(57)【要約】【課題】パティキュレートとＮＯxの同時低減を図り得る排気浄化装置の搭載性を従来よりも改善する。【解決手段】排気ガス５中のＨＣを酸化処理する酸化触媒２と、該酸化触媒２を経た排気ガス５を通過させてパティキュレートを捕集するパティキュレートフィルタ１とを、排気管４途中に介装した単一のケーシング１３内に所要間隔を隔てて直列配置し、酸素共存下でも選択的にＮＯxをアンモニアと反応させる性質を備えた選択還元型触媒３’をパティキュレートフィルタ１に一体的に担持せしめると共に、その直後にもフロースルー型の担体に選択還元型触媒３を担持させて追加装備し、酸化触媒２の出口近傍に、排気ガス５の流れを撹拌するミキサ１４を配置し、該ミキサ１４と前記パティキュレートフィルタ１との間に、ミキサ１４に向け尿素水７を噴射する尿素水添加装置６を配置する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気ガス中のＨＣを酸化処理する酸化触媒と、該酸化触媒を経た排気ガスを通過させてパティキュレートを捕集するパティキュレートフィルタとを、排気管途中に介装した単一のケーシング内に所要間隔を隔てて直列配置し、酸素共存下でも選択的にＮＯxをアンモニアと反応させる性質を備えた選択還元型触媒を前記パティキュレートフィルタに一体的に担持せしめると共に、該パティキュレートフィルタの直後にもフロースルー型の担体に担持させて追加装備し、前記酸化触媒の出口近傍に、排気ガスの流れを撹拌するミキサを配置し、該ミキサと前記パティキュレートフィルタとの間に、前記ミキサに向け尿素水を噴射する尿素水添加装置を配置したことを特徴とする排気浄化装置。
【請求項２】
パティキュレートフィルタとフロースルー型の選択還元型触媒との間にも更なるミキサを追加したことを特徴とする請求項１に記載の排気浄化装置。
【請求項３】
フロースルー型の選択還元型触媒の直後にリークアンモニア対策として余剰のアンモニアを酸化処理するＮＨ3スリップ触媒を配置したことを特徴とする請求項１又は２に記載の排気浄化装置。
【請求項４】
フロースルー型の選択還元型触媒の一部にリークアンモニア対策として余剰のアンモニアを酸化処理するＮＨ3スリップ触媒を担持させたことを特徴とする請求項１又は２に記載の排気浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排気浄化装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、ディーゼルエンジンにおいては、排気ガスが流通する排気管の途中に、酸素共存下でも選択的にＮＯxを還元剤と反応させる性質を備えた選択還元型触媒を装備し、該選択還元型触媒の上流側に必要量の還元剤を添加して該還元剤を選択還元型触媒上で排気ガス中のＮＯx（窒素酸化物）と還元反応させ、これによりＮＯxの排出濃度を低減し得るようにしたものがある。
【０００３】
他方、プラント等における工業的な排煙脱硝処理の分野では、還元剤にアンモニア（ＮＨ3）を用いてＮＯxを還元浄化する手法の有効性が既に広く知られているところであるが、自動車の場合には、アンモニアそのものを搭載して走行することに関し安全確保が困難であるため、近年においては、毒性のない尿素水を還元剤として使用することが研究されている。
【０００４】
即ち、尿素水を選択還元型触媒の上流側で排気ガス中に添加すれば、該排気ガスの熱によって尿素水が次式によりアンモニアと炭酸ガスに加水分解され、選択還元型触媒上で排気ガス中のＮＯxがアンモニアにより良好に還元浄化されることになる。
［化１］
（ＮＨ2）2ＣＯ＋Ｈ2Ｏ→２ＮＨ3＋ＣＯ2
【０００５】
他方、ディーゼルエンジンの排気浄化を図る場合、排気ガス中のＮＯxを除去するだけでは十分ではなく、排気ガス中に含まれるパティキュレート（Particulate Matter：粒子状物質）についてもパティキュレートフィルタを通して捕集する必要があるが、この種のパティキュレートフィルタを採用する場合には、目詰まりにより排気抵抗が増加しないうちにパティキュレートを適宜に燃焼除去してパティキュレートフィルタの再生を図る必要がある。
【０００６】
