(57)【要約】【課題】還元剤が有効利用されるようにする。【解決手段】排気通路に配設された触媒担体２０Ａに、還元剤としてのアンモニアＡの供給を受けてＮＯｘを還元する活性成分Ｂが担持された第１の基材２０Ｂと、排気温度が触媒活性温度未満ではアンモニアＡを吸着する一方、排気温度が触媒活性温度以上ではアンモニアＡを離脱する特性を持った第２の基材２０Ｃと、ここからアンモニアＡが離脱することを抑制する特性を持ったγ−アルミナなどの第３の基材２０Ｄと、を塗布する。第１の基材２０Ｂ，第２の基材２０Ｃ及び第３の基材２０Ｄは、触媒担体２０Ａに略均等に分散するように塗布すればよい。また、第２の基材２０Ｃ，第３の基材２０Ｄ及び第１の基材２０Ａの順番で層状態をなすように塗布してもよいし、第１の基材２０Ｂ及び第２の基材２０Ｃの機能を兼備した基材を塗布するようにしてもよい。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気通路に配設された触媒担体に、還元剤の供給を受けて窒素酸化物を還元する活性成分が担持された第１の基材と、排気温度が触媒活性温度未満では還元剤を吸着する一方、排気温度が触媒活性温度以上では還元剤を離脱する特性を持った第２の基材と、該第２の基材から還元剤が離脱することを抑制する特性を持った第３の基材と、を塗布したことを特徴とするエンジンの排気浄化装置。
【請求項２】
前記第１の基材、第２の基材及び第３の基材は、略均等に分散した状態で塗布されていることを特徴とする請求項１記載のエンジンの排気浄化装置。
【請求項３】
前記第１の基材、第２の基材及び第３の基材は、該第２の基材、第３の基材及び第１の基材の順番で層状態をなして塗布されていることを特徴とする請求項１記載のエンジンの排気浄化装置。
【請求項４】
前記第３の基材は、γ―アルミナからなることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１つに記載のエンジンの排気浄化装置。
【請求項５】
排気通路に配設された触媒担体に、排気温度が触媒活性温度未満では還元剤を吸着する一方、排気温度が触媒活性温度以上では還元剤を離脱する特性を持つと共に、還元剤の供給を受けて窒素酸化物を還元する活性成分が担持された第４の基材と、該第４の基材から還元剤が離脱することを抑制する特性を持った第５の基材と、を塗布したことを特徴とするエンジンの排気浄化装置。
【請求項６】
前記第４の基材及び第５の基材は、略均等に分散した状態で塗布されていることを特徴とする請求項５記載のエンジンの排気浄化装置。
【請求項７】
前記第４の基材及び第５の基材は、この順番で層状態をなして塗布されていることを特徴とする請求項５記載のエンジンの排気浄化装置。
【請求項８】
前記第５の基材は、γ―アルミナからなることを特徴とする請求項５〜請求項７のいずれか１つに記載のエンジンの排気浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンの排気浄化装置（以下「排気浄化装置」という）において、還元剤を用いて排気中の窒素酸化物（ＮＯｘ）を選択的に還元浄化する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
エンジン排気に含まれるＮＯｘを浄化する触媒浄化システムとして、特開２０００−２７６２７号公報（特許文献１）に記載された排気浄化装置が提案されている。かかる排気浄化装置は、排気通路に配設されたＮＯｘ還元触媒の排気上流に、エンジン運転状態に応じた還元剤又はその前駆体を噴射供給することで、排気中のＮＯｘと還元剤とを触媒還元反応させて、ＮＯｘを無害成分に浄化処理するものである。
