(57)【要約】【課題】触媒再生型のパティキュレートフィルタの前段に酸化触媒を装備した排気浄化装置における実施コストを低減する。【解決手段】ディーゼルエンジン１（内燃機関）からの排気ガス９が流通する排気管１１の途中にフィルタケース１２を介装し、該フィルタケース１２内の前段にフロースルー型の酸化触媒１４を収容し且つその後段に触媒再生型のパティキュレートフィルタ１３を収容した排気浄化装置に関し、後段のパティキュレートフィルタ１３に担持せしめる触媒原料の単位体積当たりの貴金属量を、前段の酸化触媒１４に担持せしめる触媒原料の単位体積当たりの貴金属量よりも少なくする。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関からの排気ガスが流通する排気管の途中にフィルタケースを介装し、該フィルタケース内の前段にフロースルー型の酸化触媒を収容し且つその後段に触媒再生型のパティキュレートフィルタを収容した排気浄化装置において、後段のパティキュレートフィルタに担持せしめる触媒原料の単位体積当たりの貴金属量を、前段の酸化触媒に担持せしめる触媒原料の単位体積当たりの貴金属量よりも少なくしたことを特徴とする排気浄化装置。
【請求項２】
酸化触媒より上流側で排気ガス中に燃料を添加する燃料添加手段を備え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】
内燃機関の各気筒に燃料を噴射する燃料噴射装置を燃料添加手段として採用し、気筒内への燃料噴射を制御して排気ガス中に未燃燃料分を多く残すことで燃料添加を実行するように構成した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。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、排気浄化装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
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、炭素質から成る煤と、高沸点炭化水素成分から成る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成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為、例えばアルミナに白金を担持させたものに適宜な量のセリウム等の希土類元素を添加して成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】
ただし、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り、パティキュレートの堆積量が増加してきた段階でパティキュレートフィルタより上流側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の強制再生を行うことが考えられている。
【０００７】
つまり、パティキュレートフィルタより上流側でポスト噴射等により燃料を添加すれば、その添加された燃料により発生したＨＣガスがパティキュレートフィルタの酸化触媒上で酸化反応し、その反応熱により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】
尚、この種のパティキュレートフィルタの強制再生を図る方法に関しては、未公開の先行出願である下記の特許文献１や特許文献２にもとりあげられている。
【０００９】
【特許文献１】
特願２００１−３５５０６１号
【特許文献２】
特願２００２−２０３７４号
【００１０】
また、特に捕集済みパティキュレートの酸化反応を支援する目的で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備えた排気浄化装置では、パティキュレートフィルタの前段の酸化触媒にてＨＣガスが酸化反応して反応熱を生じ、その反応熱で昇温した排気ガスがパティキュレートフィルタへと導入されることになるので、より低い排気温度からパティキュレートフィルタの強制再生を実現することが可能となる。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来においては、後段のパティキュレートフィルタに担持せしめる酸化触媒と、前段のフロースルー型の酸化触媒とを同じ触媒原料で製造するのが通常であったため、両方に担持させるべき触媒原料に白金等の貴金属が多量に必要となり、実施コストが高騰してしまうという問題があった。
【００１２】
本発明は、上述の実情に鑑みてなされたものであり、触媒再生型のパティキュレートフィルタの前段に酸化触媒を装備した排気浄化装置における実施コストを低減することを目的としている。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明は、内燃機関からの排気ガスが流通する排気管の途中にフィルタケースを介装し、該フィルタケース内の前段にフロースルー型の酸化触媒を収容し且つその後段に触媒再生型のパティキュレートフィルタを収容した排気浄化装置において、後段のパティキュレートフィルタに担持せしめる触媒原料の単位体積当たりの貴金属量を、前段の酸化触媒に担持せしめる触媒原料の単位体積当たりの貴金属量よりも少なくしたことを特徴とするものである。
【００１４】
而して、このようにすれば、前段の酸化触媒に担持せしめる触媒原料と同じ触媒原料を後段のパティキュレートフィルタに担持させていた従来方式と比較して、後段のパティキュレートフィルタに担持せしめる触媒原料に要するコストが安価なものとなり、触媒再生型のパティキュレートフィルタの前段に酸化触媒を装備した排気浄化装置における実施コストが従来より大幅に低減されることになる。
