(57)【要約】【課題】小型化が可能で製造コストを低減でき、かつ高い排ガス浄化機能を有する排ガス浄化装置を提案する。【解決手段】内燃機関の排気通路に設けられ、夫々異なる触媒成分を担持する複数の触媒担体が層状に積層されてなる触媒積層体を備え、前記複数の触媒担体は夫々複数のハニカム状流路を有すると共に、該複数のハニカム状流路は前記触媒担体毎に互いに交差する方向に形成され、前記触媒担体のハニカム状流路と方向が異なる他の触媒担体のハニカム状流路とを連通させる排ガス流路が形成されている。【選択図】図５
2016121647.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路に設けられ、夫々異なる触媒成分を担持する複数の触媒担体が層状に積層されてなる触媒積層体を備え、
前記複数の触媒担体は夫々複数のハニカム状流路を有すると共に、前記複数のハニカム状流路は前記触媒担体毎に互いに交差する方向に形成され、
前記触媒担体のハニカム状流路と方向が異なる他の触媒担体のハニカム状流路とを連通させる排ガス流路が形成されていることを特徴とする排ガス浄化装置。
【請求項２】
前記複数の触媒担体は、夫々分離した複数の層状体で構成され、
前記触媒積層体は、各触媒担体を構成する複数の層状体が交互に積層して構成されていることを特徴とする請求項１に記載の排ガス浄化装置。
【請求項３】
前記触媒積層体は、夫々異なる触媒成分を担持する第１触媒担体と第２触媒担体とを備え、
前記排ガス流路は前記第１触媒担体のハニカム状流路出口と前記第２触媒担体のハニカム状流路入口とを連通させるものであることを特徴とする請求項１又は２に記載の排ガス浄化装置。
【請求項４】
前記第１触媒担体は排ガス中の未燃成分を酸化して酸化熱を発生させる酸化触媒成分を担持し、
前記第２触媒担体は排ガス中のＮＯＸを還元して浄化するＮＯＸ還元触媒成分を担持し、
前記排ガス流路に設けられ、排ガス中の粒子状物質を捕集するフィルタと、
前記フィルタより下流側の前記排ガス流路に設けられた還元剤噴射部と、をさらに備えていることを特徴とする請求項３に記載の排ガス浄化装置。
【請求項５】
前記触媒積層体は、
排ガス中の未燃成分を酸化して酸化熱を発生させる酸化触媒成分を担持した第１触媒担体と、排ガス中のＮＯＸを還元して浄化するＮＯＸ還元触媒成分を担持した第２触媒担体とからなる第１触媒積層体と、
前記第２触媒担体と、排ガス中の残留ＮＨ３を酸化してＮ２に変換するＮＨ３酸化触媒成分を担持した第３触媒担体とからなる第２触媒積層体と、で構成され、
前記排ガス流路は、
前記第１触媒積層体を構成する第１触媒担体のハニカム状流路出口と前記第２触媒積層体を構成する第２触媒担体のハニカム状流路入口とを連通させる第１排ガス流路と、
前記第２触媒積層体を構成する第２触媒担体のハニカム状流路出口と前記第１触媒積層体を構成する第２触媒担体のハニカム状流路入口とを連通させる第２排ガス流路と、
前記第１触媒積層体を構成する第２触媒担体のハニカム状流路出口と前記第２触媒積層体を構成する第３触媒担体のハニカム状流路入口とを連通させる第３排ガス流路と、で構成され、
前記第１排ガス流路に設けられ、排ガス中の粒子状物質を捕集するフィルタと、
前記フィルタより下流側の前記第１排ガス流路に設けられた還元剤噴射部と、をさらに備えていることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の排ガス浄化装置。
【請求項６】
前記触媒積層体は、
排ガス中の未燃成分を酸化して酸化熱を発生させる酸化触媒成分を担持した第１触媒担体と、排ガス中の残留ＮＨ３を酸化するＮＨ３酸化触媒を担持した第３触媒担体とからなる第３触媒積層体と、
排ガス中のＮＯＸを還元して浄化するＮＯＸ還元触媒を担持した第２触媒担体と、該第２触媒担体のハニカム状流路と交差する方向に形成されたハニカム状流路を有する前記第２触媒担体とからなる第４触媒積層体と、で構成され、
前記排ガス流路は、
前記第３触媒積層体を構成する第１触媒担体のハニカム状流路出口と前記第４触媒積層体を構成する第２触媒担体のハニカム状流路入口とを連通させる第４排ガス流路と、
前記第４触媒積層体を構成する第２触媒担体の互いに交差する排ガス流路を直列に接続する第５排ガス流路と、
前記第４触媒積層体を構成し、互いに交差する排ガス流路をする第２触媒担体のハニカム状流路出口と前記第３触媒積層体を構成する第３触媒担体のハニカム状流路入口とを連通させる第６排ガス流路と、で構成され、
