ディーゼルエンジンの排気浄化装置
【課題】ＤＰＦ再生処理時に、その表面にコーティングされたＮＯｘ選択還元触媒の活性成分が劣化することを抑制する。
【解決手段】ディーゼルエンジンの排気通路に配設されたＤＰＦ１６の排気流入面に、還元剤を用いてＮＯｘを選択還元浄化するＮＯｘ選択還元触媒１８と、ＮＯｘの通過を許容する一方、ＰＭの通過を阻止する大きさの細孔が形成された薄膜２０と、をこの順番でコーティングする。そして、薄膜２０により、ＰＭの燃焼熱がＮＯｘ選択還元触媒１８に直接伝わらないようにし、その温度上昇抑制を通して活性成分の劣化を抑制する。
【解決手段】ディーゼルエンジンの排気通路に配設されたＤＰＦ１６の排気流入面に、還元剤を用いてＮＯｘを選択還元浄化するＮＯｘ選択還元触媒１８と、ＮＯｘの通過を許容する一方、ＰＭの通過を阻止する大きさの細孔が形成された薄膜２０と、をこの順番でコーティングする。そして、薄膜２０により、ＰＭの燃焼熱がＮＯｘ選択還元触媒１８に直接伝わらないようにし、その温度上昇抑制を通して活性成分の劣化を抑制する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ディーゼルエンジンの排気浄化装置において、排気中の窒素酸化物（ＮＯｘ）と粒子状物質（ＰＭ）を除去する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
ディーゼルエンジンの排気に含まれるＮＯｘとＰＭを同時に除去する排気浄化装置として、特開２００６−２７４９８６号公報（特許文献１）に記載されるように、ディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）にＮＯｘ選択還元触媒をコーティングしたものが提案されている。そして、この排気浄化装置では、ＤＰＦでＰＭが捕集除去される一方、ＤＰＦの排気上流に噴射供給された尿素水溶液から生成されたアンモニアを還元剤として使用し、ＮＯｘ還元触媒においてＮＯｘが選択的に還元浄化される。
【特許文献１】特開２００６−２７４９８６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、ＤＰＦにおいては、ＰＭ捕集量の増加に伴って目詰まりが進行すると、その排圧が許容値以上に上昇して燃費低下などを来たしてしまう。このため、エンジン制御により排気温度を上昇させたり、ＤＰＦに付設された電気ヒータを作動させるなどの公知の方法で、ＤＰＦに捕集されたＰＭを焼却する再生処理が不可欠である。ＤＰＦの再生処理中には、ＰＭの燃焼熱によりＤＰＦ温度が上昇するため、ここにコーティングされているＮＯｘ選択還元触媒の温度も上昇してしまう。ＮＯｘ選択還元触媒では、その活性成分が過度な温度上昇により熱劣化を起こしてしまうおそれがある。
【０００４】
そこで、本発明は以上のような従来の問題点に鑑み、ＤＰＦにコーティングされたＮＯｘ選択還元触媒にＰＭ燃焼熱が直接伝わらないようにすることで、その活性成分の劣化を抑制したディーゼルエンジンの排気浄化装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
このため、請求項１記載の発明では、ディーゼルエンジンの排気通路に配設されたＤＰＦに、還元剤を用いてＮＯｘを選択還元浄化する選択還元触媒と、ＮＯｘの通過を許容する一方、ＰＭの通過を阻止する大きさの細孔が形成された薄膜と、をこの順番でコーティングしたことを特徴とする。
請求項２記載の発明では、前記薄膜は、前記ＤＰＦの排気流入面にのみコーティングされたことを特徴とする。
【０００６】
請求項３記載の発明では、前記薄膜は、アルミナ又はゼオライトからなることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
請求項１記載の発明によれば、ディーゼルエンジンの排気に含まれるＰＭは、薄膜を通過できないことから、その表面で捕集される。一方、排気に含まれるＮＯｘは、薄膜を通過して選択還元触媒に達し、還元剤を用いて選択還元浄化される。そして、ＤＰＦの再生処理中には、薄膜によりＰＭの燃焼熱が選択還元触媒に直接伝わらず、その温度上昇が抑制されることから、活性成分の劣化を抑制することができる。
【０００８】
請求項２記載の発明によれば、ＤＰＦの排気流入面にのみ薄膜がコーティングされているため、ＤＰＦの排気通過抵抗が低減され、排圧上昇による燃費及び出力低下などを抑制することができる。
