ18のホルダ内筒22の底面に設けた凹部を組み合わせるようにして形成されている。この断熱空間32は、噴射弁17の先端部を囲む状態の平たい環状空間となるようにされており、その内周側は、排気煙道5の側壁から突出する煙道側突起33とホルダ内筒22の底面から突出するホルダ側突起34で画されている。そして、煙道側突起33とホルダ側突起34の間に狭い隙間35を設けることで、断熱空間32と排気煙道5の内部を連通させるようにしている。   The injection valve holder 18 functions to cool the injection valve 17 in the cooling chamber 24 as described above. In order to make the cooling function of the injection valve holder 18 more effective, a heat insulating structure is provided between the injection valve holder 18 and the exhaust flue 5. Specifically, an annular heat insulating material 31 is disposed between the injection valve holder 18 and the side wall of the exhaust flue 5, thereby reducing the amount of heat conducted from the exhaust flue 5 to the injection valve holder 18. Further, in order to reduce the amount of heat transmitted from the exhaust 4 flowing down the exhaust flue 5 to the injection valve holder 18, a heat insulating space 32 is formed in a portion where the injection valve holder 18 and the exhaust 4 are in contact (see FIG. 2). ). The heat insulating space 32 is formed by combining a recess provided on the outer surface of the side wall of the exhaust flue 5 and a recess provided on the bottom surface of the holder inner cylinder 22 of the injection valve holder 18. The heat insulating space 32 is formed as a flat annular space surrounding the tip of the injection valve 17, and the inner peripheral side thereof is a flue side protrusion 33 protruding from the side wall of the exhaust flue 5 and the inside of the holder. It is defined by a holder-side protrusion 34 protruding from the bottom surface of the tube 22. A narrow gap 35 is provided between the flue-side protrusion 33 and the holder-side protrusion 34 so that the heat insulating space 32 communicates with the inside of the exhaust flue 5.

ここで、煙道側突起33とホルダ側突起34が直接的に接する構造であると、高温の排気4から排気煙道5の側壁に伝わった熱が煙道側突起33を介してホルダ側突起34に直接的に伝わることになる。そしてそのために、ホルダ側突起34の近辺で、つまり噴射弁17の先端部に近接した部分で噴射弁ホルダ18の温度が上昇することになり、その結果、噴射弁17の先端部の温度が上がり易くなる。このことは、特に噴射弁17の先端部が尿素析出を嫌うことから、好ましくないことである。また断熱空間32が密閉空間であると、そこに密封されることになる空気が温度上昇に伴って膨張することで発生する圧力により好ましくない状態を招くおそれもある。こうした好ましくない状態の発生を防ぐのが上述の隙間35とそれによる断熱空間32の排気煙道5への連通構造である。   Here, if the flue-side protrusion 33 and the holder-side protrusion 34 are in direct contact with each other, the heat transferred from the high-temperature exhaust 4 to the side wall of the exhaust flue 5 via the flue-side protrusion 33 is the holder-side protrusion. 34 will be transmitted directly. For this reason, the temperature of the injection valve holder 18 increases in the vicinity of the holder-side protrusion 34, that is, in the vicinity of the tip of the injection valve 17, and as a result, the temperature of the tip of the injection valve 17 increases. It becomes easy. This is not preferable because the tip of the injection valve 17 dislikes urea precipitation. Moreover, when the heat insulation space 32 is a sealed space, there is a possibility that an undesired state may be caused by the pressure generated when the air to be sealed therein expands as the temperature rises. In order to prevent the occurrence of such an unfavorable state, the above-described gap 35 and the communication structure of the heat insulating space 32 to the exhaust flue 5 are thereby prevented.

図5に、噴射弁17sの噴孔21の近辺について熱流体解析して得られた温度分布を示す。図5(a)は、比較例であり、比較用に作製した噴射弁ホルダについての温度分布である。比較用の噴射弁ホルダでは、その材料をステンレス材とし、断熱空間32に対応する要素を設けていない。一方、図5(b)は、後述する第2の実施形態における噴射弁ホルダ18sについての温度分布である。解析条件は、分流排気63として400℃の空気を用い、その流量を0.25m/minとし、冷却室24に供給する冷却媒体として60℃の水を用い、その流量を0.5リットル/minとした。 FIG. 5 shows a temperature distribution obtained by thermal fluid analysis in the vicinity of the injection hole 21 of the injection valve 17s. Fig.5 (a) is a comparative example and is temperature distribution about the injection valve holder produced for the comparison. In the injection valve holder for comparison, the material is stainless steel, and no element corresponding to the heat insulating space 32 is provided. On the other hand, FIG.5 (b) is temperature distribution about the injection valve holder 18s in 2nd Embodiment mentioned later. The analysis conditions were as follows: 400 ° C. air was used as the diverted exhaust 63, the flow rate was 0.25 m 3 / min, 60 ° C. water was used as the cooling medium supplied to the cooling chamber 24, and the flow rate was 0.5 liter / liter. It was set to min.

ここで、発明者等の実験から、尿素水で満たされた空間(例えば、噴射弁内部及び冷却室など)において尿素析出は尿素水に沸騰が起きた場合に生じることが分かっている。したがって尿素水で沸騰が起きないようにすることが析出対策の上で重要である。ただ、尿素水は尿素の水溶液であることから水よりも高い沸点を持つ。また噴射弁17s内では尿素水が大気圧より高い圧力にされており、そのことでも沸点が上昇する。これらを踏まえ、噴射弁17sの内部を水の沸点以下に保つように冷却できれば、尿素水に尿素析出を生じさせないで済むといえる。   Here, it is known from the experiments by the inventors that urea precipitation occurs when the urea water boils in a space filled with the urea water (for example, inside the injection valve and the cooling chamber). Therefore, it is important for preventing precipitation that urea water does not boil. However, urea water has a higher boiling point than water because it is an aqueous solution of urea. In addition, the urea water is set to a pressure higher than the atmospheric pressure in the injection valve 17s, and the boiling point increases accordingly. Based on these facts, it can be said that urea precipitation does not occur in the urea water if the inside of the injection valve 17s can be cooled so as to be kept below the boiling point of water.

また冷却室24の圧力は、冷却媒体が循環するようになっていることから、それほど高い圧力にはならない。仮に冷却室24の圧力を0.1MPaとし、冷却媒体を水とすれば沸点(沸点温度)は120℃である。また噴射弁17への供給圧力を0.5MPaとし、作動流体を水と仮定すれば沸点は159℃である。   The pressure in the cooling chamber 24 does not become so high because the cooling medium circulates. If the pressure in the cooling chamber 24 is 0.1 MPa and the cooling medium is water, the boiling point (boiling point temperature) is 120 ° C. If the supply pressure to the injection valve 17 is 0.5 MPa and the working fluid is water, the boiling point is 159 ° C.