前記第４排ガス流路に設けられ、排ガス中の粒子状物質を捕集するフィルタと、
前記フィルタより下流側の前記第４排ガス流路に設けられた還元剤噴射部と、をさらに備えていることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の排ガス浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、内燃機関の排気を浄化する排ガス浄化装置に係る。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関のうちディーゼルエンジンは、空気圧縮状態のシリンダ内に軽油を高圧噴射して爆発させる圧縮着火式が採用されている。ディーゼルエンジンは、ガソリンエンジンと比較して、ＣＯ２排出量が少なく、地球温暖化防止に役立っている。他方、粒子状物質（ＰＭ）の排出量が多く、この粒子状物質を捕集するフィルタ（ＤＰＦ）や、排ガス中の未燃成分を酸化して酸化熱を発生させ、かつＮＯｘをＮＯ２に酸化し、前記酸化熱及びＮＯ２でＤＰＦフィルタに捕集した粒子状物質を酸化燃焼させる酸化触媒等を備える排気浄化装置が採用されている（特許文献１参照）。
【０００３】
この排気浄化装置は筒状のケーシングを備え、ケーシング内に、上流側から下流側に向かって前段酸化触媒、ＤＰＦフィルタ、ＳＣＲ触媒、後段酸化触媒が収容されている。ケーシングの長手方向中間部には、ケーシング内に還元剤として尿素水溶液を下流側へ向かって供給するための噴射ノズルが配設されている。
【０００４】
エンジンから排出された排ガスは、排気通路を経てケーシングの上流側内に導入され、前段酸化触媒を経てＤＰＦフィルタを流通する際に含有している粒子状物質が捕集される。その後、排ガスは噴射ノズルから尿素水溶液が噴射され、尿素水溶液は排ガスに混合及び拡散・霧化して加水分解されてＮＨ３を生成する。そして、生成されたＮＨ３によりＳＣＲ触媒で排ガス中のＮＯｘが無害なＮ２に還元されてＮＯｘの浄化が行われる一方、このときの残ったＮＨ３が後段酸化触媒によりＮＯに還元されて処理される。
【０００５】
この従来の排気浄化装置は、ケーシング内に４つの前段酸化触媒、ＤＰＥ、ＳＣＲ触媒、後段酸化触媒が直線状に配設されているので、大型化するという問題がある。
一方、ディーゼルエンジンは、殆どが産業車に搭載され、乗用車に比べて、エンジンの排気量が大きく、また、今後導入される排ガス規制（省燃費技術）も厳しくなる傾向にある。このため、排ガス浄化装置の小型化が望まれている。
そこで、本発明者等は、中央に排ガス流路となる貫通孔を有する矩形状の触媒担体を上下方向及び幅方向に並べ、異なる触媒成分を担持した複数の触媒担体を形成することで、小型化を可能にした排ガス浄化装置を提案した（特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−２４６２９号
【特許文献２】特願２０１３−２６４６５５号（未公開）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献２で提案した排ガス浄化装置は、矩形状の触媒担体を多数製造する必要があり、加工に手間がかかり製造工程が高コスト化するという問題がある。
また、排ガスが矩形状の触媒担体に形成された流路に流入するとき乱流が起こるおそれがある。そのため、排ガスが触媒担体に形成された流路に均一に流入せず、触媒作用にムラが生じて触媒機能が低下するおそれがある。
【０００８】
上述の事情に鑑みて、本発明の少なくとも幾つかの実施形態は、小型化が可能で製造コストを低減でき、かつ高い排ガス浄化機能を有する排ガス浄化装置を提案することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の幾つかの実施形態に係わる排ガス浄化装置は、
（１）内燃機関の排気通路に設けられ、夫々異なる触媒成分を担持する複数の触媒担体が層状に積層されてなる触媒積層体を備え、
前記複数の触媒担体は夫々複数のハニカム状流路を有すると共に、前記複数のハニカム状流路は前記触媒担体毎に互いに交差する方向に形成され、
前記触媒担体のハニカム状流路と異なる他の触媒担体のハニカム状流路とを連通させる排ガス流路が形成されている。
【００１０】