請求項３記載の発明によれば、アルミナ又はゼオライトを用いることで、薄膜を容易に形成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、添付された図面を参照して本発明を詳述する。
図１は、還元剤前駆体たる尿素水溶液を使用し、ディーゼルエンジンの排気に含まれるＮＯｘ及びＰＭを浄化する排気浄化装置の全体構成を示す。
ディーゼルエンジン１０の排気マニフォールド１２に接続される排気通路１４には、排気中のＰＭを捕集除去するＤＰＦ１６が配設される。ＤＰＦ１６は、セラミックスなどの多孔性部材からなる隔壁により排気流と略平行なセルが多数形成され、各セルの入口と出口が目封材により互い違いに千鳥格子状に目封じされて形成される。そして、出口が塞がれたセル内の排気が、隔壁を介して入口が塞がれている隣接するセルに流入するとき、排気中のＰＭが隔壁を構成する多孔性部材で捕集される。
【００１０】
ＤＰＦ１６の排気流入面には、図２に示すように、還元剤を用いてＮＯｘを選択還元浄化するＮＯｘ選択還元触媒１８と、ＮＯｘの通過を許容する一方、ＰＭの通過を阻止する大きさの細孔が形成された薄膜２０と、がこの順番でコーティングされる。ここで、ＮＯｘ選択還元触媒１８をコーティングする方法として、例えば、ＤＰＦ１６の表面に活性成分を直接担持させたり、活性成分含浸層を有する担体をＤＰＦ１６の表面にウォッシュコートする方法が適用できる。一方、薄膜２０としては、その形成を容易にすべく、アルミナ又はゼオライトなどを採用するとよい。
【００１１】
また、ＤＰＦ１６の排気上流に位置する排気通路１４には、尿素水溶液を噴霧状態で噴射供給する噴射ノズル２２が取り付けられる。還元剤タンク２４に貯蔵される尿素水溶液は、ポンプ及び流量制御弁が内蔵された還元剤添加装置２６を経由して、噴射ノズル２２へと供給される。
排気浄化装置の制御系として、噴射ノズル２２の排気上流に位置する排気通路１４には、ＤＰＦ１６に導入される排気の温度（排気温度）を測定する温度センサ２８が取り付けられる。温度センサ２８の出力信号は、コンピュータを内蔵した還元剤添加コントロールユニット（以下「還元剤添加ＥＣＵ」という）３０へと入力される。また、還元剤添加ＥＣＵ３０は、エンジン運転状態としてのエンジン回転速度及び負荷を適宜読み込み可能とすべく、ＣＡＮ（Controller Area Network）などのネットワークを介して、エンジンコントロールユニット３２と通信可能に接続される。なお、エンジン負荷としては、燃料噴射量，トルク，アクセル開度，スロットル開度，吸気流量，吸気負圧，過給圧力などの公知の状態量を適用することができる。
【００１２】
そして、還元剤添加ＥＣＵ３０は、そのＲＯＭ（Read Only Memory）などに格納された制御プログラムを実行することで、排気温度，エンジン回転速度及びエンジン負荷に適合した尿素水溶液添加流量を演算し、その添加流量に応じた制御信号を還元剤添加装置２６に出力する。還元剤添加装置２６では、還元剤添加ＥＣＵ３０からの制御信号に基づいて、ポンプ及び流量制御弁が適宜電子制御され、エンジン運転状態に応じた流量の尿素水溶液が噴射ノズル２２に供給される。
【００１３】
この排気浄化装置において、噴射ノズル２２から排気通路１４へと噴射供給された尿素水溶液は、排気熱及び排気中の水蒸気により加水分解されてアンモニアへと転化され、排気流に乗ってＤＰＦ１６へと供給される。ＤＰＦ１６の排気流入面にコーティングされた薄膜２０は、ＮＯｘの通過を許容する一方、ＰＭの通過を阻止する大きさの細孔を有するため、図３に示すように、ＰＭ３４が薄膜２０の表面で捕集されると共に、ＮＯｘ３６が薄膜２０を通過してＮＯｘ選択還元触媒１８へと到達する。ＮＯｘ選択還元触媒１８では、排気と共に導入されたアンモニアを使用して、ＮＯｘ３６が選択還元浄化される。
【００１４】
そして、ＤＰＦ１６の再生処理を行うべく、例えば、エンジン制御により排気温度を上昇させてＰＭ３４を着火させても、薄膜２０が介在していることによりその燃焼熱がＮＯｘ選択還元触媒１８に直接伝わらなくなる。このため、ＮＯｘ選択還元触媒１８の温度上昇が抑制され、その活性成分の劣化を抑制することができる。
このとき、ＮＯｘ選択還元触媒１８及び薄膜２０は、ＤＰＦ１６の排気流入面にのみコーティングされているため、ＮＯｘ選択還元触媒１８及び薄膜２０がコーティングされたＤＰＦ１６の排気通過抵抗が低減され、排圧上昇による燃費及び出力低下などを抑制することができる。また、薄膜２０はアルミナ又はゼオライトからなるため、これを容易に形成することができる。
