排ガス浄化装置
【課題】排ガスの高温域においてＮＯｘ及びパティキュレートを効率良く低減する。
【解決手段】パティキュレートフィルタ２０の流入穴２４ｃの内面の全部に銀系触媒からなる第１触媒層２１が形成され、第１触媒層２１の内面の全部に排ガス中のパティキュレート２０を捕集可能な捕集層２３が形成され、フィルタ２０の流出穴２０ｄの内面の全部に銅系触媒、鉄系触媒又はバナジウム系触媒からなる第２触媒層２２が形成される。フィルタ２０に向けて炭化水素系液体を噴射可能な第１液体噴射ノズルがフィルタ２０より排ガス上流側の排気管に設けられる。第１炭化水素系液体供給手段が第１液体噴射ノズルに第１液体噴射量調整弁を介して液体を供給する。フィルタ２０に関係する排ガスの温度を検出する第１温度センサの検出出力に基づいてコントローラが第１液体噴射量調整弁を制御する。
【解決手段】パティキュレートフィルタ２０の流入穴２４ｃの内面の全部に銀系触媒からなる第１触媒層２１が形成され、第１触媒層２１の内面の全部に排ガス中のパティキュレート２０を捕集可能な捕集層２３が形成され、フィルタ２０の流出穴２０ｄの内面の全部に銅系触媒、鉄系触媒又はバナジウム系触媒からなる第２触媒層２２が形成される。フィルタ２０に向けて炭化水素系液体を噴射可能な第１液体噴射ノズルがフィルタ２０より排ガス上流側の排気管に設けられる。第１炭化水素系液体供給手段が第１液体噴射ノズルに第１液体噴射量調整弁を介して液体を供給する。フィルタ２０に関係する排ガスの温度を検出する第１温度センサの検出出力に基づいてコントローラが第１液体噴射量調整弁を制御する。
【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ガスに含まれる窒素酸化物（以下、ＮＯｘという）を低減して排ガスを浄化する装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の排ガス浄化装置として、排ガス中の粒子状物質を一時捕集可能でかつアンモニア選択還元型触媒を担持したパティキュレートフィルタが内燃機関の排気通路に設けられ、尿素供給手段がパティキュレートフィルタの上流から尿素を供給するように構成された内燃機関の排気浄化装置が開示されている（例えば、特許文献１参照。）。この排気浄化装置では、アンモニア選択還元触媒は、チタニア−バナジウム、ゼオライト、クロム、マンガン、モリブデン、タングステンの少なくとも１つである。このアンモニア選択還元触媒は、パティキュレートフィルタの隔壁の壁面よりも隔壁内に多く担持される。
【０００３】
このように構成された内燃機関の排気浄化装置では、排ガスがパティキュレートフィルタを通過する際に排ガスに含まれる粒子状物質がパティキュレートフィルタに捕集され、排ガス中のＮＯｘは、アンモニア選択還元触媒により還元される。ここで、パティキュレートフィルタにアンモニア選択還元触媒を担持させることにより、アンモニア選択還元触媒と排ガスとの接触面積が広くなるため、排ガス中のＮＯｘがアンモニア還元触媒に接触する機会が増加する。この結果、アンモニア還元触媒によるＮＯｘ還元率を向上できる。従って、排ガス中の粒子状物質の除去及びＮＯｘの浄化を１つのフィルタで行うことができるようになっている。
【０００４】
またハニカム配列中の多数のチャンネルのいくつかが上流端でプラグされ、上流端でプラグされていないチャンネルが下流端でプラグされ、下流端でプラグされたチャンネルの上流端で、実質的にガス不透過性であるゾーンの上に酸化触媒が形成され、この酸化触媒の下流に煤を捕捉するガス透過性のフィルタゾーンが形成されたフィルタが開示されている（例えば、特許文献２参照。）。このフィルタでは、酸化触媒が白金族金属（ＰＧＭ）、好ましくはＰｔ又はＰｄのいずれか一方又は双方を包含し、フィルタゾーンが煤の燃焼を促進する触媒を包含する。また上記フィルタは燃焼エンジンの排気機構に配置される。
【０００５】
このように構成されたフィルタでは、最初にＮＯを含有する排ガスを濾過せずに酸化触媒上を通過させることにより、この酸化触媒が４００℃未満の温度で排ガス中のＮＯをＮＯ2に転化し、その後、ＮＯ2を含有する排ガスを用いてフィルタ上の煤を連続的に燃焼するようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−６０４９４号公報（請求項１、請求項４、段落［００１２］、図１）
【特許文献２】特表２００５−５００１４７号公報（請求項１、請求項６、請求項２５）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、上記従来の特許文献１に示された内燃機関の排気浄化装置では、還元剤として尿素を用いているため、排気浄化装置を車両に搭載する場合、車両に尿素水を貯留する尿素水タンクを燃料タンクとは別に設けなければならず、また尿素水タンクに尿素水を補給する作業が比較的煩わしい不具合があった。また、上記従来の特許文献２に示されたフィルタでは、酸化触媒がガス不透過性であるため、ガス透過性のフィルタゾーンの面積が狭められ、ガス透過性のフィルタゾーンの面積を確保しようとすると、フィルタが大型化してしまう問題点があった。更に、上記従来の特許文献２に示されたフィルタでは、下流端でプラグされたチャンネルの上流端に酸化触媒が形成されているため、パティキュレートを含む排ガスがフィルタのチャンネルに流入すると、パティキュレートが酸化触媒に堆積してしまい、排ガス中のＮＯをＮＯ2に転化する酸化触媒の機能を阻害する問題点もあった。
【０００８】
本発明の第１の目的は、排ガスの高温域においてＮＯｘ及びパティキュレートを効率良く低減できる、排ガス浄化装置を提供することにある。本発明の第２の目的は、還元剤として、尿素水ではなく、比較的取扱いの容易な燃料等の炭化水素系液体を用いることができる、排ガス浄化装置を提供することにある。本発明の第３の目的は、パティキュレートフィルタを大型化させず、また触媒層へのパティキュレートの堆積を防止できる、排ガス浄化装置を提供することにある。本発明の第４の目的は、排ガスの低温域から高温域までの幅広い温度域にわたってＮＯｘ及びパティキュレートを効率良く低減できる、排ガス浄化装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の第１の観点は、図１及び図２に示すように、エンジン１１の排気管１６に排ガス中のパティキュレートを捕集するパティキュレートフィルタ２０が設けられ、パティキュレートフィルタ２０が、多孔質の隔壁２４ａで仕切られた貫通孔２４ｂが互いに平行に複数形成された担体２４を有し、複数の貫通孔２４ｂの相隣接する出口部及び入口部を交互に封止することにより流入穴２４ｃ及び流出穴２４ｄがそれぞれ形成された排ガス浄化装置において、流入穴２４ｃの内面の全部又は一部に銀系触媒からなる第１触媒層２１が排ガスの通過可能な状態で形成され、第１触媒層２１の内面の全部に排ガス中のパティキュレートを捕集可能な捕集層２３が排ガスの通過可能な状態で形成され、流出穴２４ｄの内面の全部又は一部に銅系触媒、鉄系触媒又はバナジウム系触媒からなる第２触媒層２２が排ガスの通過可能な状態で形成され、パティキュレートフィルタ２０より排ガス上流側の排気管１６に設けられパティキュレートフィルタ２０に向けて炭化水素系液体３２を噴射可能な第１液体噴射ノズル３１と、第１液体噴射ノズル３１に第１液体噴射量調整弁４４を介して液体３２を供給する第１炭化水素系液体供給手段４１と、パティキュレートフィルタ２０に関係する排ガスの温度を検出する第１温度センサ８１と、第１温度センサ８１の検出出力に基づいて第１液体噴射量調整弁４４を制御するコントローラ８６とを備えたことを特徴とする。
【００１０】
本発明の第２の観点は、図３に示すように、エンジンの排気管に排ガス中のパティキュレートを捕集するパティキュレートフィルタ１００が設けられ、パティキュレートフィルタ１００が、多孔質の隔壁１０１ａで仕切られた貫通孔１０１ｂが互いに平行に複数形成された担体１０１を有する排ガス浄化装置において、複数の貫通孔１０１ｂの入口部を１つ置きに封止することにより流入流出孔１０１ｃ及び流出穴１０１ｄがそれぞれ形成され、流入流出孔１０１ｃの内面の全部又は一部に銀系触媒からなる第１触媒層２１が排ガスの通過可能な状態で形成され、第１触媒層２１の内面の全部に排ガス中のパティキュレートを捕集可能な捕集層２３が排ガスの通過可能な状態で形成され、流出穴１０１ｄの内面の全部又は一部に銅系触媒、鉄系触媒又はバナジウム系触媒からなる第２触媒層２２が排ガスの通過可能な状態で形成され、パティキュレートフィルタ１００より排ガス上流側の排気管に設けられパティキュレートフィルタに向けて炭化水素系液体を噴射可能な第１液体噴射ノズルと、第１液体噴射ノズルに第１液体噴射量調整弁を介して液体を供給する第１炭化水素系液体供給手段と、パティキュレートフィルタ１００に関係する排ガスの温度を検出する第１温度センサと、第１温度センサの検出出力に基づいて第１液体噴射量調整弁を制御するコントローラとを備えたことを特徴とする。
【００１１】
本発明の第３の観点は、第１の観点に基づく発明であって、更に図４に示すように、第１触媒層１２１の流入穴２４ｃ内面へのコーティング面積及びコーティング位置と、第２触媒層２２の流出穴２４ｄ内面へのコーティング面積及びコーティング位置とが、パティキュレートフィルタ１２０の圧損又はＮＯｘの要求低減率のいずれか一方又は双方に基づいて設定されるように構成されたことを特徴とする。
【００１２】
本発明の第４の観点は、第２の観点に基づく発明であって、更に図５に示すように、第１触媒層１２１の流入流出孔１０１ｃ内面へのコーティング面積及びコーティング位置と、第２触媒層１２２の流出穴１０１ｄ内面へのコーティング面積及びコーティング位置とが、パティキュレートフィルタ１４０の圧損又はＮＯｘの要求低減率のいずれか一方又は双方に基づいて設定されるように構成されたことを特徴とする。
【００１３】
本発明の第５の観点は、第１又は第２の観点に基づく発明であって、更に図２に示すように、第１液体噴射ノズル３１より排ガス上流側の排気管１６に酸化機能及びＮＯｘの還元機能を有する第１酸化還元触媒５１が設けられ、第１酸化還元触媒５１より排ガス上流側の排気管１６に第１酸化還元触媒５１に向けて炭化水素系液体３２を噴射可能な第２液体噴射ノズル５２が設けられ、第２液体噴射ノズル５２に第２液体噴射量調整弁６４を介して液体３２を供給する第２炭化水素系液体供給手段６２が第２液体噴射ノズル５２に接続され、第１酸化還元触媒５１に関係する排ガスの温度が第２温度センサ８２により検出され、コントローラ８６が第２温度センサ８２の検出出力に基づいて第２液体噴射量調整弁６４を制御するように構成されたことを特徴とする。
【００１４】
本発明の第６の観点は、第１又は第２の観点に基づく発明であって、更に図１に示すように、第１触媒層２１がパティキュレートフィルタ２０の担体２４に銀ゼオライト又は銀アルミナをコーティングして形成され、第２触媒層２２がパティキュレートフィルタ２０の担体２４に銅ゼオライト、鉄ゼオライト又はバナジウム系酸化物をコーティングして形成されたことを特徴とする。
【００１５】
本発明の第７の観点は、第１又は第２の観点に基づく発明であって、更に図２に示すように、パティキュレートフィルタ２０より排ガス下流側の排気管１６に第２酸化還元触媒７２が設けられ、第２酸化還元触媒７２が、パティキュレートフィルタ２０から炭化水素系液体３２が排出されたときにこの炭化水素系液体３２を酸化する酸化機能と、パティキュレートフィルタ２０からアンモニアが排出されたときにこのアンモニアを酸化する酸化機能と、パティキュレートフィルタ２０からＮＯｘが排出されたときにＮＯｘを還元する還元機能を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の第１の観点の排ガス浄化装置では、排ガスの高温域において、第１液体噴射ノズルから炭化水素系液体を噴射すると、この炭化水素系液体がエンジンの排ガスとともに、パティキュレートフィルタの入口部から流入穴に流入して、捕集層で排ガス中のパティキュレートが捕集され、このパティキュレートの除去された排ガスが炭化水素系液体とともに銀系の第１触媒層に流入すると、この第１触媒層上でアンモニアが生成され、このアンモニアを含む排ガスが銅系、鉄系又はバナジウム系の第２触媒層に流入すると、この第２触媒層上でアンモニアとＮＯｘが反応して、ＮＯｘの還元反応とアンモニアの酸化反応とが促進される。この結果、排ガスの高温域において排ガス中のＮＯｘ及びパティキュレートを効率良く低減できる。
【００１７】