前記構成（１）によれば、１個の前記触媒積層体に複数の排ガス浄化機能を付与できるため、触媒を内蔵した複数の容器を排気通路に直列に連なって設ける必要がなくなり、排ガス浄化装置を小型化かつ低コスト化できる。また、各触媒担体はハニカム状流路を有しているので、排ガスを乱すことなく個々の流路に均一に流入でき、触媒機能の低下を抑制できる。
また、一つの触媒積層体に２以上の触媒機能の組合せを自由に選択できる。また、ハニカム状流路とすることで、排ガスと接触する表面積を増加でき、触媒機能を高めることができる。
【００１１】
また、ハニカム状流路を有する前記触媒担体は従来の加工方法で任意の断面形状に容易に製造可能である。ハニカム状流路の断面形状や大きさ及び前記触媒担体の数を調整することで、触媒作用の程度やハニカム状流路を通る排ガスの圧力損失を調整でき、圧力損失による燃費悪化を抑制できる。
また、各触媒担体のハニカム状流路は互いに交差する方向に形成されているので、排気通路を各触媒担体のハニカム状流路に選択的にかつ三次元に接続するのが容易になる。
【００１２】
幾つかの実施形態では、前記構成（１）において、
（２）前記複数の触媒担体は、夫々互いに分離した複数の層状体で構成され、
前記触媒積層体は、各触媒担体を構成する複数の層状体が交互に積層して構成されている。
前記構成（２）によれば、一つの触媒担体のハニカム状流路を通る排ガスの温度で排ガスが通っていない他の触媒担体に担持された触媒成分を効率良く活性温度に保持できる。
【００１３】
幾つかの実施形態では、前記構成（１）又は（２）において、
（３）前記触媒積層体は、夫々異なる触媒成分を担持する第１触媒担体と第２触媒担体とを備え、
前記排ガス流路は前記第１触媒担体のハニカム状流路出口と前記第２触媒担体のハニカム状流路入口とを直列に連通させるものである。
前記構成（３）によれば、触媒積層体を異なる触媒成分を担持する２つの触媒担体で構成することで、構成を簡素化できると共に、２種の触媒作用をもつことができる。
【００１４】
また、幾つかの実施形態では、前記構成（３）において、
（４）前記第１触媒担体は排ガス中の未燃成分を酸化して酸化熱を発生させる酸化触媒成分を担持し、
前記第２触媒担体は排ガス中のＮＯＸを還元して浄化するＮＯＸ還元触媒成分を担持し、
前記排ガス流路に設けられ、排ガス中の粒子状物質を捕集するフィルタと、
前記フィルタより下流側の前記排ガス流路に設けられた還元剤噴射部と、をさらに備えている。
前記構成（４）によれば、１個の触媒積層体に未燃成分酸化機能とＮＯＸ還元機能を付与できるので、前記フィルタに捕集された粒子状物質の酸化燃焼と、ＮＯｘの浄化とを可能にする小型化した排ガス浄化装置を実現できる。
【００１５】
幾つかの実施形態では、前記構成（１）〜（３）の何れかにおいて、
（５）前記触媒積層体は、
排ガス中の未燃成分を酸化して酸化熱を発生させる酸化触媒成分を担持した第１触媒担体と、排ガス中のＮＯＸを還元して浄化するＮＯＸ還元触媒成分を担持した第２触媒担体とからなる第１触媒積層体と、
前記第２触媒担体と、排ガス中の残留ＮＨ３を酸化してＮ２に変換するＮＨ３酸化触媒成分を担持した第３触媒担体とからなる第２触媒積層体と、で構成され、
前記排ガス流路は、
前記第１触媒積層体を構成する第１触媒担体のハニカム状流路出口と前記第２触媒積層体を構成する第２触媒担体のハニカム状流路入口とを連通させる第１排ガス流路と、
前記第２触媒積層体を構成する第２触媒担体のハニカム状流路出口と前記第１触媒積層体を構成する第２触媒担体のハニカム状流路入口とを連通させる第２排ガス流路と、
前記第１触媒積層体を構成する第２触媒担体のハニカム状流路出口と前記第２触媒積層体を構成する第３触媒担体のハニカム状流路入口とを連通させる第３排ガス流路と、で構成され、
前記第１排ガス流路に設けられ、排ガス中の粒子状物質を捕集するフィルタと、
前記フィルタより下流側の前記第１排ガス流路に設けられた還元剤噴射部と、をさらに備えている。
【００１６】
前記構成（５）によれば、ＮＯｘの浄化機能と、前記フィルタに捕集された粒子状物質の酸化燃焼機能と、残留ＮＨ３の浄化機能を可能にする排ガス浄化装置を２個の触媒積層体で構成できるので、小型化が可能になる。加えて、ＮＯＸ還元触媒成分によるＮＯＸ還元工程を２段階で行うので、ＮＯＸの浄化効果を高めることができる。
【００１７】
幾つかの実施形態では、前記構成（１）〜（３）の何れかにおいて、
（６）前記触媒積層体は、
排ガス中の未燃成分を酸化して酸化熱を発生させる酸化触媒成分を担持した第１触媒担体と、排ガス中の残留ＮＨ３を酸化するＮＨ３酸化触媒を担持した第３触媒担体とからなる第３触媒積層体と、
