JP4671048B2

JP4671048B2 - 排気浄化装置

Info

Publication number: JP4671048B2
Application number: JP2006311890A
Authority: JP
Inventors: 晃一谷山; 浩一冨田; 洋之木村; 公二郎岡田; 恵信ヶ原; 道博畠; 川島　　一仁; 一雄古賀; 和人前原; 肇石井
Original assignee: Mitsubishi Motors Corp; Mitsubishi Automotive Engineering Co Ltd
Current assignee: Mitsubishi Motors Corp; Mitsubishi Automotive Engineering Co Ltd
Priority date: 2006-11-17
Filing date: 2006-11-17
Publication date: 2011-04-13
Anticipated expiration: 2026-11-17
Also published as: JP2008128045A

Description

本発明は、エンジンから排出される排気ガスを浄化、すなわち、排気ガスから有害物質を除去（削減）する排気浄化装置に関する。

自動車等に搭載されるエンジン、特にディーゼルエンジンから排出される排気ガス中には、一酸化炭素（ＣＯ）、炭化水素（ＨＣ）、窒素酸化物（ＮＯｘ）等、環境に悪影響を与える虞のある汚染物質や、微粒子状物質（ＰＭ：Particulate Matter）等が多く含まれている。このため、一般的には、エンジンから排出される排気ガスが通過する排気通路に、例えば、上記汚染物質を分解（還元等）するための三元触媒や、ＰＭを捕捉するためのパティキュレートフィルタ等を設け、排気ガスができるだけ無害化された状態で大気中に放出されるようにしている。

このようなパティキュレートフィルタは、使用に伴ってフィルタ内にＰＭが堆積して通過抵抗が増大するため、必要に応じて再生処理を行う必要がある。このような再生処理としては、パティキュレートフィルタに加熱装置を配設し、加熱によりＰＭを燃焼さて除去することが行われていたが、パティキュレートフィルタの上流に設けられた酸化触媒に燃料（軽油）などの炭化水素系液体を流入させて発熱反応を生じさせ、この熱によりパティキュレートフィルタの再生処理を行う方法も提案されている（例えば、特許文献１参照）。

また、ディーゼルエンジンにおいては、窒素酸化物（ＮＯｘ）が特に多く発生し易い。このため、ディーゼルエンジンには、排気ガス中のＮＯｘを効率的に分解するために、例えば、ＮＯｘの吸着と還元とを繰り返し行ってＮＯｘを分解（還元）する、いわゆるＮＯｘ吸蔵触媒が多く採用されている。

このようなＮＯｘ吸蔵触媒は、吸着したＮＯｘを分解（還元）するため、ＮＯｘ吸蔵触媒に外部から還元剤を適宜供給する必要がある。このため、一般的には、燃料（軽油）等を還元剤として排気通路内に噴射することでＮＯｘ吸蔵触媒に供給するようにしている。その一例としては、例えば、排気通路に設けられたインジェクタによってＮＯｘ還元剤を、ＮＯｘ吸蔵触媒に向かって噴射するようにしたものがある（例えば、特許文献２参照）。

特開２００２−８９２３７号公報特開２００５−２１４１００号公報

ここで、特許文献１や特許文献２に記載されているように酸化触媒やＮＯｘ吸蔵触媒などの、複数の流路を束ねた形状を有するハニカム型触媒に向かって上流から燃料などの還元剤を噴射すると、還元剤がハニカム型触媒の端面に届くまでに十分に霧化、拡散されず、液滴状態で端面の一部の領域のみに付着するようになり、結果的にハニカム型触媒の一部の流路のみに供給されることになり、酸化触媒の触媒機能の一部分のみしか使用されなかったり、ＮＯｘ吸蔵触媒に吸着されているＮＯｘの一部分しか分解（還元）されなかったりするという虞がある。すなわち、噴射された還元剤の霧化、拡散が不十分であり、還元剤がハニカム触媒の一部分にしか行き届かないという課題がある。

また、このように噴射された還元剤が液滴状態でハニカム型触媒の端面の一部の領域に噴霧されると、還元剤の気化熱により局所的に触媒温度が低下し、排気ガスの温度が低下するという虞がある。