図5に見られる解析結果によれば、(a)の比較例では、噴射弁17cの噴孔21cの近辺の温度が140℃以上(162℃)である。このため、噴孔21cの近辺において尿素水に沸騰を起こして尿素の析出を生じ、その尿素析出で噴射弁17sの作動不良を招く可能性が大きくなる。また(a)の比較例では、冷却室24cの内壁の最高到達温度は110〜130℃(120℃)である。このため、冷却媒体が沸騰を起こす可能性が生じ、沸騰を起こすと、冷却媒体に尿素水を用いる場合には、その尿素水に尿素析出を生じ、その尿素析出で上述のような旋回流の形成が阻害されるなどして冷却室24の冷却能が低下する可能性がある。   According to the analysis result seen in FIG. 5, in the comparative example (a), the temperature in the vicinity of the injection hole 21c of the injection valve 17c is 140 ° C. or higher (162 ° C.). For this reason, the urea water is boiled in the vicinity of the injection hole 21c to cause precipitation of urea, and the possibility of causing malfunction of the injection valve 17s due to the urea precipitation increases. Moreover, in the comparative example of (a), the highest reached temperature of the inner wall of the cooling chamber 24c is 110-130 degreeC (120 degreeC). For this reason, there is a possibility that the cooling medium will boil, and when boiling occurs, when urea water is used as the cooling medium, urea precipitation occurs in the urea water, and the urea precipitation causes the swirling flow as described above. There is a possibility that the cooling capacity of the cooling chamber 24 is lowered due to the inhibition of the formation.

これに対して(b)の本発明では、噴射弁17sの噴孔21の近辺の温度が90〜110℃(100℃)であり、冷却室24sの内壁の最高到達温度は70〜90℃(80℃)である。すなわち噴射弁17の内部の温度は110℃以下に保たれ、また冷却室24sにおいても冷却媒体の温度が90℃を超えることがない。これは、旋回室66からの熱に対する断熱空間32による冷却室24sの熱遮断が効果的に働き、またその冷却室24sによる噴射弁17sの冷却が効果的になされている結果である。このため本発明によれば、噴射弁17sと冷却室24sともに尿素水の沸騰による尿素析出という事態を有効に防止することができ、噴射弁17sによる還元剤の供給をより安定的なものとすることが可能となる。ここで、括弧内の温度は温度表示解像度を上げて把握した値である。   On the other hand, in the present invention of (b), the temperature in the vicinity of the injection hole 21 of the injection valve 17s is 90 to 110 ° C. (100 ° C.), and the maximum temperature reached on the inner wall of the cooling chamber 24s is 70 to 90 ° C. 80 ° C.). That is, the temperature inside the injection valve 17 is kept at 110 ° C. or lower, and the temperature of the cooling medium does not exceed 90 ° C. in the cooling chamber 24 s. This is a result that the heat insulation of the cooling chamber 24s by the heat insulating space 32 with respect to the heat from the swirl chamber 66 works effectively, and the cooling of the injection valve 17s by the cooling chamber 24s is effectively performed. Therefore, according to the present invention, it is possible to effectively prevent the occurrence of urea precipitation due to the boiling of urea water in both the injection valve 17s and the cooling chamber 24s, and to make the supply of the reducing agent by the injection valve 17s more stable. It becomes possible. Here, the temperature in parentheses is a value obtained by increasing the temperature display resolution.

衝突板20は、複数の孔36が穿たれた多孔板で形成されており、排気煙道5の中流部5bに多段(図1の例では2段)にして設置されている。また衝突板20は、1段目については噴射弁17の噴孔21に対して所定角度で対向するようにして設置され、2段目については排気煙道5における排気4の流れに平行になる状態で設置されている。ここで「所定角度」とは、噴射弁17から噴射される噴霧19を衝突板20への衝突で排気煙道5における排気の流下方向に向けることのできる角度のことである。   The impingement plate 20 is formed of a perforated plate having a plurality of holes 36, and is installed in multiple stages (two stages in the example of FIG. 1) in the midstream portion 5b of the exhaust flue 5. The collision plate 20 is installed so as to face the injection hole 21 of the injection valve 17 at a predetermined angle for the first stage, and parallel to the flow of the exhaust 4 in the exhaust flue 5 for the second stage. It is installed in a state. Here, the “predetermined angle” is an angle at which the spray 19 injected from the injection valve 17 can be directed in the exhaust flow direction in the exhaust flue 5 by the collision with the collision plate 20.

この衝突板20は、噴射弁17からの尿素水の噴霧19を、尿素の析出を有効に防ぎつつ、排気4中に均一的に分散させるのに機能し、また尿素水の加水分解によるアンモニアガスの生成を促進するのにも機能する。その機能は以下のようにして発揮される。衝突板20は、排気煙道5中に設置されていることから、排気4の温度とほぼ同じ高温状態になっている。この高温の衝突板20に噴射弁17からの噴霧19が衝突すると、噴霧19中の液滴は、衝突板20上で膜沸騰の形態をとって蒸発が促進されつつ排気4中に拡散する。ここで膜沸騰とは、衝突板20から熱の伝導を受ける液滴が衝突板20の表面との間に空気層が介在する状態で沸騰することであり、尿素の析出が生じにくいという特性がある。すなわち衝突板20への衝突を介して噴霧状態の尿素水を排気4中に供給することにより、尿素の析出を有効に防ぎつつ、排気4中に尿素水を均一的に分散させることができる。また衝突板20への衝突を介した噴霧尿素水の供給は、衝突板20への衝突での熱の授受により、尿素水の加水分解によるアンモニアガスの生成を促進する。ここで、衝突板20が複数の孔36を有していることから、噴霧19の一部は1段目の衝突板20で孔36を通過し、2段目の衝突板20(図2では図示を省略してある)に衝突することになり、その2段目の衝突板20において1段目の衝突板20におけるのと同様な作用を受けることになる。なお衝突板20は、以上のような機能の他にも、噴霧19が排気煙道5の内面に衝突するのを抑制することで排気煙道5の内面への尿素析出を防止するのにも機能する。   The impingement plate 20 functions to uniformly disperse the spray 19 of urea water from the injection valve 17 in the exhaust 4 while effectively preventing precipitation of urea, and ammonia gas by hydrolysis of urea water. It also works to promote the generation of. The function is demonstrated as follows. Since the collision plate 20 is installed in the exhaust flue 5, it is in a high temperature state substantially the same as the temperature of the exhaust 4. When the spray 19 from the injection valve 17 collides with the high-temperature impingement plate 20, the droplets in the spray 19 take the form of film boiling on the impingement plate 20 and diffuse into the exhaust 4 while promoting evaporation. Here, the film boiling means that a droplet receiving heat conduction from the collision plate 20 boils in a state where an air layer is interposed between the collision plate 20 and the surface of the collision plate 20, and has the characteristic that precipitation of urea hardly occurs. is there. That is, by supplying the urea water in the sprayed state into the exhaust 4 through the collision with the collision plate 20, the urea water can be uniformly dispersed in the exhaust 4 while effectively preventing the precipitation of urea. Further, the supply of the sprayed urea water via the collision to the collision plate 20 promotes the generation of ammonia gas by hydrolysis of the urea water by giving and receiving heat in the collision to the collision plate 20. Here, since the collision plate 20 has a plurality of holes 36, a part of the spray 19 passes through the holes 36 by the first-stage collision plate 20, and the second-stage collision plate 20 (in FIG. 2). The second-stage collision plate 20 is subjected to the same action as that of the first-stage collision plate 20. In addition to the above functions, the collision plate 20 also prevents urea deposition on the inner surface of the exhaust flue 5 by suppressing the spray 19 from colliding with the inner surface of the exhaust flue 5. Function.