【特許文献１】特開２０００−２７６２７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、エンジン負荷が急上昇する過渡期には、排気中のＮＯｘが急増するため、排気温度の上昇に合わせて、還元剤又はその前駆体の噴射供給量を増量する制御がなされている。しかし、還元剤又はその前駆体の噴射供給量は、電気的及び機械的な要因により、多少の遅延をもって増減することから、ＮＯｘ還元触媒に供給される還元剤が不足し、所要のＮＯｘ浄化率が発揮できないおそれがある。このため、ＮＯｘ還元触媒の触媒担体に、排気温度が触媒活性温度未満では還元剤を吸着する一方、排気温度が触媒活性温度以上では還元剤を離脱する特性を持った基材を塗布し、一時的に不足する還元剤を補うようにすることが考えられる。
【０００４】
しかしながら、エンジン負荷が急上昇する過渡期では、排気温度の上昇に伴ってＮＯｘ還元触媒温度が上昇するが、ＮＯｘ還元触媒温度の上昇に時間的な遅延があるため、排気温度が触媒活性温度に達しても触媒が未活性であることが想定される。この場合、排気温度が触媒活性温度に達することで還元剤が離脱するが、触媒が未活性であるため、離脱された還元剤が有効利用されないおそれがあった。
【０００５】
そこで、本発明は以上のような従来の問題点に鑑み、ＮＯｘ還元触媒の触媒担体に、還元剤が離脱することを抑制する特性を持った基材を追加塗布し、排気温度が触媒活性温度に達してから還元剤が離脱を開始するまでの離脱開始時間を遅延させることで、還元剤が有効利用されるようにした排気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】
【０００６】
このため、請求項１記載の発明では、排気通路に配設された触媒担体に、還元剤の供給を受けて窒素酸化物を還元する活性成分が担持された第１の基材と、排気温度が触媒活性温度未満では還元剤を吸着する一方、排気温度が触媒活性温度以上では還元剤を離脱する特性を持った第２の基材と、該第２の基材から還元剤が離脱することを抑制する特性を持った第３の基材と、を塗布したことを特徴とする。
【０００７】
請求項２記載の発明では、前記第１の基材、第２の基材及び第３の基材は、略均等に分散した状態で塗布されていることを特徴とする。
請求項３記載の発明では、前記第１の基材、第２の基材及び第３の基材は、該第２の基材、第３の基材及び第１の基材の順番で層状態をなして塗布されていることを特徴とする。
【０００８】
請求項４記載の発明では、前記第３の基材は、γ―アルミナからなることを特徴とする。
請求項５記載の発明では、排気通路に配設された触媒担体に、排気温度が触媒活性温度未満では還元剤を吸着する一方、排気温度が触媒活性温度以上では還元剤を離脱する特性を持つと共に、還元剤の供給を受けて窒素酸化物を還元する活性成分が担持された第４の基材と、該第４の基材から還元剤が離脱することを抑制する特性を持った第５の基材と、を塗布したことを特徴とする。
【０００９】
請求項６記載の発明では、前記第４の基材及び第５の基材は、略均等に分散した状態で塗布されていることを特徴とする。
請求項７記載の発明では、前記第４の基材及び第５の基材は、この順番で層状態をなして塗布されていることを特徴とする。
請求項８記載の発明では、前記第５の基材は、γ―アルミナからなることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
請求項１〜請求項４に係る発明によれば、排気温度が触媒活性温度未満のときには、排気浄化装置に供給された還元剤の一部は、第２の基材に吸着される。また、第２の基材に吸着されなかった還元剤は、第１の基材に担持された活性成分の機能により窒素酸化物と還元反応し、無害物質へと浄化される。一方、エンジン負荷の変化に伴って排気温度が上昇して触媒活性温度に達すると、第２の基材に吸着された還元剤が離脱するが、触媒担体に塗布された第３の基材に還元剤が衝突することで、その離脱が抑制される。このため、排気温度が触媒活性温度に達してから還元剤が離脱するまでの離脱開始時間が遅延し、第１の基材に担持された活性成分が活性するまでの時間を確保することができる。従って、未活性の活性成分に還元剤が供給されることが抑制され、還元剤を有効利用することができる。