この場合、ハニカム型触媒の熱容量を小さくすると、局所的な触媒の温度低下を低減でき、また、局所的な温度低下がないので、ハニカム触媒の下流でリアルタイム検出される排気ガス温度による制御に悪影響を及ぼし難くなるが、エンジン停止によって触媒が冷却し易いので、運転開始時に排気ガス劣化の現象が生じ易いという課題がある。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、ハニカム型触媒に向かって噴射される還元剤を触媒全体に均等に導入す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。

上記課題を解決する本発明の第１の態様は、エンジンの排気ポートに連通する排気通路に介装されるハニカム型排気浄化用触媒と、前記ハニカム型排気浄化用触媒の上流に設けられて前記ハニカム型排気浄化用触媒の上流側端面に向かって添加剤を噴射するインジェクタとを具備する排気浄化装置であって、前記ハニカム型排気浄化用触媒が、上流側にあって前記インジェクタから噴射される添加剤を受ける前段担体と、この前段担体の下流側にあって排気の流れ方向に亘った寸法が当該前段担体より大きい後段担体と、これらの間に設けられた間隙であって前記前段担体から排出された排気が拡散して前記後段担体に導入されるように機能する拡散部とを有し、前記前段担体には触媒層が設けられておらず、前記後段担体に触媒層が設けられ、前記排気通路において前記ハニカム型排気浄化用触媒が設けられる部分の断面積が一定で、前記担体は上流側端面の一部の領域のみに前記添加剤が噴射されることを特徴とする排気浄化装置にある。

かかる第１の態様では、前段担体に向かって噴射された添加剤が前段担体の一部分のみに導入されても、通過した後に拡散部に入ると拡散し、後段担体の全体に均等に導入されることになる。

本発明の第２の態様は、第１の態様に記載の排気浄化装置において、前記前段担体が、ハニカム構造体であることを特徴とする排気浄化装置にある。

かかる第２の態様では、触媒層が設けられていないハニカム構造体は、触媒層の分だけ熱容量が小さく、運転開始時に加熱され易いので、液滴状の添加剤が直接付着しても気化し易く、また、触媒層を省いた分だけ低コスト化を図ることができる。

本発明の第３の態様は、第１又は２の態様に記載の排気浄化装置において、前記前段担体が、メタル製ハニカム構造体であることを特徴とする排気浄化装置にある。

かかる第３の態様では、メタル製ハニカム構造体は熱容量が小さく熱伝導率が大きいので、運転開始時に加熱され易く、また、液滴状の添加剤が直接付着してもその部分の温度が低下し難いので、添加剤を気化させ易く、排気ガスの温度を低下させ難くなる。

本発明の第４の態様は、第１〜３の何れかの態様に記載の排気浄化装置において、前記後段担体が、セラミック製ハニカム構造体であることを特徴とする排気浄化装置にある。

かかる第４の態様では、後段担体の触媒性能を高度に維持することができる。

かかる本発明では、インジェクタからハニカム型排気浄化触媒に向かって噴射された添加剤が前段担体を通過して拡散部に入ると拡散されるため、添加剤を排気浄化用触媒全体に亘って略均等に供給することができ、触媒効率を向上させることができる。

以下、実施形態に基づいて本発明について説明する。なお、図１は、実施形態１に係る排気浄化装置の概略構成を示す図であり、図２は、その要部の縦断面図である。

図１に示すように、本実施形態に係る排気浄化装置１０は、複数の排気浄化用触媒と排気浄化用フィルタとを有し、これら複数の排気浄化用触媒と排気浄化用フィルタとは、車両に搭載される多気筒ディーゼルエンジン（以下、単にエンジンという）１１の排気管（排気通路）１２に介装されている。

エンジン１１は、シリンダヘッド１３とシリンダブロック１４とを有し、シリンダブロック１４の各シリンダボア１５内には、ピストン１６が往復移動自在に収容されている。そして、このピストン１６とシリンダボア１５とシリンダヘッド１３とで燃焼室１７が形成されている。ピストン１６は、コンロッド１８を介してクランクシャフト１９に接続されており、ピストン１６の往復運動によってクランクシャフト１９が回転するようになっている。

