JP5251266B2 - 排気ガス浄化装置及び排気ガス浄化システム - Google Patents

排気ガス浄化装置及び排気ガス浄化システム Download PDF

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Description

本発明は、選択還元型ＮＯｘ触媒とＤＰＦを備えて、尿素水噴射と排気管内燃料直接噴射を行う排気ガス浄化システムに使用する排気ガス浄化装置において、浄化装置をコンパクトかつ低コストで成立させる排気ガス浄化装置及び排気ガス浄化システムに関する。
自動車搭載の内燃機関においては、排気ガス中のＮＯｘ（窒素酸化物）とＰＭ（微粒子状物質）を低減することが重要である。このＮＯｘを低減するための一つに、排気管中に尿素等のアンモニア系溶液を噴射し、加水分解によりアンモニアを生成し、ゼオライト等の吸着材料上でＮＯｘを選択的に還元する選択還元型ＮＯｘ触媒（ＳＣＲ触媒）を使用した排気ガス浄化方法がある。
このＳＣＲ（Selective Catalytic Reduction:選択触媒還元）システムは、ディーゼルエンジンの排気ガスの後処理装置として多用されている。このディーゼルエンジン用のＳＣＲシステムでは、酸化雰囲気中でＮＯｘを還元しなければならないので、排気ガス中にアンモニア（ＮＨ3）あるいは尿素（（ＮＨ2）2ＣＯ）水溶液（ユリア水）等の還元剤を供給して、排気ガス中のＮＯｘを選択的に吸着させた選択還元型ＮＯｘ触媒で、ＮＯｘを窒素（Ｎ2）と水（Ｈ2Ｏ）に分解して排出する。
尿素や尿素水溶液を供給した場合には、（ＮＨ2）2ＣＯ＋Ｈ2Ｏ→２ＮＨ3＋ＣＯ2の反応で、排気ガスの熱により尿素を加水分解してＮＨ3を発生する。そして、選択還元型ＮＯｘ触媒では、主として、ＮＯ＋ＮＯ2＋２ＮＨ3→２Ｎ2＋３Ｈ2Ｏの反応で、ＮＨ3によりＮＯｘを還元浄化する。なお、下流側に酸化触媒を設けて、４ＮＨ3＋３Ｏ2→２Ｎ2＋６Ｈ2Ｏの反応で、選択還元型ＮＯｘ触媒の下流側に流出される余剰のＮＨ3を、酸化除去する場合もある。
一方、ＰＭを低減するための方法の一つに、ＰＭをセラミック製のフィルタ等で一時捕集し、この捕集したＰＭを燃焼除去してフィルタを再生しながら、ＰＭを低減するＤＰＦ（ディーゼルパティキュレートフィルタ）がある。このＤＰＦでは、燃料等のＨＣ（炭化水素）を供給して燃焼させてこの燃焼熱によりＤＰＦを昇温させて捕集されたＰＭを燃焼除去している。なお、フィルタに貴金属触媒を担持してＰＭの燃焼開始温度を低くした触媒付きＤＰＦも多用されている。
このＨＣの供給方法としては、従来では、筒内（シリンダ内）での燃焼サイクルの膨張行程で燃料噴射するポスト噴射が主流であったが、このポスト噴射では筒内温度が低下した時に噴射するため、燃料の一部がシリンダライナからオイル中に落ち、潤滑オイルが燃料で希釈されるというオイルダイリューションの問題が生じる。そのため、最近は、排気管内へ燃料等のＨＣを直接噴射する方がより好ましいとされている。
しかしながら、選択還元型触媒とＤＰＦの両方を使用した排気ガス浄化システムにおいては次のような問題がある。通常では、選択還元型ＮＯｘ触媒を用いる場合には、その前段に酸化触媒（ＤＯＣ）を配置する。これは、ＮＯ（一酸化窒素）とＮＯ2（二酸化窒素）の比率が、ＮＯ：ＮＯ2＝５０：５０のときが、ＮＯｘの還元反応において最も適した条件となるため、酸化触媒でＮＯをＮＯ2に酸化してこの条件に近づけるためである。
