(57)【要約】【課題】排気ガス浄化用触媒に迅速で均一なリッチ雰囲気を形成する排気ガス浄化システムを提供する。【解決手段】ディーゼルエンジンの排気ガス中に燃料添加を行う排気ガス浄化システムにおいて、排気ガス浄化用触媒の上流域に、添加された燃料を気化させる燃料気化装置を設けたことを特徴とする排気ガス浄化システムである。好ましくは、前記燃料気化装置が０．５〜１０ｎｍの平均細孔径、より好ましくは、０．８〜２ｎｍの平均細孔径を有する多孔体を含んでなり、前記多孔体がメソ多孔体又はゼオライトから選択される。また、好ましくは、前記燃料気化装置に遷移金属の少なくとも１種が担持される。【選択図】　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ディーゼルエンジンの排気ガス中に燃料添加を行う排気ガス浄化システムにおいて、排気ガス浄化用触媒の上流域に、添加された燃料を気化させる燃料気化装置を設けたことを特徴とする排気ガス浄化システム。
【請求項２】
前記燃料気化装置が０．５〜１０ｎｍの平均細孔径を有する多孔体を含んでなる請求項１に記載の排気ガス浄化システム。
【請求項３】
前記燃料気化装置が０．８〜２ｎｍの平均細孔径を有する多孔体を含んでなる請求項１に記載の排気ガス浄化システム。
【請求項４】
前記多孔体がメソ多孔体又はゼオライトから選択された請求項２又は３に記載の排気ガス浄化システム。
【請求項５】
前記燃料気化装置に遷移金属の少なくとも１種が担持された請求項１〜４のいずれか１項に記載の排気ガス浄化システム。
【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の排気ガス浄化システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
地球環境保護のため、自動車用エンジン等の内燃機関から排出される二酸化炭素（ＣＯ２）の発生量を抑え、かつ窒素酸化物（ＮＯｘ）の発生量を抑えることが世界的に要請されている。
【０００３】
ここで、ディーゼルエンジン等の希薄燃焼内燃機関は、熱効率が高いことからＣＯ２の発生量が少ないという特長を有する。その反面、ＮＯｘを比較的多量に発生し、さらに、粒子状物質のパティキュレートを発生するという欠点を有する。
このため、ディーゼルエンジン等の希薄燃焼内燃機関の排気ガスから、これらＮＯｘとパティキュレートの双方を低減することが重大な課題となっており、燃料の燃焼技術、燃料の改質技術、後処理技術等に開発・改良が重ねられている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
こうした課題に対し、本出願人は、特開２００１−２７１６３４号公報等に記載したように、燃焼系の空燃比制御と排気系の特定の触媒を組み合わせてＮＯｘとパティキュレートの双方を同時に浄化する連続再生式の排気ガス浄化システム（ＤＰＮＲ）を提案している。
【０００５】
このＤＰＮＲシステムは、空燃比の高い希薄燃焼条件（リーン）を定常運転とし、瞬間的な空燃比の低い燃焼条件（リッチ）を間欠的に設け、排気ガス組成の変動に伴って特定の排気ガス浄化用触媒から発生する活性酸素を利用してパティキュレートを燃焼浄化し、同時にＮＯｘを還元浄化するものである。
【０００６】
かかるＤＰＮＲシステムにおいては、排気ガス浄化用触媒内でリーン雰囲気とリッチ雰囲気が迅速に切り替わる必要があり、また、リッチ雰囲気を形成することでパティキュレートが過度に発生しない（スモークレスリッチ）ことが必要である。
【０００７】
このスモークレスリッチを形成するには、排気ガス再循環（ＥＧＲ）等のエンジン燃焼室における制御と併せて、エンジン燃焼室出口の排気系であって排気ガス浄化用触媒の上流の排気ガスラインに燃料添加を行う手段が、比較的簡便に実施可能であることが見出されている。かかる燃料添加の先行技術としては、本出願人に係る特開２００２−３８９４０号公報等がある。
【０００８】
