JP2021080875A - 排気浄化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ＮＯｘの浄化効率を向上させることができる排気浄化装置を提供する。【解決手段】排気浄化装置１は、排気ガスＧが流れる排気通路５に配置され、排気ガスＧに含まれるＮＯｘを還元するＳＣＲ１１と、排気通路５におけるＳＣＲ１１の下流側に配置されたＡＳＣ１２と、排気通路５におけるＡＳＣ１２の下流側に配置され、少なくともＮＯｘのうちＮＯを酸化するＤＯＣ１３と、排気通路５におけるＤＯＣ１３の下流側に配置され、排気ガスＧに含まれる粒子状物質を捕集するＤＰＦ１４と、排気通路５におけるＳＣＲ１１の上流側に配置され、排気ガスＧに尿素水を噴射可能に構成された尿素水噴射部２１と、を備え、ＳＣＲ１１は、Ｃｕを含有し、ＡＳＣ１２は、排気ガスＧへの尿素水の噴射によって生成されたＮＨ３をＮＯｘに酸化する酸化部１２ａと、酸化部１２ａを通過したＮＯｘを還元する還元部１２ｂと、を有する。【選択図】図１

Description

本発明は、排気浄化装置に関する。

従来、エンジンから排出される排気ガスを浄化するための排気浄化装置として、例えば特許文献１に記載の装置が知られている。この排気浄化装置は、排気ガスが流れる排気通路の上流側から順に、排気ガス中のＮＯｘを浄化する第１の還元触媒と、排気ガス中のＣＯ及びＨＣを浄化すると共にＮＯｘのうちＮＯを酸化する酸化触媒と、排気ガス中の粒状物質を捕集するフィルタと、排気ガス中のＮＯｘを浄化する第２の還元触媒と、を備える。

特開２０１８−１５９３３４号公報

上述した排気浄化装置では、第１の還元触媒が、酸化触媒、フィルタ、及び第２の還元触媒の上流側に配置されている。このような配置にすると、エンジンから排出された直後の高温の排気ガスが第１の還元触媒に流れることとなり、第１の還元触媒を早期に活性化させることができるので、排気ガス中のＮＯｘの浄化効率の向上を図る上で好適である。しかしながら、上述した排気浄化装置では、触媒に流入する排気ガス中の成分比率を十分考慮した上で触媒が構成されているとは言えず、流入する排気ガス中の成分比率によっては、触媒の浄化性能が十分に発揮されない場合がある。よって、ＮＯｘの浄化効率の向上の点で、更なる改良の余地がある。

本発明は、ＮＯｘの浄化効率を向上させることができる排気浄化装置を提供することを目的とする。

本発明の一側面に係る排気浄化装置は、エンジンから排出される排気ガスを浄化する排気浄化装置であって、排気ガスが流れる排気通路に配置され、排気ガスに含まれるＮＯｘを還元する第１の還元触媒と、排気通路における第１の還元触媒の下流側に配置された第１のアンモニアスリップ触媒と、排気通路における第１のアンモニアスリップ触媒の下流側に配置され、少なくともＮＯｘのうちＮＯを酸化する酸化触媒と、排気通路における酸化触媒の下流側に配置され、排気ガスに含まれる粒子状物質を捕集するフィルタと、排気通路における第１の還元触媒の上流側に配置され、排気ガスに還元剤を噴射可能に構成された還元剤噴射部と、を備え、第１の還元触媒は、Ｃｕを含有し、第１のアンモニアスリップ触媒は、排気ガスへの還元剤の噴射によって生成されたＮＨ_３をＮＯｘに酸化する酸化部と、酸化部を通過したＮＯｘを還元する還元部と、を有する。

この排気浄化装置では、第１の還元触媒が、第１のアンモニアスリップ触媒、酸化触媒、及びフィルタの上流側に配置されているので、エンジンから排出された直後の高温の排気ガスを第１の還元触媒に流すことができる。これにより、第１の還元触媒を早期に活性化させることができ、ＮＯｘの浄化効率の向上を図ることができる。更に、第１の還元触媒は、Ｃｕを含有するＣｕ系の還元触媒となっている。エンジンから排出される排気ガスはＮＯを多く含むため、第１の還元触媒には、ＮＯの割合が高い状態の排気ガスが流入する。このようにＮＯが多く存在する（或いはＮＯのみが存在する）環境下においては、ＮＯｘの浄化性能を十分に発揮させる観点から、他の還元触媒を用いるよりもＣｕ系の還元触媒を用いることが好適である。したがって、第１の還元触媒をＣｕ系の還元触媒とすることにより、第１の還元触媒においてＮＯｘの還元反応を十分に進行させることができ、ＮＯｘを効率的に浄化することができる。更に、第１のアンモニアスリップ触媒は、排気ガスへの還元剤の噴射によって生成されたＮＨ_３をＮＯｘに酸化する酸化部と、酸化部を通過したＮＯｘを還元する還元部と、を有する。Ｃｕ系の還元触媒は、ＮＨ_３を多く吸着する性質を有するため、生成されたＮＨ_３の多くは、第１の還元触媒を通過する際に第１の還元触媒に吸着する。第１の還元触媒に吸着したＮＨ_３は、エンジンから排出された直後の排気ガスによる急激な温度上昇によって、第１の還元触媒からリークする。このようにリークしたＮＨ_３は、第１のアンモニアスリップ触媒の酸化部によってＮＯ及びＮＯ_２等のＮＯｘに酸化され、第１のアンモニアスリップ触媒の還元部によってＮＯｘが還元される。ここで、還元部におけるＮＯｘの還元反応の際にＮＨ_３が消費されるので、酸化部からリークしたＮＨ_３が酸化触媒へと更にリークしてしまう事態を抑制できる。すなわち、リークしたＮＨ_３が、酸化触媒において、浄化され難く且つ有害性の高いＮ_２Ｏに酸化されてしまう事態を抑制できる。更に、還元部におけるＮＯｘの還元反応の進行によって、第１のアンモニアスリップ触媒に流入した排気ガス中のＮＯｘを効率的に浄化できる。したがって、上述した排気浄化装置によれば、ＮＯｘの浄化効率を向上させることができる。

