(57)【要約】【課題】排気ガスに含まれるＮＯｘに対する尿素水による浄化効率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。【解決手段】排気ガス浄化装置１０１は、排気ガスが流通する経路の途中に設けられた酸化触媒層１２と、少なくとも酸化触媒層１２の下流側の端面１２ｂに設けられ、親水作用及び加水分解触媒作用のうちの少なくとも一つの作用を有する親水層１３と、親水層１３よりも下流に設けられたＳＣＲ触媒１５と、親水層１３に尿素水を供給するための噴射バルブ１８とを備える。【選択図】図２
2011033000.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気ガスが流通する経路の途中に設けられた酸化触媒と、
少なくとも前記酸化触媒の下流側の端部に設けられ、親水作用及び加水分解触媒作用のうちの少なくとも一つの作用を有する尿素水分解促進部と、
前記尿素水分解促進部よりも下流に設けられたＳＣＲ触媒と、
前記尿素水分解促進部に尿素水を供給するための尿素水供給手段と
を備える排気ガス浄化装置。
【請求項２】
前記尿素水供給手段は、前記前記尿素水分解促進部の下流側から尿素水を供給する
請求項１に記載の排気ガス浄化装置。
【請求項３】
粒子状物質捕集手段をさらに備え、
前記粒子状物質捕集手段は、前記ＳＣＲ触媒と一体である
請求項１または２に記載の排気ガス浄化装置。
【請求項４】
前記粒子状物質捕集手段は、前記ＳＣＲ触媒の下流に配置される
請求項３に記載の排気ガス浄化装置。
【請求項５】
前記酸化触媒と、前記尿素水分解促進部と、前記ＳＣＲ触媒と、前記尿素水供給手段とを含む筐体を有する
請求項１〜４のいずれか一項に記載の排気ガス浄化装置。
【請求項６】
エンジンアセンブリに取り付けられる
請求項１〜５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、ＳＣＲ触媒は、エンジンとマフラーとの間の排気通路に設けられている。さらに、この排気通路において、ＳＣＲ触媒よりエンジン側となる上流側には、排気ガス中のハイドロカーボン（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ための酸化触媒、及び排気ガス中に尿素水を噴射するための噴射バルブが設けられている。そして、ＳＣＲ触媒の下流側には、ＮＯｘと反応しなかったアンモニアの大気中への排出を防ぐために、この未反応のアンモニアの酸化分解を促進するための酸化触媒が設けられている。
【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システムが提案されている。
【０００５】
特許文献１には、排気ガス管内に上流側から下流側に向かって、導風装置として機能する混合装置、及び還元剤である尿素水の噴射装置を配置し、噴射装置の下流に加水分解触媒モジュール及びＳＣＲ触媒モジュールを含む触媒装置を配置した排気ガス浄化装置が記載されている。なお、触媒装置において、加水分解触媒モジュールは、ＳＣＲ触媒モジュールの上流側に配置されている。また、噴射装置と触媒装置との間に混合装置をさらに設けるものも記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特表２００１−５１１４９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１の排気ガス浄化装置は、排気ガスに含まれるＮＯｘを効果的に浄化するために、混合装置が引き起こす排気ガスの流れによって、噴射された還元剤を排気ガス内で均一に分布させることにより、触媒装置内の触媒モジュールによる化学反応の効率を向上させている。そして、これにより、この排気ガス浄化装置は、噴射装置と触媒装置との距離を短縮し、その構成スペースの減少も図っている。しかしながら、尿素水の加水分解に要する反応時間を確保できるように、噴射された還元剤が触媒装置に到達するまでの距離を確保して尿素水の滞留時間を確保する必要がある。このため、この排気ガス浄化装置は、構成スペースを低減すると、尿素水がアンモニアに十分に加水分解されずにＳＣＲ触媒モジュールに供給される。そこで、この排気ガス浄化装置では、触媒装置内に加水分解触媒モジュールを配置して加水分解の効率を向上させている。
【０００８】
しかしながら、この排気ガス浄化装置では、触媒装置の小型化を図る場合、加水分解に要する反応時間を満足する尿素水の滞留時間を確保できるように、加水分解触媒モジュールからＳＣＲ触媒モジュールまで距離を確保することが難しい。
よって、特許文献１の排気ガス浄化装置において構成スペースの低減を図ろうとすると、アンモニアに加水分解されずにＳＣＲ触媒モジュールに供給される尿素水の量が多くなるため、尿素水の使用量に対するＮＯｘの浄化効率が低下してしまうという問題がある。
【０００９】
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に対する尿素水による浄化効率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】