排ガス中のＮＯＸを還元して浄化するＮＯＸ還元触媒を担持した第２触媒担体と、該第２触媒担体のハニカム状流路と交差する方向に形成されたハニカム状流路を有する前記第２触媒担体とからなる第４触媒積層体と、で構成され、
前記排ガス流路は、
前記第３触媒積層体を構成する第１触媒担体のハニカム状流路出口と前記第４触媒積層体を構成する第２触媒担体のハニカム状流路入口とを連通させる第４排ガス流路と、
前記第４触媒積層体を構成する第２触媒担体の互いに交差する排ガス流路を直列に接続する第５排ガス流路と、
前記第４触媒積層体を構成する第２触媒担体のハニカム状流路出口と前記第３触媒積層体を構成する第３触媒担体のハニカム状流路入口とを連通させる第６排ガス流路と、で構成され、
前記第４排ガス流路に設けられ、排ガス中の粒子状物質を捕集するフィルタと、
前記フィルタより下流側の前記第４排ガス流路に設けられた還元剤噴射部と、をさらに備えている。
前記構成（６）によれば、前記構成（５）と同様の作用効果を得ることができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の少なくとも幾つかの実施形態によれば、小型化が可能で、低コストで製造可能であり、かつ触媒機能の低下をきたさない排ガス浄化装置を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】触媒積層体の製造工程を示す説明図である。
【図２】一実施形態に係る触媒積層体の斜視図である。
【図３】一実施形態に係る触媒積層体の斜視図である。
【図４】一実施形態に係る触媒積層体の斜視図である。
【図５】本発明の一実施形態に係る排ガス浄化装置の構成図である。
【図６】本発明の一実施形態に係る排ガス浄化装置の構成図である。
【図７】本発明の一実施形態に係る排ガス浄化装置の構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、添付図面を参照して、本発明の幾つかの実施形態について説明する。ただし、これらの実施形態に記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状及びその相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
例えば、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
例えば、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
一方、一つの構成要素を「備える」、「具える」、「具備する」、「含む」、又は「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。
【００２１】
図１は、本発明の少なくとも一実施形態に係る排ガス浄化装置を構成する触媒積層体の斜視図である。
１個の触媒積層体は夫々異なる触媒成分を有する複数の触媒担体が層状に積層されて構成されている。各触媒担体は両端が開放された複数のハニカム状流路を有している。該ハニカム状流路は触媒担体毎に互いに交差する方向に形成され、排気浄化装置に装着したときには、図５〜図７を用いて詳細を後述するが触媒担体のハニカム状流路と方向が異なる他の触媒担体のハニカム状流路とを連通させる排ガス流路が形成される。
また、各触媒積層体において排ガスはハニカム状流路を流れて、各触媒積層体のハニカム状流路の側面から排ガスが流入することはない。
図１では、１個の触媒積層体１０ａは第１触媒担体１２ａと第２触媒担体１２ｂとで構成され、これらが層状に積層されている。第１触媒担体１２ａ及び第２触媒担体１２ｂは両端が開放された複数のハニカム状流路１４ａ及び１４ｂを形成している。図示のハニカム状流路１４ａ及び１４ｂは直線状に形成されている。例示的な構成として、ハニカム状流路は直線状に形成されると、ハニカム状流路を流れる排ガスの圧力損失を低減できる。
【００２２】
ハニカム状流路１４ａ及び１４ｂは互いに交差する方向に形成される。図示のように、第１触媒担体１２ａ及び第２触媒担体１２ｂが直方体であるとき、ハニカム状流路１４ａ及び１４ｂは夫々第１触媒担体１２ａ又は第２触媒担体１２ｂの側壁にほぼ平行に形成され、かつ互いに直角に交差する。
排気浄化装置に装着したときには、ハニカム状流路１４ａ及び１４ｂを直列に接続する排ガス流路（不図示）が形成され、そのため、一方のハニカム状流路を通って浄化された排ガスはさらに方向が異なる別なハニカム状流路を通って浄化される。
