(57)【要約】【課題】  触媒の十分な燃料燃焼性能を確保できる触媒装置やそれを備えた排気ガス浄化装置を提供する。【解決手段】  この排気ガス浄化装置１は、エンジン２の排気通路Ｒに、排気通路を流れる排気ガス中のパティキュレートを捕集するフィルタ２２と、フィルタ２２の上流側に酸化媒触２１を配設するとともに、酸化触媒２１よりも上流側の排気通路Ｒ内に燃料を供給する供給装置３０を設けている。酸化触媒２１の特性のとしては、パラジウム（Ｐｄ）を主成分とする触媒が触媒担持体２１１に担持されている。この触媒としては、パラジウム（Ｐｄ）と白金（Ｐｔ）とを混合させたものでも良く、その担持割合は０．７５＜Ｐｄ／（Ｐｔ＋Ｐｄ）≦１、好ましくは０．７５＜Ｐｄ／（Ｐｔ＋Ｐｄ）＜０．９５とする。【選択図】  図１
2005291061.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路を流れる排気ガス中のパティキュレートを捕集するフィルタの上流側に配置され、前記排気通路内及び／または前記内燃機関の気筒内に供給される燃料と反応して発熱する触媒を触媒担持体に担持した触媒装置であって、
前記触媒担持体に担持する触媒がパラジウム（Ｐｄ）を主成分とする触媒であることを特徴とする触媒装置。
【請求項２】
請求項１記載の触媒装置において、
前記触媒成分として白金（Ｐｔ）を有し、ＰｄとＰtの担持割合が０．７５＜Ｐｄ／（Ｐｔ＋Ｐｄ）≦１であることを特徴とする触媒装置。
【請求項３】
請求項１記載の触媒装置において、
前記触媒成分として白金（Ｐｔ）を有し、ＰｄとＰtの担持割合が０．７５＜Ｐｄ／（Ｐｔ＋Ｐｄ）＜０．９５であることを特徴とする触媒装置。
【請求項４】
内燃機関の排気通路に設けられ、前記排気通路を流れる排気ガス中のパティキュレートを捕集するフィルタと、前記フィルタの上流側に配置される触媒装置と、前記触媒装置よりも上流側の排気通路内及び／または前記内燃機関の気筒内に燃料を供給する供給装置とを備えた排気ガス浄化装置において、
前記触媒装置として、請求項１ないし３の何れかに記載の触媒装置を有することを特徴とする排気ガス浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ディーゼルエンジンから排出される排気ガスの浄化する触媒装置と、これを備えた排気ガス浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関であるディーゼルエンジンの排ガス通路上には排ガス中に混入されているカーボン微粒子等を核とするパティキュレートを大気中に放出することなく捕集するためにパティキュレートフィルタ（以下「ＤＰＦ」と記す）が装着されている。ＤＰＦはパティキュレート捕集量が増加すると、目詰まりや排気圧が上昇するため、定期的にパティキュレートを焼却してＤＰＦを再生する必要がある。これを強制再生と呼ぶ。  
強制再生が必要なフィルタ装置においては、ＤＰＦよりも排気ガス通路上流側に触媒装置として酸化触媒を配備している。酸化触媒は、ＤＰＦを所定温度以上に加熱するためのもので、軽油などのハイドロカーボーンを含有する添加剤を一定の温度以上の排気ガス中に添加されることで燃焼して発熱し、熱と酸素を利用してＤＰＦを加熱して捕集されている物質を燃焼させてＤＰＦの再生を行っている。  
酸化触媒では、下記（１）式の反応を促進させることで熱と二酸化炭素ＣＯ２を生成する。
【０００３】
燃料（ＨＣ）＋Ｏ２  →  ＣＯ２＋Ｈ２Ｏ＋熱・・・（１）
ＤＰＦでは、再生時フィルタに捕集済みのパティキュレートＰＭ（カーボン粒子）と下記（２）式で示す反応を促進させることでパティキュレートフィルタを再生している。
【０００４】
ＰＭ＋Ｏ２    →  ＣＯＸ                ・・・（２）
このように、パティキュレートフィルタの排気上流に酸化触媒を配置して、噴射された燃料をこの酸化触媒で酸化燃焼させてフィルタの再生を行う構成が特許文献１に記載されている。
【０００５】
