(57)【要約】【課題】パティキュレートを捕集するフィルタ機能と、ＮＯxを還元浄化する触媒機能とを併せ持つ選択還元型触媒フィルタを、高いＮＯx処理能力を確保しつつ実現する。【解決手段】選択還元型触媒の触媒原料をフィルタ機能を果たすように成型して選択還元型触媒フィルタ１２とし、該選択還元型触媒フィルタ１２を排気管１１の途中に装備すると共に、該選択還元型触媒フィルタ１２の上流側にＮＯxを還元浄化するための尿素水１４（還元剤）を添加する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
選択還元型触媒の触媒原料をフィルタ機能を果たすように成型して選択還元型触媒フィルタとし、該選択還元型触媒フィルタを排気管の途中に装備すると共に、該選択還元型触媒フィルタの上流側にＮＯxを還元浄化するための還元剤を添加する還元剤添加手段を配設したことを特徴とする排気浄化装置。
【請求項２】
選択還元型触媒の触媒原料をフロースルーのハニカム型に成型すると共に、その格子状に区画された各流路の入口を交互に目封じし且つ入口が目封じされていない流路の出口を目封じし、排気ガスが通過可能な多孔質構造を成すように焼成して選択還元型触媒フィルタと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】
選択還元型触媒の触媒原料が、鉄イオン交換ゼオライト、鉄担持ゼオライト、銅イオン交換ゼオライト、銅担持ゼオライトの少なくとも何れか一つである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】
ゼオライトがβ-ゼオライト、ＺＳＭ-５、ＳＡＰＯ、ＡＬＰＯ、モルデナイト、金属-シリケートの少なくとも何れか一つであることを特徴とする請求項１、２又は３に記載の排気浄化装置。
【請求項５】
捕集済みパティキュレートの燃焼を促す酸化触媒を表面担持させたことを特徴とする請求項１、２、３又は４に記載の排気浄化装置。
【請求項６】
酸化触媒が白金を含まないものでセリアを活性種とするものであることを特徴とする請求項５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、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側に配置することが好ましいものと考えられている。
【０００９】
ただし、パティキュレートフィルタと選択還元型触媒とを直列に並べて配置した構成では、パティキュレートフィルタから選択還元型触媒までの距離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ため、パティキュレートフィルタに選択還元型触媒をコーティングにより担持させてパティキュレートとＮＯxの同時低減を図り得るようにした選択還元型触媒フィルタとし、この選択還元型触媒フィルタに、パティキュレートを捕集するフィルタ機能と、ＮＯxを還元浄化する触媒機能とを併せ持たせることで構造の簡略化を図り、排気浄化装置としての全長を短くして車両への搭載性を向上することが考えられている（例えば下記の特許文献１を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００４−６０４９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、このようにパティキュレートフィルタに選択還元型触媒をコーティングにより担持させた一体型の選択還元型触媒フィルタとした場合、選択還元型触媒の担持量を十分に確保することが難しいという問題があり、実用面で満足できるレベルのＮＯx低減効果は未だ得られていないのが実情である。
【００１２】
即ち、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っては、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処理能力を発揮できるような担持量を確保することが難しいという事情があった。
【００１３】