【００１１】
請求項５〜請求項８に係る発明によれば、排気温度が触媒活性温度未満のときには、排気浄化装置に供給された還元剤の一部は、第４の基材に吸着される。また、第４の基材に吸着されなかった還元剤は、第４の基材に担持された活性成分の機能により窒素酸化物と還元反応し、無害物質へと浄化される。一方、エンジン負荷の変化に伴って排気温度が上昇して触媒活性温度に達すると、第４の基材に吸着された還元剤が離脱するが、触媒担体に塗布された第５の基材に還元剤が衝突することで、その離脱が抑制される。このため、排気温度が触媒活性温度に達してから還元剤が離脱するまでの離脱開始時間が遅延し、第４の基材に担持された活性成分が活性するまでの時間を確保することができる。従って、未活性の活性成分に還元剤が供給されることが抑制され、還元剤を有効利用することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、添付された図面を参照して本発明を詳述する。
図１は、還元剤前駆体たる尿素水溶液を使用し、エンジン排気に含まれるＮＯｘを還元反応により選択的に浄化する排気浄化装置の全体構成を示す。
エンジン１０の排気マニフォールド１２に接続される排気管１４には、排気流通方向に沿って、一酸化窒素（ＮＯ）を二酸化窒素（ＮＯ2）へと酸化させる窒素酸化触媒１６と、尿素水溶液を噴射供給する噴射ノズル１８と、尿素水溶液を加水分解して生成されるアンモニアを用いてＮＯｘを還元浄化するＮＯｘ還元触媒２０と、ＮＯｘ還元触媒２０を通過したアンモニアを酸化させるアンモニア酸化触媒２２と、が夫々配設される。また、還元剤タンク２４に貯蔵される尿素水溶液は、その底部で吸込口が開口する供給配管２６を介して、ポンプ及び流量制御弁が内蔵された還元剤添加装置２８に供給される。
【００１３】
窒素酸化触媒１６及びアンモニア酸化触媒２２は、夫々、セラミックのコーディライトやＦｅ−Ｃｒ−Ａｌ系の耐熱鋼からなるモノリスタイプの触媒担体に、各酸化機能を発揮する活性成分が担持された基材を塗布することで構成される。ＮＯｘ還元触媒２０は、図２に示すように、モノリスタイプの触媒担体２０Ａに、還元剤としてのアンモニアＡの供給を受けてＮＯｘを還元する活性成分Ｂが担持された第１の基材２０Ｂと、排気温度が触媒活性温度未満ではアンモニアＡを吸着する一方、排気温度が触媒活性温度以上ではアンモニアＡを離脱する特性を持った第２の基材２０Ｃと、第２の基材２０ＣからアンモニアＡが離脱することを抑制する特性を持った第３の基材２０Ｄと、を略均等に分散した状態で塗布することで構成される。ここで、第３の基材２０Ｄとしては、γ−アルミナを適用することができる。
【００１４】
排気浄化装置の制御系として、噴射ノズル１８とＮＯｘ還元触媒２０との間に位置する排気管１４には、ＮＯｘ還元触媒２０に導入される排気の温度（排気温度）を検出する温度センサ３０が取り付けられる。温度センサ３０の出力信号は、コンピュータを内蔵した還元剤添加コントロールユニット（以下「還元剤添加ＥＣＵ」という）３２へと入力される。また、還元剤添加ＥＣＵ３２は、エンジン運転状態としての回転速度及び負荷を適宜読み込むべく、ＣＡＮ（Controller Area Network）などのネットワークを介して、エンジンコントロールユニット（以下「エンジンＥＣＵ」という）３４と通信可能に接続される。なお、エンジン負荷としては、燃料噴射量，トルク，アクセル開度，スロットル開度，吸気流量，吸気負圧，過給圧力などの公知の状態量を適用することができる。
【００１５】
そして、還元剤添加ＥＣＵ３２は、そのＲＯＭ（Read Only Memory）などに記憶された制御プログラムを実行することで、排気温度，エンジン回転速度及びエンジン負荷に応じた尿素水溶液添加量を演算し、その添加量に応じた制御信号を還元剤添加装置２８に出力する。還元剤添加装置２８では、還元剤添加ＥＣＵ３２からの制御信号に基づいて、内蔵されたポンプ及び流量制御弁が制御され、エンジン運転状態に応じた流量の尿素水溶液が噴射ノズル１８に供給される。
