(57)【要約】【課題】車両への搭載性の悪化を招くことなく必要最小限の燃料添加により効率良くＮＯｘ吸蔵還元触媒を再生し得るようにしたコンパクトで高性能な排気浄化装置を提供する。【解決手段】排気ガス７が流通する排気管９の途中に触媒ケース１０を設け、その内部の前段に酸化触媒１１を後段にＮＯｘ吸蔵還元触媒１２を夫々収容し、これらを半分ずつ排気ガス７が通過するように触媒ケース１０内を仕切板１３により第一流路１４と第二流路１５とに区画し、触媒ケース１０の入口部分に排気ガス７の主な流れを第一流路１４及び第二流路１５の何れか一方に振り分けて他方の排気ガス７の流量を絞り込む排気分配バルブ１６（排気分配手段）を設け、第一流路１４及び第二流路１５の夫々における酸化触媒１１より上流側に燃料１９を個別に添加し得るように構成する。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気ガスが流通する排気管の途中に触媒ケースを設け、該触媒ケース内の前段に酸化触媒を後段にＮＯｘ吸蔵還元触媒を夫々収容し、これら酸化触媒及びＮＯｘ吸蔵還元触媒の夫々を半分ずつ排気ガスが通過するように触媒ケース内を仕切板により第一流路と第二流路とに区画し、触媒ケースの入口部分に排気ガスの主な流れを第一流路及び第二流路の何れか一方に振り分けて他方の排気ガスの流量を絞り込む排気分配手段を設け、第一流路及び第二流路の夫々における酸化触媒より上流側に燃料を個別に添加し得るように構成したことを特徴とする排気浄化装置。
【請求項２】
前段の酸化触媒がパティキュレートフィルタに一体的に担持されていることを特徴とする請求項１に記載の排気浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ディーゼルエンジン等の内燃機関に用いる排気浄化装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、排気管の途中に装備した排気浄化用触媒により排気浄化を図ることが行われており、この種の排気浄化用触媒としては、排気空燃比がリーンの時に排気ガス中のＮＯｘを酸化して硝酸塩の状態で一時的に吸蔵し、排気ガス中の酸素濃度が低下した時に未燃ＨＣやＣＯ等の介在によりＮＯｘを分解放出して還元浄化する性質を備えたＮＯｘ吸蔵還元触媒が知られている。
【０００３】
この種のＮＯｘ吸蔵還元触媒としては、白金・バリウム・アルミナ触媒や、イリジウム・白金・バリウム・アルミナ触媒等が前述した如き性質を有するものとして既に知られている。
【０００４】
そして、ＮＯｘ吸蔵還元触媒においては、ＮＯｘの吸蔵量が増大して飽和量に達してしまうと、それ以上のＮＯｘを吸蔵できなくなるため、定期的にＮＯｘ吸蔵還元触媒に流入する排気ガスの酸素濃度を低下させてＮＯｘを分解放出させる必要がある。
【０００５】
例えば、ガソリン機関に使用した場合であれば、機関の運転空燃比を低下（機関をリッチ空燃比で運転）することにより、排気ガス中の酸素濃度を低下し且つ排気ガス中の未燃ＨＣやＣＯ等の還元成分を増加してＮＯｘの分解放出を促すことができるが、ＮＯｘ吸蔵還元触媒をディーゼル機関の排気浄化装置として使用した場合には機関をリッチ空燃比で運転することが困難である。
【０００６】
このため、ＮＯｘ吸蔵還元触媒の上流側で排気ガス中に燃料（炭化水素）を添加することにより、この添加燃料を還元剤としてＮＯｘ吸蔵還元触媒上で酸素と反応させることで排気ガス中の酸素濃度を低下させる必要がある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このように燃料添加により排気ガス中の酸素濃度を低下させてＮＯｘ吸蔵還元触媒の再生を図る方式では、燃料の添加量が多く必要となって燃費の悪化が顕著になるという問題があった。
【０００８】
また、本発明の出願人による先行技術としては、例えば、次のような特許文献１が既に存在しており、この特許文献１の中では、ＮＯｘ吸蔵還元触媒を並列に装備して交互に排気ガスの流量を絞り込むことで片方ずつＮＯｘ吸蔵還元触媒の再生を図るようにしている。
【０００９】
即ち、再生すべきＮＯｘ吸蔵還元触媒を流れる排気ガスの流量を制限すれば、従来より少ない燃料添加量で排気ガスの空気過剰率を低下し得て燃料とＮＯｘとを効率良く反応させることができ、燃費の悪化を最小限に抑制することができるのであるが、このようなＮＯｘ吸蔵還元触媒の並列配置は、車両への搭載性を著しく悪化するという新たな問題を招いてしまっていた。