以上のように本実施形態では、衝突板20を2段で構成しているが、これに限られるものでなく、2段以上で構成するようにしてもよい。また衝突板20に穿つ孔36の開口率を段ごとに変更して各段における噴霧19の衝突率を調整するような構成を採用することもできる。そのような衝突率調整構造を採用すると、排気煙道5中での尿素水の分散度合いを調整でき、選択還元型触媒13をより効率的に働かせることができる。   As described above, in the present embodiment, the collision plate 20 is configured in two stages, but is not limited thereto, and may be configured in two or more stages. It is also possible to adopt a configuration in which the opening rate of the hole 36 formed in the collision plate 20 is changed for each step to adjust the collision rate of the spray 19 in each step. When such a collision rate adjusting structure is employed, the degree of dispersion of urea water in the exhaust flue 5 can be adjusted, and the selective catalytic reduction catalyst 13 can be operated more efficiently.

供給系12は、噴射弁17に尿素水16を供給するとともに、冷却室24に循環する冷却媒体25を供給する。その冷却媒体25には上述のように尿素水16が用いられる。そのために供給系12は、貯蔵タンク41を備えている。貯蔵タンク41に貯蔵された尿素水16は、フィルタ42の下流でポンプ43にてポンプアップされて還元剤供給配管44に吐出され、還元剤供給配管44を介して所定圧力状態で噴射弁入口45(図2)から噴射弁17に供給される。   The supply system 12 supplies urea water 16 to the injection valve 17 and also supplies a cooling medium 25 that circulates to the cooling chamber 24. As the cooling medium 25, the urea water 16 is used as described above. For this purpose, the supply system 12 includes a storage tank 41. The urea water 16 stored in the storage tank 41 is pumped up by the pump 43 downstream of the filter 42 and discharged to the reducing agent supply pipe 44, and the injection valve inlet 45 in a predetermined pressure state through the reducing agent supply pipe 44. (Fig. 2) is supplied to the injection valve 17.

還元剤供給配管44からはポンプ43の直後で冷却媒体供給配管46が分岐されている。この冷却媒体供給配管46には圧力調整弁47が設けられている。この圧力調整弁47は、冷却媒体供給配管46に流す冷却媒体25つまり尿素水16の流量の調整を通じて噴射弁17への尿素水16の供給圧力を調整する。冷却媒体供給配管46で還元剤供給配管44から分流された尿素水16は冷却媒体25として冷却媒体供給配管46を流下し、冷却媒体入口28から冷却室24に流入する。冷却室24の冷却媒体出口29には冷却媒体戻し配管48が接続されており、冷却室24で噴射弁17の冷却に働いた冷却媒体25は、この冷却媒体戻し配管48により貯蔵タンク41に戻される。   A cooling medium supply pipe 46 is branched from the reducing agent supply pipe 44 immediately after the pump 43. The cooling medium supply pipe 46 is provided with a pressure adjustment valve 47. The pressure adjustment valve 47 adjusts the supply pressure of the urea water 16 to the injection valve 17 through adjustment of the flow rate of the cooling medium 25, that is, the urea water 16 that flows through the cooling medium supply pipe 46. The urea water 16 branched from the reducing agent supply pipe 44 by the cooling medium supply pipe 46 flows down the cooling medium supply pipe 46 as the cooling medium 25 and flows into the cooling chamber 24 from the cooling medium inlet 28. A cooling medium return pipe 48 is connected to the cooling medium outlet 29 of the cooling chamber 24, and the cooling medium 25 that has cooled the injection valve 17 in the cooling chamber 24 is returned to the storage tank 41 by the cooling medium return pipe 48. It is.

選択還元型触媒13は、排気4中のNOxを還元剤、具体的には尿素水16の加水分解で生成するアンモニアと酸素共存下で選択的に還元反応させるのに機能する。この選択還元型触媒13は、中流部5bと下流部5cの間で排気煙道5に配設されており、噴射弁17で排気4中に供給される尿素水16の加水分解で生成するアンモニアを含んだ排気4Nが効率よく接触するようにされている。   The selective catalytic reduction catalyst 13 functions to selectively reduce NOx in the exhaust gas 4 in the presence of oxygen and oxygen, which are produced by hydrolysis of a reducing agent, specifically urea water 16. This selective catalytic reduction catalyst 13 is disposed in the exhaust flue 5 between the midstream portion 5b and the downstream portion 5c, and is ammonia generated by hydrolysis of urea water 16 supplied into the exhaust 4 by the injection valve 17. Exhaust gas 4N containing the gas efficiently contacts.

制御ユニット14は、排気4に含まれるNOx量に応じた噴射弁17の作動制御を行う。具体的には制御ユニット14は、排気温度センサ51で検出する排気4の温度、NOxセンサ52で検出する排気4中のNOx濃度、およびアンモニアセンサ53で検出する排気4中のアンモニア濃度を入力データとし、これらのデータに基づいて、最適な供給量で尿素水16を排気4に供給できるように噴射弁17の作動制御を行う。   The control unit 14 controls the operation of the injection valve 17 according to the amount of NOx contained in the exhaust 4. Specifically, the control unit 14 inputs the temperature of the exhaust 4 detected by the exhaust temperature sensor 51, the NOx concentration in the exhaust 4 detected by the NOx sensor 52, and the ammonia concentration in the exhaust 4 detected by the ammonia sensor 53. Based on these data, the operation of the injection valve 17 is controlled so that the urea water 16 can be supplied to the exhaust gas 4 with an optimum supply amount.

以下では、第2の実施形態について説明する。図6〜図14に、第2の実施形態による排気処理装置の要部の構成を示す。図6は、本実施形態の排気処理装置における排気の流れと噴射弁の取り付け位置の関係を示し、図7は、噴射弁への尿素水の供給経路と冷却媒体の循環経路を示し、図8は、図6中のC部の斜視図、図9は、図6中のC部の正面図、図10は、図6中のC部の側面図、図11は、図9中のD−D断面図、図12は、図11中のF部拡大図、図13は、図10中のE−E断面図、図14は、図13中のC部の斜視図である。   Hereinafter, the second embodiment will be described. FIGS. 6-14 shows the structure of the principal part of the exhaust processing apparatus by 2nd Embodiment. 6 shows the relationship between the flow of exhaust gas and the mounting position of the injection valve in the exhaust treatment apparatus of this embodiment, FIG. 7 shows the supply path of urea water to the injection valve and the circulation path of the cooling medium, and FIG. Is a perspective view of a portion C in FIG. 6, FIG. 9 is a front view of the portion C in FIG. 6, FIG. 10 is a side view of the portion C in FIG. 6, and FIG. FIG. 12 is an enlarged view of a portion F in FIG. 11, FIG. 13 is a sectional view taken along a line EE in FIG. 10, and FIG. 14 is a perspective view of a portion C in FIG.

本実施形態は、基本的には第1の実施形態と同様であり、排気低温時還元剤供給ユニット60が付加されるとともに旋回翼61が付加されている点で相違している。以下では、第1の実施形態におけるのと同様な構成要素については第1の実施形態におけるのと同一の符号を付して示し、その説明は省略する。   The present embodiment is basically the same as the first embodiment, and is different in that a reducing agent supply unit 60 at the time of exhaust gas low temperature is added and a swirl vane 61 is added. In the following, the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals as those in the first embodiment, and description thereof is omitted.

まず、排気低温時還元剤供給ユニット60について説明する。排気低温時還元剤供給ユニット60は、排気煙道5を流下する排気4の温度が一定より低い状態の場合に作動して還元剤を排気4中に供給する。その具体的な構成は以下の通りである。   First, the exhaust gas low temperature reducing agent supply unit 60 will be described. The exhaust gas low temperature reducing agent supply unit 60 operates when the temperature of the exhaust gas 4 flowing down the exhaust flue 5 is lower than a certain level and supplies the reducing agent into the exhaust gas 4. The specific configuration is as follows.