【００２３】
第１触媒担体１２ａ又は第２触媒担体１２ｂを形成する複数の層状体の数は、要求される触媒機能に応じて適宜選択できる。例えば、図２に示す触媒積層体１０ｂは３個の第１触媒担体１２ａと１個の第２触媒担体１２ｂとからなる。
また、各触媒担体の個々のハニカム状流路の断面積は、要求される触媒機能とハニカム状流路を流れる排ガスの圧力損失等を考慮して適宜選択できる。例えば、図３に示す触媒積層体１０ｃは、個々のハニカム状流路１４ａの断面積が大きい第１触媒担体１２ａと、個々のハニカム状流路１４ｃの断面積が小さい第２触媒担体１２ｃとからなる。
ハニカム状流路の断面形状は任意に選択できる。例えば、図１に示されたハニカム状流路１４ａ及び１４ｂは矩形であるが、図４に示された触媒積層体１０ｄを構成する第１触媒担体１２ｄ及び第２触媒担体１２ｅのハニカム状流路１４ｄ及び１４ｅは楕円形を有している。
【００２４】
例示的な構成として、図１に示すように、第１触媒担体１２ａ及び第２触媒担体１２ｂは複数の層状体に分割され、第１触媒担体１２ａの層状体と第２触媒担体１２ｂの層状体とは交互に積層されている。
これによって、一方の触媒担体のハニカム状流路を通る排ガスの温度で他方の触媒担体を保温でき、他方の触媒担体に担持された触媒成分を効率良く活性温度に保持できる。
１個の触媒担体を製造する方法は、例えば、触媒成分を含む担体原料を調合後、水とバインダを混ぜて混練し、粘土状の混練物にする。これを押出機にかけてハニカム形状となるように押し出し、乾燥及び焼成して製造する。こうして製造した複数の触媒担体を、例えば、接着剤で層状に接合して、１個の触媒積層体を製造する。
【００２５】
また、図１に示すように、触媒積層体１０ａを夫々異なる触媒成分を有する第１触媒担体１２ａと第２触媒担体１２ｂとで構成し、第１触媒担体１２ａの出口と第２触媒担体１２ｂの入口とを排気通路で連通させれば、簡素化で低コストな触媒積層体を構成できる。これによって、排ガス浄化装置を簡易かつ低コスト化できる。
【００２６】
図５〜図７は、本発明の幾つかの実施形態に係る排ガス浄化装置２０Ａ〜２０Ｃを示している。
図５に示す排ガス浄化装置２０Ａは、ディーゼルエンジン１６の排気通路１８に設けられている。排ガス浄化装置２０Ａは、排気通路１８に設けられた箱状のケーシング２２に触媒積層体２４が収容されている。
触媒積層体２４は、排ガス中の未燃成分を酸化して酸化熱を発生させ、かつＮＯＸをＮＯ２に酸化させる酸化触媒成分を担持した第１触媒担体２６と、排ガス中のＮＯＸを還元して浄化するＮＯＸ還元触媒成分を担持した第２触媒担体２８とで構成されている。
【００２７】
第１触媒担体２６及び第２触媒担体２８は、例えば図１〜図４に示すように、夫々分離した２個の層状体で構成され、第１触媒担体２６の層状体と第２触媒担体２８の層状体とは交互に積層される。
第１触媒担体２６及び第２触媒担体２８は、両端が開放され四角断面を有する多数のハニカム状流路２６ａ及び２８ａが直線状に形成されている。
例示的な構成として、触媒積層体２４は、例えば、排気通路１８に設けられた箱状のケーシング２２に収容され、排気通路１８は第１触媒担体２６のハニカム状流路２６ａの入口とのみ連通し、第２触媒担体２８のハニカム状流路２８ａとは遮断されている。
【００２８】
また、ケーシング２２に排ガス流路３０が接続されている。排ガス流路３０には、排ガス中の粒子状物質（ＰＭ）を捕集するＤＰＦフィルタ３２と、ＤＰＦフィルタ３２の下流側に還元剤として尿素水溶液を排ガス中に噴射する還元剤噴射ノズル３４（還元剤噴射部）が設けられている。ケーシング２２に接続された排ガス流路３０の入口はハニカム状流路２６ａの出口とのみ連通し、ハニカム状流路２８ａとは遮断されている。排ガス流路３０の出口はケーシング２２の別な面に接続され、該出口はハニカム状流路２８ａの入口とのみ連通し、ハニカム状流路２６ａとは遮断されている。
【００２９】
かかる構成において、ディーゼルエンジン１６から排出された排ガスｅは、排気通路１８を経てケーシング２２に導入される。排ガスｅは第１触媒担体２６のハニカム状流路２６ａを通る際に、第１触媒担体２６に担持された酸化触媒成分により未燃成分が酸化無害化され、かつＮＯｘの一部がＮＯ２に酸化される。ハニカム状流路２６ａを通った排ガスはＤＰＦフィルタ３２を流れる際に含有している粒子状物質が捕集される。捕集された粒子状物質は前記酸化触媒成分の酸化作用で発生した酸化熱と、ＮＯ２の強力な酸化作用で燃焼し除去される。
