(57)【要約】【課題】触媒性能に影響を与えずに触媒温度を昇温することのできる排ガス浄化装置を提供する。【解決手段】ＳＣＲ触媒５は、コンバータケース１１と、コンバータケース１１内に設けられた円柱形状の触媒担体１２とを有している。ＳＣＲ触媒５には、コンバータケース１１に部分的に設けられた孔１５を介して、マイクロ波発生装置であるマグネトロン１６が接続されている。触媒担体１２を構成するハニカム片２０の４つの外周面２０ａにはそれぞれ、マイクロ波の波長の１／２の長さまたは１／４の長さのアンテナ２３が設けられている。アンテナ２３は、シリカからなる保護膜２４で被覆されている。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に複数の孔を有すると共に該孔の内面に触媒を担持した複数のハニカム片からなる触媒担体と、
該触媒担体に照射するマイクロ波を発生させるためのマイクロ波発生装置と
を備え、
前記触媒担体に、前記マイクロ波を吸収可能な長さの金属製のアンテナが少なくとも１つ以上設けられている排ガス浄化装置。
【請求項２】
前記アンテナの少なくとも一部は、前記ハニカム片の外周に設けられている、請求項１に記載の排ガス浄化装置。
【請求項３】
前記アンテナの少なくとも一部は、前記複数の孔のうちの一部の孔に挿入されている、請求項１または２に記載の排ガス浄化装置。
【請求項４】
前記アンテナは保護膜で被覆されている、請求項１〜３のいずれか一項に記載の排ガス浄化装置。
【請求項５】
前記保護膜はシリカ膜である、請求項４に記載の排ガス浄化装置。
【請求項６】
排ガスの温度を測定するための少なくとも１つの温度センサと、
前記少なくとも１つの温度センサに対して前記マイクロ波を遮断するためのマイクロ波遮断手段と
を備える、請求項１〜５のいずれか一項に記載の排ガス浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は排ガス浄化装置に係り、特に、排ガス浄化装置を構成する触媒の昇温に関する。
【背景技術】
【０００２】
ディーゼルエンジンの排ガスに含まれる窒素酸化物（ＮＯｘ）を低減するために、尿素ＳＣＲ（Selective Catalytic Reduction）システムが開発されている。尿素ＳＣＲシステムの基本構成は、一酸化窒素（ＮＯ)を酸化して二酸化窒素（ＮＯ２）にするための酸化触媒と、酸化触媒の下流側に設けられ、尿素に水を反応させて生成したアンモニアとＮＯｘとの化学反応によりＮＯｘを窒素及び水にするためのＳＣＲ触媒と、ＳＣＲ触媒に尿素を添加するための尿素添加システムと、ＳＣＲ触媒の下流側に設けられ、ＳＣＲ触媒における化学反応で消費されずに残ったアンモニアを酸化するための酸化触媒とから構成される。
【０００３】
酸化触媒もＳＣＲ触媒も一般的に、ある温度よりも温度が高い場合には十分な触媒性能を示すものの、ある温度よりも低い場合には、極端に触媒性能が低下してしまう。このため、例えばエンジン起動直後のような排ガス温度が低い場合には、触媒温度も低く、十分な触媒性能が得られないため、触媒の昇温が必要となる。触媒の昇温技術として、特許文献１には、電磁波吸収体と触媒との混合物をセラミック壁の表面に担持した触媒が開示されている。この触媒にマイクロ波を照射すると、電磁波吸収体がマイクロ波を吸収して発熱し、触媒を昇温させる。
【０００４】
【特許文献１】特開平５−４９９３９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１の排ガス浄化装置では、電磁波吸収体と触媒とが混合した状態で担持されているので、電磁波吸収体が触媒性能に影響を与えてしまうおそれがあるといった問題点があった。
【０００６】
この発明はこのような問題点を解決するためになされたもので、触媒性能に影響を与えずに触媒温度を昇温することのできる排ガス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】
【０００７】