また車両に搭載した場合、還元剤として尿素水を貯留する尿素水タンクを燃料タンクとは別に設ける必要があり、この尿素水タンクに尿素水を補給する作業が比較的煩わしい従来の内燃機関の排気浄化装置と比較して、本発明では、還元剤として軽油等の炭化水素系液体を用いるため、車両に搭載した場合、燃料タンクに貯蔵する軽油を用いることができ、燃料タンクとは別に新たなタンクを設ける必要がなく、また還元剤の取扱いが比較的容易になる。また酸化触媒がガス不透過性であるため、ガス透過性のフィルタゾーンの面積が狭められ、ガス透過性のフィルタゾーンの面積を確保しようとすると、フィルタが大型化してしまう従来のフィルタと比較して、本発明では、捕集層、第１触媒層及び第２触媒層が排ガスの通過可能な状態で形成されているため、パティキュレートフィルタを大型化させずに済む。更に下流端でプラグされたチャンネルの上流端に酸化触媒が形成されているため、パティキュレートを含む排ガスがフィルタのチャンネルに流入すると、パティキュレートが酸化触媒に堆積してしまい、排ガス中のＮＯをＮＯ2に転化する酸化触媒の機能を阻害するおそれのあった従来のフィルタと比較して、本発明では、第１及び第２触媒層に排ガスが流入する前に捕集層で排ガス中のパティキュレートが捕集されるため、第１及び第２触媒層へのパティキュレートの堆積を防止できる。
【００１８】
本発明の第２の観点の排ガス浄化装置では、流出穴の出口部を封止部材で封止する工数は必要であるけれども、流入流出孔の入口部を封止部材で封止する工数は不要であるため、パティキュレートフィルタの製造工数を削減できる。この結果、パティキュレートフィルタの製造コストを低減できる。またパティキュレートフィルタの出口側の方が入口側より圧力が低いため、流入流出孔の入口から入って流入流出孔の出口からそのまま出る排ガスより、流入流出孔の入口から入り多孔質の隔壁を通過して流出穴の出口から出る排ガスの方が多い。この結果、上記と同様に、排ガスの高温域において排ガス中のＮＯｘ及びパティキュレートを効率良く低減できる。
【００１９】
本発明の第３及び第４の観点の排ガス浄化装置では、第１触媒層に用いられる銀の使用量や、第２触媒層に用いられる銅、鉄又はバナジウムの使用量を低減できる。この結果、パティキュレートフィルタの製造コストを低減できる。
【００２０】
本発明の第５の観点の排ガス浄化装置では、排ガスの低温域において、炭化水素系液体を第２液体噴射ノズルから噴射すると、排ガス中のＮＯｘの還元性能を発現する第１酸化還元触媒上で排ガス中のＮＯｘと反応して、ＮＯｘが速やかに還元されるので、排ガスの低温域においてＮＯｘを効率良く低減できる。一方、排ガスの高温域において、第１液体噴射ノズルから炭化水素系液体を噴射すると、この炭化水素系液体がエンジンの排ガスとともに、パティキュレートフィルタの入口部から流入穴に流入して、捕集層で排ガス中のパティキュレートが捕集され、このパティキュレートの除去された排ガスが炭化水素系液体とともに銀系の第１触媒層に流入すると、この第１触媒層上でアンモニアが生成され、このアンモニアを含む排ガスが銅系、鉄系又はバナジウム系の第２触媒層に流入すると、この第２触媒層上でアンモニアとＮＯｘが反応して、ＮＯｘの還元反応とアンモニアの酸化反応とが促進される。この結果、排ガスの低温域から高温域までの幅広い温度域にわたってＮＯｘ及びパティキュレートを効率良く低減できる。
【００２１】
本発明の第７の観点の排ガス浄化装置では、パティキュレートフィルタから炭化水素系液体が排出されたときに、この炭化水素系液体を第２酸化還元触媒が酸化し、パティキュレートフィルタからアンモニアが排出されたときに、このアンモニアを第２酸化還元触媒が酸化し、パティキュレートフィルタからＮＯｘが排出されたときに、このＮＯｘを第２酸化還元触媒が還元する。この結果、炭化水素系液体、アンモニア及びＮＯｘが大気中に排出されるのを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明第１実施形態のパティキュレートフィルタの断面構成図である。
【図２】そのパティキュレートフィルタを含む排ガス浄化装置を示す構成図である。
【図３】本発明第２実施形態のパティキュレートフィルタの断面構成図である。
【図４】本発明第３実施形態のパティキュレートフィルタの断面構成図である。
【図５】本発明第４実施形態のパティキュレートフィルタの断面構成図である。
【図６】実施例１及び比較例１の排ガス浄化装置に排ガスを模したモデルガスを流しこのモデルガス温度を変化させたときのＮＯｘ低減率の変化を示す図である。
【図７】実施例１の第１触媒層にモデルガスを流しこのモデルガス温度を変化させたときの第１触媒層におけるＮＯｘのＮＨ3への転換率の変化を示す図である。
【図８】実施例１及び比較例１の排ガス浄化装置を同型のディーゼルエンジンの排気管にそれぞれ取付けて排ガス温度を変化させたときのトータルのＮＯｘ低減率を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
次に本発明を実施するための形態を図面に基づいて説明する。
【００２４】
＜第１の実施の形態＞
図２に示すように、ディーゼルエンジン１１の吸気ポートには吸気マニホルド１２を介して吸気管１３が接続され、排気ポートには排気マニホルド１４を介して排気管１６が接続される。吸気管１３には、ターボ過給機１７のコンプレッサハウジング１７ａと、ターボ過給機１７により圧縮された吸気を冷却するインタクーラ１８とがそれぞれ設けられ、排気管１６にはターボ過給機１７のタービンハウジング１７ｂが設けられる。コンプレッサハウジング１７ａにはコンプレッサ回転翼（図示せず）が回転可能に収容され、タービンハウジング１７ｂにはタービン回転翼（図示せず）が回転可能に収容される。コンプレッサ回転翼とタービン回転翼とはシャフト（図示せず）により連結され、エンジン１１から排出される排ガスのエネルギによりタービン回転翼及びシャフトを介してコンプレッサ回転翼が回転し、このコンプレッサ回転翼の回転により吸気管１３内の吸入空気が圧縮されるように構成される。
【００２５】
排気管１６の途中には排ガス中のパティキュレートを捕集するパティキュレートフィルタ２０が設けられる。このパティキュレートフィルタ２０は排気管１６より大径のケース１９に収容される。またパティキュレートフィルタ２０は、図１に示すように、例えばコージェライト、炭化ケイ素のようなセラミックからなる多孔質の隔壁２４ａで仕切られた貫通孔２４ｂが互いに平行に複数形成されたハニカム状の担体２４を有する。複数の貫通孔２４ｂの相隣接する出口部及び入口部を交互に封止することにより流入穴２４ｃ及び流出穴２４ｄがそれぞれ形成される。即ち、複数の貫通孔２４ｂのうち出口側を封止部材２４ｅにより封止しかつ入口側を開放することにより流入穴２４ｃが形成され、複数の貫通孔２４ｂのうち入口側を封止部材２４ｅにより封止しかつ出口側を開放することにより流出穴２４ｄが形成される。ここで、貫通孔２４ｂの出口部とは、貫通孔２４ｂの封止部材２４ｅで封止される出口を含む奥行きのある部分をいう。即ち、貫通孔２４ｂの出口部は、封止部材２４ｅの厚さに応じてその奥行きが変化し、封止部材２４ｅが厚い場合にはその奥行きは深くなり、封止部材２４ｅが薄い場合にはその奥行きは浅くなる。また、貫通孔２４ｂの入口部とは、貫通孔２４ｂの封止部材２４ｅで封止される入口の部分をいう。即ち、貫通孔２４ｂの入口部は、封止部材２４ｅの厚さに応じてその奥行きが変化し、封止部材２４ｅが厚い場合にはその奥行きは深くなり、封止部材２４ｅが薄い場合にはその奥行きは浅くなる。
【００２６】
パティキュレートフィルタ２０の流入穴２４ｃの全面（内面の全部）には、銀系触媒からなる第１触媒層２１が排ガスの通過可能な状態で形成される（図１）。また第１触媒層２１の全面（内面の全部）には、排ガス中のパティキュレートを捕集可能な捕集層２３が排ガスの通過可能な状態で形成される。更に流出穴２４ｄの全面（内面の全部）には、銅系触媒、鉄系触媒又はバナジウム系触媒からなる第２触媒層２２が排ガスの通過可能な状態で形成される。上記第１触媒層２１は、フィルタ２０の担体２４に銀ゼオライト又は銀アルミナをコーティングして形成される。具体的には、銀ゼオライトからなる第１触媒層２１は、銀をイオン交換したゼオライト粉末を含むスラリーをフィルタ２０の担体２４にコーティングして形成される。また銀アルミナからなる第１触媒層２１は、銀を担持させたγ−アルミナ粉末又はθ−アルミナ粉末を含むスラリーをフィルタ２０の担体２４にコーティングして形成される。
【００２７】
捕集層２３は、γ−アルミナ粉末又はθ−アルミナ粉末を含むスラリーをフィルタ２０の担体２４のうち第１触媒層２１表面にコーティングして形成される（図１）。また第２触媒層２２はフィルタ２０の担体２４に銅ゼオライト、鉄ゼオライト又はバナジウム系酸化物をコーティングして形成される。具体的には、銅ゼオライトからなる第２触媒層２２は、銅をイオン交換したゼオライト粉末を含むスラリーをフィルタ２０の担体２４にコーティングして形成される。また鉄ゼオライトからなる第２触媒層２２は、鉄をイオン交換したゼオライト粉末を含むスラリーをフィルタ２０の担体２４にコーティングして形成される。更にバナジウム系酸化物からなる第２触媒層２２は、バナジウム酸化物のみの粉末を含むか、或いはバナジウム酸化物にチタン酸化物及びタングステン酸化物を含有する複合酸化物粉末を含むスラリーをフィルタ２０の担体２４にコーティングしてそれぞれ形成される。
【００２８】
一方、パティキュレートフィルタ２０より排ガス上流側のケース１９には、このフィルタ２０に向けて炭化水素系液体３２を噴射可能な第１液体噴射ノズル３１が設けられる（図２）。この第１液体噴射ノズル３１には第１炭化水素系液体供給手段４１が接続される。第１炭化水素系液体供給手段４１は、第１液体噴射ノズル３１に一端が接続された第１液体供給管４２と、この第１液体供給管４２の他端に接続され液体３２が貯留された燃料タンク４３と、第１液体噴射ノズル３１から噴射される液体３２の噴射量を調整する第１液体噴射量調整弁４４とを有する。上記炭化水素系液体３２は、この実施の形態では、軽油等の燃料である。また第１液体噴射量調整弁４４は、第１液体供給管４２に設けられ第１液体噴射ノズル３１への液体３２の供給圧力を調整する第１圧力調整弁４５と、第１液体噴射ノズル３１の基端に設けられ第１液体噴射ノズル３１を開閉する第１ノズル開閉弁４６とからなる。更に第１圧力調整弁４５と燃料タンク４３との間の第１液体供給管４２には燃料タンク４３内の液体３２を第１液体噴射ノズル３１に供給可能なポンプ４７が設けられる。
【００２９】
第１圧力調整弁４５は第１〜第３ポート４５ａ〜４５ｃを有する三方弁である（図２）。第１ポート４５ａは第１液体供給管４２を介してポンプ４７の吐出口に接続され、第２ポート４５ｂは第１ノズル開閉弁４６を介して第１液体噴射ノズル３１に接続され、第３ポート４５ｃは第１戻り管４８を介して燃料タンク４３に接続される。第１圧力調整弁４５がオンすると、ポンプ４７により圧送された液体が第１ポート４５ａから第１圧力調整弁４５に流入し、この第１圧力調整弁４５で所定の圧力に調整された後、第２ポート４５ｂから第１液体噴射ノズル３１に圧送される。また第１圧力調整弁４５がオフすると、ポンプ４７により圧送された液体３２が第１ポート４５ａから第１圧力調整弁４５に流入した後、第３ポート４５ｃから第１戻り管４８を通って燃料タンク４３に戻される。
【００３０】
一方、第１液体噴射ノズル３１より排ガス上流側のケース１９には、酸化機能及びＮＯｘの還元機能を有する第１酸化還元触媒５１が設けられる（図２）。第１酸化還元触媒５１はモノリス触媒であって、コージェライト製のハニカム担体に白金等の貴金属ゼオライト又は白金等の貴金属アルミナをコーティングして構成される。具体的には、白金等の貴金属ゼオライトからなる第１酸化還元触媒５１は、白金等の貴金属をイオン交換したゼオライト粉末を含むスラリーをハニカム担体にコーティングして構成される。また白金等の貴金属アルミナからなる第１酸化還元触媒５１は、白金等の貴金属を担持させたγ−アルミナ粉末又はθ−アルミナ粉末を含むスラリーをハニカム担体にコーティングして構成される。
【００３１】
第１酸化還元触媒５１より排ガス上流側のケース１９には、この第１酸化還元触媒５１に向けて炭化水素系液体３２を噴射可能な第２液体噴射ノズル５２が設けられる（図２）。この第２液体噴射ノズル５２には第２炭化水素系液体供給手段６２が接続される。第２炭化水素系液体供給手段６２は、第２液体噴射ノズル５２に一端が接続され他端が第１液体供給管４２のポンプ４７吐出口近傍に接続された第２液体供給管６３と、第２液体噴射ノズル５２から噴射される液体３２の噴射量を調整する第２液体噴射量調整弁６４と、上記燃料タンク４３と、上記ポンプ４７とを有する。なお、第１炭化水素系液体供給手段４１の燃料タンク４３及びポンプ４７は第２炭化水素系液体供給手段６２の構成部品として用いられる。即ち、燃料タンク４３及びポンプ４７は第１及び第２炭化水素系液体供給手段４１，６２の共通部品である。また第２液体噴射量調整弁６４は、第２液体供給管６３に設けられ第２液体噴射ノズル５２への液体３２の供給圧力を調整する第２圧力調整弁６５と、第２液体噴射ノズル５２の基端に設けられ第２液体噴射ノズル５２を開閉する第２ノズル開閉弁６６とからなる。
【００３２】
第２圧力調整弁６５は第１〜第３ポート６５ａ〜６５ｃを有する三方弁である（図２）。第１ポート６５ａは第２液体供給管６３及び第１液体供給管４２を介してポンプ４７の吐出口に接続され、第２ポート６５ｂは第２ノズル開閉弁６６を介して第２液体噴射ノズル５２に接続され、第３ポート６５ｃは第２戻り管６７を介して燃料タンク４３に接続される。第２圧力調整弁６５がオンすると、ポンプ４７により圧送された液体３２が第１ポート６５ａから第２圧力調整弁６５に流入し、この第２圧力調整弁６５で所定の圧力に調整された後、第２ポート６５ｂから第２液体噴射ノズル５２に圧送される。また第２圧力調整弁６５がオフすると、ポンプ４７により圧送された液体３２が第１ポート６５ａから第２圧力調整弁６５に流入した後、第３ポート６５ｃから第２戻り管６７を通って燃料タンク４３に戻される。