排ガス流路３０で、還元剤噴射ノズル３４から噴射された尿素水溶液は排ガスに混合及び拡散・霧化し、加水分解されてＮＨ３を生成する。排ガス中のＮＯｘ及び生成されたＮＨ３は第２触媒担体２８のハニカム状流路２８ａを通る際に、第２触媒担体２８に担持されたＮＯＸ還元触媒によって反応し、ＮＯｘが無害なＮ２に還元されてＮＯｘの浄化が行われる。
【００３０】
ケーシング２２に接続された排ガス流路３６はハニカム状流路２８ａの出口とのみ連通し、ハニカム状流路２６ａとは遮断されている。排ガス浄化装置２０Ａで浄化された排ガスは排ガス流路３６から排出される。
なお、各触媒積層体に排気ガスを送る為の排ガス流路において、鉄製の筒状パイプを使用するが、放熱によるガス温度低下の抑制策として二重の鉄製筒状パイプの使用や断熱材を鉄製筒状パイプに巻きつける場合もある。
【００３１】
図６は、本発明の別な実施形態に係る排ガス浄化装置２０Ｂを示している。
この排ガス浄化装置２０Ｂは、排気通路１８に設けられた箱状のケーシング４０に収容された第１触媒積層体４２及び箱状のケーシング４６に収容された第２触媒積層体４８と、これらの間を接続する第１排ガス流路４４、第２排ガス流路５２及び第３排ガス流路５４とを備えている。
例示的な構成として、第１触媒積層体４２は、例えば、排気通路１８に設けられた箱状のケーシング４０に収容され、第２触媒積層体４８は、例えば、第１排ガス流路４４に設けられた箱状のケーシング４６に収容されている。第１排ガス流路４４には、排ガス中の粒子状物質（ＰＭ）を捕集するＤＰＦフィルタ３２と、ＤＰＦフィルタ３２の下流側に還元剤として尿素水溶液を排ガス中に噴射する還元剤噴射ノズル３４が設けられている。
【００３２】
第１触媒積層体４２は、前記実施形態の触媒積層体２４と同一構成を有し、第１触媒担体２６及び第２触媒担体２８は夫々分離された複数の層状体で構成され、第１触媒担体２６の層状体と第２触媒担体２８の層状体とが交互に積層されている。
第２触媒積層体４８は、第２触媒担体２８及び第３触媒担体５０の分割された複数の層状体が交互に積層され、第３触媒担体５０にはハニカム状流路２８ａとほぼ直交する方向に複数の直線状のハニカム状流路５０ａが形成されている。第３触媒担体５０は、排ガス中の残留ＮＨ３を酸化してＮ２に変換するＮＨ３酸化触媒を担持している。本実施形態では、各触媒担体は夫々分離した２個の層状体で構成されている。
【００３３】
排気通路１８はハニカム状流路２６ａの入口とのみ連通し、ハニカム状流路２８ａとは遮断されている。
第１排ガス流路４４の入口は第１触媒積層体４２のハニカム状流路２６ａの出口とのみ連通し、ハニカム状流路２８ａとは遮断されている。第１排ガス流路４４の出口は、第２触媒積層体４８のハニカム状流路２８ａとのみ連通し、ハニカム状流路５０ａとは遮断されている。
第２触媒積層体４８に接続された第２排ガス流路５２の入口はハニカム状流路２８ａの出口とのみ連通し、ハニカム状流路５０ａとは遮断されている。第１触媒積層体４２に接続された第２排ガス流路５２の出口はハニカム状流路２８ａの入口とのみ連通し、ハニカム状流路２６ａとは遮断されている。
【００３４】
第１触媒積層体４２に接続された第３排ガス流路５４の入口は、ハニカム状流路２８ａの出口とのみ連通し、ハニカム状流路２６ａとは遮断されている。第２触媒積層体４８に接続された第３排ガス流路５４の出口はハニカム状流路５０ａとのみ連通し、ハニカム状流路２８ａとは遮断されている。
さらに、第２触媒積層体４８には浄化された排ガスが排気される排ガス流路５６が設けられている。
【００３５】
かかる構成において、ディーゼルエンジン１６から排出された排ガスｅは、排気通路１８を経て第１触媒積層体４２に達し、第１触媒担体２６のハニカム状流路２６ａを通る際に、未燃成分が酸化無害化され、かつＮＯｘの一部がＮＯ２に酸化される。ハニカム状流路２６ａを通った排ガスは第１連通路４４でＤＰＦフィルタ３２を流れる際に含有している粒子状物質が捕集される。捕集された粒子状物質は、未燃成分の酸化で発生した酸化熱と、ＮＯ２の強力な酸化作用で燃焼し除去される。
第１排ガス流路４４で、還元剤噴射ノズル３４から噴射された尿素水溶液は排ガスに混合及び拡散・霧化し、加水分解されてＮＨ３を生成する。排ガス中のＮＯｘ及び生成されたＮＨ３は、第２触媒積層体４８で第２触媒担体２８のハニカム状流路２８ａを通る際に、ＮＯｘが無害なＮ２に還元される。
