JP2008255890A - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】機関始動後早期にＮＯxの選択還元作用を開始させる。
【解決手段】機関排気通路内にＮＯx選択還元主触媒１５を配置し、ＮＯx選択還元主触媒１５の上流にＮＯx選択還元主触媒１５よりも容積、熱容量および圧損の小さいＮＯx選択還元補助触媒１７を配置する。尿素水溶液供給弁１８からＮＯx選択還元補助触媒１７に尿素を供給してＮＯxの選択還元補助触媒１７により機関始動後早期にＮＯxの選択還元作用を開始させる。
【選択図】図１

Description

本発明は内燃機関の排気浄化装置に関する。
機関排気通路内にアンモニアによって排気ガス中に含まれるＮＯxを選択的に還元しうるＮＯx選択還元触媒を配置し、このＮＯx選択還元触媒の上流に排気ガス中に含まれるＮＯxを吸蔵しうるＮＯx吸蔵触媒や酸化触媒を配置した内燃機関が公知である（例えば特許文献１を参照）。
特開２００６−５１２５２９号公報
ところでＮＯx選択還元触媒は白金等の貴金属を担持しているＮＯx吸蔵触媒や酸化触媒とは異なって触媒反応による昇温が行われず、従って機関始動後ＮＯx選択還元触媒はＮＯx選択還元触媒に流入する排気ガス温によって温度上昇せしめられる。この場合、ＮＯx吸蔵触媒や酸化触媒において酸化反応が開始されれば排気ガス温は上昇するがＮＯx選択還元触媒は下流に配置されているためＮＯx選択還元触媒が温度上昇してＮＯxの選択還元が開始されるまで時間を要し、斯くして機関始動後にＮＯxの良好な浄化作用を確保することができないという問題がある。
上記問題を解決するために本発明によれば、機関排気通路内にＮＯx選択還元触媒を配置し、ＮＯx選択還元触媒に尿素を供給してこの尿素から発生するアンモニアにより排気ガス中に含まれるＮＯxを選択的に還元するようにした内燃機関の排気浄化装置において、ＮＯx選択還元触媒がＮＯx選択還元主触媒と、ＮＯx選択還元主触媒の上流に配置されかつＮＯx選択還元主触媒よりも容積、熱容量および圧損の小さいＮＯx選択還元補助触媒とにより構成され、ＮＯx選択還元補助触媒に尿素を供給してＮＯx選択還元補助触媒により機関始動後早期にＮＯxの選択還元作用を開始させるようにしている。
ＮＯx選択還元補助触媒は、ＮＯx選択還元主触媒の上流に配置されかつＮＯx選択還元主触媒に比べて容積および熱容量が小さいので始動後早期に活性化されてＮＯxの選択還元作用が開始される。その結果、ＮＯxの浄化率が向上せしめられる。
図１に圧縮着火式内燃機関の全体図を示す。
図１を参照すると、１は機関本体、２は各気筒の燃焼室、３は各燃焼室２内に夫々燃料を噴射するための電子制御式燃料噴射弁、４は吸気マニホルド、５は排気マニホルドを夫々示す。吸気マニホルド４は吸気ダクト６を介して排気ターボチャージャ７のコンプレッサ７ａの出口に連結され、コンプレッサ７ａの入口は吸入空気量検出器８を介してエアクリーナ９に連結される。吸気ダクト６内にはステップモータにより駆動されるスロットル弁１０が配置され、更に吸気ダクト６周りには吸気ダクト６内を流れる吸入空気を冷却するための冷却装置１１が配置される。図１に示される実施例では機関冷却水が冷却装置１１内に導かれ、機関冷却水によって吸入空気が冷却される。
一方、排気マニホルド５は排気ターボチャージャ７の排気タービン７ｂの入口に連結され、排気タービン７ｂの出口は酸化触媒１２の入口に連結される。この酸化触媒１２の下流には酸化触媒１２に隣接して排気ガス中に含まれる粒子状物質を捕集するためのパティキュレートフィルタ１３が配置され、このパティキュレートフィルタ１３の出口は排気管１４を介してＮＯx選択還元主触媒１５の入口に連結される。このＮＯx選択還元主触媒１５の出口には酸化触媒１６が連結される。本発明によればＮＯx選択還元主触媒１５上流の排気管１４内にＮＯx選択還元主触媒１５よりも容積、熱容量および圧損の小さいＮＯx選択還元補助触媒１７が配置される。