またシリンダヘッド１３には吸気ポート２０が形成され、この吸気ポート２０には吸気マニホールド２１を含む吸気管（吸気通路）２２が接続されている。また、吸気ポート２０には吸気弁２３が設けられており、この吸気弁２３によって吸気ポート２０が開閉されるようになっている。また、シリンダヘッド１３には、排気ポート２４が形成され、この排気ポート２４には、排気マニホールド２５を含む排気管（排気通路）１２が接続されている。なお、排気ポート２４には排気弁２６が設けられており、吸気ポート２０と同様に、排気ポート２４はこの排気弁２６によって開閉されるようになっている。そして、これら吸気管２２及び排気管１２の途中には、ターボチャージャ２７が設けられ、排気管１２のターボチャージャ２７の下流側には、本実施形態に係る排気浄化装置１０を構成する排気浄化用触媒及び排気浄化用フィルタが介装されている。

ターボチャージャ２７は、図示しないタービンと、このタービンに連結されたコンプレッサとを有し、エンジン１１からターボチャージャ２７内に排気ガスが流れ込むと、排気ガスの流れによってタービンが回転し、このタービンの回転に伴ってコンプレッサが回転して吸気管２２ａからターボチャージャ２７内に空気を吸い込んで加圧するようになっている。そして、ターボチャージャ２７で加圧された空気は、吸気管２２ｂを介してエンジン１１の各吸気ポート２０に供給される。

なお、シリンダヘッド１３には、各気筒の燃焼室１７内に燃料を直噴射する電子制御式の燃料噴射弁２８が設けられており、この燃料噴射弁２８には、図示しないコモンレールから所定の燃圧に制御された高圧燃料が供給されるようになっている。

ここで、本実施形態では、ターボチャージャ２７の下流側の排気管１２に、排気浄化用触媒であるディーゼル酸化触媒（以下、単に酸化触媒と称する）３１及びＮＯｘ吸蔵触媒３２と、排気浄化用フィルタであるディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ：Diesel Particulate Filter：以下、ＤＰＦと称する）３３とが上流側から順に配されている。また、詳しくは後述するが、ターボチャージャ２７と酸化触媒３１との間の排気管１２ａには、添加剤として、還元剤である燃料（軽油）を酸化触媒３１に向かって噴射するインジェクタ３５が設けられている。

酸化触媒３１は、例えば、セラミックス材料で形成されたハニカム構造の担体に、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）等の貴金属が担持された触媒層を有する後段担体４１を具備する。また、この酸化触媒３１は、後段担体４１より上流側には所定長さの間隙である拡散部４２を介して後段担体４１と比較して排気の流れ方向の長さが短い前段担体４３を具備するものである。すなわち、後段担体４１と前段担体４３とは、拡散部４２となる所定の間隔を空けた状態で、触媒保持マット４４を介して排気管１２ａに保持されており、排気管１２ａを流れる排気ガスが、前段担体４３を通過して拡散部４２を通って後段担体４１に導入されるようになっている。ここで、触媒保持マット４４は、緩衝材として作用してセラミックス製の担体を保護するものである。なお、酸化触媒３１の構成の詳細については後述する。

このような酸化触媒３１では、排気ガスが流入すると、排気ガス中の一酸化炭素（ＮＯ）が酸化されて二酸化窒素（ＮＯ_２）が生成される。また、酸化触媒３１における酸化反応が起こるには、酸化触媒３１が所定温度以上に加熱されている必要があるため、酸化触媒３１は可及的にエンジン１１に近い位置に配されていることが好ましい。エンジン１１に近い位置に配置されることにより、酸化触媒３１がエンジン１１の熱によって加熱され、エンジン始動時等であっても、比較的短時間で酸化触媒３１を所定温度以上に加熱することができる。