また、アンモニア系溶液の噴射弁を酸化触媒より上流側に取り付けて噴射すると、酸化触媒によってＮＨ3（アンモニア）からＮＯ2が生成されるため、この噴射弁は酸化触媒より下流で選択還元型ＮＯｘ触媒より上流に取り付ける必要がある。また、選択還元型ＮＯｘ触媒では、排気ガスとアンモニアとの混合がＮＯｘ浄化率に大きく影響するため、通常は選択還元型ＮＯｘ触媒の上流側に混合効果を高めるための混合器（ミキサー）が必要となる。
一方、ＤＰＦ再生用の排気管内直接噴射用のＨＣ噴射弁は、ＨＣを酸化触媒で酸化して発熱させるために、酸化触媒の上流側に取り付ける必要がある。そのため、従来技術の配置では、図４に示すように、酸化触媒（ＤＯＣ）１７と触媒付きＤＰＦ（ＣＳＦ）１４とのケース１０Ｘと選択還元型ＮＯｘ触媒（ＳＣＲ）１２のケース１０Ｙとを別体で形成して、それぞれの上流側に、燃料噴射弁（ＨＣ供給装置）２１とアンモニア系溶液用の噴射弁２０を設けている。
しかしながら、これらの排気ガス浄化システム１Ｘでは、アンモニア系溶液用の噴射弁２０の後に混合器２７を設置するため、大掛かりなシステムとなってしまい、自動車等に搭載する際に配置（レイアウト）が難しくなるという問題や高コストになるという問題がある。
これに対する対策の一つとして、排気通路に上流側から順に、第２酸化触媒、尿素系液体供給用の液体噴射ノズル、選択還元型触媒（ＳＣＲ触媒）、第１酸化触媒、ＤＰＦを設けて、単一のコンバータに選択還元型触媒と第１酸化触媒とＤＰＦを収容した、比較的単純な層構成のエンジンの排気ガス浄化装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
このエンジンの排気ガス浄化装置では、第２酸化触媒で、排気ガス中のＮＯをＮＯ2に酸化して選択還元型触媒におけるＮＯｘ浄化効率を向上させると共に、ポスト噴射で排気ガス中の炭化水素の量を増減し、この炭化水素を選択還元型触媒と第１酸化触媒で酸化させて発熱させることによりＤＰＦで捕集されたＰＭを燃焼除去している。
しかしながら、このエンジンの排気ガス浄化装置においては、排気管内へ燃料等のＨＣを直接噴射せずに、ポスト噴射しているため、ポスト噴射時の燃料の一部がシリンダライナからオイル中に落ち、潤滑オイルが燃料で希釈されるというオイルダイリューションの問題がある。また、ポスト噴射を使用しているため、尿素供給とＨＣの排気管内への直接噴射によるＨＣ供給を両立させる場合における排気ガス浄化システムをコンパクト化する際の参考にはならないという問題がある。
特開２００６−２６６１９２号公報
本発明は、上記の状況を鑑みてなされたものであり、その目的は、選択還元型ＮＯｘ触媒（ＳＣＲ触媒）とＤＰＦの両方を使用する排気ガス浄化システムにおいて、アンモニア系溶液の噴射と、ＨＣの排気管内直接噴射をコンパクトに両立させることができる排気ガス浄化装置及び排気ガス浄化システムを提供することにある。
上記のような目的を達成するための排気ガス浄化装置は、選択還元型ＮＯｘ触媒とＤＰＦを直列に備え、内燃機関の排気通路に配置される排気ガス浄化装置において、前記選択還元型ＮＯｘ触媒と前記ＤＰＦの両方の上流側に、加水分解触媒を配設した尿素供給用通路と、酸化触媒を配設したＨＣ供給用通路とを並列に設けると共に、前記尿素供給用通路に尿素を供給する尿素供給装置と、前記ＨＣ供給用通路にＨＣを供給するＨＣ供給装置とを設け、前記加水分解触媒と前記酸化触媒とを、前記排気通路の同一断面内に設けて構成する。
