(57)【要約】【課題】この発明は、活性酸素の存在により高い性能を発揮するメイン触媒に対して、他の触媒と活性酸素供給装置とを適切なレイアウトで併用することを目的とする。【解決手段】内燃機関１０の排気通路１４にはＡｇ触媒３２を設ける。また、Ａｇ触媒３２の下流側には三元触媒３４を設け、Ａｇ触媒３２の上流側にはオゾン発生器３６を設ける。そして、冷間始動時等には、Ａｇ触媒３２にオゾンを供給し、Ａｇとオゾンとの反応により排気ガス中のＣＯを低温状態から浄化する。また、Ａｇとオゾンとが反応するときに生じる反応熱により、下流側の三元触媒３４を早期に活性化させる。これにより、低温でも高い浄化能力を発揮することができ、始動時等の排気エミッションを改善することができる。また、上流側のＡｇ触媒３２でオゾンを消費することにより、下流側の三元触媒３４をオゾンから保護することができる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気ガスが流通する排気通路に設けられ、活性酸素により酸化された状態で触媒活性温度以下のときに酸素が遊離可能となる触媒成分を含むメイン触媒と、
前記メイン触媒に対して排気ガスの流れ方向の下流側に配置され、排気ガスの未浄化成分を浄化する触媒と排気ガス中の粒子状物質を捕集するＰＭフィルタとの何れかにより構成された下流側浄化材と、
前記メイン触媒に活性酸素を供給する活性酸素供給装置と、
を備えることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】
前記メイン触媒は、少なくともＡｇまたはＡｕを前記触媒成分として含む構成としてなる請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項３】
前記下流側浄化材は触媒であり、該触媒は、前記メイン触媒と前記活性酸素との反応により生じる熱を伝達可能な位置に設けてなる請求項１または２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項４】
前記メイン触媒と前記下流側浄化材とを一体化した複合触媒を備え、
前記下流側浄化材は、前記複合触媒上で前記メイン触媒の下流側に配置してなる請求項１乃至３のうち何れか１項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項５】
前記複合触媒は、
排気ガスの流れ方向に延びた通路として形成され、上流側が排気ガスの流入口として開口すると共に下流側が閉塞された上流ガス通路と、
前記上流ガス通路と通気性の隔壁を挟んで並列に延びた通路として形成され、上流側が閉塞されると共に下流側が排気ガスの流出口として開口した下流ガス通路と、を備え、
前記メイン触媒は前記上流ガス通路に設け、前記下流側浄化材は前記下流ガス通路に設けてなる請求項４に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項６】
前記複合触媒は、排気ガスの流れ方向に延びると共に流れ方向の両側が開口した複数のガス通路を備え、
前記メイン触媒は前記ガス通路の上流部位に設け、前記下流側浄化材は前記ガス通路の下流部位に設けてなる請求項４に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項７】
前記活性酸素供給装置は、前記活性酸素としてオゾンを供給する構成としてなる請求項１乃至６のうち何れか１項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項８】
内燃機関の排気ガスが流通する排気通路に設けられ、活性酸素に対して分解性を有する材料により形成された基材と、
前記基材のうち排気ガスの流れ方向の上流側となる部位にのみ設けられ、活性酸素により酸化された状態で触媒活性温度以下のときに酸素が遊離可能となる触媒成分を含むメイン触媒と、
前記メイン触媒に活性酸素を供給する活性酸素供給装置と、