【特許文献１】特開平９−１３９４６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１は、フィルタ上流に加熱装置としての酸化触媒を備えているが、酸化触媒に供給された燃料の燃焼効率を考慮していないため、排気温度の上昇による燃費の悪化が増大するおそれがある。  
本発明は、触媒に供給された燃料の燃焼性能を確保できる触媒装置やそれを備えた排気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】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明にかかる、内燃機関の排気通路を流れる排気ガス中のパティキュレートを捕集するフィルタの上流側に配置され、排気通路内及び／または内燃機関の気筒内に供給される燃料と反応して発熱する触媒を触媒担持体に担持した触媒装置は、触媒担持体に担持する触媒をパラジウム（Ｐｄ）を主成分とする触媒としたことを特徴としている。
【０００８】
触媒成分としては、パラジウム（Ｐｄ）単体でも良いが、白金（Ｐｔ）を混合させて担持させると、混合担持割合によっては、パラジウム単体の場合よりも排気ガス浄化性能が向上する。ＰｄとＰtの担持割合としては０．７５＜Ｐｄ／（Ｐｔ＋Ｐｄ）≦１が好ましく、０．７５＜Ｐｄ／（Ｐｔ＋Ｐｄ）＜０．９５であるとより好ましい。
【０００９】
本発明は、内燃機関の排気通路に設けられ、排気通路を流れる排気ガス中のパティキュレートを捕集するフィルタと、フィルタの上流側に配置される触媒装置と、触媒装置よりも上流側の排気通路内及び／または前記内燃機関の気筒内に供給される燃料を供給する供給装置とを備えた排気ガス浄化装置において、触媒装置としてパラジウム（Ｐｄ）を主成分とする触媒またはパラジウム（Ｐｄ）と白金（Ｐｔ）とを混合させ、その混合割合が０．７５＜Ｐｄ／（Ｐｔ＋Ｐｄ）＜１が好ましく、０．７５＜Ｐｄ／（Ｐｔ＋Ｐｄ）＜０．９５としたみのを用いることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、触媒装置にパラジウム（Ｐｄ）を主成分とする触媒を用いると、パラジウムには、添加剤となる燃料（ＨＣ）中から水素（Ｈ）を引き離す機能と、酸素Ｏ２を蓄える機能があるので、燃料が活性化するとともに燃焼時に多くの酸素を使用でき、燃料の燃焼効率が向上する。このため、強制再生時の燃費の悪化を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
図１は、本発明の一実施形態としての排気ガス浄化装置１を示す。排気ガス浄化装置１は、内燃機関としてのディーゼルエンジン（以後単にエンジンと記す）２から排出される排気ガスを浄化するものである。排気ガス浄化装置１は、排気通路Ｒに設けられ、この排気通路Ｒを流れる排気ガス中のパティキュレートを捕集するフィルタ（以下「ＤＰＦ」と記す）２２と、ＤＰＦ２２の上流側に配置される触媒装置としての酸化触媒２１と、酸化触媒２１よりも上流側の排気通路内に炭化水素（ＨＣ）を含む燃料を供給する供給装置として噴射ノズル３０とを備えている。
【００１２】
排気通路Ｒは、エンジン２の燃焼室３に連通する排気マニホールド４と、排気マニホールド４と接続された排気管５とから構成されている。エンジン２は直列４気筒エンジンであり、各気筒にはインジェクタ８が設けられている。各インジェクタ８にはこれに燃料を供給する燃料供給部９と、各インジェクタ８により各燃焼室３に燃料噴射を行う燃料噴射部１１を備え、これらはエンジンＥＣＵ１２により駆動制御される。
【００１３】
燃料供給部９は、エンジン２により駆動される高圧燃料ポンプ１３の高圧燃料をエンジンＥＣＵ１２内の燃圧制御部１２１で制御される燃圧調整部１４で定圧化した上でコモンレール１５に導き、コモンレール１５より分岐して延出する燃料管路１６を介して各インジェクタ８に供給する。インジェクタ８が備える電磁バルブ１７は噴射制御部１２２と接続されている。
【００１４】
エンジンＥＣＵ１２は、車速Ｖｃを検出する車速センサ７と、エンジン２のアクセルペダル開度θａを検出するアクセルペダル開度センサ２４と、クランク角情報Δθを検出するクランク角センサ２５と、排気温度ｇｔを検出する排気温度センサ２６と、水温ｗｔを検出する水温センサ２７と、大気圧ｐａを出力する大気圧センサ２８とが接続されている。クランク角情報ΔθはエンジンＥＣＵ１２においてエンジン回転数Ｎｅの導出に用いられると共に燃料噴射時期制御に使用される。
