(57)【要約】【課題】排気ガスに含まれる窒素酸化物の浄化能力及び粒子状物質の捕集能力を備えながらも小型化を可能とし、窒素酸化物の浄化能力を向上させる排気ガス浄化装置を提供することを目的とする。【解決手段】排気ガス浄化装置１０１は、排出された排気ガスが内部を通過可能な筐体１１と、筐体１１の内部に設けられた酸化触媒層１２と、筐体１１の内部における酸化触媒層１２よりも下流に設けられるディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）１３であって、酸化触媒層１２に対して間隔を開けて設けられたＤＰＦ１３と、ＤＰＦ１３と一体に設けられたＳＣＲ触媒１５と、酸化触媒層１２及びＤＰＦ１３の間に尿素水を供給するための噴射バルブ１８とを備え、筐体１１が、エンジンアセンブリ１０に取り付けられる。【選択図】図３
2011012563.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気ガスが内部を通過可能な筐体と、
前記筐体の内部に設けられた酸化触媒と、
前記筐体の内部における前記酸化触媒よりも下流に設けられる粒子状物質捕集手段であって、前記酸化触媒に対して間隔を開けて設けられた粒子状物質捕集手段と、
前記粒子状物質捕集手段と一体に設けられたＳＣＲ触媒と、
前記酸化触媒及び前記粒子状物質捕集手段の間に尿素水を供給するための尿素水供給手段とを備え、
前記筐体が、エンジンアセンブリに取り付けられる
排気ガス浄化装置。
【請求項２】
前記筐体は、前記エンジンアセンブリの過給機における排気ガスが排出される出口に接続される
請求項１に記載の排気ガス浄化装置。
【請求項３】
前記筐体は、前記エンジンアセンブリの排気マニフォールドに接続される
請求項１に記載の排気ガス浄化装置。
【請求項４】
前記尿素水供給手段は、前記酸化触媒の直後に尿素水を供給する
請求項１〜３のいずれか一項に記載の排気ガス浄化装置。
【請求項５】
前記ＳＣＲ触媒は、前記粒子状物質の燃焼温度よりも高い耐熱温度を有する
請求項１〜４のいずれか一項に記載の排気ガス浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、排気ガス浄化装置に係り、特にディーゼルエンジンの排気ガス中に含まれる窒素酸化物(ＮＯｘ)を浄化するために尿素ＳＣＲ(Selective Catalytic Reduction)触媒を使用した排気ガス浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ディーゼルエンジンの排気ガス中に含まれる窒素酸化物（ＮＯｘ）を浄化するための尿素ＳＣＲシステムが開発されている。尿素ＳＣＲシステムでは、尿素水の加水分解により生成されたアンモニア（ＮＨ３）とＮＯｘとの化学反応によってＮＯｘを窒素（Ｎ２）及び水（Ｈ２Ｏ）に浄化するために、選択還元触媒である（尿素）ＳＣＲ触媒と呼ばれる触媒が用いられる。
【０００３】
尿素ＳＣＲシステムでは、エンジンからマフラーに向かって、排気ガス中の一酸化窒素（ＮＯ）を二酸化窒素（ＮＯ２）に酸化するのを促進するための酸化触媒、排気ガス中に尿素水を噴射するための噴射バルブ、尿素水より生成されたアンモニアによる窒素酸化物の還元を促進するためのＳＣＲ触媒、ＮＯｘと反応しなかったアンモニアの酸化分解を促進するための酸化触媒がこの順序で配置される。
【０００４】
また、尿素ＳＣＲシステムの他に、エンジンとマフラーとの間の排気経路には、排気ガスに含まれるカーボン等の粒子状物質（パティキュレートマター：ＰＭ）を減少させるためのＤＰＦ（ディーゼルパティキュレートフィルタ）装置が設けられている。