【００１０】
【特許文献１】
特開２００１−１４０６３５号公報
【００１１】
本発明は、上述の実情に鑑みてなされたものであり、車両への搭載性の悪化を招くことなく必要最小限の燃料の添加により効率良くＮＯｘ吸蔵還元触媒を再生し得るようにしたコンパクトで高性能な排気浄化装置を提供することを目的としている。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、排気ガスが流通する排気管の途中に触媒ケースを設け、該触媒ケース内の前段に酸化触媒を後段にＮＯｘ吸蔵還元触媒を夫々収容し、これら酸化触媒及びＮＯｘ吸蔵還元触媒の夫々を半分ずつ排気ガスが通過するように触媒ケース内を仕切板により第一流路と第二流路とに区画し、触媒ケースの入口部分に排気ガスの主な流れを第一流路及び第二流路の何れか一方に振り分けて他方の排気ガスの流量を絞り込む排気分配手段を設け、第一流路及び第二流路の夫々における酸化触媒より上流側に燃料を個別に添加し得るように構成したことを特徴とする排気浄化装置、に係るものである。
【００１３】
而して、このような排気浄化装置によれば、排気分配手段により排気ガスの主な流れを第一流路及び第二流路の何れか一方に振り分けた際に、その一方の流路に面したＮＯｘ吸蔵還元触媒の半分の領域に排気ガス中のＮＯｘが硝酸塩の状態で吸蔵されてＮＯｘの低減が図られることになるが、ＮＯｘ吸蔵還元触媒の前段に装備された酸化触媒を排気ガスが通過する際に、排気ガス中のＮＯｘの大半を占めるＮＯが酸素と選択的に反応してＮＯ２となり、この反応性の高いＮＯ２が後段のＮＯｘ吸蔵還元触媒に流れ込んで効率良く硝酸塩の状態で吸蔵されることになるので、ＮＯｘ吸蔵還元触媒におけるＮＯ２の吸蔵反応が著しく促進され、ＮＯｘ吸蔵還元触媒を単独で用いる場合よりも高いＮＯｘ低減効果が得られる。
【００１４】
他方、排気分配手段により排気ガスの流量を絞り込まれた流路に対し燃料を添加すると、比較的少ない添加量でも排気ガスの空気過剰率が効果的に低下し、他方の流路に面したＮＯｘ吸蔵還元触媒の半分の領域にてＮＯｘが分解放出されて再生が図られる一方、その放出したＮＯｘがＮＯｘ吸蔵還元触媒上で前記燃料成分である炭化水素と反応して還元浄化されることになるが、ＮＯｘ吸蔵還元触媒の前段の酸化触媒にて前記燃料が熱分解して生じた炭化水素が酸素と反応して熱分解することによりＣＯや水素が生じるので、これらＣＯや水素の増加によりＮＯｘ吸蔵還元触媒からのＮＯｘの分解放出反応及び該ＮＯｘの還元浄化反応が著しく促進されることになる。
【００１５】
そして、このようにＮＯｘ吸蔵還元触媒の半分ずつを交互に再生することができれば、ＮＯｘ吸蔵還元触媒の片側でＮＯｘの吸蔵を行わせている間に残りの片側を再生することができるので、常にＮＯｘ吸蔵還元触媒の半分を使用可能な状態として連続的にＮＯｘの低減を図ることが可能となる。
【００１６】
また、本発明においては、前段の酸化触媒がパティキュレートフィルタに一体的に担持されていることが好ましく、このようにすれば、前段のパティキュレートフィルタにより排気ガス中のパティキュレートを捕集することが可能となり、しかも、その捕集されたパティキュレートの燃焼が酸化触媒により助勢される上、ＮＯｘ吸蔵還元触媒の再生時に添加された燃料の酸化反応熱により確実に触媒床温度が上げられるので、パティキュレートが効率良く燃焼除去されることになる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。
【００１８】
図１及び図２は本発明の形態例を示すもので、図中１はディーゼル機関であるエンジンを示し、図１に示しているエンジン１では、ターボチャージャ２が備えられており、エアクリーナ３から導いた空気４が吸気管５を介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で加圧された空気４が更にインタークーラ６へと送られて冷却され、該インタークーラ６から図示しないインテークマニホールドへと空気４が導かれてエンジン１の各シリンダに導入されるようにしてある。
【００１９】