【００３３】
一方、パティキュレートフィルタ２０より排ガス下流側のケース１９には、第２酸化還元触媒７２が設けられる（図２）。第２酸化還元触媒７２は第１酸化還元触媒５１と同一に構成される。即ち第２酸化還元触媒７２はモノリス触媒であって、コージェライト製のハニカム担体に白金等の貴金属ゼオライト又は白金等の貴金属アルミナをコーティングして構成される。具体的には、白金等の貴金属ゼオライトからなる第２酸化還元触媒７２は、白金等の貴金属をイオン交換したゼオライト粉末を含むスラリーをハニカム担体にコーティングして構成される。また白金等の貴金属アルミナからなる第２酸化還元触媒７２は、白金等の貴金属を担持させたγ−アルミナ粉末又はθ−アルミナ粉末を含むスラリーをハニカム担体にコーティングして構成される。上記第２酸化還元触媒７２は、フィルタ２０から炭化水素系液体３２が排出されたときにこの炭化水素系液体３２を酸化する酸化機能と、フィルタ２０からアンモニアが排出されたときにこのアンモニアを酸化する酸化機能と、フィルタ２０からＮＯｘが排出されたときにＮＯｘを還元する還元機能を有する。
【００３４】
パティキュレートフィルタ２０より排ガス上流側であって第１酸化還元触媒５１より排ガス下流側のケース１９には、フィルタ２０に関係する排ガスの温度、この実施の形態では、フィルタ２０を流れる直前の排ガスの温度を検出する第１温度センサ８１が設けられる（図２）。また第１酸化還元触媒５１より排ガス上流側の排気管１６には、第１酸化還元触媒５１に関係する排ガスの温度を検出する第２温度センサ８２が設けられる。更にエンジン１１の回転速度は回転センサ８３により検出され、エンジン１１の負荷は負荷センサ８４により検出される。第１温度センサ８１、第２温度センサ８２、回転センサ８３及び負荷センサ８４の各検出出力はコントローラ８６の制御入力に接続され、コントローラ８６の制御出力はポンプ４７、第１圧力調整弁４５、第１ノズル開閉弁４６、第２圧力調整弁６５及び第２ノズル開閉弁６６にそれぞれ接続される。コントローラ８６にはメモリ８７が設けられる。このメモリ８７には、エンジン回転速度、エンジン負荷、フィルタ入口（フィルタ２０を流れる直前）の排ガス温度等に応じた第１圧力調整弁４５の圧力、第１ノズル開閉弁４６の開閉回数、ポンプ４７の作動の有無が予め記憶される。またメモリ８７には、エンジン回転速度、エンジン負荷、第１酸化還元触媒入口（第１酸化還元触媒５１を流れる直前）の排ガス温度等に応じた第２圧力調整弁６５の圧力、第２ノズル開閉弁６６の開閉回数、ポンプ４７の作動の有無が予め記憶される。
【００３５】
なお、第１の実施の形態では、第１温度センサをフィルタより排ガス上流側であって第１酸化還元触媒より排ガス下流側のケースに設けたが、フィルタより排ガス下流側であって第２酸化還元触媒より排ガス上流側のケースに第１温度センサを設けたり、或いはフィルタより排ガス上流側であって第１酸化還元触媒より排ガス下流側のケースと、フィルタより排ガス下流側であって第２酸化還元触媒より排ガス上流側のケースとに第１温度センサをそれぞれ設けてもよい。フィルタより排ガス下流側であって第２酸化還元触媒より排ガス上流側のケースに第１温度センサを設けた場合、この第１温度センサによりフィルタ出口（フィルタを流れた直後）の排ガスの温度が検出される。またフィルタより排ガス上流側であって第１酸化還元触媒より排ガス下流側のケースと、フィルタより排ガス下流側であって第２酸化還元触媒より排ガス上流側のケースとに第１温度センサをそれぞれ設けた場合、即ちフィルタの直前及び直後に第１温度センサをそれぞれ設けた場合、フィルタ入口（フィルタを流れる直前）の排ガス温度とフィルタ出口（フィルタを流れた直後）の排ガス温度とがそれぞれ検出されるため、両温度の平均値を算出することにより、フィルタを流れている排ガスの温度を検出できる。
【００３６】
また、第１の実施の形態では、第２温度センサを第１酸化還元触媒より排ガス上流側の排気管に設けたが、第１酸化還元触媒より排ガス下流側であってフィルタより排ガス上流側のケースに第２温度センサを設けたり、或いは第１酸化還元触媒より排ガス上流側の排気管と、第１酸化還元触媒より排ガス下流側であってフィルタより排ガス上流側のケースとに第２温度センサをそれぞれ設けてもよい。第１酸化還元触媒より排ガス下流側であってフィルタより排ガス上流側のケースに第２温度センサを設けた場合、この第２温度センサにより第１酸化還元触媒出口（第１酸化還元触媒を流れた直後）の排ガスの温度が検出される。また第１酸化還元触媒より排ガス上流側の排気管と、第１酸化還元触媒より排ガス下流側であってフィルタより排ガス上流側のケースとに第２温度センサをそれぞれ設けた場合、即ち第１酸化還元触媒の直前及び直後に第２温度センサをそれぞれ設けた場合、第１酸化還元触媒入口（第１酸化還元触媒を流れる直前）の排ガス温度と第１酸化還元触媒出口（第１酸化還元触媒を流れた直後）の排ガス温度とがそれぞれ検出されるため、両温度の平均値を算出することにより、第１酸化還元触媒を流れている排ガスの温度を検出できる。
【００３７】
このように構成された排ガス浄化装置の動作を説明する。エンジン１１の始動直後のように、排ガス温度が１８０℃未満と極めて低い場合には、第１酸化還元触媒５１の入口側の排ガス温度が低過ぎて第１酸化還元触媒５１によりＮＯｘを殆ど還元できず、またパティキュレートフィルタ２０の入口側の排ガス温度が低過ぎてフィルタ２０の第１及び第２触媒層２１，２２によりＮＯｘを殆ど還元できないので、コントローラ８６は、第１温度センサ８１、第２温度センサ８２、回転センサ８３及び負荷センサ８４の各検出出力に基づいて、ポンプ４７を不作動にし、第１圧力調整弁４５、第１ノズル開閉弁４６、第２圧力調整弁６５及び第２ノズル開閉弁６６をオフにして、第１及び第２液体噴射ノズル３１，５２から炭化水素系液体３２を噴射しない状態に保つ。
【００３８】
排ガス温度が上昇して低温域（例えば１８０〜３００℃）になると、コントローラ８６は第１温度センサ８１、第２温度センサ８２、回転センサ８３及び負荷センサ８４の各検出出力に基づいて、ポンプ４７を作動させ、第２圧力調整弁６５をオンし、かつ第２ノズル開閉弁６６のオンオフを繰返して、第２液体噴射ノズル５２から炭化水素系液体３２を間欠的に噴射する。第２液体噴射ノズル５２から噴射された炭化水素系液体３２は、ガス化して第１酸化還元触媒５１に流入する。この第１酸化還元触媒５１は排ガスの低温域においてＮＯｘの還元機能を大きく発現するので、上記ガス化した炭化水素系液体３２は第１酸化還元触媒５１上で排ガス中のＮＯｘと反応して、大部分のＮＯｘが速やかに還元される。第１酸化還元触媒５１を通過したＮＯｘは排ガスとともにフィルタ２０に流入し、排ガス中のパティキュレートは捕集層２３で捕集される。パティキュレートの除去された排ガスはフィルタ２０から排出されて第２酸化還元触媒７２に流入する。この第２酸化還元触媒７２は、第１酸化還元触媒５１と同様に、排ガスの低温域においてＮＯｘの還元機能を大きく発現するので、上記第１液体噴射ノズル３１から噴射されて第１酸化還元触媒５１及びフィルタ２０を通過した炭化水素系液体３２は第２酸化還元触媒７２上で排ガス中のＮＯｘと反応して、ＮＯｘが速やかに還元される。この結果、排ガスの低温域において排ガス中のＮＯｘがパティキュレートともに効率良く低減される。
【００３９】
排ガス温度が更に上昇して高温域（例えば、３００〜６００℃）になると、コントローラ８６は第１温度センサ８１、第２温度センサ８２、回転センサ８３及び負荷センサ８４の各検出出力に基づいて第１圧力調整弁４５、第１ノズル開閉弁４６、第２圧力調整弁６５及び第２ノズル開閉弁６６を制御して、第１及び第２液体噴射ノズル３１，５２から炭化水素系液体３２を間欠的に噴射する。第２液体噴射ノズル５２から噴射された炭化水素系液体３２がガス化して第１酸化還元触媒５１に流入すると、この触媒５１が酸化触媒として機能し、この触媒５１で炭化水素系液体３２が燃焼するので、排ガス温度が上昇する。この温度上昇した排ガスは、第１液体噴射ノズル３１から噴射されてガス化した炭化水素系液３２とともに、フィルタ２０に流入し、排ガス中のパティキュレートは捕集層２３で捕集される。このパティキュレートの除去された排ガスが銀系の第１触媒層２１に流入すると、この触媒層２１上でアンモニアが生成される。このアンモニアを含む排ガスが銅系、鉄系又はバナジウム系の第２触媒層２２に流入すると、次の式（１）〜式（３）に示すように、第２触媒層２２上で排ガス中のＮＯｘ（ＮＯ及びＮＯ2）がアンモニアと反応してＮ2に還元される。
【００４０】
ＮＯ ＋ ＮＯ2 ＋ ２ＮＨ3 → ２Ｎ2 ＋ ３Ｈ2Ｏ …（１）
４ＮＯ ＋ ４ＮＨ3 ＋ Ｏ2 → ４Ｎ2 ＋ ６Ｈ2Ｏ …（２）
６ＮＯ2 ＋ ８ＮＨ3 → ７Ｎ2 ＋ １２Ｈ2Ｏ …（３）
この結果、排ガスの高温域において排ガス中のＮＯｘがパティキュレートともに効率良く低減される。またフィルタ２０に流入する排ガスの温度が６００℃を越えると、フィルタ２０の捕集層２３に堆積したパティキュレートが高温の排ガスにより燃焼して除去される。更に第２触媒層２２から余剰の炭化水素系液体３２や余剰のアンモニアが排出されると、これらの炭化水素系液体３２やアンモニアの余剰分は第２酸化還元触媒７２で酸化されるため、大気中に排出されることはない。従って、排ガスの低温域から高温域の幅広い温度域にわたってＮＯｘ及びパティキュレートを効率良く低減できる。
【００４１】
＜第２の実施の形態＞
図３は本発明の第２の実施の形態を示す。図３において図１と同一符号は同一部品を示す。この実施の形態では、パティキュレートフィルタ１００の担体１０１の多孔質の隔壁１０１ａで仕切られた複数の貫通孔１０１ｂの入口部を１つ置きに封止することにより流入流出孔１０１ｃ及び流出穴１０１ｄがそれぞれ形成される。即ち、複数の貫通孔１０１ｂのうち入口側及び出口側を封止部材１０１ｅにより封止しないことにより流入流出孔１０１ｃが形成され、複数の貫通孔１０１ｂのうち入口側を封止部材１０１ｅにより封止しかつ出口側を開放することにより流出穴１０１ｄが形成される。そして、流入流出孔１０１ｃの全面（内面の全部）に銀系触媒からなる第１触媒層２１が排ガスの通過可能な状態で形成され、第１触媒層２１の全面（内面の全部）に排ガス中のパティキュレートを捕集可能な捕集層２３が排ガスの通過可能な状態で形成され、流出穴１０１ｄの全面（内面の全部）に銅系触媒、鉄系触媒又はバナジウム系触媒からなる第２触媒層２２が排ガスの通過可能な状態で形成される。上記以外は第１の実施の形態と同一に構成される。
【００４２】
このように構成された排ガス浄化装置では、パティキュレートフィルタ１００の出口側の方が入口側より圧力が低いため、流入流出孔１０１ｃの入口から入って流入流出孔１０１ｃの出口からそのまま出る排ガスより、流入流出孔１０１ｃの入口から入り多孔質の隔壁１０１ａを通過して流出穴１０１ｄの出口から出る排ガスの方が多い。この結果、上記第１の実施の形態と同様に、排ガスの高温域において排ガス中のＮＯｘ及びパティキュレートを効率良く低減できる。また流出穴１０１ｄの出口部を封止部材１０１ｅで封止する工数は必要であるけれども、流入流出孔１０１ｃの入口部を封止部材１０１ｅで封止する工数は不要であるため、パティキュレートフィルタ１００の製造工数を削減できる。この結果、パティキュレートフィルタ１００の製造コストを低減できる。上記以外の動作は第１の実施の形態の動作と略同様であるため、繰返しの説明を省略する。
【００４３】
＜第３の実施の形態＞
図４は本発明の第３の実施の形態を示す。図４において図１と同一符号は同一部品を示す。この実施の形態では、第１触媒層１２１の流入穴２４ｃ内面へのコーティング面積及びコーティング位置と、第２触媒層１２２の流出穴２４ｄ内面へのコーティング面積及びコーティング位置とが、パティキュレートフィルタ１２０の圧損又はＮＯｘの要求低減率のいずれか一方又は双方に基づいて設定されるように構成される。具体的には、第１触媒層１２１がフィルタ１２０の流入穴２４ｃの入口側の半分にだけコーティングされ、第２触媒層１２２がフィルタ１２０の流出穴２４ｄの出口側の半分にだけコーティングされる。上記以外は第１の実施の形態と同一に構成される。
【００４４】
このように構成された排ガス浄化装置では、第１触媒層１２１に用いられる銀の使用量や、第２触媒層１２２に用いられる銅、鉄又はバナジウムの使用量を低減できる。この結果、パティキュレートフィルタ１２０の製造コストを低減できる。またＮＯｘの低減率は若干低下するけれども、フィルタ１２０の圧損を低減できる。上記以外の動作は第１の実施の形態の動作と略同様であるため、繰返しの説明を省略する。
【００４５】
＜第４の実施の形態＞