なお、加水分解触媒は尿素と尿素水をアンモニアに分解する触媒であり、酸化チタン等で構成され、酸化触媒はＨＣ（炭化水素）、ＣＯ（一酸化炭素）等を酸化する触媒であり、主に白金等の貴金属触媒で構成される。また、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒には酸化触媒が含まれている。更に、選択還元型ＮＯｘ触媒とＤＰＦの前後配置に関してはどちらを上流側に配置してもよい。
この構成によれば、尿素とＨＣを、並列に設けられたそれぞれの通路で別々に供給できるので、長さが短くてコンパクトな排気ガス浄化装置で、尿素の排気管内噴射とＨＣの排気管内直接噴射とを両立させることができる。そして、尿素供給装置による尿素供給時には、尿素を加水分解触媒で加水分解してアンモニアを生成し、選択還元型ＮＯｘ触媒に供給できる。また、それと共に、排気ガス中のＮＯを酸化触媒でＮＯ2に酸化して、ＮＯ：ＮＯ2を５０：５０に近づけて、選択還元型ＮＯｘ触媒におけるＮＯｘの還元効率を上昇させることができる。
また、ＤＰＦ再生のための空燃比リッチ制御における、ＨＣ供給装置によるＨＣ噴射時は、ＨＣを酸化触媒で酸化して、この酸化による発熱でＤＰＦ装置に流入する排気ガス温度を上昇できるのでＤＰＦに捕集されたＰＭを効率よく燃焼除去できる。
上記の排気ガス浄化装置において、前記加水分解触媒と前記酸化触媒に流入する排気ガスを分離する仕切りを、排気ガスの流れ方向に関して、この両触媒の全部若しくは上流側の一部、又は、この両触媒の上流側のみ、又は、この両触媒の上流側からこの両触媒の全部若しくは上流側の一部までの間に設けて構成する。
この構成によれば、排気ガス浄化装置を短く、コンパクトにすることができ、酸化触媒で生じる酸化反応熱を隣接する加水分解触媒で利用できる。尿素をアンモニアに分解する加水分解反応は吸熱反応であるので、発熱反応である酸化反応の熱を利用することで効率よく尿素からアンモニアを発生できるようになる。なお、加水分解触媒と酸化触媒の配置としては、この両触媒を通過した後の排気ガスが混合し易い配置が好ましく、例えば、内側に一方を、これを囲むように外周側に他方を配置する。また、一般的に排気ガスは内側が高温であるので、外周側に酸化触媒を配置すると、内側の加水分解触媒の温度低下とこの温度低下に起因する加水分解効率の低下を抑制できる。
上記の排気ガス浄化装置において、前記加水分解触媒の担持体と前記酸化触媒の担持体の少なくとも一方を、排気ガスを混合する機能を持つ担持体で形成して構成する。この構成によれば、両触媒の下流側における排気ガスでは、アンモニアと熱とが拡散して下流側の選択還元型ＮＯｘ触媒とＤＰＦに流入するため、排気ガス中のＮＯｘの浄化を効率良く行うことができ、また、ＤＰＦにおけるＰＭの燃焼除去も効率良く行うことができる。なお、両触媒間において仕切りが排気ガスの流れ方向に関して、両触媒の全部に設けられたときでも、触媒を出るときの排気ガスの流れの方向がバラバラになって混合効果が生じるので、前記のＮＯｘ浄化、ＤＰＦ再生の時の効果を奏することができる。
上記の排気ガス浄化装置において、前記加水分解触媒の担持体と前記酸化触媒の担持体の少なくとも一方を、金属製の担持体で形成する。この構成によれば、酸化触媒で発生する熱を速やかに加水分解触媒に供給することができる。
上記の排気ガス浄化装置において、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒を、前記選択還元型ＮＯｘ触媒と前記ＤＰＦとに直列に追加して設けて構成する。この構成によれば、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の方が選択還元型ＮＯｘ触媒の活性化温度よりも低い温度でＮＯｘ浄化機能を発揮するので、ＮＯｘ浄化の排気ガスの温度範囲、つまり、エンジンの運転領域が広がる。