また、このエンジン１の各シリンダには、燃料（軽油）がエンジン１の各シリンダ内に噴射されて燃焼されるようにしてあり、エンジン１の各シリンダから排出された排気ガス７がエキゾーストマニホールド８を介し前記ターボチャージャ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７が排気管９を介し車外へ排出されるようにしてある。
【００２０】
そして、排気ガス７が流通する排気管９の途中には触媒ケース１０が設けられており、該触媒ケース１０内の前段に、パティキュレートフィルタを担体として一体的に担持された酸化触媒１１が収容されていると共に、その後段にはＮＯｘ吸蔵還元触媒１２が収容されている。
【００２１】
酸化触媒１１を担持している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成る多孔質のハニカム構造のもので、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７のみが下流側へ排出されて、前記多孔質薄壁の内側表面にパティキュレートが捕集されるようにしたものであり、前記酸化触媒１１は、このパティキュレートフィルタの全体に対して目詰まりを起こさない程度にコーティングされている。
【００２２】
更に、前記触媒ケース１０の内部空間は、これら酸化触媒及びＮＯｘ吸蔵還元触媒１２の夫々を半分ずつ排気ガス７が通過するように仕切板１３により第一流路１４と第二流路１５とに区画されている。
【００２３】
また、触媒ケース１０の入口部分には、排気ガス７の主な流れを第一流路１４及び第二流路１５の何れか一方に振り分けて他方の排気ガス７の流量を絞り込む排気分配バルブ１６（排気分配手段）が回動自在に設けられており、この排気分配バルブ１６は、触媒ケース１０の外部に配置したアクチュエータ１７によりレバー及びリンク機構を介し駆動されるようになっている。
【００２４】
更に、第一流路１４及び第二流路１５の夫々における酸化触媒１１より上流側には、軽油タンク１８内の燃料１９を軽油ポンプ２０及び軽油調量弁２１を介し導かれて噴射する添加ノズル２２，２３が夫々設けられており、第一流路１４及び第二流路１５の夫々に対し個別に燃料１９を添加し得るようにしてある。
【００２５】
尚、前述したアクチュエータ１７、軽油ポンプ２０、軽油調量弁２１は、エンジン制御コンピュータ（ＥＣＵ：Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　Ｕｎｉｔ）を成す制御装置２４からの指令信号を受けて適宜なタイミングで作動されるようになっている。
【００２６】
而して、このような排気浄化装置によれば、例えば、図１に示す如く、排気分配バルブ１６により排気ガス７の主な流れを第二流路１５に振り分けた際に、該第二流路１５に面したＮＯｘ吸蔵還元触媒１２の半分の領域に排気ガス７中のＮＯｘが硝酸塩の状態で吸蔵されてＮＯｘの低減が図られることになるが、ＮＯｘ吸蔵還元触媒１２の前段に装備された酸化触媒１１を排気ガス７が通過する際に、排気ガス７中のＮＯｘの大半を占めるＮＯが酸素と選択的に反応してＮＯ２となり、この反応性の高いＮＯ２が後段のＮＯｘ吸蔵還元触媒１２に流れ込んで効率良く硝酸塩の状態で吸蔵されることになるので、ＮＯｘ吸蔵還元触媒１２におけるＮＯ２の吸蔵反応が著しく促進され、ＮＯｘ吸蔵還元触媒１２を単独で用いる場合よりも高いＮＯｘ低減効果が得られる。
【００２７】
他方、排気分配バルブ１６により排気ガス７の流量を絞り込まれた第一流路１４に対し、軽油調量弁２１により添加ノズル２２に選択的に燃料１９を導いて噴射させると、該燃料１９の比較的少ない添加量によっても排気ガス７の空気過剰率が効果的に低下し、第一流路１４に面したＮＯｘ吸蔵還元触媒１２の半分の領域にてＮＯｘが分解放出されて再生が図られる一方、その放出したＮＯｘがＮＯｘ吸蔵還元触媒１２上で前記燃料１９の熱分解により生成された炭化水素と反応して還元浄化されることになるが、ＮＯｘ吸蔵還元触媒１２の前段の酸化触媒１１にて炭化水素が酸素と反応して熱分解することによりＣＯや水素が生じるので、これらＣＯや水素の増加によりＮＯｘ吸蔵還元触媒１２からのＮＯｘの分解放出反応及び該ＮＯｘの還元浄化反応が著しく促進されることになる。
【００２８】