還元部は、Ｆｅを含有し、酸化部の下流側に位置していてもよい。この場合、第１のアンモニアスリップ触媒に流入した排気ガス中のＮＯは、酸化部によってＮＯ_２に酸化されるため、還元部には、ＮＯ_２の割合が増加した状態（例えば、ＮＯ及びＮＯ_２の割合が同程度の状態）の排気ガスが流入する。このようにＮＯ及びＮＯ_２が共存する環境下においては、ＮＯｘの浄化性能を十分に発揮させる観点から、他の還元触媒を用いるよりもＦｅ系の還元触媒を用いることが好適である。したがって、酸化部の下流側に位置する還元部をＦｅ系の還元触媒とすることにより、還元部におけるＮＯｘの還元反応を十分に進行させることができ、ＮＯｘを効率的に浄化することができる。よって、上述した構成によれば、ＮＯｘの浄化効率を一層向上させることができる。

還元部の上流側部分は、Ｃｕを含有し、還元部の下流側部分は、Ｆｅを含有し、還元部の上流側部分及び下流側部分は、酸化部に積層されていてもよい。この場合、第１のアンモニアスリップ触媒に流入した排気ガス中のＮＯｘは、Ｃｕを含有する還元部の上流側部分によって還元され、ＮＯｘのうちＮＯは、酸化部によってＮＯ_２に酸化される。ここで、Ｃｕを含有する還元部の上流側部分（Ｃｕ系の還元触媒）では、上述したように、ＮＯのみが存在する環境下においてもＮＯｘの還元反応が進行するので、ＮＯｘのうちＮＯが比較的多く還元される。これに加え、酸化部にてＮＯがＮＯ_２に酸化されるので、Ｆｅを含有する還元部の下流側部分（Ｆｅ系の還元触媒）には、ＮＯｘのうちＮＯ_２の割合が相対的に増加した状態の排気ガスが流入する。このようにＮＯ及びＮＯ_２が共存する環境下においては、上述したようにＦｅ系の還元触媒を用いることが好適である。したがって、還元部の下流側部分をＦｅ系の還元触媒とすることにより、当該下流側部分において、ＮＯｘの還元反応を十分に進行させることができ、ＮＯｘを効率的に浄化することができる。更に、還元部及び酸化部を上述したような積層構造とすることにより、第１のアンモニアスリップ触媒における酸化部の割合を小さくすることができる。これにより、酸化部における酸化力の増大を抑制でき、酸化部においてＮＨ_３がＮ_２Ｏに酸化されてしまう事態を抑制できる。したがって、上述した構成によれば、ＮＯｘの浄化効率を一層向上させることができる。

還元部の上流側部分は、Ｃｕ又はＦｅを含有し、酸化部に積層されており、還元部の下流側部分は、Ｆｅを含有し、酸化部及び還元部の上流側部分の下流側に位置していてもよい。還元部の上流側部分をＣｕ系の還元触媒とした場合、上述したように、Ｃｕ系の還元触媒におけるＮＯｘの還元反応と、酸化部におけるＮＯの酸化反応とによって、ＮＯｘのうちＮＯ_２の割合が相対的に増加した状態の排気ガスが還元部の下流側部分に流入する。よって、還元部の下流側部分をＦｅ系の還元触媒とすることにより、ＮＯｘを効率的に浄化することができる。一方、還元部の上流側部分をＦｅ系の還元触媒とした場合、第１のアンモニアスリップ触媒におけるＦｅ系の還元触媒の割合をより大きく確保することができるので、酸化部によってＮＯ_２の割合が増加したＮＯｘを、Ｆｅ系の還元触媒において効率的に浄化することができる。更に、還元部の下流側部分が、酸化部の下流側に位置する構成とすると、当該下流側部分が酸化部に積層される構成と比べて、第１のアンモニアスリップ触媒における当該下流側部分（Ｆｅ系の還元触媒）の割合をより大きく確保することができ、排気ガス中のＮＯｘを一層効率的に浄化することができる。更に、還元部の上流側部分が酸化部に積層される積層構造とすることにより、第１のアンモニアスリップ触媒における酸化部の割合を小さくすることができる。これにより、酸化部における酸化力の増大を抑制でき、酸化部においてＮＨ_３がＮ_２Ｏに酸化されてしまう事態を抑制できる。したがって、上述した構成によれば、ＮＯｘの浄化効率を一層向上させることができる。

上述した排気浄化装置は、排気通路におけるフィルタの下流側に配置され、排気ガスに含まれるＮＯｘを還元する第２の還元触媒を更に備えてもよい。この場合、第１のアンモニアスリップ触媒から流出した排気ガス中のＮＯｘを、第２の還元触媒において更に浄化することができるので、ＮＯｘの浄化効率を一層向上させることができる。

第２の還元触媒の上流側部分は、Ｆｅを含有し、第２の還元触媒の下流側部分は、Ｃｕを含有してもよい。第１のアンモニアスリップ触媒を通過した排気ガス中のＮＯは、酸化触媒によってＮＯ_２に酸化されるので、第２の還元触媒の上流側部分には、ＮＯ_２の割合が増加した状態（例えば、ＮＯ及びＮＯ_２の割合が同程度の状態）の排気ガスが流入する。このようにＮＯ及びＮＯ_２が共存する環境下においては、上述したようにＦｅ系の還元触媒を用いることが好適である。したがって、第２の還元触媒の上流側部分をＦｅ系の還元触媒とすることにより、当該上流側部分において、ＮＯｘの還元反応を十分に進行させることができ、ＮＯｘを効率的に浄化することができる。第２の還元触媒の上流側部分においてＮＯ及びＮＯ_２等が浄化されることで、第２の還元触媒の下流側部分（Ｃｕ系の還元触媒）に流入する排気ガス中のＮＯ及びＮＯ_２等が減少する。このように、Ｃｕ系の還元触媒に流入するＮＯ_２を減少させることで、Ｃｕ系の還元触媒において、浄化され難く且つ有害性の高いＮ_２Ｏが多く生成されてしまう事態を抑制できる。Ｃｕ系の還元触媒は、ＮＯ_２の減少によってＮＯのみが存在するような環境下においても、ＮＯｘの還元反応を十分に進行させることができるので、Ｆｅ系の還元触媒を通過した排気ガス中のＮＯｘを効率的に浄化することができる。したがって、上述した構成とすることにより、排気ガス中のＮＯｘの浄化効率を一層向上させることができる。

