(57)【要約】【課題】  燃費を大幅に低下させることなく、始動再開時又は走行再開時のリッチ運転時に排ガス中のＮＯｘを即時に還元分解処理することができる排ガス浄化装置を提供する。【解決手段】  ケーシング１１の内部の排ガス流通方向上流側に、コージェライト製のハニカム型の担体に活性体を担持させた窒素酸化物吸蔵型還元触媒１２を配設し、排ガス流通方向下流側に、コージェライト製のハニカム型の担体に活性体を担持させたスリップ浄化触媒１３を配設し、上記触媒１２，１３の間に、当該触媒１２，１３の担体材料よりも単位体積当たりの熱容量の大きい材料（ＳｉＣやＳｉ3Ｎ4等）を用いたＰＭ除去フィルタ１４を配設して排ガス浄化装置１０を構成した。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気管に設けられたケーシングと、
前記ケーシングの内部に配設されて排ガス中の窒素酸化物を処理する窒素酸化物吸蔵型還元触媒と、
前記ケーシングの内部に配設されて排ガス中の粒状物質を捕集する粒状物質除去フィルタと
を備えると共に、
前記粒状物質除去フィルタの単位体積当たりの熱容量が、前記窒素酸化物吸蔵型還元触媒の単位体積当たりの熱容量よりも大きい
ことを特徴とする排ガス浄化装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記粒状物質除去フィルタが、前記窒素酸化物吸蔵型還元触媒の担体材料の熱容量よりも単位体積当たり１．５倍以上の熱容量を有する材料からなる
ことを特徴とする排ガス浄化装置。
【請求項３】
請求項２において、
前記窒素酸化物吸蔵型還元触媒の担体がコージェライトからなり、
前記粒状物質除去フィルタが炭化ケイ素又は窒化ケイ素からなる
ことを特徴とする排ガス浄化装置。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれかにおいて、
前記ケーシングの内部に配設されて排ガス中の未浄化成分を分解処理するスリップ浄化触媒を備えると共に、
前記粒状物質除去フィルタの単位体積当たりの熱容量が、前記スリップ浄化触媒の単位体積当たりの熱容量よりも大きい
ことを特徴とする排ガス浄化装置。
【請求項５】
請求項４において、
前記粒状物質除去フィルタが、前記スリップ浄化触媒の担体材料の熱容量よりも単位体積当たり１．５倍以上の熱容量を有する材料からなる
ことを特徴とする排ガス浄化装置。
【請求項６】
請求項５において、
前記スリップ浄化触媒の担体がコージェライトからなり、
前記粒状物質除去フィルタが炭化ケイ素又は窒化ケイ素からなる
ことを特徴とする排ガス浄化装置。
【請求項７】
請求項４から請求項６のいずれかにおいて、
前記窒素酸化物吸蔵型還元触媒が、前記ケーシング内の排ガス流通方向上流側に配設され、
前記スリップ浄化触媒が、前記ケーシング内の排ガス流通方向下流側に配設され、
前記粒状物質除去フィルタが、前記ケーシング内の前記窒素酸化物吸蔵型還元触媒と前記スリップ浄化触媒との間に配設されている
ことを特徴とする排ガス浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排ガス中の有害物質を除去する排ガス浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、ディーゼルエンジン車両の排ガス中の窒素酸化物（ＮＯｘ）や粒状物質（ＰＭ）を除去する従来の排ガス浄化装置の一例を図２に示す。
【０００３】
図２に示すように、ディーゼルエンジンの排気マニホールドに連結する排気管１０６の途中には、排ガス浄化装置１１０が設けられている。排ガス浄化装置１１０のケーシング１１１の内部の排ガス流通方向上流側には、コージェライト製のハニカム型の担体に活性体を担持させたフロースルータイプの窒素酸化物吸蔵型還元触媒１１２が配設されている。上記ケーシング１１１の内部の排ガス流通方向下流側には、コージェライト製のハニカム型の担体に活性体を担持させた三元触媒等のようなフロースルータイプのスリップ浄化触媒１１３が配設されている。上記ケーシング１１１の内部の上記触媒１１２，１１３の間には、コージェライト製のＰＭ除去フィルタ（ＤＰＦ）１１４が配設されている。
【０００４】