を備えることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関に好適に用いられる排気浄化装置に関し、特に、活性酸素を利用する構成とした内燃機関の排気浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来技術として、例えば特許文献１（特開２００７−１５２３３６号公報）に開示されているように、Ａｇを触媒成分として含むＡｇ触媒の直前にオゾンを添加する構成とした内燃機関の排気浄化装置が知られている。この排気浄化装置によれば、オゾンによりＡｇ触媒の酸化能力を高め、排気ガス中に含まれるＣＯの浄化を促進することができる。
【０００３】
この場合、従来技術では、ディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）の下流側にＡｇ触媒を配置し、オゾンはＤＰＦに供給する。これにより、従来技術では、ＤＰＦに捕捉された排気ガス中の粒子状物質（ＰＭ）をオゾンにより燃焼させ、その後にＡｇ触媒を用いて排気ガスを浄化する構成としている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−１５２３３６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上述した従来技術では、Ａｇ触媒だけでなく、例えばＮＯｘ触媒、三元触媒等の触媒をＡｇ触媒と併用したい場合がある。しかしながら、これらの触媒は、Ｐｔ、Ｐｄ等の貴金属を触媒成分として含むものが一般的である。このような貴金属は、オゾンと接触することにより酸化されると、触媒としての活性が低下し易い。
【０００６】
また、これらの貴金属と接触したオゾンは分解されるので、本来の目的と異なる反応でオゾンが消費されることになる。さらに、ＤＰＦを構成する基材（母材）は、オゾン分解性を有するセラミックス材料等により形成されているので、オゾンは、この基材と接触することによっても分解、消費される。このため、従来技術では、Ａｇ触媒とオゾンとを備えた排気浄化装置に対して、他の触媒またはＤＰＦからなる浄化材を併用するときに、各部品のレイアウトを適切に設定するのが難しいという問題がある。
【０００７】
一方、上述したＮＯｘ触媒、三元触媒等は比較的高い温度になってから活性化する。従って、単にこれらの触媒とＡｇ触媒とを併用したとしても、低温領域では、排気ガス中のＨＣやＮＯｘを効率よく浄化することができないという問題もある。
【０００８】
上述した各種の問題は、Ａｇだけに限らず、活性酸素と（オゾン）の組合わせで相乗効果を発揮する触媒成分、即ち、活性酸素の存在下で酸化されつつ、触媒活性温度以下のときに酸素を遊離させることが可能な各種の触媒成分（例えば、Ａｕ等）にも当てはまるものである。
【０００９】
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、本発明の目的は、活性酸素の存在により高い性能を発揮するメイン触媒に対して、他の浄化材と活性酸素供給装置とを併用するときに、全体のレイアウトを適切に設定することができ、排気ガス中の未浄化成分を効率よく浄化することが可能な内燃機関の排気浄化装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
第１の発明は、内燃機関の排気ガスが流通する排気通路に設けられ、活性酸素により酸化された状態で触媒活性温度以下のときに酸素が遊離可能となる触媒成分を含むメイン触媒と、
前記メイン触媒に対して排気ガスの流れ方向の下流側に配置され、排気ガスの未浄化成分を浄化する触媒と排気ガス中の粒子状物質を捕集するＰＭフィルタとの何れかにより構成された下流側浄化材と、
前記メイン触媒に活性酸素を供給する活性酸素供給装置と、
を備えることを特徴とする。
【００１１】
第２の発明によると、第１の発明において、
前記メイン触媒は、少なくともＡｇまたはＡｕを前記触媒成分として含む構成としている。
【００１２】
第３の発明によると、第１または第２の発明において、
前記下流側浄化材は触媒であり、該触媒は、前記メイン触媒と前記活性酸素との反応により生じる熱を伝達可能な位置に設ける構成としている。
【００１３】
第４の発明は、第１乃至第３の発明の何れかにおいて、
前記メイン触媒と前記下流側浄化材とを一体化した複合触媒を備え、
前記下流側浄化材は、前記複合触媒上で前記メイン触媒の下流側に配置する構成としている。