上述した排気浄化装置は、排気通路における第２の還元触媒の下流側に配置された第２のアンモニアスリップ触媒を更に備えてもよい。この場合、排気ガス中のＮＨ_３は、第２のアンモニアスリップ触媒によってＮＯ及びＮＯ_２等のＮＯｘに酸化された後、排気浄化装置の外部に排出されるので、有害物質であるＮＨ_３が大気中に放出されてしまう事態を抑制できる。

本発明によれば、ＮＯｘの浄化効率を向上させることができる。

図１は、一実施形態に係る排気浄化装置を示す概略構成図である。 図２は、図１の第１の還元触媒及び第１のアンモニアスリップ触媒の触媒構成を示す概略図である。 図３は、図１の第２の還元触媒の触媒構成を示す概略図である。 図４は、比較例に係る排気浄化装置を示す概略構成図である。 図５は、図２の第１のアンモニアスリップ触媒の第１変形例を示す概略構成図である。 図６は、図２の第１のアンモニアスリップ触媒の第２変形例を示す概略構成図である。

以下、本発明の一実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、図面において、同一又は同等の要素には同じ符号を付し、重複する説明を適宜省略する。

図１は、本実施形態に係る排気浄化装置１を示す概略構成図である。排気浄化装置１は、例えばトラック等の車両に搭載されており、内燃機関であるエンジン２から排出される排気ガスＧを浄化する。エンジン２は、例えばディーゼルエンジンである。排気浄化装置１が搭載される車両としては、トラックの他、例えば、トラクター又はバス等の大型の車両であってもよいし、中型自動車、小型自動車、又は軽自動車であってもよい。なお、以下の説明において、「上流側」とは排気ガスＧの流れ方向の上流側を意味し、「下流側」とは排気ガスＧの流れ方向の下流側を意味する。

排気浄化装置１は、排気ガスＧが流れる排気通路５に搭載されている。排気浄化装置１は、排気通路５の上流側から下流側に向かって順に、ＳＣＲ１１（第１の還元触媒）と、ＡＳＣ１２（第１のアンモニアスリップ触媒）と、ＤＯＣ１３（酸化触媒）と、ＤＰＦ１４（フィルタ）と、ＳＣＲ１５（第２の還元触媒）と、ＡＳＣ１６（第２のアンモニアスリップ触媒）と、を備えている。更に、排気浄化装置１は、ＳＣＲ１１の上流側を流れる排気ガスＧに尿素水を噴射する尿素水噴射部２１（還元剤噴射部）と、ＳＣＲ１５の上流側を流れる排気ガスＧに尿素水を噴射する尿素水噴射部２２と、尿素水噴射部２１及び尿素水噴射部２２を制御する制御部２３と、ＳＣＲ１１の上流側を流れる排気ガスＧの温度を検出するセンサ３１と、ＳＣＲ１５の上流側を流れる排気ガスＧの温度を検出するセンサ３２と、を備えている。

ＳＣＲ（Selective Catalytic Reduction）１１は、排気ガスＧ中のＮＯｘ（窒化酸化物）を選択的に還元して浄化する選択還元触媒であり、例えば、排気ガスＧの温度が高温となるエンジン２の直下に配置されている。エンジン２の直下は、エンジン２の流出口の下流側であって当該流出口に近接した位置である。エンジン２の直下は、エンジン２から流出した排気ガスＧの冷却が実質的に無視できる範囲の位置としてもよい。ＳＣＲ１１は、尿素水噴射部２１が噴射した尿素水から生成されるＮＨ_３（アンモニア）を還元剤として用いた還元反応により、排気ガスＧ中のＮＯｘをＮ_２（窒素）及びＨ_２Ｏ（水）等の無害な物質に変換する。

ＡＳＣ（Ammonia Slip Catalyst）１２は、ＳＣＲ１１からリークしたＮＨ_３を低減する触媒である。ＳＣＲ１１からリークしたＮＨ_３がＤＯＣ１３に流入すると、ＮＨ_３は、ＤＯＣ１３においてＮ_２Ｏに酸化される。Ｎ_２Ｏは、浄化され難く且つ有害性が高いため、Ｎ_２Ｏの生成を極力抑制することが望ましい。そこで、ＳＣＲ１１とＤＯＣ１３との間にＡＳＣ１２を配置することによって、ＤＯＣ１３においてＮ_２Ｏが多く生成されてしまう事態が抑制される。

ＤＯＣ（Diesel Oxidation Catalyst）１３は、排気ガスＧ中のＮＯ（一酸化窒素）、ＨＣ（炭化水素）、及びＣＯ（一酸化炭素）等を酸化する酸化触媒である。ＤＯＣ１３は、例えば、ゼオライト等の担体に金属又は金属酸化物を担持させたものから構成されている。ＤＰＦ（Diesel Particulate Filter）１４は、ＤＯＣ１３を通過した排気ガスＧ中の粒子状物質（ＰＭ：ParticulateMatter）を捕集して取り除くフィルタである。ＤＰＦ１４は、例えば、セラミックス又は金属多孔体から構成されている。ＤＯＣ１３の上流側には、ＤＯＣ１３に軽油を供給する軽油供給部が設けられてもよい。

ＳＣＲ１５は、排気ガスＧ中のＮＯｘを選択的に還元して浄化する選択還元触媒である。ＳＣＲ１５は、尿素水噴射部２２から噴射される尿素水から生成されるＮＨ_３を還元剤として用いた還元反応により、排気ガスＧ中のＮＯｘをＮ_２及びＨ_２Ｏ等の無害な物質に変換する。ＡＳＣ１６は、ＳＣＲ１５からリークしたＮＨ_３を酸化する酸化触媒である。ＡＳＣ１６として、例えば、ゼオライト等の担体にＰｔ等の貴金属を担持させたものが用いられてもよい。

尿素水噴射部２１は、排気通路５におけるエンジン２とＳＣＲ１１との間に配置されている。尿素水噴射部２１は、エンジン２とＳＣＲ１１との間を流れる排気ガスＧに尿素水を噴射可能に構成されている。尿素水噴射部２２は、排気通路５におけるＤＰＦ１４とＳＣＲ１５との間に配置されている。尿素水噴射部２２は、ＤＰＦ１４とＳＣＲ１５との間を流れる排気ガスＧに尿素水を噴射可能に構成されている。尿素水噴射部２１及び尿素水噴射部２２は、制御部２３の制御に応じて尿素水を噴射する。排気ガスＧが所定温度（例えば１８０℃）以上の場合に、排気ガスＧに尿素水が噴射されると、熱分解反応及び加水分解反応によってＮＨ_３が生成される。