図５は本発明の第４の実施の形態を示す。図５において図３と同一符号は同一部品を示す。この実施の形態では、第１触媒層１２１の流入流出孔１０１ｃ内面へのコーティング面積及びコーティング位置と、第２触媒層１２２の流出穴１０１ｄ内面へのコーティング面積及びコーティング位置とが、パティキュレートフィルタ１４０の圧損又はＮＯｘの要求低減率のいずれか一方又は双方に基づいて設定されるように構成される。具体的には、第１触媒層１２１がフィルタ１４０の流入流出孔１０１ｃの入口側の半分にだけコーティングされ、第２触媒層１２２がフィルタ１４０の流出穴１０１ｄの出口側の半分にだけコーティングされる。上記以外は第２の実施の形態と同一に構成される。
【００４６】
このように構成された排ガス浄化装置では、第１触媒層１２１に用いられる銀の使用量や、第２触媒層１２２に用いられる銅、鉄又はバナジウムの使用量を低減できる。この結果、パティキュレートフィルタ１４０の製造コストを低減できる。またＮＯｘの低減率は若干低下するけれども、フィルタ１４０の圧損を低減できる。上記以外の動作は第２の実施の形態の動作と略同様であるため、繰返しの説明を省略する。
【００４７】
なお、上記第１〜第４の実施の形態では、本発明の排ガス浄化装置をディーゼルエンジンに適用したが、本発明の排ガス浄化装置をガソリンエンジンに適用してもよい。また、上記第１〜第４の実施の形態では、本発明の排ガス浄化装置をターボ過給機付ディーゼルエンジンに適用したが、本発明の排ガス浄化装置を自然吸気型ディーゼルエンジン又は自然吸気型ガソリンエンジンに適用してもよい。更に、上記第１及び第２の実施の形態では、第１触媒層を流入穴又は流入流出孔の全面（１００％）にコーティングし、第２触媒層を流出穴の全面（１００％）にコーティングし、上記第３及び第４の実施の形態では、第１触媒層を流入穴又は流入流出孔の入口側の半分（全面の５０％）にだけコーティングし、第２触媒層を流出穴の出口側の半分（全面の５０％）にだけコーティングしたが、これらは一例であって、パティキュレートフィルタの圧損やＮＯｘの要求低減率に応じて適宜変更することができる。
【実施例】
【００４８】
次に本発明の実施例を比較例とともに詳しく説明する。
【００４９】
＜実施例１＞
図２に示すように、排気管１６に設けたケース１９に排ガス上流側から順に第１酸化還元触媒５１、パティキュレートフィルタ２０及び第２酸化還元触媒７２を収容した。第１及び第２酸化還元触媒５１，７２は、白金をイオン交換したゼオライト粉末を含むスラリーをハニカム担体にコーティングしてそれぞれ作製した触媒であった。
【００５０】
一方、図１に示すように、フィルタ２０の流入穴２４ｃの全面（内面の全部）に第１触媒層２１を排ガスの通過可能な状態で形成し、第１触媒層２１の全面（内面の全部）に排ガス中のパティキュレートを捕集可能な捕集層２３を排ガスの通過可能な状態で形成し、更にフィルタ２０の流出穴２４ｄの全面（内面の全部）に第２触媒層２２を排ガスの通過可能な状態で形成した。なお、第１触媒層２１は、銀をイオン交換したゼオライト粉末を含むスラリーをフィルタの担体にコーティングして作製した銀系の触媒層であった。また第２触媒層２２は、銅をイオン交換したゼオライト粉末を含むスラリーをフィルタの担体にコーティングして作製した銅系の触媒層であった。
【００５１】
図２に戻って、フィルタ２０より排ガス上流側であって第１酸化還元触媒５１より排ガス下流側のケース１９に、炭化水素系液体３２を噴射する第１液体噴射ノズル３１を設け、第１酸化還元触媒５１より排ガス上流側の排気管１６に第２液体噴射ノズル７２を設けた。この排ガス浄化装置を実施例１とした。
【００５２】
＜比較例１＞
排気管に設けたケースに排ガス上流側から順に第１酸化還元触媒、パティキュレートフィルタ及び第２酸化還元触媒を収容した。第１及び第２酸化還元触媒は、白金をイオン交換したゼオライト粉末を含むスラリーをハニカム担体にコーティングして作製した触媒であった。またフィルタの流入穴及び流出穴の全面（内面の全部）に触媒層を排ガスの通過可能な状態で形成した。なお、触媒層は、白金をイオン交換したゼオライト粉末を含むスラリーをフィルタの担体にコーティングして作製した白金系の触媒層であった。更に第１酸化還元触媒より排ガス上流側の排気管に第２液体噴射ノズルを設けた。この排ガス浄化装置を比較例１とした。
【００５３】
＜比較試験１及び評価＞
実施例１及び比較例１の排ガス浄化装置をガス生成装置の排気管に接続した。このガス生成装置は、排ガスを模したモデルガスを生成して排出可能に構成される。またモデルガスは、ＮＯを２００ｐｐｍ、軽油を４０００ｐｐｍＣ、Ｏ2を１０質量％、Ｈ2Ｏを１０質量％含むガスであった。更にガス生成装置から排出されるモデルガスの温度を電気炉により、室温、１５０℃、２００℃、３００℃、４００℃、５００℃及び６００℃の各温度にコントロールされ、各温度におけるモデルガスの空間速度（ＳＶ）を５０,０００ｈ-1とした。そしてガス生成装置から排出されるモデルガスの温度を上記のように室温から６００℃まで段階的に上昇させたときの、実施例１及び比較例１の排ガス浄化装置によるＮＯｘ低減率を測定した。その結果を図６に示す。また実施例１の第１触媒層を通過した直後の排ガスに含まれるアンモニアの量を測定した。その結果を図７に示す。このアンモニアの量の測定は第２触媒層が形成されていないフィルタを用いて行った。
【００５４】
図６から明らかなように、比較例１の排ガス浄化装置ではＮＯｘ低減率が最大で約４０％であったのに対し、実施例１の排ガス浄化装置ではＮＯｘ低減率が最大で約５０％と高くなり、実施例１の排ガス浄化装置の方が比較例１の排ガス浄化装置より排ガス温度２００〜６００℃にわたって、ＮＯｘ低減率が向上したことが分かった。また図７から明らかなように、第１触媒層からのアンモニアの排出量はモデルガスの温度が約２００℃から生成され始め、モデルガスの温度上昇に伴って次第に増加することが分かった。
【００５５】
＜比較試験２及び評価＞
実施例１及び比較例１の排ガス浄化装置を排気量８０００ｃｃのターボ過給機付ディーゼルエンジンの排気管に接続した。そしてエンジンの回転速度及び負荷を変化させて、排ガス温度を室温から６００℃まで徐々に上昇させたときの、実施例１及び比較例１の排ガス浄化装置によるトータルのＮＯｘ低減率を測定した。その結果を図８に示す。
【００５６】
図８から明らかなように、比較例１の排ガス浄化装置ではトータルのＮＯｘ低減率が約３０％と低かったのに対し、実施例１の排ガス浄化装置ではトータルのＮＯｘ低減率が約４０％と高くなり、実施例１の排ガス浄化装置の方が比較例１の排ガス浄化装置よりトータルのＮＯｘ低減率が向上したことが分かった。
【符号の説明】
【００５７】
１１ ディーゼルエンジン（エンジン）
１６ 排気管
２０，１００，１２０，１４０ パティキュレートフィルタ
２１，１２１ 第１触媒層
２２，１２２ 第２触媒層
２３，１２３ 捕集層
２４，１０１ 担体
２４ａ，１０１ａ 隔壁
２４ｂ，１０１ｂ 貫通孔
２４ｃ 流入穴
２４ｄ，１０１ｄ 流出穴
３１ 第１液体噴射ノズル
３２ 炭化水素系液体
４１ 第１炭化水素系液体供給手段
４４ 第１液体噴射量調整弁
５１ 第１酸化還元触媒
５２ 第２液体噴射ノズル
６２ 第２炭化水素系液体供給手段
６４ 第２液体噴射量調整弁
７２ 第２酸化還元触媒
８１ 第１温度センサ
８２ 第２温度センサ
８６ コントローラ
１０１ｃ 流入流出孔
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ディーゼルエンジンの排ガスに含まれる窒素酸化物（以下、ＮＯｘという）を低減して排ガスを浄化する装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の排ガス浄化装置として、排ガス中の粒子状物質を一時捕集可能でかつアンモニア選択還元型触媒を担持したパティキュレートフィルタが内燃機関の排気通路に設けられ、尿素供給手段がパティキュレートフィルタの上流から尿素を供給するように構成された内燃機関の排気浄化装置が開示されている（例えば、特許文献１参照。）。この排気浄化装置では、アンモニア選択還元触媒は、チタニア−バナジウム、ゼオライト、クロム、マンガン、モリブデン、タングステンの少なくとも１つである。このアンモニア選択還元触媒は、パティキュレートフィルタの隔壁の壁面よりも隔壁内に多く担持される。
【０００３】
このように構成された内燃機関の排気浄化装置では、排ガスがパティキュレートフィルタを通過する際に排ガスに含まれる粒子状物質がパティキュレートフィルタに捕集され、排ガス中のＮＯｘは、アンモニア選択還元触媒により還元される。ここで、パティキュレートフィルタにアンモニア選択還元触媒を担持させることにより、アンモニア選択還元触媒と排ガスとの接触面積が広くなるため、排ガス中のＮＯｘがアンモニア還元触媒に接触する機会が増加する。この結果、アンモニア還元触媒によるＮＯｘ還元率を向上できる。従って、排ガス中の粒子状物質の除去及びＮＯｘの浄化を１つのフィルタで行うことができるようになっている。
【０００４】
またハニカム配列中の多数のチャンネルのいくつかが上流端でプラグされ、上流端でプラグされていないチャンネルが下流端でプラグされ、下流端でプラグされたチャンネルの上流端で、実質的にガス不透過性であるゾーンの上に酸化触媒が形成され、この酸化触媒の下流に煤を捕捉するガス透過性のフィルタゾーンが形成されたフィルタが開示されている（例えば、特許文献２参照。）。このフィルタでは、酸化触媒が白金族金属（ＰＧＭ）、好ましくはＰｔ又はＰｄのいずれか一方又は双方を包含し、フィルタゾーンが煤の燃焼を促進する触媒を包含する。また上記フィルタは燃焼エンジンの排気機構に配置される。
【０００５】
このように構成されたフィルタでは、最初にＮＯを含有する排ガスを濾過せずに酸化触媒上を通過させることにより、この酸化触媒が４００℃未満の温度で排ガス中のＮＯをＮＯ2に転化し、その後、ＮＯ2を含有する排ガスを用いてフィルタ上の煤を連続的に燃焼するようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−６０４９４号公報（請求項１、請求項４、段落［００１２］、図１）
【特許文献２】特表２００５−５００１４７号公報（請求項１、請求項６、請求項２５）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、上記従来の特許文献１に示された内燃機関の排気浄化装置では、還元剤として尿素を用いているため、排気浄化装置を車両に搭載する場合、車両に尿素水を貯留する尿素水タンクを燃料タンクとは別に設けなければならず、また尿素水タンクに尿素水を補給する作業が比較的煩わしい不具合があった。また、上記従来の特許文献２に示されたフィルタでは、酸化触媒がガス不透過性であるため、ガス透過性のフィルタゾーンの面積が狭められ、ガス透過性のフィルタゾーンの面積を確保しようとすると、フィルタが大型化してしまう問題点があった。更に、上記従来の特許文献２に示されたフィルタでは、下流端でプラグされたチャンネルの上流端に酸化触媒が形成されているため、パティキュレートを含む排ガスがフィルタのチャンネルに流入すると、パティキュレートが酸化触媒に堆積してしまい、排ガス中のＮＯをＮＯ2に転化する酸化触媒の機能を阻害する問題点もあった。
【０００８】
本発明の第１の目的は、排ガスの高温域においてＮＯｘ及びパティキュレートを効率良く低減できる、排ガス浄化装置を提供することにある。本発明の第２の目的は、還元剤として、尿素水ではなく、比較的取扱いの容易な燃料等の炭化水素系液体を用いることができる、排ガス浄化装置を提供することにある。本発明の第３の目的は、パティキュレートフィルタを大型化させず、また触媒層へのパティキュレートの堆積を防止できる、排ガス浄化装置を提供することにある。本発明の第４の目的は、排ガスの低温域から高温域までの幅広い温度域にわたってＮＯｘ及びパティキュレートを効率良く低減できる、排ガス浄化装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の第１の観点は、図１及び図２に示すように、エンジン１１の排気管１６に排ガス中のパティキュレートを捕集するパティキュレートフィルタ２０が設けられ、パティキュレートフィルタ２０が、多孔質の隔壁２４ａで仕切られた貫通孔２４ｂが互いに平行に複数形成された担体２４を有し、複数の貫通孔２４ｂの相隣接する出口部及び入口部を交互に封止することにより流入穴２４ｃ及び流出穴２４ｄがそれぞれ形成された排ガス浄化装置において、流入穴２４ｃの内面の全部又は一部に銀系触媒からなる第１触媒層２１が排ガスの通過可能な状態で形成され、第１触媒層２１の内面の全部に排ガス中のパティキュレートを捕集可能な捕集層２３が排ガスの通過可能な状態で形成され、流出穴２４ｄの内面の全部又は一部に銅系触媒、鉄系触媒又はバナジウム系触媒からなる第２触媒層２２が排ガスの通過可能な状態で形成され、パティキュレートフィルタ２０より排ガス上流側の排気管１６に設けられパティキュレートフィルタ２０に向けて炭化水素系液体３２を噴射可能な第１液体噴射ノズル３１と、第１液体噴射ノズル３１に第１液体噴射量調整弁４４を介して液体３２を供給する第１炭化水素系液体供給手段４１と、パティキュレートフィルタ２０に関係する排ガスの温度を検出する第１温度センサ８１と、第１温度センサ８１の検出出力に基づいて第１液体噴射量調整弁４４を制御するコントローラ８６とを備えたことを特徴とする。