【００１４】
第５の発明によると、第４の発明において、
前記複合触媒は、
排気ガスの流れ方向に延びた通路として形成され、上流側が排気ガスの流入口として開口すると共に下流側が閉塞された上流ガス通路と、
前記上流ガス通路と通気性の隔壁を挟んで並列に延びた通路として形成され、上流側が閉塞されると共に下流側が排気ガスの流出口として開口した下流ガス通路と、を備え、
前記メイン触媒は前記上流ガス通路に設け、前記下流側浄化材は前記下流ガス通路に設ける構成としている。
【００１５】
第６の発明によると、第４の発明において、
前記複合触媒は、排気ガスの流れ方向に延びると共に流れ方向の両側が開口した複数のガス通路を備え、
前記メイン触媒は前記ガス通路の上流部位に設け、前記下流側浄化材は前記ガス通路の下流部位に設ける構成としている。
【００１６】
第７の発明によると、第１乃至第６の発明の何れかにおいて、
前記活性酸素供給装置は、前記活性酸素としてオゾンを供給する構成としている。
【００１７】
第８の発明は、内燃機関の排気ガスが流通する排気通路に設けられ、活性酸素に対して分解性を有する材料により形成された基材と、
前記基材のうち排気ガスの流れ方向の上流側となる部位にのみ設けられ、活性酸素により酸化された状態で触媒活性温度以下のときに酸素が遊離可能となる触媒成分を含むメイン触媒と、
前記メイン触媒に活性酸素を供給する活性酸素供給装置と、
を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
第１の発明によれば、メイン触媒と活性酸素が共存する状態では、メイン触媒のＣＯ酸化活性が低温から発現する。従って、例えば下流側浄化材が触媒である場合において、内燃機関の冷間始動時等に活性酸素供給装置を作動させると、この触媒が不活性状態であっても、メイン触媒によりＣＯを効率よく浄化することができ、排気エミッションを改善することができる。また、メイン触媒が活性酸素と反応するときには、反応熱が生じる。この反応熱を、排気ガスの流れや固体熱伝導により下流側の触媒に効率よく伝達することができる。
【００１９】
従って、メイン触媒に活性酸素を供給すれば、ＣＯ浄化率を高められるだけでなく、このときの反応熱を利用して下流側の触媒を効率よく加熱することができる。これにより、冷間始動時でも、下流側の触媒を早期に活性化させることができる。つまり、低温でも高い浄化能力を発揮することができ、メイン触媒と下流側の触媒により始動時の排気エミッションを確実に改善することができる。
【００２０】
また、メイン触媒は、排気ガス中の活性酸素が下流側の触媒に到達する前に、活性酸素を消費することができる。このため、活性酸素供給装置と下流側の触媒とを併用するシステムであっても、下流側の触媒と接触する活性酸素の量を十分に抑制することができ、当該触媒を活性酸素から保護することができる。従って、下流側の触媒に含まれる金属が活性酸素により酸化されるのを防止でき、活性酸素の使用中でも、触媒を高い活性状態に保持することができる。
【００２１】
一方、下流側浄化材がＤＰＦ等のＰＭフィルタである場合には、活性酸素を、ＰＭフィルタの基材よりも先にメイン触媒に接触させることができる。即ち、活性酸素が基材との接触により分解される前に、これをメイン触媒に効率よく供給することができる。従って、メイン触媒とＰＭフィルタとを組合わせる場合において、メイン触媒に対する活性酸素の供給量が基材の影響で減少するのを回避し、活性酸素を有効に活用することができる。
【００２２】
第２の発明によれば、メイン触媒として、銀Ａｇ及び／又は金Ａｕを含む触媒を用いることができる。これらの触媒成分は、活性酸素の存在下で酸化されつつ、触媒活性温度以下のときに酸素を遊離させることができる。そして、遊離した酸素を排気ガス中の未浄化成分（ＣＯ等）と反応させることができる。これにより、低温でも未浄化成分を効率よく酸化し、排気ガスの浄化を行うことができる。
【００２３】
第３の発明によれば、下流側の触媒を、メイン触媒と活性酸素との反応熱が伝達可能な位置に設けることができる。これにより、メイン触媒の位置で発生する反応熱を下流側の触媒に安定的に伝達することができ、当該触媒を効率よく加熱することができる。