このような排ガス浄化装置１１０においては、ディーゼルエンジンが理論空燃比よりも大きい空燃比で運転（リーン運転）されている、すなわち、排ガス中の酸素量が多い場合には、排ガス中の窒素酸化物を窒素酸化物吸蔵型還元触媒１１２が吸蔵した後、排ガス中のＰＭをＤＰＦ１１４が捕集し、排ガス中の一酸化炭素（ＣＯ）や炭化水素（ＨＣ）等のスリップをスリップ浄化触媒１１３が分解処理することにより、排ガス中の有害物質を除去し、ディーゼルエンジンが理論空燃比以下の空燃比で運転（リッチ運転）されている、すなわち、排ガス中の酸素量が少ない場合には、前記窒素酸化物吸蔵型還元触媒１１２に吸蔵されている窒素酸化物及び排ガス中の窒素酸化物を当該触媒１１２が還元分解処理した後、排ガス中のＰＭをＤＰＦ１１４が捕集し、排ガス中のＣＯやＨＣ等のスリップをスリップ浄化触媒１１３が分解処理することにより、排ガス中の有害物質を除去するようになっている。
【０００５】
ところで、前記排ガス浄化装置１１０は、前記窒素酸化物吸蔵型還元触媒１１２がリッチ運転時において少なくとも２００℃以上に加熱されていないと、窒素酸化物還元分解処理の効率が大きく低下して、前記窒素酸化物吸蔵型還元触媒１１２が吸着保持している窒素酸化物を放出するだけになってしまい、排ガス中の有害物質の除去効率が大幅に低下してしまう。
【０００６】
このため、前記排ガス浄化装置１１０を搭載したディーゼルエンジン車両においては、例えば、走行運転後の停止状態又はアイドリング状態が所定時間以上継続すると、走行運転中の排ガスの熱エネルギにより２００℃以上に保持されていた前記窒素酸化物吸蔵型還元触媒１１２が次第に放熱して２００℃以下になってしまい、始動再開時又は走行再開時のリッチ運転時に排ガス中の窒素酸化物を還元分解処理することができなくなってしまうことから、例えば、燃料を過剰に使用してディーゼルエンジンからの排ガス温度を通常よりも高くすることにより前記窒素酸化物吸蔵型還元触媒１１２を２００℃以上に即時に加熱する排ガス昇温手段を備えるようにしている。
【０００７】
【特許文献１】特開平１１−２２３１２３号公報
【特許文献２】特開２００２−２９５２４３号公報
【非特許文献１】庄司  章、他４名，「ＮＯｘ，ＰＭの同時浄化システムの商用車用ディーゼルエンジンへの適用」，学術講演会前刷集，社団法人自動車技術会，2003年９月１７日，No.88-03，p.23-28（No.20035567）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、前述したような排ガス昇温手段により前記排ガス浄化装置１１０の前記窒素酸化物吸蔵型還元触媒１１２の加熱を頻繁に行うと、ディーゼルエンジン車両の燃費が大きく低下してしまうという問題があった。
【０００９】
このようなことから、本発明は、燃費を大幅に低下させることなく、始動再開時又は走行再開時のリッチ運転時に排ガス中の窒素酸化物を即時に還元分解処理することができる排ガス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】
【００１０】
前述した課題を解決するための、第一番目の発明に係る排ガス浄化装置は、排気管に設けられたケーシングと、前記ケーシングの内部に配設されて排ガス中の窒素酸化物を処理する窒素酸化物吸蔵型還元触媒と、前記ケーシングの内部に配設されて排ガス中の粒状物質を捕集する粒状物質除去フィルタとを備えると共に、前記粒状物質除去フィルタの単位体積当たりの熱容量が、前記窒素酸化物吸蔵型還元触媒の単位体積当たりの熱容量よりも大きいことを特徴とする。
【００１１】
第二番目の発明に係る排ガス浄化装置は、第一番目の発明において、前記粒状物質除去フィルタが、前記窒素酸化物吸蔵型還元触媒の担体材料の熱容量よりも単位体積当たり１．５倍以上の熱容量を有する材料からなることを特徴とする。
【００１２】
第三番目の発明に係る排ガス浄化装置は、第二番目の発明において、前記窒素酸化物吸蔵型還元触媒の担体がコージェライトからなり、前記粒状物質除去フィルタが炭化ケイ素又は窒化ケイ素からなることを特徴とする。
【００１３】
第四番目の発明に係る排ガス浄化装置は、第一番目から第三番目の発明のいずれかにおいて、前記ケーシングの内部に配設されて排ガス中の未浄化成分を分解処理するスリップ浄化触媒を備えると共に、前記粒状物質除去フィルタの単位体積当たりの熱容量が、前記スリップ浄化触媒の単位体積当たりの熱容量よりも大きいことを特徴とする。