センサ３１は、排気通路５におけるエンジン２とＳＣＲ１１との間であって、尿素水噴射部２１の上流側に配置されている。センサ３１は、エンジン２とＳＣＲ１１との間を流れる排気ガスＧの温度を検出し、検出した温度を制御部２３に出力する。センサ３２は、排気通路５におけるＤＰＦ１４とＳＣＲ１５との間であって、尿素水噴射部２２の上流側に配置されている。センサ３２は、ＤＰＦ１４とＳＣＲ１５との間を流れる排気ガスＧの温度を検出し、検出した温度を制御部２３に出力する。

制御部２３は、例えば、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、及び入出力インターフェース等を含んで構成されたコンピュータであり、ＲＯＭに格納された制御プログラムに従って、入力インターフェース回路から各種センサ情報等を取り込み、出力インターフェース回路から各種制御に必要な指令信号を出力する。制御部２３は、尿素水噴射部２１、尿素水噴射部２２、センサ３１、及びセンサ３２と電気的に接続されている。制御部２３は、例えば車両のＥＣＵ（Electronic Control Unit）であってもよい。

制御部２３は、センサ３１が検出した排気ガスＧの温度に基づいて、尿素水噴射部２１を制御する。具体的には、制御部２３は、排気ガスＧの温度が所定温度（例えば１８０℃）以上となった場合に、尿素水噴射部２１から尿素水を噴射させるように尿素水噴射部２１を制御する。同様に、制御部２３は、センサ３２が検出した排気ガスＧの温度に基づいて、尿素水噴射部２２を制御する。具体的には、制御部２３は、排気ガスＧの温度が所定温度（例えば１８０℃）以上になった場合に、尿素水噴射部２２から尿素水を噴射させるように尿素水噴射部２２を制御する。上記の「所定温度」とは、例えば、ＳＣＲ１１及びＳＣＲ１５が活性し始める温度であって、尿素水からＮＨ_３を生成するために必要な温度を意味する。

ここで、図２を参照して、ＳＣＲ１１及びＡＳＣ１２の触媒構成について説明する。図２は、ＳＣＲ１１及びＡＳＣ１２の触媒構成を示す概略図である。図２に示すように、ＳＣＲ１１は、Ｃｕ（銅）を含有するＳＣＲである。以下では、Ｃｕを含有するＳＣＲを「Ｃｕ系ＳＣＲ」と称する。Ｃｕ系ＳＣＲとしては、例えば、セラミック等の担体に銅ゼオライトを担持させたものが挙げられる。Ｃｕ系ＳＣＲは、ＮＯが多く存在する環境下において、ＮＯｘの還元反応を十分に進行させることができる。ＮＯが多く存在する環境とは、ＮＯｘのうちのＮＯ_２（二酸化窒素）が占める割合と比べて、ＮＯｘのうちのＮＯが占める割合の方が高い環境を意味する。

Ｃｕ系ＳＣＲは、ＮＨ_３を多く吸着する性質を有する。このため、ＳＣＲ１１の上流側において尿素水から生成されたＮＨ_３の多くは、ＳＣＲ１１を通過する際にＳＣＲ１１に吸着する。ＳＣＲ１１に吸着したＮＨ_３は、エンジン２から排出された直後の排気ガスＧによる急激な温度上昇によって、ＳＣＲ１１からリークする。なお、図２に示す例では、ＳＣＲ１１の全体がＣｕ系ＳＣＲとなっているが、ＳＣＲ１１の一部のみがＣｕ系ＳＣＲとなっていてもよい。

ＡＳＣ１２は、酸化触媒としての機能に加え、ＳＣＲとしての機能を有する触媒である。ＡＳＣ１２は、酸化触媒として機能する酸化部１２ａと、ＳＣＲとして機能する還元部１２ｂと、を有している。酸化部１２ａは、ＡＳＣ１２の上流側に配置されている。酸化部１２ａは、Ｐｔ（白金）、Ｐｄ（パラジウム）、又はＲｕ（ルテニウム）等の貴金属を含有している。酸化部１２ａとしては、例えば、ゼオライト等の担体にＰｔを担持させたものが挙げられる。

酸化部１２ａは、ＳＣＲ１１からリークしたＮＨ_３をＮＯ及びＮＯ_２等のＮＯｘに酸化すると共に、ＳＣＲ１１を通過した排気ガスＧ中のＮＯをＮＯ_２に酸化する。ＮＨ_３に対する酸化部１２ａの酸化力が高すぎると酸化部１２ａがＮＨ_３をＮ_２Ｏに酸化してしまうため、ＮＨ_３に対する酸化部１２ａの酸化力は、ＮＨ_３をＮ_２Ｏに酸化せずに、ＮＨ_３をＮＯ及びＮＯ_２等に酸化することが可能な程度に設定される。酸化部１２ａの酸化力は、例えば、酸化部１２ａが含有する金属の量の調整、或いは、酸化部１２ａが含有する金属の種類の変更によって調整することができる。

還元部１２ｂは、ＡＳＣ１２の下流側に配置されている。還元部１２ｂは、例えば、Ｆｅ（鉄）又はＣｕ（銅）等の金属を含有するＳＣＲである。本実施形態では、還元部１２ｂが、Ｆｅを含有するＳＣＲである場合を例示する。以下では、Ｆｅを含有するＳＣＲを「Ｆｅ系ＳＣＲ」と称する。Ｆｅ系ＳＣＲとしては、例えば、セラミック等の担体に鉄ゼオライトを担持させたものが挙げられる。

還元部１２ｂは、酸化部１２ａを通過した排気ガスＧ中のＮＯｘを選択的に還元して浄化する。具体的には、還元部１２ｂは、ＳＣＲ１１において還元しきれなかったＮＯｘを還元すると共に、酸化部１２ａにおけるＮＨ_３の酸化により生成されたＮＯｘを還元する。酸化部１２ａ及び還元部１２ｂは、例えばゾーンコートにより、ＡＳＣ１２の担体（基材）の上流側部分及び下流側部分にそれぞれに形成される。酸化部１２ａは、ＡＳＣ１２の基材の表層面の上流側部分に積層され、還元部１２ｂは、ＡＳＣ１２の基材の表層面の下流側部分に積層される。

