(57)【要約】【課題】排気ガスが低温域でもＮＯｘ浄化率を高くできる排気ガス浄化装置を提供する。【解決手段】エンジン１０からの排気ガスを排気する排気管２０に、尿素選択型ハニカム触媒（ＳＣＲ）を設けて排ガス中のＮＯｘを発生したアンモニアで還元浄化する排気ガス浄化装置において、前記尿素選択型ハニカム触媒３２の担体３３に尿素送液装置３４を接続したものである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンからの排気ガスを排気する排気管に、尿素選択型ハニカム触媒（ＳＣＲ）を設けて排ガス中のＮＯｘを発生したアンモニアで還元浄化する排気ガス浄化装置において、前記尿素選択型ハニカム触媒の担体に尿素送液装置を接続したことを特徴とする排気ガス浄化装置。
【請求項２】
前記尿素選択型ハニカム触媒の上流側の排気管に前段酸化触媒が設けられる請求項１記載の排気ガス浄化装置。
【請求項３】
前記尿素選択型ハニカム触媒は、高気孔率ハニカム担体の各ハニカム通路にＳＣＲ触媒が担持されて全体に円筒状に形成され、その円筒状の尿素選択型ハニカム触媒が、排気管を拡径して設けた拡径部に収容され、その拡径部に尿素送液装置の送液パイプを接続した請求項１又は２記載の排気ガス浄化装置。
【請求項４】
前記尿素送液装置は、尿素水タンクと、尿素水タンクに接続されると共に拡径部に接続される送液パイプと、その送液パイプに接続された送液ポンプからなり、送液パイプからの尿素水が、尿素選択型ハニカム触媒の外周から送液されると共に尿素選択型ハニカム触媒に含浸される請求項３記載の排気ガス浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ディーゼル車等のエンジンから排気される排気ガス中のＮＯｘを除去するための排気ガス浄化装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ディーゼル車等のエンジンの排気ガス中のＮＯｘ浄化を目的に加水分解や熱分解を経て得られたＮＨ3を還元剤として使用する尿素ＳＣＲ車載システムが知られている。
このシステムは、特許文献１，２に提案されるように、エンジン排気ポート側から前段の酸化触媒（ＣＯ・ＨＣ浄化、ＮＯ酸化用）、尿素噴射ノズル、ＳＣＲ触媒、後段の酸化触媒（Ｒ−ＤＯＣ／ＮＨ3分解）の順で配置・構成されている。
【０００３】
図６は、過給機付きディーゼルエンジンの吸排気システムにおける排気ガス浄化装置を示したものである。
【０００４】
ディーゼルエンジン１０の吸気マニホールド１１と排気マニホールド１２は、過給機１３のコンプレッサ１４とタービン１５にそれぞれ連結され、上流側吸気管１６ａからの空気がコンプレッサ１４で昇圧され、下流側吸気管１６ｂのインタークーラ１７を通って冷却されて吸気マニホールド１１からディーゼルエンジン１０に供給され、ディーゼルエンジン１０からの排気ガスは、タービン１５を駆動した後、排気管２０に排気される。また排気管２０と上流側吸気管１６ａには排気ガスの一部をエンジン１０の吸気系に戻してＮＯｘを低減するためのＥＧＲ管２１が接続され、そのＥＧＲ管２１にＥＧＲクーラ２２とＥＧＲバルブ２３とが接続される。
【０００５】
この排気管２０には、前段の酸化触媒（Ｆ−ＤＯＣ）２４、尿素供給装置２５、ＳＣＲ触媒２６が設けられる。尿素供給装置２５は、尿素水タンク２７からの尿素水をドージングユニット（分注ポンプ）２８にて、排気管２０に設けた尿素水スプレーノズル２９から噴射するようになっている。ＳＣＲ触媒２６の下流にはＮＯｘセンサ１８が設けられ、そのセンサ値で尿素水スプレーノズル２９から噴射する尿素水量を制御するようになっている。また図には示していないがＳＣＲ触媒２６の下流に後段の酸化触媒（Ｒ−ＤＯＣ）が設けられる。