【００１４】
第五番目の発明に係る排ガス浄化装置は、第四番目の発明において、前記粒状物質除去フィルタが、前記スリップ浄化触媒の担体材料の熱容量よりも単位体積当たり１．５倍以上の熱容量を有する材料からなることを特徴とする。
【００１５】
第六番目の発明に係る排ガス浄化装置は、第五番目の発明において、前記スリップ浄化触媒の担体がコージェライトからなり、前記粒状物質除去フィルタが炭化ケイ素又は窒化ケイ素からなることを特徴とする。
【００１６】
第七番目の発明に係る排ガス浄化装置は、第四番目から第六番目の発明のいずれかにおいて、前記窒素酸化物吸蔵型還元触媒が、前記ケーシング内の排ガス流通方向上流側に配設され、前記スリップ浄化触媒が、前記ケーシング内の排ガス流通方向下流側に配設され、前記粒状物質除去フィルタが、前記ケーシング内の前記窒素酸化物吸蔵型還元触媒と前記スリップ浄化触媒との間に配設されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
第一番目の発明に係る排ガス浄化装置によれば、粒状物質除去フィルタの単位体積当たりの熱容量が、窒素酸化物吸蔵型還元触媒の単位体積当たりの熱容量よりも大きいことから、窒素酸化物吸蔵型還元触媒よりも多くの熱エネルギを粒状物質除去フィルタが蓄積することができるので、排ガスによる加熱量が著しく小さくなっても、粒状物質除去フィルタが蓄積していた熱エネルギを放出して、窒素酸化物吸蔵型還元触媒を機能発現最低温度以上に従来よりも長期にわたって保持することができる。
【００１８】
このため、本排ガス浄化装置を搭載した車両においては、リッチ運転時の排ガス中の窒素酸化物を即時に還元分解処理可能な、車両の停止状態又はアイドリング状態から始動再開時又は走行再開時までの時間を、従来よりも大幅に延長することができるので、例えば、燃料を過剰に使用して排ガス温度を通常よりも高くして即時に還元分解処理できるようにする排ガス昇温手段の使用頻度を大幅に削減することができる。よって、燃費を大幅に低下させることなく、始動再開時又は走行再開時のリッチ運転時に排ガス中の窒素酸化物を即時に還元分解処理することができる。
【００１９】
第二番目の発明に係る排ガス浄化装置によれば、粒状物質除去フィルタが、窒素酸化物吸蔵型還元触媒の担体材料の熱容量よりも単位体積当たり１．５倍以上の熱容量を有する材料からなるので、第一番目の発明による効果を著しく発現することができる。
【００２０】
第三番目の発明に係る排ガス浄化装置によれば、窒素酸化物吸蔵型還元触媒の担体がコージェライトからなり、前記粒状物質除去フィルタが炭化ケイ素又は窒化ケイ素からなるので、上述した効果に加えて、十分な強度を発現することができる。
【００２１】
第四番目の発明に係る排ガス浄化装置によれば、粒状物質除去フィルタの単位体積当たりの熱容量が、スリップ浄化触媒の単位体積当たりの熱容量よりも大きいことから、スリップ浄化触媒よりも多くの熱エネルギを粒状物質除去フィルタが蓄積することができるので、排ガスによる加熱量が著しく小さくなっても、粒状物質除去フィルタが蓄積していた熱エネルギを放出して、スリップ浄化触媒を機能発現最低温度以上に従来よりも長期にわたって保持することができる。
【００２２】
第五番目の発明に係る排ガス浄化装置によれば、粒状物質除去フィルタが、前記スリップ浄化触媒の担体材料の熱容量よりも単位体積当たり１．５倍以上の熱容量を有する材料からなるので、第四番目の発明による効果を著しく発現することができる。
【００２３】
第六番目の発明に係る排ガス浄化装置によれば、スリップ浄化触媒の担体がコージェライトからなり、粒状物質除去フィルタが炭化ケイ素又は窒化ケイ素からなるので、上述した効果に加えて、十分な強度を発現することができる。
【００２４】
第七番目の発明に係る排ガス浄化装置によれば、窒素酸化物吸蔵型還元触媒が、ケーシング内の排ガス流通方向上流側に配設され、スリップ浄化触媒が、ケーシング内の排ガス流通方向下流側に配設され、粒状物質除去フィルタが、ケーシング内の窒素酸化物吸蔵型還元触媒とスリップ浄化触媒との間に配設されているので、粒状物質除去フィルタの放熱による上記両触媒の加熱を効率よく行いながら排ガス中の有害物質を確実に除去することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
