(57)【要約】【課題】反応ガスと触媒との接触頻度を多くし且つ酸化触媒の基材の熱容量を小さくして、燃料添加による早期の触媒床温度上昇を実現でき、酸化触媒上での反応効率向上並びにパティキュレートフィルタの再生時間の短縮化を図ることができ、又、貴金属からなる活性種の担持量を増やすことなく酸化触媒の活性性能を向上でき、コスト削減を図り得るようにする。【解決手段】排気管９途中のパティキュレートフィルタ１３の上流側に前段酸化触媒１２を装備し、ディーゼルエンジン１の各気筒への燃料噴射を制御して未燃燃料分を多く残すことで排気ガス７中に燃料添加を行い、添加燃料が前段酸化触媒１２で酸化反応した時の反応熱により捕集済みパティキュレートを燃焼させてパティキュレートフィルタ１３を強制再生するようにした排気浄化装置に関し、前段酸化触媒１２を高気孔率担体１２ｃに酸化触媒原料を担持させて構成する。【選択図】図１
2008075560.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気管途中のパティキュレートフィルタの上流側に酸化触媒を装備し、エンジンの各気筒への燃料噴射を制御して未燃燃料分を多く残すことで排気ガス中に燃料添加を行い、該添加燃料が前記酸化触媒で酸化反応した時の反応熱により捕集済みパティキュレートを燃焼させてパティキュレートフィルタを強制再生するようにした排気浄化装置において、
前記酸化触媒を高気孔率担体に酸化触媒原料を担持させて構成したことを特徴とする排気浄化装置。
【請求項２】
前記酸化触媒が、パティキュレートフィルタの入口側に配設される前段酸化触媒である請求項１記載の排気浄化装置。
【請求項３】
前記酸化触媒が、排気マニホールドの出口に近い排気管の最上流部に配設されるプレ酸化触媒である請求項１記載の排気浄化装置。
【請求項４】
前記高気孔率担体を４０〜６０％の気孔率を持つ担体とした請求項１〜３のいずれか一つ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】
一般に、ディーゼルエンジンから排出されるパティキュレート（Particulate Matter：粒子状物質）は、炭素質からなる煤と、高沸点炭化水素成分からなるＳＯＦ分（Soluble Organic Fraction：可溶性有機成分）とを主成分とし、更に微量のサルフェート（ミスト状硫酸成分）を含んだ組成を成すものであるが、この種のパティキュレートの低減対策としては、排気ガスが流通する排気管の途中に、パティキュレートフィルタを装備することが従来より行われている。
【０００３】
この種のパティキュレートフィルタは、コージェライト等のセラミックからなる多孔質のハニカム構造となっており、格子状に区画された各流路の入口が交互に目封じされ、入口が目封じされていない流路については、その出口が目封じされるようになっており、各流路を区画する多孔質薄壁を透過した排気ガスのみが下流側へ排出されて、排気ガス中のパティキュレートが多孔質薄壁の内側表面に捕集されるようにしてある。
【０００４】
そして、排気ガス中のパティキュレートは、前記多孔質薄壁の内側表面に捕集されて堆積するので、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が、通常のディーゼルエンジンの運転状態においては、パティキュレートが自己燃焼するほどの高い排気温度が得られる機会が少ないため、ＰｔやＰｄ等の貴金属を活性種とする酸化触媒を一体的に担持させた触媒再生型のパティキュレートフィルタの実用化が進められている。
【０００５】
即ち、このような触媒再生型のパティキュレートフィルタを採用すれば、捕集されたパティキュレートの酸化反応が促進されて着火温度が低下し、従来より低い排気温度でもパティキュレートを燃焼除去することが可能となるのである。
【０００６】
但し、斯かる触媒再生型のパティキュレートフィルタを採用した場合であっても、排気温度の低い運転領域では、パティキュレートの処理量よりも捕集量が上まわってしまうので、このような低い排気温度での運転状態が続くと、パティキュレートフィルタの再生が良好に進まずに該パティキュレートフィルタが過捕集状態に陥る虞れがある。
【０００７】
そこで、パティキュレートフィルタの入口側にフロースルー型の酸化触媒としての前段酸化触媒を別途装備し、パティキュレートの堆積量が増加してきた段階で、ディーゼルエンジン側の燃料噴射制御により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の強制再生を行うことが考えられている。