このように、エンジン及びマフラーの間には、尿素ＳＣＲシステム及びＤＰＦ装置を構成する多くの構成部品が設けられるため、車両への搭載スペースの確保が問題となる。このため、車両への搭載スペースの確保を容易にするため、小型化した尿素ＳＣＲシステム及びＤＰＦ装置が提案されている。
【０００５】
特許文献１には、排気ガスの流れの方向に沿って、酸化触媒を担持したＤＰＦを内蔵する第１後処理装置、還元剤としての尿素を噴射する還元剤供給装置、尿素脱硝触媒を内蔵する第２後処理装置、及び酸化触媒を備える補助装置を一体に含む排気ガス浄化装置が記載されている。そして、この排気ガス浄化装置は排気ガスの流路中に設けられている。なお、第１後処理装置のＤＰＦに担持された酸化触媒は、ＤＰＦに捕集されたススを燃焼させると共に、排気ガスに含まれるＮＯをＮＯ２に酸化するものである。また、第２後処理装置の尿素脱硝触媒は、尿素から得られるアンモニアと排気ガスに含まれるＮＯｘとを反応させ、ＮＯｘをＮ２及び酸素（Ｏ２）に分解するものであり、ＳＣＲ触媒である。さらに、補助装置の酸化触媒は、アンモニアを酸化分解して、Ｎ２及び水に変化させるものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】国際公開第２００６／０５７３０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、ＳＣＲ触媒は、低温領域では十分な触媒活性を得ることができないという特性を有している。このため、特許文献１の排気ガス浄化装置では、コールドスタート時などにＳＣＲ触媒の十分な活性を得ることができず、ＮＯｘの浄化能力が低下してしまうという問題がある。
【０００８】
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あり、排気ガスに含まれるＮＯｘの浄化能力及び粒子状物質の捕集能力を備えながらも小型化を図ると共に、ＮＯｘの浄化能力の向上を図る排気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】
【０００９】
上記の課題を解決するために、この発明に係る排気ガス浄化装置は、排気ガスが内部を通過可能な筐体と、筐体の内部に設けられた酸化触媒と、筐体の内部における酸化触媒よりも下流に設けられる粒子状物質捕集手段であって、酸化触媒に対して間隔を開けて設けられた粒子状物質捕集手段と、粒子状物質捕集手段と一体に設けられたＳＣＲ触媒と、酸化触媒及び粒子状物質捕集手段の間に尿素水を供給するための尿素水供給手段とを備え、筐体が、エンジンアセンブリに取り付けられる。
【００１０】
これにより、ＳＣＲ触媒と一体になった粒子状物質捕集手段と、酸化触媒と、尿素水供給手段とを筐体に配置して１つのユニットとすることによって、排気ガス浄化装置は、排気ガスに含まれる窒素酸化物の浄化及び粒子状物質の捕集を同時に行うことのできる小型のユニットを構成することができる。さらに、小型の排気ガス浄化装置は、搭載スペースを確保しやすいためエンジンアセンブリに取り付けることができる。このため、排気ガス浄化装置は、内燃機関から排出された直後の排気ガスを内部に流通させると共に、内燃機関の発生する熱の供給をその外部から受けることができる。よって、コールドスタート時においても、ＳＣＲ触媒を活性化する温度にまで上昇させる時間を短縮することができるため、窒素酸化物の還元能力を向上させることが可能になる。
【００１１】
筐体は、エンジンアセンブリの過給機における排気ガスが排出される出口に接続されてもよい。
筐体は、エンジンアセンブリの排気マニフォールドに接続されてもよい。
