JP2011052611A - 排気ガス浄化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】排気ガスに含まれる窒素酸化物の浄化を可能とする排気ガスの温度範囲の増大を図る排気ガス浄化装置を提供することを目的とする。
【解決手段】排気ガス浄化装置１０１は、排気ガスが流通する経路の途中に設けられた酸化触媒層１２と、酸化触媒層１２の下流に設けられたＳＣＲ触媒１５と、ＳＣＲ触媒１５の下流に設けられ、還元作用及び酸化作用を有する貴金属触媒１６と、ＳＣＲ触媒１５の上流に尿素水を供給するための噴射バルブ１９とを備え、貴金属触媒１６は、高温側で酸化作用が優勢になり低温側で還元作用が優勢になる。
【選択図】図２

Description

この発明は、排気ガス浄化装置に係り、特にディーゼルエンジンの排気ガス中に含まれる窒素酸化物（ＮＯｘ）を浄化するために尿素ＳＣＲ（Selective Catalytic Reduction）触媒を使用した排気ガス浄化装置に関する。

ディーゼルエンジンの排気ガス中に含まれる窒素酸化物（ＮＯｘ）を浄化するための尿素ＳＣＲシステムが開発されている。尿素ＳＣＲシステムでは、尿素水の加水分解により生成されたアンモニア（ＮＨ_３）とＮＯｘとの化学反応によってＮＯｘを窒素（Ｎ_２）及び水（Ｈ_２Ｏ）に浄化するために、選択還元触媒である（尿素）ＳＣＲ触媒と呼ばれる触媒が用いられる。

尿素ＳＣＲシステムでは、ＳＣＲ触媒は、エンジンとマフラーとの間の排気経路に設けられている。さらに、この排気経路において、ＳＣＲ触媒よりエンジン側となる上流側には、排気ガス中のハイドロカーボン（ＨＣ）及び一酸化炭素（ＣＯ）を水（Ｈ_２Ｏ）及び二酸化炭素（ＣＯ_２）に酸化すると共に一酸化窒素（ＮＯ）を二酸化窒素（ＮＯ_２）に酸化するのを促進するための酸化触媒、及び排気ガス中に尿素水を噴射するための噴射バルブが設けられている。
また、尿素ＳＣＲシステムの他に、エンジンとマフラーとの間の排気経路には、排気ガスに含まれるカーボン等の粒子状物質（パティキュレートマター：ＰＭ）を減少させるためのＤＰＦ（ディーゼルパティキュレートフィルタ）装置が設けられている。

特許文献１には、高温活性型のＮＯｘ吸蔵触媒と、ＮＯｘ吸蔵触媒の下流に配置され且つ低温活性型のユリアＳＣＲ触媒が担持されたＤＰＦと、ＮＯｘ吸蔵触媒及びＤＰＦの間に配置された尿素添加インジェクタとを１つのケースに含む排気後処理装置が記載されている。この排気後処理装置では、触媒温度が４００℃未満となる低温時、尿素添加インジェクタから尿素水が噴射され、尿素水が加水分解されて生成したアンモニアによりユリアＳＣＲ触媒において排気ガス中のＮＯｘの還元除去が行われる。また、触媒温度が４００℃以上となる高温時は、排気ガス中のＮＯｘがＮＯｘ吸蔵触媒により吸蔵されて浄化される。

特開２００６−２７４９８６号公報

しかしながら、特許文献１の排気後処理装置において、ユリアＳＣＲ触媒は、上述の４００℃の６０％未満の温度範囲すなわち２４０℃未満の温度範囲では、触媒の活性が低くなりＮＯｘの浄化性能が急激に低下する。そのため、この排気後処理装置は、ユリアＳＣＲ触媒の触媒活性が低下する低温領域では、ＮＯｘの還元浄化を行うことができない。従って、特許文献１の排気後処理装置は、触媒温度が低くなる排気ガスの温度が低い温度範囲では十分なＮＯｘの浄化性能を有しておらず、ＮＯｘの浄化可能な温度範囲が高温領域に偏った限定されたものとなるという問題がある。

この発明はこのような問題点を解決するためになされたものであり、排気ガスに含まれるＮＯｘの浄化を可能とする排気ガスの温度範囲の増大を図る排気ガス浄化装置を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、この発明に係る排気ガス浄化装置は、排気ガスが流通する経路の途中に設けられた酸化触媒と、酸化触媒の下流に設けられたＳＣＲ触媒と、ＳＣＲ触媒の下流に設けられ、還元作用及び酸化作用を有する酸化還元触媒と、ＳＣＲ触媒の上流に尿素水を供給するための尿素水供給手段とを備え、酸化還元触媒は、高温側で酸化作用が優勢になり低温側で還元作用が優勢になる。これにより、酸化還元触媒は、触媒温度すなわち排気ガスの温度が低温側の領域にあるとき、その還元作用が酸化作用より優勢となっており、尿素水が加水分解されて生成したアンモニアによる、排気ガスに含まれる窒素酸化物の還元浄化を促進することができる。よって、排気ガス浄化装置では、ＳＣＲ触媒が還元作用を有する排気ガスの温度範囲に加え、酸化還元触媒の還元作用が優勢な排気ガスの温度範囲においても、窒素酸化物の還元浄化が可能になるため、窒素酸化物の還元浄化可能な排気ガスの温度範囲が増大する。