【０００８】
つまり、この燃料添加で生じた反応ガスとしてのＨＣガスが前段酸化触媒を通過する間に酸化反応し、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。
【０００９】
この種の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行うことで排気ガス中に燃料を添加するのが一般的であるが、気筒内へのメイン噴射の時期を通常より遅らせることで排気ガス中に燃料を添加するようにしても良い。
【００１０】
尚、斯かる触媒再生型のパティキュレートフィルタの入口側に前段酸化触媒を装備した排気浄化装置に関連する一般的技術水準を示すものとしては、例えば、特許文献１がある。
【特許文献１】特開２００４−２３９０７３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、前述の如き従来の排気浄化装置では、フロースルー型の前段酸化触媒の基材として低気孔率の担体（３０％以下の気孔率を持つ担体）が用いられており、ポスト噴射によるＨＣガスが格子状に区画された各流路壁表面しか流れないため、ＨＣガスと触媒との接触頻度が少なくなると共に、気孔率が低い分だけ嵩密度が高くて熱容量が大きいことから燃料添加により早期に触媒床温度を上昇させることが難しく、前段酸化触媒上での反応効率が低くなっており、パティキュレートフィルタの再生時間が長くなる一方、前記前段酸化触媒の活性性能を向上させるには、ＰｔやＰｄ等の貴金属からなる活性種の担持量を増やす必要があり、コストアップにつながるという欠点を有していた。
【００１２】
本発明は、斯かる実情に鑑み、反応ガスと触媒との接触頻度を多くし且つ酸化触媒の基材の熱容量を小さくして、燃料添加による早期の触媒床温度上昇を実現でき、酸化触媒上での反応効率向上並びにパティキュレートフィルタの再生時間の短縮化を図ることができ、又、貴金属からなる活性種の担持量を増やすことなく酸化触媒の活性性能を向上でき、コスト削減を図り得る排気浄化装置を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、排気管途中のパティキュレートフィルタの上流側に酸化触媒を装備し、エンジンの各気筒への燃料噴射を制御して未燃燃料分を多く残すことで排気ガス中に燃料添加を行い、該添加燃料が前記酸化触媒で酸化反応した時の反応熱により捕集済みパティキュレートを燃焼させてパティキュレートフィルタを強制再生するようにした排気浄化装置において、
前記酸化触媒を高気孔率担体に酸化触媒原料を担持させて構成したことを特徴とする排気浄化装置にかかるものである。
【００１４】
上記手段によれば、以下のような作用が得られる。
【００１５】
前述のような酸化触媒を採用した排気浄化装置とすれば、排気ガスが酸化触媒の流路内をまっすぐに進むストレートフローに加えて、酸化触媒の高気孔率担体の多孔質薄壁を排気ガスが自由に出入りしながら流れるウォールフローも発生する形となるので、従来の排気浄化装置のように排気ガスが酸化触媒の流路内をまっすぐに進むストレートフローしか生じない場合に比べ、ポスト噴射による排気ガス中のＨＣガスと酸化触媒との接触頻度が高められると共に、気孔率が高くなった分だけ嵩密度が低くて熱容量が小さいことから燃料添加により早期に触媒床温度を上昇させることが容易となり、酸化触媒上での反応効率が大幅に向上され、パティキュレートフィルタの再生時間が短くなる一方、前記酸化触媒の活性性能を向上させるために、貴金属からなる活性種の担持量を増やす必要がなくなり、コスト削減も可能となる。
【００１６】
前記排気浄化装置においては、前記酸化触媒が、パティキュレートフィルタの入口側に配設される前段酸化触媒であるようにすることができる。
【００１７】
又、前記排気浄化装置においては、前記酸化触媒が、排気マニホールドの出口に近い排気管の最上流部に配設されるプレ酸化触媒であるようにすることもできる。
【００１８】
更に、前記排気浄化装置においては、前記高気孔率担体を４０〜６０％の気孔率を持つ担体とすることが有効となる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の排気浄化装置によれば、反応ガスと触媒との接触頻度を多くし且つ酸化触媒の基材の熱容量を小さくして、燃料添加による早期の触媒床温度上昇を実現でき、酸化触媒上での反応効率向上並びにパティキュレートフィルタの再生時間の短縮化を図ることができ、又、貴金属からなる活性種の担持量を増やすことなく酸化触媒の活性性能を向上でき、コスト削減を図り得るという優れた効果を奏し得る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。