ＮＯｘ吸蔵触媒３２は、例えば、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）からなるハニカム構造の担体に、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）等の貴金属が担持されると共に、吸蔵剤としてバリウム（Ｂａ）等のアルカリ金属、あるいはアルカリ土類金属が担持されてなる。そして、ＮＯｘ吸蔵触媒３２では、酸化雰囲気においてＮＯ_ｘ、すなわち、酸化触媒３１で生成されたＮＯ_２、また酸化触媒３１で酸化されずに排気ガス中に残存するＮＯを一旦吸蔵し、例えば、一酸化炭素（ＣＯ）、炭化水素（ＨＣ）等を含む還元雰囲気中において、ＮＯ_ｘを放出して窒素（Ｎ_２）等に還元する。

なお、酸化触媒３１で生成されたＮＯ_２の多くはＮＯｘ吸蔵触媒３２によって吸着・分解（還元）され、吸着・分解されなかった残りのＮＯ_２はＤＰＦ３３での反応により浄化されるようになっている。

通常、エンジン１１から排出される排気ガスの大部分はＮＯが占めておりＨＣの量は極めて少ないため、ＮＯｘ吸蔵触媒３２内が酸化雰囲気となり、ＮＯｘ吸蔵触媒３２ではＮＯ_ｘが吸着されるのみで吸着されたＮＯ_ｘが分解（還元）されることはない。このため、ＮＯｘ吸蔵触媒３２に所定量のＮＯ_ｘが吸着されると、ターボチャージャ２７と酸化触媒３１との間の排気管１２ａに固定されたインジェクタ３５から還元剤である燃料（軽油）が噴射されるようになっている。これにより、燃料が混合された排気ガスが酸化触媒３１を通過してＮＯｘ吸蔵触媒３２に供給され、ＮＯｘ吸蔵触媒３２内が還元雰囲気となり、吸着されたＮＯ_ｘが分解（還元）される。

ここで、本発明では、図２に示すように、インジェクタ３５は、酸化触媒３１からそれほど離間していない上流側に設けられ、先端のノズル３６の噴射方向が前段担体４３の上流側端面４３ａの中央部付近に向かうように排気管１２ａに固定されている。したがって、インジェクタ３５のノズル３６から噴射された燃料（還元剤）は、前段担体４３の中央部に向かって液滴状態で飛行しながら霧化するが、ほとんどが液滴状態のまま前段担体４３の上流側端面４３ａの中央部（一部の領域）に付着する。このようにインジェクタ３５から噴射される燃料は、前段担体４３に付着された後、気化されながら中央部の流路を流れて拡散部４２に到達する。前段担体４３の各流路はそれぞれ拡散部４２に連通し、流路が流れに交差する方向、すなわち、径方向に広がるので、前段担体４３の中央部の領域の流路から排出された還元剤は、拡散部４２において気化した状態で径方向に拡散し（他の流路から排出された排気ガスと混合され）、後段担体４１に導入されるまでに後段担体４１の上流側端面の全体に均等になるように拡散し、後段担体４１の全体の流路にほぼ均等に導入される。また、このように全体に均等に拡散された還元剤は、後段担体４１を出た後も排出ガス中に均等に混合されており、下流に配置されたＮＯｘ吸蔵触媒３２、ＤＰＦ３３等に均等に供給される。

一般的には、インジェクタは排気浄化触媒から相当の距離だけ離間して設けて噴射された還元剤が排気浄化触媒に到達するまでに十分に拡散し霧化するようにするが、配置スペースの制限からこのような配置が取れない場合がある。例えば、本実施形態では、酸化触媒３１がターボチャージャ２７の直下に近接して設けられており、またこれらターボチャージャ２７と酸化触媒３１との間の排気管１２ａは略Ｌ字状に湾曲した湾曲管で構成されているので、酸化触媒３１から相当の距離だけ離間した位置にインジェクタ３５を設けることができず、本実施形態では、インジェクタ３５から噴射された還元剤は液滴状態で酸化触媒３１の上流側端面の一部の領域のみに付着するようになる。しかしながら、上述したように、後段担体４１の上流側に拡散部４２を介して前段担体４３を設けたので、前段担体４３の一部の領域に付着した還元剤は、拡散部４２を介して十分に拡散した状態で後段担体４１全体に均等に導入されることになる。