この発明に係る排ガス浄化装置は、内部に複数の孔を有すると共に該孔の内面に触媒を担持した複数のハニカム片からなる触媒担体と、該触媒担体に照射するマイクロ波を発生させるためのマイクロ波発生装置とを備え、前記ハニカム片の外周に、前記マイクロ波を吸収可能な長さの金属製のアンテナが少なくとも１つ以上設けられている。マイクロ波発生装置によって発生したマイクロ波が触媒担体に照射されると、アンテナがマイクロ波を吸収して発熱する。
前記アンテナの少なくとも一部は、前記ハニカム片の外周に設けられていてもよい。
前記アンテナの少なくとも一部は、前記複数の孔のうちの一部の孔に挿入されていてもよい。
前記アンテナは保護膜で被覆されていてもよい。前記保護膜はシリカ膜でもよい。
排ガスの温度を測定するための少なくとも１つの温度センサと、前記少なくとも１つの温度センサに対して前記マイクロ波を遮断するためのマイクロ波遮断手段とを備えてもよい。
【発明の効果】
【０００８】
この発明によれば、マイクロ波発生装置によって発生したマイクロ波が触媒担体に照射されると、ハニカム片の外周に設けられたアンテナがマイクロ波を吸収して発熱するので、触媒性能に影響を与えずに触媒温度を昇温することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、この発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
この発明の実施の形態に係る排ガス浄化装置の構成模式図を図１に示す。ディーゼルエンジン１から排出された排ガスが流通する排気管２に、酸化触媒３と、ディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）４と、ＳＣＲ触媒５と、酸化触媒６とが設けられている。ＤＰＦ４とＳＣＲ触媒５との間には、尿素水を噴射する噴射ノズル７が設けられており、噴射ノズル７は、配管８を介して、尿素水を貯留する尿素水タンク９に連通している。配管８には、尿素水タンク９内の尿素水を噴射ノズル７に供給するための尿素水添加システム１０が設けられている。尿素水添加システム１０は、制御装置であるＥＣＵ１４に電気的に接続されている。
【００１０】
図２に、ＳＣＲ触媒５の詳細図を示す。ＳＣＲ触媒５は、コンバータケース１１と、コンバータケース１１内に設けられた円柱形状の触媒担体１２とを有している。ＳＣＲ触媒５には、コンバータケース１１に部分的に設けられた孔１５を介して、マイクロ波発生装置であるマグネトロン１６が接続されている。コンバータケース１１の両端にはそれぞれ、マイクロ波遮断手段としての一対の金属メッシュ１７ａ，１７ｂが設けられている。排気ガスは図中左から右へ流れる。上流側の金属メッシュ１７ａより上流側には、排気ガス温度を測定するための温度センサ１３ａが設けられている。また、下流側の金属メッシュ１７ｂより下流側には、触媒担体１２を通過後の排気ガス温度を測定するための温度センサ１３ｂが設けられている。温度センサ１３ａ，１３ｂ及びマグネトロン１６はそれぞれ、ＥＣＵ１４に電気的に接続されている。
【００１１】
図３に示されるように、触媒担体１２は、炭化ケイ素（ＳｉＣ）からなる複数の直方体形状のハニカム片２０から構成されている。ハニカム片２０には、ハニカム片２０の軸方向にハニカム片２０を貫通するように複数の孔２１が設けられている。孔２１の内周面２１ａには、選択還元触媒２２が担持されている。
【００１２】
図４に示されるように、ハニカム片２０の４つの外周面２０ａにはそれぞれ、アンテナ２３が設けられている。図５に示されるように、アンテナ２３は、ポリシラザンを塗布後に硬化させて形成したシリカ（ＳｉＯ２）からなる保護膜２４を金属棒２３ａに被覆して構成されている。各アンテナ２３の長さは、マイクロ波を吸収可能な長さである。すなわち、マイクロ波の波長の１／２の長さまたは１／４の長さであれば、アンテナ２３はマイクロ波を吸収可能となる。ただし、アンテナ２３は、正確にマイクロ波の波長の１／２の長さまたは１／４の長さを有さなければならないわけではなく、多少の長短は許容される。アンテナ２３を外周面２０ａに接着したハニカム片２０を接着剤によって互いに接着され、円柱形状の触媒担体１２が形成される。なお、図３においてアンテナ２３の図示は省略している。