排気煙道5の中流部5bには、部分的に断面サイズを小さくした絞り部62が形成されている。この絞り部62は、排気低温時還元剤供給ユニット60に排気4の一部を分流排気63として導くのに機能する。すなわち絞り部62の上流端に分流管64の導入口65が排気4の流れに向かい合うようにして臨まされており、この導入口65から分流管64に分流排気63を導くことができるようにされている。分流管64の下流には、分流管64で導かれた分流排気63に旋回流を生じさせる旋回室66が分流管64と連通するようにして設けられ、その旋回室66に下流側において伝熱管67が接続されている。旋回室66には、噴射弁ホルダ18sで保持させた噴射弁17sが取り付けられており、噴射弁17sから噴射させた尿素水の噴霧19が旋回室66を介して伝熱管67内に噴射されるようになっている。   A throttle portion 62 having a partially reduced cross-sectional size is formed in the middle flow portion 5 b of the exhaust flue 5. The throttle 62 functions to guide a part of the exhaust 4 to the exhaust low-temperature reducing agent supply unit 60 as the shunt exhaust 63. That is, the inlet 65 of the branch pipe 64 faces the upstream end of the throttle portion 62 so as to face the flow of the exhaust 4, and the branch exhaust 63 can be guided from the inlet 65 to the branch pipe 64. ing. A swirl chamber 66 for generating a swirling flow in the diverted exhaust gas 63 guided by the diverter pipe 64 is provided downstream of the diverter pipe 64 so as to communicate with the diverter pipe 64. 67 is connected. An injection valve 17 s held by an injection valve holder 18 s is attached to the swirl chamber 66, and urea spray 19 injected from the injection valve 17 s is injected into the heat transfer tube 67 through the swirl chamber 66. It is like that.

伝熱管67は、その外周部に配設された発熱体68で加熱されるようになっており、噴射弁17sで噴霧19として供給されて分流排気63とともに流下する尿素水をその気化促進のために加熱できるようにされている。また伝熱管67には、その下流側端に近い部分で加水分解触媒69が配設されており、伝熱管67で加熱されることで尿素水が気化して生成した尿素蒸気71がこの加水分解触媒69に接触することで尿素のアンモニアへの加水分解が促進するようにされている。   The heat transfer tube 67 is heated by a heating element 68 disposed on the outer peripheral portion thereof, and urea water supplied as the spray 19 by the injection valve 17s and flowing down together with the diverted exhaust gas 63 is promoted for vaporization thereof. To be heated. Further, the heat transfer tube 67 is provided with a hydrolysis catalyst 69 in a portion near the downstream end thereof, and the urea vapor 71 generated by the urea water being vaporized by being heated by the heat transfer tube 67 is hydrolyzed. By contacting the catalyst 69, hydrolysis of urea to ammonia is promoted.

伝熱管67の下流端には分散室72が接続されている。分散室72は、絞り部62の側壁を取り巻く状態の環状空間として形成されており、絞り部62の側壁に穿たれた複数の噴孔73を介して排気煙道5の内部と連通するようにされている。この分散室72は、尿素水の加水分解で生成したアンモニアを含んで伝熱管67から流出する分流排気63Nを排気煙道5中に均一的に戻すのに機能する。   A dispersion chamber 72 is connected to the downstream end of the heat transfer tube 67. The dispersion chamber 72 is formed as an annular space surrounding the side wall of the throttle part 62 and communicates with the inside of the exhaust flue 5 through a plurality of injection holes 73 formed in the side wall of the throttle part 62. Has been. The dispersion chamber 72 functions to uniformly return the diverted exhaust 63N containing ammonia generated by the hydrolysis of urea water and flowing out from the heat transfer pipe 67 into the exhaust flue 5.

次に、旋回翼61について説明する。旋回翼61は、絞り部62の下流側端近辺において分散室72の噴孔73よりも上流に位置するようにして絞り部62の内部に配設されている。この旋回翼61は、絞り部62を流下する排気4に局所的な乱流と旋回流を生じさせることで分流排気63Nと排気4の混合を促進するのに機能する。   Next, the swirl blade 61 will be described. The swirl vane 61 is disposed inside the throttle unit 62 so as to be positioned upstream of the nozzle hole 73 of the dispersion chamber 72 near the downstream end of the throttle unit 62. The swirl vane 61 functions to promote mixing of the split flow exhaust 63N and the exhaust 4 by generating local turbulent flow and swirl flow in the exhaust 4 flowing down the throttle portion 62.

以下では、排気低温時還元剤供給ユニット60の作動状態と作用効果について説明する。導入口65から分流管64に流入した分流排気63は、分流管64を流下して旋回室66に流入し、そこで旋回流を形成しながら伝熱管67に流入する。その間、旋回室66を通じて伝熱管67に向けて噴射弁17sから尿素水の噴霧19が噴射される。   Below, the operating state and effect of the exhaust gas low temperature reducing agent supply unit 60 will be described. The diverted exhaust gas 63 that has flowed into the diverter pipe 64 from the introduction port 65 flows down the diverter pipe 64 and flows into the swirl chamber 66, where it flows into the heat transfer pipe 67 while forming a swirl flow. Meanwhile, the spray 19 of urea water is injected from the injection valve 17 s toward the heat transfer tube 67 through the swirl chamber 66.

ここで、分流排気63が旋回流を形成して伝熱管67に流入するようにしているため、分流管64からこれに直交する状態の伝熱管67へと流下する分流排気63の流れにおける通路圧損を低減でき、効率よく分流排気63を伝熱管67に流入させることができる。また伝熱管67に噴射された噴霧19を旋回流により伝熱管67の内周面へ強制的に接触させることができる。その結果、噴霧19中の液滴が伝熱管67の内周面に接触する時間を増大させることができ、伝熱管67による液滴の加熱をより効率的に行うことができる。すなわち伝熱管67による噴霧19の気化促進をより効率的なものとすることができる。   Here, since the diverted exhaust 63 forms a swirling flow and flows into the heat transfer pipe 67, the passage pressure loss in the flow of the diverted exhaust 63 flowing down from the diverted pipe 64 to the heat transfer pipe 67 in a state orthogonal thereto. Therefore, the divided exhaust 63 can be efficiently introduced into the heat transfer tube 67. Further, the spray 19 injected to the heat transfer tube 67 can be forcibly brought into contact with the inner peripheral surface of the heat transfer tube 67 by the swirling flow. As a result, the time during which the droplets in the spray 19 are in contact with the inner peripheral surface of the heat transfer tube 67 can be increased, and the droplets can be heated more efficiently by the heat transfer tube 67. That is, the vaporization promotion of the spray 19 by the heat transfer tube 67 can be made more efficient.