【００２４】
第４の発明によれば、メイン触媒と下流側の触媒とを一体化して複合触媒を構成することができる。これにより、メイン触媒と下流側の触媒とを容易に近接させることができ、メイン触媒から下流側の触媒への熱伝達性を確実に向上させることができる。また、これらの触媒をコンパクトに組立てることができ、小型で高性能な複合触媒を実現することができる。
【００２５】
第５の発明によれば、所謂ウォールフロー型の複合触媒を構成することができる。これにより、排気ガスは、上流ガス通路から下流ガス通路に流通しつつ、メイン触媒と下流側の触媒に順次接触することができる。しかも、この構造によれば、薄肉な隔壁を挟んでメイン触媒と下流側の触媒とを隣接させることができる。従って、２つの触媒を可能な限り近接させることができ、メイン触媒から下流側の触媒への熱伝達性を大幅に向上させることができる。
【００２６】
第６の発明によれば、ガス通路の上流部位にメイン触媒を設け、ガス通路の下流部位に下流側の触媒を設けることができるので、第４の発明とほぼ同様の作用効果を得ることができる。また、ガス通路の両側が開口しているので、複合触媒の通路構造を簡略化することができ、また複合触媒の通気抵抗を減少させることができる。
【００２７】
第７の発明によれば、活性酸素としてオゾンを用いることにより、上記第１乃至第６のの発明の効果をより顕著に発揮させることができる。
【００２８】
第８の発明によれば、例えばセラミックス材料等により形成された基材は、活性酸素と接触することによりこれを分解する性質を有している。この場合、メイン触媒を基材の上流側部位にのみ配置すれば、活性酸素を、基材よりも先にメイン触媒に接触させることができる。即ち、活性酸素が基材との接触により分解される前に、これをメイン触媒に効率よく供給することができ、活性酸素を有効に活用することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
実施の形態１．
［実施の形態１の構成］
以下、図１乃至図５を参照しつつ、本発明の実施の形態１について説明する。まず、図１は、実施の形態１のシステム構成を説明するための全体構成図を示している。図１に示すように、本実施の形態のシステムは、例えばディーゼルエンジンからなる内燃機関１０を備えている。内燃機関１０は、気筒内に吸入空気を吸込む吸気通路１２と、気筒から排出された排気ガスが流れる排気通路１４とを備えている。
【００３０】
排気通路１４には、後述のＡｇ触媒３２と三元触媒３４とを一体化した複合触媒１６が設けられている。図２は複合触媒１６を拡大した拡大断面図を示し、図３は、図２中の一部分を更に拡大した部分拡大断面図を示している。これらの図に示すように、複合触媒１６は、多孔質状のセラミックス材料やメタル材料からなるハニカム構造体１８を備えている。このセラミックス材料としては、例えばコージェライト、シリカ、アルミナ、ＳiＣ、Ａｌ2Ｏ3−ＴiＯ2、Ｆe、Ｃr等が用いられる。
【００３１】
また、ハニカム構造体１８は、ウォールフロー型と呼ばれる構造を有し、排気ガスの流れ方向に沿って互いに並列に延びた複数のガス通路を備えている。これらのガス通路のうち一部の通路は、複数の上流ガス通路２０となり、残りの通路は複数の下流ガス通路２２となっている。この場合、上流ガス通路２０は、上流側の端部が開口しており、この開口部は排気ガスの流入口２４となっている。また、上流ガス通路２０の下流側端部は、詰栓２６により閉塞されている。
【００３２】
一方、下流ガス通路２２は、上流側の端部が他の詰栓２６により閉塞されている。また、下流ガス通路２２の下流側端部は開口しており、この開口部は排気ガスの流出口２８となっている。さらに、上流ガス通路２０と下流ガス通路２２とは、ハニカム構造体１８の一部からなる通気性の隔壁３０を挟んで互いに隣接している。このため、ハニカム構造体１８を排気通路１４に配置した状態において、排気ガスは、流入口２４から上流ガス通路２０内に流入し、隔壁３０を通過して下流ガス通路２２に流入した後に、流出口２８から外部に流出する。
【００３３】