【００１０】
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、排気ガスが流通する経路の途中に設けられた酸化触媒と、少なくとも酸化触媒の下流側の端部に設けられ、親水作用及び加水分解触媒作用のうちの少なくとも一つの作用を有する尿素水分解促進部と、尿素水分解促進部よりも下流に設けられたＳＣＲ触媒と、尿素水分解促進部に尿素水を供給するための尿素水供給手段とを備える。
【００１１】
これにより、尿素水分解促進部に供給された尿素水は、その親水作用によって尿素水分解促進部に拡散して吸着され、さらに、排気ガスに含まれる一酸化窒素から二酸化窒素への酸化反応熱及び排気ガスにより付加される熱といった酸化触媒に含まれる熱を利用することができる。このため、尿素水は、高い効率で加水分解されて、尿素水分解促進部全体にわたり均一に分散した状態でアンモニアを生成する。よって、尿素水からアンモニアへの加水分解の効率が向上し、生成したアンモニアのＳＣＲ触媒での反応性が向上する。また、尿素水分解促進部に供給された尿素水は、酸化触媒に含まれる熱と、尿素水分解促進部の加水分解触媒作用とにより加水分解反応が促進されるため、加水分解の効率が向上する。従って、排気ガス浄化装置は、尿素水分解促進部の親水作用及び加水分解触媒作用のいずれによっても、窒素酸化物に対する尿素水による浄化効率が向上しているため、窒素酸化物の浄化性能が向上している。
また、尿素水分解促進部における尿素水の加水分解の効率が向上しているため、尿素水分解促進部とＳＣＲ触媒との間の距離を短くすることができ、排気ガス浄化装置の小型化を図ることが可能になる。
【００１２】
尿素水供給手段は、尿素水分解促進部の下流側から尿素水を供給してもよい。これにより、酸化触媒に尿素水が供給されず、また、尿素水が加水分解されて生成したアンモニアが酸化触媒を通過することがないため、アンモニアが酸化触媒により窒素酸化物に酸化されることが防止される。
排気ガス浄化装置は、粒子状物質捕集手段をさらに備え、粒子状物質捕集手段は、ＳＣＲ触媒と一体であってもよい。これにより、ＳＣＲ触媒と粒子状物質捕集手段とを一体化することによって、排気ガスの浄化に使用される装置全体の小型化を図ることができる。
粒子状捕集手段は、ＳＣＲ触媒の下流に配置されてもよい。
排気ガス浄化装置は、酸化触媒と、尿素水分解促進部と、ＳＣＲ触媒と、尿素水供給手段とを含む筐体を備えてもよい。これにより、酸化触媒と、尿素水分解促進部と、ＳＣＲ触媒と、尿素水供給手段とが１つの筐体内に収められているため、装置全体の小型化を図ることができる。
【００１３】
排気ガス浄化装置は、エンジンアセンブリに取り付けられてもよい。これにより、排気ガス浄化装置には、エンジンアセンブリから排出された温度低下の少ない高温の排気ガスが供給される。また、排気ガス浄化装置は、エンジンアセンブリの発生する熱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、尿素水分解促進部を尿素水の加水分解可能な温度、及びＳＣＲ触媒をその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、窒素酸化物の浄化能力を向上させることが可能になる。
【発明の効果】
【００１４】
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に対する尿素水による浄化効率を向上させることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】この発明の実施の形態１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２】図１の排気ガス浄化装置の構成を示す模式図である。
【図３】この発明の実施の形態２に係る排気ガス浄化装置の構成を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
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１．
図１及び２を用いて、この発明の実施の形態１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を使用した場合の例について説明する
【００１７】
まず、図１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、複数の吸気ポート１ｂ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、過給器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。
【００１８】
一方、エンジン本体１の複数の排気ポート１ｃのそれぞれには、排気ポート１ｃ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、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。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。