このため、パティキュレートフィルタの前段に、フロースルー型の酸化触媒を付帯装備させ、パティキュレートの堆積量が増加してきた段階で前記酸化触媒より上流の排気ガス中に燃料を添加してパティキュレートフィルタを強制再生することが考えられている。
【０００７】
つまり、酸化触媒より上流の排気ガス中に燃料を添加すれば、その添加燃料（ＨＣ）が前段の酸化触媒を通過する間に酸化反応するので、その反応熱で昇温した排気ガスの流入により直後のパティキュレートフィルタの触媒床温度が上げられてパティキュレートが燃やし尽くされ、パティキュレートフィルタの再生化が図られることになる。
【０００８】
一般的に、前述した如き燃料添加を実行するための具体的手段としては、圧縮上死点付近で行われる燃料のメイン噴射に続いて圧縮上死点より遅い非着火のタイミングでポスト噴射を実行して排気ガス中に燃料を添加することが考えられているが、その添加燃料を効率良く強制再生に活用し且つ排気ガスが極力温度降下しないうちに添加燃料を酸化処理するためには、例えば、図３に示す如く、パティキュレートフィルタ１及びその前段の酸化触媒２を選択還元型触媒３より上流側に配置することが好ましいものと考えられている。
【０００９】
また、図３中における符号の４は排気管、５は排気ガス、６は尿素水７を噴射する尿素水添加装置、８はディーゼルエンジン、９はリークアンモニア対策として余剰のアンモニアを酸化処理するＮＨ3スリップ触媒を示している。
【００１０】
そして、斯かる従来構造においては、排気ガス５に対する尿素水７の均一な混合を促進するために、酸化触媒２及びパティキュレートフィルタ１をケーシング１１により抱持すると共に、選択還元型触媒３及びＮＨ3スリップ触媒９をケーシング１２により抱持し、これら各ケーシング１１，１２の間を絞り込んで小径部１０を形成し、ここに尿素水添加装置６を配置して尿素水７の添加を行い得るようにしている。
【００１１】
即ち、このようにすれば、小径部１０内の全域に偏りなく尿素水７を噴射することが可能となるので、排気ガス５に対し尿素水７を良好に混合させてから流れを拡げ、尿素水７から生じたアンモニアを選択還元型触媒３の全領域で効率良く反応させることが可能となる。
【００１２】
尚、この種のパティキュレートフィルタ及びその前段の酸化触媒を選択還元型触媒より上流に配置した排気浄化装置に関連する先行技術文献情報としては、例えば、本発明と同じ出願人による下記の特許文献１等が既に存在している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開２００７−２６９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
しかしながら、図３に示す如き小径部１０を形成しても、尿素水７がアンモニアと炭酸ガスに分解されるまでの十分な反応時間を確保するためには、尿素水７の添加位置から選択還元型触媒３までに十分な距離をとらなければならず、また、小径部１０の前後にテーパ部を介在させなければならないことからもパティキュレートフィルタ１から選択還元型触媒３までの距離が長くなってしまうため、排気浄化装置としての全長が長くなって車両への搭載性が悪くなるという問題があった。
【００１５】
本発明は、上述の実情に鑑みてなされたものであり、パティキュレートとＮＯxの同時低減を図り得る排気浄化装置の搭載性を従来よりも改善することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明は、排気ガス中のＨＣを酸化処理する酸化触媒と、該酸化触媒を経た排気ガスを通過させてパティキュレートを捕集するパティキュレートフィルタとを、排気管途中に介装した単一のケーシング内に所要間隔を隔てて直列配置し、酸素共存下でも選択的にＮＯxをアンモニアと反応させる性質を備えた選択還元型触媒を前記パティキュレートフィルタに一体的に担持せしめると共に、該パティキュレートフィルタの直後にもフロースルー型の担体に担持させて追加装備し、前記酸化触媒の出口近傍に、排気ガスの流れを撹拌するミキサを配置し、該ミキサと前記パティキュレートフィルタとの間に、前記ミキサに向け尿素水を噴射する尿素水添加装置を配置したことを特徴とするものである。
【００１７】
