JP2014206079A - 内燃機関の排気浄化装置およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】フィルタに選択還元触媒を担持させた場合に、ＮＨ_３のスリップを効率的に抑制する。
【解決手段】エンジン１の排気管１１に設けられ、上流端面３３Ａと下流端面３３Ｂとを互い違いに目封じされ、上流端面３３Ａを目封じする第１目封じ部材３３ｂと、下流端面３３Ｂを目封じする第２目封じ部材３３ｃと、を有する排気浄化フィルタ３３と、排気浄化フィルタ３３の上流端面３３Ａ側に担持され、ＮＨ_３を貯蔵する機能とＮＨ_３によって排気中のＮＯｘを還元する機能とを有したＳＣＲ触媒３３ｄと、排気浄化フィルタ３３の下流端面３３Ｂ側に担持され、ＮＨ_３を酸化させる機能を有したＮＨ_３酸化触媒３３ｅと、を備え、第２目封じ部材３３ｃは、排気浄化フィルタ３３内に担持されたＳＣＲ触媒３３ｄの下流側端Ｘ１または当該下流側端Ｘ１よりも上流側の位置Ｘ２まで配置された。
【選択図】図２

Description

本発明は、内燃機関の排気浄化装置およびその製造方法に関する。

従来、排気中のＮＯｘを浄化する排気浄化システムの１つとして、ＮＨ_３により排気中のＮＯｘを選択的に還元する選択還元触媒を排気管上に設けたものが提案されている。例えば、尿素添加式の排気浄化システムでは、選択還元触媒の上流側からＮＨ_３の前駆体である尿素水を供給し、この尿素水から排気の熱で熱分解または加水分解することでＮＨ_３を生成し、このＮＨ_３により排気中のＮＯｘを選択的に還元する。このような尿素添加式のシステムの他、例えば、アンモニアカーバイトのようなＮＨ_３の化合物を加熱することでＮＨ_３を生成し、このＮＨ_３を直接添加するシステムも提案されている。以下、排気管上で選択還元触媒を設けるのに適した位置について検討する。

エンジンは、車両前方のエンジンルーム内に設けられる。排気管は、エンジンの排気ポートから延び、車両の床下を通って車両の後方端部に至る。したがって、排気管は、その構造上、エンジンルーム内のエンジン直下の区間と、エンジンルーム外の床下の区間とに分けられる。

エンジン直下の区間内は、エンジンからこの区間に至る排気管を流通する排気の放熱が小さく、また高温のエンジンまでの距離が短くエンジンの熱によって暖められることから、比較的高温に維持される。しかしながら、エンジンルーム内には、エンジンの他、吸気系や燃料噴射系の各種装置も設けられるため、排気系の各種装置（例えば、上記選択還元触媒や粒子状物質を捕集するフィルタなど）を全てエンジン直下の区間内に配置することは難しい。とりわけフィルタは、捕集した粒子状物質を燃焼除去する再生処理を適宜行う必要があるため、エネルギー効率が有利になるように、エンジン直下の区間内に優先的に設けられる。したがって、選択還元触媒は、配置の自由度が高い床下の区間内に設けられる場合が多い。

しかしながら、床下の区間内は、エンジン直下の区間からこの区間に至る排気管を流通する排気の放熱が大きく、またエンジンまでの距離が長くエンジンの熱によって暖められないことから、エンジン直下の区間よりも低温になる。このため、選択還元触媒の温度がＮＯｘを還元するのに適した温度に達しない場合がある。そこで、特許文献１に記載の技術のようにフィルタに選択還元触媒を担持させた上、このフィルタをエンジン直下の区間内に設けることが考えられる。これにより、狭いエンジン直下の区間内を有効に利用しながら、選択還元触媒をＮＯｘの還元に適した温度まで上昇させ、ＮＯｘ浄化率を改善することができる。また、車両の床下に配置する排気系の各種装置が廃止され、コストを低減することができる。

特開２００４−０６０４９４号公報

選択還元触媒を担持させたフィルタをエンジン直下の区間内に配置する場合には、選択還元触媒に流入する排気の温度が選択還元触媒の活性温度域に早期に到達するため、ＮＯｘ浄化率の改善が見込める。しかしながら、エンジン直下の区間内は、床下の区間内に比して排気の温度挙動が大きく、排気の温度が安定しない。選択還元触媒は、その温度が上昇する程ＮＨ_３最大ストレージ量が低下する特性を有するため、排気の温度が安定しないことで選択還元触媒に貯蔵されたＮＨ_３がスリップすることが懸念される。このＮＨ_３のスリップに対してフィルタの下流にスリップしたＮＨ_３を酸化するＮＨ_３酸化触媒を追加する構成を採用することが考えられる。しかしながら、フィルタに選択還元触媒を担持させ、車両の床下に配置する排気系の各種装置を廃止し、コストを低減する本来の目的に逆行する。

また、フィルタに選択還元触媒を担持させた場合には、アッシュ成分がフィルタに堆積していくと、選択還元触媒の有効体積が減少し、ＮＯｘ浄化率の低下が懸念される。このため、フィルタに担持させる選択還元触媒の総量は、フィルタに生涯堆積するアッシュ成分の生涯堆積量を想定して決定される。同様の理由により、特許文献１のようにフィルタ内の下流側にＮＨ_３を酸化するＮＨ_３酸化触媒をゾーンコートして担持させた場合にも、アッシュ成分がフィルタ内の下流側に堆積していくと、ＮＨ_３酸化触媒の有効体積が減少し、その機能を発揮できなくなる。このため、フィルタ内の下流側にゾーンコートして担持させるＮＨ_３酸化触媒の総量も、フィルタに生涯堆積するアッシュ成分の生涯堆積量を想定して決定される。これにより、ＮＨ_３酸化触媒が多量に必要となり、コストアップを招く。