【００１３】
図２〜５には、ＳＣＲ触媒５の構造を詳細に示したが、酸化触媒３及び６についても同じ構成となっており、ＳＣＲ触媒５においてハニカム片２０の孔２１の内周面２１ａに担持された選択還元触媒２２が、酸化触媒３ではＮＯを酸化してＮＯ２にするための酸化触媒となっており、酸化触媒６ではアンモニアを酸化するための酸化触媒となっている。
【００１４】
次に、この実施の形態に係る排ガス浄化装置の動作について説明する。
ディーゼルエンジン１のスタート時やアイドリング時には、ディーゼルエンジン１から排出される排ガスの温度が低いため、酸化触媒３と、ＳＣＲ触媒５と、酸化触媒６とのそれぞれに排ガスが流通しても、十分な触媒性能を発揮するのに必要な温度まで温度が昇温しない。そこで、ＳＣＲ触媒５について、昇温動作を説明する。温度センサ１３ａによって測定された温度が、予め設定された温度（以下、「設定温度」と称する）よりも低い場合には、ＥＣＵ１４はマグネトロン１６を起動させて、マイクロ波を発生させる。発生したマイクロ波は、孔１５を介してコンバータケース１１内に入り込み、触媒担体１２に照射される。この際、マイクロ波は、一対の金属メッシュ１７ａ，１７ｂによって遮断され、これにより、排気管２内を、金属メッシュ１７ａよりも上流側及び金属メッシュ１７ｂよりも下流側に広がるのを防止する。この結果、マイクロ波は、温度センサ１３ａ及び１３ｂに対して遮断される。
【００１５】
マイクロ波が触媒担体１２に照射されると、触媒担体１２を構成するハニカム片２０の外周面２０ａに設けられたアンテナ２３は、マイクロ波を吸収して発熱する。アンテナ２３の発熱により、ハニカム片２０が昇温され、ハニカム片２０の孔２１の内周面２１ａに担持された選択還元触媒２２が昇温される。
【００１６】
温度センサ１３ｂによって測定された温度が設定温度以上になったら、ＥＣＵ１４はマグネトロン１６の稼働を停止する。これにより、アンテナ２３に吸収されるマイクロ波が発生しなくなるので、アンテナ２３が発熱しなくなる。これ以降、温度センサ１３ａ，１３ｂの測定値に基づいて、ＥＣＵ１４がマグネトロン１６を起動させたり停止させたりすることにより、選択還元触媒２２が適切な温度に保たれる。
尚、酸化触媒３及び６についても、各設定温度は異なるものの、ＳＣＲ触媒５についての昇温動作と同様にして、適切な温度に保たれる。
【００１７】
酸化触媒３及び６とＳＣＲ触媒５とがそれぞれ適切な温度になると、排ガスが酸化触媒３を流通することにより、排ガス中のＮＯがＮＯ２に酸化される。続いて排ガスがＤＰＦ４を流通することにより、排ガス中のパティキュレートマター（ＰＭ）がＤＰＦ４に捕捉される。ＥＣＵ１４は適切なタイミングで尿素水添加システム１０を作動させ、尿素水タンク９内の尿素水を、配管８を介して噴射ノズル７に供給し、噴射ノズル７から尿素水がＳＣＲ触媒５に添加される。ＳＣＲ触媒５に添加された尿素水は加水分解されてアンモニアと二酸化炭素となり、生成したアンモニアと排ガス中のＮＯｘとが反応して、窒素及び水となる。ＳＣＲ触媒５において消費されずに残ったアンモニアは、酸化触媒６において酸化される。
【００１８】
このように、マグネトロン１６によって発生したマイクロ波が触媒担体１２に照射されると、ハニカム片２０の外周面２０ａに設けられたアンテナ２３がマイクロ波を吸収して発熱するので、選択還元触媒２２の触媒性能に影響を与えずに選択還元触媒２２の温度を昇温することができる。酸化触媒３及び６についても同様である。
また、アンテナ２３は、高温の排ガスと直接接触することから損傷または劣化し易い状況にあるが、シリカからなる保護膜２４で被覆されているため、排ガスによる損傷及び劣化を防ぐことができる。尚、シリカはマイクロ波を透過させるので、アンテナ２３によるマイクロ波の吸収を阻害することはない。