次に、図３を参照して、ＳＣＲ１５の触媒構成について説明する。図３は、ＳＣＲ１５の触媒構成を示す概略図である。図３に示すように、ＳＣＲ１５の上流側部分１５ａがＦｅ系ＳＣＲとなっており、ＳＣＲ１５の下流側部分１５ｂがＣｕ系ＳＣＲとなっている。Ｆｅ系ＳＣＲは、排気ガスＧにＮＯ及びＮＯ_２が共存する環境下において、ＮＯｘの還元反応を十分に進行させることができる。ＮＯ及びＮＯ_２が共存する環境とは、ＮＯ及びＮＯ_２が共に或る程度存在する環境、例えば、ＮＯｘのうちのＮＯが占める割合（ＮＯの割合）と、ＮＯｘのうちのＮＯ_２が占める割合（ＮＯ_２の割合）とが同程度となっている環境を意味する。これに対し、Ｃｕ系ＳＣＲは、上述したように、ＮＯが多く存在する（或いはＮＯのみが存在する）環境下において、ＮＯｘの還元反応を十分に進行させることができる。ＳＣＲ１５に流入した排気ガスＧのＮＯｘは、Ｆｅ系ＳＣＲにおいて浄化された後、Ｃｕ系ＳＣＲにおいて更に浄化される。

図３に示す例では、ＳＣＲ１５においてＦｅ系ＳＣＲが占める割合（Ｆｅ系ＳＣＲの割合）、及び、ＳＣＲ１５においてＣｕ系ＳＣＲが占める割合（Ｃｕ系ＳＣＲの割合）は共に１／２程度となっているが、この例に限定されず、Ｆｅ系ＳＣＲの割合及びＣｕ系ＳＣＲの割合は適宜変更可能である。Ｆｅ系ＳＣＲの割合は、例えば、ＤＯＣ１３におけるＮＯ_２の割合とＮＯの割合との大小に応じて決定されてもよい。

以上の構成を有する排気浄化装置１において、センサ３１が取得した排気ガスＧの温度が所定温度以上になると、ＳＣＲ１１の上流側を流れる排気ガスＧに対して、尿素水噴射部２１から尿素水が噴射される。このとき、熱分解反応及び加水分解反応によって、尿素水からＮＨ_３が生成される。生成されたＮＨ_３がＳＣＲ１１に流入すると、ＳＣＲ１１において、ＮＨ_３を還元剤とするＮＯｘの還元反応が進行する。これにより、ＳＣＲ１１においてＮＯｘが浄化される。ＳＣＲ１１を通過した排気ガスＧは、ＡＳＣ１２に流入する。このとき、ＳＣＲ１１からリークしたＮＨ_３は、ＡＳＣ１２において低減される。

ＡＳＣ１２を通過した排気ガスＧ中のＨＣ及びＣＯ等は、酸化触媒によって浄化され、排気ガスＧ中のＮＯはＮＯ_２に酸化される。排気ガスＧ中の粒子状物質は、ＤＰＦ１４において捕集されて除去される。そして、排気ガスＧがＳＣＲ１５に流入する前に、センサ３２によって排気ガスＧの温度が検出される。センサ３２が取得した排気ガスＧの温度が所定温度以上になると、ＳＣＲ１５の上流側を流れる排気ガスＧに対して、尿素水噴射部２２から尿素水が噴射される。このとき、熱分解反応及び加水分解反応によって、尿素水からＮＨ_３が生成される。生成されたＮＨ_３がＳＣＲ１５に流入すると、ＳＣＲ１５の上流側部分１５ａ及び下流側部分１５ｂのそれぞれにおいて、ＮＨ_３を還元剤とするＮＯｘの還元反応が進行する。これにより、ＳＣＲ１５においてＮＯｘが浄化される。そして、ＳＣＲ１５からリークしたＮＨ_３は、ＡＳＣ１６において酸化されるので、大気中にＮＨ_３が放出される事態が抑制される。

次に、本実施形態に係る排気浄化装置１の作用・効果について、比較例が有する課題と共に説明する。

図４は、比較例に係る排気浄化装置１００を示す概略構成図である。図４に示すように、排気浄化装置１００は、排気通路５の上流側から順に、排気ガスＧ中のＣＯ及びＨＣを浄化すると共にＮＯｘのうちＮＯを酸化するＤＯＣ１１３と、排気ガスＧ中の粒状物質を捕集するＤＰＦ１１４と、排気ガスＧ中のＮＯｘを浄化するＳＣＲ１１５と、ＳＣＲ１１５からリークしたＮＨ_３を酸化するＡＳＣ１１６と、を備えている。排気浄化装置１００では、ＳＣＲ１１５の上流側に配置されたセンサ１３２が排気ガスＧの温度を検出し、排気ガスＧの温度が所定温度以上となった場合に、制御部１２３が尿素水噴射部１２２から尿素水を噴射させる。一方、排気ガスＧの温度が所定温度未満である場合には、尿素水噴射部１２２から尿素水を噴射しても、尿素水からＮＨ_３を生成することはできず、ＳＣＲ１１５においてＮＯｘの還元反応が促進されない。

排気浄化装置１００では、図４に示すように、ＳＣＲ１１５がＤＯＣ１１３及びＤＰＦ１１４の下流側に配置されているので、エンジン２からＳＣＲ１１５までの距離が長い。このため、エンジン２の始動時等においては、ＳＣＲ１１５の上流側の排気ガスＧの温度が所定温度に達するまでに時間を要する。よって、この排気ガスＧの温度が所定温度に達するまでの期間は、ＳＣＲ１１５においてＮＯｘの還元反応が促進されない。したがって、排気浄化装置１００では、ＮＯｘの浄化効率の向上を図ることは難しい。