本発明は、上記課題を解決するものであり、その目的は、ＮＯｘ浄化をアッシュ成分の影響を受けずに実行するとともにコンパクト化を図ることにある。

本発明の内燃機関（例えば、後述のエンジン１）の排気浄化装置（例えば、後述の触媒浄化ユニット３）は、内燃機関の排気通路（例えば、後述の排気管１１）に設けられ、上流端面（例えば、後述の上流端面３３Ａ）と下流端面（例えば、後述の下流端面３３Ｂ）とを互い違いに目封じされ、前記上流端面を目封じする第１目封じ部材（例えば、後述の第１目封じ部材３３ｂ）と、前記下流端面を目封じする第２目封じ部材（例えば、後述の第２目封じ部材３３ｃ）と、を有するフィルタ（例えば、後述の排気浄化フィルタ３３）と、前記フィルタの前記上流端面側に担持され、ＮＨ_３を貯蔵する機能とＮＨ_３によって排気中のＮＯｘを還元する機能とを有した選択還元触媒（例えば、後述のＳＣＲ触媒３３ｄ）と、前記フィルタの前記下流端面側に担持され、ＮＨ_３を酸化させる機能を有したＮＨ_３酸化触媒（例えば、後述のＮＨ_３酸化触媒３３ｅ）と、を備え、前記第２目封じ部材は、前記選択還元触媒の下流側端（例えば、後述の下流側端Ｘ１）または当該下流側端よりも上流側位置（例えば、後述の位置Ｘ２）まで配置されたことを特徴とする。

本発明によると、第２目封じ部材が選択還元触媒の下流側端または当該下流側端よりも上流側位置まで配置される。これにより、排気流入側セルは、選択還元触媒だけを担持した状態である。また、排気流出側セルは、選択還元触媒とＮＨ_３酸化触媒とを担持した状態である。このため、選択還元触媒に貯蔵されたＮＨ_３がスリップしても、排気流出側セルにおいてＮＨ_３酸化触媒がスリップしたＮＨ_３を酸化させ、ＮＨ_３がフィルタの下流へスリップしない。
そして、アッシュ成分は、フィルタの排気流入側セルに堆積し、排気流出側セルに堆積しない。そのため、排気流出側セルにおいて選択還元触媒の下流側に担持されたＮＨ_３酸化触媒は、フィルタの生涯にわたってＮＨ_３を酸化する機能を継続して発揮することができる。したがって、ＮＯｘ浄化をアッシュ成分の影響を受けずに実行することができる。
また、ＮＨ_３酸化触媒は、排気流出側セルにおいて選択還元触媒の下流側に担持される。そのため、ＮＨ_３酸化触媒をフィルタの下流に追加する必要がなく、車両の床下に配置する排気系の各種装置が廃止される。したがって、コンパクト化を図ることができる。
さらに、ＮＨ_３酸化触媒は、フィルタの生涯にわたってＮＨ_３を酸化する機能を継続して発揮し、ＮＨ_３酸化触媒が多量に必要ではなく、コストを低減することができる。
また、第２目封じ部材が選択還元触媒の下流側端よりも下流側の位置までしか封入されない場合には、選択還元触媒の下流側端よりも下流側であって第２目封じ部材に目封じされていない領域が流路抵抗の少ない領域となり、多くの排気が選択還元触媒を迂回し、排気中のＮＯｘが選択還元触媒に接触しない現象や供給されたＮＨ_３が選択還元触媒に貯蔵されず下流側のＮＨ_３酸化触媒によってＮＯｘに直接酸化される現象が生じる。また、仮に選択還元触媒の下流側端よりも下流側であって第２目封じ部材に目封じされていない領域にＮＨ_３酸化触媒が担持されると、供給されたＮＨ_３がＮＨ_３酸化触媒によってＮＯｘに直接酸化される現象が生じる。しかし、本発明であると、第２目封じ部材が選択還元触媒の下流側端または当該下流側端よりも上流側位置まで配置されるため、排気が選択還元触媒を迂回せず、排気中のＮＯｘが選択還元触媒に接触しない現象や供給されたＮＨ_３がＮＨ_３酸化触媒によってＮＯｘに直接酸化される現象を防止することができる。

前記ＮＨ_３酸化触媒は、前記第１目封じ部材によって前記上流端面を目封じされたセルに表層担持されたことが好ましい。

本発明によると、第２目封じ部材が選択還元触媒の下流側端または当該下流側端よりも上流側位置まで配置されるため、ＮＨ_３酸化触媒は、第１目封じ部材によって上流端面を目封じされた排気流出側セルにおいて選択還元触媒の下流側に表層担持される。そして、排気は、選択還元触媒が担持された領域において排気流入側セルから隔壁の細孔を通過し、排気流出側セルにおいて選択還元触媒の下流側に表層担持されたＮＨ_３酸化触媒に必ず接触する。このため、選択還元触媒に貯蔵されたＮＨ_３がスリップしても、排気流出側セルにおいて選択還元触媒の下流側に担持されたＮＨ_３酸化触媒がスリップしたＮＨ_３を酸化させ、ＮＨ_３がフィルタの下流にスリップしない。また、排気は、選択還元触媒が担持された領域において排気流入側セルから隔壁の細孔を通過し、ＮＨ_３酸化触媒がフィルタの隔壁全体に担持されてもその領域を通過しない。これに対し、ＮＨ_３酸化触媒は、排気流出側セルにおいて選択還元触媒の下流側に表層担持されるため、無駄に担持されず効率的に配置され、コストを低減することができる。

前記フィルタは、前記機関の直下の区間内に設けられたことが好ましい。

本発明によると、フィルタが機関直下の区間内に配置され、選択還元触媒に流入する排気の温度が選択還元触媒の活性温度域に早期に到達するため、ＮＯｘ浄化率を改善することができる。また、車両の床下に配置する排気系の各種装置が廃止され、コストを低減することができる。

前記ＮＨ_３酸化触媒は、ＮＨ_３を酸化させる機能を有した貴金属を含み、前記フィルタ内の前記選択還元触媒と前記ＮＨ_３酸化触媒との間に間隔が空いていることが好ましい。

本発明によると、ＮＨ_３酸化触媒が選択還元触媒に混入されず、選択還元触媒に混入されたＮＨ_３酸化触媒が選択還元触媒に貯蔵すべきＮＨ_３をＮＯｘに酸化させることを防止できる。