上記の排気ガス浄化装置において、ＨＣ供給用通路に設ける触媒として、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒を、前記ＤＰＦの替わりに設けた場合には、ＨＣ酸化では酸化触媒と同様な作用効果を奏することができ、ＮＯｘに関しては、選択還元型ＮＯｘ触媒よりも活性化温度が低いＮＯｘ吸蔵還元型触媒によるＮＯｘ浄化性能を発揮できるので、ＮＯｘ浄化の温度範囲を広げることができる。
上記の排気ガス浄化装置において、前記ＤＰＦを酸化触媒とＰＭ酸化触媒を担持させた触媒付きＤＰＦで形成した場合には、加水分解したアンモニアが酸化触媒で酸化されてＮＯ2になるのを回避するために、この触媒付きＤＰＦの場合は選択還元型ＮＯｘ触媒の下流側に設けることが好ましい。
また、上記の目的を達成するための排気ガス浄化システムは、上記の排気ガス浄化装置を用いて構成される。この構成によれば、上記の排気ガス浄化装置と同様な効果を奏することができる。
本発明に係る排気ガス浄化装置及び排気ガス浄化システムによれば、選択還元型ＮＯｘ触媒（ＳＣＲ触媒）とＤＰＦの両方を使用する排気ガス浄化システムにおいて、アンモニア系溶液の噴射と、ＨＣの排気管内直接噴射をコンパクトな装置で両立させることができる。また、コンパクトになるので放射される熱量を少なくすることができ、触媒が活性化しているエンジンの運転領域を広くすることができる。
以下、本発明に係る実施の形態の排気ガス浄化装置及び排気ガス浄化システムについて、図面を参照しながら説明する。
図１に、本発明の実施の形態の排気ガス浄化装置１０と排気ガス浄化システム１の構成を示す。この排気ガス浄化装置１０は、エンジンの排気通路２に配置され、同一ケース１１内に、上流側から順に、選択還元型ＮＯｘ触媒（ＳＣＲ）１２とＮＯｘ吸蔵還元型触媒（ＬＮＴ）１３と触媒付きＤＰＦ（ＣＳＦ）１４を有して構成される。
なお、この３つの排気ガス浄化装置１２、１３、１４の組み合わせの場合には、アンモニアの酸化を回避するためには、選択還元型ＮＯｘ触媒（ＳＣＲ）１２を最上流側に配置する必要があるが、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒（ＬＮＴ）１３と触媒付きＤＰＦ（ＣＳＦ）１４の位置は入れ替わってもよい。また、触媒付きＤＰＦ１４でなく、触媒を担持していないＤＰＦであれば、ＤＰＦを選択還元型ＮＯｘ触媒（ＳＣＲ）１２の上流側に配置しても良い。
選択還元型ＮＯｘ触媒１２は、コージェライトや酸化アルミニウムや酸化チタン等で形成されるハニカム構造等の担持体に、チタニア−バナジウム、β型ゼオライト、酸化クロム、酸化マンガン、酸化モリブデン、酸化チタン、酸化タングステン等を担持して形成される。この構成により、ＮＨ3（アンモニア）を吸着して、このＮＨ3でＮＯｘを還元浄化する。
ＮＯｘ吸蔵還元型触媒１３は、アルカリ金属又はアルカリ土類金属を貴金属と共に担持して形成され、酸素過剰な排気ガス中のＮＯｘを酸化して硝酸塩として触媒上に吸着させて、ＮＯｘを浄化する。このＮＯｘ吸蔵還元型触媒１３は、排気ガスがリーン空燃比では、ＮＯｘを吸蔵し、リッチ空燃比では、吸蔵したＮＯｘを放出すると共に、この放出されたＮＯｘを還元雰囲気中で還元する。これにより、ＮＯｘを低減する。