尿素水供給手段は、酸化触媒の直後に尿素水を供給してもよい。これにより、尿素水は、粒子状物質捕集手段と一体に設けられたＳＣＲ触媒に到達するまでの滞留時間を長くとることによって、アンモニアへの加水分解の反応時間を多くとることができる。よって、尿素水のアンモニアへの加水分解の効率が向上するため、窒素酸化物の還元能力が向上する。
【００１２】
ＳＣＲ触媒は、粒子状物質の燃焼温度よりも高い耐熱温度を有するものであってもよい。これにより、ＳＣＲ触媒は、粒子状物質捕集手段の再生のための粒子状物質の燃焼により、その触媒機能が影響を受けることがない。このため、排気ガス浄化装置は、窒素酸化物の還元性能の耐久性を確保することができる。
【発明の効果】
【００１３】
この発明に係る排気ガス浄化装置によれば、排気ガスに含まれる窒素酸化物の浄化能力及び粒子状物質の捕集能力を備えながらも小型化を可能にすると共に、窒素酸化物の浄化能力を向上させることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】この発明の実施の形態に係る排気ガス浄化装置を備えるエンジンアセンブリの外観を示す斜視図である。
【図２】この発明の実施の形態に係る排気ガス浄化装置及びその周辺の構成を示す模式図である。
【図３】図２の排気ガス浄化装置の構成を示す模式図である。
【図４】この発明の実施の形態に係る排気ガス浄化装置と従来の排気ガス浄化装置におけるＳＣＲ触媒の温度変化を比較して示したグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、この発明の実施の形態について添付図面に基づいて説明する。
実施の形態
図１〜３を用いて、この発明の実施の形態に係る排気ガス浄化装置１０１及びその周辺の構成を説明する。なお、以下の実施形態において、ディーゼルエンジンを搭載する車両に排気ガス浄化装置１０１を使用した場合の例について説明する。
【００１６】
まず、図２を参照すると、エンジン本体１には、吸入された吸入空気を複数のシリンダ１ａのそれぞれに分配するための吸気マニフォールド（インテークマニフォールド）４が、図示しない複数の吸入ポートに対して接続されている。
吸気マニフォールド４における吸入空気の入口４ａには、エンジン吸気管３が接続され、さらに、エンジン吸気管３は、過給機であるターボチャージャ８のコンプレッサハウジング８ａに接続されている。また、コンプレッサハウジング８ａには、外気を吸入するための吸気管２が接続されている。
【００１７】
一方、エンジン本体１の複数の排気ポート１ｂのそれぞれには、排気ポート１ｂから排出される排気ガスを１つに集約するための排気マニフォールド（エキゾーストマニフォールド）５が接続されている。さらに、排気マニフォールド５における排気ガスの出口５ａには、ターボチャージャ８のタービンハウジング８ｂが接続されている。また、タービンハウジング８ｂには、略円筒形をした排気ガス浄化装置１０１が接続されている。そして、排気ガス浄化装置１０１には、排気管６が接続されており、さらに、排気管６の下流側の端部には、消音器（マフラー）７が接続されている。よって、図示しない車両における吸気系統は、吸気管２、ターボチャージャ８、エンジン吸気管３及び吸気マニフォールド４によって構成され、排気系統は、排気マニフォールド５、ターボチャージャ８、排気ガス浄化装置１０１、排気管６及び消音器７によって構成されている。ここで、エンジン本体１、エンジン吸気管３、吸気マニフォールド４、排気マニフォールド５、及びターボチャージャ８は、エンジンアセンブリ１０を構成している。
【００１８】
なお、図１を参照すると、エンジンアセンブリ１０、すなわち、ターボチャージャ８を介してエンジン本体１に排気ガス浄化装置１０１が取り付けられた状態が示されている。そして、排気ガス浄化装置１０１は、エンジン本体１の側部に隣接するようにして配置されている。
