(57)【要約】【課題】  内燃機関の後処理システムにおいて、排ガス温度が低温域（１５０℃未満）であってもＮＯｘを効率的に浄化することのできる後処理システムを提供する。また、燃費を悪化させずにＮＯｘを浄化することのできる後処理システムを提供する。【解決手段】  内燃機関１０の排気通路５に設置した内燃機関の後処理システム１において、排ガスの後処理システム１が、後処理システム１の最上流側に設置された酸化触媒２を有しており、酸化触媒２にNOｘ吸着能力を有するβ型鉄シリケートを添加した。【選択図】図１
2013060917.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路に設置した内燃機関の後処理システムにおいて、前記排ガスの後処理システムが、前記後処理システムの最上流側に設置された酸化触媒を有しており、前記酸化触媒にNOｘ吸着能力を有するβ型鉄シリケートを添加したことを特徴とする内燃機関の後処理システム。
【請求項２】
前記後処理システムが、前記酸化触媒の下流側に設置した選択還元型触媒を有していることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の後処理システム。
【請求項３】
前記後処理システムが、前記酸化触媒の下流側に設置したディーゼルパティキュレートフィルターを有していることを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の後処理システム。
【請求項４】
前記酸化触媒が、触媒層の上層又は下層に前記β型鉄シリケートを添加された構成、又は前記酸化触媒のウォッシュコートに混合して前記β型鉄シリケートを添加された構成を有していることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の内燃機関の後処理システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の排ガスを浄化する内燃機関の後処理システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ディーゼルエンジン及びガソリンエンジン等の内燃機関において、排ガス中のＮＯｘやＰａｒｔｉｃｕｌａｔｅ  Ｍａｔｔｅｒ（以下、ＰＭという）を処理する後処理システムが採用されている。
【０００３】
図３に従来の内燃機関の後処理システム１Ｘを示す。後処理システム１Ｘは、内燃機関１０の排気通路５に連結されており、ディーゼル酸化触媒（以下、酸化触媒又はＤＯＣという）２Ｘと、Ｄｉｅｓｅｌ  Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ  Ｆｉｌｔｅｒ（以下、ＤＰＦという）４と、選択還元型触媒（以下、ＳＣＲという）３Ｘと、尿素噴射管６を有している。以下、後処理システムを構成するそれぞれの触媒等をユニットと呼ぶ。
【０００４】
ＤＯＣ２Ｘは、ディーゼル排ガス中に含まれる未燃燃料（ＨＣ）や一酸化炭素（ＣＯ）の浄化、及び排ガス中のＮＯをＮＯ２に酸化することを主目的として採用されている。このＤＯＣ２Ｘは、排ガスの温度上昇に伴い、ＣＯをＣＯ２に酸化し、ＨＣを燃焼する機能を有している。
【０００５】
また、ＤＰＦ（フィルター）４は、排ガス中のＰＭを大気中に放出せず、捕集することを主目的として採用されている。このＤＰＦ４は、ＰＭを捕集する工程と、ＰＭを燃焼してフィルターを再生する工程を有している。
【０００６】
更に、ＳＣＲ３Ｘは、排ガス中に尿素を供給してＮＯｘを還元し、Ｎ２（窒素）とＨ２Ｏ（水蒸気）にして大気中に放出することができる。このＳＣＲ３Ｘは、排ガス温度が２００℃を下回るときには、触媒が十分な機能を発揮することができない。
【０００７】
上記の内燃機関の後処理システム１Ｘの他に、排ガス温度が比較的低い温度領域（１５０〜２００℃）であっても、ＮＯｘを効率的に浄化することができる後処理システムが提案されている（例えば特許文献１参照）。