【００１５】
エンジンＥＣＵ１２は燃圧制御部１２１、噴射制御部１２２を備えている。噴射制御部１２２は、エンジン回転数Ｎｅとアクセルペダル踏込量ａに応じた基本燃料噴射量を求め、運転条件に応じた、例えば水温ｗｔや大気圧ｐａ、車速情報Ｖｃの各補正値を加えて燃料噴射量を導出する。噴射時期は、周知の基本進角値に運転条件に応じた補正を加えて導出される。その上で、演算された噴射時期及び燃料噴射量相当の出力信号を図示しないインジェクタドライバにセットし、燃料噴射部１１の電磁バルブ１７に出力し、インジェクタ８の燃料噴射を制御する。
【００１６】
酸化触媒２１とＤＰＦ２２は、排気管５上に、金属筒状のケーシング１８内に、嵩高形状の金属網状体からなる支持部材１９を介して酸化触媒２１、ＤＰＦ２２の順で直列上に配置されて収納されている。酸化触媒２１は、触媒担持体２１１に触媒が担持されている。触媒担持体２１１は、セラミック製で断面がハニカム構造を成すモノリス型であり、その両端部が開口された多数の排ガス通路ｒ１が内部に形成されている。触媒成分は、この多数の排ガス通路ｒ１の通路対向壁面に担持されている。
【００１７】
本形態では、触媒成分としてパラジウム（Ｐｄ）を主成分とする触媒が付着されている。すなわち、本形態で用いる触媒は、その触媒成分としてパラジウム（Ｐｄ）と白金（Ｐｔ）とを混合させたものであり、パラジウム（Ｐｄ）と白金（Ｐｔ）の担持割合を、所定の担持割合としている。パラジウム（Ｐｄ）には、燃料（ＨＣ）中から水素（Ｈ）を引き離す機能と、酸素Ｏ２を蓄える機能がある。また、触媒成分としての白金（Ｐｔ）には、排気ガス浄化性能に優れる特徴がある。
【００１８】
ＤＰＦ２２は、例えば、Ｍｇ，Ａｌ，Ｓｉを主成分とするコージェライトなどのセラミックから成り、多数の排ガス通路ｒ２を排気通路Ｒの方向に向けて並列状に積層してなるハニカム構造体として形成されている。ここで互いに隣り合う各排ガス通路ｒ２は交互に排気路Ｒ上流側と下流側のいずれか一方がシール部２３で閉鎖されるように形成される。
【００１９】
噴射ノズル３０は、酸化触媒２１よりも上流側の排気管５に装着されていて、図示しない燃料貯留部と配管３２を介して連結されている。配管３２には、噴射ノズル３０への燃料供給を制御する電磁バルブ３１が設けられている。この電磁バルブ３１は、エンジンＥＣＵ１２と接続されていて、噴射制御部１２３によってその開閉が制御される。噴射制御部１２３は、捕集量が所定値を超え、排気温度が所定温度以上であると、再生動作をすべく、電磁バルブ３１を開弁して噴射ノズル３０から燃料を噴射するように構成されている。排気管５内への燃料供給量は、ＤＰＦ２２への排気温度が６００℃以上になるように噴射量が規定されている。
【００２０】
次に、排気ガス浄化装置の動作と浄化機能について説明する。エンジン２が始動して排気工程となると、燃焼室３から排気ガスが排出される。この排気ガスは、排気流路Ｒ、酸化触媒２１を経てＤＰＦ２２へと流入する。流入した排ガスは各排ガス通路ｒ２−１の通路対向壁ｂを透過して排気通路Ｒ下流側に出口を形成された各排ガス通路ｒ２−２に達して排出され、その際、排ガス中よりパティキュレート（ＰＭ）を濾過して捕集する。このようにして浄化された排気ガスは、大気中へと排出される。排気ガスが通過することで、酸化触媒２１及びＤＰＦ２２は、それぞれ加熱されて触媒活性温度へと引き上げられる。なお、捕集量が所定値を超えた状態で、排気温度が触媒活性温度以下の場合、エンジン２の燃焼制御により排気温度の上昇を行ってもよい。
【００２１】
ＤＰＦ２２でのパティキュレート（ＰＭ）捕集量が所定値を超え、排気温度センサ２６からの排気温度ｇｔが所定温度以上であると、噴射制御部１２３は、電磁バルブ３１を駆動して噴射ノズル３０から酸化触媒２１へ向かう排気ガス中に燃料を噴霧状に噴射する。
燃料（ＨＣ）が噴射されると、酸化触媒２１では、（３）式（４）式のような反応が起こる。
【００２２】
燃料（ＨｎＣｍ）  →  ＨａＣｍ＋Ｏ２  →  ＣＯ２・・・（３）