酸化還元触媒は、ＳＣＲ触媒が還元作用を有するときの温度より低い温度において、還元作用が優勢になってもよい。これにより、ＳＣＲ触媒が還元作用を有さない、排気ガスの温度が低い状態の温度範囲において、酸化還元触媒は排気ガスに含まれる窒素酸化物を還元浄化可能であるため、窒素酸化物の還元浄化可能な排気ガスの温度範囲が低温側の領域において増大する。
酸化還元触媒は、白金系の触媒であってもよい。白金系の触媒は、触媒温度が高温側で酸化作用が優勢になり低温側で還元作用が優勢になるので、酸化還元触媒として好適である。

排気ガス浄化装置は、粒子状物質捕集手段をさらに備え、粒子状物質捕集手段は、ＳＣＲ触媒と一体であってもよい。これにより、粒子状物質捕集手段とＳＣＲ触媒とを一体化することによって、排気ガス浄化装置の小型化を図ることが可能になる。
ＳＣＲ触媒及び酸化還元触媒は、粒子状物質捕集手段にコーティングされてもよい。これにより、粒子状物質捕集手段、ＳＣＲ触媒、及び酸化還元触媒を一体化することにより、排気ガス浄化装置の小型化を図ることが可能になる。
排気ガス浄化装置は、粒子状物質捕集手段をさらに備え、粒子状物質捕集手段は、ＳＣＲ触媒の上流に設けられてもよい。これにより、粒子状物質捕集手段によって捕集された粒子状物質を燃焼する際の燃焼熱による、ＳＣＲ触媒及び酸化還元触媒への影響を低減することができ、ＳＣＲ触媒及び酸化還元触媒の耐久性を向上させることが可能になる。

排気ガス浄化装置は、酸化触媒と、ＳＣＲ触媒と、酸化還元触媒と、尿素水供給手段とを有する筐体を備えてもよい。これにより、酸化触媒と、ＳＣＲ触媒と、酸化還元触媒と、尿素水供給手段とが１つの筐体内に収められているため、装置全体の小型化を図ることができる。
排気ガス浄化装置は、エンジンアセンブリに取り付けられてもよい。これにより、排気ガス浄化装置には、エンジンアセンブリから排出された温度低下の少ない高温の排気ガスが供給される。また、排気ガス浄化装置は、エンジンアセンブリの発生する熱をその外部から受けることができる。よって、コールドスタート時においても、排気ガス浄化装置を、尿素水の加水分解可能な温度にまで上昇させる時間を短縮することができる。従って、排気ガス浄化装置は、コールドスタート時から短時間で窒素酸化物の浄化を開始することができるため、窒素酸化物の浄化性能を向上させることが可能になる。

この発明に係る排気ガス浄化装置によれば、排気ガスに含まれる窒素酸化物の浄化を可能とする排気ガスの温度範囲の増大を図ることが可能になる。

この発明の実施の形態１に係る排気ガス浄化装置及びその周辺の構成を示す模式図である。 図１の排気ガス浄化装置の構成を示す模式図である。 この発明の実施の形態２に係る排気ガス浄化装置の構成を示す模式図である。

以下、この発明の実施の形態について添付図面に基づいて説明する。
実施の形態１．
図１及び２を用いて、この発明の実施の形態１に係る排気ガス浄化装置１０１及びその周辺の構成を説明する。なお、以下の実施形態において、ディーゼルエンジンを搭載する車両に排気ガス浄化装置を使用した場合の例について説明する。

まず、図１を参照すると、エンジン本体１には、吸入された吸入空気を複数のシリンダ１ａのそれぞれに分配するための吸気マニフォールド（インテークマニフォールド）４が、複数の吸気ポート１ｂに対して接続されている。
吸気マニフォールド４における吸入空気の入口４ａには、エンジン吸気管３が接続され、さらに、エンジン吸気管３は、ターボチャージャ８のコンプレッサハウジング８ａに接続されている。また、コンプレッサハウジング８ａには、外気を吸入するための吸気管２が接続されている。

一方、エンジン本体１の複数の排気ポート１ｃのそれぞれには、排気ポート１ｃから排出される排気ガスを１つに集約するための排気マニフォールド（エキゾーストマニフォールド）５が接続されている。さらに、排気マニフォールド５における排気ガスの出口５ａには、ターボチャージャ８のタービンハウジング８ｂが接続されている。また、タービンハウジング８ｂには、略円筒形をした排気ガス浄化装置１０１が接続され、排気ガス浄化装置１０１はエンジン本体１の側部に隣接するようにして配置されている。そして、排気ガス浄化装置１０１には、排気管６が接続されており、さらに、排気管６の下流側の端部には、消音器（マフラー）７が接続されている。よって、図示しない車両における吸気系統は、吸気管２、ターボチャージャ８、エンジン吸気管３及び吸気マニフォールド４によって構成され、排気系統は、排気マニフォールド５、ターボチャージャ８、排気ガス浄化装置１０１、排気管６及び消音器７によって構成されている。ここで、エンジン本体１、エンジン吸気管３、吸気マニフォールド４、排気マニフォールド５、及びターボチャージャ８は、エンジンアセンブリ１０を構成している。