なお、本実施形態では、図２に示すように、インジェクタ３５を前段担体４３の上流側端面４３ａにほぼ対向する位置に設けたが、上流側端面４３ａに向かって傾斜する方向にインジェクタ３５を設けてもよい。また、燃料を拡散部４２で良好に拡散させるためには、ノズル３６から前段担体４３の上流側端面４３ａの中央部（一部の領域）に向かって燃料が噴射されるようになっていることが好ましいが、中央部でなく、他の部分のみに噴射されるようになっていてもよい。

ここで、拡散部４２は、前段担体４３からの還元剤が径方向に十分に拡散できるような流れ方向の長さを有しているのが好ましい。すなわち、前段担体４３でほぼ整流された排気ガスが拡散部４２で乱流となって拡散し、後段担体４１に導入されるように機能すればよい。

また、前段担体４３の流れ方向の長さ（厚さ）は、特に限定されないが、液滴状態で付着した還元剤が通過する間に十分に気化できるような長さであるのが好ましい。勿論、前段担体４３は、インジェクタ３５から噴射される還元剤との関係では全体の一部分だけが使用されることになるので、長くなるほど不使用部分が増えるので好ましくないことは言うまでもない。

さらに、前段担体４３は、本実施形態では、後段担体４１と同様に、セラミックス材料で形成されたハニカム構造の担体に触媒層を設けたものとしたが、ハニカム構造体であれば、必ずしも触媒層を具備する必要はない。

触媒層を設けないハニカム構造体とすると、貴金属を使用した触媒層の分だけ、コストダウンを図ることができると共に熱容量を低減することができる。このように熱容量が小さいと、例えば、運転開始時に加熱され易いので、液滴状の還元剤が直接付着しても気化し易いという利点がある。

また、後段担体４１及び前段担体４３は、必ずしもセラミックス製の担体を用いる必要はなく、メタル製ハニカム構造の担体を用いたものとしてもよい。このようなメタル製ハニカム構造体は熱容量が小さく熱伝導率が大きいので、運転開始時に加熱され易く、排ガスの温度が比較的低温時から触媒が活性化するという利点がある。特に、前段担体４３をメタル製とした場合、液滴状の還元剤が直接付着してもその周囲からの熱伝導が速いのでその部分の温度が低下し難く、付着した還元剤が気化し易く、また、排気ガスの温度が低下し難いという利点がある。なお、メタル製ハニカム構造体とした場合においても、前段担体４３の触媒層を省くことにより、上述したような作用効果を奏する。

ここで、メタル製ハニカム構造体は、一般には波板と薄板とを筒状に巻いた構造を有するものであるが、流路の断面形状が三角形に近くなり、触媒層を設けるとその隅部が触媒層で埋められたような構造となってしまうので、一般的には、セラミックス製担体を用いた場合より有効体積が小さいとされている。よって、触媒効率の点からは、後段担体４１にはセラミックス製の担体を用いるのが好ましいが、上述したような熱容量を重視すると前段担体４３にはメタル製の担体を用いるのが好ましい。

このような構成とした一例を図３に示す。この図に示す酸化触媒３１Ａは、上述したようなセラミックス製の担体を用いた後段担体４１の上流側に所定の間隙となる拡散部４２をおいて、メタル製の担体を用いた前段担体４３Ａを設けたものである。

このような酸化触媒３１Ａの作用効果は上述した通りであるが、メタル製の担体を用いた前段担体４３Ａは、後段担体４１を保持する触媒保持マット４４を設けることなく、排気管１２ａに直接ろう付け等により固定される。触媒保持マット４４は、一般的には、還元剤などが直接付着すると吸収して保持するような材質であり、場合によっては吸収保持された燃料などの還元剤が燃焼して消失する虞もあるが、図３の構成ではこのような問題が生じる虞がない。例えば、インジェクタ３５を前段担体４３Ａの側方に設けて上流側端面に向かって傾斜した方向から還元剤を噴射した場合にも、還元剤は全てメタル製の前段担体４３Ａに導入されることになる。