図１に示されるようにこのＮＯx選択還元補助触媒１７上流の排気管１４内には尿素水溶液供給弁１８が配置され、この尿素水溶液供給弁１８は供給管１９、供給ポンプ２０を介して尿素水溶液タンク２１に連結される。尿素水溶液タンク２１内に貯蔵されている尿素水溶液は供給ポンプ２０によって尿素水溶液供給弁１８から排気管１４内を流れる排気ガス中に噴射され、尿素から発生したアンモニア（（ＮＨ2）2ＣＯ＋Ｈ2Ｏ→２ＮＨ3＋ＣＯ2）によって排気ガス中に含まれるＮＯxがＮＯx選択還元補助触媒１７およびＮＯx選択還元主触媒１５において還元される。
排気マニホルド５と吸気マニホルド４とは排気ガス再循環（以下、ＥＧＲと称す）通路２２を介して互いに連結され、ＥＧＲ通路２２内には電子制御式ＥＧＲ制御弁２３が配置される。また、ＥＧＲ通路２２周りにはＥＧＲ通路２２内を流れるＥＧＲガスを冷却するための冷却装置２４が配置される。図１に示される実施例では機関冷却水が冷却装置２４内に導かれ、機関冷却水によってＥＧＲガスが冷却される。一方、各燃料噴射弁３は燃料供給管２５を介してコモンレール２６に連結され、このコモンレール２６は電子制御式の吐出量可変な燃料ポンプ２７を介して燃料タンク２８に連結される。燃料タンク２８内に貯蔵されている燃料は燃料ポンプ２７によってコモンレール２６内に供給され、コモンレール２６内に供給された燃料は各燃料供給管２５を介して燃料噴射弁３に供給される。
酸化触媒１２は例えば白金のような貴金属触媒を担持しており、この酸化触媒１２は排気ガス中に含まれるＮＯをＮＯ2に転換する作用と排気ガス中に含まれるＨＣを酸化させる作用をなす。一方、パティキュレートフィルタ１３としては触媒を担持していないパティキュレートフィルタを用いることもできるし、例えば白金のような貴金属触媒を担持したパティキュレートフィルタを用いることもできる。
また、ＮＯx選択還元補助触媒１７およびＮＯx選択還元主触媒１５は低温で高いＮＯx浄化率を有するアンモニア吸着タイプのＦｅゼオライトから構成されるか、或いはアンモニアの吸着機能がないチタン・バナジウム系の触媒から構成される。酸化触媒１６は例えば白金からなる貴金属触媒を担持しており、この酸化触媒１６はＮＯx選択還元主触媒１５から漏出したアンモニアを酸化する作用をなす。
図２に図１に示されるＮＯx選択還元補助触媒１７およびＮＯx選択還元主触媒１５の拡大斜視図を示す。図２からわかるようにＮＯx選択還元主触媒１５は互いに交差する複数の薄肉隔壁３０によって分離された軸線方向に延びる複数のセル３１を有しており、ＮＯx選択還元補助触媒１７も互いに交差する複数の薄肉隔壁３２によって分離された軸線方向に延びる複数のセル３３を有している。
一方、図２に示されるようにＮＯx選択還元補助触媒１７はＮＯx選択還元主触媒１５に比べて軸線方向の長さが短かく、しかもＮＯx選択還元補助触媒１７はＮＯx選択還元主触媒１５に比べて小さな径を有する。従ってＮＯx選択還元補助触媒１７はＮＯx選択還元主触媒１５に比べて容積が小さく、従って熱容量も小さい。
また、ＮＯx選択還元補助触媒１７による圧損を小さくすると共にＮＯx選択還元補助触媒１７の熱容量を小さくするために図２に示される如くＮＯx選択還元補助触媒１７のセル３３の流路面積はＮＯx選択還元主触媒１５のセル３１の流路面積よりも大きく形成されており、ＮＯx選択還元補助触媒１７の薄肉隔壁３２の厚みはＮＯx選択還元主触媒１５の薄肉隔壁３０の厚みに比べて薄く形成されている。
また、ＮＯx選択還元主触媒１５の薄肉隔壁３１はセラミックから形成されているがＮＯx選択還元補助触媒１７の熱容量を更に小さくするためにＮＯx選択還元補助触媒１７の薄肉隔壁３２を金属板から形成することもできる。