本発明の内燃機関（例えば、後述のエンジン１）の排気浄化装置（例えば、後述の触媒浄化ユニット３）の製造方法は、内燃機関の排気通路（例えば、後述の排気管１１）に設けられ、上流端面（例えば、後述の上流端面３３Ａ）と下流端面（例えば、後述の下流端面３３Ｂ）とを互い違いに目封じされ、前記上流端面を目封じする第１目封じ部材（例えば、後述の第１目封じ部材３３ｂ）と、前記下流端面を目封じする第２目封じ部材（例えば、後述の第２目封じ部材３３ｃ）と、を有するフィルタ（例えば、後述の排気浄化フィルタ３３）と、前記フィルタの前記上流端面側に担持され、ＮＨ_３を貯蔵する機能とＮＨ_３によって排気中のＮＯｘを還元する機能とを有した選択還元触媒（例えば、後述のＳＣＲ触媒３３ｄ）と、前記フィルタの前記下流端面側に担持され、ＮＨ_３を酸化させる機能を有したＮＨ_３酸化触媒（例えば、後述のＮＨ_３酸化触媒３３ｅ）と、を備えた内燃機関の排気浄化装置の製造方法であって、前記第２目封じ部材を、前記選択還元触媒の下流側端（例えば、後述の下流側端Ｘ１）または当該下流側端よりも上流側位置（例えば、後述の位置Ｘ２）として予め設定された所定位置まで配置する工程（例えば、後述の第２目封じ工程Ｓ２）と、前記選択還元触媒を、前記フィルタの前記上流端面側に含浸させる工程（例えば、後述のＳＣＲ触媒含浸工程Ｓ３）と、前記ＮＨ_３酸化触媒を、前記フィルタの前記下流端面側に付着させる工程（例えば、後述のＮＨ_３酸化触媒付着工程Ｓ４）と、を含むことを特徴とする。

本発明によると、第２目封じ部材が選択還元触媒の下流側端または当該下流側端よりも上流側位置まで配置された上記内燃機関の排気浄化装置を製造することができる。

本発明によれば、ＮＯｘ浄化をアッシュ成分の影響を受けずに実行するとともにコンパクト化を図ることができる。

本発明の一実施形態に係る内燃機関の排気システムを示す模式図である。 上記実施形態に係る排気浄化フィルタを示す模式図である。 上記実施形態に係る排気浄化フィルタの一部を示す拡大図である。 上記実施形態に係るＳＣＲ触媒の最大ＮＨ_３ストレージ量の温度変化を示す図である。 上記実施形態に係るエンジン直下の区間および床下の区間内の温度変化を示す図である。 上記実施形態に係る排気浄化フィルタの製造方法における目封じ工程を示す説明図である。 上記実施形態に係る排気浄化フィルタの製造方法におけるＳＣＲ触媒含浸工程を示す説明図である。 上記実施形態に係る排気浄化フィルタの製造方法におけるＮＨ_３酸化触媒付着工程を示す説明図である。

以下、本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る内燃機関（以下、「エンジン」という）１およびその排気浄化システム２を示す模式図である。
エンジン１は、リーンバーン運転方式のガソリンエンジンまたはディーゼルエンジンであり、車両前方のエンジンルーム内に設けられている。

排気浄化システム２は、エンジン１の排気管１１の一部として設けられた排気浄化装置（以下、「触媒浄化ユニット」という）３と、触媒浄化ユニット３を制御する電子制御ユニット（以下、「ＥＣＵ」という）４と、を含んで構成される。
排気管１１は、エンジン１の図示しない排気ポートから延び、車両の床下を通って車両の後方端部に至る。排気管１１は、図１に示すように、エンジンルーム内のエンジン直下の区間と、エンジンルーム外の床下の区間とに分けられる。
触媒浄化ユニット３は、エンジンルーム内、すなわちエンジン直下の区間内のエンジン１の側部に隣接して排気流れ方向を下方へ向けて設けられている。

ＥＣＵ４には、排気浄化システム２の状態を検出するため、排気温度センサ５１やＮＨ_３センサまたはＮＯｘセンサ５２などの様々なセンサが接続されている。
排気温度センサ５１は、排気浄化フィルタ３３の上流側の排気の温度を検出し、検出値に略比例した信号をＥＣＵ４に送信する。排気浄化フィルタ３３の温度は、排気温度センサ５１の出力に基づいてＥＣＵ４により図示しない処理によって算出される。ＮＨ_３センサまたはＮＯｘセンサ５２は、排気浄化フィルタ３３の下流側の排気のＮＨ_３濃度を検出するまたは排気浄化フィルタ３３の下流側の排気のＮＯｘ濃度を検出し、検出値に略比例した信号をＥＣＵ４に送信する。

触媒浄化ユニット３は、円柱状であり、上流触媒コンバータ３１と、尿素水噴射装置３２と、排気浄化フィルタ３３とを、一の円筒状のケーシング３４内にこの順で直列に配置して構成される。

上流触媒コンバータ３１は、円柱状であり、フロースルー型のハニカム構造体を基材として、この基材に酸化触媒を担持して構成される。エンジン１から排出された排気に含まれるＨＣやＣＯは、この上流触媒コンバータ３１を通過する過程で酸化触媒の作用によって酸化される。また、排気に含まれるＮＯも、上流触媒コンバータ３１を通過する過程でＮＯ_２に酸化される。エンジン直下の排気に含まれるＮＯｘのうちほぼ全てはＮＯでありＮＯ_２はほとんど含まれていない（ＮＯ_２／ＮＯｘ比がほぼ０）。このため、上流触媒コンバータ３１でＮＯを酸化しＮＯ_２を生成することにより、排気浄化フィルタ３３に流入する排気のＮＯ_２／ＮＯｘ比を、後述の選択還元触媒（以下、「ＳＣＲ触媒」という）３３ｄにおけるＮＯｘ浄化性能が最適化される約０．５まで上昇させることができる。

尿素水噴射装置３２は、円筒空間内部に、尿素水を噴射するインジェクタと、噴射された尿素水を排気中に攪拌するミキサと、を備え、ケーシング３４内のうち上流触媒コンバータ３１と排気浄化フィルタ３３との間に設けられる。尿素水噴射装置３２は、尿素水噴射制御によって定められた量の尿素水溶液を、円柱状の排気浄化フィルタ３３の上流端面へ向けて濃度の偏りなく噴射する。これにより、尿素水溶液から加水分解されて生成されたＮＨ_３が排気浄化フィルタ３３に供給される。