【０００６】
排気管２０を通る排気ガスは、前段の酸化触媒（Ｆ−ＤＯＣ）２４で、排ガス中のＣＯ・ＨＣ浄化、ＮＯ酸化され、尿素水スプレーノズル２９から噴射された尿素水が、ＳＣＲ触媒２６で尿素が選択的に還元されてＮＨ3とされ、そのＮＨ3により、排ガス中のＮＯｘが、窒素と酸素に還元されて浄化される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００９−４１４５４号公報
【特許文献２】特開２００６−２１２５９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、尿素の分解（融点）温度は、１３２．７℃であり、排気ガス温度が１７５℃以下の低温では、尿素の分解が促進しないため噴射できない。また、排ガス温度が高くても、尿素を噴射した後、十分な拡散時間が得られないため、ＮＨ3の生成率が低い。
【０００９】
以上の理由からＳＣＲのポテンシャルを引き出せず、そのため、十分なＮＯｘ浄化率を得られない問題がある。
【００１０】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、排気ガスが低温域でもＮＯｘ浄化率を高くできる排気ガス浄化装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するために請求項１の発明は、エンジンからの排気ガスを排気する排気管に、尿素選択型ハニカム触媒（ＳＣＲ）を設けて排ガス中のＮＯｘを発生したアンモニアで還元浄化する排気ガス浄化装置において、前記尿素選択型ハニカム触媒の担体に尿素送液装置を接続したことを特徴とする排気ガス浄化装置である。
【００１２】
請求項２の発明は、前記尿素選択型ハニカム触媒の上流側の排気管に前段酸化触媒が設けられる請求項１記載の排気ガス浄化装置である。
【００１３】
請求項３の発明は、前記尿素選択型ハニカム触媒は、高気孔率ハニカム担体の各ハニカム通路にＳＣＲ触媒が担持されて全体に円筒状に形成され、その円筒状の尿素選択型ハニカム触媒が、排気管を拡径して設けた拡径部に収容され、その拡径部に尿素送液装置の送液パイプを接続した請求項１又は２記載の排気ガス浄化装置である。
【００１４】
請求項４の発明は、前記尿素送液装置は、尿素水タンクと、尿素水タンクに接続されると共に拡径部に接続される送液パイプと、その送液パイプに接続された送液ポンプからなり、送液パイプからの尿素水が、尿素選択型ハニカム触媒の外周から送液されると共に尿素選択型ハニカム触媒に含浸される請求項３記載の排気ガス浄化装置である。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、尿素選択型ハニカム触媒の担体に直接尿素水を送液することで、毛細管現象により尿素選択型ハニカム触媒に浸透し、その間に尿素が加水分解や熱分解でアンモニアが低温域でも生成できるためＮＯｘ浄化率を高くすることができるという優れた効果を発揮するものである。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施の形態を示す全体図である。
【図２】図１における尿素選択型ハニカム触媒（ＳＣＲ）の拡大斜視図である。
【図３】本発明において、尿素選択型ハニカム触媒の担体に尿素水が拡散する状態を説明する図である。
【図４】本発明において、尿素選択型ハニカム触媒の担体に拡散した尿素水が、ＳＣＲ触媒に浸透吸着してアンモニアを生成する状態を説明する図である。
【図５】本発明と従来の尿素選択型ハニカム触媒の排ガス入口温度とＮＯｘ浄化率の関係を示す図である。