【００１９】
次に、図３を参照すると、排気ガス浄化装置１０１は、略円筒形をした筐体１１を有しており、筐体１１は、熱伝導性の高い鉄やステンレス等の金属によって形成されている。筐体１１における上流側の端面１１ａには、ターボチャージャ８のタービンハウジング８ｂの出口８ｂ１が接続されており、筐体１１の下流側の端面１１ｂには、排気管６の上流側の端部６ａが接続されている。そして、筐体１１の内部は、タービンハウジング８ｂの内部及び排気管６の内部に連通している。
【００２０】
円筒状をした筐体１１の内部には、上流側から下流側に向かって、第一の酸化触媒が担持された酸化触媒層１２及び粒子状物質捕集手段であるディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）１３が順次設けられている。酸化触媒層１２及びＤＰＦ１３は、筐体１１の円筒部１１ｃの中心軸に垂直な方向に延びる層状の形態をして、円筒部１１ｃの内側を塞ぐようにして形成されている。また、酸化触媒層１２及びＤＰＦ１３は、互いに離して配置されており、これらの間には空間１６が形成されている。
なお、酸化触媒層１２は、排気ガスに含まれるハイドロカーボン（ＨＣ）及び一酸化炭素（ＣＯ）を水（Ｈ２Ｏ）及び二酸化炭素（ＣＯ２）に酸化すると共に、一酸化窒素（ＮＯ）を二酸化窒素（ＮＯ２）に酸化するのを促進する酸化触媒が担持された層である。酸化触媒層１２の酸化触媒としては、例えば、Ｐｔ，Ｐｄ，Ｒｈ，Ａｇ，Ｆｅ，Ｃｕ，Ｎｉ，Ａｕ等、及びそれら２種以上の混合体等が好ましい。
【００２１】
ＤＰＦ１３は、セラミック等の多孔質性の材料によって形成されており、排気ガスに含まれる粒子状物質（パティキュレートマター：ＰＭ）を捕集するためのものである。そして、ＤＰＦ１３は、捕集したＰＭの蓄積による機能低下を防ぐために、蓄積したＰＭの燃焼を必要とする。なお、この燃焼は、ＤＰＦ１３の内部に設けられた図示しないプラズマ電極等の加熱装置によって行われる。
【００２２】
また、ＤＰＦ１３上には、選択還元触媒である（尿素）ＳＣＲ触媒１５がコーティング等の手段によって担持されている。なお、ＤＰＦ１３の後段にＳＣＲ触媒１５の触媒層を配置することによって、ＤＰＦ１３とＳＣＲ触媒１５とを一体に設けてもよい。
【００２３】
なお、選択還元触媒は特定の物質同士に対して選択的に化学反応をもたらす触媒であるが、このＳＣＲ触媒１５は、窒素酸化物（ＮＯｘ）とアンモニア（ＮＨ３）との間で作用してＮＯｘの還元をもたらすものである。そして、ＮＯｘは還元されるとＮ２（窒素）及び水（Ｈ２Ｏ）に分解される。また、ＳＣＲ触媒１５としては、ＰＭの燃焼温度、すなわち燃焼している間におけるＰＭの温度よりも高い耐熱温度、例えば６５０℃以上の耐熱温度を有していることが好ましい。なお、このＳＣＲ触媒１５の耐熱温度は、触媒機能の９０％以上の機能を確保することができるような温度の上限値のことである。このようなＳＣＲ触媒１５としては、例えば、Ｚｒ酸化物を含む遷移金属酸化物複合体等が好ましい。
【００２４】
また、筐体１１の円筒部１１ｃには、酸化触媒層１２及びＤＰＦ１３の間となる位置に、電磁弁である噴射バルブ１８が設けられている。そして、噴射バルブ１８は、尿素水供給手段を構成している。さらに、噴射バルブ１８は、図示しない車両に設けられた尿素水タンク１９に連通しており、尿素水タンク１９から供給される尿素水を筐体１１の空間１６内に噴射する。なお、図３に示す噴射バルブ１８は、酸化触媒層１２における下流側の直後の位置に配置され、酸化触媒層１２における下流側の直後に尿素水を噴射する。