【００１０】
本発明の第２の観点は、図３に示すように、エンジンの排気管に排ガス中のパティキュレートを捕集するパティキュレートフィルタ１００が設けられ、パティキュレートフィルタ１００が、多孔質の隔壁１０１ａで仕切られた貫通孔１０１ｂが互いに平行に複数形成された担体１０１を有する排ガス浄化装置において、複数の貫通孔１０１ｂの入口部を１つ置きに封止することにより流入流出孔１０１ｃ及び流出穴１０１ｄがそれぞれ形成され、流入流出孔１０１ｃの内面の全部又は一部に銀系触媒からなる第１触媒層２１が排ガスの通過可能な状態で形成され、第１触媒層２１の内面の全部に排ガス中のパティキュレートを捕集可能な捕集層２３が排ガスの通過可能な状態で形成され、流出穴１０１ｄの内面の全部又は一部に銅系触媒、鉄系触媒又はバナジウム系触媒からなる第２触媒層２２が排ガスの通過可能な状態で形成され、パティキュレートフィルタ１００より排ガス上流側の排気管に設けられパティキュレートフィルタに向けて炭化水素系液体を噴射可能な第１液体噴射ノズルと、第１液体噴射ノズルに第１液体噴射量調整弁を介して液体を供給する第１炭化水素系液体供給手段と、パティキュレートフィルタ１００に関係する排ガスの温度を検出する第１温度センサと、第１温度センサの検出出力に基づいて第１液体噴射量調整弁を制御するコントローラとを備えたことを特徴とする。
【００１１】
本発明の第３の観点は、第１の観点に基づく発明であって、更に図４に示すように、第１触媒層１２１の流入穴２４ｃ内面へのコーティング面積及びコーティング位置と、第２触媒層２２の流出穴２４ｄ内面へのコーティング面積及びコーティング位置とが、パティキュレートフィルタ１２０の圧損又はＮＯｘの要求低減率のいずれか一方又は双方に基づいて設定されるように構成されたことを特徴とする。
【００１２】
本発明の第４の観点は、第２の観点に基づく発明であって、更に図５に示すように、第１触媒層１２１の流入流出孔１０１ｃ内面へのコーティング面積及びコーティング位置と、第２触媒層１２２の流出穴１０１ｄ内面へのコーティング面積及びコーティング位置とが、パティキュレートフィルタ１４０の圧損又はＮＯｘの要求低減率のいずれか一方又は双方に基づいて設定されるように構成されたことを特徴とする。
【００１３】
本発明の第５の観点は、第１又は第２の観点に基づく発明であって、更に図２に示すように、第１液体噴射ノズル３１より排ガス上流側の排気管１６に酸化機能及びＮＯｘの還元機能を有する第１酸化還元触媒５１が設けられ、第１酸化還元触媒５１より排ガス上流側の排気管１６に第１酸化還元触媒５１に向けて炭化水素系液体３２を噴射可能な第２液体噴射ノズル５２が設けられ、第２液体噴射ノズル５２に第２液体噴射量調整弁６４を介して液体３２を供給する第２炭化水素系液体供給手段６２が第２液体噴射ノズル５２に接続され、第１酸化還元触媒５１に関係する排ガスの温度が第２温度センサ８２により検出され、コントローラ８６が第２温度センサ８２の検出出力に基づいて第２液体噴射量調整弁６４を制御するように構成されたことを特徴とする。
【００１４】
本発明の第６の観点は、第１又は第２の観点に基づく発明であって、更に図１に示すように、第１触媒層２１がパティキュレートフィルタ２０の担体２４に銀ゼオライト又は銀アルミナをコーティングして形成され、第２触媒層２２がパティキュレートフィルタ２０の担体２４に銅ゼオライト、鉄ゼオライト又はバナジウム系酸化物をコーティングして形成されたことを特徴とする。
【００１５】
本発明の第７の観点は、第１又は第２の観点に基づく発明であって、更に図２に示すように、パティキュレートフィルタ２０より排ガス下流側の排気管１６に第２酸化還元触媒７２が設けられ、第２酸化還元触媒７２が、パティキュレートフィルタ２０から炭化水素系液体３２が排出されたときにこの炭化水素系液体３２を酸化する酸化機能と、パティキュレートフィルタ２０からアンモニアが排出されたときにこのアンモニアを酸化する酸化機能と、パティキュレートフィルタ２０からＮＯｘが排出されたときにＮＯｘを還元する還元機能を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の第１の観点の排ガス浄化装置では、排ガスの高温域において、第１液体噴射ノズルから炭化水素系液体を噴射すると、この炭化水素系液体がエンジンの排ガスとともに、パティキュレートフィルタの入口部から流入穴に流入して、捕集層で排ガス中のパティキュレートが捕集され、このパティキュレートの除去された排ガスが炭化水素系液体とともに銀系の第１触媒層に流入すると、この第１触媒層上でアンモニアが生成され、このアンモニアを含む排ガスが銅系、鉄系又はバナジウム系の第２触媒層に流入すると、この第２触媒層上でアンモニアとＮＯｘが反応して、ＮＯｘの還元反応とアンモニアの酸化反応とが促進される。この結果、排ガスの高温域において排ガス中のＮＯｘ及びパティキュレートを効率良く低減できる。
【００１７】
また車両に搭載した場合、還元剤として尿素水を貯留する尿素水タンクを燃料タンクとは別に設ける必要があり、この尿素水タンクに尿素水を補給する作業が比較的煩わしい従来の内燃機関の排気浄化装置と比較して、本発明では、還元剤として軽油等の炭化水素系液体を用いるため、車両に搭載した場合、燃料タンクに貯蔵する軽油を用いることができ、燃料タンクとは別に新たなタンクを設ける必要がなく、また還元剤の取扱いが比較的容易になる。また酸化触媒がガス不透過性であるため、ガス透過性のフィルタゾーンの面積が狭められ、ガス透過性のフィルタゾーンの面積を確保しようとすると、フィルタが大型化してしまう従来のフィルタと比較して、本発明では、捕集層、第１触媒層及び第２触媒層が排ガスの通過可能な状態で形成されているため、パティキュレートフィルタを大型化させずに済む。更に下流端でプラグされたチャンネルの上流端に酸化触媒が形成されているため、パティキュレートを含む排ガスがフィルタのチャンネルに流入すると、パティキュレートが酸化触媒に堆積してしまい、排ガス中のＮＯをＮＯ2に転化する酸化触媒の機能を阻害するおそれのあった従来のフィルタと比較して、本発明では、第１及び第２触媒層に排ガスが流入する前に捕集層で排ガス中のパティキュレートが捕集されるため、第１及び第２触媒層へのパティキュレートの堆積を防止できる。
【００１８】
本発明の第２の観点の排ガス浄化装置では、流出穴の出口部を封止部材で封止する工数は必要であるけれども、流入流出孔の入口部を封止部材で封止する工数は不要であるため、パティキュレートフィルタの製造工数を削減できる。この結果、パティキュレートフィルタの製造コストを低減できる。またパティキュレートフィルタの出口側の方が入口側より圧力が低いため、流入流出孔の入口から入って流入流出孔の出口からそのまま出る排ガスより、流入流出孔の入口から入り多孔質の隔壁を通過して流出穴の出口から出る排ガスの方が多い。この結果、上記と同様に、排ガスの高温域において排ガス中のＮＯｘ及びパティキュレートを効率良く低減できる。
【００１９】
本発明の第３及び第４の観点の排ガス浄化装置では、第１触媒層に用いられる銀の使用量や、第２触媒層に用いられる銅、鉄又はバナジウムの使用量を低減できる。この結果、パティキュレートフィルタの製造コストを低減できる。
【００２０】
本発明の第５の観点の排ガス浄化装置では、排ガスの低温域において、炭化水素系液体を第２液体噴射ノズルから噴射すると、排ガス中のＮＯｘの還元性能を発現する第１酸化還元触媒上で排ガス中のＮＯｘと反応して、ＮＯｘが速やかに還元されるので、排ガスの低温域においてＮＯｘを効率良く低減できる。一方、排ガスの高温域において、第１液体噴射ノズルから炭化水素系液体を噴射すると、この炭化水素系液体がエンジンの排ガスとともに、パティキュレートフィルタの入口部から流入穴に流入して、捕集層で排ガス中のパティキュレートが捕集され、このパティキュレートの除去された排ガスが炭化水素系液体とともに銀系の第１触媒層に流入すると、この第１触媒層上でアンモニアが生成され、このアンモニアを含む排ガスが銅系、鉄系又はバナジウム系の第２触媒層に流入すると、この第２触媒層上でアンモニアとＮＯｘが反応して、ＮＯｘの還元反応とアンモニアの酸化反応とが促進される。この結果、排ガスの低温域から高温域までの幅広い温度域にわたってＮＯｘ及びパティキュレートを効率良く低減できる。
【００２１】
本発明の第７の観点の排ガス浄化装置では、パティキュレートフィルタから炭化水素系液体が排出されたときに、この炭化水素系液体を第２酸化還元触媒が酸化し、パティキュレートフィルタからアンモニアが排出されたときに、このアンモニアを第２酸化還元触媒が酸化し、パティキュレートフィルタからＮＯｘが排出されたときに、このＮＯｘを第２酸化還元触媒が還元する。この結果、炭化水素系液体、アンモニア及びＮＯｘが大気中に排出されるのを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明第１実施形態のパティキュレートフィルタの断面構成図である。
【図２】そのパティキュレートフィルタを含む排ガス浄化装置を示す構成図である。
【図３】本発明第２実施形態のパティキュレートフィルタの断面構成図である。
【図４】本発明第３実施形態のパティキュレートフィルタの断面構成図である。
【図５】本発明第４実施形態のパティキュレートフィルタの断面構成図である。
【図６】実施例１及び比較例１の排ガス浄化装置に排ガスを模したモデルガスを流しこのモデルガス温度を変化させたときのＮＯｘ低減率の変化を示す図である。
【図７】実施例１の第１触媒層にモデルガスを流しこのモデルガス温度を変化させたときの第１触媒層におけるＮＯｘのＮＨ3への転換率の変化を示す図である。
【図８】実施例１及び比較例１の排ガス浄化装置を同型のディーゼルエンジンの排気管にそれぞれ取付けて排ガス温度を変化させたときのトータルのＮＯｘ低減率を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
次に本発明を実施するための形態を図面に基づいて説明する。
【００２４】
＜第１の実施の形態＞
図２に示すように、ディーゼルエンジン１１の吸気ポートには吸気マニホルド１２を介して吸気管１３が接続され、排気ポートには排気マニホルド１４を介して排気管１６が接続される。吸気管１３には、ターボ過給機１７のコンプレッサハウジング１７ａと、ターボ過給機１７により圧縮された吸気を冷却するインタクーラ１８とがそれぞれ設けられ、排気管１６にはターボ過給機１７のタービンハウジング１７ｂが設けられる。コンプレッサハウジング１７ａにはコンプレッサ回転翼（図示せず）が回転可能に収容され、タービンハウジング１７ｂにはタービン回転翼（図示せず）が回転可能に収容される。コンプレッサ回転翼とタービン回転翼とはシャフト（図示せず）により連結され、エンジン１１から排出される排ガスのエネルギによりタービン回転翼及びシャフトを介してコンプレッサ回転翼が回転し、このコンプレッサ回転翼の回転により吸気管１３内の吸入空気が圧縮されるように構成される。
【００２５】
排気管１６の途中には排ガス中のパティキュレートを捕集するパティキュレートフィルタ２０が設けられる。このパティキュレートフィルタ２０は排気管１６より大径のケース１９に収容される。またパティキュレートフィルタ２０は、図１に示すように、例えばコージェライト、炭化ケイ素のようなセラミックからなる多孔質の隔壁２４ａで仕切られた貫通孔２４ｂが互いに平行に複数形成されたハニカム状の担体２４を有する。複数の貫通孔２４ｂの相隣接する出口部及び入口部を交互に封止することにより流入穴２４ｃ及び流出穴２４ｄがそれぞれ形成される。即ち、複数の貫通孔２４ｂのうち出口側を封止部材２４ｅにより封止しかつ入口側を開放することにより流入穴２４ｃが形成され、複数の貫通孔２４ｂのうち入口側を封止部材２４ｅにより封止しかつ出口側を開放することにより流出穴２４ｄが形成される。ここで、貫通孔２４ｂの出口部とは、貫通孔２４ｂの封止部材２４ｅで封止される出口を含む奥行きのある部分をいう。即ち、貫通孔２４ｂの出口部は、封止部材２４ｅの厚さに応じてその奥行きが変化し、封止部材２４ｅが厚い場合にはその奥行きは深くなり、封止部材２４ｅが薄い場合にはその奥行きは浅くなる。また、貫通孔２４ｂの入口部とは、貫通孔２４ｂの封止部材２４ｅで封止される入口の部分をいう。即ち、貫通孔２４ｂの入口部は、封止部材２４ｅの厚さに応じてその奥行きが変化し、封止部材２４ｅが厚い場合にはその奥行きは深くなり、封止部材２４ｅが薄い場合にはその奥行きは浅くなる。
【００２６】
パティキュレートフィルタ２０の流入穴２４ｃの全面（内面の全部）には、銀系触媒からなる第１触媒層２１が排ガスの通過可能な状態で形成される（図１）。また第１触媒層２１の全面（内面の全部）には、排ガス中のパティキュレートを捕集可能な捕集層２３が排ガスの通過可能な状態で形成される。更に流出穴２４ｄの全面（内面の全部）には、銅系触媒、鉄系触媒又はバナジウム系触媒からなる第２触媒層２２が排ガスの通過可能な状態で形成される。上記第１触媒層２１は、フィルタ２０の担体２４に銀ゼオライト又は銀アルミナをコーティングして形成される。具体的には、銀ゼオライトからなる第１触媒層２１は、銀をイオン交換したゼオライト粉末を含むスラリーをフィルタ２０の担体２４にコーティングして形成される。また銀アルミナからなる第１触媒層２１は、銀を担持させたγ−アルミナ粉末又はθ−アルミナ粉末を含むスラリーをフィルタ２０の担体２４にコーティングして形成される。