而して、尿素水添加装置により上流側のミキサに向けて尿素水を噴射すると、該尿素水は排気ガスの流れに抗して噴射されることになり、排気ガスの流れと尿素水の噴射流とがぶつかり合うことで該尿素水が分散し易くなると共に、排気ガスの流れ方向に噴射する場合よりも尿素水の反応時間が確保され易くなる。
【００１８】
しかも、尿素水添加装置からの尿素水は、ミキサの出側で排気ガスの流れが乱流化しているところに噴射されることになるため、尿素水の分散性がより一層向上されて排気ガスとの良好な混合化が図られることになる。
【００１９】
この結果、従来の如き小径部を形成しなくても、排気ガスに対し尿素水を良好に混合させてアンモニア化を促進し、そのアンモニアをパティキュレートフィルタに担持された選択還元型触媒の全領域で効率良く反応させることが可能となるので、前記小径部を形成しなくて済む分だけ排気浄化装置の全長を短縮することが可能となる。
【００２０】
また、パティキュレートフィルタに選択還元型触媒を担持させたことにより、その直後に追加装備される選択還元型触媒は、前段のパティキュレートフィルタに担持された選択還元型触媒の処理能力の不足分を補い得る程度の小さな容量で済み、従来よりも大幅な小型化を図ることができて排気浄化装置の更なる全長の短縮化が可能となる。
【００２１】
尚、パティキュレートフィルタに選択還元型触媒を担持させるにあたり、前記パティキュレートフィルタのフィルタ能力に悪影響を及ぼさない程度に加減して担持させなければならないため、これまでの選択還元型触媒と同じＮＯx処理能力を全てパティキュレートフィルタ側に担わせるのは不可能であるが、パティキュレートフィルタに選択還元型触媒を担持させることは、後段の選択還元型触媒の小型化に大きく寄与することになる。
【００２２】
一方、排気ガス中のパティキュレートは、パティキュレートフィルタを通過する間に捕集されていくことになり、このパティキュレートフィルタを強制再生する際しては、従来と同様に、エンジン側でのポスト噴射等により排気ガス中にＨＣを添加し、その添加したＨＣを酸化触媒で酸化反応させて反応熱により排気ガスを昇温し、これによりパティキュレートフィルタの触媒床温度を上げて捕集済みパティキュレートの燃焼除去を図るようにすれば良い。
【００２３】
また、本発明においては、パティキュレートフィルタとフロースルー型の選択還元型触媒との間にも更なるミキサを追加することが好ましく、また、フロースルー型の選択還元型触媒の直後には、リークアンモニア対策として余剰のアンモニアを酸化処理するＮＨ3スリップ触媒を配置することが可能であり、或いは、フロースルー型の選択還元型触媒の一部にリークアンモニア対策として余剰のアンモニアを酸化処理するＮＨ3スリップ触媒を担持させることも可能である。
【発明の効果】
【００２４】
上記した本発明の排気浄化装置によれば、下記の如き種々の優れた効果を奏し得る。
【００２５】
（Ｉ）本発明の請求項１に記載の発明によれば、パティキュレートフィルタと選択還元型触媒との間に小径部を形成しなくても、排気ガスに対し尿素水を良好に混合させてアンモニア化を促進し、そのアンモニアをパティキュレートフィルタに担持された選択還元型触媒の全領域で効率良く反応させることができるので、前記小径部を形成しなくて済む分だけ排気浄化装置の全長を短縮することができ、しかも、パティキュレートフィルタに選択還元型触媒を担持させたことにより、その直後に追加装備される選択還元型触媒の大幅な小型化を図ることができて排気浄化装置の更なる全長の短縮化を図ることができるので、パティキュレートとＮＯxの同時低減を図り得る排気浄化装置の搭載性を従来より大幅に向上することができる。
【００２６】
（ＩＩ）本発明の請求項２に記載の発明によれば、パティキュレートフィルタを経た排気ガス中に残る尿素水をミキサにより更に撹拌して分散性を高め、排気ガスとの良好な混合化を図ることで前記尿素水のアンモニア化を促進することができるので、そのアンモニアをパティキュレートフィルタの直後の選択還元型触媒における全領域で効率良く反応させることができる。
【００２７】
（ＩＩＩ）本発明の請求項３に記載の発明によれば、パティキュレートフィルタの直後の選択還元型触媒で処理しきれずに未処理のまま通り抜けてしまった余剰のアンモニアを後段のＮＨ3スリップ触媒で酸化処理することができ、余剰のアンモニアが未処理のまま排気ガスと一緒に車外へ排出されてしまう虞れを未然に防止することができる。