また、各ハニカム片２０それぞれの外周面２０ａにアンテナ２３が設けられているので、触媒担体１２を均等に昇温することができる。
【００１９】
この実施の形態では、各ハニカム片２０の各外周面２０ａにアンテナ２３を設けたが、例えば互いに接着される外周面２０ａの一方にアンテナ２３が設けられるようにしてもよい。また、各外周面２０ａに１つのアンテナ２３を設けることに限定するものではなく、複数のアンテナ２３を設けてもよい。ハニカム片２０の大きさにもよるが、この場合には、各アンテナ２３は、マイクロ波の波長の１／４の長さの間隔をあけて、互いに平行となるように設けることが好ましい。
【００２０】
この実施の形態では、アンテナ２３は、ハニカム片２０の外周面２０ａに設けられていたが、この形態に限定するものではない。図６に示されるように、孔２１に挿入するように、アンテナ２３を設けてもよい。ただし、アンテナ２３を孔２１に挿入すると、孔２１がアンテナ２３に閉塞されてしまうことから、排ガスが流通する経路が減少してしまうと共に、有効に働く触媒量が減少してしまう。従って、アンテナ２３を孔２１に挿入するようにして触媒担体１２にアンテナ２３を設ける場合には、複数の孔２１のうちのできるだけ少ない数の孔２１に設けるようにする必要がある。また、ハニカム片２０の外周面２０ａにアンテナ２３を設けると共に複数の孔２１のうちの一部の孔にアンテナ２３を挿入するようにしてもよい。
【００２１】
この実施の形態では、保護膜２４の材質としてポリシラザン由来のシリカを使用したが、これに限定するものではない。マイクロ波を透過すると共に排ガスからアンテナを保護できる材質であればどのようなものでもよく、例えば、アルミナ等、セラミック系の材質であればよい。
【００２２】
この実施の形態では、温度センサ１３ａ，１３ｂで触媒担体１２を通過する前と後の排ガスの温度を測定し、その温度に基づいてマグネトロン１６の稼働を調整するようにしたが、この形態に限定するものではない。マグネトロン１６の起動後、一定時間が経過したらマグネトロン１６を停止するようにしてもよい。
また、温度センサも２つに限定するものではなく、金属メッシュ１７ａよりも上流側または金属メッシュ１７ｂよりも下流側に、少なくとも１つ以上の温度センサを設け、この温度センサの測定値に基づいてマグネトロン１６の稼働を調整するようにしてもよい。
【００２３】
この実施の形態では、触媒担体１２としてＳｉＣ製の触媒担体を使用したが、これに限定するものではない。セラミックス、ゼオライト、コージェライト製等の触媒担体でもよい。また、触媒担体１２の形状も円柱形状に限定するものではなく、楕円柱形状等どのような形状であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】この発明の実施の形態に係る排ガス浄化装置の構成模式図である。
【図２】この実施の形態に係る排ガス浄化装置を構成するＳＣＲ触媒の詳細図である。
【図３】この実施の形態に係る排ガス浄化装置を構成するＳＣＲ触媒の触媒担体の部分拡大図である。
【図４】この実施の形態に係る排ガス浄化装置を構成するＳＣＲ触媒の触媒担体のハニカム片の正面図である。
【図５】この実施の形態に係る排ガス浄化装置に用いられるアンテナの斜視図である。
【図６】この実施の形態に係る排ガス浄化装置を構成するＳＣＲ触媒の触媒担体のハニカム片の変形例の正面図である。
【符号の説明】
【００２５】
１２  触媒担体、１３ａ，１３ｂ  温度センサ、１６  マグネトロン（マイクロ波発生装置）、１７ａ，１７ｂ  金属メッシュ（マイクロ波遮断手段）、２０  ハニカム片、２０ａ  （ハニカム片の）外周面（ハニカム片の外周）、２１  孔、２２  選択還元触媒（触媒）、２３  アンテナ、２４  保護膜。
【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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