次に、図２を参照すると、排気ガス浄化装置１０１は、略円筒形をした筐体１１を有している。筐体１１における上流側の端部１１ａには、ターボチャージャ８のタービンハウジング８ｂの出口８ｂ２が接続されており、筐体１１の下流側の端部１１ｂには、排気管６の上流側の端部６ａが接続されている。そして、筐体１１の内部は、タービンハウジング８ｂの内部及び排気管６の内部に連通している。

円筒状をした筐体１１の内部には、上流側から下流側に向かって、酸化触媒が担持された酸化触媒層１２及びディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）本体１４が順次設けられている。ここで、ＤＰＦ本体１４は、粒子状物質捕集手段を構成している。なお、酸化触媒層１２及びＤＰＦ本体１４は、筐体１１の円筒部１１ｃの中心軸に垂直な方向に延びる円柱状をした層状の形態を有し、円筒部１１ｃの内側を塞ぐようにして形成されている。また、酸化触媒層１２及びＤＰＦ本体１４は、互いに離れて配置されており、これらの間には空間１７が形成されている。

なお、酸化触媒層１２は、排気ガスに含まれるハイドロカーボン（ＨＣ）及び一酸化炭素（ＣＯ）を水（Ｈ_２Ｏ）及び二酸化炭素（ＣＯ_２）に酸化すると共に、一酸化窒素（ＮＯ）を二酸化窒素（ＮＯ_２）に酸化するのを促進する酸化触媒が図示しない基材に担持された層である。酸化触媒層１２の酸化触媒としては、例えば、白金（Ｐｔ），パラジウム（Ｐｄ），ロジウム（Ｒｈ），銀（Ａｇ），鉄（Ｆｅ），銅（Ｃｕ），ニッケル（Ｎｉ），金（Ａｕ）等、及びそれら２種以上の混合体等が好ましい。

ＤＰＦ本体１４は、セラミック等の多孔質性の材料によって形成されており、排気ガスに含まれる粒子状物質（パティキュレートマター：ＰＭ）を捕集するためのものである。そして、ＤＰＦ本体１４は、捕集したＰＭの蓄積による機能低下を防ぐために、蓄積したＰＭの燃焼を行う。

さらに、ＤＰＦ本体１４には、その全体にわたって、選択還元触媒であるＳＣＲ触媒１５がコーティング等の手段によって担持され、ＤＰＦ本体１４とＳＣＲ触媒１５とは一体となっている。なお、ＳＣＲ触媒１５は、ＤＰＦ本体１４の全体にわたって担持されているが、一部であってもよい。
なお、選択還元触媒は特定の物質同士に対して選択的に化学反応をもたらす触媒であり、選択還元触媒の中でも尿素ＳＣＲ触媒（以下、ＳＣＲ触媒と称す）は、窒素酸化物（ＮＯｘ）と還元剤であるアンモニア（ＮＨ_３）との間で作用してＮＯｘの還元をもたらすものである。そして、ＮＯｘは還元されると窒素（Ｎ_２）及び水に分解される。ＳＣＲ触媒１５は、上述のような作用を有するＳＣＲ触媒であればどのような触媒であってもよく、例えば、ジルコニウム（Ｚｒ），チタン（Ｔｉ），ケイ素（Ｓｉ），セリウム（Ｃｅ），タングステン（Ｗ）等の酸化物、これら酸化物の複合体、鉄（Ｆｅ），銅（Ｃｕ）等によって一部金属置換されたＺＳＭ−５型のゼオライト等が挙げられる。さらに、ＳＣＲ触媒１５は、その温度が所定の温度以上の範囲にある時に、還元作用が活性化する特性を有している。なお、上述の所定の温度は、一般的に１５０℃であり、活性化するとは、アンモニアによるＮＯｘの還元速度が急速に高まることを意味する。

さらに、ＤＰＦ本体１４には、その下流側の端面１４ｂ付近、すなわちＳＣＲ触媒１５の下流側の端部１５ｂ付近である領域Ｃ１において、酸化還元触媒である貴金属触媒１６が、ＳＣＲ触媒１５が担持されている上からコーティング等の手段によって担持されている。なお、本実施の形態１では、まず、ＳＣＲ触媒１５が、ＤＰＦ本体１４の全体に対して浸漬法によりコーティングされている。さらに、貴金属触媒１６が、ＳＣＲ触媒１５がその全体にコーティングされているＤＰＦ本体１４の下流側の領域Ｃ１において、ＳＣＲ触媒１５の上から重ねるようにして浸漬法によりコーティングされている。
なお、ＳＣＲ触媒１５と貴金属触媒１６とは、いずれを先にＤＰＦ本体１４へ担持させてもよい。また、ＤＰＦ本体１４へのＳＣＲ触媒１５及び貴金属触媒１６の担持は、ＤＰＦ本体１４を上下流の方向に２つのゾーンに区切り、上流側のゾーンにＳＣＲ触媒１５を、下流側のゾーンに貴金属触媒１６を、コーティング等するようにして行ってもよい。