【００１５】
他方、前段の酸化触媒に担持せしめる触媒原料と同じ触媒原料を後段のパティキュレートフィルタに担持させなくても、該パティキュレートフィルタを支障なく再生し得ることに関しては、本発明者らによる鋭意研究を経て確認された事項となっている。
【００１６】
即ち、触媒再生型のパティキュレートフィルタの前段に酸化触媒が装備されている場合には、前段の酸化触媒での酸化反応により生じた反応熱で昇温した排気ガスがパティキュレートフィルタへ導入され、この昇温した排気ガスの導入によりパティキュレートフィルタの触媒床温度が前方部分から後方部分にかけて高温化されてパティキュレートの酸化処理が全域で良好に促進されることになる。
【００１７】
このため、後段のパティキュレートフィルタにおいては、全域で行われるパティキュレートの酸化処理に伴う反応熱で自身の触媒床温度が安定して高温維持されることになり、後段のパティキュレートフィルタに担持せしめる単位体積当たりの貴金属量を前段の酸化触媒側より少なくしても、捕集したパティキュレートを支障なく燃やし尽くしてパティキュレートフィルタの良好な再生化を図ることが可能となるのである。
【００１８】
また、本発明においては、酸化触媒より上流側で排気ガス中に燃料を添加する燃料添加手段を備えたものに適用することが好ましく、更には、その燃料添加手段として内燃機関の各気筒に燃料を噴射する燃料噴射装置を採用し、気筒内への燃料噴射を制御して排気ガス中に未燃燃料分を多く残すことで燃料添加を実行するように構成しても良い。
【００１９】
【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。
【００２０】
図１〜図３は本発明を実施する形態の一例を示すもので、図１中における１はターボチャージャ２を装備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（図１では直列６気筒の場合を例示している）に分配されるようになっている。
【００２１】
更に、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１１を介し車外へ排出されるようにしてある。
【００２２】
そして、この排気管１１の途中には、フィルタケース１２が介装されており、該フィルタケース１２内における後段には、酸化触媒を一体的に担持して成る触媒再生型のパティキュレートフィルタ１３が収容されており、その構造を図２により模式的に示す如く、このパティキュレートフィルタ１３は、セラミックから成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１３ａ（セル）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１３ａ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１３ａを区画する多孔質薄壁１３ｂを透過した排気ガス９のみが下流側へ排出されるようにしてある。
【００２３】
また、フィルタケース１２内におけるパティキュレートフィルタ１３の直前位置には、図３に拡大して示す如きハニカム構造を有するフロースルー型の酸化触媒１４が収容されており、この酸化触媒１４には、前後方向に開通する多数の流路１４ａ（セル）がセル壁１４ｂにより画定されている。
【００２４】
そして、後段のパティキュレートフィルタ１３に担持せしめる触媒原料の単位体積当たりの貴金属量Ｘ［ｇ／Ｌ］は、前段の酸化触媒１４に担持せしめる触媒原料の単位体積当たりの貴金属量Ｙ［ｇ／Ｌ］よりも少なくしてある。
【００２５】
ここで、前段の酸化触媒１４に担持せしめる触媒原料の単位体積当たりの貴金属量Ｙ［ｇ／Ｌ］は、添加燃料により生じるＨＣガスを目標温度で支障なく酸化反応させ得るように適切に設定される一方、後段のパティキュレートフィルタ１３に担持せしめる触媒原料の単位体積当たりの貴金属量Ｘ［ｇ／Ｌ］は、後述する支障のない再生化が確保できる範囲内で前記貴金属量Ｙ［ｇ／Ｌ］より極力少なくなるように設定されることになる。
【００２６】
また、ここに図示している例においては、エンジン制御コンピュータ（ＥＣＵ：Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ）を成す制御装置１５に、アクセル開度をディーゼルエンジン１の負荷として検出するアクセルセンサ１６（負荷センサ）からのアクセル開度信号１６ａと、ディーゼルエンジン１の機関回転数を検出する回転センサ１７からの回転数信号１７ａとが入力されるようになっており、これらのアクセル開度信号１６ａ及び回転数信号１７ａに基づき、ディーゼルエンジン１の各気筒８に燃料を噴射する燃料噴射装置１８に向け燃料噴射信号１８ａが出力されるようになっている。
【００２７】
ここで、前記燃料噴射装置１８は、各気筒８毎に装備される複数のインジェクタ１９により構成されており、これら各インジェクタ１９の電磁弁が前記燃料噴射信号１８ａにより適宜に開弁制御されて燃料の噴射タイミング（開弁時期）及び噴射量（開弁時間）が適切に制御されるようになっている。
【００２８】
他方、前記制御装置１５では、アクセル開度信号１６ａ及び回転数信号１７ａに基づき通常モードの燃料噴射信号１８ａが決定されるようになっている一方、パティキュレートフィルタ１３の再生制御を行う必要が生じた際に、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）でポスト噴射を行うような燃料噴射信号１８ａが決定されるようになっている。