排気浄化フィルタ３３は、円柱状であり、多孔質壁で区画形成された複数のセルを有するウォールフロー型のハニカム構造体３３ａと、ハニカム構造体３３ａの上流端面３３Ａと下流端面３３Ｂとを互い違いに目封じした第１目封じ部材３３ｂおよび第２目封じ部材３３ｃと、を備える（図２参照）。エンジン１から排出された排気に含まれる炭素を主成分とした粒子状物質（以下、「ＰＭ」という）は、排気浄化フィルタ３３の多孔質壁の細孔を通過する過程で捕集される。ＰＭが排気浄化フィルタ３３に堆積すると、圧力降下が増大し、燃費が悪化するおそれがある。そこで、排気浄化フィルタ３３のＰＭ堆積量が所定量を超えると、排気浄化フィルタ３３を約６００℃程度まで昇温することで排気浄化フィルタ３３に捕集されたＰＭを燃焼除去するフィルタ再生処理が適宜実行される。

ケーシング３４に対して上流側の排気管１１は、エンジン１の図示しない排気ポートから延びる排気マニホルドに接続される。ケーシング３４に対して下流側の排気管１１は、エンジンルーム内から車両の床下を通って車両の後方端部に至る。これにより、ケーシング３４内は、エンジン１の排気管１１の一部となる。

図２は、排気浄化フィルタ３３を示す模式図である。
排気浄化フィルタ３３のハニカム構造体３３ａは、軸方向に長い円柱形状であり、例えば、コージェライト、ムライト、シリコンカーバイド（ＳｉＣ）などの多孔質体が用いられ、多孔質壁３３ａ１で複数のセルが区画形成されている。また、ハニカム構造体３３ａは、アッシュ成分Ａが堆積していっても、そのＰＭ捕集機能を排気浄化フィルタ３３の生涯にわたって発揮でき、後述のＳＣＲ触媒３３ｄがその機能を同様に排気浄化フィルタ３３の生涯にわたって発揮できる排気流れ方向の長さに設定される。

排気浄化フィルタ３３のハニカム構造体３３ａは、上流端面３３Ａを目封じする第１目封じ部材３３ｂを備える。第１目封じ部材３３ｂによって上流端面３３Ａを目封じされたセルは、上流側端部が閉塞し、下流側端部が開口し、排気浄化フィルタ３３の多孔質壁の細孔から流出した排気を下流へ流出させる排気流出側セルＣ１となる。
第１目封じ部材３３ｂは、排気浄化フィルタ３３のハニカム構造体３３ａの上流端面３３Ａから目封じ用セメントＣＭを封入することで配置される。

排気浄化フィルタ３３のハニカム構造体３３ａは、下流端面３３Ｂを目封じする第２目封じ部材３３ｃを備える。第２目封じ部材３３ｃによって下流端面３３Ｂを目封じされたセルは、上流側端部が開口し、下流側端部が閉塞し、尿素水噴射装置３２から流入する排気を排気浄化フィルタ３３内部へ流入させる排気流入側セルＣ２となる。排気流出側セルＣ１と排気流入側セルＣ２とは、互いに格子状に隣接する。
第２目封じ部材３３ｃは、排気浄化フィルタ３３のハニカム構造体３３ａの下流端面３３Ｂから目封じ用セメントＣＭを封入することで配置される。ここで、第２目封じ部材３３ｃは、第１目封じ部材３３ｂに用いられた目封じ用セメントＣＭの量よりも多くの量を用い、第１目封じ部材３３ｂよりも軸方向長さが長い。

図３は、排気浄化フィルタ３３の一部を示す拡大図である。
第２目封じ部材３３ｃは、排気流出側セルＣ１において、排気浄化フィルタ３３のハニカム構造体３３ａに担持された後述のＳＣＲ触媒３３ｄの下流側端Ｘ１よりも上流側の位置Ｘ２まで封入される。
なお、第２目封じ部材３３ｃは、ＳＣＲ触媒３３ｄの下流側端Ｘ１のちょうどの位置まで封入されるものであってもよい。ただし、第２目封じ部材３３ｃがＳＣＲ触媒３３ｄの下流側端Ｘ１よりも下流側の位置までしか封入されない場合には、ＳＣＲ触媒３３ｄの下流側端Ｘ１よりも下流側であって第２目封じ部材３３ｃに目封じされていない領域が流路抵抗の少ない領域となり、多くの排気がＳＣＲ触媒３３ｄを迂回し、排気中のＮＯｘがＳＣＲ触媒３３ｄに接触しない現象や供給されたＮＨ_３がＳＣＲ触媒３３ｄに貯蔵されず下流側のＮＨ_３酸化触媒３３ｅによってＮＯｘに直接酸化される現象が生じる。また、仮にＳＣＲ触媒３３ｄの下流側端Ｘ１よりも下流側であって第２目封じ部材３３ｃに目封じされていない領域にＮＨ_３酸化触媒３３ｅが担持されると、供給されたＮＨ_３がＮＨ_３酸化触媒３３ｅによってＮＯｘに直接酸化される現象が生じる。これらのような現象を防止するため、第２目封じ部材３３ｃは、ＳＣＲ触媒３３ｄの下流側端Ｘ１または当該下流側端Ｘ１よりも上流側の位置Ｘ２まで封入される。

排気浄化フィルタ３３のハニカム構造体３３ａの上流端面３３Ａ側には、ＳＣＲ触媒３３ｄが担持されている。ＳＣＲ触媒３３ｄは、上流端面３３Ａから第２目封じ部材３３ｃの先端の位置Ｘ２よりも下流の下流側端Ｘ１まで、排気浄化フィルタ３３のハニカム構造体３３ａの多孔質壁３３ａ１全体に含有担持されている。
ＳＣＲ触媒３３ｄとしては、ゼオライトを主成分として含むことが好ましい。ゼオライトの含有量は、ハニカム構造体の単位容量あたり１０ｇ／Ｌ〜３００ｇ／Ｌであることが好ましい。ゼオライトの含有量が１０ｇ／Ｌ未満であると、ＮＨ_３を十分に保持することができないため、ＮＯｘ浄化能が低下する。一方、ゼオライトの含有量が３００ｇ／Ｌを超えると、排気流路が十分に確保できず、排気の流速が早くなる結果、ＮＯｘが保持され難くなる上、ハニカム構造体３３ａに担持させ得る限界量を超えるため実用的ではない。