本発明は上述の実情に鑑みてなしたもので、パティキュレートを捕集するフィルタ機能と、ＮＯxを還元浄化する触媒機能とを併せ持つ選択還元型触媒フィルタを、高いＮＯx処理能力を確保しつつ実現することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明は、選択還元型触媒の触媒原料をフィルタ機能を果たすように成型して選択還元型触媒フィルタとし、該選択還元型触媒フィルタを排気管の途中に装備すると共に、該選択還元型触媒フィルタの上流側にＮＯxを還元浄化するための還元剤を添加する還元剤添加手段を配設したことを特徴とする排気浄化装置、に係るものである。
【００１５】
而して、このようにすれば、選択還元型触媒の触媒原料で成型された選択還元型触媒フィルタを排気ガスが通過する間に、該排気ガス中に含まれるパティキュレートが捕集される一方、選択還元型触媒フィルタの上流側で還元剤添加手段により添加された還元剤によりＮＯxが良好に還元浄化され、パティキュレートとＮＯxの同時低減が実現されることになる。
【００１６】
この際、本発明においては、選択還元型触媒の触媒原料自体を成型してフィルタ機能を持つ選択還元型触媒フィルタとしているので、従来提案の如きパティキュレートフィルタに選択還元型触媒をコーティングして担持させる場合と比較して、パティキュレートフィルタに占められていた容積分を全て触媒原料として増やすことが可能となる。
【００１７】
しかも、選択還元型触媒の触媒原料で成型した選択還元型触媒フィルタは、フィルタ機能を果たすべく全体が排気ガスを通気可能な構造となるため、選択還元型触媒フィルタを通過する排気ガスの拡散性が改善されると共に、該排気ガスと触媒との接触面積が大幅に増加され、単位触媒量当たりのＮＯx低減性能が従来より大幅に向上される。
【００１８】
また、本発明をより具体的に実施する際しては、選択還元型触媒の触媒原料をフロースルーのハニカム型に成型すると共に、その格子状に区画された各流路の入口を交互に目封じし且つ入口が目封じされていない流路の出口を目封じし、排気ガスが通過可能な多孔質構造を成すように焼成して選択還元型触媒フィルタとすれば良い。
【００１９】
更に、本発明においては、選択還元型触媒の触媒原料が、鉄イオン交換ゼオライト、鉄担持ゼオライト、銅イオン交換ゼオライト、銅担持ゼオライトの少なくとも何れか一つであることが好ましく、また、ゼオライトが少なくともβ-ゼオライト、ＺＳＭ-５、ＳＡＰＯ、ＡＬＰＯ、モルデナイト、金属-シリケートの少なくとも何れか一つであることが好ましい。
【００２０】
更に、捕集済みパティキュレートの燃焼を促す酸化触媒を表面担持させることが好ましく、このようにすれば、捕集済みパティキュレートの酸化反応を促進して着火温度を低下させることが可能となり、また、この際の酸化触媒に、白金を含まないものでセリアを活性種とするものを採用すれば、還元剤を尿素水とした場合に、捕集済みパティキュレートの酸化反応を促進しながらも、尿素水を起源として新たなＮＯxが酸化生成されてしまう不具合を防止することが可能となる。
【発明の効果】
【００２１】
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。
【００２２】
（Ｉ）従来提案の如きパティキュレートフィルタに選択還元型触媒をコーティングして担持させた場合と比較して、パティキュレートフィルタに占められていた容積分を全て触媒原料として増やすことができ、しかも、選択還元型触媒フィルタを通過する排気ガスの拡散性を改善し且つ該排気ガスと触媒との接触面積を大幅に増加して単位触媒量当たりのＮＯx低減性能を従来より大幅に向上することができるので、パティキュレートを捕集するフィルタ機能と、ＮＯxを還元浄化する触媒機能とを併せ持つ選択還元型触媒フィルタを、高いＮＯx処理能力を確保しつつ実現することができる。
【００２３】
（ＩＩ）捕集済みパティキュレートの燃焼を促す酸化触媒を表面担持させた構成を採用すれば、捕集済みパティキュレートの酸化反応を促進して着火温度を低下させることができるので、より低い排気温度からパティキュレートを燃焼除去することができ、しかも、特に白金を含まずにセリアを活性種とする酸化触媒を表面担持させるようにすれば、捕集済みパティキュレートの酸化反応を促進しながらも、尿素水を起源として新たなＮＯxが酸化生成されてしまう不具合を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【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】図１の選択還元型触媒フィルタの構造を模式的に示す断面図である。
