(57)【要約】【課題】単位体積当りの貴金属原料の担持量を減らしてコストを著しく抑制し且つ煤燃焼熱による熱劣化で性能低下を招く虞れを未然に回避し得るようにした排気浄化装置を提供する。【解決手段】各流路１２の入口側を目封じしている栓体１３を入側端面から所要長さだけ流路１２奥側へ入り込んだ位置に配置し且つその入口側の栓体１３の配置位置から入側端面までの前方部分に酸化触媒１１ａを担持せしめた奥栓式のパティキュレートフィルタ１１を排気管９の途中に介装し、該パティキュレートフィルタ１１の前段にフロースルー型のＮＯx吸蔵還元触媒１６を配設し、該ＮＯx吸蔵還元触媒１６より上流側で排気ガス７中に燃料を還元剤として添加するインジェクタ１７を燃料添加手段として備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
各流路の入口側を目封じしている栓体を入側端面から所要長さだけ流路奥側へ入り込んだ位置に配置し且つ少なくとも入口側の栓体の配置位置から入側端面までの前方部分に酸化触媒を担持せしめた奥栓式のパティキュレートフィルタを排気管の途中に介装し、該パティキュレートフィルタの前段にフロースルー型のＮＯx吸蔵還元触媒を配設し、該ＮＯx吸蔵還元触媒より上流側で排気ガス中に燃料を還元剤として添加する燃料添加手段を備えたことを特徴とする排気浄化装置。
【請求項２】
パティキュレートフィルタにおける入口側の栓体の配置位置から出側端面までの後方部分にも酸化触媒を担持せしめた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】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排気浄化装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
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を成し、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一方、排気ガス中のパティキュレートが多孔質薄壁の内側表面に捕集されるようになっている。
【０００４】
ただし、ディーゼルエンジンの排気浄化を図る場合、前述のように排気ガス中のパティキュレートを除去するだけでは十分ではなく、排気ガス中に含まれるＮＯx（窒素酸化物）についても除去する必要があるので、パティキュレートフィルタにＮＯx吸蔵還元触媒を担持させてパティキュレートとＮＯxの同時低減化を図ることが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
ここで、ＮＯx吸蔵還元触媒とは、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Ｏ2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ものであり、一般的には、Ｌｉ，Ｎａ，Ｋ等のアルカリ金属や、Ｂａ等のアルカリ土類金属をＮＯx吸蔵材としてＰｔ等の貴金属原料と共にシリカ等の多孔質材を担持せしめたものが知られている。
【０００６】
斯かる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Ｏ2濃度を低下させてＮＯxを分解放出させる必要があり、例えば、ＮＯx吸蔵還元触媒をディーゼルエンジンに適用する場合には、機関をリッチ空燃比で運転することが困難であるため、ＮＯx吸蔵還元触媒の上流側の排気管内にインジェクタ等を介し燃料（炭化水素）を還元剤として直接添加するようにしている。
【０００７】
他方、パティキュレートフィルタに捕集されたパティキュレート（主として煤分）は、ＮＯxがＮＯx吸蔵還元触媒に吸蔵される際や吸蔵ＮＯxが還元される際に生ずる活性酸素により酸化浄化（燃焼除去）されることになる。
【特許文献１】特開２００２−２４２６５９号公報