【００２７】
捕集層２３は、γ−アルミナ粉末又はθ−アルミナ粉末を含むスラリーをフィルタ２０の担体２４のうち第１触媒層２１表面にコーティングして形成される（図１）。また第２触媒層２２はフィルタ２０の担体２４に銅ゼオライト、鉄ゼオライト又はバナジウム系酸化物をコーティングして形成される。具体的には、銅ゼオライトからなる第２触媒層２２は、銅をイオン交換したゼオライト粉末を含むスラリーをフィルタ２０の担体２４にコーティングして形成される。また鉄ゼオライトからなる第２触媒層２２は、鉄をイオン交換したゼオライト粉末を含むスラリーをフィルタ２０の担体２４にコーティングして形成される。更にバナジウム系酸化物からなる第２触媒層２２は、バナジウム酸化物のみの粉末を含むか、或いはバナジウム酸化物にチタン酸化物及びタングステン酸化物を含有する複合酸化物粉末を含むスラリーをフィルタ２０の担体２４にコーティングしてそれぞれ形成される。
【００２８】
一方、パティキュレートフィルタ２０より排ガス上流側のケース１９には、このフィルタ２０に向けて炭化水素系液体３２を噴射可能な第１液体噴射ノズル３１が設けられる（図２）。この第１液体噴射ノズル３１には第１炭化水素系液体供給手段４１が接続される。第１炭化水素系液体供給手段４１は、第１液体噴射ノズル３１に一端が接続された第１液体供給管４２と、この第１液体供給管４２の他端に接続され液体３２が貯留された燃料タンク４３と、第１液体噴射ノズル３１から噴射される液体３２の噴射量を調整する第１液体噴射量調整弁４４とを有する。上記炭化水素系液体３２は、この実施の形態では、軽油等の燃料である。また第１液体噴射量調整弁４４は、第１液体供給管４２に設けられ第１液体噴射ノズル３１への液体３２の供給圧力を調整する第１圧力調整弁４５と、第１液体噴射ノズル３１の基端に設けられ第１液体噴射ノズル３１を開閉する第１ノズル開閉弁４６とからなる。更に第１圧力調整弁４５と燃料タンク４３との間の第１液体供給管４２には燃料タンク４３内の液体３２を第１液体噴射ノズル３１に供給可能なポンプ４７が設けられる。
【００２９】
第１圧力調整弁４５は第１〜第３ポート４５ａ〜４５ｃを有する三方弁である（図２）。第１ポート４５ａは第１液体供給管４２を介してポンプ４７の吐出口に接続され、第２ポート４５ｂは第１ノズル開閉弁４６を介して第１液体噴射ノズル３１に接続され、第３ポート４５ｃは第１戻り管４８を介して燃料タンク４３に接続される。第１圧力調整弁４５がオンすると、ポンプ４７により圧送された液体が第１ポート４５ａから第１圧力調整弁４５に流入し、この第１圧力調整弁４５で所定の圧力に調整された後、第２ポート４５ｂから第１液体噴射ノズル３１に圧送される。また第１圧力調整弁４５がオフすると、ポンプ４７により圧送された液体３２が第１ポート４５ａから第１圧力調整弁４５に流入した後、第３ポート４５ｃから第１戻り管４８を通って燃料タンク４３に戻される。
【００３０】
一方、第１液体噴射ノズル３１より排ガス上流側のケース１９には、酸化機能及びＮＯｘの還元機能を有する第１酸化還元触媒５１が設けられる（図２）。第１酸化還元触媒５１はモノリス触媒であって、コージェライト製のハニカム担体に白金等の貴金属ゼオライト又は白金等の貴金属アルミナをコーティングして構成される。具体的には、白金等の貴金属ゼオライトからなる第１酸化還元触媒５１は、白金等の貴金属をイオン交換したゼオライト粉末を含むスラリーをハニカム担体にコーティングして構成される。また白金等の貴金属アルミナからなる第１酸化還元触媒５１は、白金等の貴金属を担持させたγ−アルミナ粉末又はθ−アルミナ粉末を含むスラリーをハニカム担体にコーティングして構成される。
【００３１】
第１酸化還元触媒５１より排ガス上流側のケース１９には、この第１酸化還元触媒５１に向けて炭化水素系液体３２を噴射可能な第２液体噴射ノズル５２が設けられる（図２）。この第２液体噴射ノズル５２には第２炭化水素系液体供給手段６２が接続される。第２炭化水素系液体供給手段６２は、第２液体噴射ノズル５２に一端が接続され他端が第１液体供給管４２のポンプ４７吐出口近傍に接続された第２液体供給管６３と、第２液体噴射ノズル５２から噴射される液体３２の噴射量を調整する第２液体噴射量調整弁６４と、上記燃料タンク４３と、上記ポンプ４７とを有する。なお、第１炭化水素系液体供給手段４１の燃料タンク４３及びポンプ４７は第２炭化水素系液体供給手段６２の構成部品として用いられる。即ち、燃料タンク４３及びポンプ４７は第１及び第２炭化水素系液体供給手段４１，６２の共通部品である。また第２液体噴射量調整弁６４は、第２液体供給管６３に設けられ第２液体噴射ノズル５２への液体３２の供給圧力を調整する第２圧力調整弁６５と、第２液体噴射ノズル５２の基端に設けられ第２液体噴射ノズル５２を開閉する第２ノズル開閉弁６６とからなる。
【００３２】
第２圧力調整弁６５は第１〜第３ポート６５ａ〜６５ｃを有する三方弁である（図２）。第１ポート６５ａは第２液体供給管６３及び第１液体供給管４２を介してポンプ４７の吐出口に接続され、第２ポート６５ｂは第２ノズル開閉弁６６を介して第２液体噴射ノズル５２に接続され、第３ポート６５ｃは第２戻り管６７を介して燃料タンク４３に接続される。第２圧力調整弁６５がオンすると、ポンプ４７により圧送された液体３２が第１ポート６５ａから第２圧力調整弁６５に流入し、この第２圧力調整弁６５で所定の圧力に調整された後、第２ポート６５ｂから第２液体噴射ノズル５２に圧送される。また第２圧力調整弁６５がオフすると、ポンプ４７により圧送された液体３２が第１ポート６５ａから第２圧力調整弁６５に流入した後、第３ポート６５ｃから第２戻り管６７を通って燃料タンク４３に戻される。
【００３３】
一方、パティキュレートフィルタ２０より排ガス下流側のケース１９には、第２酸化還元触媒７２が設けられる（図２）。第２酸化還元触媒７２は第１酸化還元触媒５１と同一に構成される。即ち第２酸化還元触媒７２はモノリス触媒であって、コージェライト製のハニカム担体に白金等の貴金属ゼオライト又は白金等の貴金属アルミナをコーティングして構成される。具体的には、白金等の貴金属ゼオライトからなる第２酸化還元触媒７２は、白金等の貴金属をイオン交換したゼオライト粉末を含むスラリーをハニカム担体にコーティングして構成される。また白金等の貴金属アルミナからなる第２酸化還元触媒７２は、白金等の貴金属を担持させたγ−アルミナ粉末又はθ−アルミナ粉末を含むスラリーをハニカム担体にコーティングして構成される。上記第２酸化還元触媒７２は、フィルタ２０から炭化水素系液体３２が排出されたときにこの炭化水素系液体３２を酸化する酸化機能と、フィルタ２０からアンモニアが排出されたときにこのアンモニアを酸化する酸化機能と、フィルタ２０からＮＯｘが排出されたときにＮＯｘを還元する還元機能を有する。
【００３４】
パティキュレートフィルタ２０より排ガス上流側であって第１酸化還元触媒５１より排ガス下流側のケース１９には、フィルタ２０に関係する排ガスの温度、この実施の形態では、フィルタ２０を流れる直前の排ガスの温度を検出する第１温度センサ８１が設けられる（図２）。また第１酸化還元触媒５１より排ガス上流側の排気管１６には、第１酸化還元触媒５１に関係する排ガスの温度を検出する第２温度センサ８２が設けられる。更にエンジン１１の回転速度は回転センサ８３により検出され、エンジン１１の負荷は負荷センサ８４により検出される。第１温度センサ８１、第２温度センサ８２、回転センサ８３及び負荷センサ８４の各検出出力はコントローラ８６の制御入力に接続され、コントローラ８６の制御出力はポンプ４７、第１圧力調整弁４５、第１ノズル開閉弁４６、第２圧力調整弁６５及び第２ノズル開閉弁６６にそれぞれ接続される。コントローラ８６にはメモリ８７が設けられる。このメモリ８７には、エンジン回転速度、エンジン負荷、フィルタ入口（フィルタ２０を流れる直前）の排ガス温度等に応じた第１圧力調整弁４５の圧力、第１ノズル開閉弁４６の開閉回数、ポンプ４７の作動の有無が予め記憶される。またメモリ８７には、エンジン回転速度、エンジン負荷、第１酸化還元触媒入口（第１酸化還元触媒５１を流れる直前）の排ガス温度等に応じた第２圧力調整弁６５の圧力、第２ノズル開閉弁６６の開閉回数、ポンプ４７の作動の有無が予め記憶される。
【００３５】
なお、第１の実施の形態では、第１温度センサをフィルタより排ガス上流側であって第１酸化還元触媒より排ガス下流側のケースに設けたが、フィルタより排ガス下流側であって第２酸化還元触媒より排ガス上流側のケースに第１温度センサを設けたり、或いはフィルタより排ガス上流側であって第１酸化還元触媒より排ガス下流側のケースと、フィルタより排ガス下流側であって第２酸化還元触媒より排ガス上流側のケースとに第１温度センサをそれぞれ設けてもよい。フィルタより排ガス下流側であって第２酸化還元触媒より排ガス上流側のケースに第１温度センサを設けた場合、この第１温度センサによりフィルタ出口（フィルタを流れた直後）の排ガスの温度が検出される。またフィルタより排ガス上流側であって第１酸化還元触媒より排ガス下流側のケースと、フィルタより排ガス下流側であって第２酸化還元触媒より排ガス上流側のケースとに第１温度センサをそれぞれ設けた場合、即ちフィルタの直前及び直後に第１温度センサをそれぞれ設けた場合、フィルタ入口（フィルタを流れる直前）の排ガス温度とフィルタ出口（フィルタを流れた直後）の排ガス温度とがそれぞれ検出されるため、両温度の平均値を算出することにより、フィルタを流れている排ガスの温度を検出できる。
【００３６】
また、第１の実施の形態では、第２温度センサを第１酸化還元触媒より排ガス上流側の排気管に設けたが、第１酸化還元触媒より排ガス下流側であってフィルタより排ガス上流側のケースに第２温度センサを設けたり、或いは第１酸化還元触媒より排ガス上流側の排気管と、第１酸化還元触媒より排ガス下流側であってフィルタより排ガス上流側のケースとに第２温度センサをそれぞれ設けてもよい。第１酸化還元触媒より排ガス下流側であってフィルタより排ガス上流側のケースに第２温度センサを設けた場合、この第２温度センサにより第１酸化還元触媒出口（第１酸化還元触媒を流れた直後）の排ガスの温度が検出される。また第１酸化還元触媒より排ガス上流側の排気管と、第１酸化還元触媒より排ガス下流側であってフィルタより排ガス上流側のケースとに第２温度センサをそれぞれ設けた場合、即ち第１酸化還元触媒の直前及び直後に第２温度センサをそれぞれ設けた場合、第１酸化還元触媒入口（第１酸化還元触媒を流れる直前）の排ガス温度と第１酸化還元触媒出口（第１酸化還元触媒を流れた直後）の排ガス温度とがそれぞれ検出されるため、両温度の平均値を算出することにより、第１酸化還元触媒を流れている排ガスの温度を検出できる。
【００３７】
このように構成された排ガス浄化装置の動作を説明する。エンジン１１の始動直後のように、排ガス温度が１８０℃未満と極めて低い場合には、第１酸化還元触媒５１の入口側の排ガス温度が低過ぎて第１酸化還元触媒５１によりＮＯｘを殆ど還元できず、またパティキュレートフィルタ２０の入口側の排ガス温度が低過ぎてフィルタ２０の第１及び第２触媒層２１，２２によりＮＯｘを殆ど還元できないので、コントローラ８６は、第１温度センサ８１、第２温度センサ８２、回転センサ８３及び負荷センサ８４の各検出出力に基づいて、ポンプ４７を不作動にし、第１圧力調整弁４５、第１ノズル開閉弁４６、第２圧力調整弁６５及び第２ノズル開閉弁６６をオフにして、第１及び第２液体噴射ノズル３１，５２から炭化水素系液体３２を噴射しない状態に保つ。
【００３８】
排ガス温度が上昇して低温域（例えば１８０〜３００℃）になると、コントローラ８６は第１温度センサ８１、第２温度センサ８２、回転センサ８３及び負荷センサ８４の各検出出力に基づいて、ポンプ４７を作動させ、第２圧力調整弁６５をオンし、かつ第２ノズル開閉弁６６のオンオフを繰返して、第２液体噴射ノズル５２から炭化水素系液体３２を間欠的に噴射する。第２液体噴射ノズル５２から噴射された炭化水素系液体３２は、ガス化して第１酸化還元触媒５１に流入する。この第１酸化還元触媒５１は排ガスの低温域においてＮＯｘの還元機能を大きく発現するので、上記ガス化した炭化水素系液体３２は第１酸化還元触媒５１上で排ガス中のＮＯｘと反応して、大部分のＮＯｘが速やかに還元される。第１酸化還元触媒５１を通過したＮＯｘは排ガスとともにフィルタ２０に流入し、排ガス中のパティキュレートは捕集層２３で捕集される。パティキュレートの除去された排ガスはフィルタ２０から排出されて第２酸化還元触媒７２に流入する。この第２酸化還元触媒７２は、第１酸化還元触媒５１と同様に、排ガスの低温域においてＮＯｘの還元機能を大きく発現するので、上記第１液体噴射ノズル３１から噴射されて第１酸化還元触媒５１及びフィルタ２０を通過した炭化水素系液体３２は第２酸化還元触媒７２上で排ガス中のＮＯｘと反応して、ＮＯｘが速やかに還元される。この結果、排ガスの低温域において排ガス中のＮＯｘがパティキュレートともに効率良く低減される。