これに対し、本実施形態に係る排気浄化装置１では、図１に示すように、ＳＣＲ１１がＤＯＣ１３及びＤＰＦ１４の上流側に配置されているので、エンジン２から排出された直後の高温の排気ガスＧをＳＣＲ１１に流すことができる。これにより、ＳＣＲ１１を早期に活性化させることができ、ＮＯｘの浄化効率の向上を図ることができる。更に、ＳＣＲ１１はＣｕ系ＳＣＲとなっている。エンジン２から排出される排気ガスＧはＮＯを多く含むため、ＳＣＲ１１には、ＮＯの割合が高い状態の排気ガスＧが流入する。このようにＮＯが多く存在する（或いはＮＯのみが存在する）環境下においては、ＮＯｘの浄化性能を十分に発揮させる観点から、他のＳＣＲを用いるよりもＣｕ系ＳＣＲを用いることが好適である。したがって、ＳＣＲ１１をＣｕ系ＳＣＲとすることにより、エンジン２の直後に配置されたＳＣＲ１１においてＮＯｘの還元反応を十分に進行させることができ、ＮＯｘを効率的に浄化することができる。

更に、ＡＳＣ１２は、尿素水から生成されたＮＨ_３をＮＯ及びＮＯ_２等のＮＯｘに酸化する酸化部１２ａと、酸化部１２ａを通過したＮＯｘを還元する還元部１２ｂと、を有する。上述したように、Ｃｕ系ＳＣＲであるＳＣＲ１１は、ＮＨ_３を多く吸着する性質を有するため、尿素水から生成されたＮＨ_３の多くはＳＣＲ１１に吸着し、ＳＣＲ１１に吸着したＮＨ_３は、エンジン２から排出された直後の排気ガスＧによる急激な温度上昇によって、ＳＣＲ１１からリークする。このようにリークしたＮＨ_３は、酸化部１２ａによってＮＯ及びＮＯ_２等のＮＯｘに酸化され、還元部１２ｂによってＮＯｘが還元される。ここで、還元部１２ｂにおけるＮＯｘの還元反応の際にＮＨ_３が消費されるので、酸化部１２ａからリークしたＮＨ_３がＤＯＣ１３へと更にリークしてしまう事態を抑制できる。すなわち、ＤＯＣ１３において、リークしたＮＨ_３が、浄化され難く且つ有害性の高いＮ_２Ｏに酸化されてしまう事態を抑制できる。更に、還元部１２ｂにおけるＮＯｘの還元反応の進行によって、ＡＳＣ１２に流入した排気ガスＧ中のＮＯｘを効率的に浄化できる。したがって、本実施形態に係る排気浄化装置１によれば、ＮＯｘの浄化効率を向上させることができる。

本実施形態に係る排気浄化装置１では、還元部１２ｂは、Ｆｅ系ＳＣＲであり、酸化部１２ａの下流側に位置している。ＡＳＣ１２に流入した排気ガスＧ中のＮＯは、酸化部１２ａによってＮＯ_２に酸化されるため、還元部１２ｂには、ＮＯ_２の割合が増加した状態（例えば、ＮＯ及びＮＯ_２の割合が同程度の状態）の排気ガスＧが流入する。このようにＮＯ及びＮＯ_２が共存する環境下においては、ＮＯｘの浄化性能を十分に発揮させる観点から、他のＳＣＲを用いるよりもＦｅ系ＳＣＲを用いることが好適である。したがって、酸化部１２ａの下流側に位置する還元部１２ｂをＦｅ系ＳＣＲとすることにより、還元部１２ｂにおけるＮＯｘの還元反応を十分に進行させることができ、ＮＯｘを効率的に浄化することができる。よって、ＮＯｘの浄化効率を一層向上させることができる。

本実施形態に係る排気浄化装置１は、排気通路５におけるＤＰＦ１４の下流側に配置され、排気ガスＧ中のＮＯｘを還元するＳＣＲ１５を備えている。これにより、ＡＳＣ１２から流出した排気ガスＧ中のＮＯｘを、ＳＣＲ１５において更に浄化することができるので、ＮＯｘの浄化効率を一層向上させることができる。

本実施形態に係る排気浄化装置１では、ＳＣＲ１５の上流側部分１５ａはＦｅ系ＳＣＲであり、ＳＣＲ１５の下流側部分１５ｂはＣｕ系ＳＣＲである。ＡＳＣ１２を通過した排気ガスＧ中のＮＯは、ＤＯＣ１３によってＮＯ_２に酸化されるので、ＳＣＲ１５の上流側部分１５ａには、ＮＯ_２の割合が増加した状態（例えば、ＮＯ及びＮＯ_２の割合が同程度の状態）の排気ガスＧが流入する。このようにＮＯ及びＮＯ_２が共存する環境下においては、上述したようにＦｅ系ＳＣＲを用いることが好適である。したがって、ＳＣＲ１５の上流側部分１５ａをＦｅ系ＳＣＲとすることにより、上流側部分１５ａにおいて、ＮＯｘの還元反応を十分に進行させることができ、ＮＯｘを効率的に浄化することができる。

一方、Ｆｅ系ＳＣＲは、ＮＯのみが存在する（或いはＮＯの割合が高い）環境下においては、ＮＯｘの還元反応を十分に進行させることができない。このため、仮に、ＮＯの割合がＮＯ_２の割合に対して比較的高い状態の排気ガスＧが上流側部分１５ａに流入した場合には、Ｆｅ系ＳＣＲにおけるＮＯｘの還元反応の際にＮＯが還元しきれず、ＮＯが排気ガスＧ中に残存してしまうことが想定される。これに対し、Ｃｕ系ＳＣＲは、上述したように、ＮＯのみが存在する（或いはＮＯの割合が高い）環境下において、ＮＯｘの還元反応を十分に進行させることができる。よって、ＳＣＲ１５の下流側部分１５ｂをＣｕ系ＳＣＲとすることにより、Ｆｅ系ＳＣＲを通過した排気ガスＧ中のＮＯｘを効率的に浄化することができる。更に、ＳＣＲ１５の上流側部分１５ａにおいてＮＯ及びＮＯ_２等が浄化されることで、ＳＣＲ１５の下流側部分１５ｂ（Ｃｕ系ＳＣＲ）に流入する排気ガスＧ中のＮＯ及びＮＯ_２等が減少する。このように、Ｃｕ系ＳＣＲに流入するＮＯ_２を減少させることで、Ｃｕ系ＳＣＲにおいて、浄化され難く且つ有害性の高いＮ_２Ｏが多く生成されてしまう事態を抑制できる。したがって、本実施形態に係る排気浄化装置１によれば、排気ガスＧ中のＮＯｘの浄化効率を向上させることができる。