【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、パティキュレートフィルタにＮＯx吸蔵還元触媒を担持させてパティキュレートとＮＯxの同時低減化を図る場合、ＮＯxの吸蔵還元反応を行わせるだけであれば、Ｐｔ等の貴金属原料を単位体積当りで比較的少ない担持量に抑えることができるのに対し、捕集されたパティキュレートを活性酸素及び酸化熱により酸化浄化せしめるためには、単位体積当りの貴金属原料の担持量を増やさなければならず、コストの高騰が避けられないという問題があった。
【０００９】
また、パティキュレートフィルタ内で捕集済みパティキュレートが酸化浄化される際には、パティキュレートフィルタが煤燃焼熱により約６００℃以上もの高温条件となるため、ＮＯx吸蔵還元触媒中のＫやＢａ等といったＮＯx吸蔵材が熱劣化して性能低下を招く虞れもあった。
【００１０】
本発明は、上述の実情に鑑みてなされたものであり、単位体積当りの貴金属原料の担持量を減らしてコストを著しく抑制し且つ煤燃焼熱による熱劣化で性能低下を招く虞れを未然に回避し得るようにした排気浄化装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、各流路の入口側を目封じしている栓体を入側端面から所要長さだけ流路奥側へ入り込んだ位置に配置し且つ少なくとも入口側の栓体の配置位置から入側端面までの前方部分に酸化触媒を担持せしめた奥栓式のパティキュレートフィルタを排気管の途中に介装し、該パティキュレートフィルタの前段にフロースルー型のＮＯx吸蔵還元触媒を配設し、該ＮＯx吸蔵還元触媒より上流側で排気ガス中に燃料を還元剤として添加する燃料添加手段を備えたことを特徴とする排気浄化装置、に係るものである。
【００１２】
而して、このようにすれば、排気空燃比がリーンの時に排気ガス中のＮＯxが前段のＮＯx吸蔵還元触媒上で酸化して硝酸塩の状態で一時的に吸蔵され、また、このＮＯx吸蔵還元触媒に吸蔵されたＮＯxを分解放出させる際に、燃料添加手段によりＮＯx吸蔵還元触媒より上流側で排気ガス中に燃料を添加すれば、この燃料添加で生じたＨＣガスの一部がＮＯx吸蔵還元触媒上で排気ガス中のＯ2と反応することでＯ2濃度が低下し、ＮＯx吸蔵還元触媒からＮＯxが分解放出されて残余のＨＣガスと反応することで還元浄化される。
【００１３】
この際、前段のＮＯx吸蔵還元触媒では、ＮＯxの吸蔵還元反応を行わせるだけで済むので、従来の如くパティキュレートフィルタに担持させてパティキュレートの酸化浄化も行わせるようにした場合と比較して、Ｐｔ等の貴金属原料を単位体積当りで比較的少ない担持量に抑えることが可能となる。
【００１４】
他方、排気ガス中のパティキュレートは、後段のパティキュレートフィルタを通過する間に捕集されるが、前述した前段のＮＯx吸蔵還元触媒における再生時に、その反応熱で昇温した排気ガスに同伴されて余剰のＨＣガスがパティキュレートフィルタの前方部分における酸化触媒で酸化反応し、その反応熱がパティキュレートフィルタの後方部分に対し排気ガスを介さずに直接的に伝わり、パティキュレートフィルタの床温度が効率良く昇温されて良好なパティキュレートの酸化浄化が図られることになる。
【００１５】
しかも、この酸化触媒は通気性の高いパティキュレートフィルタの前方部分を母材として担持されているので、該パティキュレートフィルタの前方部分における各流路の多孔質薄壁を排気ガスが自由に出入りしながら流れることになり、該排気ガス中のＨＣガスと酸化触媒との接触頻度が高められて反応効率が大幅に向上されることになる。
【００１６】
ここで、パティキュレートフィルタは、その内部で捕集済みパティキュレートが酸化浄化されることで煤燃焼熱により約６００℃以上もの高温条件となるが、ＮＯx吸蔵還元触媒が前段に分離配置されているので、該ＮＯx吸蔵還元触媒が高温条件に晒されなくて済み、ＫやＢａ等といったＮＯx吸蔵材が煤燃焼熱による熱劣化で性能低下を招く虞れが未然に回避される。
【００１７】