事実、図２に示す如きディーゼルエンジン１３モードでの平均的な実験結果によれば、ＮＯｘ吸蔵還元触媒１２を単独で用いて排気ガス７の流量制限も行わなかった場合の燃費悪化を基準値［１．０］とすると、本形態例のようにＮＯｘ吸蔵還元触媒１２の前段に酸化触媒１１を備えて排気ガス７の流量制限を加えた場合の燃費悪化は［０．２］にまで顕著に低減されることが確認された。即ち、一例として基準値［１．０］が１０％の燃費悪化を示していた場合、本形態例では２％程度の燃費悪化にまで低減することができた。
【００２９】
そして、このようにＮＯｘ吸蔵還元触媒１２の半分ずつを交互に再生することができれば、ＮＯｘ吸蔵還元触媒１２の片側でＮＯｘの吸蔵を行わせている間に残りの片側を再生することができるので、常にＮＯｘ吸蔵還元触媒１２の半分を使用可能な状態として連続的にＮＯｘの低減を図ることが可能となる。
【００３０】
従って、上記形態例によれば、前段に酸化触媒１１を備えたことにより、ＮＯｘ吸蔵還元触媒１２におけるＮＯ２の吸蔵反応、ＮＯｘの分解放出反応及び該ＮＯｘの還元浄化反応を著しく促進することができるので、ＮＯｘ吸蔵還元触媒１２を単独で用いた場合よりも少ない容積で同等の性能を得ることができ、しかも、ＮＯｘ吸蔵還元触媒１２を並列に装備しなくても、単一の触媒ケース１０内にＮＯｘ吸蔵還元触媒１２を酸化触媒１１と共に収めて半分ずつ再生を行いながら連続的にＮＯｘの低減を図ることができるので、車両への搭載性の悪化を招くことなく必要最小限の燃料添加により効率良くＮＯｘ吸蔵還元触媒１２を再生することができ、コンパクトで高性能な排気浄化装置を実現することができる。
【００３１】
また、特に本形態例においては、前段の酸化触媒１１がパティキュレートフィルタに一体的に担持されているので、このパティキュレートフィルタにより排気ガス７中のパティキュレートを捕集することも可能となり、しかも、その捕集されたパティキュレートの燃焼が酸化触媒１１により助勢される上、ＮＯｘ吸蔵還元触媒１２の再生時の添加燃料による炭化水素の酸化反応熱により確実に触媒床温度が上げられるので、パティキュレートを効率良く燃焼除去することが可能となる。
【００３２】
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、酸化触媒をパティキュレートフィルタに担持させる以外に、酸化触媒をフロースルー型の触媒モノリスとしてパティキュレートフィルタとは別体で配置しても良いこと、添加される燃料には、一般的なディーゼルエンジン用燃料である軽油を用いる以外に、灯油等の異種燃料を用いても良いこと、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。
【００３３】
【発明の効果】
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。
【００３４】
（Ｉ）本発明の請求項１に記載の発明によれば、前段に酸化触媒を備えたことにより、ＮＯｘ吸蔵還元触媒におけるＮＯ２の吸蔵反応、ＮＯｘの分解放出反応及び該ＮＯｘの還元浄化反応を著しく促進することができるので、ＮＯｘ吸蔵還元触媒を単独で用いた場合よりも少ない容積で同等の性能を得ることができ、しかも、ＮＯｘ吸蔵還元触媒を並列に装備しなくても、単一の触媒ケース内にＮＯｘ吸蔵還元触媒を酸化触媒と共に収めて半分ずつ再生を行いながら連続的にＮＯｘの低減を図ることができるので、車両への搭載性の悪化を招くことなく必要最小限の燃料の添加により効率良くＮＯｘ吸蔵還元触媒を再生することができ、コンパクトで高性能な排気浄化装置を実現することができる。
【００３５】
（ＩＩ）本発明の請求項２に記載の発明によれば、前段のパティキュレートフィルタにより排気ガス中のパティキュレートを捕集することができ、しかも、その捕集されたパティキュレートを効率良く燃焼除去することができる。
【図面の簡単な説明】
【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】燃費悪化について従来と比較したグラフである。
【符号の説明】
７　　排気ガス
９　　排気管
１０　　触媒ケース
１１　　酸化触媒
１２　　ＮＯｘ吸蔵還元触媒
１３　　仕切板
１４　　第一流路
１５　　第二流路
１６　　排気分配バルブ（排気分配手段）
１９　　燃料
２２　　添加ノズル
２３　　添加ノズル
【図１】
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【図２】
2004132222.tif 000004