また、貴金属触媒１６は、酸化作用及び還元作用を有しており、その温度が所定の温度より高い高温側にある場合、酸化作用が還元作用より優勢になり酸化触媒として作用し、所定の温度以下の低温側にある場合、還元作用が酸化作用より優勢になり還元触媒をして作用する触媒であればよい。このような触媒としては、例えば、白金（Ｐｔ）系の触媒（Ｐｔ、Ｐｔと他の貴金属との複合体等）や金属酸化物の触媒等が挙げられる。そして、上述の所定の温度は、上述に挙げた触媒材料を使用した場合、１５０℃〜２５０℃である。貴金属触媒１６の作用が還元触媒作用から酸化触媒作用に変化する温度は、触媒の構成物質の割合や担持されている部位における触媒の濃度によって変動するため、上述のような温度範囲をとる。
上述のようにして、ＤＰＦ本体１４、ＳＣＲ触媒１５及び貴金属触媒１６は、一体となっており、触媒付ＤＰＦ１３を構成している。そして、図２に示す領域Ａ１では、ＤＰＦ本体１４にＳＣＲ触媒１５のみが担持されており、図２に示す領域Ｃ１では、ＤＰＦ本体１４に、ＳＣＲ触媒１５及び貴金属触媒１６が担持されている。

また、筐体１１の円筒部１１ｃには、酸化触媒層１２及び触媒付ＤＰＦ１３の間となる位置に、電磁弁である噴射バルブ１９が設けられている。ここで、噴射バルブ１９は、尿素水供給手段を構成している。さらに、噴射バルブ１９は、図示しない車両に設けられた尿素水タンク２０に連通しており、尿素水タンク２０から供給される尿素水を筐体１１の空間１７内（ＳＣＲ触媒１５の上流）に噴射する。なお、図２に示す噴射バルブ１９は、酸化触媒層１２における下流側の直後の位置に配置され、酸化触媒層１２における下流側の直後に尿素水を噴射する。
さらに、噴射バルブ１９は、ドージングコントロールユニット（ＤＣＵ）３０に電気的に接続されており、ＤＣＵ３０の制御によって噴射バルブ１９の開閉が行われる。また、尿素水タンク２０は、内部の尿素水を噴射バルブ１９に供給するための電動ポンプを備えており、この電動ポンプは、ＤＣＵ３０に電気的に接続され、ＤＣＵ３０の制御によってその稼動が制御される。なお、ＤＣＵ３０は個別に設置してもよく、また図示しない車両ＥＣＵと一体にしてもよい。また、詳細は後述するが、噴射バルブ１９は、触媒付ＤＰＦ１３の上流側における酸化触媒層１２の付近に配置されるのが好ましい。

また、触媒付ＤＰＦ１３の上流側の端面１３ａには、排気ガスに含まれる物質を端面１３ａ全体に均等に分布させるための、円柱状をしたミキサ１８が設けられている。ミキサ１８としては、特表平６−５０９０２０号公報、特開２００６−９６０８号等に開示されものを使用することができる。なお、特表平６−５０９０２０号公報に開示されるミキサは、ガスの流路を格子状に仕切り、各格子を通過したガスに対して渦状の流れ及び隣接する格子の方向に向かう流れを発生させることにより、ガスに含まれる物質を流路全体に分布させるものである。また、特開２００６−９６０８号に開示されるミキサは、ガスの流路の方向に垂直な分散板を複数設けることによって流通するガスを蛇行させ、ガスに含まれる物質を均等に分布させるものである。

また、排気ガス浄化装置１０１の下流側となる排気管６の途中に、アンモニアを酸化分解する作用を有する酸化触媒が担持された酸化触媒層４０が設けられている。そして、酸化触媒層４０の酸化触媒としては、例えば、白金（Ｐｔ），パラジウム（Ｐｄ），銀（Ａｇ），鉄（Ｆｅ），銅（Ｃｕ），ニッケル（Ｎｉ），金（Ａｕ）等が好ましい。
上述より、排気ガス浄化装置１０１は、ＳＣＲ触媒による排気ガスの浄化装置とＤＰＦによる排気ガスの浄化装置とを一体としてエンジンアセンブリ１０に取り付けられ、エンジン本体１に隣接して配置される構成を有している。（図１参照）

次に、図１及び２を用いて、この発明の実施の形態１に係る排気ガス浄化装置１０１及びその周辺の動作を説明する。
図１を参照すると、エンジン本体１が稼動することによって、吸気管２を介して、ターボチャージャ８のコンプレッサハウジング８ａに外気である吸入空気が吸入される。さらに、吸入空気は、コンプレッサハウジング８ａ内の図示しないコンプレッサホイールにより過給されて、エンジン吸気管３に送られる。送られた吸入空気は、エンジン吸気管３及び吸気マニフォールド４を経由して、エンジン本体１のシリンダ１ａの内部に流入する。そして、シリンダ１ａの内部の吸入空気は、シリンダ１ａの内部に供給された燃料（軽油）と混合されて、自己着火により燃焼する。

燃焼した吸入空気及び燃料は、排気ガスとして複数の排気ポート１ｃから排気マニフォールド５に排出され、さらに、排気マニフォールド５内の流通過程で１つに集約されて、ターボチャージャ８のタービンハウジング８ｂに流入する。流入した排気ガスは、タービンハウジング８ｂ内の図示しないタービンホイール及びタービンホイールに連結されたコンプレッサホイールの回転を上昇させつつ、排気ガス浄化装置１０１に排出される。さらに、排気ガスは、排気ガス浄化装置１０１の内部を流通した後、酸化触媒層４０、排気管６及び消音器７を経由して、図示しない車両の外部に排出される。