【図６】従来の排気ガス浄化装置を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の好適な一実施の形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００１８】
図１は、過給機付きディーゼルエンジンの吸排気システムにおける排気ガス浄化装置を示したもので、吸排気システムは、排気ガス浄化装置を除いて図６で説明した吸排気システムと同じであり、同一機能のものには同一符号を付している。
【００１９】
ディーゼルエンジン１０の吸気マニホールド１１と排気マニホールド１２は、過給機１３のコンプレッサ１４とタービン１５にそれぞれ連結され、上流側吸気管１６ａからの空気がコンプレッサ１４で昇圧され、下流側吸気管１６ｂのインタークーラ１７を通って冷却されて吸気マニホールド１１からディーゼルエンジン１０に供給され、ディーゼルエンジン１０からの排気ガスは、タービン１５を駆動した後、排気管２０に排気される。また排気管２０と上流側吸気管１６ａには排気ガスの一部をエンジン１０の吸気系に戻してＮＯｘを低減するためのＥＧＲ管２１が接続され、そのＥＧＲ管２１にＥＧＲクーラ２２とＥＧＲバルブ２３とが接続される。
【００２０】
本発明の排気ガス浄化装置は、排気管２０に形成した拡径部３０内に、前段酸化触媒（Ｆ−ＤＯＣ）３１が設けられると共にその下流に尿素選択型ハニカム触媒（ＳＣＲ）３２を設け、その尿素選択型ハニカム触媒３２の担体３３に尿素送液装置３４を接続して構成される。
【００２１】
尿素送液装置３４は、尿素水タンク３５と、尿素水タンク３５に接続されると共に拡径部３０に接続される送液パイプ３６と、その送液パイプ３６に接続された送液ポンプ３７からなる。送液パイプ３６の先端は、図２に示すようにＳＣＲ３２の外周の複数箇所に送液できるように拡径部３０の軸方向に複数本に分岐した注入部３６ａ〜３６ｄが形成される。
【００２２】
また、ＳＣＲ３２の下流側の拡径部３０には、ＮＨ3センサ３８が設けられ、そのＮＨ3センサ３８の検出値で送液ポンプ３７による尿素注入量が制御される。
【００２３】
なお、図には示していないが、ＳＣＲ３２の下流側の排気管２０に、後段の酸化触媒（Ｒ−ＤＯＣ）が設けられ、また図６で説明したＮＯｘセンサも適宜設けられる。
【００２４】
尿素選択型ハニカム触媒３２は、図３、図４に示すように高気孔率ハニカム担体３３の各ハニカム通路４０にＳＣＲ触媒４１が担持されて全体に円筒状に形成されて拡径部３０に収容され、その拡径部３０に尿素送液装置３４の送液パイプ３６の先端の分岐された注入部３６ａ〜３６ｄが接続される。
【００２５】
次に本実施の形態の作用を説明する。
【００２６】
エンジン１０からの排気ガスは排気マニホールド１２から過給機１３のタービン１５を駆動した後、排気管２０に排気され、前段酸化触媒（Ｆ−ＤＯＣ）３１から尿素選択型ハニカム触媒（ＳＣＲ）３２を通って浄化されて排気される。
【００２７】
この際、尿素送液装置３４にて、すなわち尿素水タンク３５から送液パイプ３６を介し送液ポンプ３７から各注入部３６ａ〜３６ｄを通して送液することで、図３に矢印４２で示したように尿素水Ｕｒが、毛細管現象で、尿素選択型ハニカム触媒３２の担体３３に直接注入・浸透し、図４に矢印４３で示したように、ＳＣＲ触媒４１内で尿素Ｕｒが加水分解・熱分解され、尿素水の使用量を必要最低限にするとともに効率よくＮＨ3を通路４０内に生成することができる。
【００２８】