【００１５】
なお、以上説明した実施形態では、還元剤前駆体として尿素水溶液を使用するものを前提としたが、還元剤又はその前駆体としては、ＮＯｘ選択還元浄化メカニズムに応じて、炭化水素，アルコール，軽油，固体尿素なども適用することができる。また、排気通路１４に還元剤又はその先駆体を噴射供給するものに限らず、触媒コンバータを用いて排気成分から還元剤を生成するものにも適用することができる。さらに、ＮＯｘ選択還元触媒１８及び薄膜２０は、ＤＰＦ１６の排気流入面に加え、排気流出面にもコーティングしてもよい。この場合、薄膜２０を排気流出面にコーティングしてもＰＭ捕集に寄与しないため、排気通過抵抗低減の観点から、ＤＰＦ１６の排気流出面にはＮＯｘ選択還元触媒１８のみをコーティングすることが望ましい。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明を具現化した排気浄化装置の一例を示す全体構成図
【図２】ＤＰＦにＮＯｘ選択還元触媒及び薄膜をコーティングした状態の説明図
【図３】同上におけるＡ部拡大図
【符号の説明】
【００１７】
１０ ディーゼルエンジン
１４ 排気通路
１６ ＤＰＦ
１８ ＮＯｘ選択還元触媒
２０ 薄膜
３４ ＰＭ
３６ ＮＯｘ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ディーゼルエンジンの排気浄化装置において、排気中の窒素酸化物（ＮＯｘ）と粒子状物質（ＰＭ）を除去する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
ディーゼルエンジンの排気に含まれるＮＯｘとＰＭを同時に除去する排気浄化装置として、特開２００６−２７４９８６号公報（特許文献１）に記載されるように、ディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）にＮＯｘ選択還元触媒をコーティングしたものが提案されている。そして、この排気浄化装置では、ＤＰＦでＰＭが捕集除去される一方、ＤＰＦの排気上流に噴射供給された尿素水溶液から生成されたアンモニアを還元剤として使用し、ＮＯｘ還元触媒においてＮＯｘが選択的に還元浄化される。
【特許文献１】特開２００６−２７４９８６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、ＤＰＦにおいては、ＰＭ捕集量の増加に伴って目詰まりが進行すると、その排圧が許容値以上に上昇して燃費低下などを来たしてしまう。このため、エンジン制御により排気温度を上昇させたり、ＤＰＦに付設された電気ヒータを作動させるなどの公知の方法で、ＤＰＦに捕集されたＰＭを焼却する再生処理が不可欠である。ＤＰＦの再生処理中には、ＰＭの燃焼熱によりＤＰＦ温度が上昇するため、ここにコーティングされているＮＯｘ選択還元触媒の温度も上昇してしまう。ＮＯｘ選択還元触媒では、その活性成分が過度な温度上昇により熱劣化を起こしてしまうおそれがある。
【０００４】
そこで、本発明は以上のような従来の問題点に鑑み、ＤＰＦにコーティングされたＮＯｘ選択還元触媒にＰＭ燃焼熱が直接伝わらないようにすることで、その活性成分の劣化を抑制したディーゼルエンジンの排気浄化装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
このため、請求項１記載の発明では、ディーゼルエンジンの排気通路に配設されたＤＰＦに、還元剤を用いてＮＯｘを選択還元浄化する選択還元触媒と、ＮＯｘの通過を許容する一方、ＰＭの通過を阻止する大きさの細孔が形成された薄膜と、をこの順番でコーティングしたことを特徴とする。
請求項２記載の発明では、前記薄膜は、前記ＤＰＦの排気流入面にのみコーティングされたことを特徴とする。
【０００６】
請求項３記載の発明では、前記薄膜は、アルミナ又はゼオライトからなることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
請求項１記載の発明によれば、ディーゼルエンジンの排気に含まれるＰＭは、薄膜を通過できないことから、その表面で捕集される。一方、排気に含まれるＮＯｘは、薄膜を通過して選択還元触媒に達し、還元剤を用いて選択還元浄化される。そして、ＤＰＦの再生処理中には、薄膜によりＰＭの燃焼熱が選択還元触媒に直接伝わらず、その温度上昇が抑制されることから、活性成分の劣化を抑制することができる。