【００１９】
次に、図２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８ｂ２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、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）１４が順次設けられている。酸化触媒層１２及びＤＰＦ１４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ＤＰＦ１４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。
【００２１】
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、白金（Ｐｔ），パラジウム（Ｐｄ），ロジウム（Ｒｈ），銀（Ａｇ），鉄（Ｆｅ），銅（Ｃｕ），ニッケル（Ｎｉ），金（Ａｕ）等、及びそれら２種以上の混合体等が挙げられる。
【００２２】
ＤＰＦ１４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。
さらに、ＤＰＦ１４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、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。そして、ＳＣＲ触媒１５としては、例えば、ジルコニウム（Ｚｒ），チタン（Ｔｉ），ケイ素（Ｓｉ），セリウム（Ｃｅ），タングステン（Ｗ）等の酸化物、これら酸化物の複合体、鉄（Ｆｅ），銅（Ｃｕ）等によって一部金属置換されたＺＳＭ−５型のゼオライト等が挙げられる。
【００２３】
また、酸化触媒層１２の下流側であるＤＰＦ１４側の端面１２ｂの少なくとも一部には、親水作用を有する親水層１３が担持されており、親水層１３は尿素水分解促進部を構成している。親水層１３は、加水分解を促進させる加水分解触媒作用及び親水作用を有する材料を酸化触媒層１２の端面１２ｂにコーティング等を行うことによって形成される。これにより、端面１２ｂに形成される親水層１３は、親水処理された加水分解触媒層を形成している。このような加水分解触媒作用及び親水作用を有する触媒材料として、シリカ（ＳｉＯ２）、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、セリア（ＣｅＯ２）、チタニア（ＴｉＯ２）、酸化タングステン（ＷＯ３）等の金属酸化物を使用することができる。そして、親水層１３を形成する材料は、これらの金属酸化物を単一または複合的に含んでいる。さらに、親水層１３を形成する材料に、上述の金属酸化物の他に銀（Ａｇ）又は白金（Ｐｔ）を加えることによって、親水層１３の加水分解性能を向上させることができる。
【００２４】
また、筐体１１の円筒部１１ｃには、酸化触媒層１２及びＤＰＦ１４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、噴射バルブ１８は、酸化触媒層１２及び親水層１３の下流側直後の位置に配置され、酸化触媒層１２の下流側の端面１２ｂ、すなわち親水層１３の下流側の表面１３ｂに向けて尿素水を噴射する。
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）３０に電気的に接続されており、ＤＣＵ３０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、ＤＣＵ３０に電気的に接続されており、ＤＣＵ３０の制御によってその稼動が制御される。
【００２５】
また、ＤＰＦ１４の上流側の端面１４ａには、排気ガスに含まれる物質を端面１４ａ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酸化触媒が担持された酸化触媒層２０が設けられている。そして、酸化触媒層２０の酸化触媒としては、例えば、白金（Ｐｔ），パラジウム（Ｐｄ），銀（Ａｇ），鉄（Ｆｅ），銅（Ｃｕ），ニッケル（Ｎｉ），金（Ａｕ）等が挙げられる。
【００２７】
また、筐体１１の上流側の端面１１ａの上流側には、排気ガスの温度を検出するための排気温度センサ５２が設けられている。排気温度センサ５２は、ＤＣＵ３０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ＤＣＵ３０に送る。
さらに、筐体１１における排気温度センサ５２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５１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５３が設けられている。第一のＮＯｘセンサ５１及び第二のＮＯｘセンサ５３は、ＤＣＵ３０に電気的に接続されており、検出したＮＯｘの濃度情報をＤＣＵ３０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１参照）