さらに、噴射バルブ１８は、ドージングコントロールユニット（ＤＣＵ）２１に電気的に接続されており、ＤＣＵ２１の制御によって噴射バルブ１８の開閉が行われる。また、尿素水タンク１９は、内部の尿素水を噴射バルブ１８に供給するための電動ポンプを備えており、この電動ポンプは、ＤＣＵ２１に電気的に接続されており、ＤＣＵ２１の制御によってその稼動が制御される。なお、ＤＣＵ２１は個別に設置してもよく、また車両ＥＣＵと一体にしてもよい。また、詳細は後述に示すが、噴射バルブ１８は、ＤＰＦ１３の上流側における酸化触媒層１２の付近に配置されるのが好ましい。
【００２５】
また、ＤＰＦ１３の上流側の端面１３ａには、排気ガスに含まれる物質を端面１３ａ全体に均等に分布させるための、円柱状をしたミキサ１７が設けられている。ミキサ１７としては、特表平６−５０９０２０号公報、特開２００６−９６０８号等に開示されものを使用することができる。なお、特表平６−５０９０２０号公報に開示されるミキサは、ガスの流路を格子状に仕切り、各格子を通過したガスに対して渦状の流れ及び隣接する格子の方向に向かう流れを発生させることにより、ガスに含まれる物質を流路全体に分布させるものである。また、特開２００６−９６０８号に開示されるミキサは、ガスの流路の方向に垂直な分散板を複数設けることによって流通するガスを蛇行させ、ガスに含まれる物質を均等に分布させるものである。
【００２６】
また、排気ガス浄化装置１０１の下流側となる排気管６の途中に、アンモニアを酸化分解する作用を有する第二の酸化触媒が担持された酸化触媒層２０が設けられている。なお、アンモニアは酸化されると、Ｎ２、ＮＯ若しくはＮＯ２及び水に分解する。そして、酸化触媒層２０の酸化触媒としては、例えば、Ｐｔ，Ｐｄ，Ａｇ，Ｆｅ，Ｃｕ，Ｎｉ，Ａｕ等が好ましい。
【００２７】
また、筐体１１の上流側の端面１１ａにおける流入口１１ａ１の下流側には、排気ガスの温度を検出するための排気温度センサ２２が設けられている。排気温度センサ２２は、ＤＣＵ２１に電気的に接続されており、検出した排気ガスの温度情報をＤＣＵ２１に送る。なお、排気温度センサ２２は、流入口１１ａ１の上流側に設けてもよい。
さらに、筐体１１の上流側の端面１１ａにおける流入口１１ａ１付近の上流側には、ＮＯｘの濃度を検出するための第一のＮＯｘセンサ２３が設けられている。そして、排気管６における酸化触媒層２０の下流側には、第二のＮＯｘセンサ２４が設けられている。第一のＮＯｘセンサ２３及び第二のＮＯｘセンサ２４は、ＤＣＵ２１に電気的に接続されており、検出したＮＯｘの濃度情報をＤＣＵ２１に送る。
上述より、排気ガス浄化装置１０１は、ＳＣＲ触媒による排気ガスの浄化装置とＤＰＦによる排気ガスの浄化装置とを一体としてエンジンアセンブリ１０に取り付けられ、エンジン本体１に隣接して配置される構成を有している。（図２参照）
【００２８】
次に、図１〜４を用いて、この発明の実施の形態に係る排気ガス浄化装置１０１及びその周辺の動作を説明する。
図２を参照すると、エンジン本体１が稼動することによって、吸気管２を介して、ターボチャージャ８のコンプレッサハウジング８ａに外気である吸入空気が吸入される。さらに、吸入空気は、コンプレッサハウジング８ａ内の図示しないコンプレッサホイールにより過給されて、エンジン吸気管３に送られる。送られた吸入空気は、エンジン吸気管３及び吸気マニフォールド４を経由して、エンジン本体１の内部に流入する。そして、エンジン本体１の内部の吸入空気は、エンジン本体１の内部に供給された燃料（軽油）と混合されて、自己着火により燃焼する。
【００２９】