【００２８】
（ＩＶ）本発明の請求項４に記載の発明によれば、選択還元型触媒で処理しきれずに未処理のまま通り抜けようとする余剰のアンモニアを前記選択還元型触媒の一部に担持されたＮＨ3スリップ触媒で酸化処理することができ、余剰のアンモニアが未処理のまま排気ガスと一緒に車外へ排出されてしまう虞れを未然に防止することができると共に、余剰のアンモニアの対策を極めてコンパクトな構成で実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明を実施する形態の一例を示す概略図である。
【図２】本発明の別の形態例を示す概略図である。
【図３】従来例を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。
【００３１】
図１は本発明を実施する形態の一例を示すもので、本形態例の排気浄化装置においては、排気管４途中に介装した単一のケーシング１３内に、排気ガス５中のＨＣを酸化処理する酸化触媒２と、該酸化触媒２を経た排気ガス５を通過させてパティキュレートを捕集するパティキュレートフィルタ１とが所要間隔を隔てて直列配置されており、このパティキュレートフィルタ１には、白金等の酸化触媒を担持させることに代えて、酸素共存下でも選択的にＮＯxをアンモニアと反応させる性質を備えた選択還元型触媒３’が担持されている。
【００３２】
また、前記パティキュレートフィルタ１の直後にもフロースルー型の担体に担持させて選択還元型触媒３が追加装備されているが、この選択還元型触媒３は、前段のパティキュレートフィルタ１に担持された選択還元型触媒３’の処理能力の不足分を補い得る程度の小さな容量としたものであり、これまでの選択還元型触媒よりも大幅に小型化したものとなっている。
【００３３】
即ち、パティキュレートフィルタ１に選択還元型触媒３’を担持させるにあたっては、前記パティキュレートフィルタ１のフィルタ能力に悪影響を及ぼさない程度に加減して担持させなければならないため、これまでの選択還元型触媒と同じＮＯx処理能力を全てパティキュレートフィルタ１側に担わせるのは不可能であり、前記パティキュレートフィルタ１の直後にも選択還元型触媒３を追加装備する必要がある。
【００３４】
更に、前記酸化触媒２の出口近傍には、排気ガス５の流れを撹拌するミキサ１４が配設され、該ミキサ１４と前記パティキュレートフィルタ１との間には、前記ミキサ１４に向け尿素水７を噴射する尿素水添加装置６が配設されており、また、ここに図示している例では、パティキュレートフィルタ１とフロースルー型の選択還元型触媒３との間にも更なるミキサ１５が別途配設されている。
【００３５】
尚、前述した図３の従来例の場合と同様に、ケーシング１３内におけるフロースルー型の選択還元型触媒３の直後には、リークアンモニア対策として余剰のアンモニアを酸化処理するＮＨ3スリップ触媒９が配設されているが、このＮＨ3スリップ触媒９は、必要に応じて配設すれば良いものである。
【００３６】
而して、尿素水添加装置６により上流側のミキサ１４に向けて尿素水７を噴射すると、該尿素水７は排気ガス５の流れに抗して噴射されることになり、排気ガス５の流れと尿素水７の噴射流とがぶつかり合うことで該尿素水７が分散し易くなると共に、排気ガス５の流れ方向に噴射する場合よりも尿素水７の反応時間が確保され易くなる。
【００３７】
しかも、尿素水添加装置６からの尿素水７は、ミキサ１４の出側で排気ガス５の流れが乱流化しているところに噴射されることになるため、尿素水７の分散性がより一層向上されて排気ガス５との良好な混合化が図られることになる。
【００３８】
この結果、従来の如き小径部１０（図３参照）を形成しなくても、排気ガス５に対し尿素水７を良好に混合させてアンモニア化を促進し、そのアンモニアをパティキュレートフィルタ１に担持された選択還元型触媒３’の全領域で効率良く反応させることが可能となるので、前記小径部１０（図３参照）を形成しなくて済む分だけ排気浄化装置の全長を短縮することが可能となる。
【００３９】