【００３９】
排ガス温度が更に上昇して高温域（例えば、３００〜６００℃）になると、コントローラ８６は第１温度センサ８１、第２温度センサ８２、回転センサ８３及び負荷センサ８４の各検出出力に基づいて第１圧力調整弁４５、第１ノズル開閉弁４６、第２圧力調整弁６５及び第２ノズル開閉弁６６を制御して、第１及び第２液体噴射ノズル３１，５２から炭化水素系液体３２を間欠的に噴射する。第２液体噴射ノズル５２から噴射された炭化水素系液体３２がガス化して第１酸化還元触媒５１に流入すると、この触媒５１が酸化触媒として機能し、この触媒５１で炭化水素系液体３２が燃焼するので、排ガス温度が上昇する。この温度上昇した排ガスは、第１液体噴射ノズル３１から噴射されてガス化した炭化水素系液３２とともに、フィルタ２０に流入し、排ガス中のパティキュレートは捕集層２３で捕集される。このパティキュレートの除去された排ガスが銀系の第１触媒層２１に流入すると、この触媒層２１上でアンモニアが生成される。このアンモニアを含む排ガスが銅系、鉄系又はバナジウム系の第２触媒層２２に流入すると、次の式（１）〜式（３）に示すように、第２触媒層２２上で排ガス中のＮＯｘ（ＮＯ及びＮＯ2）がアンモニアと反応してＮ2に還元される。
【００４０】
ＮＯ ＋ ＮＯ2 ＋ ２ＮＨ3 → ２Ｎ2 ＋ ３Ｈ2Ｏ …（１）
４ＮＯ ＋ ４ＮＨ3 ＋ Ｏ2 → ４Ｎ2 ＋ ６Ｈ2Ｏ …（２）
６ＮＯ2 ＋ ８ＮＨ3 → ７Ｎ2 ＋ １２Ｈ2Ｏ …（３）
この結果、排ガスの高温域において排ガス中のＮＯｘがパティキュレートともに効率良く低減される。またフィルタ２０に流入する排ガスの温度が６００℃を越えると、フィルタ２０の捕集層２３に堆積したパティキュレートが高温の排ガスにより燃焼して除去される。更に第２触媒層２２から余剰の炭化水素系液体３２や余剰のアンモニアが排出されると、これらの炭化水素系液体３２やアンモニアの余剰分は第２酸化還元触媒７２で酸化されるため、大気中に排出されることはない。従って、排ガスの低温域から高温域の幅広い温度域にわたってＮＯｘ及びパティキュレートを効率良く低減できる。
【００４１】
＜第２の実施の形態＞
図３は本発明の第２の実施の形態を示す。図３において図１と同一符号は同一部品を示す。この実施の形態では、パティキュレートフィルタ１００の担体１０１の多孔質の隔壁１０１ａで仕切られた複数の貫通孔１０１ｂの入口部を１つ置きに封止することにより流入流出孔１０１ｃ及び流出穴１０１ｄがそれぞれ形成される。即ち、複数の貫通孔１０１ｂのうち入口側及び出口側を封止部材１０１ｅにより封止しないことにより流入流出孔１０１ｃが形成され、複数の貫通孔１０１ｂのうち入口側を封止部材１０１ｅにより封止しかつ出口側を開放することにより流出穴１０１ｄが形成される。そして、流入流出孔１０１ｃの全面（内面の全部）に銀系触媒からなる第１触媒層２１が排ガスの通過可能な状態で形成され、第１触媒層２１の全面（内面の全部）に排ガス中のパティキュレートを捕集可能な捕集層２３が排ガスの通過可能な状態で形成され、流出穴１０１ｄの全面（内面の全部）に銅系触媒、鉄系触媒又はバナジウム系触媒からなる第２触媒層２２が排ガスの通過可能な状態で形成される。上記以外は第１の実施の形態と同一に構成される。
【００４２】
このように構成された排ガス浄化装置では、パティキュレートフィルタ１００の出口側の方が入口側より圧力が低いため、流入流出孔１０１ｃの入口から入って流入流出孔１０１ｃの出口からそのまま出る排ガスより、流入流出孔１０１ｃの入口から入り多孔質の隔壁１０１ａを通過して流出穴１０１ｄの出口から出る排ガスの方が多い。この結果、上記第１の実施の形態と同様に、排ガスの高温域において排ガス中のＮＯｘ及びパティキュレートを効率良く低減できる。また流出穴１０１ｄの出口部を封止部材１０１ｅで封止する工数は必要であるけれども、流入流出孔１０１ｃの入口部を封止部材１０１ｅで封止する工数は不要であるため、パティキュレートフィルタ１００の製造工数を削減できる。この結果、パティキュレートフィルタ１００の製造コストを低減できる。上記以外の動作は第１の実施の形態の動作と略同様であるため、繰返しの説明を省略する。
【００４３】
＜第３の実施の形態＞
図４は本発明の第３の実施の形態を示す。図４において図１と同一符号は同一部品を示す。この実施の形態では、第１触媒層１２１の流入穴２４ｃ内面へのコーティング面積及びコーティング位置と、第２触媒層１２２の流出穴２４ｄ内面へのコーティング面積及びコーティング位置とが、パティキュレートフィルタ１２０の圧損又はＮＯｘの要求低減率のいずれか一方又は双方に基づいて設定されるように構成される。具体的には、第１触媒層１２１がフィルタ１２０の流入穴２４ｃの入口側の半分にだけコーティングされ、第２触媒層１２２がフィルタ１２０の流出穴２４ｄの出口側の半分にだけコーティングされる。上記以外は第１の実施の形態と同一に構成される。
【００４４】
このように構成された排ガス浄化装置では、第１触媒層１２１に用いられる銀の使用量や、第２触媒層１２２に用いられる銅、鉄又はバナジウムの使用量を低減できる。この結果、パティキュレートフィルタ１２０の製造コストを低減できる。またＮＯｘの低減率は若干低下するけれども、フィルタ１２０の圧損を低減できる。上記以外の動作は第１の実施の形態の動作と略同様であるため、繰返しの説明を省略する。
【００４５】
＜第４の実施の形態＞
図５は本発明の第４の実施の形態を示す。図５において図３と同一符号は同一部品を示す。この実施の形態では、第１触媒層１２１の流入流出孔１０１ｃ内面へのコーティング面積及びコーティング位置と、第２触媒層１２２の流出穴１０１ｄ内面へのコーティング面積及びコーティング位置とが、パティキュレートフィルタ１４０の圧損又はＮＯｘの要求低減率のいずれか一方又は双方に基づいて設定されるように構成される。具体的には、第１触媒層１２１がフィルタ１４０の流入流出孔１０１ｃの入口側の半分にだけコーティングされ、第２触媒層１２２がフィルタ１４０の流出穴１０１ｄの出口側の半分にだけコーティングされる。上記以外は第２の実施の形態と同一に構成される。
【００４６】
このように構成された排ガス浄化装置では、第１触媒層１２１に用いられる銀の使用量や、第２触媒層１２２に用いられる銅、鉄又はバナジウムの使用量を低減できる。この結果、パティキュレートフィルタ１４０の製造コストを低減できる。またＮＯｘの低減率は若干低下するけれども、フィルタ１４０の圧損を低減できる。上記以外の動作は第２の実施の形態の動作と略同様であるため、繰返しの説明を省略する。
【００４７】
なお、上記第１〜第４の実施の形態では、本発明の排ガス浄化装置をディーゼルエンジンに適用したが、本発明の排ガス浄化装置をガソリンエンジンに適用してもよい。また、上記第１〜第４の実施の形態では、本発明の排ガス浄化装置をターボ過給機付ディーゼルエンジンに適用したが、本発明の排ガス浄化装置を自然吸気型ディーゼルエンジン又は自然吸気型ガソリンエンジンに適用してもよい。更に、上記第１及び第２の実施の形態では、第１触媒層を流入穴又は流入流出孔の全面（１００％）にコーティングし、第２触媒層を流出穴の全面（１００％）にコーティングし、上記第３及び第４の実施の形態では、第１触媒層を流入穴又は流入流出孔の入口側の半分（全面の５０％）にだけコーティングし、第２触媒層を流出穴の出口側の半分（全面の５０％）にだけコーティングしたが、これらは一例であって、パティキュレートフィルタの圧損やＮＯｘの要求低減率に応じて適宜変更することができる。
【実施例】
【００４８】
次に本発明の実施例を比較例とともに詳しく説明する。
【００４９】
＜実施例１＞
図２に示すように、排気管１６に設けたケース１９に排ガス上流側から順に第１酸化還元触媒５１、パティキュレートフィルタ２０及び第２酸化還元触媒７２を収容した。第１及び第２酸化還元触媒５１，７２は、白金をイオン交換したゼオライト粉末を含むスラリーをハニカム担体にコーティングしてそれぞれ作製した触媒であった。
【００５０】
一方、図１に示すように、フィルタ２０の流入穴２４ｃの全面（内面の全部）に第１触媒層２１を排ガスの通過可能な状態で形成し、第１触媒層２１の全面（内面の全部）に排ガス中のパティキュレートを捕集可能な捕集層２３を排ガスの通過可能な状態で形成し、更にフィルタ２０の流出穴２４ｄの全面（内面の全部）に第２触媒層２２を排ガスの通過可能な状態で形成した。なお、第１触媒層２１は、銀をイオン交換したゼオライト粉末を含むスラリーをフィルタの担体にコーティングして作製した銀系の触媒層であった。また第２触媒層２２は、銅をイオン交換したゼオライト粉末を含むスラリーをフィルタの担体にコーティングして作製した銅系の触媒層であった。
【００５１】
図２に戻って、フィルタ２０より排ガス上流側であって第１酸化還元触媒５１より排ガス下流側のケース１９に、炭化水素系液体３２を噴射する第１液体噴射ノズル３１を設け、第１酸化還元触媒５１より排ガス上流側の排気管１６に第２液体噴射ノズル７２を設けた。この排ガス浄化装置を実施例１とした。
【００５２】
＜比較例１＞
排気管に設けたケースに排ガス上流側から順に第１酸化還元触媒、パティキュレートフィルタ及び第２酸化還元触媒を収容した。第１及び第２酸化還元触媒は、白金をイオン交換したゼオライト粉末を含むスラリーをハニカム担体にコーティングして作製した触媒であった。またフィルタの流入穴及び流出穴の全面（内面の全部）に触媒層を排ガスの通過可能な状態で形成した。なお、触媒層は、白金をイオン交換したゼオライト粉末を含むスラリーをフィルタの担体にコーティングして作製した白金系の触媒層であった。更に第１酸化還元触媒より排ガス上流側の排気管に第２液体噴射ノズルを設けた。この排ガス浄化装置を比較例１とした。
【００５３】
＜比較試験１及び評価＞
実施例１及び比較例１の排ガス浄化装置をガス生成装置の排気管に接続した。このガス生成装置は、排ガスを模したモデルガスを生成して排出可能に構成される。またモデルガスは、ＮＯを２００ｐｐｍ、軽油を４０００ｐｐｍＣ、Ｏ2を１０質量％、Ｈ2Ｏを１０質量％含むガスであった。更にガス生成装置から排出されるモデルガスの温度を電気炉により、室温、１５０℃、２００℃、３００℃、４００℃、５００℃及び６００℃の各温度にコントロールされ、各温度におけるモデルガスの空間速度（ＳＶ）を５０,０００ｈ-1とした。そしてガス生成装置から排出されるモデルガスの温度を上記のように室温から６００℃まで段階的に上昇させたときの、実施例１及び比較例１の排ガス浄化装置によるＮＯｘ低減率を測定した。その結果を図６に示す。また実施例１の第１触媒層を通過した直後の排ガスに含まれるアンモニアの量を測定した。その結果を図７に示す。このアンモニアの量の測定は第２触媒層が形成されていないフィルタを用いて行った。
【００５４】
図６から明らかなように、比較例１の排ガス浄化装置ではＮＯｘ低減率が最大で約４０％であったのに対し、実施例１の排ガス浄化装置ではＮＯｘ低減率が最大で約５０％と高くなり、実施例１の排ガス浄化装置の方が比較例１の排ガス浄化装置より排ガス温度２００〜６００℃にわたって、ＮＯｘ低減率が向上したことが分かった。また図７から明らかなように、第１触媒層からのアンモニアの排出量はモデルガスの温度が約２００℃から生成され始め、モデルガスの温度上昇に伴って次第に増加することが分かった。
【００５５】
＜比較試験２及び評価＞
実施例１及び比較例１の排ガス浄化装置を排気量８０００ｃｃのターボ過給機付ディーゼルエンジンの排気管に接続した。そしてエンジンの回転速度及び負荷を変化させて、排ガス温度を室温から６００℃まで徐々に上昇させたときの、実施例１及び比較例１の排ガス浄化装置によるトータルのＮＯｘ低減率を測定した。その結果を図８に示す。
【００５６】
図８から明らかなように、比較例１の排ガス浄化装置ではトータルのＮＯｘ低減率が約３０％と低かったのに対し、実施例１の排ガス浄化装置ではトータルのＮＯｘ低減率が約４０％と高くなり、実施例１の排ガス浄化装置の方が比較例１の排ガス浄化装置よりトータルのＮＯｘ低減率が向上したことが分かった。
【符号の説明】
【００５７】
１１ ディーゼルエンジン（エンジン）
１６ 排気管
２０，１００，１２０，１４０ パティキュレートフィルタ
２１，１２１ 第１触媒層
２２，１２２ 第２触媒層
２３，１２３ 捕集層
２４，１０１ 担体
２４ａ，１０１ａ 隔壁
２４ｂ，１０１ｂ 貫通孔
２４ｃ 流入穴
２４ｄ，１０１ｄ 流出穴
３１ 第１液体噴射ノズル
３２ 炭化水素系液体
４１ 第１炭化水素系液体供給手段
４４ 第１液体噴射量調整弁
５１ 第１酸化還元触媒
５２ 第２液体噴射ノズル
６２ 第２炭化水素系液体供給手段
６４ 第２液体噴射量調整弁
７２ 第２酸化還元触媒
８１ 第１温度センサ
８２ 第２温度センサ
８６ コントローラ
１０１ｃ 流入流出孔
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジン(11)の排気管(16)に排ガス中のパティキュレートを捕集するパティキュレートフィルタ(20,120)が設けられ、前記パティキュレートフィルタ(20,120)が、多孔質の隔壁(24a)で仕切られた貫通孔(24b)が互いに平行に複数形成された担体(24)を有し、前記複数の貫通孔(24b)の相隣接する出口部及び入口部を交互に封止することにより流入穴(24c)及び流出穴(24d)がそれぞれ形成された排ガス浄化装置において、