しかしながら、こうした燃料添加の手段は、燃料の添加量や添加時期等の自由度はあるが、ディーゼル車の変動する運転条件下では、排気ガス浄化用触媒上での燃料の燃焼による過昇温、リッチ雰囲気の不均一性、及び低速走行時の排気ガス浄化用触媒上での燃料炭化による局部的な閉塞といった問題を生じる恐れがある。
【０００９】
したがって、本発明は、このような問題を解消すべく、排気ガス浄化用触媒の上流に添加された燃料が、排気ガス浄化用触媒の上流で気化し、排気ガス浄化用触媒に鋭く（短時間で高いピーク）均一なリッチ雰囲気を形成する排気ガス浄化システムを提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記の目的は、ディーゼルエンジンの排気ガス中に燃料添加を行う排気ガス浄化システムにおいて、排気ガス浄化用触媒の上流域に、添加された燃料を気化させる気化装置を設けたことを特徴とする排気ガス浄化システムによって達成される。
【００１１】
即ち、本発明は、排気ガス浄化用触媒の上流域の排気ガスラインに燃料の気化装置を設けることにより、排気ガス浄化用触媒の上流域における気化を促進し、それによって、排気ガス浄化用触媒に鋭く均一なリッチ雰囲気を形成する排気ガス浄化システムである。
【００１２】
好ましい態様として、気化装置が０．５〜１０ｎｍ、好ましくは、０．８〜２ｎｍの平均細孔径を有する多孔体を含んでなり、好ましくは、かかる多孔体がメソ多孔体又はゼオライトから選択される。こうした多孔体を含む気化装置が燃料、特に軽油の良好な気化装置として機能する理由は、次のように考えられる。
【００１３】
排気ガスラインに噴射添加された燃料は、ある油滴径分布を有し、比較的大きい径の油滴は、完全に気化することは困難で、一部は油滴のままで排気ガス浄化用触媒に到達する。
しかるに、排気ガスラインの途中に、油滴が衝突するように配置された多孔体が存在すると、衝突した油滴は多孔体からの伝熱により加熱される。また、多孔体が適切な細孔径を有することにより、一旦捕獲された油滴は、細孔を通過することで、その細孔径以下のサイズの油滴になって排気ガス中に同伴される。
【００１４】
したがって、燃料は、多孔体によって加熱されると同時に微細化されるため、排気ガス浄化用触媒の上流側で実質的に完全に気化させることができる。また、燃料の気化が十分であれば、排気ガスラインで燃料の拡散性が高いことから、排気ガス浄化用触媒に到達した段階で、排気ガス中の燃料の高い均一性を得ることができる。
なお、好ましい態様として、燃料気化装置の多孔体に遷移金属の少なくとも１種が担持される。これにより、燃料の酸化及び／又は分解を促進することができ、燃料気化装置による燃料気化を一層効率的にすることができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の排気ガス浄化システムを例示する概略図である。ディーゼルエンジンの排気ガスは、排気ガスラインの途中で軽油が添加され、ターボチャージャーを経由して、燃料気化装置を通過し、排気ガス浄化用触媒に到達する。
【００１６】
排気ガス浄化用触媒は、例えば、セルが１つ置きに目止めされたコージェライト製等のハニカム形状のウォールフロー型モノリス基材に、γ−アルミナ等の触媒担体がコートされ、その触媒担体に白金等の触媒成分とＮＯｘ吸蔵材等が担持されたものが使用される。かかる排気ガス浄化用触媒により、リーン雰囲気とリッチ雰囲気の切替に伴ってＮＯｘ吸蔵材等から発生する活性酸素を利用して、パティキュレートが燃焼浄化され、同時にＮＯｘが還元浄化される。
【００１７】
排気ガス浄化用触媒の上流側の排気ガスラインに配置される燃料気化装置は、例えば、ストレートフロー型モノリス基材に多孔体を担持して構成される。このモノリス基材は、例えば、各種の耐熱金属製又はコージェライト等のセラミック製のものが使用される。
【００１８】
多孔体は、好ましくは、０．５〜１０ｎｍ、より好ましくは、０．８〜２ｎｍの平均細孔径を有するものが使用される。このような多孔体は、ＦＳＭ−１６、ＭＣＭ−４１、ＳＢＡ−１、ＭＳＵ−１等のメソ多孔体、又はフォージャサイト、マッザイト等のゼオライトから選択することができる。
【００１９】