尚、パティキュレートフィルタにＮＯx吸蔵還元触媒を担持させた場合には、パティキュレートフィルタの目詰まりが生じないようにＮＯx吸蔵還元触媒の担持量が制限されてしまっていたため、ＮＯx吸蔵還元触媒の容量が不足しがちであったが、ＮＯx吸蔵還元触媒をパティキュレートフィルタの前段に分離配置したことにより、目詰まりを気にせずにコンパクトにＮＯx吸蔵還元触媒の担持量を増やして十分な容量を確保することが可能となる。
【００１８】
また、本発明においては、パティキュレートフィルタにおける入口側の栓体の配置位置から出側端面までの後方部分にも酸化触媒を担持せしめることが好ましく、このようにすれば、パティキュレートフィルタの後方部分に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、比較的低い排気温度からパティキュレートの酸化浄化を図ることが可能となる。
【発明の効果】
【００１９】
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。
【００２０】
（Ｉ）パティキュレートフィルタの前段にＮＯx吸蔵還元触媒を分離配置したことによって、該ＮＯx吸蔵還元触媒をパティキュレートフィルタに担持させていた場合よりも、単位体積当りの貴金属原料の担持量を減らしてコストを著しく抑制することができ、しかも、パティキュレートフィルタ内で捕集済みパティキュレートが酸化浄化される際の高温条件にＮＯx吸蔵還元触媒が晒されなくて済むので、該ＮＯx吸蔵還元触媒の熱劣化による性能低下を未然に回避することができる。
【００２１】
（ＩＩ）前方部分に酸化触媒を担持せしめた奥栓式のパティキュレートフィルタを採用しているので、該パティキュレートフィルタの前方部分でＨＣガスが酸化反応することにより生じた反応熱を後方部分に直接的に伝えることができ、しかも、通気性の高いパティキュレートフィルタの前方部分を母材として担持された酸化触媒と排気ガス中のＨＣガスとの接触頻度を高めて反応効率を大幅に向上することもできるので、パティキュレートフィルタの再生時間の大幅な短縮を図ることができる。
【００２２】
（ＩＩＩ）ＮＯx吸蔵還元触媒をパティキュレートフィルタから独立させて分離配置した方が、目詰まりを気にせずにコンパクトにＮＯx吸蔵還元触媒の担持量を増やすことができるので、パティキュレートフィルタに担持させるだけでは不足しがちなＮＯx吸蔵還元触媒の容量を効率良く十分な量で確保することができる。
【００２３】
（ＩＶ）パティキュレートフィルタにおける入口側の栓体の配置位置から出側端面までの後方部分にも酸化触媒を担持せしめた構成を採用すれば、パティキュレートフィルタの後方部分に捕集されたパティキュレートの酸化反応を促進して着火温度を低下せしめ、比較的低い排気温度からパティキュレートの酸化浄化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。
【００２５】
図１〜図４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を搭載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が更にインタクーラ６へと送られて冷却され、該インタクーラ６から図示しないインテークマニホールドへと空気４が導かれてディーゼルエンジン１の各シリンダに導入されるようにしてある。
【００２６】
また、このディーゼルエンジン１の各シリンダから排出された排気ガス７が排気マニホールド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。
【００２７】
そして、この排気ガス７が流通する排気管９の途中に介装されたフィルタケース１０内には、前方部分に酸化触媒１１ａを一体構成した奥栓式のパティキュレートフィルタ１１が収容されており、その構造を模式的に示した図２により詳述すると、このパティキュレートフィルタ１１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１２の入口が栓体１３により交互に目封じされ、入口が目封じされていない流路１２については、その出口が栓体１４により目封じされるようになっており、各流路１２を区画する多孔質薄壁１５を透過してパティキュレートを捕集された排気ガス７のみが下流側へ排出されるようにしてあるが、入口側の栓体１３が入側端面から所要長さだけ流路１２奥側へ入り込んだ位置に配置され、その入口側の栓体１３の配置位置から入側端面までの前方部分に、ＨＣガスの酸化反応を助勢する機能を高めた酸化触媒１１ａ（図３参照）が担持されており、入口側の栓体１３の配置位置から出側端面までの後方部分には、捕集済みパティキュレートの酸化反応を助勢する機能を高めた酸化触媒１１ｂ（図３参照）が担持されている。