また、セラミック製の担体と比較してメタル製の担体は機械的強度が十分に大きいので、前段担体４３の流れ方向の長さ（厚さ）を小さくすることができる。すなわち、セラミックス製の担体を用いた場合には、排気管１２ａに保持したときの強度を考慮してある程度の長さ（厚さ）を有するものとする必要があるが、メタル製の担体を用いた場合には、このような制限はない。

何れにしても後段担体４１の上流側に拡散部４２を介して前段担体４３（４３Ａ）を設けることにより、前段担体４３（４３Ａ）に付着した還元剤が十分に拡散した状態で後段担体４１全体に均等に導入されることになる。なお、燃料が均等に混合されていない状態で排気ガスが酸化触媒３１を通過した場合、燃料の濃度が高い部分でＮＯ_２の生成量が低下し、全体として所望量のＮＯ_２が生成されない虞がある。また、燃料が均等に混合されていない排気ガスが、例えば、ＮＯｘ吸蔵触媒３２に供給された場合には、燃料の濃度の低い部分で、吸着されたＮＯ_ｘが十分に還元されない虞がある。

ＤＰＦ３３は、例えば、セラミックス材料で形成されたハニカム構造のフィルタであり、ＤＰＦ３３内には、上流側端部が開放され下流側端部が閉塞された排気ガス通路３３ａと下流側端部が開放され上流側端部が閉塞された排気ガス通路３３ｂとが交互に配列されている。そして、排気ガスは、まず上流側端部が開放された排気ガス通路３３ａに流入し、隣接する排気ガス通路３３ｂとの間に設けられた多孔質の壁面から下流側端部が開放された排気ガス通路３３ｂに流入して下流側に流出し、この過程において排気ガス中の微粒子状物質（ＰＭ）が、壁面に衝突したり吸着されたりして捕捉される。

捕捉されたＰＭは、排気ガス中のＮＯ_２によって酸化（燃焼）されＣＯ_２として排出され、またＤＰＦ３３内に残存するＮＯ_２はＮ_２に分解されて排出されるようになっている。すなわち、ＤＰＦ３３では、排気ガスを浄化して、ＰＭ及びＮＯ_ｘの排出量を大幅に低減できるようになっている。また、ＰＭが燃焼されることで、ＤＰＦ３３の性能がある程度再生される。

ここで、通常は、上述したようにＮＯ_ｘはＮＯｘ吸蔵触媒３２で吸着されるため、ＤＰＦ３３に供給される排気ガス中のＮＯ_２の量は少なく、ＤＰＦ３３にはＰＭが徐々に堆積されていく。そして、ＤＰＦ３３に所定量のＰＭが堆積すると、排気管１２ａに固定されているインジェクタ３５から所定量の燃料が噴射されるようになっている。上述したように排気ガスに燃料が混合されると、ＮＯｘ吸蔵触媒３２では吸着されたＮＯ_ｘが還元されるため、排気ガスに含まれているＮＯ_ｘ（ＮＯ_２）はＮＯｘ吸蔵触媒３２で吸着されずにＤＰＦ３３に供給される。これにより、ＤＰＦ３３におけるＰＭの燃焼が促進されるようになっている。