【００３６】
その後、排ガスｅは第２排ガス流路５２から第１触媒積層体４２に達し、第２触媒担体２８のハニカム状流路２８ａを通る際に、再度ＮＯｘが無害なＮ２に還元されてＮＯｘの浄化が行われる。
第１触媒積層体４２を出た排ガスは第３排ガス流路５４を経て第２触媒積層体４８に達し、第３触媒担体５０のハニカム状流路５０ａを通る際に、排ガス中の残留ＮＨ３が酸化されてＮ２に変換され、排ガス流路５６から排出される。
【００３７】
図７は、本発明のさらに別な実施形態に係る排ガス浄化装置２０Ｃを示している。
この排ガス浄化装置２０Ｃは、排気通路１８に設けられた箱状のケーシング６０に収容された第３触媒積層体６２及び箱状のケーシング６６に収容された第４触媒積層体６８と、これらの間で排ガス流路を構成する第４排ガス流路６４、第５排ガス流路７０、及び第６排ガス流路７２とを備えている。
例示的な構成として、第３触媒積層体６２は、排気通路１８に設けられた、例えば箱状のケーシング６０に収容され、第４触媒積層体６８は、第４排ガス流路６４に設けられた、例えば箱状のケーシング６６に収容される。
第４排ガス流路６４には、排ガス中の粒子状物質（ＰＭ）を捕集するＤＰＦフィルタ３２と、ＤＰＦフィルタ３２の下流側に還元剤として尿素水溶液を排ガス中に噴射する還元剤噴射ノズル３４が設けられている。
【００３８】
第３触媒積層体６２は、図１〜４に示すように、第１触媒担体２６及び第３触媒担体５０が夫々分離された複数の層状体で構成され、第１触媒担体２６の層状体と第３触媒担体５０の層状体とが交互に積層されている。本実施形態では、各触媒担体は夫々２個に分離した層状体で構成されている。第１触媒担体２６及び第３触媒担体５０には、前記実施形態と同一構成を有し、互いにほぼ直角に交差するハニカム状流路２６ａ及び５０ａが形成されている。
第４触媒積層体６８は、複数に分離された第２触媒担体２８の層状体が積層されて構成されている。各層状体にはほぼ直角に交差する直線状のハニカム状流路２８ａが交互に形成されている。本実施形態では４個の層状体で構成されている。
【００３９】
排気通路１８はハニカム状流路２６ａの入口とのみ連通し、ハニカム状流路５０ａとは遮断されている。
第４排ガス流路６４はケーシング６０及び６６間に設けられ、ケーシング６０に接続する第４排ガス流路６４の入口はハニカム状流路２６ａの出口とのみ連通し、ハニカム状流路５０ａとは遮断される。ケーシング６６に接続された第４排ガス流路６４の出口は、一方の第２触媒担体２８にのみ連通し、他方の第２触媒担体２８とは遮断されている。
第５排ガス流路７０の両端はケーシング６６に接続され、一端は互いに交差する一方のハニカム状流路２８ａにのみ連通し、他端はハニカム状流路２８ａにのみ連通している。第５排ガス流路７０によって、互いに交差するハニカム状流路２８ａは直列に接続される。
【００４０】
第６排ガス流路７２はケーシング６０及び６６間に設けられ、ケーシング６６に接続する第６排ガス流路７２の入口は第５排ガス流路７０の出口が連通したハニカム状流路２８ａにのみ連通し、他方のハニカム状流路２８ａとは遮断されている。ケーシング６０に接続された第６排ガス流路７２の出口は、ハニカム状流路５０ａにのみ連通し、ハニカム状流路２６ａとは遮断されている。
さらに、ケーシング６０には浄化された排ガスが排気される排ガス流路７４が設けられている。
【００４１】
かかる構成において、ディーゼルエンジン１６から排出された排ガスｅは、第３触媒積層体６２で第１触媒担体２６のハニカム状流路２６ａを通る際に、未燃成分が酸化無害化され、かつＮＯｘの一部がＮＯ２に酸化される。ハニカム状流路２６ａを通った排ガスは第４排ガス流路６４でＤＰＦフィルタ３２を流れる際に含有している粒子状物質が捕集される。捕集された粒子状物質は未燃成分の酸化で発生した酸化熱と、ＮＯ２の強力な酸化作用で燃焼し除去される。
第４排ガス流路６４で、還元剤噴射ノズル３４から噴射された尿素水溶液は排ガスに混合及び拡散・霧化し、加水分解されてＮＨ３を生成する。排ガス中のＮＯｘ及び生成されたＮＨ３は、第４触媒積層体６８で一方の第２触媒担体２８のハニカム状流路２８ａを通る際に、ＮＯｘが無害なＮ２に還元される。
【００４２】
その後、排ガスｅは第５排ガス流路７０によって直列に接続された第２触媒担体２８のハニカム状流路２８ａを通る際に、残留したＮＯｘが無害なＮ２に還元されてＮＯｘの浄化が行われる。