【０００８】
請求項２記載の発明によれば、ＤＰＦの排気流入面にのみ薄膜がコーティングされているため、ＤＰＦの排気通過抵抗が低減され、排圧上昇による燃費及び出力低下などを抑制することができる。
請求項３記載の発明によれば、アルミナ又はゼオライトを用いることで、薄膜を容易に形成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、添付された図面を参照して本発明を詳述する。
図１は、還元剤前駆体たる尿素水溶液を使用し、ディーゼルエンジンの排気に含まれるＮＯｘ及びＰＭを浄化する排気浄化装置の全体構成を示す。
ディーゼルエンジン１０の排気マニフォールド１２に接続される排気通路１４には、排気中のＰＭを捕集除去するＤＰＦ１６が配設される。ＤＰＦ１６は、セラミックスなどの多孔性部材からなる隔壁により排気流と略平行なセルが多数形成され、各セルの入口と出口が目封材により互い違いに千鳥格子状に目封じされて形成される。そして、出口が塞がれたセル内の排気が、隔壁を介して入口が塞がれている隣接するセルに流入するとき、排気中のＰＭが隔壁を構成する多孔性部材で捕集される。
【００１０】
ＤＰＦ１６の排気流入面には、図２に示すように、還元剤を用いてＮＯｘを選択還元浄化するＮＯｘ選択還元触媒１８と、ＮＯｘの通過を許容する一方、ＰＭの通過を阻止する大きさの細孔が形成された薄膜２０と、がこの順番でコーティングされる。ここで、ＮＯｘ選択還元触媒１８をコーティングする方法として、例えば、ＤＰＦ１６の表面に活性成分を直接担持させたり、活性成分含浸層を有する担体をＤＰＦ１６の表面にウォッシュコートする方法が適用できる。一方、薄膜２０としては、その形成を容易にすべく、アルミナ又はゼオライトなどを採用するとよい。
【００１１】
また、ＤＰＦ１６の排気上流に位置する排気通路１４には、尿素水溶液を噴霧状態で噴射供給する噴射ノズル２２が取り付けられる。還元剤タンク２４に貯蔵される尿素水溶液は、ポンプ及び流量制御弁が内蔵された還元剤添加装置２６を経由して、噴射ノズル２２へと供給される。
排気浄化装置の制御系として、噴射ノズル２２の排気上流に位置する排気通路１４には、ＤＰＦ１６に導入される排気の温度（排気温度）を測定する温度センサ２８が取り付けられる。温度センサ２８の出力信号は、コンピュータを内蔵した還元剤添加コントロールユニット（以下「還元剤添加ＥＣＵ」という）３０へと入力される。また、還元剤添加ＥＣＵ３０は、エンジン運転状態としてのエンジン回転速度及び負荷を適宜読み込み可能とすべく、ＣＡＮ（Controller Area Network）などのネットワークを介して、エンジンコントロールユニット３２と通信可能に接続される。なお、エンジン負荷としては、燃料噴射量，トルク，アクセル開度，スロットル開度，吸気流量，吸気負圧，過給圧力などの公知の状態量を適用することができる。
【００１２】
そして、還元剤添加ＥＣＵ３０は、そのＲＯＭ（Read Only Memory）などに格納された制御プログラムを実行することで、排気温度，エンジン回転速度及びエンジン負荷に適合した尿素水溶液添加流量を演算し、その添加流量に応じた制御信号を還元剤添加装置２６に出力する。還元剤添加装置２６では、還元剤添加ＥＣＵ３０からの制御信号に基づいて、ポンプ及び流量制御弁が適宜電子制御され、エンジン運転状態に応じた流量の尿素水溶液が噴射ノズル２２に供給される。
【００１３】
この排気浄化装置において、噴射ノズル２２から排気通路１４へと噴射供給された尿素水溶液は、排気熱及び排気中の水蒸気により加水分解されてアンモニアへと転化され、排気流に乗ってＤＰＦ１６へと供給される。ＤＰＦ１６の排気流入面にコーティングされた薄膜２０は、ＮＯｘの通過を許容する一方、ＰＭの通過を阻止する大きさの細孔を有するため、図３に示すように、ＰＭ３４が薄膜２０の表面で捕集されると共に、ＮＯｘ３６が薄膜２０を通過してＮＯｘ選択還元触媒１８へと到達する。ＮＯｘ選択還元触媒１８では、排気と共に導入されたアンモニアを使用して、ＮＯｘ３６が選択還元浄化される。
【００１４】
そして、ＤＰＦ１６の再生処理を行うべく、例えば、エンジン制御により排気温度を上昇させてＰＭ３４を着火させても、薄膜２０が介在していることによりその燃焼熱がＮＯｘ選択還元触媒１８に直接伝わらなくなる。このため、ＮＯｘ選択還元触媒１８の温度上昇が抑制され、その活性成分の劣化を抑制することができる。