ゼオライトとしては、β型ゼオライト、ＭＦＩ型ゼオライト、Ｙ型ゼオライト、モルデナイト型ゼオライト、フェリエライト型ゼオライトおよびＳＺＲ型ゼオライトからなる群より選択される少なくとも１種のゼオライトが好ましく用いられる。
また、ゼオライトは、Ｆｅ、Ｃｕ、ＡｇおよびＣｅからなる群より選択される少なくとも１種のイオン交換種を含むことが好ましく、これらのイオンによりイオン交換されたゼオライトが好ましく用いられる。

ＳＣＲ触媒３３ｄは、ＮＨ_３の存在する雰囲気下で排気中のＮＯｘを選択的に還元する。具体的には、尿素水噴射装置３２からＮＨ_３が供給されると、このＮＨ_３によって下記３種類の反応式に従い排気中のＮＯｘを選択的に還元する。
ＮＯ＋ＮＯ_２＋２ＮＨ_３→２Ｎ_２＋３Ｈ_２Ｏ
４ＮＯ＋４ＮＨ_３＋Ｏ_２→４Ｎ_２＋６Ｈ_２Ｏ
６ＮＯ_２＋８ＮＨ_３→７Ｎ_２＋１２Ｈ_２Ｏ

また、ＳＣＲ触媒３３ｄは、ＮＨ_３で排気中のＮＯｘを還元するだけでなく、ＮＨ_３を所定の量だけ貯蔵する。以下では、ＳＣＲ触媒３３ｄに貯蔵されたＮＨ_３の量をＮＨ_３ストレージ量といい、このＮＨ_３ストレージ量の限界を最大ＮＨ_３ストレージ量という。このようにしてＳＣＲ触媒３３ｄに貯蔵されたＮＨ_３は、尿素水噴射装置３２から供給されたＮＨ_３と合わせて排気中のＮＯｘの還元に適宜消費される。なお、ＳＣＲ触媒３３ｄに多くのＮＨ_３が存在すると、流入するＮＯｘとの反応性が向上する。したがって、ＳＣＲ触媒３３ｄのＮＯｘ浄化率は、そのＮＨ_３ストレージ量が多くなるほど高くなる。また、ＮＨ_３ストレージ量が最大ＮＨ_３ストレージ量を超えると、ＮＨ_３がＳＣＲ触媒３３ｄの下流へスリップする。

ＥＣＵ４は、エンジン１を停止した時点において、ＳＣＲ触媒３３ｄに所定量以上のＮＨ_３が貯蔵されるように、エンジン１の運転中における尿素水噴射装置３２からの尿素水噴射量を制御する。より具体的には、ＥＣＵ４は、エンジン１の運転中は、ＳＣＲ触媒３３ｄに最大ＮＨ_３ストレージ量に近い量のＮＨ_３が貯蔵されているように、排気温度センサ５１およびＮＨ_３センサまたはＮＯｘセンサ５２などを始めとするエンジン１に搭載される種々のセンサの出力に基づいて、排出されるＮＯｘ量および消費されるＮＯｘ量を算出して尿素水噴射量を制御する。

ＳＣＲ触媒３３ｄの最大ＮＨ_３ストレージ量の特性は、ＳＣＲ触媒３３ｄの温度が低下する程大きくなる特性である（例えば、図４参照）。このため、エンジン１を停止した時点において、ＳＣＲ触媒３３ｄに貯蔵されていたＮＨ_３は、その後、再びエンジン１が始動されるまで、そのままＳＣＲ触媒３３ｄに貯蔵される。したがって、エンジン１の運転中には、上述のような尿素水噴射制御を行うことにより、ＳＣＲ触媒３３ｄに所定量のＮＨ_３が貯蔵された状態でエンジン１を始動できる。

一方、図４に示された最大ＮＨ_３ストレージ量の特性は、ＳＣＲ触媒３３ｄの温度が上昇する程小さくなる特性でもある。ここで、エンジン直下の区間内は、床下の区間内に比して排気の温度挙動が大きく、排気の温度が安定しない（例えば、図５参照）。このため、ＳＣＲ触媒３３ｄに貯蔵されたＮＨ_３がスリップすることがしばしば経験される。このＮＨ_３のスリップの対策として後述するＮＨ_３酸化触媒３３ｅを用いる。

排気浄化フィルタ３３のハニカム構造体３３ａの下流端面３３Ｂ側には、ＮＨ_３酸化触媒３３ｅが担持される。ＮＨ_３酸化触媒３３ｅは、ＳＣＲ触媒３３ｄの下流側端Ｘ１に対して間隔を空けた上流側端Ｘ３から下流端面３３Ｂまで、排気浄化フィルタ３３のハニカム構造体３３ａの多孔質壁３３ａ１に表層担持されている。ＮＨ_３酸化触媒３３ｅは、排気浄化フィルタ３３のハニカム構造体３３ａの多孔質壁３３ａ１内の中心部までは担持されていない。ここで、ＮＨ_３酸化触媒３３ｅの上流側端Ｘ３がＳＣＲ触媒３３ｄの下流側端Ｘ１よりも下流であるため、ＮＨ_３酸化触媒３３ｅは、排気流出側セルＣ１にのみ配置される。
ＮＨ_３酸化触媒３３ｅとしては、ゼオライトと少量のＰｔ系酸化触媒を含むことが好ましい。ゼオライトとしては、ＳＣＲ触媒３３ｄと同種のものが好ましく用いられる。Ｐｔ系酸化触媒としては、ＮＨ_３を酸化させる機能を有した貴金属としてのＰｔを主成分として含むことが好ましく、Ｒｈ、Ｐｄを併用してもよい。

ＮＨ_３酸化触媒３３ｅは、ＮＨ_３を酸化させる。これにより、ＳＣＲ触媒３３ｄからスリップしたＮＨ_３は、ＮＨ_３酸化触媒３３ｅを用いて排気浄化フィルタ３３のハニカム構造体３３ａ内部で酸化され、排気浄化フィルタ３３の下流へ流出しない。