なお、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒１３によるＮＯｘ吸蔵機能は、選択還元型ＮＯｘ触媒１２の活性化温度よりも低い温度から発揮することができるので、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒１３を設けることにより、ＮＯｘ浄化機能が選択還元型ＮＯｘ触媒１２単独の場合よりも、ＮＯｘ浄化ウインドウを拡大できて、より広い温度範囲でＮＯｘを浄化することができるようになる。つまり、ＮＯｘ浄化可能な排気ガスの温度範囲を広げることができ、ＮＯｘ浄化可能なエンジンの運転領域が広がる。
触媒付きＤＰＦ１４は、多孔質のセラミックのハニカムのチャンネルの入口と出口を交互に目封じしたモノリスハニカム型ウォールフロータイプのフィルタ等で形成される。このフィルタ部分に白金、パラジウム等の酸化触媒と酸化セリウム等のＰＭ酸化触媒を担持する。排気ガス中のＰＭは多孔質のセラミックの壁で捕集される。
加水分解触媒１５は、一般的にはコージェライトハニカム等の多孔質のセラミックのハニカム構造の担持体に、酸化チタン等の加水分解触媒を担持させた酸化アルミニウム等の触媒コート層を塗布して形成されるが、ケースに固定支持する際（キャニング）の難しさを考えると、金属製の担体又は金属と同程度の比熱材料で形成される担体を用いることが好ましい。これにより、加水分解触媒１５の温度を均一化できる。また、排気ガスを混合させる機能、言い換えれば、拡散させる機能を持たせることが好ましい。
酸化触媒１７は、一般的にはコージェライトハニカム等の多孔質のセラミックのハニカム構造の担持体に、白金等の酸化触媒を担持させた酸化アルミニウム等の触媒コート層を塗布して形成される。この酸化触媒１７も加水分解触媒１５と同様に、ケースに固定支持する際の難しさを考えると、金属製の担体を用いることが好ましい。これにより、酸化触媒１７で発生する熱を速やかに加水分解触媒１５に供給することができる。また、排気ガスを混合させる機能、言い換えれば、拡散させる機能を持たせることが好ましい。
この混合機能を有する金属製の担体としては、図２に示すような、メタル製の孔開き平フォイル５１とメタル製の孔開き波フォイル５２を積層してチャンネル５３間を流通可能にしたＰＥ（Perforated）構造（ドイツのＥＭＩＴＥＣ社による名称）を用いることができる。この孔開きの孔５１ａ、５２ａの径は例えば８ｍｍφ程度で空孔率３５％程度である。また、図３に示すようなメタル製の平フォイル６１とメタル製の波形状の部分に刻み目（陥没部分）６２ａを設けた波フォイル６２を積層してチャンネル６３間を流通可能にしたＬＳ（Longitudinal Structure）構造（ドイツのＥＭＩＴＥＣ社による名称）等を用いることができる。このＬＳ構造の刻み目６２ａによりチャンネルの軸に対して垂直方向に波形が形成される。円筒形に形成する場合には、平フォイル５１、６１と波フォイル５２、６２を積層したものを巻き上げて円筒状に構成する。これにより、排気ガス混合用のミキサーを不要とする。
なお、ＨＣ供給用通路１８に設ける触媒として、酸化触媒１７の替わりにＮＯｘ吸蔵還元型触媒を設けた場合には、ＨＣの酸化機能に関しては酸化触媒と同様な作用効果を奏することができる。その上、ＮＯｘに関しては、選択還元型ＮＯｘ触媒１２よりも活性化温度が低いＮＯｘ吸蔵還元型触媒によるＮＯｘ浄化性能を発揮できるので、ＮＯｘ浄化の温度範囲を広げることができる。