このとき、ＮＯｘ選択還元触媒１８及び薄膜２０は、ＤＰＦ１６の排気流入面にのみコーティングされているため、ＮＯｘ選択還元触媒１８及び薄膜２０がコーティングされたＤＰＦ１６の排気通過抵抗が低減され、排圧上昇による燃費及び出力低下などを抑制することができる。また、薄膜２０はアルミナ又はゼオライトからなるため、これを容易に形成することができる。
【００１５】
なお、以上説明した実施形態では、還元剤前駆体として尿素水溶液を使用するものを前提としたが、還元剤又はその前駆体としては、ＮＯｘ選択還元浄化メカニズムに応じて、炭化水素，アルコール，軽油，固体尿素なども適用することができる。また、排気通路１４に還元剤又はその先駆体を噴射供給するものに限らず、触媒コンバータを用いて排気成分から還元剤を生成するものにも適用することができる。さらに、ＮＯｘ選択還元触媒１８及び薄膜２０は、ＤＰＦ１６の排気流入面に加え、排気流出面にもコーティングしてもよい。この場合、薄膜２０を排気流出面にコーティングしてもＰＭ捕集に寄与しないため、排気通過抵抗低減の観点から、ＤＰＦ１６の排気流出面にはＮＯｘ選択還元触媒１８のみをコーティングすることが望ましい。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明を具現化した排気浄化装置の一例を示す全体構成図
【図２】ＤＰＦにＮＯｘ選択還元触媒及び薄膜をコーティングした状態の説明図
【図３】同上におけるＡ部拡大図
【符号の説明】
【００１７】
１０ ディーゼルエンジン
１４ 排気通路
１６ ＤＰＦ
１８ ＮＯｘ選択還元触媒
２０ 薄膜
３４ ＰＭ
３６ ＮＯｘ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ディーゼルエンジンの排気通路に配設されたディーゼルパティキュレートフィルタに、還元剤を用いて窒素酸化物を選択還元浄化する選択還元触媒と、窒素酸化物の通過を許容する一方、粒子状物質の通過を阻止する大きさの細孔が形成された薄膜と、をこの順番でコーティングしたことを特徴とするディーゼルエンジンの排気浄化装置。
【請求項２】
前記薄膜は、前記ディーゼルパティキュレートフィルタの排気流入面にのみコーティングされたことを特徴とする請求項１記載のディーゼルエンジンの排気浄化装置。
【請求項３】
前記薄膜は、アルミナ又はゼオライトからなることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のディーゼルエンジンの排気浄化装置。
【請求項１】
ディーゼルエンジンの排気通路に配設されたディーゼルパティキュレートフィルタに、還元剤を用いて窒素酸化物を選択還元浄化する選択還元触媒と、窒素酸化物の通過を許容する一方、粒子状物質の通過を阻止する大きさの細孔が形成された薄膜と、をこの順番でコーティングしたことを特徴とするディーゼルエンジンの排気浄化装置。
【請求項２】
前記薄膜は、前記ディーゼルパティキュレートフィルタの排気流入面にのみコーティングされたことを特徴とする請求項１記載のディーゼルエンジンの排気浄化装置。
【請求項３】
前記薄膜は、アルミナ又はゼオライトからなることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のディーゼルエンジンの排気浄化装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１０−６５５５４（Ｐ２０１０−６５５５４Ａ）
【公開日】平成２２年３月２５日（２０１０．３．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２３０８２０（Ｐ２００８−２３０８２０）
【出願日】平成２０年９月９日（２００８．９．９）
【出願人】（０００００３９０８）日産ディーゼル工業株式会社 (1,028)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年３月２５日（２０１０．３．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年９月９日（２００８．９．９）
【出願人】（０００００３９０８）日産ディーゼル工業株式会社 (1,028)
【Ｆターム（参考）】
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