このような多孔体をハニカム基材に担持するのは、例えば、多孔体にアルミナゾル、シリカゾルのような無機バインダー、及び適度な粘度となる量の水を加えて混合し、得られたスラリーをハニカム基材にウォッシュコートすることによって行うことができる。
【００２０】
好ましくは、多孔体に遷移金属を担持する。ここで、「遷移金属」は、周期律表の３Ａ〜７Ａ族、貴金属を含む８族、１Ｂ族、及びｆ−ブロック元素を含む金属であり、好ましくは、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、ロジウム（Ｒｈ）等の貴金属である。
この遷移金属の担持は、ハニカム基材に多孔体を担持した後、遷移金属の溶解性化合物で多孔体を含浸し、次いで、焼成することにより行うことができる。
【００２１】
【実施例】
実施例１
１００部のメソ多孔体ＦＳＭ−１６（平均細孔径２ｎｍ）、固形分として６０部のアルミナゾル（日産化学製Ａ−２００）、及び１５０部のイオン交換水を加えてボールミル中で２時間混合し、スラリーを作成した。
このスラリーを、コージェライト製モノリス基材（見掛け容積０．６リットル、セル密度約４００セル／平方インチ）にウォッシュコートし、乾燥の後、大気雰囲気中で５００℃×２時間の焼成に供して、モノリス基材に１５０ｇ／リットルのＦＳＭ−１６が担持された燃料気化装置を構成した。
【００２２】
この燃料気化装置を、図１に示すようにして、排気ガス浄化用触媒の上流側に配置し、排気ガス量３０ｇ／ｓｅｃ、排気ガス温度３５０℃の排気ガス流に０．３ｇの軽油を１ＭＰａの圧力で０．０５秒間噴射した。
この燃料添加後に、図１に示す位置の空燃比センサーにより、円柱形排気ガス浄化用触媒の入口付近で、空燃比（Ａ／Ｆ）の排気ガスラインの径方向の分布を測定した。この結果を図２に示す。
また、燃料噴射以後の、円柱形排気ガス浄化用触媒の入口中央部における空燃比の経時変化を、同様に空燃比センサーにより測定した。この結果を図３に示す。
【００２３】
比較例１
実施例１におけるＦＳＭ−１６に代えて、ＨＣ吸着材として一般に使用されるＹ型ゼオライト　（平均細孔径１．２ｎｍ）を使用した以外は、実施例１と同様にして、モノリス基材に１００部のＹ型ゼオライトが担持された燃料気化装置を構成した。
この燃料気化装置を用い、実施例１と同様にして、空燃比の排気ガスラインの径方向の分布と、円柱形排気ガス浄化用触媒の入口中央部における空燃比の経時変化を測定した。この結果を図２〜３に示す。
【００２４】
比較例２
燃料気化装置を使用せずに、実施例１と同様にして、空燃比の分布と空燃比の経時変化を測定した。この結果を図２〜３に示す。
【００２５】
図２〜３から次のことが分かる。
燃料気化装置を使用しない比較例２は、排気ガスラインの径方向に空燃比が不均一に分布し、しかしながら、空燃比の鋭い経時変化が得られる。この径方向の不均一な分布は、ＺＳＭ−５ゼオライト（平均細孔径０．５５ｎｍ）を担持した比較例１においては改良され、しかしながら、空燃比の経時変化は鈍く、リッチピークが低くなっている。
【００２６】
これに対し、ＦＳＭ−１６（平均細孔径２ｎｍ）を担持した実施例１は、径方向の不均一な分布が顕著に改良されるのみならず、空燃比の鋭い経時変化と高いリッチピークを得ることができる。
この理由は、比較例１の多孔材では、細孔径が燃料成分の大きさに近く、一旦吸着されると脱離が容易ではないが、実施例１の多孔材では、細孔径が適切な大きさであるため、一旦吸着が生じても吸着力が弱く、排気ガス雰囲気下の加熱により、燃料成分が容易に気化するためと考えられる。
【００２７】
【発明の効果】
排気ガス浄化用触媒に迅速で均一なリッチ雰囲気を形成する排気ガス浄化システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の排気ガス浄化システムを例示する概略図である。
【図２】排気ガス浄化用触媒入口のＡ／Ｆの分布を比較したグラフである。
【図３】Ａ／Ｆの経時変化を比較したグラフである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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