伝熱管67による加熱で噴霧19が気化して生成された尿素蒸気71は、分流排気63や伝熱管67から加熱を受けつつ加水分解触媒69を通過することにより、加水分解反応が促進されアンモニア(アンモニアガス)を効率よく生成する。こうして生成されたアンモニアを含む分流排気63Nは、分散室72に流入し、そこの噴孔73から排気4の流れに誘引されつつ絞り部62において排気煙道5に流入する。   The urea vapor 71 generated by the vaporization of the spray 19 by heating by the heat transfer tube 67 passes through the hydrolysis catalyst 69 while being heated from the diverted exhaust 63 and the heat transfer tube 67, whereby the hydrolysis reaction is promoted and ammonia ( Ammonia gas) is generated efficiently. The split flow exhaust 63N containing ammonia thus generated flows into the dispersion chamber 72, and flows into the exhaust flue 5 at the throttle portion 62 while being attracted by the flow of the exhaust 4 from the nozzle hole 73 therein.

絞り部62においては排気4の流れが速くなっている。また旋回翼61を通過することで排気4の流れに局所的な乱流が生じるとともに、旋回流が形成される。このため、分流排気63Nと排気4の混合をより効果的に進めることができる。したがってアンモニアが十分に混合した排気4Nを選択還元型触媒13に接触させることができ、NOxの除去を効率的に行うことができる。   In the throttle portion 62, the flow of the exhaust 4 is fast. Further, passing through the swirl blade 61 causes a local turbulent flow in the flow of the exhaust 4 and forms a swirl flow. For this reason, the mixing of the split flow exhaust 63N and the exhaust 4 can be promoted more effectively. Therefore, the exhaust 4N in which ammonia is sufficiently mixed can be brought into contact with the selective catalytic reduction catalyst 13, and NOx can be efficiently removed.

排気4は、ディーゼルエンジン1の負荷によって温度が変化する。排気4の温度が高い時は、排気4に尿素水を直接的に噴射しても、排気4から得られる熱によって尿素水の気化と加水分解が速やかに進み、還元剤であるアンモニアが所定量で選択還元型触媒13に供給される。しかし排気4の温度が低い時は、尿素水のアンモニアガス化が進みにくく、選択還元型触媒13でのNOxの還元反応も十分には進まなくなる。つまり排気4の温度が低い状態ではNOx除去率が悪化する。   The temperature of the exhaust 4 changes depending on the load of the diesel engine 1. When the temperature of the exhaust gas 4 is high, even if urea water is directly injected into the exhaust gas 4, vaporization and hydrolysis of the urea water proceeds rapidly by the heat obtained from the exhaust gas 4, and a predetermined amount of ammonia as a reducing agent is obtained. Is supplied to the selective catalytic reduction catalyst 13. However, when the temperature of the exhaust 4 is low, ammonia gasification of urea water is difficult to proceed, and the NOx reduction reaction at the selective catalytic reduction catalyst 13 does not proceed sufficiently. That is, the NOx removal rate deteriorates when the temperature of the exhaust 4 is low.

排気低温時還元剤供給ユニット60は、こうした問題について有効な対応を可能とする。すなわち上述のように伝熱管67による加熱で分流排気63の温度を高めたり、尿素水の気化や尿素のアンモニアへの加水分解を促進したりし、またこれらに加えて加水分解触媒69でさらに尿素のアンモニアへの加水分解を促進することで、排気4の温度が低い場合でもアンモニアが十分に混合した排気4Nを選択還元型触媒13に接触させることができるようにし、これによりNOxの効率的な除去を可能とする。   The exhaust gas low temperature reducing agent supply unit 60 can effectively cope with such a problem. That is, as described above, the temperature of the diverted exhaust 63 is increased by heating with the heat transfer tube 67, the vaporization of urea water and the hydrolysis of urea into ammonia are promoted, and in addition to these, the hydrolysis catalyst 69 further increases urea. By promoting the hydrolysis of ammonia into ammonia, even when the temperature of the exhaust 4 is low, the exhaust 4N in which ammonia is sufficiently mixed can be brought into contact with the selective catalytic reduction catalyst 13, thereby improving the efficiency of NOx. Allows removal.

排気低温時還元剤供給ユニット60が以上のような機能目的であることから、排気4の温度が十分に高い時には排気低温時還元剤供給ユニット60を作動させず、排気煙道5に直接的に尿素水を噴射する噴射弁17だけを用いるようにする。このような使い分けをすることにより、排気処理に伴うエネルギの消費を必要最小限に抑えることができる。なお、消費エネルギの抑制については、排気4から分流排気63を取り出し、この少量の分流排気63に加熱処理を施すようにしたことも寄与している。   Since the exhaust gas low temperature reducing agent supply unit 60 has the above functional purpose, the exhaust cold temperature reducing agent supply unit 60 is not operated when the temperature of the exhaust 4 is sufficiently high, and directly into the exhaust flue 5. Only the injection valve 17 that injects urea water is used. By appropriately using such a method, it is possible to minimize the energy consumption associated with the exhaust processing. It should be noted that the suppression of energy consumption also contributes to the fact that the diverted exhaust 63 is taken out from the exhaust 4 and the small amount of the diverted exhaust 63 is subjected to heat treatment.

ここで、伝熱管67を加熱する発熱体68には、例えばシースヒータやセラミックヒータあるいはPTC(Positive Temperature Coefficient Thermistor)ヒータなどを用いることができる。PTCヒータは、電極に電流を印加することにより発熱を行うものであり、ヒータの温度が所定温度以上になると、電気抵抗が急増して電流が低下することにより、温度を一定に保持することのできるセラミックヒータである。このようなPTCヒータを発熱体68に用いる場合には、ヒータが自己温度調節できるために、ヒータ温度調節のための温度センサを省略でき、装置の小型化を図れる。   Here, as the heating element 68 that heats the heat transfer tube 67, for example, a sheath heater, a ceramic heater, a PTC (Positive Temperature Coefficient Thermistor) heater, or the like can be used. A PTC heater generates heat by applying an electric current to an electrode. When the temperature of the heater exceeds a predetermined temperature, the electric resistance rapidly increases and the current decreases to keep the temperature constant. This is a ceramic heater. When such a PTC heater is used for the heating element 68, since the heater can adjust its temperature, the temperature sensor for adjusting the heater temperature can be omitted, and the apparatus can be downsized.

次に、第2の実施形態における供給系80(図7)について説明する。貯蔵タンク41に貯蔵された尿素水16は、フィルタ42の下流でポンプ43にてポンプアップされて還元剤供給配管44に吐出される。還元剤供給配管44には、還元剤供給分岐配管81が接続されており、この還元剤供給分岐配管81を介して噴射弁17と噴射弁17sに所定圧力状態で尿素水16が供給される。この際の圧力調整が冷却媒体供給配管46に設置の圧力調整弁47でなされることは第1の実施形態について説明したのと同様である。また還元剤供給配管44から分岐された冷却媒体供給配管46で噴射弁17の噴射弁ホルダ18の冷却室24に冷却媒体25が供給されることも第1の実施形態について説明したのと同様である。   Next, the supply system 80 (FIG. 7) in 2nd Embodiment is demonstrated. The urea water 16 stored in the storage tank 41 is pumped up by the pump 43 downstream of the filter 42 and discharged to the reducing agent supply pipe 44. A reducing agent supply branch pipe 81 is connected to the reducing agent supply pipe 44, and the urea water 16 is supplied to the injection valve 17 and the injection valve 17 s through the reducing agent supply branch pipe 81 in a predetermined pressure state. The pressure adjustment at this time is performed by the pressure adjustment valve 47 installed in the cooling medium supply pipe 46 as in the case of the first embodiment. Further, the cooling medium 25 is supplied to the cooling chamber 24 of the injection valve holder 18 of the injection valve 17 through the cooling medium supply pipe 46 branched from the reducing agent supply pipe 44, as described in the first embodiment. is there.