この両触媒は、例えば、同一のハニカム構造体の担持体において、中心側に加水分解触媒１５を担持させ、その外周側に酸化触媒１７を担持させて、内側を尿素供給用通路１６とし、外周側を酸化触媒１７のＨＣ供給用通路１８とする。これにより加水分解触媒１５と酸化触媒１７を、排気ガス装置１０の排気ガスの通路の同一断面内に設けることができる。
更に、それと共に、両触媒１５、１７に流入する排気ガスを分離する仕切り１９を、排気ガスの流れ方向に関して、この両触媒１５、１７の全部若しくは上流側の一部、又は、この両触媒１５、１７の上流側のみ、又は、この両触媒１５、１７の上流側からこの両触媒１５、１７の全部若しくは上流側の一部までの間に設けて構成する。図１ではパイプで形成した仕切り１９を排気ガスの流れ方向の両触媒１５、１７の全部において設け、更にその上流側に延長して設けている。
これにより、加水分解触媒１５と酸化触媒１７とを、排気ガス浄化装置１０の排気ガスの通路の同一断面内に設けることができ、両触媒１５、１７に流入する排気ガスを分離する仕切り１９を、排気ガスの流れ方向に関して、両触媒１５、１７の全部と上流側に設けることができる。なお、拡散効果と、混合効果によっては、排気ガスの流れ方向に関して、両触媒１５、１７の上流側の一部、又は、両触媒１５、１７の上流側のみに設けて構成してもよい。
この構成により、尿素供給用通路１６とＨＣ供給用通路１８との境に仕切り１９が設けられ、選択還元型ＮＯｘ触媒１２の上流側に、加水分解触媒１５を配設した尿素供給用通路１６と、酸化触媒（又はＮＯｘ吸蔵還元型触媒）１７を配設したＨＣ供給用通路１８とが並列に設けられる。
また、この上流側に延長されたパイプ１９ａの内側に尿素噴射弁２０を配置し、外側に燃料噴射弁２１を配置する。なお、排気ガスは両触媒１５、１７に略均等に流れるように形成する。つまり、ケース１１の入口側部分に尿素供給用通路１６に尿素を供給する尿素供給装置である尿素噴射弁２０と、ＨＣ供給用通路１８にＨＣを供給するＨＣ供給装置である燃料噴射弁２1とを設けて構成する。
尿素供給装置である尿素噴射弁２０は、図示しない尿素貯蔵タンクと図示しない配管で連結され、尿素や尿素水を供給し、これらの尿素を加水分解触媒１５で加水分解してアンモニアを発生させて、このアンモニアを選択還元型ＮＯｘ触媒１２に供給する。
ＨＣ供給装置である燃焼噴射弁２１は、図示しないＨＣ貯蔵タンクと図示しない配管で連結され、触媒付きＤＰＦ１４の捕集されたＰＭを燃焼除去する場合で、排気ガス温度が低いときに排気ガス中に燃料等の未燃ＨＣを供給し、酸化触媒１７で酸化させて、この酸化熱により排気ガス温度を上昇させる。この温度が上昇した排気ガスを触媒付きＤＰＦ１４に流入させて、捕集されたＰＭを燃焼除去する。なお、このＨＣの排気管内直接噴射によれば、シリンダ内燃料噴射制御でポスト噴射を行う場合に比べて、ポスト噴射時に未燃燃料が潤滑オイルに混入して潤滑オイルを希釈するオイルダイリューションの問題を回避できる。
これらの構成により、排気ガス浄化装置１０を短く、コンパクトにすることができ、酸化触媒１７で生じる酸化反応熱を隣接する加水分解触媒１５で利用できるようになる。その結果、尿素をアンモニアに分解する加水分解反応は吸熱反応に対して、発熱反応である酸化反応の熱を利用することができ、効率よく尿素からアンモニアを発生できるようになる。
なお、加水分解触媒１５と酸化触媒１７の配置としては、この両触媒１５、１７を通過した後の排気ガスが混合し易い配置となり、また、一般的に排気ガスは内側が高温であるので、このように、外周側に酸化触媒１７を配置すると、内側の加水分解触媒１５の温度低下とこの温度低下に起因する加水分解効率の低下を抑制できる。