なお、これら酸化触媒３１、ＮＯｘ吸蔵触媒３２及びＤＰＦ３３の上流側近傍及びＤＰＦ３３の下流側近傍には、それぞれ排気温センサ３８が設けられており、これら複数の排気温センサ３８によって、酸化触媒３１、ＮＯｘ吸蔵触媒３２及びＤＰＦ３３に流入する排気ガスの温度と、酸化触媒３１、ＮＯｘ吸蔵触媒３２及びＤＰＦ３３から排出される排気ガスの温度を検出している。さらに、酸化触媒３１及びＤＰＦ３３の上流側近傍には、排気ガス中の酸素濃度を検出するための酸素濃度センサ３９が設けられている。また、車両には、図示しないが電子制御ユニット（ＥＣＵ）が設けられており、このＥＣＵには、入出力装置、制御プログラムや制御マップ等の記憶を行う記憶装置、中央処理装置及びタイマやカウンタ類が備えられている。そして、このＥＣＵが、上記各センサからの情報に基づいて、エンジン１１及び排気浄化装置１０の総合的な制御を行っている。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、この実施形態に限定されるものではない。例えば、上述の実施形態では、排気浄化装置１０として、排気管（排気通路）１２に、排気浄化用触媒である酸化触媒３１及びＮＯｘ吸蔵触媒３２と、排気浄化用フィルタであるＤＰＦ３３とを、上流側から酸化触媒３１、ＮＯｘ吸蔵触媒３２、ＤＰＦ３３の順で配置した例を挙げたが、これら排気浄化用触媒及び排気浄化用フィルタの配置及び種類は特に限定されるものではない。

例えば、図４（ａ）に示すように、ターボチャージャ２７の下流側の排気管１２に、ＮＯｘ吸蔵触媒３２、酸化触媒３１、ＤＰＦ３３の順で配置するようにしてもよい。また、例えば、図４（ｂ）に示すように、ターボチャージャ２７の下流側の排気管１２に、ＮＯｘ吸蔵触媒３２を設けずに、酸化触媒３１とＤＰＦ３３とを順に配置するようにしてもよい。

また、上述した実施形態では、後段担体４１の上流に拡散部４２を介して前段担体４３を設ける構成を酸化触媒３１に適用したが、還元剤を上流側に噴射するインジェクタを設けた排気浄化触媒であれば、何れの触媒にも適用できる。例えば、上述した実施形態において、酸化触媒３１に適用した構造を、代わりにＮＯｘ吸蔵触媒３２に適用してもよく、また、両者に同様な構造を適用してもよい。

図５には、ＮＯｘ吸蔵触媒に本発明の構成を適用した場合の他の配置の例を示す。

図５（ａ）、（ｂ）は、本発明の構造を適用したＮＯｘ吸蔵触媒３２Ａ、３２Ｂを有するものである。図５（ａ）の例は、ＮＯｘ吸蔵触媒３２Ａの上流にＮＯｘ吸蔵触媒３２Ａの上流側端面に向かって還元剤を噴射するインジェクタ３５Ａを設けると共に、ＮＯｘ吸蔵触媒３２Ａを後段担体５１の上流側に拡散部５２を介して前段担体５３を有する構成としたものである。また、このＮＯｘ吸蔵触媒３２Ａの下流側には、ＤＰＦ３３を介装した構成となっている。図５（ｂ）の例は、図５（ａ）と同様なＮＯｘ吸蔵触媒３２Ａの下流側に、同様な構成を有するＮＯｘ吸蔵触媒３２Ｂ及び酸化触媒３１Ａを配置し、さらにその下流にＤＰＦ３３を介装したものである。

このようにＮＯｘ吸蔵触媒３２Ａ、３２Ｂに向かって噴射された還元剤は、前段担体５３の上流側端面の一部の領域に付着しても、気化して拡散部５２に導入されると拡散されて後段担体５１に均等に供給されることになる。そして、図５（ａ）の構成では、インジェクタ３５Ａから噴射された還元剤は、ＮＯｘ吸蔵触媒３２Ａに吸着されたＮＯ_ｘを還元するために供され、また、ＮＯｘ吸蔵触媒３２Ａへの還元剤の供給による排気ガス温度の上昇により、ＤＰＦ３３の再生を行うことができる。一方、図５（ｂ）の構成では、インジェクタ３５Ａ又は３５Ｂからの還元剤の供給により、ＮＯｘ吸蔵触媒３２Ａ又は３２Ｂに吸着されているＮＯ_ｘを還元することができ、また、ＮＯｘ吸蔵触媒３２Ａ又は３２Ｂを通過して酸化触媒３１Ａに還元剤が導入されると、排気ガス温度が上昇し、ＤＰＦ３３が再生される。