さらに、図２を参照すると、排気ガス浄化装置１０１内に導入された排気ガスの全ては、まず、酸化触媒層１２を通過する。酸化触媒層１２を通過する過程において、排気ガスに含まれるハイドロカーボン及び一酸化炭素が二酸化炭素及び水に酸化されると共に、ＮＯの一部が、より還元作用を受けやすいＮＯ_２に酸化される。
次に、酸化触媒層１２を通過した排気ガスは、空間１７を通過し、さらにミキサ１８を通過して触媒付ＤＰＦ１３に流入する。そして、触媒付ＤＰＦ１３を流通する過程において、ＤＰＦ本体１４によって排気ガスに含まれるＰＭが捕集される。

また、同時に、ＤＣＵ３０の制御によって尿素水タンク２０内の電動ポンプが稼働されると共に噴射バルブ１９が開弁され、尿素水タンク２０の尿素水が噴射バルブ１９から空間１７に噴射される。噴射された尿素水は、空間１７を流通する排気ガス等の熱の作用によって加水分解が促進され、アンモニア及び二酸化炭素に分解される。
なお、噴射バルブ１９を空間１７内における酸化触媒層１２の近傍に配置することによって、噴射された尿素水が触媒付ＤＰＦ１３のＳＣＲ触媒１５に到達するまでの滞留時間を多くとることができる。これにより、尿素水からアンモニアへの加水分解の反応時間を多くとることができるため、加水分解の効率を向上させることができる。このような理由で、噴射バルブ１９は、触媒付ＤＰＦ１３との距離をできるだけ大きくとることのできる位置に配置するのが好ましい。また、尿素水は、酸化触媒層１２より下流側で噴射されてアンモニアに加水分解されるため、生成したアンモニアは酸化触媒層１２の酸化触媒の作用によって酸化されることがない。

次に、空間１７での尿素水の加水分解により生成したアンモニアは、排気ガスと共にミキサ１８を通過し、ミキサ１８の通過の際に分散されて触媒付ＤＰＦ１３に流入する。

ここで、触媒付ＤＰＦ１３に流入した排気ガスに含まれるアンモニアは、触媒付ＤＰＦ１３のＳＣＲ触媒１５の温度状態に応じて、次の（１）及び（２）に示すように、２つの作用のいずれかを行う。なお、ＳＣＲ触媒１５の温度は、触媒付ＤＰＦ１３を流通する排気ガスの温度と同等である。

（１）ＳＣＲ触媒１５の温度が、ＳＣＲ触媒１５の活性化する温度Ｔｓ℃未満である場合

ここで、以下の説明において、ＳＣＲ触媒１５が活性化する温度Ｔｓ℃は一般的な活性化温度である１５０℃であるものとする。よって、ＳＣＲ触媒１５は、その温度が１５０℃未満となっているため活性化していない。
また、貴金属触媒１６は、その温度が、温度Ｔｎ℃以下の時は還元作用が酸化作用より優勢となって還元触媒として作用し、温度Ｔｎ℃より高い時は酸化作用が還元作用より優勢となって酸化触媒として作用する。そして、上述で挙げた触媒材料を貴金属触媒１６として使用する場合、温度Ｔｎ℃は、１５０℃〜２５０℃の温度範囲の値となる。そこで、以下の説明において、温度Ｔｎ℃を２００℃であるものとする。なお、貴金属触媒１６の温度はＳＣＲ触媒１５の温度と同等である。
よって、貴金属触媒１６は、その温度が１５０℃未満となっているため、還元作用が優勢となり、還元触媒として活性化している。

このため、触媒付ＤＰＦ１３に流入した排気ガスに含まれるＮＯ及びＮＯ_２からなるＮＯｘは、ＤＰＦ本体１４にＳＣＲ触媒１５のみが担持されている領域Ａ１においては、同じく排気ガスに含まれるアンモニアによって還元されない。よって、排気ガスに含まれるＮＯｘ及びアンモニアは、そのまま領域Ａ１を通過して領域Ｃ１に流入する。ＤＰＦ本体１４に貴金属触媒１６も担持されている領域Ｃ１に流入したＮＯｘは、貴金属触媒１６の還元作用のもと、同じく領域Ｃ１に流入したアンモニアによってＮ_２に還元浄化される。
そして、ＰＭが除去されると共にＮＯｘが還元浄化された排気ガスは、ＮＯｘの還元反応において消費されなかった余剰のアンモニアを含み、排気ガス浄化装置１０１から排気管６に排出される。
さらに、排出された排気ガスは、排気管６の途中に設けられた酸化触媒層４０を通過した後、消音器７を経由して図示しない車両の外部に排出される。
なお、排気ガスに含まれているアンモニアは、酸化触媒層４０を通過することによって、酸化分解されるため、有害なアンモニアが外部に排出されることはない。