前記流入穴(24c)の内面の全部又は一部に銀系触媒からなる第１触媒層(21,121)が前記排ガスの通過可能な状態で形成され、
前記第１触媒層(21,121)の内面の全部に前記排ガス中のパティキュレートを捕集可能な捕集層(23,123)が前記排ガスの通過可能な状態で形成され、
前記流出穴(24d)の内面の全部又は一部に銅系触媒、鉄系触媒又はバナジウム系触媒からなる第２触媒層(22,122)が前記排ガスの通過可能な状態で形成され、
前記パティキュレートフィルタ(20,120)より排ガス上流側の排気管(16)に設けられ前記パティキュレートフィルタ(20,120)に向けて炭化水素系液体(32)を噴射可能な第１液体噴射ノズル(31)と、
前記第１液体噴射ノズル(31)に第１液体噴射量調整弁(44)を介して前記液体(32)を供給する第１炭化水素系液体供給手段(41)と、
前記パティキュレートフィルタ(20,120)に関係する排ガスの温度を検出する第１温度センサ(81)と、
前記第１温度センサ(81)の検出出力に基づいて前記第１液体噴射量調整弁(44)を制御するコントローラ(86)と
を備えたことを特徴とする排ガス浄化装置。
【請求項２】
エンジンの排気管に排ガス中のパティキュレートを捕集するパティキュレートフィルタ(100,140)が設けられ、前記パティキュレートフィルタ(100,140)が、多孔質の隔壁(101a)で仕切られた貫通孔(101b)が互いに平行に複数形成された担体(101)を有する排ガス浄化装置において、
前記複数の貫通孔(101b)の入口部を１つ置きに封止することにより流入流出孔(101c)及び流出穴(101d)がそれぞれ形成され、
前記流入流出孔(101c)の内面の全部又は一部に銀系触媒からなる第１触媒層(21,121)が前記排ガスの通過可能な状態で形成され、
前記第１触媒層(21,121)の内面の全部に前記排ガス中のパティキュレートを捕集可能な捕集層(23,123)が前記排ガスの通過可能な状態で形成され、
前記流出穴(101d)の内面の全部又は一部に銅系触媒、鉄系触媒又はバナジウム系触媒からなる第２触媒層(22,122)が前記排ガスの通過可能な状態で形成され、
前記パティキュレートフィルタ(100,140)より排ガス上流側の排気管に設けられ前記パティキュレートフィルタ(100,140)に向けて炭化水素系液体を噴射可能な第１液体噴射ノズルと、
前記第１液体噴射ノズルに第１液体噴射量調整弁を介して前記液体を供給する第１炭化水素系液体供給手段と、
前記パティキュレートフィルタ(100,140)に関係する排ガスの温度を検出する第１温度センサと、
前記第１温度センサの検出出力に基づいて前記第１液体噴射量調整弁を制御するコントローラと
を備えたことを特徴とする排ガス浄化装置。
【請求項３】
前記第１触媒層(21,121)の前記流入穴(24c)内面へのコーティング面積及びコーティング位置と、前記第２触媒層(22,122)の前記流出穴(24d)内面へのコーティング面積及びコーティング位置とが、前記パティキュレートフィルタ(20,120)の圧損又は前記ＮＯｘの要求低減率のいずれか一方又は双方に基づいて設定されるように構成された請求項１記載の排ガス浄化装置。
【請求項４】
前記第１触媒層(21,121)の前記流入流出孔(101c)内面へのコーティング面積及びコーティング位置と、前記第２触媒層(22,122)の前記流出穴(101d)内面へのコーティング面積及びコーティング位置とが、前記パティキュレートフィルタ(100,140)の圧損又は前記ＮＯｘの要求低減率のいずれか一方又は双方に基づいて設定されるように構成された請求項２記載の排ガス浄化装置。
【請求項５】
前記第１液体噴射ノズル(31)より排ガス上流側の排気管(16)に酸化機能及び前記ＮＯｘの還元機能を有する第１酸化還元触媒(51)が設けられ、
前記第１酸化還元触媒(51)より排ガス上流側の排気管(16)に前記第１酸化還元触媒(51)に向けて炭化水素系液体(32)を噴射可能な第２液体噴射ノズル(52)が設けられ、
前記第２液体噴射ノズル(52)に第２液体噴射量調整弁(64)を介して前記液体(32)を供給する第２炭化水素系液体供給手段(62)が前記第２液体噴射ノズル(52)に接続され、
前記第１酸化還元触媒(51)に関係する排ガスの温度が第２温度センサ(82)により検出され、
前記コントローラ(86)が前記第２温度センサ(82)の検出出力に基づいて前記第２液体噴射量調整弁(64)を制御するように構成された請求項１又は２記載の排ガス浄化装置。
【請求項６】
前記第１触媒層(21,121)が前記パティキュレートフィルタ(20,100,120,140)の担体(24,101)に銀ゼオライト又は銀アルミナをコーティングして形成され、前記第２触媒層(22,122)が前記パティキュレートフィルタ(20,100,120,140)の担体(24,101)に銅ゼオライト、鉄ゼオライト又はバナジウム系酸化物をコーティングして形成された請求項１又は２記載の排ガス浄化装置。
【請求項７】
前記パティキュレートフィルタ(20,100,120,140)より排ガス下流側の排気管(16)に第２酸化還元触媒(72)が設けられ、前記第２酸化還元触媒(72)が、前記パティキュレートフィルタ(20,100,120,140)から前記炭化水素系液体(32)が排出されたときに前記炭化水素系液体(32)を酸化する酸化機能と、前記パティキュレートフィルタ(20,100,120,140)からアンモニアが排出されたときに前記アンモニアを酸化する酸化機能と、前記パティキュレートフィルタ(20,100,120,140)から前記ＮＯｘが排出されたときに前記ＮＯｘを還元する還元機能を有する請求項１又は２記載の排ガス浄化装置。
【請求項１】
エンジン(11)の排気管(16)に排ガス中のパティキュレートを捕集するパティキュレートフィルタ(20,120)が設けられ、前記パティキュレートフィルタ(20,120)が、多孔質の隔壁(24a)で仕切られた貫通孔(24b)が互いに平行に複数形成された担体(24)を有し、前記複数の貫通孔(24b)の相隣接する出口部及び入口部を交互に封止することにより流入穴(24c)及び流出穴(24d)がそれぞれ形成された排ガス浄化装置において、
前記流入穴(24c)の内面の全部又は一部に銀系触媒からなる第１触媒層(21,121)が前記排ガスの通過可能な状態で形成され、
前記第１触媒層(21,121)の内面の全部に前記排ガス中のパティキュレートを捕集可能な捕集層(23,123)が前記排ガスの通過可能な状態で形成され、
前記流出穴(24d)の内面の全部又は一部に銅系触媒、鉄系触媒又はバナジウム系触媒からなる第２触媒層(22,122)が前記排ガスの通過可能な状態で形成され、
前記パティキュレートフィルタ(20,120)より排ガス上流側の排気管(16)に設けられ前記パティキュレートフィルタ(20,120)に向けて炭化水素系液体(32)を噴射可能な第１液体噴射ノズル(31)と、
前記第１液体噴射ノズル(31)に第１液体噴射量調整弁(44)を介して前記液体(32)を供給する第１炭化水素系液体供給手段(41)と、
前記パティキュレートフィルタ(20,120)に関係する排ガスの温度を検出する第１温度センサ(81)と、
前記第１温度センサ(81)の検出出力に基づいて前記第１液体噴射量調整弁(44)を制御するコントローラ(86)と
を備えたことを特徴とする排ガス浄化装置。
【請求項２】
エンジンの排気管に排ガス中のパティキュレートを捕集するパティキュレートフィルタ(100,140)が設けられ、前記パティキュレートフィルタ(100,140)が、多孔質の隔壁(101a)で仕切られた貫通孔(101b)が互いに平行に複数形成された担体(101)を有する排ガス浄化装置において、
前記複数の貫通孔(101b)の入口部を１つ置きに封止することにより流入流出孔(101c)及び流出穴(101d)がそれぞれ形成され、
前記流入流出孔(101c)の内面の全部又は一部に銀系触媒からなる第１触媒層(21,121)が前記排ガスの通過可能な状態で形成され、
前記第１触媒層(21,121)の内面の全部に前記排ガス中のパティキュレートを捕集可能な捕集層(23,123)が前記排ガスの通過可能な状態で形成され、
前記流出穴(101d)の内面の全部又は一部に銅系触媒、鉄系触媒又はバナジウム系触媒からなる第２触媒層(22,122)が前記排ガスの通過可能な状態で形成され、
前記パティキュレートフィルタ(100,140)より排ガス上流側の排気管に設けられ前記パティキュレートフィルタ(100,140)に向けて炭化水素系液体を噴射可能な第１液体噴射ノズルと、
前記第１液体噴射ノズルに第１液体噴射量調整弁を介して前記液体を供給する第１炭化水素系液体供給手段と、
前記パティキュレートフィルタ(100,140)に関係する排ガスの温度を検出する第１温度センサと、
前記第１温度センサの検出出力に基づいて前記第１液体噴射量調整弁を制御するコントローラと
を備えたことを特徴とする排ガス浄化装置。
【請求項３】
前記第１触媒層(21,121)の前記流入穴(24c)内面へのコーティング面積及びコーティング位置と、前記第２触媒層(22,122)の前記流出穴(24d)内面へのコーティング面積及びコーティング位置とが、前記パティキュレートフィルタ(20,120)の圧損又は前記ＮＯｘの要求低減率のいずれか一方又は双方に基づいて設定されるように構成された請求項１記載の排ガス浄化装置。
【請求項４】
前記第１触媒層(21,121)の前記流入流出孔(101c)内面へのコーティング面積及びコーティング位置と、前記第２触媒層(22,122)の前記流出穴(101d)内面へのコーティング面積及びコーティング位置とが、前記パティキュレートフィルタ(100,140)の圧損又は前記ＮＯｘの要求低減率のいずれか一方又は双方に基づいて設定されるように構成された請求項２記載の排ガス浄化装置。
【請求項５】
前記第１液体噴射ノズル(31)より排ガス上流側の排気管(16)に酸化機能及び前記ＮＯｘの還元機能を有する第１酸化還元触媒(51)が設けられ、
前記第１酸化還元触媒(51)より排ガス上流側の排気管(16)に前記第１酸化還元触媒(51)に向けて炭化水素系液体(32)を噴射可能な第２液体噴射ノズル(52)が設けられ、
前記第２液体噴射ノズル(52)に第２液体噴射量調整弁(64)を介して前記液体(32)を供給する第２炭化水素系液体供給手段(62)が前記第２液体噴射ノズル(52)に接続され、
前記第１酸化還元触媒(51)に関係する排ガスの温度が第２温度センサ(82)により検出され、
前記コントローラ(86)が前記第２温度センサ(82)の検出出力に基づいて前記第２液体噴射量調整弁(64)を制御するように構成された請求項１又は２記載の排ガス浄化装置。
【請求項６】
前記第１触媒層(21,121)が前記パティキュレートフィルタ(20,100,120,140)の担体(24,101)に銀ゼオライト又は銀アルミナをコーティングして形成され、前記第２触媒層(22,122)が前記パティキュレートフィルタ(20,100,120,140)の担体(24,101)に銅ゼオライト、鉄ゼオライト又はバナジウム系酸化物をコーティングして形成された請求項１又は２記載の排ガス浄化装置。
【請求項７】
前記パティキュレートフィルタ(20,100,120,140)より排ガス下流側の排気管(16)に第２酸化還元触媒(72)が設けられ、前記第２酸化還元触媒(72)が、前記パティキュレートフィルタ(20,100,120,140)から前記炭化水素系液体(32)が排出されたときに前記炭化水素系液体(32)を酸化する酸化機能と、前記パティキュレートフィルタ(20,100,120,140)からアンモニアが排出されたときに前記アンモニアを酸化する酸化機能と、前記パティキュレートフィルタ(20,100,120,140)から前記ＮＯｘが排出されたときに前記ＮＯｘを還元する還元機能を有する請求項１又は２記載の排ガス浄化装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１３−１５０８７（Ｐ２０１３−１５０８７Ａ）
【公開日】平成２５年１月２４日（２０１３．１．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１４８８５０（Ｐ２０１１−１４８８５０）
【出願日】平成２３年７月５日（２０１１．７．５）
【出願人】（０００００５４６３）日野自動車株式会社 (1,484)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年１月２４日（２０１３．１．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年７月５日（２０１１．７．５）
【出願人】（０００００５４６３）日野自動車株式会社 (1,484)
【Ｆターム（参考）】
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