酸化触媒１７の上流側に酸化触媒入口排気温度センサ２２が、酸化触媒１７と選択還元型ＮＯｘ触媒１２の間にＮＯｘ触媒入口排気温度センサ２３が、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒１３と触媒付きＤＰＦ１４の間に触媒付きＤＰＦ入口排気温度センサ２４が、触媒付きＤＰＦ１４の下流側に触媒付きＤＰＦ出口排気温度センサ２５が設けられる。また、ＮＯｘセンサ２６が触媒付きＤＰＦ１４の下流側に設けられる。また、図示しないが、触媒付きＤＰＦ１４のＰＭの堆積の程度を推定するために触媒付きＤＰＦ１４の前後差圧を計測する差圧センサも設けられる。
これらのセンサの検出値は、エンジンの運転の全般的な制御を行なう制御装置（ＥＣＵ：エンジンコントロールユニット）３０に入力される。この制御装置３０からの出力によって、エンジンのみならず、尿素噴射弁２０と燃料噴射弁２１も制御される。
上記の排気ガス浄化装置１０を用いた排気ガス浄化システム１においては、尿素噴射時では、尿素噴射弁２０から尿素又は尿素水が加水分解触媒１５の部分のみに噴射されて、加水分解によりアンモニアは生成される。このアンモニアを還元剤として選択還元型ＮＯｘ触媒でＮＯｘを還元する。一方、外周側の酸化触媒１７ではＮＯ→ＮＯ2酸化反応を行い、選択還元型ＮＯｘ触媒におけるＮＯｘ還元反応を促進する。
触媒付きＤＰＦ１４で捕集されたＰＭを燃焼除去するためのＤＰＦ再生制御で行う空燃比リッチ制御のために、燃料噴射弁２１からＨＣを供給するＨＣ噴射時では、ＨＣは外周側の酸化触媒１７のみに供給されて、このＨＣは酸化反応により発熱して触媒付きＤＰＦ１４を昇温してＰＭの燃焼除去を行う。
また、図１の排気ガス浄化システム１は、選択還元型ＮＯｘ触媒１２とＮＯｘ吸蔵還元型触媒１３のシステムとして構成されているので、燃料噴射弁２１からのＨＣ噴射により、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒１３のＮＯｘ吸蔵能力を回復するための空燃比リッチ制御を行う場合にも、燃料噴射弁２１からＨＣを還元剤として供給することができる。
上記の構成の排気ガス浄化装置１０によれば、尿素とＨＣを並列に設けられたそれぞれの通路１６、１８で別々に供給できるので、長さが短く、コンパクトな排気ガス浄化装置で、尿素の排気管内噴射とＨＣの排気管内直接噴射とを両立させることができる。
そして、尿素噴射弁２０による尿素供給時には、尿素を加水分解触媒１５で加水分解してアンモニアを生成し、選択還元型ＮＯｘ触媒１２に供給できる。また、排気ガス中のＮＯを酸化触媒１７でＮＯ2に酸化して、ＮＯ：ＮＯ2を５０：５０に近づけて、選択還元型ＮＯｘ触媒１２におけるＮＯｘの還元効率を上昇させることができる。
また、ＤＰＦ再生のための空燃比リッチ制御における、燃料噴射弁２１によるＨＣ噴射時は、ＨＣを酸化触媒１７で酸化して、この酸化による発熱で触媒付きＤＰＦ１４に流入する排気ガス温度を上昇して触媒付きＤＰＦ１４に捕集されたＰＭを効率よく燃焼除去できる。
また、加水分解触媒１５の担持体と酸化触媒１７の担持体の少なくとも一方を、排気ガスを混合する機能を持つ担持体で形成すると、両触媒１５、１７の下流側における排気ガスでは、アンモニアと熱とが拡散して下流側の選択還元型ＮＯｘ触媒１２と触媒付きＤＰＦ１４に流入するため、排気ガス中のＮＯｘの浄化を効率良く行うことができ、また、触媒付きＤＰＦ１４におけるＰＭの燃焼除去も効率良く行うことができる。