本実施形態に係る排気浄化装置１は、排気通路５におけるＳＣＲ１５の下流側に配置されたＡＳＣ１６を備えている。これにより、排気ガスＧ中のＮＨ_３は、ＡＳＣ１６によってＮＯ及びＮＯ_２等のＮＯｘに酸化された後、排気浄化装置１の外部に排出されるので、有害物質であるＮＨ_３が大気中に放出されてしまう事態を抑制できる。

本発明は、上述した実施形態に限定されるものではない。図５は、ＡＳＣ１２の第１変形例を示す概略構成図である。上述した実施形態では、ＡＳＣ１２の還元部１２ｂが酸化部１２ａの上流側に配置される例を示した。本変形例では、ＡＳＣ１２Ａの還元部１２ｄが酸化部１２ｃに積層される例を示す。この例では、ＡＳＣ１２Ａの基材上に順に、酸化部１２ｃと還元部１２ｄとが積層される。すなわち、ＡＳＣ１２Ａの基材の表層面に酸化部１２ｃが積層され、酸化部１２ｃの表層面（基材とは反対側の面）に還元部１２ｄが積層される。酸化部１２ｃとしては、例えば、上述した実施形態の酸化部１２ａと同様、Ｐｔを含有する酸化触媒が用いられる。

本変形例では、還元部１２ｄの上流側部分１２ｅがＣｕ系ＳＣＲとなっており、還元部１２ｄの下流側部分１２ｆがＦｅ系ＳＣＲとなっている。図５に示す例では、還元部１２ｄにおけるＦｅ系ＳＣＲの割合、及び、ＳＣＲ１５におけるＣｕ系ＳＣＲの割合は共に１／２程度となっているが、この例に限定されず、これらの割合は適宜変更可能である。例えば、ＤＯＣ１３におけるＮＯ及びＮＯ_２の割合に応じて、ＳＣＲ１５におけるＣｕ系ＳＣＲ及びＦｅ系ＳＣＲの割合を調整してもよい。

本変形例では、ＡＳＣ１２Ａに流入した排気ガスＧ中のＮＯｘは、還元部１２ｄの上流側部分１２ｅにおいて還元され、ＮＯｘのうちＮＯは、酸化部１２ｃにおいてＮＯ_２に酸化される。ここで、還元部１２ｄの上流側部分１２ｅ（Ｃｕ系ＳＣＲ）では、上述したように、ＮＯのみが存在する環境下においてもＮＯｘの還元反応が進行するので、ＮＯｘのうちＮＯが比較的多く還元される。これに加え、酸化部１２ｃにてＮＯがＮＯ_２に酸化されるので、還元部１２ｄの下流側部分１２ｆ（Ｆｅ系ＳＣＲ）には、ＮＯｘのうちＮＯ_２の割合が相対的に増加した状態の排気ガスＧが流入する。

このようにＮＯ及びＮＯ_２が共存する環境下においては、上述したようにＦｅ系ＳＣＲを用いることが好適である。したがって、還元部１２ｄの下流側部分１２ｆをＦｅ系ＳＣＲとすることにより、下流側部分１２ｆにおいて、ＮＯｘの還元反応を十分に進行させることができ、ＮＯｘを効率的に浄化することができる。更に、酸化部１２ｃ及び還元部１２ｄを上述した積層構造とすることにより、ＡＳＣ１２Ａにおける酸化部１２ｃの割合を小さくすることができる。これにより、酸化部１２ｃにおける酸化力の増大を抑制でき、酸化部１２ｃにおいてＮＨ_３がＮ_２Ｏに酸化されてしまう事態を抑制できる。したがって、本変形例に係るＡＳＣ１２Ａによれば、ＮＯｘの浄化効率を一層向上させることができる。更に、ＡＳＣ１２Ａにおける酸化部１２ｃの割合を小さくすることにより、高価な貴金属を含有する酸化部１２ｃの材料コストを低減できる。これにより、ＡＳＣ１２Ａの製造コストを低減できる。

図６は、ＡＳＣ１２の第２変形例を示す概略構成図である。本変形例では、ＡＳＣ１２Ｂの還元部１２ｈの上流側部分１２ｉが酸化部１２ｇに積層され、還元部１２ｈの下流側部分１２ｊが、上流側部分１２ｉ及び酸化部１２ｇの下流側に配置される例を示す。この例では、ＡＳＣ１２Ｂの基材の表層面の上流側部分に酸化部１２ｇが積層され、基材の表層面の下流側部分に還元部１２ｈの下流側部分１２ｊが積層される。そして、酸化部１２ｇの表層面（基材とは反対側の面）に還元部１２ｈの上流側部分１２ｉが積層される。酸化部１２ｇとしては、例えば、上述した実施形態の酸化部１２ａと同様、Ｐｔを含有する酸化触媒が用いられる。

還元部１２ｈの上流側部分１２ｉは、Ｃｕ系ＳＣＲとなっており、還元部１２ｈの下流側部分１２ｊは、Ｆｅ系ＳＣＲとなっている。本変形例では、図５に示すＡＳＣ１２Ａとは異なり、Ｆｅ系ＳＣＲである下流側部分１２ｊが、酸化部１２ｇに積層されておらず、酸化部１２ｇ及び上流側部分１２ｉの下流側に配置されている。このため、ＡＳＣ１２ＢにおけるＦｅ系ＳＣＲの割合は、ＡＳＣ１２ＢにおけるＣｕ系ＳＣＲの割合、及び、ＡＳＣ１２Ｂにおける酸化部１２ｇの割合のそれぞれに対して大きくなっている。ＡＳＣ１２Ｂにおける各触媒の割合は、図６に示す例に限定されず、適宜変更可能である。例えば、Ｆｅ系ＳＣＲの割合は、ＤＯＣ１３におけるＮＯ及びＮＯ_２の割合に応じて調整されてもよい。