燃焼した吸入空気及び燃料は、排気ガスとして複数の排気ポート１ｂから排気マニフォールド５に排出され、さらに、排気マニフォールド５内の流通過程で１つに集約されて、ターボチャージャ８のタービンハウジング８ｂに流入する。流入した排気ガスは、タービンハウジング８ｂ内の図示しないタービンホイール及びタービンホイールに連結されたコンプレッサホイールの回転を上昇させつつ、排気ガス浄化装置１０１に排出される。さらに、排気ガスは、排気ガス浄化装置１０１の内部を流通した後、酸化触媒層２０、排気管６及び消音器７を経由して、図示しない車両の外部に排出される。
【００３０】
さらに、図３を参照すると、排気ガス浄化装置１０１内に導入された排気ガスの全ては、まず、酸化触媒層１２を通過する。酸化触媒層１２を通過する過程において、排気ガスに含まれるＨＣ及びＣＯがＨ２Ｏ及びＣＯ２に酸化されると共に、ＮＯの一部が、より還元作用を受けやすいＮＯ２に酸化される。次に、酸化触媒層１２を通過した排気ガスは、ミキサ１７を通過してＳＣＲ触媒１５が担持されたＤＰＦ１３に流入する。そして、ＤＰＦ１３によって、排気ガスに含まれるＰＭが捕集される。
【００３１】
また、同時に、ＤＣＵ２１の制御によって尿素水タンク１９内の電動ポンプが稼働されると共に噴射バルブ１８が開弁され、尿素水タンク１９の尿素水が噴射バルブ１８から空間１６に噴射される。噴射された尿素水は、空間１６を流通する排気ガス等の熱の作用によって加水分解が促進され、アンモニア及び二酸化炭素（ＣＯ２）に分解される。なお、噴射バルブ１８を空間１６内における酸化触媒層１２の近傍に配置することによって、噴射された尿素水がＤＰＦ１３、すなわちＳＣＲ触媒１５に到達するまでの滞留時間を多くとることができる。これにより、尿素水からアンモニアへの加水分解の反応時間を多くとることができるため、加水分解の効率を向上させることができる。このような理由で、噴射バルブ１８は、ＤＰＦ１３との距離をできるだけ大きくとることのできる位置に配置するのが好ましい。また、尿素水は、酸化触媒層１２より下流側で噴射されてアンモニアに加水分解されるため、生成したアンモニアは酸化触媒層１２の酸化触媒の作用によって酸化されることがない。
【００３２】
加水分解により生成したアンモニアは、排気ガスと共にミキサ１７を通過し、ミキサ１７の通過の際に分散されてＤＰＦ１３に流入する。さらに、排気ガスと共に流入したアンモニアは、ＤＰＦ１３に担持されたＳＣＲ触媒１５の作用によって、排気ガスに含まれるＮＯ及びＮＯ２からなるＮＯｘをＮ２に還元する。そして、ＮＯｘの還元反応において消費されなかった未反応のアンモニアは、排気ガスと共に排気ガス浄化装置１０１の外部に排出される。
【００３３】
よって、ＤＰＦ１３を通過した排気ガスは、ＰＭを除去され、ＮＯｘと未反応の残留アンモニア及びＮ２を含んだ状態で、排気ガス浄化装置１０１より排気管６に排出される。排出された排気ガスは、排気管６の途中に設けられた酸化触媒層２０を通過した後、消音器７を経由して図示しない車両の外部に排出される。そして、排気ガス中に残留するアンモニアは、酸化触媒層２０を通過することによって、酸化除去されるため、有害なアンモニアが外部に排出されることはない。
【００３４】
また、触媒は所定の温度以上で触媒活性を有する特性を有している。このため、ＤＣＵ２１は、排気温度センサ２２から送られる温度がＳＣＲ触媒１５の活性化する所定の温度以上となる場合に噴射バルブ１８を開弁し、また、所定の温度より低い場合に噴射バルブ１８を閉弁し、ＮＯｘの還元の実施・不実施を制御する。なお、ＳＣＲ触媒１５が活性化する温度は、一般的に１５０℃以上である。