排気浄化フィルタ３３のハニカム構造体３３ａ内部では、ＳＣＲ触媒３３ｄとＮＨ_３酸化触媒３３ｅとの間に間隔が空いている。具体的には、図３に示すように、排気流出側セルＣ１において、ＳＣＲ触媒３３ｄの下流側端Ｘ１とＮＨ_３酸化触媒３３ｅの上流側端Ｘ３との間に、ハニカム構造体３３ａの多孔質壁３３ａ１に触媒を担持させていない非触媒担持領域Ｒ１が形成される。

次に、排気浄化フィルタ３３の製造方法を説明する。
図６、図７、図８は、排気浄化フィルタ３３の製造方法を示す説明図であり、図６が第１目封じ工程Ｓ１および第２目封じ工程Ｓ２を示し、図７がＳＣＲ触媒含浸工程Ｓ３を示し、図８がＮＨ_３酸化触媒付着工程Ｓ４を示す。
排気浄化フィルタ３３は、第１目封じ工程Ｓ１と、第２目封じ工程Ｓ２と、ＳＣＲ触媒含浸工程Ｓ３と、ＮＨ_３酸化触媒付着工程Ｓ４と、を含み、この順に工程を経ることで製造される。

第１目封じ工程Ｓ１は、第１目封じ部材３３ｂを、排気浄化フィルタ３３に区画形成された排気流出側セルＣ１に配置する。
具体的には、図６に示すように、排気浄化フィルタ３３のハニカム構造体３３ａの上流端面３３Ａを第１目封じ部材３３ｂとなる目封じ用セメントＣＭが格納されたセメント吐出容器６０のセメント吐出端面６１に押し付ける。セメント吐出端面６１は、複数のセメント吐出口６２を有し、複数の排気流出側セルＣ１とセメント吐出端面６１の複数のセメント吐出口６２とがそれぞれ一対一に対応する。そして、セメント吐出容器６０内を図示矢印Ａのように加圧し、複数のセメント吐出口６２から目封じ用セメントＣＭを吐出させる。ここで、複数の排気流出側セルＣ１に進入させる目封じ用セメントＣＭの量は、目封じ用セメントＣＭが排気浄化フィルタ３３のハニカム構造体３３ａの上流端面３３Ａから所定位置まで入り込む量に設定されている。これにより、排気流出側セルＣ１の上流側端部が第１目封じ部材３３ｂによって目封じされて閉塞する。

第２目封じ工程Ｓ２は、第２目封じ部材３３ｃを、排気浄化フィルタ３３に区画形成された排気流入側セルＣ２に、ＳＣＲ触媒３３ｄの下流側端Ｘ１位置よりも上流側の位置Ｘ２として予め設定された位置まで配置する。
具体的には、第１目封じ工程Ｓ１と同様に図６に示すように、排気浄化フィルタ３３のハニカム構造体３３ａの下流端面３３Ｂを第２目封じ部材３３ｃとなる目封じ用セメントＣＭが格納されたセメント吐出容器６０のセメント吐出端面６１に押し付ける。セメント吐出端面６１は、複数のセメント吐出口６２を有し、複数の排気流入側セルＣ２とセメント吐出端面６１の複数のセメント吐出口６２とがそれぞれ一対一に対応する。そして、セメント吐出容器６０内を図示矢印Ａのように加圧し、複数のセメント吐出口６２から目封じ用セメントＣＭを吐出させる。ここで、複数の排気流入側セルＣ２に進入させる目封じ用セメントＣＭの量は、目封じ用セメントＣＭが排気浄化フィルタ３３のハニカム構造体３３ａの下流端面３３ＢからＳＣＲ触媒３３ｄの下流側端Ｘ１位置よりも上流側の位置Ｘ２として予め設定された位置まで入り込む量に設定されている。これにより、排気流入側セルＣ２の下流側端部が第２目封じ部材３３ｃによって目封じされて閉塞する。

ＳＣＲ触媒含浸工程Ｓ３は、ＳＣＲ触媒３３ｄを排気浄化フィルタ３３のハニカム構造体３３ａの上流端面３３Ａ側に含浸させる。具体的には、図７（ａ）に示すように、上流端面３３Ａを下方に向けた状態で排気浄化フィルタ３３のハニカム構造体３３ａをＳＣＲ触媒３３ｄの含有された溶液７０に浸し、排気浄化フィルタ３３のハニカム構造体３３ａの上方に向いた下流端面３３Ｂにシーリング７１を被覆する。そして、図７（ａ），（ｂ）に示すように、シーリング７１の所定箇所から排気浄化フィルタ３３のハニカム構造体３３ａ内部の空気を図示矢印Ｂのように吸引する。これにより、図７（ｂ），（ｃ）に示すように、ＳＣＲ触媒３３３ｄの含有された溶液７０を図示矢印Ｃのように排気浄化フィルタ３３のハニカム構造体３３ａ内部の上流端面３３Ａ側に含浸させる。図７（ｂ）に示すように、ＳＣＲ触媒３３ｄの含有された溶液７０は、排気浄化フィルタ３３のハニカム構造体３３ａの上流端面３３Ａ側からＳＣＲ触媒３３ｄの下流側端Ｘ１と予め設定された位置まで含浸させられる。これにより、ＳＣＲ触媒３３ｄは、排気浄化フィルタ３３のハニカム構造体３３ａ内部の下流側端Ｘ１として予め設定された位置まで多孔質壁３３ａ１全体に含有担持される。