【０００８】
図４に、特許文献１に記載の後処理システム１Ｙを示す。この後処理システム１Ｙは、内燃機関１０の排気通路５に連結されており、ＤＯＣ２Ｘと、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒３Ｙと、燃料噴射装置１１を有している。
【０００９】
このＮＯｘ吸蔵還元型触媒３Ｙは、排ガス中のＮＯｘを浄化することを主目的として採用されている。このＮＯｘ吸蔵還元型触媒３Ｙは、排ガス中のＮＯｘを吸蔵し、その後リッチ燃焼によってＮＯｘを還元する機能を有している。このＮＯｘ吸蔵還元型触媒３Ｙは、排ガス温度が２００℃を下回るときには、触媒が十分な機能を発揮することができない。なお、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒３Ｙ及びＳＣＲ３Ｘ等のＮＯｘを浄化するユニットは、総称してｄｅＮＯｘ触媒と呼ばれることもある。
【００１０】
図４に示した後処理システム１Ｙは、燃料噴射装置１１を設置した構成により、排気通路５内に燃料を噴射し、排ガス中の一酸化炭素（ＣＯ）を積極的に増量することができる。この制御により、排ガス温度が比較的低い温度領域（１５０〜２００℃）であっても、ＮＯｘを効率的に浄化することができる。
【００１１】
しかしながら、上記の後処理システム１Ｘ、１Ｙは、いくつかの問題点を有している。第１に、排ガス温度が低温領域（１５０℃未満）にある場合、内燃機関から排出されたＮＯｘが浄化されずに大気中に放出されてしまうという問題を有している。
【００１２】
第２に、排気通路内に別途燃料を噴射し、一酸化炭素（ＣＯ）増量制御を行うため、燃費が悪化するという問題を有している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開２０１０−２４２６０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明は、上記の問題を鑑みてなされたものであり、その目的は、内燃機関の後処理システムにおいて、排ガス温度が低温域（１５０℃未満）であってもＮＯｘを効率的に浄化することのできる後処理システムを提供することにある。また、燃費を悪化させずにＮＯｘを浄化することのできる後処理システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記の目的を達成するための本発明に係る後処理システムは、内燃機関の排気通路に設置した内燃機関の後処理システムにおいて、前記後処理システムが、前記後処理システムの最上流側に設置された酸化触媒を有しており、前記酸化触媒にNOｘ吸着能力を有するβ型鉄シリケートを添加したことを特徴とする。
【００１６】
この構成により、大気中に排出されるＮＯｘの量を抑制し、内燃機関から排出される排ガスの排ガス浄化性能を向上することができる。これは、後処理システムに設置したｄｅＮＯｘ触媒（ＳＣＲ又はＮＯｘ吸蔵還元型触媒等）による排ガス浄化効果を得られないような低温域（冷間始動時等）であっても、酸化触媒（ＤＯＣ）でＮＯｘを吸着することができるためである。
【００１７】
上記の後処理システムにおいて、前記後処理システムが、前記酸化触媒の下流側に設置した選択還元型触媒を有していることを特徴とする。
【００１８】
この構成により、大気中に排出されるＮＯｘの量を抑制し、内燃機関から排出される排ガスの排ガス浄化性能を向上することができる。これは、酸化触媒（ＤＯＣ）においてＮＯを酸化して生成したＮＯ２が、選択還元型触媒（ＳＣＲ）等におけるＮＯｘ浄化を促進することができるためである。また、上記の構成により、特に排ガス温度が、低温域にあるときの排ガス浄化性能を向上することができる。
【００１９】
上記の後処理システムにおいて、前記後処理システムが、前記酸化触媒の下流側に設置したディーゼルパティキュレートフィルターを有していることを特徴とする。