ところでＮＯx選択還元主触媒１５は白金等の貴金属を担持していないので触媒反応による昇温が行われず、従って機関始動後ＮＯx選択還元主触媒１５はＮＯx選択還元主触媒１５に流入する排気ガス温によって温度上昇せしめられる。この場合、酸化触媒１２において酸化反応が開始されれば排気ガス温は上昇するがＮＯx選択還元主触媒１５は下流に配置されているためＮＯx選択還元主触媒１５が温度上昇してＮＯxの選択還元が開始されるまで時間を要し、斯くして機関始動後にＮＯxの良好な浄化作用を確保することができなくなる。
しかしながら本発明ではＮＯx選択還元主触媒１５の上流に、ＮＯx選択還元主触媒１５に比べて容積および熱容量が小さく、従って始動後早期に活性化されるＮＯx選択還元補助触媒１７が配置されているので機関始動後早期にＮＯxの選択還元作用が開始される。その結果、ＮＯxの浄化率を向上することができる。
図３に圧縮着火式内燃機関の別の実施例を示す。この実施例ではパティキュレートフィルタ１３が酸化触媒１６の下流に配置され、従ってこの実施例では酸化触媒１２の出口が排気管１４を介してＮＯx選択還元主触媒１５の入口に連結される。この実施例でもＮＯx選択還元主触媒１５上流の排気管１４内にＮＯx選択還元主触媒１５よりも容積、熱容量および圧損の小さいＮＯx選択還元補助触媒１７が配置される。
圧縮着火式内燃機関の全体図である。 図１に示されるＮＯx選択還元主触媒とＮＯx選択還元補助触媒の拡大斜視図である。 圧縮着火式内燃機関の別の実施例を示す全体図である。
符号の説明
４ 吸気マニホルド
５ 排気マニホルド
７ 排気ターボチャージャ
１２，１６ 酸化触媒
１３ パティキュレートフィルタ
１５ ＮＯx選択還元主触媒
１７ ＮＯx選択還元補助触媒
１８ 尿素水溶液供給弁

Claims (4)

  1. 機関排気通路内にＮＯx選択還元触媒を配置し、該ＮＯx選択還元触媒に尿素を供給して該尿素から発生するアンモニアにより排気ガス中に含まれるＮＯxを選択的に還元するようにした内燃機関の排気浄化装置において、上記ＮＯx選択還元触媒がＮＯx選択還元主触媒と、該ＮＯx選択還元主触媒の上流に配置されかつ該ＮＯx選択還元主触媒よりも容積、熱容量および圧損の小さいＮＯx選択還元補助触媒とにより構成され、該ＮＯx選択還元補助触媒に尿素を供給して該ＮＯx選択還元補助触媒により機関始動後早期にＮＯxの選択還元作用を開始させるようにした内燃機関の排気浄化装置。
  2. 上記ＮＯx選択還元主触媒およびＮＯx選択還元補助触媒は互いに交差する複数の薄肉隔壁によって分離された軸線方向に延びる複数のセルを有しており、該ＮＯx選択還元補助触媒のセルの流路面積は該ＮＯx選択還元主触媒のセルの流路面積よりも大きく形成されている請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
  3. 上記ＮＯx選択還元主触媒およびＮＯx選択還元補助触媒は互いに交差する複数の薄肉隔壁によって分離された軸線方向に延びる複数のセルを有しており、該ＮＯx選択還元補助触媒の薄肉隔壁の厚みは該ＮＯx選択還元主触媒の薄肉隔壁の厚みに比べて薄く形成されている請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
  4. 上記ＮＯx選択還元主触媒およびＮＯx選択還元補助触媒は互いに交差する複数の薄肉隔壁によって分離された軸線方向に延びる複数のセルを有しており、該ＮＯx選択還元補助触媒の薄肉隔壁は金属板から形成されており、該ＮＯx選択還元主触媒の薄肉隔壁はセラミックから形成されている請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
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