このようなハニカム構造体１８に対して、本実施の形態では、上流ガス通路２０にメイン触媒としてのＡｇ触媒３２を設け、下流ガス通路２２に下流側浄化材としての三元触媒３４を設けている。そして、Ａｇ触媒３２には、後述のオゾン発生器３６によりオゾンを供給する構成としている。この構成によれば、排気ガス中のＣＯを効率的に浄化しつつ、三元触媒３４を加熱して触媒活性を高めることができる。以下、これらの構成と作用効果について説明する。
【００３４】
まず、Ａｇ触媒３２について説明すると、Ａｇ触媒３２は、銀（Ａｇ）を触媒成分として含む触媒の総称であり、本実施の形態では、その一例として、アルミナに銀を担持させたもの等を用いている。そして、Ａｇ触媒３２は、図３に示すように、コーティング等の手段を用いて上流ガス通路２０の壁面（隔壁３０）に固着されている。
【００３５】
なお、本実施の形態では、メイン触媒の一例としてＡｇ触媒３２を例に挙げたが、本発明はこれに限らず、例えばＡｕ（金）を触媒成分として含むＡｕ触媒を用いてもよい。また、本発明の触媒は、活性酸素の存在下で酸化されつつ、触媒活性温度以下のときに酸素を遊離させることが可能であれば、Ａｇ，Ａｕ以外の触媒成分を含むものでもよい。
【００３６】
上述のような触媒成分を用いることにより、低温時における触媒の浄化効率を高めることができる。即ち、低温時には、触媒成分にオゾンを供給すれば、触媒成分から酸素を遊離させることができ、この酸素を排気ガス中の未浄化成分（ＣＯ等）と反応させることができる。これにより、低温でも未浄化成分を効率よく酸化することができ、排気ガスの浄化を行うことができる。
【００３７】
一方、三元触媒３４は、一般的に知られているように、例えば白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、ロジウム（Ｒｈ）等の金属を触媒成分として含んでいる。また、三元触媒３４は、図３に示すように、コーティング等の手段により下流ガス通路２２の壁面（隔壁３０）に固着されている。つまり、三元触媒３４は、Ａｇ触媒３２の下流側で、かつＡｇ触媒３２と同一の基材（隔壁３０）上に配置されている。
【００３８】
そして、三元触媒３４は、３００℃程度の温度以上で活性化し、排気ガス中の炭化水素（ＨＣ）、一酸化炭素（ＣＯ）、酸化窒素（ＮＯｘ）等の未浄化成分を浄化する。なお、本実施の形態では、下流側浄化材を構成する触媒として三元触媒３４を用いたが、本発明はこれに限らず、ＮＯｘ触媒等を含めて各種の触媒に適用することができる。
【００３９】
オゾン発生器３６は、本実施の形態の活性酸素供給装置を構成しており、Ａｇ触媒３２の上流側に配置されたオゾン供給口３８から排気ガス中にオゾン（Ｏ３）を添加する。オゾン発生器３６としては、高電圧を印加可能な放電管内に、原料となる乾燥した空気または酸素を流しつつオゾンを発生させる形態や、他の任意の形式のものを用いることができる。この場合、原料となる乾燥した空気または酸素は、排気通路１４の外部から取込まれる外気等の気体である。
【００４０】
オゾン発生器３６の作動状態は、内燃機関１０を運転制御するＥＣＵ(Electronic Control Unit)４０により制御される。即ち、ＥＣＵ４０は、例えば内燃機関の冷間始動時などにオゾン発生器３６を作動させる。これにより、排気ガスが複合触媒１６の流入口２４から上流ガス通路２０内に流入するときには、オゾン供給口３８から排気ガス中にオゾンが添加される。そして、これらの排気ガスとオゾンは、上流ガス通路２０内でＡｇ触媒３２と接触する。
【００４１】
このように、Ａｇ触媒３２とオゾンが共存する状態では、Ａｇ触媒３２のＣＯ酸化活性が低温から発現する。図４は、Ａｇ，Ｐｔ，Ｐｄをそれぞれ含む３種類の触媒について、触媒の温度とＣＯ浄化率との関係を示している。この図に示すように、Ａｇ触媒は、オゾンが共存していると、他の金属（Ｐｔ，Ｐｄ等）を含む触媒と比較して、低温でのＣＯ浄化率が高くなる。
【００４２】
具体的には、例えば三元触媒３４が不活性状態である１００℃程度の低温でも、Ａｇ触媒３２とオゾンにより排気ガス中のＣＯを効率よく浄化することができる。この現象は、触媒３２中のＡｇがオゾンと反応することにより、強力な酸化剤であるＡｇ2ＯまたはＡｇＯに変化し、これらの酸化剤によりＣＯがＣＯ2に酸化されるものと考えられる。
【００４３】