ＮＨ_３酸化触媒付着工程Ｓ４は、ＮＨ_３酸化触媒３３ｅを排気浄化フィルタ３３のハニカム構造体３３ａの下流端面３３Ｂ側に付着させる。具体的には、図８（ａ），（ｂ）に示すように、下流端面３３Ｂを下方に向けた状態で排気浄化フィルタ３３のハニカム構造体３３ａをＮＨ_３酸化触媒３３ｅの含有された溶液８０に浸す。これにより、図８（ｃ）に示すように、ＮＨ_３酸化触媒３３ｅの含有された溶液８０を排気浄化フィルタ３３のハニカム構造体３３ａ内部の下流側の多孔質壁３３ａ１表面に付着させる。ここで、図８（ｂ）に示すように、ＮＨ_３酸化触媒３３ｅの含有された溶液８０に浸される排気浄化フィルタ３３のハニカム構造体３３ａの下流端面３３Ｂ側の領域は、排気浄化フィルタ３３のハニカム構造体３３ａの下流端面３３ＢからＳＣＲ触媒３３ｄの下流側端Ｘ１に対して非触媒担持領域Ｒ１になる所定距離を空けた下流側の位置（上流側端Ｘ３）までに設定される。そして、排気浄化フィルタ３３のハニカム構造体３３ａがＮＨ_３酸化触媒３３ｅの含有された溶液から引き上げられ、ＮＨ_３酸化触媒３３ｅが付着する。これにより、ＮＨ_３酸化触媒３３ｅは、排気浄化フィルタ３３のハニカム構造体３３ａ内部の下流端面３３Ｂから位置（上流側端Ｘ３）まで多孔質壁３３ａ１に表層担持される。ここで、ＮＨ_３酸化触媒付着工程Ｓ４は、第２目封じ工程Ｓ２よりも後工程であり、排気流入側セルＣ２は既に目封じされているため、ＮＨ_３酸化触媒３３ｅは、排気流入側セルＣ２には表層担持されず、排気流出側セルＣ１に表層担持される。そしてこのとき、排気流出側セルＣ１において、ＳＣＲ触媒３３ｄの下流側端Ｘ１とＮＨ_３酸化触媒３３ｅの上流側端Ｘ３との間に、ハニカム構造体３３ａの多孔質壁３３ａ１に触媒を担持させていない非触媒担持領域Ｒ１が形成される。

以上の本実施形態に係る触媒浄化ユニット３によれば、以下の効果を奏する。

（１）本実施形態によると、第２目封じ部材３３ｃがＳＣＲ触媒３３ｄの下流側端Ｘ１よりも上流側の位置Ｘ２まで配置されている。これにより、排気流入側セルＣ２は、ＳＣＲ触媒３３ｄだけを担持した状態である。また、排気流出側セルＣ１は、ＳＣＲ触媒３３ｄとＮＨ_３酸化触媒３３ｅとを担持した状態である。このため、ＳＣＲ触媒３３ｄに貯蔵されたＮＨ_３がスリップしても、排気流出側セルＣ１においてＮＨ_３酸化触媒３３ｅがスリップしたＮＨ_３を酸化させ、ＮＨ_３が排気浄化フィルタ３３の下流へスリップしない。
そして、アッシュ成分Ａは、排気浄化フィルタ３３の排気流入側セルＣ２に堆積し、排気流出側セルＣ１に堆積しない。そのため、排気流出側セルＣ１においてＳＣＲ触媒３３ｄの下流側に担持されたＮＨ_３酸化触媒３３ｅは、排気浄化フィルタ３３の生涯にわたってＮＨ_３を酸化する機能を継続して発揮することができる。したがって、ＮＯｘ浄化をアッシュ成分の影響を受けずに実行することができる。
また、ＮＨ_３酸化触媒３３ｅは、排気流出側セルＣ１においてＳＣＲ触媒３３ｄの下流側に担持される。そのため、ＮＨ_３酸化触媒３３ｅを排気浄化フィルタ３３の下流に追加する必要がなく、車両の床下に配置する排気系の各種装置が廃止される。したがって、コンパクト化を図ることができる。
さらに、ＮＨ_３酸化触媒３３ｅは、排気浄化フィルタ３３の生涯にわたってＮＨ_３を酸化する機能を継続して発揮し、ＮＨ_３酸化触媒が多量に必要ではなく、コストを低減することができる。
また、第２目封じ部材３３ｃがＳＣＲ触媒３３ｄの下流側端Ｘ１よりも下流側の位置までしか封入されない場合には、ＳＣＲ触媒３３ｄの下流側端Ｘ１よりも下流側であって第２目封じ部材３３ｃに目封じされていない領域が流路抵抗の少ない領域となり、多くの排気がＳＣＲ触媒３３ｄを迂回し、排気中のＮＯｘがＳＣＲ触媒３３ｄに接触しない現象や供給されたＮＨ_３がＳＣＲ触媒３３ｄに貯蔵されず下流側のＮＨ_３酸化触媒３３ｅによってＮＯｘに直接酸化される現象が生じる。また、仮にＳＣＲ触媒３３ｄの下流側端Ｘ１よりも下流側であって第２目封じ部材３３ｃに目封じされていない領域にＮＨ_３酸化触媒３３ｅが担持されると、供給されたＮＨ_３がＮＨ_３酸化触媒３３ｅによってＮＯｘに直接酸化される現象が生じる。しかし、本実施形態であると、第２目封じ部材３３ｃがＳＣＲ触媒３３ｄの下流側端Ｘ１よりも上流側の位置Ｘ２まで配置されるため、排気がＳＣＲ触媒３３ｄを迂回せず、排気中のＮＯｘがＳＣＲ触媒３３ｄに接触しない現象や供給されたＮＨ_３がＮＨ_３酸化触媒３３ｅによってＮＯｘに直接酸化される現象を防止することができる。

（２）ＮＨ_３酸化触媒３３ｅは、排気浄化フィルタ３３のハニカム構造体３３ａに区画形成された排気流出側セルＣ１に表層担持される。本実施形態によると、第２目封じ部材３３ｃがＳＣＲ触媒３３ｄの下流側端Ｘ１よりも上流側の位置Ｘ２まで配置されているため、ＮＨ_３酸化触媒３３ｅは、第１目封じ部材３３ｂによって上流端面３３Ａを目封じされた排気流出側セルＣ１においてＳＣＲ触媒３３ｄの下流側に表層担持される。そして、排気浄化フィルタ３３内を流通する排気は、ＳＣＲ触媒３３ｄが担持された領域において排気流入側セルＣ２から多孔質壁３３ａ１の細孔を通過し、排気流出側セルＣ１においてＳＣＲ触媒３３ｄの下流側に表層担持されたＮＨ_３酸化触媒３３ｅに必ず接触する。このため、ＳＣＲ触媒３３ｄに貯蔵されたＮＨ_３がスリップしても、排気流出側セルＣ１においてＳＣＲ触媒３３ｄの下流側に担持されたＮＨ_３酸化触媒３３ｅがスリップしたＮＨ_３を酸化させ、ＮＨ_３が排気浄化フィルタ３３の下流にスリップしない。また排気は、ＳＣＲ触媒３３ｄが担持された領域において排気流入側セルＣ２から多孔質壁３３ａ１の細孔を通過し、ＮＨ_３酸化触媒３３ｅが排気浄化フィルタ３３の多孔質壁３３ａ１全体に担持されてもその領域を通過しない。これに対し、ＮＨ_３酸化触媒３３ｅは、排気流出側セルＣ１においてＳＣＲ触媒３３ｄの下流側に表層担持されるため、無駄に担持されず効率的に配置され、コストを低減することができる。