噴射弁ホルダ18sの冷却室24sへは、噴射弁ホルダ18の冷却室24から排出された冷却媒体25を供給するようにしている。すなわち冷却室24の冷却媒体出口29と冷却室24sの冷却媒体入口28sを連結配管82で連結し、冷却室24から排出された冷却媒体25を冷却室24sに連結配管82を介して供給するようにしている。冷却室24sの冷却媒体出口29sには冷却媒体戻し配管48が接続されており、冷却室24sで噴射弁17sの冷却に働いた冷却媒体25は、この冷却媒体戻し配管48により貯蔵タンク41に戻される。   The cooling medium 25 discharged from the cooling chamber 24 of the injection valve holder 18 is supplied to the cooling chamber 24s of the injection valve holder 18s. That is, the cooling medium outlet 29 of the cooling chamber 24 and the cooling medium inlet 28 s of the cooling chamber 24 s are connected by the connecting pipe 82, and the cooling medium 25 discharged from the cooling chamber 24 is supplied to the cooling chamber 24 s through the connecting pipe 82. I have to. A cooling medium return pipe 48 is connected to the cooling medium outlet 29 s of the cooling chamber 24 s, and the cooling medium 25 that has cooled the injection valve 17 s in the cooling chamber 24 s is returned to the storage tank 41 by the cooling medium return pipe 48. It is.

以上では噴射弁ホルダ18から噴射弁ホルダ18sへと冷却媒体が流れるようにしていたが、これに代えて、噴射弁ホルダ18sから噴射弁ホルダ18へと冷却媒体が流れるような構成とすることも可能である。ここで、噴射弁17sは噴射弁17と基本的に同じであり、また噴射弁ホルダ18sは、噴射弁ホルダ18と基本的に同じである。   In the above, the cooling medium flows from the injection valve holder 18 to the injection valve holder 18s. Alternatively, the cooling medium may flow from the injection valve holder 18s to the injection valve holder 18. Is possible. Here, the injection valve 17 s is basically the same as the injection valve 17, and the injection valve holder 18 s is basically the same as the injection valve holder 18.

以下では、第3の実施形態について説明する。図15に、第3の実施形態による排気処理装置における供給系の構成を示す。本実施形態は、第2の実施形態の変形例であり、第2の実施形態との主な相違は、冷却媒体として噴射弁17の冷却に働かせた尿素水を還元剤としての尿素水として噴射弁17と噴射弁17sに供給するようにしており、これに伴って、噴射弁17と噴射弁17sへの尿素水の供給経路、冷却室24と冷却室24sへの冷却媒体の循環経路、および圧力調整弁47の配設位置を変更したことにある。この他の構成は第2の実施形態と同様なので、第2の実施形態におけるのと同様な構成要素については第2の実施形態におけるのと同一の符号を付して示し、その説明は省略する。   Hereinafter, the third embodiment will be described. FIG. 15 shows the configuration of the supply system in the exhaust treatment apparatus according to the third embodiment. This embodiment is a modification of the second embodiment, and the main difference from the second embodiment is that urea water that has been used for cooling the injection valve 17 as a cooling medium is injected as urea water as a reducing agent. Along with this, the supply path of urea water to the injection valve 17 and the injection valve 17s, the circulation path of the cooling medium to the cooling chamber 24 and the cooling chamber 24s, and The arrangement position of the pressure regulating valve 47 is changed. Since other configurations are the same as those of the second embodiment, the same components as those of the second embodiment are denoted by the same reference numerals as those of the second embodiment, and the description thereof is omitted. .

本実施形態は、その供給系90に特徴がある。供給系90では、貯蔵タンク41に貯蔵された尿素水16は、フィルタ42の下流でポンプ43にてポンプアップされて冷却媒体供給配管91に吐出される。冷却媒体供給配管91を流下する尿素水16は、まず冷却媒体25として噴射弁ホルダ18の冷却室24に流入する。冷却室24で噴射弁17の冷却に働いた尿素水16は、冷却媒体出口29に接続されている共用配管92に流出する。共用配管92の先には還元剤供給配管93と連結配管94が分岐的に接続されており、共用配管92を流下する尿素水16は、その一部が還元剤供給配管93に還元剤である尿素水16として流入し、残りが連結配管94に冷却媒体25として流入する。還元剤供給配管93を流下する尿素水16は噴射弁17と噴射弁17sのそれぞれに供給され、連結配管94を流下する冷却媒体25は冷却室24sに流入する。冷却室24sの冷却媒体出口29sには冷却媒体戻し配管48が接続されており、冷却室24sで噴射弁17sの冷却に働いた冷却媒体25は、この冷却媒体戻し配管48により貯蔵タンク41に戻される。冷却媒体戻し配管48には、圧力調整弁47が設置されている。この圧力調整弁47は、冷却媒体戻し配管48を流下する冷却媒体つまり尿素水に作用することで冷却媒体や還元剤である尿素水の圧力を調整している。このため、噴射弁17や噴射弁17sと冷却室24や冷却室24sには同じ圧力で尿素水や冷却媒体が供給されることになる。   This embodiment is characterized by its supply system 90. In the supply system 90, the urea water 16 stored in the storage tank 41 is pumped up by the pump 43 downstream of the filter 42 and discharged to the cooling medium supply pipe 91. The urea water 16 flowing down the cooling medium supply pipe 91 first flows into the cooling chamber 24 of the injection valve holder 18 as the cooling medium 25. The urea water 16 that has worked for cooling the injection valve 17 in the cooling chamber 24 flows out to the common pipe 92 connected to the cooling medium outlet 29. A reducing agent supply pipe 93 and a connecting pipe 94 are branchedly connected to the end of the common pipe 92, and a part of the urea water 16 flowing down the common pipe 92 is a reducing agent in the reducing agent supply pipe 93. The urea water 16 flows in, and the remainder flows into the connecting pipe 94 as the cooling medium 25. The urea water 16 flowing down the reducing agent supply pipe 93 is supplied to each of the injection valve 17 and the injection valve 17s, and the cooling medium 25 flowing down the connection pipe 94 flows into the cooling chamber 24s. A cooling medium return pipe 48 is connected to the cooling medium outlet 29 s of the cooling chamber 24 s, and the cooling medium 25 that has cooled the injection valve 17 s in the cooling chamber 24 s is returned to the storage tank 41 by the cooling medium return pipe 48. It is. A pressure adjustment valve 47 is installed in the cooling medium return pipe 48. The pressure adjusting valve 47 adjusts the pressure of urea water as a cooling medium or a reducing agent by acting on the cooling medium flowing down the cooling medium return pipe 48, that is, urea water. For this reason, urea water and a cooling medium are supplied to the injection valve 17, the injection valve 17s, the cooling chamber 24, and the cooling chamber 24s with the same pressure.