その結果、ＳＣＲシステムのＮＯｘ浄化率を向上できる。さらにＮＯｘを低温から浄化するには、低温時に排ガス中のＣＯを利用し前段酸化触媒（Ｆ−ＤＯＣ）３１にＮＯｘを酸化保持し、排ガス温度が１６０℃〜２００℃以上の温度で反応性の強いＮＯ2として放出させる。放出されたＮＯ2は尿素選択型ハニカム触媒３２に流通した後に、尿素選択型ハニカム触媒３２で容易に浄化される。
【００２９】
以上本発明は、尿素水をハニカムに直接供給し、ハニカム内部に含浸・拡散させることで、含浸・拡散した尿素水は温度上昇に伴い、加水分解や熱分解でＮＨ3を生成し、生成したＮＨ3はＳＣＲ触媒層に拡散し吸着することができる。従って、ＮＨ3の生成率は１０％以下と低いものの尿素の加水分解は１００℃以上で生じるため、低温域においてもＮＯｘ浄化率の高い尿素ＳＣＲシステムとして成立する。また、尿素水の供給を液送ポンプ３７で行うため、小容量・高精度の尿素供給が可能となり、尿素水の使用量を低減できる。この際、ＮＨ3センサ３８で未反応のアンモニア量を検出し、液送ポンプ３７で、尿素水の供給を制御することで、ＮＯｘ量に応じた尿素水を供給でき、後段ＤＯＣでのアンモニア分解などの負荷を減らすことができる。
【００３０】
さらにＤＯＣとＳＣＲを近接することができるので、ＤＯＣの小型化、ＳＣＲシステムの小型化、ＤＯＣに供給して温度上昇源にする軽油等のＨＣ量を減らすことができ、燃費低減を図ることができる。
【実施例】
【００３１】
図５は、図６に示した従来の排気ガス浄化装置と、図１に示した本発明の排気ガス浄化装置で、排気ガス中のＮＯｘを除去したときの尿素選択型ハニカム触媒（ＳＣＲ）入口温度とＮＯｘ浄化率の関係を示したもので、図示の実線ａが本発明を、点線ｂが従来例の性能曲線を示している。
【００３２】
従来例では、ＤＯＣとＳＣＲの間の排気管に尿素を散布して、拡散・霧化→加水分解・熱分解を得てＮＨ3を生成させるため、尿素の分解が促進しない低温（例えば１７５℃以下）では尿素を噴射しない。また、尿素噴射位置からＳＣＲ触媒の間で、尿素が十分に分解しない。よって、入口温度２００℃以下では著しくＮＯｘ浄化率が低く、また２００℃以上でも十分な除去率が得られない。
【００３３】
このため、従来ではＳＣＲ直前に加水分解触媒を設置したり、ＳＣＲ触媒に加水分解触媒を添加するなどの改良を行い尿素の分解を促進する場合もあるが、これは、スペース大、コスト大、ＳＣＲ触媒のＮＯｘ浄化性能低下等の問題が生じる。
【００３４】
これに対し、本発明は、尿素をＳＣＲ触媒の担体に注入し、ハニカム触媒温度の上昇により加水分解や熱分解で生じたＮＨ3がＳＣＲ触媒に吸着するため、２００℃の低温域でも浄化率が高く、かつ２００℃以上でも浄化率を従来例よりさらに高くすることができる。
【００３５】
また、従来例の尿素水ドージングユニットの尿素噴射量０．５〜３０ｍｌ／ｍｉｎに対して、本発明は、送液ポンプ３７として、液相ポンプを使用することができるので、尿素噴射量０．１ｍ１〜４０ｍｌ／ｍｉｎと、より小容量からの供給が可能である。また噴射形態は従来例が間欠噴射であるのに対して、本発明は連続噴射が可能である。
【００３６】
このように本発明では、尿素水を直接ハニカムに含浸・拡散できるため、あらかじめ低温で、ハニカム内に尿素水を含浸させ、温度の上昇に伴って生成するＮＨ3を有効に利用できる。そのため、従来例の尿素噴射方式と比べて低温のＮＯｘ浄化率を向上できる。
【符号の説明】
【００３７】
１０  エンジン
２０  排気管
３１  前段酸化触媒（Ｆ−ＤＯＣ）
３２  尿素選択型ハニカム触媒（ＳＣＲ）
３３  担体
３４  尿素送液装置
【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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