【図３】ＮＯx低減率を従来の選択還元型触媒フィルタと比較したグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。
【００２６】
図１は本発明を実施する形態の一例を示すもので、図１中１はディーゼルエンジンを示し、該ディーゼルエンジン１はターボチャージャ２を備えたものとなっていて、エアクリーナ３から導かれた吸気４が吸気管５を通し前記ターボチャージャ２のコンプレッサ２ａへと送られ、該コンプレッサ２ａで加圧された吸気４がインタークーラ６へと送られて冷却され、該インタークーラ６から更に吸気マニホールド７へと吸気４が導かれてディーゼルエンジン１の各気筒８に分配されるようになっている。
【００２７】
このディーゼルエンジン１の各気筒８から排出された排気ガス９は、排気マニホールド１０を介しターボチャージャ２のタービン２ｂへと送られ、該タービン２ｂを駆動した排気ガス９が排気管（排気流路）１１へ導かれて該排気管１１途中の選択還元型触媒フィルタ１２を通され、該選択還元型触媒フィルタ１２で排気ガス９中のパティキュレートを捕集され且つＮＯxを低減された上で車外へ排出されるようになっている。
【００２８】
この選択還元型触媒フィルタ１２の入側の排気管１１には、尿素水タンク１３から尿素水１４（還元剤）をポンプ１５により導いて選択還元型触媒フィルタ１２へ向け噴射する尿素水添加装置１６（還元剤添加手段）が設けられており、この尿素水添加装置１６により添加される尿素水１４を還元剤として前記選択還元型触媒フィルタ１２にてＮＯxの還元浄化が図られるようにしてある。
【００２９】
ここで、図２に模式的に示しているように、前記選択還元型触媒フィルタ１２は、選択還元型触媒の触媒原料をフィルタ機能を果たすように成型したものであり、より具体的には、ゼオライトに鉄イオンをイオン交換した鉄イオンゼオライトを触媒原料とし、これを補強材と混ぜ合わせてフロースルーのハニカム型に成型し、その格子状に区画された各流路１２ａの入口を交互に目封じし且つ入口が目封じされていない流路１２ａの出口を目封じし、排気ガス９が通過可能な多孔質構造を成すように焼成して、前記各流路１２ａを区画する仕切壁１２ｂを通過した排気ガス９のみが下流側へ排出されるように構成してある。
【００３０】
前記触媒原料をフロースルーのハニカム型に成型するに際しては、触媒原料を従来周知の押し出し機に入れてスクリュにより混練しながら吐出口から押し出し、該吐出口に装着したダイの開口形状によりフロースルーのハニカム型に触媒原料が成型されるようにしておけば良く、また、多孔質構造を成すように焼成するに際しては、焼成時の高温条件下で焼失して空隙を成す樹脂やカーボン等の粒を造孔材として触媒原料に混合しておけば良い。
【００３１】
また、選択還元型触媒の触媒原料としては、前述した鉄イオンゼオライト以外に、特にイオン交換なく鉄が担持された状態にある鉄担持ゼオライトや、ゼオライトに銅イオンをイオン交換した銅イオンゼオライト、或いは、特にイオン交換なく銅が担持された状態にある銅担持ゼオライトの少なくとも何れか一つを採用することが可能である。
【００３２】
更に、これら鉄や銅をイオン交換やイオン交換によらない担持により触媒原料とするためのゼオライトとしては、β-ゼオライト、ＺＳＭ-５、ＳＡＰＯ（シリコアルミノフォスフェート）、ＡＬＰＯ（アルミノフォスフェート）、モルデナイト、金属-シリケートの少なくとも何れか一つであることが好ましい。
【００３３】
しかも、特に本形態例においては、捕集済みパティキュレートの燃焼を促す酸化触媒１７が表面担持されており、この酸化触媒１７により捕集済みパティキュレートの酸化反応を促進して着火温度を低下し得るようにしてある。
【００３４】
尚、この酸化触媒１７は、白金を含まないものでセリア（ＣｅＯ2）を活性種とするものとなっており、捕集済みパティキュレートの酸化反応を促進しながらも、尿素水１４を起源として新たなＮＯxが酸化生成されてしまう不具合を防止し得るようにしてある。
【００３５】