（２）ＳＣＲ触媒１５の温度が、ＳＣＲ触媒１５の活性化する温度Ｔｓ℃（１５０℃）以上である場合

ＳＣＲ触媒１５は活性化しているため、触媒付ＤＰＦ１３に流入した排気ガスに含まれるＮＯｘは、領域Ａ１において、ＳＣＲ触媒１５の作用のもと、同じく排気ガスに含まれるアンモニアによってＮ_２に還元浄化される。
また、領域Ｃ１の貴金属触媒１６は、その温度状態に応じて、次の（２Ａ）及び（２Ｂ）に示すように、２つの作用のいずれかを行う。

（２Ａ）貴金属触媒１６の温度が、還元作用が優勢な温度範囲である温度Ｔｎ℃（２００℃）以下の温度範囲にある場合
貴金属触媒１６は還元触媒として活性化しているため、領域Ｃ１では、領域Ａ１において還元浄化されなかった排気ガスに含まれるＮＯｘが、貴金属触媒１６の還元作用のもと、同じく排気ガスに含まれるアンモニアによって還元浄化される。
そして、ＰＭが除去されると共にＮＯｘが還元浄化された排気ガスは、ＮＯｘの還元反応において消費されなかった余剰のアンモニアを含み、排気ガス浄化装置１０１から排気管６に排出される。さらに、排出された排気ガスは、排気管６の途中の酸化触媒層４０によって内部に含んでいるアンモニアが酸化分解された後、消音器７を経由して図示しない車両の外部に排出される。このため、有害なアンモニアが車両の外部に排出されることがない。

（２Ｂ）貴金属触媒１６の温度が、酸化作用な優勢な温度範囲である温度Ｔｎ℃（２００℃）より高い温度範囲にある場合
貴金属触媒１６は酸化触媒として活性化しているため、領域Ｃ１では、領域Ａ１におけるＮＯｘの還元反応で消費されなかった余剰のアンモニアが、貴金属触媒１６の酸化作用のもと、酸化分解される。これにより、有害なアンモニアが排気ガスから除去される。
そして、ＰＭが除去されると共にＮＯｘが還元浄化され、さらにアンモニアが除去された排気ガスが、排気ガス浄化装置１０１から排気管６に排出され、排気管６の途中の酸化触媒層４０及び消音器７を経由して図示しない車両の外部に排出される。

従って、排気ガス浄化装置１０１は、上述の場合（１）及び（２）に示すようにして、排気ガスに含まれるＮＯｘを還元浄化し、また、有害なアンモニアを酸化分解して図示しない車両の外部への排出されることを防ぐ。
また、触媒付ＤＰＦ１３では、ＤＰＦ本体１４に蓄積したＰＭの燃焼が定期的に実施される。そして、ＰＭが燃焼されると、有害な一酸化炭素が発生する。このとき、ＰＭの燃焼開始及び燃焼中の温度は６００℃程度になるため、貴金属触媒１６は酸化触媒として活性化している。このため、領域Ｃ１では、貴金属触媒１６の酸化作用によって、ＰＭの燃焼により発生した一酸化炭素が二酸化炭素に酸化される。よって、貴金属触媒１６は、ＰＭの燃焼時に発生する一酸化炭素の浄化作用も有している。

また、図１を参照すると、エンジン本体１に隣接して配置される排気ガス浄化装置１０１には、ターボチャージャ８、すなわち、エンジン本体１から排出された直後の温度低下の少ない排気ガスが流入する。また、エンジン本体１に隣接して配置される排気ガス浄化装置１０１には、稼動中にエンジン本体１の発生する熱が、排気ガス浄化装置１０１の筐体１１（図２参照）の外側に付与され、付与された熱は、筐体１１を伝導して筐体１１の内部に伝達する。
さらに、図２を参照すると、筐体１１の内部及び触媒付ＤＰＦ１３は、上述の温度低下の少ない排気ガスの熱や付与された熱によって加熱されるため、温度が上昇しやすくなる。これにより、筐体１１では、エンジン本体１のコールドスタート時において、尿素水が加水分解可能な温度状態に至る時間が短縮されている。よって、排気ガス浄化装置１０１は、エンジン本体１のコールドスタート時から短時間でＮＯｘの浄化を開始することができるため、ＮＯｘの浄化能力が向上している。

このように、この発明に係る排気ガス浄化装置１０１は、排気ガスが流通する経路の途中に設けられた酸化触媒層１２と、酸化触媒層１２の下流に設けられたＳＣＲ触媒１５と、ＳＣＲ触媒１５の下流に設けられ、還元作用及び酸化作用を有する貴金属触媒１６と、ＳＣＲ触媒１５の上流に尿素水を供給するための噴射バルブ１９とを備え、貴金属触媒１６は、高温側で酸化作用が優勢になり低温側で還元作用が優勢になる。これにより、貴金属触媒１６は、触媒温度すなわち排気ガスの温度が低温側の領域にあるとき、その還元作用が酸化作用より優勢となっており、尿素水が加水分解されて生成したアンモニアによる、排気ガスに含まれる窒素酸化物の還元浄化を促進することができる。よって、ＳＣＲ触媒１５が還元作用を有する排気ガスの温度範囲に加え、貴金属触媒１６の還元作用が優勢な排気ガスの温度範囲においても、窒素酸化物の還元浄化が可能になるため、窒素酸化物の還元浄化可能な排気ガスの温度範囲を増大することが可能になる。