【００２９】
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９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ＨＣガスがパティキュレートフィルタ１３表面の酸化触媒上で酸化反応し、その反応熱により触媒床温度が上昇してパティキュレートフィルタ１３内のパティキュレートが燃焼除去されることになる。
【００３０】
而して、パティキュレートフィルタ１３の再生制御を行う必要が生じた際に、制御装置１５にて再生モードが選択されて、制御装置１５により燃料の噴射パターンが通常モードから再生モードに切り替えられ、メイン噴射に続き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噴射パターンが採用される結果、該ポスト噴射により排気ガス９中に未燃のまま添加された燃料が熱分解により高濃度のＨＣガスとなって酸化触媒１４で酸化反応することにより反応熱を生じ、この反応熱により酸化触媒１４を通過する排気ガス９が大幅に昇温され、この酸化触媒１４を経て昇温した排気ガス９がパティキュレートフィルタ１３に導入されることにより該パティキュレートフィルタ１３の全域が高温化され、これによりパティキュレートが良好に燃焼除去されてパティキュレートフィルタ１３の再生が図られることになる。
【００３１】
ここで、補足して説明しておくと、もし仮にパティキュレートフィルタ１３の前段に酸化触媒１４が配置されていなかった場合には、燃料添加により生成された高濃度のＨＣガスがパティキュレートフィルタ１３の触媒表面で酸化反応することになるが、このような形式での実質的な酸化反応はパティキュレートフィルタ１３の後方部分に偏りがちであり、パティキュレートフィルタ１３の後方部分ばかりが高温化して前方部分にパティキュレートの燃え残りが生じ易くなってしまう。
【００３２】
これに対し、パティキュレートフィルタ１３の前段に酸化触媒１４を配置しておけば、該酸化触媒１４中における酸化反応が後方部分に偏ってしまっても、そこを通過した排気ガス９の温度さえ高くできれば、該排気ガス９の導入によりパティキュレートフィルタ１３を前方部分から後方部分にかけての全域に亘り高温化することが可能となるのである。
【００３３】
そして、このようにパティキュレートフィルタ１３の全域が高温化してパティキュレートの酸化処理が全域で良好に促進されると、その酸化処理に伴う反応熱でパティキュレートフィルタ１３自身の触媒床温度が安定して高温維持されることになり、この結果、後段のパティキュレートフィルタ１３に担持せしめる単位体積当たりの貴金属量Ｘ［ｇ／Ｌ］を、前段の酸化触媒１４に担持せしめる単位体積当たりの貴金属量Ｙ［ｇ／Ｌ］よりも少なくしても、捕集したパティキュレートを支障なく燃やし尽くしてパティキュレートフィルタ１３の良好な再生化を図ることが可能となる。
【００３４】
従って、上記形態例によれば、前段の酸化触媒１４に担持せしめる触媒原料と同じ触媒原料を後段のパティキュレートフィルタ１３に担持させていた従来方式と比較して、後段のパティキュレートフィルタ１３に担持せしめる触媒原料に要するコストが安価なものとなり、触媒再生型のパティキュレートフィルタ１３の前段に酸化触媒１４を装備した排気浄化装置における実施コストを従来より著しく低減することができる。
【００３５】
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、先の形態例においては、燃料添加手段として燃料噴射装置を採用し、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ようにしているが、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く、更には、このように気筒内への燃料噴射を制御して排気ガス中に未燃燃料分を多く残すことにより燃料添加を行う手段だけでなく、排気管の適宜位置（排気マニホールドでも可）に燃料添加手段としてインジェクタを貫通装着し、このインジェクタにより排気ガス中に燃料を直噴して添加するようにしても良いこと、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。
【００３６】
【発明の効果】
上記した本発明の排気浄化装置によれば、前段の酸化触媒に担持せしめる触媒原料と同じ触媒原料を後段のパティキュレートフィルタに担持させていた従来方式と比較して、後段のパティキュレートフィルタに担持せしめる触媒原料に要するコストが安価なものとなり、触媒再生型のパティキュレートフィルタの前段に酸化触媒を装備した排気浄化装置における実施コストを従来より著しく低減することができるという優れた効果を奏し得る。
【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】図１のパティキュレートフィルタの構造を模式的に示す断面図である。
【図３】図１の酸化触媒の構造を一部を切り欠いて示す斜視図である。
【符号の説明】
１    ディーゼルエンジン（内燃機関）
８    気筒
９    排気ガス
１２    フィルタケース
１３    パティキュレートフィルタ
１４    酸化触媒
１８    燃料噴射装置（燃料添加手段）
【図１】
2004239073.tif 000003
【図２】
2004239073.tif 000004
【図３】
2004239073.tif 000005