【００２８】
尚、一般的には、前方部分の酸化触媒１１ａの方が後方部分の酸化触媒１１ｂよりもＰｔやＰｄ等の活性種の量を多くしたものとなるのが通常であるが、パティキュレートフィルタ１１全体に一様の酸化触媒を担持させるようにしても良い。
【００２９】
また、図１に示されている通り、フィルタケース１０内におけるパティキュレートフィルタ１１の直前位置には、ハニカム構造を有するフロースルー型のＮＯx吸蔵還元触媒１６が収容されていると共に、このＮＯx吸蔵還元触媒１６より上流側の排気管９には、排気ガス７中に前記ＮＯx吸蔵還元触媒１６を再生するための還元剤として燃料（軽油等）を添加するインジェクタ１７（燃料添加手段）が備えられている。
【００３０】
而して、このようにすれば、排気空燃比がリーンの時に排気ガス７中のＮＯxが前段のＮＯx吸蔵還元触媒１６上で酸化して硝酸塩の状態で一時的に吸蔵され、また、このＮＯx吸蔵還元触媒１６に吸蔵されたＮＯxを分解放出させる際に、インジェクタ１７によりＮＯx吸蔵還元触媒１６より上流側で排気ガス７中に燃料を添加すれば、この燃料添加で生じたＨＣガスの一部がＮＯx吸蔵還元触媒１６上で排気ガス７中のＯ2と反応することでＯ2濃度が低下し、ＮＯx吸蔵還元触媒１６からＮＯxが分解放出されて残余のＨＣガスと反応することで還元浄化される。
【００３１】
この際、前段のＮＯx吸蔵還元触媒１６では、ＮＯxの吸蔵還元反応を行わせるだけで済むので、従来の如くパティキュレートフィルタ１１に担持させてパティキュレートの酸化浄化も行わせるようにした場合と比較して、Ｐｔ等の貴金属原料を単位体積当りで比較的少ない担持量に抑えることが可能となる。
【００３２】
他方、排気ガス７中のパティキュレートは、後段のパティキュレートフィルタ１１を通過する間に捕集されるが、前述した前段のＮＯx吸蔵還元触媒１６における再生時に、その反応熱で昇温した排気ガス７に同伴されて余剰のＨＣガスがパティキュレートフィルタ１１の前方部分における酸化触媒１１ａで酸化反応し、その反応熱がパティキュレートフィルタ１１の後方部分に対し排気ガス７を介さずに直接的に伝わり、パティキュレートフィルタ１１の後方部分における酸化触媒１１ｂの床温度が効率良く昇温されて良好なパティキュレートの酸化浄化が図られることになる。
【００３３】
しかも、前記パティキュレートフィルタ１１の前方部分における酸化触媒１１ａは、通気性の高いパティキュレートフィルタ１１の前方部分を母材として担持されているので、該パティキュレートフィルタ１１の前方部分における各流路の多孔質薄壁を排気ガス７が自由に出入りしながら流れることになり、該排気ガス７中のＨＣガスと酸化触媒１１ａとの接触頻度が高められて反応効率が大幅に向上されることになる。
【００３４】
ここで、パティキュレートフィルタ１１は、その内部で捕集済みパティキュレートが酸化浄化されることで約６００℃以上もの高温条件となるが、ＮＯx吸蔵還元触媒１６が前段に分離配置されているので、該ＮＯx吸蔵還元触媒１６が高温条件に晒されなくて済み、ＫやＢａ等といったＮＯx吸蔵材が煤燃焼熱による熱劣化で性能低下を招く虞れが未然に回避される。
【００３５】
尚、パティキュレートフィルタ１１にＮＯx吸蔵還元触媒１６を担持させた場合には、パティキュレートフィルタ１１の目詰まりが生じないようにＮＯx吸蔵還元触媒１６の担持量が制限されてしまっていたため、ＮＯx吸蔵還元触媒１６の容量が不足しがちであったが、ＮＯx吸蔵還元触媒１６をパティキュレートフィルタ１１の前段に分離配置したことにより、目詰まりを気にせずにコンパクトにＮＯx吸蔵還元触媒１６の担持量を増やして十分な容量を確保することが可能となる。