また、貴金属触媒１６は、ＳＣＲ触媒１５が還元作用を有するときの温度より低い温度において、還元作用が優勢になっている。このため、ＳＣＲ触媒１５が還元作用を有さない、排気ガスの温度が低い状態の温度範囲において、貴金属触媒１６は排気ガスに含まれる窒素酸化物を還元浄化可能であるため、窒素酸化物の還元浄化可能な排気ガスの温度範囲を低温側の領域において増大することが可能になる。
また、排気ガス浄化装置１０１は、ＤＰＦ本体１４を備えているが、ＤＰＦ本体１４とＳＣＲ触媒１５とを一体化することによって、排気ガス浄化装置１０１の小型化を図ることが可能になる。
また、ＳＣＲ触媒１５及び貴金属触媒１６がＤＰＦ本体１４にコーティングされて、ＤＰＦ本体１４、ＳＣＲ触媒１５及び貴金属触媒１６が一体化されることにより、排気ガス浄化装置１０１のさらなる小型化を図ることが可能になる。

さらに、酸化触媒層１２と、ＤＰＦ本体１４と一体化されたＳＣＲ触媒１５と、貴金属触媒１６と、噴射バルブ１９とが１つの筐体１１内に収められているため、装置全体の小型化を図ることができる。
また、排気ガス浄化装置１０１がエンジンアセンブリ１０に取り付けられることにより、排気ガス浄化装置１０１には、エンジンアセンブリ１０から排出された温度低下の少ない高温の排気ガスが供給される。さらに、稼動中にエンジン本体１の発生する熱が、排気ガス浄化装置１０１の筐体１１内に付与される。よって、コールドスタート時においても、排気ガス浄化装置１０１を、尿素水の加水分解可能な温度にまで上昇させる時間を短縮することができる。従って、排気ガス浄化装置１０１は、コールドスタート時から短時間でＮＯｘの浄化を開始することができるため、ＮＯｘの浄化性能を向上させることが可能になる。
なお、実施の形態１の触媒付ＤＰＦ１３では、ＳＣＲ触媒１５の下流側の端部１５ｂ付近である領域Ｃ１において、ＤＰＦ本体１４にコーティングされているＳＣＲ触媒１５の上にさらに重ねて貴金属触媒１６をコーティングしていた。よって、この実施の形態１における貴金属触媒１６は、ＳＣＲ触媒１５の下流に設けられた構成を有しているともいえる。従って、貴金属触媒１６の構成は、ＳＣＲ触媒１５の下流に設けられ且つ還元作用及び酸化作用を有する酸化還元触媒である貴金属触媒が示す構成に含まれるものである。

実施の形態２．
この発明の実施の形態２に係る排気ガス浄化装置１０２は、実施の形態１における排気ガス浄化装置１０１のＤＰＦ本体１４及びＳＣＲ触媒１５を変更したものである。
なお、以下の実施の形態において、前出した図における参照符号と同一の符号は、同一または同様な構成要素であるので、その詳細な説明は省略する。

図３を参照すると、排気ガス浄化装置１０２の筐体１１の内部には、上流側から下流側に向かって、酸化触媒層１２、ＤＰＦ本体２４、及び、複数の触媒が担持された複合触媒層２７が順次設けられている。そして、酸化触媒層１２及びＤＰＦ本体２４は空間１７を介して間隔をあけて配置され、ＤＰＦ本体２４及び複合触媒層２７は隣接して配置されている。
また、複合触媒層２７は、酸化触媒層１２と同様の形態で形成されており、図示しない基材の全体にわたってＳＣＲ触媒２５が担持されている。さらに、複合触媒層２７には、その下流側の端面２７ｂ付近、すなわちＳＣＲ触媒２５の下流側の端部２５ｂ付近において、ＳＣＲ触媒２５が担持されている上から、貴金属触媒２６が担持されている。なお、ＳＣＲ触媒２５と貴金属触媒２６とは、いずれを先に複合触媒層２７へ担持させてもよい。また、複合触媒層２７を上下流の方向に２つのゾーンに区切り、上流側のゾーンにＳＣＲ触媒２５を、下流側のゾーンに貴金属触媒２６を担持するようにしてもよい。

さらに、ＤＰＦ本体２４と、ＳＣＲ触媒２５及び貴金属触媒２６が担持された複合触媒層２７とは、一体となっており、触媒付ＤＰＦ２３を構成している。そして、図３に示す領域Ａ２はＤＰＦ本体２４のみによって形成されており、領域Ｂ２はＳＣＲ触媒２５のみが図示しない基材に担持されて形成されており、領域Ｃ２は、ＳＣＲ触媒２５及び貴金属触媒２６が図示しない基材に担持されて形成されている。
また、触媒付ＤＰＦ２３の上流側の端面２３ａにはミキサ１８が設けられている。

よって、排気ガス浄化装置１０２の筐体１１に導入された排気ガスは、酸化触媒層１２及びミキサ１８を通過して触媒付ＤＰＦ２３に流入する。さらに、流入した排気ガスは、ＤＰＦ本体２４において内部に含まれるＰＭが捕集された後、ＳＣＲ触媒２５及び貴金属触媒２６を通過して、排気ガス浄化装置１０２の外部に排出される。また、ＳＣＲ触媒２５及び貴金属触媒２６を流通する際に排気ガスのＮＯｘ等の含有物が受ける作用、すなわち領域Ｂ２及びＣ２において排気ガスの含有物が受ける作用は、実施の形態１における領域Ａ１及びＣ１において排気ガスの含有物が受ける作用と同様である。