本発明に係る排ガス浄化装置の実施形態を図１に基づいて説明する。図１は、排ガス浄化装置の概略構成図である。
【００２６】
図１に示すように、ディーゼルエンジン１００の吸気ポートに設けられた吸気マニホールド１０１には、吸気管１０２の基端が連結されている。吸気管１０２の基端側には、スロットルバルブ１０３が設けられている。吸気管１０２の先端側には、エアクリーナ１０４が設けられている。
【００２７】
ディーゼルエンジン１００の排気ポートに設けられた排気マニホールド１０５には、排気管１０６の基端及び排気還流管１０７の基端がそれぞれ連結されている。排気還流管１０７の先端は、前記吸気管１０２の、前記スロットルバルブ１０３よりも基端側に連結されている。排気還流管１０７の途中には、流量制御弁１０８が設けられている。
【００２８】
前記排気管１０６の途中には、本実施形態に係る排ガス浄化装置１０が設けられている。排ガス浄化装置１０のケーシング１１の内部の排ガス流通方向上流側には、コージェライト製のハニカム型の担体に活性体を担持させたフロースルータイプの窒素酸化物吸蔵型還元触媒１２が配設されている。ケーシング１１の内部の排ガス流通方向下流側には、コージェライト製のハニカム型の担体に活性体を担持させた三元触媒等のようなフロースルータイプのスリップ浄化触媒１３が配設されている。ケーシング１１の内部の上記触媒１２，１３の間には、当該触媒１２，１３の担体材料（コージェライト）よりも単位体積当たりの熱容量の大きい（好ましくは１．５倍以上）材料（例えば、炭化ケイ素（ＳｉＣ）や窒化ケイ素（Ｓｉ3Ｎ4）等）を用いたＰＭ除去フィルタ（ＤＰＦ）１４が配設されている。
【００２９】
このような本実施形態においては、ディーゼルエンジン１００が始動し、吸気管１０２からエアクリーナ１０４及びスロットルバルブ１０３を介して吸気マニホールド１０１に空気が供給されると、当該空気がディーゼルエンジン１００の吸気ポートから各シリンダ内に供給され、燃料と共に燃焼して排気ポートから排気マニホールド１０５に排出される。
【００３０】
ディーゼルエンジン１００から排気マニホールド１０５に排出された排ガスは、その一部が排気還流管１０７及び流量制御弁１０８を介して吸気マニホールド１０１に還流され、新たに取り込まれてきた空気と共にディーゼルエンジン１００の吸気ポートから各シリンダ内に供給されて再び燃焼される。
【００３１】
他方、還流しなかった残りの排ガスは、排気管１０６から前記排ガス浄化装置１０のケーシング１１内に流入し、前記窒素酸化物吸蔵型還元触媒１２、ＤＰＦ１４、スリップ浄化触媒１３を流通することにより浄化処理され、外部へ排出される。
【００３２】
具体的には、上記排ガス浄化装置１０は、ディーゼルエンジン１００が理論空燃比よりも大きい空燃比で運転（リーン運転）されている、すなわち、排ガス中の酸素量が多い場合には、排ガス中の窒素酸化物を窒素酸化物吸蔵型還元触媒１２が吸蔵した後、排ガス中のＰＭをＤＰＦ１４が捕集し、排ガス中のＣＯやＨＣ等の未浄化成分であるスリップをスリップ浄化触媒１３が酸化分解処理することにより、排ガス中の有害物質を除去し、ディーゼルエンジン１００が理論空燃比以下の空燃比で運転（リッチ運転）されている、すなわち、低速走行時や加速走行時等のような排ガス中の酸素量が少ない場合には、前記窒素酸化物吸蔵型還元触媒１２に吸蔵されている窒素酸化物及び排ガス中の窒素酸化物を当該触媒１２が還元分解処理した後、排ガス中のＰＭをＤＰＦ１４が捕集し、排ガス中のＣＯやＨＣ等の未浄化成分であるスリップをスリップ浄化触媒１３が酸化分解処理することにより、排ガス中の有害物質を除去するのである。
【００３３】
このようにして上記排ガス浄化装置１０がディーゼルエンジン１００からの排ガスを浄化するにあたって、ディーゼルエンジン１００からの排ガスの熱エネルギにより、当該排ガス浄化装置１０のケーシング１１の内部が当該排ガス中の有害物質を分解処理できる温度（２００℃以上）に保持されている。
【００３４】
このとき、前記ＤＰＦ１４は、前記触媒１２，１３の担体材料よりも単位体積当たりの熱容量が大きい材料からなるため（１．５倍以上）、当該触媒１２，１３よりも多くの熱エネルギを蓄積するようになる。