【００２１】
図１〜図３は本発明を実施する形態の一例であって、１はターボチャージャ２を搭載したディーゼルエンジンを示しており、エアクリーナ３から導かれた空気４が吸気管５を介してターボチャージャ２のコンプレッサ２ａへ送られ、該コンプレッサ２ａで加圧された空気４が更にインタクーラ６へ送られて冷却され、該インタクーラ６から図示しないインテークマニホールドへ空気４が導かれてディーゼルエンジン１の各気筒に導入されるようにしてある。
【００２２】
又、前記ディーゼルエンジン１の各気筒から排出された排気ガス７が排気マニホールド８を介して前記ターボチャージャ２のタービン２ｂへ送られ、該タービン２ｂを駆動した排気ガス７が排気管９へ排出されるようにしてある。
【００２３】
前記排気管９の途中にはエキゾーストブレーキ１０とフィルタケース１１とが介装され、該フィルタケース１１内には、酸化触媒としての前段酸化触媒１２とパティキュレートフィルタ１３とが収容されており、該パティキュレートフィルタ１３の多孔質薄壁（図示せず）を透過してパティキュレートが捕集された排気ガス７のみが下流側へ排出されるようにしてある。
【００２４】
そして、前記前段酸化触媒１２は、図２及び図３（ａ）に示す如く、コージェライト等のセラミックからなる多孔質薄壁１２ａにより多数の流路１２ｂをハニカム状に形成した高気孔率担体１２ｃ（４０〜６０％の気孔率を持つ担体）に、反応ガスとしてのＨＣガスの酸化反応を助勢する機能を高めた酸化触媒原料を担持させて構成してある。
【００２５】
尚、本図示例においては、パティキュレートフィルタ１３の強制再生を行う必要が生じた際に、ディーゼルエンジン１の各気筒に燃料を噴射する燃料噴射装置１４（図１参照）の燃料噴射制御が通常モードから再生モードに切り替わり、圧縮上死点（クランク角０゜）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（開始時期がクランク角９０゜〜１２０゜の範囲）でポスト噴射が実行されるようになっている。
【００２６】
つまり、このように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が行われると、このポスト噴射により排気ガス７中に未燃の燃料（主としてＨＣ：炭化水素）が添加されることになり、この未燃の燃料により生じた反応ガスとしてのＨＣガスを含む排気ガス７がディーゼルエンジン１から排出されることになる。
【００２７】
次に、上記図示例の作用を説明する。
【００２８】
前述のような前段酸化触媒１２を採用した排気浄化装置とすれば、排気ガス７が前段酸化触媒１２の流路１２ｂ内をまっすぐに進むストレートフローに加えて、前段酸化触媒１２の高気孔率担体１２ｃの多孔質薄壁１２ａを排気ガス７が自由に出入りしながら流れるウォールフローも発生する形となる（図３（ａ）参照）ので、従来の排気浄化装置のように排気ガス７が前段酸化触媒１２の流路１２ｂ内をまっすぐに進むストレートフローしか生じない場合（図３（ｂ）参照）に比べ、ポスト噴射による排気ガス７中のＨＣガスと前段酸化触媒１２との接触頻度が高められると共に、気孔率が高くなった分だけ嵩密度が低くて熱容量が小さいことから燃料添加により早期に触媒床温度を上昇させることが容易となり、前段酸化触媒１２上での反応効率が大幅に向上され、パティキュレートフィルタ１３の再生時間が短くなる一方、前記前段酸化触媒１２の活性性能を向上させるために、ＰｔやＰｄ等の貴金属からなる活性種の担持量を増やす必要がなくなり、コスト削減も可能となる。
【００２９】
こうして、反応ガスと触媒との接触頻度を多くし且つ前段酸化触媒１２の基材の熱容量を小さくして、燃料添加による早期の触媒床温度上昇を実現でき、前段酸化触媒１２上での反応効率向上並びにパティキュレートフィルタ１３の再生時間の短縮化を図ることができ、又、貴金属からなる活性種の担持量を増やすことなく前段酸化触媒１２の活性性能を向上でき、コスト削減を図り得る。
【００３０】