また、触媒付ＤＰＦ２３では、ＤＰＦ本体２４に蓄積したＰＭの燃焼が定期的に実施されるが、この燃焼は、排気ガスの熱を利用して燃焼効率を向上させるために、排気ガスの温度が高温の状態で行われる。よって、ＰＭの燃焼時、貴金属触媒２６は、酸化触媒として活性化しているため、ＰＭの燃焼時に発生する一酸化炭素の浄化作用を有している。
また、この発明の実施の形態２に係る排気ガス浄化装置１０２のその他の構成及び動作は、実施の形態１と同様であるため、説明を省略する。

このように、実施の形態２における排気ガス浄化装置１０２によれば、上記実施の形態１の排気ガス浄化装置１０１と同様な効果が得られる。
また、排気ガス浄化装置１０２がＤＰＦ本体２４を備え、ＤＰＦ本体２４が複合触媒層２７の上流に設けられている。ＤＰＦ本体２４と、ＳＣＲ触媒２５及び貴金属触媒２６とを別個に設けることにより、ＳＣＲ触媒２５及び貴金属触媒２６が受ける、ＤＰＦ本体２４に蓄積したＰＭの燃焼時の熱による影響が低減される。よって、ＳＣＲ触媒２５及び貴金属触媒２６の耐久性を向上させることが可能になる。
なお、実施の形態２の複合触媒層２７では、ＳＣＲ触媒２５の下流側の端部２５ｂ付近である領域Ｃ２において、ＳＣＲ触媒２５の上に重ねて貴金属触媒２６をコーティングしていた。よって、この実施の形態２における貴金属触媒２６は、ＳＣＲ触媒２５の下流に設けられた構成を有しているともいえる。従って、貴金属触媒２６の構成は、ＳＣＲ触媒２５の下流に設けられ且つ還元作用及び酸化作用を有する酸化還元触媒である貴金属触媒が示す構成に含まれるものである。

また、実施の形態１及び２において、排気ガス浄化装置１０１及び１０２は、ターボチャージャ８を備えるエンジンアセンブリ１０に設けられていたが、これに限定されるものではない。ターボチャージャ８を備えないエンジンアセンブリ１０では、排気マニフォールド５の出口５ａに排気ガス浄化装置１０１及び１０２を直接接続するようにしてもよい。また、排気ガス浄化装置１０１及び１０２は、エンジンアセンブリ１０から離れた位置に設けられてもよい。

また、実施の形態１及び２において、排気ガス浄化装置１０１及び１０２の筐体１１は円筒状の形状を有していたが、これに限定されるものではない。筐体１１は、四角柱等の多角柱状の形状、または、球状若しくは楕円体状の形状であってもよい。
また、実施の形態１及び２において、排気ガス浄化装置１０１及び１０２は、ミキサ１８を有していたが、省略してもよい。

１０ エンジンアセンブリ、１１ 筐体、１２ 酸化触媒層（酸化触媒）、１３，２３ 触媒付ＤＰＦ、１４，２４ ＤＰＦ本体（粒子状物質捕集手段）、１５，２５ ＳＣＲ触媒、１６，２６ 貴金属触媒（酸化還元触媒）、１９ 噴射バルブ（尿素水供給手段）、２７ 複合触媒層、１０１，１０２ 排気ガス浄化装置。

Claims (8)

1. 排気ガスが流通する経路の途中に設けられた酸化触媒と、
   前記酸化触媒の下流に設けられたＳＣＲ触媒と、
   前記ＳＣＲ触媒の下流に設けられ、還元作用及び酸化作用を有する酸化還元触媒と、
   前記ＳＣＲ触媒の上流に尿素水を供給するための尿素水供給手段とを備え、
   前記酸化還元触媒は、高温側で酸化作用が優勢になり低温側で還元作用が優勢になる排気ガス浄化装置。
2. 前記酸化還元触媒は、前記ＳＣＲ触媒が還元作用を有するときの温度より低い温度において、還元作用が優勢になる
   請求項１に記載の排気ガス浄化装置。
3. 前記酸化還元触媒は、白金系の触媒である
   請求項１または２に記載の排気ガス浄化装置。
4. 粒子状物質捕集手段をさらに備え、
   前記粒子状物質捕集手段は、前記ＳＣＲ触媒と一体である
   請求項１〜３のいずれか一項に記載の排気ガス浄化装置。
5. 前記ＳＣＲ触媒及び前記酸化還元触媒は、前記粒子状物質捕集手段にコーティングされている
   請求項４に記載の排気ガス浄化装置。
6. 粒子状物質捕集手段をさらに備え、
   前記粒子状物質捕集手段は、前記ＳＣＲ触媒の上流に設けられる
   請求項１〜３のいずれか一項に記載の排気ガス浄化装置。
7. 前記酸化触媒と、前記ＳＣＲ触媒と、前記酸化還元触媒と、前記尿素水供給手段とを有する筐体を備える
   請求項１〜６のいずれか一項に記載の排気ガス浄化装置。
8. エンジンアセンブリに取り付けられる
   請求項１〜７のいずれか一項に記載の排気ガス浄化装置。

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