【００２０】
この構成により、大気中に排出されるＰＭの量を抑制し、内燃機関から排出される排ガスの排ガス浄化性能を向上することができる。これは、排ガス温度が１５０℃以上となる条件下で、酸化触媒（ＤＯＣ）において排ガス中のＮＯｘの大半を占めるＮＯが酸化され、ここで生成されたＮＯ２がディーゼルパティキュレートフィルター（ＤＰＦ）でＰＭと反応し、ＰＭ燃焼を促進することができるためである。また、本発明の酸化触媒（ＤＯＣ）の採用により、排ガス中のＮＯｘを抑制することができる。なお、この酸化触媒（ＤＯＣ）がＮＯｘを吸着する機能は、２００℃より低い温度、特に１５０℃より低い温度において発揮される。
【００２１】
上記の後処理システムにおいて、前記酸化触媒が、触媒層の上層又は下層に前記β型鉄シリケートを添加された構成、又は前記酸化触媒のウォッシュコートに混合して前記β型鉄シリケートを添加された構成を有していることを特徴とする。この構成により、前述と同様の作用効果を得ることができる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明に係る内燃機関の後処理システムによれば、低温域（１５０℃未満）であってもＮＯｘを効率的に浄化することのできる後処理システムを提供することができる。また、燃費を悪化させずにＮＯｘを浄化することのできる後処理システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明に係る実施の形態の内燃機関の後処理システムの概略を示した図である。
【図２】本発明に係る異なる実施の形態の内燃機関の後処理システムの概略を示した図である。
【図３】従来の内燃機関の後処理システムの概略を示した図である。
【図４】従来の内燃機関の後処理システムの概略を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明に係る実施の形態の内燃機関の後処理システムについて、図面を参照しながら説明する。図１に本発明に係る実施の形態の内燃機関の後処理システム１の模式図を示す。後処理システム１は、酸化触媒（ＤＯＣ）２と、フィルター（ＤＰＦ）４と、ｄｅＮＯｘ触媒３を有している。ここで、ｄｅＮＯｘ触媒３に選択還元型触媒（ＳＣＲ）３Ｘを採用した例を説明する。なお、１０はディーゼルエンジン等の内燃機関、５は排気通路、６は尿素噴射管を示している。
【００２５】
このＤＯＣ２は、β型鉄シリケート（［Ｆｅ］−Ｂｅｔａ）を添加されている。この添加方法は、ＤＯＣ触媒層の上層又は下層にＮＯｘ吸着層として添加してもよく、又はＤＯＣ触媒のウォッシュコートに混合する方法で添加してもよい。この構成により、排ガス温度が低温域（１５０℃未満）である場合に、ＤＯＣがＮＯｘを吸着することができる。
【００２６】
次に、後処理システム１の動作について説明する。内燃機関１０の冷間始動時など、排ガス温度が低温域（大気温度〜１５０℃未満）にあるとき、まず、ＤＯＣ２が、排ガス中のＮＯｘ及び未燃燃料（ＨＣ）を吸着・保持する。同時に、ＤＰＦ４はＰＭを捕集するが、ＳＣＲ３Ｘは排ガス温度が低いためほとんど機能していない状態となる。ここで、ＤＯＣ２で吸着する排ガス中のＮＯｘは、ほとんどがＮＯである。
【００２７】
次に、排ガス温度が上昇すると（１５０℃以上となると）、ＤＯＣ２がＮＯをＮＯ２に酸化し、後段（下流側）に放出する。そのため、ＤＯＣ２の下流側の排ガス中のＮＯ２濃度が飛躍的に増加する。ＤＯＣ２の下流側のＤＰＦ４では、ＤＯＣ２から放出されたＮＯ２により、堆積したＰＭの燃焼が促進される。また、排ガスの温度上昇（１５０℃以上となる）に伴い機能し始めたＳＣＲ３Ｘでは、ＤＯＣ２から放出されたＮＯ２により、ＮＯｘ浄化効率の向上が実現される。ここで、ＳＣＲ３ＸにおけるＮＯ２の量は、ＮＯ：ＮＯ２＝１：１の混合比（モル比）となるように、ＤＯＣ２及びＤＰＦ４等の大きさ、機能等を設計することが望ましい。