【００２８】
次に、図１及び２を用いて、この発明の実施の形態１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１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のシリンダ１ａの内部に流入する。そして、シリンダ１ａの内部の吸入空気は、シリンダ１ａ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１ｃ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２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ハイドロカーボン及び一酸化炭素が二酸化炭素及び水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、親水層１３を通過し、さらにミキサ１７を通過してＳＣＲ触媒１５が担持されたＤＰＦ１４に流入する。そして、ＤＰＦ１４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、ＤＣＵ３０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の上流側にある親水層１３に向けて噴射される。
噴射された尿素水は親水性を有する親水層１３に吸着される。この際、尿素水は、親水層１３の表面１３ｂ上において、親水層１３の親水作用によって筐体１１の円筒部１１ｃの径方向に拡散され、均一化されて吸着される。
【００３２】
また、酸化触媒層１２は、流通する排気ガスにより付加された熱と排気ガスに含まれるＮＯ等の酸化反応による反応熱とを含んでいる。このため、親水層１３に吸着された尿素水は、この酸化触媒層１２の有する熱及び親水層１３を流通する排気ガスの熱と、親水層１３の有する加水分解触媒作用とによって、加水分解されてアンモニア及び二酸化炭素（ＣＯ２）を生成する。このとき、尿素水は、親水層１３に吸着されているため、その加水分解に要する反応時間を確保することができ、高い効率でアンモニアに分解される。さらに、尿素水が親水層１３に分散されて均一に吸着されているため、尿素水から分解生成されるアンモニアは、親水層１３の表面１３ｂ上の全体にわたり均一に発生する。
【００３３】
上述に示すように、尿素水は、加水分解触媒に拡散吸着された状態で加水分解されることになるため、その加水分解の効率は高いものとなる。さらに、尿素水は、加水分解反応において、ターボチャージャ８、すなわち、エンジン本体１（図１参照）から排出された直後の温度低下の少ない排気ガスの熱を利用でき、加水分解反応に必要な温度状態、すなわち必要な熱を得やすくなっているため、その加水分解の効率が高いものとなっている。
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に流入することがなく酸化触媒層１２の酸化触媒の作用によって酸化されることがない。
【００３４】
加水分解により生成したアンモニアは、筐体１１の円筒部１１ｃの径方向に均一に分散した状態で排気ガスの流れに乗って放出されて排気ガスと共にミキサ１７に送られ、ミキサ１７の通過の際にさらに分散されてＤＰＦ１４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、ＤＰＦ１４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。なお、アンモニアは、親水層１３において均一に分散されて放出された後、ミキサ１７においても分散されてＤＰＦ１４すなわちＳＣＲ触媒１５の全体にわたり均一に供給されるため、ＳＣＲ触媒１５におけるＮＯｘの還元反応の効率が高くなっている。
そして、過剰に供給されて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。
【００３５】
よって、ＤＰＦ１４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分解されるため、有害なアンモニアが外部に排出されることがない。
【００３６】
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、ＤＣＵ３０は、排気温度センサ５２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。
さらに、ＤＣＵ３０は、第一のＮＯｘセンサ５１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、ＤＣＵ３０は、第二のＮＯｘセンサ５３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５３から送られるＮＯｘの濃度の値が所定の値を超える場合、ＤＣＵ３０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、ＤＣＵ３０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の浄化能力が制御される。