【００１６】
かかる排気浄化装置において、噴射ノズル１８から排気管１４内に噴射供給された尿素水溶液は、排気熱及び排気中の水蒸気により加水分解されてアンモニアＡへと転化され、排気流に乗ってＮＯｘ還元触媒２０へと供給される。排気温度が触媒活性温度未満のときには、ＮＯｘ還元触媒２０では、供給されたアンモニアＡの一部は、図２に示すように、触媒担体２０Ａに塗布された第２の基材２０Ｃに吸着される。また、第２の基材２０Ｃに吸着されなかったアンモニアＡは、第１の基材２０Ｂに担持された活性成分Ｂの機能により排気中のＮＯｘと還元反応し、無害な水（Ｈ2Ｏ）及び窒素（Ｎ2）へと浄化される。このとき、ＮＯｘ還元触媒２０におけるＮＯｘ浄化率を向上させるべく、窒素酸化触媒１６によりＮＯがＮＯ2へと酸化され、排気中のＮＯとＮＯ2との比率が還元反応に適したものに改善される。一方、ＮＯｘ還元触媒２０を通過したアンモニアは、その排気下流に配設されるアンモニア酸化触媒２２により酸化されるので、アンモニアがそのまま大気中に放出されることを抑制できる。
【００１７】
そして、エンジン負荷の変化に伴って排気温度が上昇して触媒活性温度に達すると、第２の基材２０Ｃに吸着されたアンモニアＡが離脱するが、触媒担体２０Ａに塗布された第３の基材２０ＤにアンモニアＡが衝突することで、その離脱が抑制される。このため、排気温度が触媒活性温度に達してからアンモニアＡが離脱するまでの離脱開始時間が遅延し、第１の基材２０Ｂに担持された活性成分Ｂが活性するまでの時間を確保することができる。従って、未活性の活性成分ＢにアンモニアＡが供給されることが抑制され、尿素水溶液を有効利用することができる。
【００１８】
ＮＯｘ還元触媒２０としては、図２に示す構成に限らず、図３に示すように、触媒担体２０Ａに、第２の基材２０Ｃ，第３の基材２０Ｄ，第１の基材２０Ｂをこの順番で層状態をなして塗布するようにしてもよい。また、図４及び図５に示すように、触媒担体２０Ａに、排気温度が触媒活性温度未満ではアンモニアＡを吸着する一方、排気温度が触媒活性温度以上ではアンモニアＡを離脱する特性を持つと共に、アンモニアＡの供給を受けてＮＯｘを還元する活性成分Ｂが担持された第４の基材２０Ｅと、ここからアンモニアＡが離脱することを抑制する特性を持った第５の基材２０Ｆと、を略均等に分散して又はこの順番で層状態をなすように塗布するようにしてもよい。ここで、第５の基材２０Ｆとしては、第３の基材２０Ｄと同様に、γ−アルミナを適用することができる。
【００１９】
なお、以上説明した各実施形態では、還元剤前駆体として尿素水溶液を用いるものを前提としたが、還元剤又はその前駆体としては、ＮＯｘ還元浄化メカニズムに応じて、炭化水素，アルコール，軽油，固体尿素なども適用可能である。また、排気管１４内に還元剤又はその前駆体を噴射供給するものに限らず、触媒を用いて排気中の成分から還元剤を生成するものにも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明を具現化した排気浄化装置の全体構成図
【図２】ＮＯｘ還元触媒の第１実施形態を示す要部断面図
【図３】ＮＯｘ還元触媒の第２実施形態を示す要部断面図
【図４】ＮＯｘ還元触媒の第３実施形態を示す要部断面図
【図５】ＮＯｘ還元触媒の第４実施形態を示す要部断面図
【符号の説明】
【００２１】
１０    エンジン
１４    排気管
２０    ＮＯｘ還元触媒
２０Ａ  触媒担体
２０Ｂ  第１の基材
２０Ｃ  第２の基材
２０Ｄ  第３の基材
２０Ｅ  第４の基材
２０Ｆ  第５の基材
Ａ      アンモニア
Ｂ      活性成分
【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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