更に、パティキュレートフィルタ１を経た排気ガス５中に残る尿素水７がミキサ１５により更に撹拌されて分散性を高められ、排気ガス５との良好な混合化が図られて前記尿素水７のアンモニア化が促進され、そのアンモニアがパティキュレートフィルタ１直後の選択還元型触媒３における全領域で効率良く反応されることになり、また、パティキュレートフィルタ１直後の選択還元型触媒３で処理しきれずに未処理のまま通り抜けてしまった余剰のアンモニアは、ＮＨ3スリップ触媒９で酸化処理されることになる。
【００４０】
一方、排気ガス５中のパティキュレートは、パティキュレートフィルタ１を通過する間に捕集されていくことになり、このパティキュレートフィルタ１を強制再生する際しては、従来と同様に、エンジン側でのポスト噴射等により排気ガス５中にＨＣを添加し、その添加したＨＣを酸化触媒２で酸化反応させて反応熱により排気ガス５を昇温し、これによりパティキュレートフィルタ１の触媒床温度を上げて捕集済みパティキュレートの燃焼除去を図るようにすれば良い。
【００４１】
従って、上記形態例によれば、パティキュレートフィルタ１と選択還元型触媒３との間に小径部１０（図３参照）を形成しなくても、排気ガス５に対し尿素水７を良好に混合させてアンモニア化を促進し、そのアンモニアをパティキュレートフィルタ１に担持された選択還元型触媒３の全領域で効率良く反応させることができるので、前記小径部１０（図３参照）を形成しなくて済む分だけ排気浄化装置の全長を短縮することができ、しかも、パティキュレートフィルタ１に選択還元型触媒３を担持させたことにより、その直後に追加装備される選択還元型触媒３の大幅な小型化を図ることができて排気浄化装置の更なる全長の短縮化を図ることができるので、パティキュレートとＮＯxの同時低減を図り得る排気浄化装置の搭載性を従来より大幅に向上することができる。
【００４２】
更に、パティキュレートフィルタ１を経た排気ガス５中に残る尿素水７をミキサ１５により更に撹拌して分散性を高め、排気ガス５との良好な混合化を図ることで前記尿素水７のアンモニア化を促進することができるので、そのアンモニアをパティキュレートフィルタ１直後の選択還元型触媒３における全領域で効率良く反応させることができる。
【００４３】
また、パティキュレートフィルタ１直後の選択還元型触媒３で処理しきれずに未処理のまま通り抜けてしまった余剰のアンモニアをＮＨ3スリップ触媒９で酸化処理することができ、余剰のアンモニアが未処理のまま排気ガス５と一緒に車外へ排出されてしまう虞れを未然に防止することができる。
【００４４】
ここで、本形態例においては、フロースルー型の選択還元型触媒３の直後にＮＨ3スリップ触媒９を別途配置した場合を例示しているが、図２に示す如く、選択還元型触媒３の一部に余剰のアンモニアを酸化処理するＮＨ3スリップ触媒９を担持させるようにしても良い。
【００４５】
即ち、選択還元型触媒３の下流側端部付近における所要範囲にＮＨ3スリップ触媒９を塗り分けたり、或いは、全体の下地としてＮＨ3スリップ触媒９をコーティングした上に選択還元型触媒３を重ね塗りしてリークアンモニア対策とすることが可能である。
【００４６】
このようにした場合には、選択還元型触媒３で処理しきれずに未処理のまま通り抜けようとする余剰のアンモニアを前記選択還元型触媒３の一部に担持されたＮＨ3スリップ触媒９で酸化処理することができ、余剰のアンモニアが未処理のまま排気ガス５と一緒に車外へ排出されてしまう虞れを未然に防止することができると共に、余剰のアンモニアの対策を極めてコンパクトな構成で実現することができる。
【００４７】
尚、本発明の排気浄化装置は、上述の形態例にのみ限定されるものではなく、パティキュレートフィルタとフロースルー型の選択還元型触媒との間の更なるミキサは必要に応じて追加すれば良く、ＮＨ3スリップ触媒についても必要に応じて追加すれば良いこと、その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【符号の説明】
【００４８】
１  パティキュレートフィルタ
２  酸化触媒
３  選択還元型触媒
３’  選択還元型触媒
４  排気管
５  排気ガス
６  尿素水添加装置
７  尿素水
９  ＮＨ3スリップ触媒
１３  ケーシング
１４  ミキサ
１５  ミキサ
【図１】
2010248955.tif 000003
【図２】
2010248955.tif 000004
【図３】
2010248955.tif 000005