図４は本発明を実施する形態の他の例であって、図中、図１と同一の符号を付した部分は同一物を表わしており、排気ガス７が流通する排気管９の途中に介装されたフィルタケース１１内に、前方部分に酸化触媒１３ａを一体構成した奥栓式のパティキュレートフィルタ１３を収容し、ターボチャージャ２のタービン２ｂ直後の排気管９（排気マニホールド８の出口に近い排気管９の最上流部）にプレ酸化触媒１５を配設した排気浄化装置において、前記プレ酸化触媒１５を、前記前段酸化触媒１２（図２及び図３（ａ）参照）と同様に、コージェライト等のセラミックからなる多孔質薄壁１５ａにより多数の流路１５ｂをハニカム状に形成した高気孔率担体１５ｃ（４０〜６０％の気孔率を持つ担体）に、反応ガスとしてのＨＣガスの酸化反応を助勢する機能を高めた酸化触媒原料を担持させて構成したものである。
【００３１】
尚、前記奥栓式のパティキュレートフィルタ１３は、一般的なパティキュレートフィルタと同様、セラミックからなる多孔質のハニカム構造となっており、格子状に区画された各流路１６の入口が栓体１７により交互に目封じされ、入口が目封じされていない流路１６については、その出口が栓体１８により目封じされるようになっており、各流路１６を区画する多孔質薄壁１９を透過してパティキュレートが捕集された排気ガス７のみが下流側へ排出されるようにしてあるが、入口側の栓体１７が入側端面から所要長さだけ流路１６奥側へ入り込んだ位置に配置され、その入口側の栓体１７の配置位置から入側端面までの前方部分に、ＨＣガスの酸化反応を助勢する機能を高めた酸化触媒１３ａが担持されており、入口側の栓体１７の配置位置から出側端面までの後方部分には、捕集済みパティキュレートの酸化反応を助勢する機能を高めた酸化触媒１３ｂが担持されている。
【００３２】
図４に示す例においては、排気ガス７がプレ酸化触媒１５の流路１５ｂ内をまっすぐに進むストレートフローに加えて、プレ酸化触媒１５の高気孔率担体１５ｃの多孔質薄壁１５ａを排気ガス７が自由に出入りしながら流れるウォールフローも発生する形となるので、従来の排気浄化装置のように排気ガス７がプレ酸化触媒１５の流路１５ｂ内をまっすぐに進むストレートフローしか生じない場合に比べ、ポスト噴射による排気ガス７中のＨＣガスとプレ酸化触媒１５との接触頻度が高められると共に、気孔率が高くなった分だけ嵩密度が低くて熱容量が小さいことから燃料添加により早期に触媒床温度を上昇させることが容易となり、プレ酸化触媒１５上での反応効率が大幅に向上され、パティキュレートフィルタ１３の再生時間が短くなる一方、前記プレ酸化触媒１５の活性性能を向上させるために、ＰｔやＰｄ等の貴金属からなる活性種の担持量を増やす必要がなくなり、コスト削減も可能となる。
【００３３】
こうして、図４に示す例の場合、反応ガスと触媒との接触頻度を多くし且つプレ酸化触媒１５の基材の熱容量を小さくして、燃料添加による早期の触媒床温度上昇を実現でき、プレ酸化触媒１５上での反応効率向上並びにパティキュレートフィルタ１３の再生時間の短縮化を図ることができ、又、貴金属からなる活性種の担持量を増やすことなくプレ酸化触媒１５の活性性能を向上でき、コスト削減を図り得る。
【００３４】
尚、本発明の排気浄化装置は、上述の図示例にのみ限定されるものではなく、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。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【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】本発明を実施する形態の一例における前段酸化触媒を示す斜視図である。
【図３】図２に示す前段酸化触媒の断面図であって、（ａ）は本発明を実施する形態の一例における前段酸化触媒を通過するガスの流れを示す図、（ｂ）は従来例における前段酸化触媒を通過するガスの流れを示す図である。
【図４】本発明を実施する形態の他の例を示す概略図である。
【符号の説明】
【００３６】
１    ディーゼルエンジン（エンジン）
７    排気ガス
８    排気マニホールド
９    排気管
１１    フィルタケース
１２    前段酸化触媒（酸化触媒）
１２ａ  多孔質薄壁
１２ｂ  流路
１２ｃ  高気孔率担体
１３    パティキュレートフィルタ
１５    プレ酸化触媒（酸化触媒）
１５ａ  多孔質薄壁
１５ｂ  流路
１５ｃ  高気孔率担体
【図１】
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【図２】
2008075560.tif 000004
【図３】
2008075560.tif 000005
【図４】
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