【００２８】
上記の構成により、以下の作用効果を得ることができる。第１に、後処理システム１は
、ＳＣＲ３Ｘ等のｄｅＮＯｘ触媒３が十分に機能しない低温域（排ガス温度が１５０℃未満）であっても、大気中へのＮＯｘ排出を防止することができる。これは、β型鉄シリケートを添加したＤＯＣ２が、排ガス温度が低温域にあってもＮＯｘを吸着保持することができるためである。また、β型鉄シリケートを添加したＤＯＣ２は、ＨＣの吸着もできるため、排ガス浄化性能を更に向上することができる。
【００２９】
第２に、後処理システム１は、排ガス温度が２００℃以下、特に１５０℃未満の低温域において、燃費を悪化させずに、ＮＯｘ浄化を行うことができる。これは、ＮＯｘを吸着保持できるＤＯＣの設置により、排気通路内への燃料噴射する制御や、内燃機関の燃料噴射量を増加する制御を行うことなくＮＯｘを浄化できるためである。
【００３０】
第３に、後処理システム１は、ＤＯＣ２の下流に設置したＤＰＦ４及びＳＣＲ３Ｘの機能を増進し、内燃機関から排出される排ガスの排ガス浄化性能を向上することができる。これは、排ガス温度が低温域（１５０℃未満）にあるときにＤＯＣ２で吸着したＮＯｘ（特にＮＯ）が、排ガス温度の上昇と共にＮＯ２に酸化され、高濃度のＮＯ２としてＤＯＣ２から下流側に放出されるからである。ＤＯＣ２から放出されたＮＯ２は、ＤＰＦ４に堆積したＰＭの燃焼を補助し、ＳＣＲ３ＸにおけるＮＯｘ浄化効率を向上することができる。
【００３１】
図２に本発明に係る異なる実施の形態の内燃機関の後処理システム１Ａの模式図を示す。後処理システム１Ａは、酸化触媒（ＤＯＣ）２と、ｄｅＮＯｘ触媒３と、燃料噴射装置１１を有している。ここで、ｄｅＮＯｘ触媒３にＮＯｘ吸蔵還元型触媒３Ｙを採用した例を説明する。
【００３２】
次に、後処理システム１Ａの動作について説明する。内燃機関１０の冷間始動時など、排ガス温度が低温域（大気温度〜１５０℃未満）にあるとき、まず、ＤＯＣ２が、排ガス中のＮＯｘ及び未燃燃料（ＨＣ）を吸着・保持する。このとき、ｄｅＮＯｘ触媒３（ＮＯｘ吸蔵還元型触媒３Ｙ）は、排ガス温度が低いためほとんど機能していない状態となる。
【００３３】
次に、排ガス温度が上昇すると、（１５０℃以上となると）、ＤＯＣ２がＮＯをＮＯ２に酸化し、後段（下流側）に放出する。そのため、ＤＯＣ２の下流側の排ガス中のＮＯ２濃度が飛躍的に増加する。ＮＯｘ吸蔵還元型触媒３Ｙは、排ガス中のＮＯｘを吸蔵し、その後リッチ燃焼によってＮＯｘを還元する。
【００３４】
上記の構成により、後処理システム１Ａは、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒３Ｙ等のｄｅＮＯｘ触媒３が十分に機能しない低温域（排ガス温度が１５０℃未満）であっても、大気中へのＮＯｘ排出を防止することができる。
【００３５】
なお、本発明の後処理システム１、１Ａは、最上流側にＤＯＣ２を設置すれば、後段に設置するユニットの種類及び数は適宜自由に選択することができる。また、後処理システム１、１Ａは、最上流側にＤＯＣ２を設置すれば、後段のＤＰＦ４及びｄｅＮＯｘ触媒３（ＳＣＲ３Ｘ又はＮＯｘ吸蔵還元型触媒３Ｙ）の設置順序は、図１又は図２に示した順序に限定されない。つまり、ＤＯＣ２で酸化されたＮＯ２が、ＤＯＣ２の下流に設置されたユニットに供給される配置であればよい。
【符号の説明】
【００３６】
１、１Ａ      後処理システム
２     酸化触媒（ＤＯＣ）
３     ｄｅＮＯｘ触媒
３Ｘ   選択還元型触媒（ＳＣＲ）
３Ｙ   ＮＯｘ吸蔵還元型触媒
４     ディーゼルパティキュレートフィルター（ＤＰＦ）
５     排気通路
１０   内燃機関
【図１】
2013060917.tif 000003
【図２】
2013060917.tif 000004
【図３】
2013060917.tif 000005
【図４】
2013060917.tif 000006