Ｐｄ              Ｐｄ        ｎ＞ａ
２Ｈ＋１／２Ｏ２  →    Ｈ２Ｏ                ・・・（４）
すなわち、パラジウム（Ｐｄ）触媒は、燃料（ＨＣ）から水素（Ｈ）を引き話す作用があるので、燃料（ＨＣ）を活性化して、燃焼の燃焼をより効果的に進行させる。パラジウム（Ｐｄ）触媒は、図２に示すように、酸素Ｏ２を蓄え、必要に応じて放出する酸素ストレージ機能があるため、大量の燃料供給により触媒上が酸素不足となっても、触媒が担持している酸素Ｏ２酸が燃焼に使用されるので、酸化触媒２１で効率的な燃焼が実施される。このような効率的な燃焼か酸化触媒２１で実行されることで、ＤＰＦ２２での燃焼も効率的に行える。
【００２３】
また、本形態では、酸化触媒２１の触媒として適量の白金（Ｐｔ）をパラジウム（Ｐｄ）に混合させると、（５）式，（６）式の反応が起こる。
【００２４】
ＣＯ＋１／２Ｏ２    →  ＣＯ２              ・・・（５）
Ｐｔ
ガス状のＨＣ  →  ＣＯ２＋Ｈ２Ｏ            ・・・（６）
Ｐｔ
すなわち、白金（Ｐｔ）をパラジウム（Ｐｄ）に混合させることで、排気ガスの一酸化炭素（ＣＯ）と、ＨＣが、それぞれ白金（Ｐｔ）の機能により二酸化炭素（ＣＯ２）と水（Ｈ２Ｏ）とに酸化される。
【００２５】
図３は、白金（Ｐｔ）をパラジウム（Ｐｄ）の混合割合の違いよる燃料燃焼性能を示す図であり、図４は、白金（Ｐｔ）をパラジウム（Ｐｄ）の混合割合の違いよるＨＣとＣＯの酸化性能を示す図である。
【００２６】
図３，図４は排気ガス浄化装置１を用いた試験データであって、触媒の混合割合以外は全て同一の条件で測定したものである。図３において、○印は排気温度が２５０℃の場合の浄化効率、◇印は排気温度が２７５℃の場合の浄化効率をそれぞれ示す。図３から排気温度２５０℃の場合、パラジウム（Ｐｄ）と白金（Ｐｔ）との混合割合（担持割合）が０．７５＜Ｐｄ／（Ｐｔ＋Ｐｄ）≦１の範囲で良好な値を示している。
【００２７】
図４において、○印はＨＣの浄化温度を示し、◇印はＣＯの浄化温度をそれぞれ示す。図からＨＣ及びＣＯの酸化性能は、パラジウム（Ｐｄ）と白金（Ｐｔ）との混合割合（担持割合）は、０．２５＜Ｐｄ／（Ｐｔ＋Ｐｄ）＜０．９５の範囲で良好な値を示している。
【００２８】
このため、排気温度が２５０℃の場合の燃料燃焼性能に重きをおいた場合、パラジウム（Ｐｄ）と白金（Ｐｔ）との混合割合（担持割合）は０．７５＜Ｐｄ／（Ｐｔ＋Ｐｄ）≦１の範囲が好ましい。また、ＨＣとＣＯの酸化性能をも考慮すると、パラジウム（Ｐｄ）と白金（Ｐｔ）との混合割合（担持割合）は０．７５＜Ｐｄ／（Ｐｔ＋Ｐｄ）＜０．９５の範囲が好ましいといえる。
【００２９】
このように、酸化触媒２１の触媒としてパラジウム（Ｐｄ）を主成分とすることで、排気ガス中に添加する燃料（ＨＣ）中から水素（Ｈ）が引き離されて活性化されるとともに、パラジウム（Ｐｄ）が蓄えた酸素が酸化触媒２１での燃焼に使用されるため、白金触媒を主成分とする酸化触媒と比べて、燃料の燃焼効率が向上する。このため、排気ガス温度を上昇させるために、燃焼室３への燃料噴射量の増大制御の必要もなく、排気ガス昇温のための燃費悪化を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の一実施形態としての排気ガス浄化装置と触媒装置の概略構成図である。
【図２】パラジウム（Ｐｄ）の特性を説明するための模式図である。
【図３】パラジウム（Ｐｄ）と白金（Ｐｔ）の担持割合の違いによる燃料燃焼特性を示す図である。
【図４】パラジウム（Ｐｄ）と白金（Ｐｔ）の担持割合の違いによるＨＣ及びＣＯの酸化性能を示す図である。
【符号の説明】
【００３１】
１    排気ガス浄化装置
２    内燃機関
２１    触媒装置
２２    フィルタ
２１１    触媒担持体
Ｒ    排気通路
ＰＭ  パティキュレート
Ｐｄ    パラジウム
Ｐｔ    白金
【図１】
2005291061.tif 000003
【図２】
2005291061.tif 000004
【図３】
2005291061.tif 000005
【図４】
2005291061.tif 000006