【００３７】
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、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。また、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、排気ガス浄化装置１０１の筐体１１（図２参照）の外側に付与され、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。
図２を参照すると、筐体１１の内部の酸化触媒層１２、親水層１３及びＳＣＲ触媒１５を担持したＤＰＦ１４は、上述の温度低下の少ない排気ガスの熱や付与された熱によって加熱されるため、温度が上昇しやすくなる。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、親水層１３の加水分解触媒及び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。すなわち、排気ガス浄化装置１０１は、ＮＯｘの浄化能力が向上している。
【００３８】
このように、この発明に係る排気ガス浄化装置１０１は、排気ガスが流通する経路の途中に設けられた酸化触媒層１２と、少なくとも酸化触媒層１２の下流側の端面１２ｂに設けられ、親水作用及び加水分解触媒作用のうちの少なくとも一つの作用を有する親水層１３と、親水層１３よりも下流に設けられたＳＣＲ触媒１５と、親水層１３に尿素水を供給するための噴射バルブ１８とを備える。
【００３９】
これによって、親水層１３に供給された尿素水は、その親水作用によって親水層１３に拡散して吸着され、さらに、排気ガスに含まれるＮＯからＮＯ２への酸化反応熱及び排気ガスにより付加される熱といった酸化触媒層１２に含まれる熱を利用することができる。このため、尿素水は、高い効率で加水分解されて、親水層１３全体にわたり均一に分散した状態でアンモニアを生成する。よって、尿素水からアンモニアへの加水分解の効率が向上し、生成したアンモニアのＳＣＲ触媒１５での反応性が向上する。また、親水層１３に供給された尿素水は、酸化触媒層１２に含まれる熱と、親水層１３の加水分解触媒作用とにより加水分解反応が促進されるため、加水分解の効率が向上する。従って、排気ガス浄化装置１０１は、親水層１３の親水作用及び加水分解触媒作用のいずれによっても、ＮＯｘに対する尿素水による浄化効率が向上しているため、ＮＯｘの浄化性能を向上させることができる。
また、親水層１３を設けることによって尿素水の加水分解の効率が向上しているため、親水層１３とＳＣＲ触媒１５との間の距離を短くすることができ、排気ガス浄化装置１０１の小型化を図ることが可能になる。
【００４０】
また、噴射バルブ１８が、親水層１３の下流側から尿素水を供給することによって、酸化触媒層１２に尿素水が供給されず、また、尿素水が加水分解されて生成したアンモニアが酸化触媒層１２を通過することがない。このため、アンモニアが酸化触媒層１２の酸化触媒によりＮＯｘに酸化されることを防止することができる。
ＳＣＲ触媒１５がＤＰＦ１４に担持されることにより、ＳＣＲ触媒１５とＤＰＦ１４とが一体化され、排気ガスの浄化に使用される装置全体の小型化を図ることができる。
さらに、酸化触媒層１２と、親水層１３と、ＤＰＦ１４と一体化されたＳＣＲ触媒１５と、噴射バルブ１８とが１つの筐体１１内に収められているため、装置全体の小型化を図ることができる。
【００４１】
また、排気ガス浄化装置１０１がエンジンアセンブリ１０に取り付けられることにより、排気ガス浄化装置１０１には、エンジンアセンブリ１０から排出された温度低下の少ない高温の排気ガスが供給される。さらに、稼動中にエンジン本体１の発生する熱が、排気ガス浄化装置１０１の筐体１１内に付与される。よって、コールドスタート時においても、親水層１３を尿素水の加水分解可能な温度、及びＳＣＲ触媒１５をその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の浄化能力を向上させることが可能になる。
【００４２】
実施の形態２．
この発明の実施の形態２に係る排気ガス浄化装置１０２は、実施の形態１における排気ガス浄化装置１０１のＳＣＲ触媒１５が担持されたＤＰＦ１４を変更したものである。
なお、以下の実施の形態において、前出した図における参照符号と同一の符号は、同一または同様な構成要素であるので、その詳細な説明は省略する。
【００４３】
図３を参照すると、排気ガス浄化装置１０２の筐体１１の内部には、上流側から下流側に向かって、下流側に親水層１３が形成された酸化触媒層１２、ＳＣＲ触媒が担持されたＳＣＲ触媒層２５及びＤＰＦ２４が順次設けられている。そして、酸化触媒層１２及びＳＣＲ触媒層２５は空間１６を介して間隔をあけて配置され、ＳＣＲ触媒層２５及びＤＰＦ２４は隣接して配置されている。さらに、ＳＣＲ触媒層２５の上流側の端面２５ａにはミキサ１７が設けられている。