本変形例では、ＡＳＣ１２Ｂに流入した排気ガスＧ中のＮＯｘは、還元部１２ｈの上流側部分１２ｉによって還元され、ＮＯｘのうちＮＯは、酸化部１２ｇによってＮＯ_２に酸化される。ここで、還元部１２ｈの上流側部分１２ｉ（Ｃｕ系ＳＣＲ）では、上述したように、ＮＯのみが存在する環境下においてもＮＯｘの還元反応が進行するので、ＮＯｘのうちＮＯが比較的多く還元される。これに加え、酸化部１２ｇにてＮＯがＮＯ_２に酸化されるので、還元部１２ｈの下流側部分１２ｊ（Ｆｅ系ＳＣＲ）には、ＮＯｘのうちＮＯ_２の割合が相対的に増加した状態の排気ガスＧが流入する。よって、還元部１２ｈの下流側部分１２ｊをＦｅ系ＳＣＲとすることにより、ＮＯｘを効率的に浄化することができる。

更に、還元部１２ｈの下流側部分１２ｊが、酸化部１２ｇの下流側に位置する構成とすると、下流側部分１２ｊが酸化部１２ｇに積層される構成と比べて、ＡＳＣ１２Ｂにおける下流側部分１２ｊ（Ｆｅ系ＳＣＲ）の割合をより大きく確保することができ、排気ガスＧ中のＮＯｘを一層効率的に浄化することができる。更に、還元部１２ｈの上流側部分１２ｉが酸化部１２ｇに積層される積層構造とすることにより、ＡＳＣ１２Ｂにおける酸化部１２ｇの割合を小さくすることができる。これにより、酸化部１２ｇにおける酸化力の増大を抑制でき、酸化部１２ｇにおいてＮＨ_３がＮ_２Ｏに酸化されてしまう事態を抑制できる。したがって、本変形例に係るＡＳＣ１２Ｂによれば、ＮＯｘの浄化効率を一層向上させることができる。更に、ＡＳＣ１２Ｂにおける酸化部１２ｇの割合を小さくすることにより、高価な貴金属を含有する酸化部１２ｇの材料コストを低減できる。これにより、ＡＳＣ１２Ｂの製造コストを低減できる。

本変形例に係るＡＳＣ１２Ｂにおいて、還元部１２ｈの上流側部分１２ｉをＦｅ系ＳＣＲとしてもよい。すなわち、還元部１２ｈの全てをＦｅ系ＳＣＲとしてもよい。この場合、ＡＳＣ１２ＢにおけるＦｅ系ＳＣＲの割合をより大きく確保することができるので、酸化部１２ｇによってＮＯ_２の割合が増加したＮＯｘを、Ｆｅ系ＳＣＲにおいて一層効率的に浄化することができる。これにより、ＮＯｘの浄化効率を一層向上させることができる。

排気浄化装置の構成は、上述した実施形態に限られず、特許請求の範囲の記載の要旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。例えば、排気浄化装置は、ＳＣＲ１５及びＡＳＣ１６を備えていなくてもよい。ＡＳＣ１６は、ＡＳＣ１２と同様に、酸化部１２ａ及び還元部１２ｂを有していてもよい。尿素水噴射部２１、尿素水噴射部２２、センサ３１、及びセンサ３２の配置は、適宜変更可能である。例えば、センサ３１は、尿素水噴射部２１の下流側に配置されていてもよいし、センサ３２は、尿素水噴射部２２の下流側に配置されていてもよい。

１…排気浄化装置、２…エンジン、５…排気通路、１１…ＳＣＲ（第１の還元触媒）、１２，１２Ａ，１２Ｂ…ＡＳＣ（第１のアンモニアスリップ触媒）、１２ａ，１２ｃ，１２ｇ…酸化部、１２ｂ，１２ｄ，１２ｈ…還元部、１２ｅ，１２ｉ…上流側部分、１２ｆ，１２ｊ…下流側部分、１３…ＤＯＣ（酸化触媒）、１４…ＤＰＦ（フィルタ）、１５…ＳＣＲ（第２の還元触媒）、１５ａ…上流側部分、１５ｂ…下流側部分、１６…ＡＳＣ（第２のアンモニアスリップ触媒）、２１…尿素水噴射部（還元剤噴射部）、Ｇ…排気ガス。

Claims (7)

1. エンジンから排出される排気ガスを浄化する排気浄化装置であって、
   前記排気ガスが流れる排気通路に配置され、前記排気ガスに含まれるＮＯｘを還元する第１の還元触媒と、
   前記排気通路における前記第１の還元触媒の下流側に配置された第１のアンモニアスリップ触媒と、
   前記排気通路における前記第１のアンモニアスリップ触媒の下流側に配置され、少なくともＮＯｘのうちＮＯを酸化する酸化触媒と、
   前記排気通路における前記酸化触媒の下流側に配置され、前記排気ガスに含まれる粒子状物質を捕集するフィルタと、
   前記排気通路における前記第１の還元触媒の上流側に配置され、前記排気ガスに還元剤を噴射可能に構成された還元剤噴射部と、
   を備え、
   前記第１の還元触媒は、Ｃｕを含有し、
   前記第１のアンモニアスリップ触媒は、前記排気ガスへの前記還元剤の噴射によって生成されたＮＨ_３をＮＯｘに酸化する酸化部と、前記酸化部を通過したＮＯｘを還元する還元部と、を有する、排気浄化装置。
2. 前記還元部は、Ｆｅを含有し、前記酸化部の下流側に位置している、請求項１に記載の排気浄化装置。
3. 前記還元部の上流側部分は、Ｃｕを含有し、
   前記還元部の下流側部分は、Ｆｅを含有し、
   前記還元部の前記上流側部分及び前記下流側部分は、前記酸化部に積層されている、請求項１に記載の排気浄化装置。
4. 前記還元部の上流側部分は、Ｃｕ又はＦｅを含有し、前記酸化部に積層されており、
   前記還元部の下流側部分は、Ｆｅを含有し、前記酸化部及び前記還元部の上流側部分の下流側に位置している、請求項１に記載の排気浄化装置。
5. 前記排気通路における前記フィルタの下流側に配置され、前記排気ガスに含まれるＮＯｘを還元する第２の還元触媒を更に備える、請求項１〜４のいずれか一項に記載の排気浄化装置。
6. 前記第２の還元触媒の上流側部分は、Ｆｅを含有し、
   前記第２の還元触媒の下流側部分は、Ｃｕを含有する、請求項５に記載の排気浄化装置。
7. 前記排気通路における前記第２の還元触媒の下流側に配置された第２のアンモニアスリップ触媒を更に備える、請求項５又は６に記載の排気浄化装置。

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