本実施形態によれば、第2の実施形態の場合に比べ、冷却室24や冷却室24sでの冷却媒体の圧力を高めることができる。すなわち冷却室24や冷却室24sでの冷却媒体の沸点を上げることができる。このような本実施形態の構成は、冷却室24や冷却室24sでの冷却媒体の沸点を上げることが必要な条件の場合に有用である。例えば、噴射弁ホルダ18や噴射弁ホルダ18sをアルミニウム材に比べて耐食性に優れるが熱伝導で劣るステンレス材で形成することで上述の耐食性向上のための表面処理を省略して生産性を高める場合などの場合に有用である。   According to the present embodiment, the pressure of the cooling medium in the cooling chamber 24 and the cooling chamber 24s can be increased compared to the case of the second embodiment. That is, the boiling point of the cooling medium in the cooling chamber 24 and the cooling chamber 24s can be increased. Such a configuration of the present embodiment is useful in a condition where it is necessary to increase the boiling point of the cooling medium in the cooling chamber 24 or the cooling chamber 24s. For example, when the injection valve holder 18 or the injection valve holder 18s is made of a stainless material that is excellent in corrosion resistance but inferior in heat conduction as compared with an aluminum material, the surface treatment for improving the corrosion resistance described above is omitted to increase productivity. It is useful for such cases.

以下では、第4の実施形態について説明する。図16に、第4の実施形態による排気処理装置における供給系の構成を示す。本実施形態は、第2の実施形態の変形例であり、第2の実施形態との主な相違は、冷却媒体供給配管46に第1の圧力調整弁96を設け、冷却媒体戻し配管48に第2の圧力調整弁97を設けていることである。この他の構成は第2の実施形態と同様なので、第2の実施形態におけるのと同様な構成要素については第2の実施形態におけるのと同一の符号を付して示し、その説明は省略する。   Hereinafter, the fourth embodiment will be described. FIG. 16 shows the configuration of the supply system in the exhaust treatment apparatus according to the fourth embodiment. The present embodiment is a modification of the second embodiment, and the main difference from the second embodiment is that the cooling medium supply pipe 46 is provided with a first pressure regulating valve 96 and the cooling medium return pipe 48 is provided. The second pressure regulating valve 97 is provided. Since other configurations are the same as those of the second embodiment, the same components as those of the second embodiment are denoted by the same reference numerals as those of the second embodiment, and the description thereof is omitted. .

本実施形態の供給系98では、第1の圧力調整弁96を例えば1MPaといった高圧な調圧設定とし、第2の圧力調整弁97を例えば0.5MPaといった低圧な調圧設定とする。このようにすることにより、噴射弁17と噴射弁17sに供給する尿素水の圧力を高くすることができ、その一方で、冷却室24と冷却室24sに供給する冷却媒体の圧力を必要な範囲に維持することが可能となる。   In the supply system 98 of the present embodiment, the first pressure adjustment valve 96 is set to a high pressure adjustment setting such as 1 MPa, and the second pressure adjustment valve 97 is set to a low pressure adjustment setting such as 0.5 MPa. By doing so, the pressure of the urea water supplied to the injection valve 17 and the injection valve 17s can be increased, while the pressure of the cooling medium supplied to the cooling chamber 24 and the cooling chamber 24s is within a necessary range. Can be maintained.

上述のように、尿素析出の要因は尿素水の沸騰にあり、したがって噴射弁17や噴射弁17s、それに冷却室24や冷却室24sでの尿素析出を効果的に防ぐにはそれらでの尿素水の沸騰を生起させないようにすることが重要である。こうした観点において、本実施形態によれば、さらに効果的に尿素析出問題に対処することができる。すなわち排気4の影響を受けて最も温度が上昇する箇所は、排気4に直接的にさらされる噴射弁17や噴射弁17sの先端部であり、したがって本実施形態のように噴射弁17や噴射弁17sにおける尿素水の圧力を高圧化できるようにすることより、さらに効果的に尿素析出問題に対処することができる。   As described above, the cause of urea precipitation is the boiling of urea water. Therefore, in order to effectively prevent urea precipitation in the injection valve 17 and the injection valve 17s, and also in the cooling chamber 24 and the cooling chamber 24s, the urea water in them. It is important not to cause any boiling. From this point of view, according to the present embodiment, the urea precipitation problem can be more effectively dealt with. That is, the portion where the temperature rises most under the influence of the exhaust 4 is the tip of the injection valve 17 or the injection valve 17s that is directly exposed to the exhaust 4, and therefore the injection valve 17 or the injection valve as in this embodiment. By making it possible to increase the pressure of the urea water in 17 s, it is possible to more effectively cope with the urea precipitation problem.

例えば、噴射弁17や噴射弁17sへの尿素水の供給圧力を1MPaとする場合、その尿素水の沸点は、水の場合の沸点180℃程度より若干高めとなり、高温になりがちな噴射弁17や噴射弁17sにおける尿素水の沸騰を効果的に防止することができる。一方、断熱空間32があることで排気4の影響を直接的に受けることがなく、しかも冷却媒体による冷却を直接的に受けることで噴射弁17や噴射弁17sに比べて低い温度を保ち易い冷却室24や冷却室24sについては、例えば0.5MPaという圧力に対応する水の沸点159℃程度より若干高い温度以下に保つことが可能であり、冷却媒体の圧力が0.5MPa程度と低いものであっても、尿素析出問題を効果的に避けることができる。   For example, when the supply pressure of urea water to the injection valve 17 and the injection valve 17 s is 1 MPa, the boiling point of the urea water is slightly higher than the boiling point of about 180 ° C. in the case of water, and the injection valve 17 tends to become high temperature. And boiling of urea water in the injection valve 17s can be effectively prevented. On the other hand, the presence of the heat insulating space 32 does not directly affect the exhaust 4, and the cooling by the cooling medium makes it easy to maintain a lower temperature than the injection valve 17 and the injection valve 17s. For the chamber 24 and the cooling chamber 24s, for example, the boiling point of water corresponding to a pressure of 0.5 MPa can be kept at a temperature slightly higher than about 159 ° C., and the pressure of the cooling medium is as low as about 0.5 MPa. Even so, the urea precipitation problem can be effectively avoided.

ここで、冷却室24や冷却室24sにおける冷却媒体の圧力は、一定以上であれば足り、細かく調整する必要は必ずしもない。このことから、冷却室24や冷却室24sにおける冷却媒体の圧力設定は、例えばオリフィスのような簡易な構造による圧力設定手段でも十分に対応可能である。すなわち第2の圧力調整弁97については、これに代えてオリフィスのような簡易な構造による圧力設定手段を用いることができるということであり、そのようにすることで、コスト低減を図れる。   Here, the pressure of the cooling medium in the cooling chamber 24 or the cooling chamber 24s is sufficient if it is a certain level or more, and it is not always necessary to finely adjust it. From this, the pressure setting of the cooling medium in the cooling chamber 24 and the cooling chamber 24s can be sufficiently handled by a pressure setting means having a simple structure such as an orifice. That is, for the second pressure regulating valve 97, instead of this, a pressure setting means having a simple structure such as an orifice can be used. By doing so, the cost can be reduced.