即ち、白金を活性種として含む場合には、白金の持つ触媒性質により尿素水１４を起源とする窒素成分が新たなＮＯxとして酸化生成されてしまうため、このような窒素成分の酸化反応を促進する触媒性質を持たないセリア（ＣｅＯ2）を活性種とする酸化触媒１７を用いることが好ましいのである。
【００３６】
而して、このようにすれば、選択還元型触媒の触媒原料で成型された選択還元型触媒フィルタ１２を排気ガス９が通過する間に、該排気ガス９中に含まれるパティキュレートが捕集される一方、選択還元型触媒フィルタ１２の上流側で尿素水添加装置１６により添加された還元剤によりＮＯxが良好に還元浄化され、パティキュレートとＮＯxの同時低減が実現されることになる。
【００３７】
この際、本形態例では、選択還元型触媒の触媒原料自体を成型してフィルタ機能を持つ選択還元型触媒フィルタ１２としているので、従来提案の如きパティキュレートフィルタに選択還元型触媒をコーティングして担持させる場合と比較して、パティキュレートフィルタに占められていた容積分を全て触媒原料として増やすことが可能となる。
【００３８】
しかも、選択還元型触媒の触媒原料で成型した選択還元型触媒フィルタ１２は、フィルタ機能を果たすべく全体が排気ガス９を通気可能な構造となるため、選択還元型触媒フィルタ１２を通過する排気ガス９の拡散性が改善されると共に、該排気ガス９と触媒との接触面積が大幅に増加され、単位触媒量当たりのＮＯx低減性能が従来より大幅に向上される。
【００３９】
従って、上記形態例によれば、従来提案の如きパティキュレートフィルタに選択還元型触媒をコーティングして担持させた場合と比較して、パティキュレートフィルタに占められていた容積分を全て触媒原料として増やすことができ、しかも、選択還元型触媒フィルタ１２を通過する排気ガス９の拡散性を改善し且つ該排気ガス９と触媒との接触面積を大幅に増加して単位触媒量当たりのＮＯx低減性能を従来より大幅に向上することができるので、パティキュレートを捕集するフィルタ機能と、ＮＯxを還元浄化する触媒機能とを併せ持つ選択還元型触媒フィルタ１２を、高いＮＯx処理能力を確保しつつ実現することができる。
【００４０】
事実、本発明者による検証実験では、図３にグラフで示す通り、パティキュレートフィルタに選択還元型触媒をコーティングして担持させた従来の選択還元型触媒フィルタ（図３中に曲線Ａで示す）と比較して、選択還元型触媒の触媒原料自体をフィルタ機能を果たすように成型した本形態例の選択還元型触媒フィルタ１２（図３中に曲線Ｂで示す）の方が、活性を持つ全ての温度域で高いＮＯx低減率を得られることが確認されている。
【００４１】
また、捕集済みパティキュレートの燃焼を促す酸化触媒１７を表面担持させた構成を採用したことによって、捕集済みパティキュレートの酸化反応を促進して着火温度を低下させることができるので、より低い排気温度からパティキュレートを燃焼除去することができる。しかも、特に白金を含まずにセリアを活性種とする酸化触媒１７を表面担持させているので、捕集済みパティキュレートの酸化反応を促進しながらも、尿素水１４を起源として新たなＮＯxが酸化生成されてしまう不具合を防止することができる。
【００４２】
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、図示例に基づく説明では、還元剤として尿素水を用いる場合を説明したが、別の物質に吸蔵させて無害化したアンモニアを必要に応じて脱離させることで還元剤として供給したり、軽油や灯油等の炭化水素を還元剤として供給したり、或いは、その炭化水素を更に改質触媒やプラズマ発生器等を介し水素として供給したりしても良いこと、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】
【００４３】
９  排気ガス
１１  排気管
１２  選択還元型触媒フィルタ
１２ａ  流路
１２ｂ  仕切壁
１４  尿素水（還元剤）
１６  尿素水添加装置（還元剤添加手段）
１７  酸化触媒
【図１】
2011169264.tif 000003
【図２】
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【図３】
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