さらに、ＤＣＵ２１は、第一のＮＯｘセンサ２３から送られるＮＯｘ濃度の値に基づき、噴射バルブ１８の開度を調節して尿素水の噴射量を設定する。また、ＤＣＵ２１は、第二のＮＯｘセンサ２４から送られるＮＯｘ濃度の値、すなわち、ＳＣＲ触媒１５及び酸化触媒層２０を通過後の排気ガスのＮＯｘの濃度の値に基づき、噴射バルブ１８の開度のさらなる調節を行って尿素水の噴射量を設定する。例えば、第二のＮＯｘセンサ２４から送られるＮＯｘの濃度の値が所定の値を超える場合、ＤＣＵ２１は、噴射バルブ１８をさらに開放して尿素水の噴射量を増大する。このように、ＤＣＵ２１によって、ＳＣＲ触媒１５への尿素水の供給量、すなわちアンモニアの供給量が調整され、排気ガス浄化装置１０１のＮＯｘの還元能力が制御される。
【００３５】
また、図１を参照すると、エンジン本体１に隣接して配置される排気ガス浄化装置１０１には、稼動中にエンジン本体１の発生する熱が、その筐体１１（図３参照）の外側に付与される。さらに、筐体１１は熱伝導性の高い材料により形成されているため、付与された熱は、筐体１１を伝導して筐体１１の内部に伝達する。
また、排気ガス浄化装置１０１には、ターボチャージャ８、すなわち、エンジン本体１から排出された直後の温度低下の少ない排気ガスが流入するため、筐体１１（図３参照）の内部は、この温度の高い排気ガスによって加熱される。このとき、上述に示すように、筐体１１には外部からはエンジン本体１の発生する熱が付与されているため、筐体１１の内部の熱が筐体１１から外部に逃げにくく、筐体１１の内部の排気ガスは高温に維持される。
【００３６】
上述より、図３を参照すると、筐体１１の内部の酸化触媒層１２の酸化触媒及びＤＰＦ１３のＳＣＲ触媒１５は、排気ガスの熱によって加熱され、さらに、その加熱により得た熱も逃げにくくなるため、温度が上昇しやすくなると共に高温に維持しやすくなる。これにより、排気ガス浄化装置１０１では、エンジン本体１のコールドスタート時において、酸化触媒層１２の酸化触媒及びＳＣＲ触媒１５の温度の上昇速度が向上しており、各触媒が活性化に至る時間が短縮されている。また、筐体１１の空間１６内の温度の上昇速度も向上しているため、噴射バルブ１８から噴射されたアンモニアの加水分解の効率も向上している。
【００３７】
そこで、図４を参照すると、本願の排気ガス浄化装置１０１におけるＳＣＲ触媒１５の温度変化（実線）と、酸化触媒・ＳＣＲ触媒・ＤＰＦが別個にされた状態で車体のフロア下（アンダーフロア）の排気管の途中に配置された、従来の一般的な排気ガス浄化装置におけるＳＣＲ触媒の温度変化（点線）とが、エンジンの始動後からの変化について示されている。なお、この図４における車両の走行パターンは、エンジンの排気ガス試験に使用されるものであり、エンジンのウォームアップ特性の評価を行うためのシミュレーションモデルの１つを使用したものである。また、図４において、本願の排気ガス浄化装置１０１では、排気温度センサ２２の検出温度をＳＣＲ触媒１５の温度とみなし、従来の一般的な排気ガス浄化装置では、ＳＣＲ触媒に流入する排気ガスの温度をＳＣＲ触媒の温度とみなしている。さらに、ＳＣＲ触媒が活性化する温度、すなわち、ＳＣＲ触媒によるＮＯｘの浄化可能なＳＣＲ触媒浄化性能温度を１５０℃以上と設定している。
【００３８】
本願の排気ガス浄化装置１０１では、エンジン本体１の始動後約２００秒でＳＣＲ触媒１５の温度が１５０℃に達し、ＳＣＲ触媒１５を使用したＮＯｘの還元浄化を開始することが可能になる。一方、従来のアンダーフロアに配置した一般的な排気ガス浄化装置では、エンジン本体の始動後約７５０秒でＳＣＲ触媒の温度が１５０℃に達し、ＳＣＲ触媒を使用したＮＯｘの還元浄化を開始することが可能になる。
よって、本願の排気ガス浄化装置１０１は、従来の排気ガス浄化装置と比較して、エンジン本体１の始動後、半分以下の時間でＮＯｘの還元浄化が可能になるため、ＮＯｘの排出量を低減することを可能にする。
【００３９】