よって、排気ガス浄化装置１０２の筐体１１に導入された排気ガスは、酸化触媒層１２及び親水層１３を通過後、ミキサ１７を通過し、さらに、ＳＣＲ触媒層２５において内部に含まれるＮＯｘがＮ２に還元された後、ＤＰＦ２４において内部に含まれるＰＭが捕集されて、排気ガス浄化装置１０２の外部に排出される。
また、この発明の実施の形態２に係る排気ガス浄化装置１０２のその他の構成及び動作は、実施の形態１と同様であるため、説明を省略する。
【００４４】
このように、実施の形態２における排気ガス浄化装置１０２によれば、上記実施の形態１の排気ガス浄化装置１０１と同様な効果が得られる。
また、排気ガス浄化装置１０２では、捕集されたＰＭの蓄積を防ぐためにＤＰＦ２４においてＰＭを燃焼する際、その燃焼熱によるＳＣＲ触媒層２５のＳＣＲ触媒への影響が、実施の形態１の排気ガス浄化装置１０１と比較して低減されている。よって、排気ガス浄化装置１０２では、ＰＭの燃焼熱によるＳＣＲ触媒層２５の触媒機能の低下を低減し、耐久性を向上させることができる。
【００４５】
また、実施の形態１及び２において、排気ガス浄化装置１０１及び１０２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及び１０２を直接接続するようにしてもよい。また、排気ガス浄化装置１０１及び１０２は、エンジンアセンブリ１０から離れた位置に設けられてもよい。
また、実施の形態２において、排気ガス浄化装置１０２は、筐体１１の内部に、酸化触媒層１２、ＳＣＲ触媒層２５、ＤＰＦ２４及び噴射バルブ１８を一体に含んでいたが、これに限定されるものではない。例えば、ＤＰＦ２４のみを別個に配置するようにしてもよい。
【００４６】
また、実施の形態１及び２において、排気ガス浄化装置１０１及び１０２と酸化触媒層２０とを別個に配置していたが、これに限定されるものではない。酸化触媒層２０は、排気ガス浄化装置１０１及び１０２の筐体１１の内部におけるＤＰＦ１４及び２４の下流側に配置してもよい。
また、実施の形態１及び２の排気ガス浄化装置１０１及び１０２において、噴射バルブ１８は、酸化触媒層１２の下流側から親水層１３に尿素水を供給していたが、これに限定されるものではなく、酸化触媒層１２の上流側に尿素水を供給してもよい。これにより、供給された尿素水が、酸化触媒層１２を通過する間にも加水分解されるようになるため、尿素水の加水分解の効率を向上させることができる。さらに、尿素水が酸化触媒層１２を通過する際に分散されるため、尿素水はさらに均一に分散して親水層１３に吸着され、尿素水から分解生成されるアンモニアも、均一に分散した状態でＳＣＲ触媒に供給されることが可能になる。これにより、ＳＣＲ触媒におけるアンモニアによるＮＯｘの還元反応の効率が向上する。
【００４７】
また、実施の形態１及び２において、酸化触媒層１２の下流側の端面１２ｂの一部に親水層１３が担持されていたが、酸化触媒層１２の全体に親水層１３を担持してもよい。
また、実施の形態１及び２において、尿素水分解促進部として加水分解触媒作用及び親水作用を有する親水層１３を用いていたが、これに限定されるものではない。尿素水分解促進部として、親水作用のみを有する材料からなる親水層と加水分解触媒からなる加水分解触媒層との２つの層から形成されてもよい。この場合、親水作用のみを有する材料からなる親水層が、下流側すなわちＤＰＦ１４，２４側に配置されることが好ましい。
さらに、尿素水分解促進部として、親水作用を有する材料からなる親水層のみから形成されてもよい。これにより、尿素水は、親水層に拡散して吸着されて酸化触媒層１２に含まれる熱を利用することができるため、高い効率で加水分解され、親水層全体にわたり均一に分散した状態でアンモニアを生成することができる。また、尿素水分解促進部として、加水分解触媒作用を有する材料からなる加水分解触媒層のみから形成されてもよい。これにより、尿素水は、酸化触媒層１２に含まれる熱を利用し、加水分解触媒層の加水分解触媒作用を受けることによって、加水分解の効率を向上させることができる。
【００４８】
また、実施の形態１及び２において、排気ガス浄化装置１０１及び１０２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１及び２において、排気ガス浄化装置１０１及び１０２は、ミキサ１７を有していたが、省略してもよい。
【符号の説明】
【００４９】
１０  エンジンアセンブリ、１１  筐体、１２  酸化触媒層（酸化触媒）、１２ｂ  端面（酸化触媒の下流側の端部）、１３  親水層（尿素水分解促進部）、１４，２４  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）、２５  ＳＣＲ触媒層（ＳＣＲ触媒）、１０１，１０２  排気ガス浄化装置。
【図１】
2011033000.tif 000003
【図２】
2011033000.tif 000004
【図３】
2011033000.tif 000005