第４触媒積層体６８を出た排ガスは第６排ガス流路７２を経て第３触媒積層体６２に達し、第３触媒積層体６２で第３触媒担体５０のハニカム状流路５０ａを通る際に、排ガス中の残留ＮＨ３が酸化されＮ２に変換されて、排ガス流路７４から排出される。
【００４３】
幾つかの実施形態によれば、１個の触媒積層体に複数の排ガス浄化機能を付与できるため、触媒を内蔵した複数のケーシングを排気通路に直列に設ける必要がなくなり、排ガス浄化装置を小型化かつ低コスト化できる。また、触媒積層体を構成する複数の触媒担体はハニカム状流路を有しているので、排ガスを乱すことなく個々の流路に均一に流入でき、触媒機能の低下を抑制できる。
また、各触媒担体はハニカム状流路を有するため、排ガスと接触する表面積を増加でき、触媒機能を高めることができる。
【００４４】
また、本発明で用いられるハニカム状流路を有する触媒担体は従来の加工方法で任意の断面形状に容易に製造可能である。そして、ハニカム状流路の断面形状や大きさ及び触媒担体の数を調整することで、触媒作用の程度やハニカム状流路を通る排ガスの圧力損失を調整でき、圧力損失による燃費悪化を抑制できる。
また、各触媒担体のハニカム状流路は互いに交差する方向に形成されているので、排気通路を各触媒担体のハニカム状流路に選択的にかつ三次元に接続するのが容易になる。
また、複数の触媒担体を夫々互いに分離した複数の層状体で構成し、触媒積層体を各触媒担体を構成する複数の層状体が交互に積層して構成することで、一つの触媒担体のハニカム状流路を通る排ガスの温度で排ガスが通っていない他の触媒担体に担持された触媒成分を効率良く活性温度に保持できる。
【００４５】
幾つかの実施形態では、触媒積層体を夫々異なる触媒成分を担持する第１触媒担体と第２触媒担体とで構成することで、触媒積層体の構成を簡素化できると共に、１個の触媒積層体で２種の触媒作用をもつことができる。
また、図５に示す排ガス浄化装置２０Ａによれば、ＤＰＦフィルタ３２に捕集された粒子状物質の酸化燃焼機能と、ＮＯＸ還元機能とを付与できるので、前記機能を可能にする小型化した排ガス浄化装置を実現できる。
【００４６】
さらに、図６に示す排ガス浄化装置２０Ｂ及び図７に示す排ガス浄化装置２０Ｃによれば、ＤＰＦフィルタ３２に捕集された粒子状物質の酸化燃焼機能と、排ガス中のＮＯｘの浄化機能と、残留ＮＨ３の浄化機能を可能にする排ガス浄化装置を２個の触媒積層体で構成できるので、前記機能を可能にする小型化した排ガス浄化装置を実現できる。
加えて、ＮＯＸ還元触媒成分によるＮＯＸ還元工程を２段階で行うので、ＮＯＸの浄化効果を高めることができる。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
本発明の少なくとも一実施形態によれば、小型化が可能で製造コストを低減でき、かつ高い排ガス浄化機能を有する排ガス浄化装置を実現できる。
【符号の説明】
【００４８】
１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ、２４    触媒積層体
１２ａ、１２ｄ、２６    第１触媒担体
１２ｂ、１２ｃ、１２ｅ、２８    第２触媒担体
１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄ、１４ｅ、２６ａ、２８ａ、５０ａ    ハニカム状流路
１６        ディーゼルエンジン
１８        排気通路
２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ    排ガス浄化装置
２２、４０、４６、６０、６６    ケーシング
３０、３６、５６、７４    排ガス流路
３２        ＤＰＦフィルタ
３４        還元剤噴射ノズル
４２        第１触媒積層体
４４        第１排ガス流路
４８        第２触媒積層体
５０        第３触媒担体
５２        第２排ガス流路
５４        第３排ガス流路
６２        第３触媒積層体
６４        第４排ガス流路
６８        第４触媒積層体
７０        第５排ガス流路
７２        第６排ガス流路
ｅ          排ガス
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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