なお、両触媒１５、１７間において仕切り１９が排気ガスの流れ方向に関して、両触媒１５、１７の全部に設けられたときでも、触媒１５、１７を出るときの排気ガスの流れの方向がバラバラになって混合効果が生じるので、ＮＯｘ浄化、ＤＰＦ再生の効率を向上することができる。
本発明に係る実施の形態の排気ガス浄化装置及び排気ガス浄化システムの構成を模式的に示す図である。 孔開き平フォイルと孔開き波フォイルを積層したＰＥ構造を模式的に示す図である。 孔開き平フォイルと刻み目を設けた波フォイルを積層したＬＳ構造を模式的に示す図である。 従来技術の排気ガス浄化装置及び排気ガス浄化システムの構成を模式的に示す図である。
符号の説明
１ 排気ガス浄化システム
２ エンジンの排気通路
１０ 排気ガス浄化装置
１１ ケース
１２ 選択還元型ＮＯｘ触媒（ＳＣＲ）
１３ ＮＯｘ吸蔵還元型触媒（ＬＮＴ）
１４ 触媒付きＤＰＦ（ＣＳＦ）
１５ 加水分解触媒
１６ 尿素供給用通路
１７ 酸化触媒
１８ ＨＣ供給用通路
１９ 仕切り
１９ａ 上流側に延長されたパイプ
２０ 尿素噴射弁（尿素供給装置）
２１ 燃料噴射弁（ＨＣ供給装置）
２２ 酸化触媒入口排気温度センサ
２３ ＮＯｘ触媒入口排気温度センサ
２４ 触媒付きＤＰＦ入口排気温度センサ
２５ 触媒付きＤＰＦ出口排気温度センサ
２６ ＮＯｘセンサ
３０ 制御装置（ＥＣＵ）

Claims (8)

  1. 選択還元型ＮＯｘ触媒とＤＰＦを直列に備え、内燃機関の排気通路に配置される排気ガス浄化装置において、前記選択還元型ＮＯｘ触媒と前記ＤＰＦの両方の上流側に、加水分解触媒を配設した尿素供給用通路と、酸化触媒を配設したＨＣ供給用通路とを並列に設けると共に、前記尿素供給用通路に尿素を供給する尿素供給装置と、前記ＨＣ供給用通路にＨＣを供給するＨＣ供給装置とを設け、
    前記加水分解触媒と前記酸化触媒とを、前記排気通路の同一断面内に設けたことを特徴とする排気ガス浄化装置。
  2. 前記加水分解触媒と前記酸化触媒に流入する排気ガスを分離する仕切りを、排気ガスの流れ方向に関して、この両触媒の全部若しくは上流側の一部、又は、この両触媒の上流側のみ、又は、この両触媒の上流側からこの両触媒の全部若しくは上流側の一部までの間に設けたことを特徴とする請求項１記載の排気ガス浄化装置。
  3. 前記加水分解触媒の担持体と前記酸化触媒の担持体の少なくとも一方を、排気ガスを混合する機能を持つ担持体で形成したことを特徴とする請求項１又は２記載の排気ガス浄化装置。
  4. 前記加水分解触媒の担持体と前記酸化触媒の担持体の少なくとも一方を、金属製の担持体で形成したことを特徴とする請求項１、２又は３記載の排気ガス浄化装置。
  5. ＮＯｘ吸蔵還元型触媒を、前記選択還元型ＮＯｘ触媒と前記ＤＰＦとに直列に追加して設けたことを特徴とする請求項１、２、３又は４記載の排気ガス浄化装置。
  6. ＮＯｘ吸蔵還元型触媒を、前記ＤＰＦの替わりに設けたことを特徴とする請求項１、２、３又は４記載の排気ガス浄化装置。
  7. 前記ＤＰＦを酸化触媒とＰＭ酸化触媒を担持させた触媒付きＤＰＦで形成したことを特徴とする請求項１、２、３、４、５又は６記載の排気ガス浄化装置。
  8. 請求項１、２、３、４、５、６又は７記載の排気ガス浄化装置を用いたことを特徴とする排気ガス浄化システム。
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