また、上述した実施形態では、ＮＯ_ｘを分解（還元）する排気浄化用触媒として、燃料（軽油）を還元剤としてＮＯ_ｘを分解（還元）するＮＯｘ吸蔵触媒を例示したが、これに限定されず、例えば、排気ガス中のＮＯ_ｘを選択的に触媒に吸着させ、還元剤としてアンモニアあるいは尿素をインジェクタから噴射してＮＯ_ｘを分解（還元）する、いわゆるＳＣＲ（Selective Catalytic Reduction）等であってもよい。

このＳＣＲを用いた構成の一例を図５（ｃ）に示す。この図の構成では、排気管１２に、酸化触媒３１Ａ、ＤＰＦ３３及びＳＣＲ３４が順番に配置されている。そして、ＳＣＲ３４の上流に還元剤としての尿素液を噴射するインジェクタ３５Ｃが配置され、ＳＣＲ３４は、後段担体６１の上流側に拡散部６２を介して前段担体６３を具備するように構成されている。これにより、インジェクタ３５Ｃから噴射された尿素液は、前段担体６３の一部の領域に付着しても、気化して拡散部６２で拡散され、後段担体６１の全体に均等に供給されることになる。

また、上述した実施形態では、添加剤として還元剤としたが、還元作用を目的としたものに限らず、噴射した燃料を燃焼させて触媒を昇温させるものを添加剤として用いても同様の効果が得られる。

さらに、上述した実施形態では過給器としてターボチャージャを備えている吸排気系の構成の一例を示しているが、特にこれに限定されず、例えば、過給器は必ずしも設ける必要はない。また、排気通路と吸気通路とにわたり冷却排気ガスの再循環路を有する冷却排気ガス再循環装置、いわゆるＥＧＲ装置を設けるようにしてもよい。

本発明の一実施形態に係る排気浄化装置の概略構成図である。本発明の一実施形態に係る排気浄化装置の要部の縦断面図である。本発明の一実施形態に係る排気浄化装置の変形例を示す要部の縦断面図である。本発明の一実施形態に係る排気浄化装置の変形例を示す概略構成図である。本発明の一実施形態に係る排気浄化装置の変形例を示す概略構成図である。

符号の説明

１０排気浄化装置
１１エンジン
１２排気管
２７ターボチャージャ
３１，３１Ａ酸化触媒
３２，３２Ａ，３２ＢＮＯｘ吸蔵触媒
３３ＤＰＦ
３４ＳＣＲ
３５，３５Ａ，３５Ｂ，３５Ｃインジェクタ
３６ノズル
４１，５１，６１後段担体
４２，５２，６２拡散部
４３，５３，６３前段担体

Claims

エンジンの排気ポートに連通する排気通路に介装されるハニカム型排気浄化用触媒と、前記ハニカム型排気浄化用触媒の上流に設けられて前記ハニカム型排気浄化用触媒の上流側端面に向かって添加剤を噴射するインジェクタとを具備する排気浄化装置であって、
前記ハニカム型排気浄化用触媒が、上流側にあって前記インジェクタから噴射される添加剤を受ける前段担体と、この前段担体の下流側にあって排気の流れ方向に亘った寸法が当該前段担体より大きい後段担体と、これらの間に設けられた間隙であって前記前段担体から排出された排気が拡散して前記後段担体に導入されるように機能する拡散部とを有し、前記前段担体には触媒層が設けられておらず、前記後段担体に触媒層が設けられ、
前記排気通路において前記ハニカム型排気浄化用触媒が設けられる部分の断面積が一定で、前記前段担体は上流側端面の一部の領域のみに前記添加剤が噴射される
ことを特徴とする排気浄化装置。
請求項１に記載の排気浄化装置において、前記前段担体が、ハニカム構造体であることを特徴とする排気浄化装置。
請求項１又は２に記載の排気浄化装置において、前記前段担体が、メタル製ハニカム構造体であることを特徴とする排気浄化装置。
請求項１〜３の何れかに記載の排気浄化装置において、前記後段担体が、セラミック製ハニカム構造体であることを特徴とする排気浄化装置。