【００３６】
また、特に本形態例においては、パティキュレートフィルタ１１の後方部分にも酸化触媒１１ｂを担持させているので、パティキュレートフィルタ１１の後方部分に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、比較的低い排気温度からパティキュレートの酸化浄化を図ることが可能となる。
【００３７】
従って、上記形態例によれば、パティキュレートフィルタ１１の前段にＮＯx吸蔵還元触媒１６を分離配置したことによって、該ＮＯx吸蔵還元触媒１６をパティキュレートフィルタ１１に担持させていた場合よりも、単位体積当りの貴金属原料の担持量を減らしてコストを著しく抑制することができ、しかも、パティキュレートフィルタ１１内で捕集済みパティキュレートが酸化浄化される際の高温条件にＮＯx吸蔵還元触媒１６が晒されなくて済むので、該ＮＯx吸蔵還元触媒１６中の熱劣化による性能低下を未然に回避することができる。
【００３８】
また、前方部分に酸化触媒１１ａを担持せしめた奥栓式のパティキュレートフィルタ１１を採用しているので、該パティキュレートフィルタ１１の前方部分でＨＣガスが酸化反応することにより生じた反応熱を後方部分に直接的に伝えることができ、しかも、通気性の高いパティキュレートフィルタ１１の前方部分を母材として担持された酸化触媒１１ａと排気ガス７中のＨＣガスとの接触頻度を高めて反応効率を大幅に向上することもできるので、パティキュレートフィルタ１１の再生時間の大幅な短縮を図ることができる。
【００３９】
更に、ＮＯx吸蔵還元触媒１６をパティキュレートフィルタ１１から独立させて分離配置した方が、目詰まりを気にせずにコンパクトにＮＯx吸蔵還元触媒１６の担持量を増やすことができるので、パティキュレートフィルタ１１に担持させるだけでは不足しがちなＮＯx吸蔵還元触媒１６の容量を効率良く十分な量で確保することができる。
【００４０】
また、特に本形態例においては、パティキュレートフィルタ１１の後方部分にも酸化触媒１１ａを担持させているので、パティキュレートフィルタ１１の後方部分に捕集されたパティキュレートの酸化反応を促進して着火温度を低下せしめ、比較的低い排気温度からパティキュレートの酸化浄化を図ることができる。
【００４１】
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、ＮＯx吸蔵還元触媒より上流側の排気管に設けたインジェクタにより排気ガス中に燃料を直接添加する例で説明しているが、必要に応じエンジン側での燃料噴射制御により排気ガス中に未燃燃料分を多く残すことで燃料添加を行う手段を併用しても良く、より具体的には、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したり、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したりすることを併用しても良いこと、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。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【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のパティキュレートフィルタの斜視図である。
【図４】図１のＮＯx吸蔵還元触媒の詳細を一部を切り欠いて示す斜視図である。
【符号の説明】
【００４３】
１  ディーゼルエンジン
７  排気ガス
９  排気管
１１  パティキュレートフィルタ
１１ａ  酸化触媒
１１ｂ  酸化触媒
１２  流路
１３  栓体
１４  栓体
１６  ＮＯx吸蔵還元触媒
１７  インジェクタ（燃料添加手段）
【図１】
2007146722.tif 000003
【図２】
2007146722.tif 000004
【図３】
2007146722.tif 000005
【図４】
2007146722.tif 000006