【００３５】
このため、上記排ガス浄化装置１０を搭載したディーゼルエンジン車両において、例えば、走行運転後に停止状態又はアイドリング状態となり、ディーゼルエンジン１００からの排ガスによる当該排ガス浄化装置１０の内部の加熱量が著しく小さくなっても、ＤＰＦ１４が蓄積していた熱エネルギを放出するので、前記触媒１２，１３は、従来よりも長期にわたって機能発現最低温度（例えば２００℃）以上に保持されるようになる。
【００３６】
これにより、排ガス浄化装置１０は、リッチ運転時の排ガス中の窒素酸化物を即時に還元分解処理可能な、ディーゼルエンジン車両の停止状態又はアイドリング状態から始動再開時又は走行再開時までの時間を、従来よりも大幅に延長することができるので、例えば、燃料を過剰に使用してディーゼルエンジン１０からの排ガス温度を通常よりも高くして即時に還元分解処理できるようにする排ガス昇温手段の使用頻度を大幅に削減することができる。
【００３７】
したがって、本実施形態に係る排ガス浄化装置１０によれば、燃費を大幅に低下させることなく、始動再開時又は走行再開時のリッチ運転時に排ガス中の窒素酸化物を即時に還元分解処理することができる。
【００３８】
また、ケーシング１１内の窒素酸化物吸蔵型還元触媒１２とスリップ浄化触媒１３との間に上記ＤＰＦ１４を配設するようにしたので、当該ＤＰＦ１４の蓄熱エネルギを窒素酸化物吸蔵型還元触媒１２とスリップ浄化触媒１３との両方に効率よく与えることができ、窒素酸化物吸蔵型還元触媒１２による窒素酸化物の即時還元分解処理を可能とするだけでなく、スリップ浄化触媒１３によるＣＯ及びＨＣ等の未浄化成分であるスリップの即時酸化分解処理も同時に可能とすることができる。
【００３９】
なお、本実施形態では、ＳｉＣやＳｉ3Ｎ4からなるＤＰＦ１４を適用したが、本発明はこれに限らず、窒素酸化物吸蔵型還元触媒やスリップ浄化触媒の担体材料よりも単位体積当たりの熱容量が大きい材料からなるＤＰＦであれば、本実施形態の場合と同様な効果を得ることができ、特に、窒素酸化物吸蔵型還元触媒やスリップ浄化触媒の担体材料よりも単位体積当たりの熱容量が１.５倍以上の材料からなるＤＰＦであると、その効果が著しく大きくなるので好ましく、さらに、本実施形態のＳｉＣやＳｉ3Ｎ4等のように窒素酸化物吸蔵型還元触媒１２やスリップ浄化触媒１３の担体材料（コージェライト）よりも単位体積当たりの熱容量が１．５倍以上の熱容量（約１．６６倍）を有する焼結セラミックス材料からなるＤＰＦ１４であると、強度的にも好ましい結果を得ることができるので、非常に好適である。
【００４０】
また、本実施形態では、ケーシング１１に窒素酸化物吸蔵型還元触媒１２、スリップ浄化触媒１３、ＤＰＦ１４を内装した排ガス浄化装置１０の場合について説明したが、本発明はこれに限らず、スリップ浄化触媒を省略して、ケーシングに窒素酸化物吸蔵型還元触媒及びＤＰＦのみを内装した排ガス浄化装置の場合であっても、本実施形態の場合と同様な効果を得ることができる。なお、このときには、ケーシングの内部の排ガス流通方向上流側にＤＰＦを配設し、排ガス流通方向下流側に窒素酸化物吸蔵型還元触媒を配設することも可能である。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
本発明に係る排ガス浄化装置は、例えば、ディーゼルエンジン車両に搭載すると、燃費の大幅な低下を抑制しながら排ガス中の有害物質を除去することができるので、産業上、極めて有益に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明に係る排ガス浄化装置の実施形態の概略構成図である。
【図２】従来の排ガス浄化装置の一例の概略構成図である。
【符号の説明】
【００４３】
１０  排ガス浄化装置
１１  ケーシング
１２  窒素酸化物吸蔵型還元触媒
１３  スリップ浄化触媒
１４  ＰＭ除去フィルタ（ＤＰＦ）
１００  ディーゼルエンジン
１０１  吸気マニホールド
１０２  吸気管
１０３  スロットルバルブ
１０４  エアクリーナ
１０５  排気マニホールド
１０６  排気管
１０７  排気還流管
１０８  流量制御弁
【図１】
2005273546.tif 000003
【図２】
2005273546.tif 000004