（３）排気浄化フィルタ３３は、エンジン直下の区間内に設けられる。本実施形態によると、排気浄化フィルタ３３がエンジン直下の区間に配置され、ＳＣＲ触媒３３ｄに流入する排気の温度がＳＣＲ触媒３３ｄの活性温度域に早期に到達するため、ＮＯｘ浄化率を改善することができる。また、車両の床下に配置する排気系の各種装置が廃止され、コストを低減することができる。

（４）ＮＨ_３酸化触媒３３ｅは、ＮＨ_３を酸化させる機能を有した貴金属を含み、排気浄化フィルタ３３内のＳＣＲ触媒３３ｄとＮＨ_３酸化触媒３３ｅとの間に間隔が空いている。本実施形態によると、ＮＨ_３酸化触媒３３ｅがＳＣＲ触媒３３ｄに混入されず、ＳＣＲ触媒３３ｄに混入されたＮＨ_３酸化触媒３３ｅがＳＣＲ触媒３３ｄに貯蔵すべきＮＨ_３をＮＯｘに酸化させることを防止できる。

（５）第２目封じ部材３３ｃを、ＳＣＲ触媒３３ｄの下流側端Ｘ１よりも上流側の位置Ｘ２として予め設定された所定位置まで配置する第２目封じ工程Ｓ２と、ＳＣＲ触媒３３ｄを、排気浄化フィルタ３３の上流端面３３Ａ側に含浸させるＳＣＲ触媒含浸工程Ｓ３と、ＮＨ_３酸化触媒３３ｅを、排気浄化フィルタ３３の下流端面３３Ｂ側に付着させるＮＨ_３酸化触媒付着工程Ｓ４と、を含む。本実施形態によると、第２目封じ部材３３ｃがＳＣＲ触媒３３ｄの下流側端Ｘ１よりも上流側の位置Ｘ２まで配置された触媒浄化ユニット３を製造することができる。

なお、本発明は上記実施形態に限定されず、本発明の目的を達成できる範囲で変形、改良などを行っても、本発明の範囲に包含される。

上記実施形態では、第２目封じ部材３３ｃは、ＳＣＲ触媒３３ｄの下流側端Ｘ１よりも上流側の位置Ｘ２まで封入されるものであった。しかしながら、第２目封じ部材３３ｃは、ＳＣＲ触媒３３ｄの下流側端Ｘ１まで封入されるものであってもよい。

上記実施形態では、第１目封じ工程Ｓ１は、第２目封じ工程Ｓ２の前工程であった。しかしながら、第１目封じ工程Ｓ１は、ＮＨ_３酸化触媒付着工程Ｓ４の後工程であってもよい。

１…エンジン（内燃機関）
３…触媒浄化ユニット（排気浄化装置）
１１…排気管（排気通路）
３３…排気浄化フィルタ（フィルタ）
３３Ａ…上流端面
３３Ｂ…下流端面
３３ｂ…第１目封じ部材
３３ｃ…第２目封じ部材
３３ｄ…ＳＣＲ触媒（選択還元触媒）
３３ｅ…ＮＨ_３酸化触媒
Ｘ１…下流側端
Ｘ２…位置（上流側位置）
Ｓ２…第２目封じ工程
Ｓ３…ＳＣＲ触媒含浸工程
Ｓ４…ＮＨ_３酸化触媒付着工程

Claims (5)

1. 内燃機関の排気通路に設けられ、上流端面と下流端面とを互い違いに目封じされ、前記上流端面を目封じする第１目封じ部材と、前記下流端面を目封じする第２目封じ部材と、を有するフィルタと、
   前記フィルタの前記上流端面側に担持され、ＮＨ_３を貯蔵する機能とＮＨ_３によって排気中のＮＯｘを還元する機能とを有した選択還元触媒と、
   前記フィルタの前記下流端面側に担持され、ＮＨ_３を酸化させる機能を有したＮＨ_３酸化触媒と、を備え、
   前記第２目封じ部材は、前記選択還元触媒の下流側端または当該下流側端よりも上流側位置まで配置されたことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
2. 前記ＮＨ_３酸化触媒は、前記第１目封じ部材によって前記上流端面を目封じされたセルに表層担持されたことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
3. 前記フィルタは、前記機関の直下の区間内に設けられたことを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
4. 前記ＮＨ_３酸化触媒は、ＮＨ_３を酸化させる機能を有した貴金属を含み、
   前記選択還元触媒と前記ＮＨ_３酸化触媒との間に間隔が空いていることを特徴とする請求項１から３の何れかに記載の内燃機関の排気浄化装置。
5. 内燃機関の排気通路に設けられ、上流端面と下流端面とを互い違いに目封じされ、前記上流端面を目封じする第１目封じ部材と、前記下流端面を目封じする第２目封じ部材と、を有するフィルタと、
   前記フィルタの前記上流端面側に担持され、ＮＨ_３を貯蔵する機能とＮＨ_３によって排気中のＮＯｘを還元する機能とを有した選択還元触媒と、
   前記フィルタの前記下流端面側に担持され、ＮＨ_３を酸化させる機能を有したＮＨ_３酸化触媒と、を備えた内燃機関の排気浄化装置の製造方法であって、
   前記第２目封じ部材を、前記選択還元触媒の下流側端または当該下流側端よりも上流側位置として予め設定された所定位置まで配置する工程と、
   前記選択還元触媒を、前記フィルタの前記上流端面側に含浸させる工程と、
   前記ＮＨ_３酸化触媒を、前記フィルタの前記下流端面側に付着させる工程と、を含むことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置の製造方法。
   

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