第1の実施形態による排気処理装置の全体構成を示す図である。1 is a diagram illustrating an overall configuration of an exhaust treatment apparatus according to a first embodiment. 図1中のA部拡大断面図である。It is the A section expanded sectional view in FIG. 図2中のB部外観斜視図である。It is the B section external appearance perspective view in FIG. 冷却室における冷却媒体の流れを解析した結果の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the result of having analyzed the flow of the cooling medium in a cooling chamber. 噴射弁の噴孔の近辺について熱流体解析して得られた温度分布を示す図である。It is a figure which shows the temperature distribution obtained by carrying out the thermal fluid analysis about the vicinity of the nozzle hole of an injection valve. 第2の実施形態の排気処理装置における排気の流れと噴射弁の取り付け位置の関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the flow of exhaust_gas | exhaustion in the exhaust-gas processing apparatus of 2nd Embodiment, and the attachment position of an injection valve. 第2の実施形態の排気処理装置における噴射弁への尿素水の供給経路と冷却媒体の循環経路を示す図である。It is a figure which shows the supply path | route of the urea water to the injection valve in the exhaust processing apparatus of 2nd Embodiment, and the circulation path | route of a cooling medium. 図6中のC部の斜視図である。It is a perspective view of the C section in FIG. 図6中のC部の正面図である。It is a front view of the C section in FIG. 図6中のC部の側面図である。It is a side view of the C section in FIG. 図9中のD−D断面図である。It is DD sectional drawing in FIG. 図11中のF部拡大図である。It is the F section enlarged view in FIG. 図10中のE−E断面図である。It is EE sectional drawing in FIG. 図13中のC部の斜視図である。It is a perspective view of the C section in FIG. 第3の実施形態による排気処理装置における供給系の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the supply system in the exhaust-gas treatment apparatus by 3rd Embodiment. 第4の実施形態による排気処理装置における供給系の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the supply system in the exhaust-gas treatment apparatus by 4th Embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

1 エンジン
4 排気
5 排気煙道
13 選択還元型触媒
16 尿素水(還元剤)
17 噴射弁
18 噴射弁ホルダ
21 噴孔
24 冷却室
25 冷却媒体
28 冷却媒体入口
29 冷却媒体出口
32 断熱空間
1 Engine 4 Exhaust 5 Exhaust flue 13 Selective reduction catalyst 16 Urea water (reducing agent)
17 Injection valve 18 Injection valve holder 21 Injection hole 24 Cooling chamber 25 Cooling medium 28 Cooling medium inlet 29 Cooling medium outlet 32 Thermal insulation space

Claims (11)

エンジンから排出されて排気煙道を流下する排気中に還元剤を供給し、前記排気煙道中に設置の選択還元型触媒上で前記排気中の窒素酸化物を前記還元剤と還元反応させることで排気中から除去するようにされ、前記還元剤の排気中への供給を噴射弁で行うようにされているエンジン用の排気処理装置において、
前記噴射弁の周囲を囲むようにした冷却室が設けられており、前記冷却室に冷却媒体を循環させることで前記噴射弁の冷却を行えるようにされていることを特徴とする排気処理装置。
By supplying a reducing agent into the exhaust discharged from the engine and flowing down the exhaust flue, the nitrogen oxide in the exhaust is reduced with the reducing agent on the selective reduction catalyst installed in the exhaust flue. In an exhaust treatment apparatus for an engine which is removed from the exhaust and is configured to supply the reducing agent into the exhaust with an injection valve.
An exhaust treatment apparatus, wherein a cooling chamber is provided so as to surround the periphery of the injection valve, and the injection valve can be cooled by circulating a cooling medium in the cooling chamber.
前記冷却媒体として尿素水を用いるようにしたことを特徴とする請求項1に記載の排気処理装置。   2. The exhaust treatment apparatus according to claim 1, wherein urea water is used as the cooling medium. 前記冷却室は、前記噴射弁の周囲を囲む環状空間となるように形成されていることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の排気処理装置。   The exhaust treatment device according to claim 1 or 2, wherein the cooling chamber is formed to be an annular space surrounding the periphery of the injection valve. 前記噴射弁は噴射弁ホルダに保持されており、前記冷却室は前記噴射弁ホルダに設けられていることを特徴とする請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載の排気処理装置。   The exhaust treatment apparatus according to any one of claims 1 to 3, wherein the injection valve is held by an injection valve holder, and the cooling chamber is provided in the injection valve holder. 前記冷却室は、当該冷却室を流下する前記冷却媒体に旋回流を形成させるようにされていることを特徴とする請求項1〜請求項4のいずれか1項に記載の排気処理装置。   The exhaust treatment apparatus according to any one of claims 1 to 4, wherein the cooling chamber is configured to form a swirling flow in the cooling medium flowing down the cooling chamber. 前記冷却室は、前記冷却媒体を流入させる冷却媒体入口と前記冷却媒体を流出させる冷却媒体出口が互いに前記噴射弁の長さ方向で離された状態で設けられ、そして前記冷却媒体入口の側で前記冷却媒体の流速を遅くし、前記冷却媒体出口の側で前記冷却媒体の流速を速くするようにされていることを特徴とする請求項1〜請求項5のいずれか1項に記載の排気処理装置。   The cooling chamber is provided with a cooling medium inlet through which the cooling medium flows and a cooling medium outlet through which the cooling medium flows out, separated from each other in the length direction of the injection valve, and on the cooling medium inlet side. The exhaust according to any one of claims 1 to 5, wherein the flow rate of the cooling medium is decreased and the flow rate of the cooling medium is increased on the cooling medium outlet side. Processing equipment. 前記噴射弁がその噴孔を前記排気煙道の側面から前記排気煙道の内部に臨ませる状態で前記排気煙道に取り付けられており、この取付け状態にあって、前記冷却媒体入口が前記排気煙道に近い位置に設けられ、前記冷却媒体出口が前記排気煙道から離れた位置に設けられていることを特徴とする請求項5または請求項6に記載の排気処理装置。   The injection valve is attached to the exhaust flue in a state where the injection hole faces the inside of the exhaust flue from the side surface of the exhaust flue, and in this attached state, the cooling medium inlet is connected to the exhaust flue. The exhaust treatment apparatus according to claim 5 or 6, wherein the exhaust treatment apparatus is provided at a position near the flue, and the cooling medium outlet is provided at a position away from the exhaust flue. 前記冷却室は、前記冷却媒体入口寄りの部分で前記環状空間の幅を広くする一方で、前記冷却媒体出口寄りの部分で前記環状空間の幅を狭くするように形成されていることを特徴とする請求項5〜請求項7のいずれか1項に記載の排気処理装置。   The cooling chamber is formed so that the width of the annular space is widened at a portion near the cooling medium inlet, while the width of the annular space is narrowed at a portion near the cooling medium outlet. The exhaust treatment device according to any one of claims 5 to 7. 前記冷却室には大気圧より高い圧力で前記冷却媒体を流入させるようにされていることを特徴とする請求項1〜請求項8のいずれか1項に記載の排気処理装置。   The exhaust treatment apparatus according to any one of claims 1 to 8, wherein the cooling medium is allowed to flow into the cooling chamber at a pressure higher than atmospheric pressure. 前記噴射弁がその噴孔を前記排気煙道の側面から前記排気煙道の内部に臨ませる状態で前記排気煙道に取り付けられており、この取付け状態にある前記噴射弁を保持する前記噴射弁ホルダと前記排気煙道の間に、前記排気煙道と連通した断熱空間が設けられていることを特徴とする請求項1〜請求項9のいずれか1項に記載の排気処理装置。   The said injection valve is attached to the said exhaust flue in the state which faces the inside of the said exhaust flue from the side surface of the said exhaust flue, The said injection valve holding the said injection valve in this attachment state The exhaust treatment apparatus according to any one of claims 1 to 9, wherein a heat insulating space communicating with the exhaust flue is provided between the holder and the exhaust flue. 前記断熱空間は、前記排気煙道に連通させられていることを特徴とする請求項10に記載の排気処理装置。   The exhaust heat treatment apparatus according to claim 10, wherein the heat insulation space communicates with the exhaust flue.
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