このように、この発明に係る排気ガス浄化装置１０１は、排気ガスが内部を通過可能な筐体１１と、筐体１１の内部に設けられた酸化触媒層１２と、筐体１１の内部における酸化触媒層１２よりも下流に設けられるＤＰＦ１３であって、酸化触媒層１２に対して間隔を開けて設けられたＤＰＦ１３と、ＤＰＦ１３と一体に設けられたＳＣＲ触媒１５と、酸化触媒層１２及びＤＰＦ１３の間に尿素水を供給するための噴射バルブ１８とを備え、筐体１１が、エンジンアセンブリ１０に取り付けられる。
【００４０】
これによって、ＳＣＲ触媒１５と一体になったＤＰＦ１３と、酸化触媒層１２と、噴射バルブ１８とを筐体１１に配置して１つのユニットとすることによって、排気ガス浄化装置１０１は、排気ガスに含まれる窒素酸化物の浄化及び粒子状物質の捕集を同時に行うことのできる小型のユニットを構成することができる。さらに、小型の排気ガス浄化装置１０１は、搭載スペースを確保しやすいためエンジンアセンブリ１０に取り付けることができる。このため、排気ガス浄化装置１０１は、エンジン本体１から排出された直後の排気ガスを内部に流通させると共に、エンジン本体１の発生する熱の供給をその外部から受けることができる。よって、コールドスタート時においても、ＳＣＲ触媒１５を活性化する温度にまで上昇させる時間を短縮することができるため、ＮＯｘの還元能力を向上させることが可能になる。
【００４１】
また、噴射バルブ１８は、酸化触媒層１２の直後に尿素水を供給する。これにより、尿素水は、ＤＰＦ１３と一体に設けられたＳＣＲ触媒１５に到達するまでの滞留時間を長くとることによって、アンモニアへの加水分解の反応時間を多くとることができる。よって、尿素水のアンモニアへの加水分解の効率が向上するため、ＮＯｘの還元能力が向上する。
また、ＳＣＲ触媒１５は、ＰＭの燃焼温度よりも高い耐熱温度を有する。これにより、ＳＣＲ触媒１５は、ＤＰＦ１３の再生のためのＰＭの燃焼により、その触媒機能が影響を受けることがない。このため、排気ガス浄化装置１０１は、ＮＯｘの還元性能の耐久性を確保することができる。
【００４２】
また、実施の形態において、排気ガス浄化装置１０１は、ターボチャージャ８を備えるエンジンアセンブリ１０に設けられていたが、これに限定されるものではない。ターボチャージャ８を備えないエンジンアセンブリ１０では、排気マニフォールド５の出口５ａに排気ガス浄化装置１０１を直接接続するようにしてもよい。
また、実施の形態において、排気ガス浄化装置１０１は、ターボチャージャ８のタービンハウジング８ｂに直接接続されていたが、これに限定されるものではない。タービンハウジング８ｂと排気ガス浄化装置１０１との間を、管を介して接続するようにしてもよい。
【００４３】
また、実施の形態において、排気ガス浄化装置１０１の筐体１１は円筒状の形状を有していたが、これに限定されるものではない。筐体１１は、四角柱等の多角柱状の形状、または、球状若しくは楕円体状の形状であってもよい。
また、実施の形態において、排気ガス浄化装置１０１は、ミキサ１７や第一のＮＯｘセンサ２３を有していたが、これらは省略してもよい。
【符号の説明】
【００４４】
５  排気マニフォールド、８  ターボチャージャ（過給機）、８ｂ１  出口（過給機の出口）、１０  エンジンアセンブリ、１１  筐体、１２  酸化触媒層（酸化触媒）、１３  ディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ、粒子状物質捕集手段）、１５  ＳＣＲ触媒、１８  噴射バルブ（尿素水供給手段）、排気ガス浄化装置１０１。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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