従って、冷間始動時等にオゾン発生器３６を作動させると、上記特性をもつＡｇ触媒３２とオゾンにより排気ガス中のＣＯを効率よく酸化することができる。これにより、三元触媒３４が不活性状態であっても、ＣＯを安定的に浄化することができ、特に排気ガス中のＣＯ濃度が高い場合には、排気エミッションを大幅に改善することができる。
【００４４】
また、Ａｇがオゾンと反応するときには、反応熱が生じる。このため、Ａｇ触媒３２の位置を通過した排気ガスは前記反応熱により暖められ、オゾンが存在しない場合よりも高い温度となっている。この排気ガスは、上流ガス通路２０が下流側で閉塞されているために、隔壁３０を通過して下流ガス通路２２に流入し、三元触媒３４の位置に達する。そして、この排気ガスは、三元触媒３４を加熱しつつ、流出口２８から外部に流出する。
【００４５】
ここで、図５は、Ａｇ，Ｐｔ，Ｐｄをそれぞれ含む３種類の触媒について、触媒に流入する排気ガスの温度と、触媒温度（床温）との関係を示すものである。この図に示すように、オゾンが存在しない状態でのＡｇ触媒や他の触媒と比較して、オゾン共存下でのＡｇ触媒３２は、温度が上昇していることが判る。即ち、Ａｇ触媒３２は、オゾンと反応することにより反応熱を発生する。
【００４６】
そこで、本実施の形態では、Ａｇ触媒３２で発生する反応熱が伝達可能な位置に三元触媒３４を配置している。即ち、三元触媒３４は、Ａｇ触媒３２の下流側で、かつＡｇ触媒３２と同一の基材（隔壁３０）上に配置されている。この配置によれば、Ａｇがオゾンと反応することにより生じる反応熱を、排気ガスの流れによって三元触媒３４に効率よく伝達することができる。また、Ａｇ触媒３２で生じた反応熱は、隔壁３０を介しても三元触媒３４に伝導（固体熱伝導）するので、反応熱をより効率的に伝達することができる。
【００４７】
従って、三元触媒３４の上流側に配置したＡｇ触媒３２にオゾンを供給すれば、Ａｇ触媒３２のＣＯ浄化率を高められるだけでなく、このときの反応熱を利用して三元触媒３４を効率よく加熱することができる。これにより、冷間始動時でも、三元触媒３４を早期に活性化させることができ、ＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘ等の浄化率を短時間で高めることができる。即ち、複合触媒１６によれば、低温でも高い浄化能力を発揮することができ、始動時の排気エミッションを確実に改善することができる。
【００４８】
また、Ａｇ触媒３２は、三元触媒３４の上流側でオゾンと反応するので、排気ガス中のオゾンは三元触媒３４の位置に到達する前に消費される。このため、オゾン発生器３６と三元触媒３４とを併用するシステムであっても、三元触媒３４と接触するオゾンの量を十分に抑制することができ、三元触媒３４をオゾンから保護することができる。従って、三元触媒に含まれるＰｔ、Ｐｄ、Ｒｈ等の金属がオゾンにより酸化されるのを防止でき、オゾンの使用中でも、三元触媒３４を高い活性状態に保持することができる。
【００４９】
さらに、本実施の形態では、Ａｇ触媒３２と三元触媒３４とをハニカム構造体１８上で一体化し、ウォールフロー型の複合触媒１６を構成している。これにより、排気ガスは、上流ガス通路２０から下流ガス通路２２に流通しつつ、Ａｇ触媒３２と下流側触媒３４に順次接触することができる。
【００５０】
しかも、この構造によれば、薄肉な隔壁３０を挟んでＡｇ触媒３２と三元触媒３４とを隣接させることができる。従って、２つの触媒３２，３４を可能な限り近接させることができ、Ａｇ触媒３２から三元触媒３４への熱伝達性を大幅に向上させることができる。また、２種類の触媒３２，３４をハニカム構造体１８上にコンパクトに配置することができ、小型で高性能な複合触媒１６を実現することができる。
【００５１】
実施の形態２．
次に、図６及び図７を参照して、本発明の実施の形態２について説明する。本実施の形態は、前記実施の形態１とほぼ同様のシステム構成（図１）を採用している。しかし、本実施の形態は、複合触媒の構造が実施の形態１と異なるものである。なお、本実施の形態では、前記実施の形態と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。
【００５２】
［実施の形態２の特徴］
本実施の形態では、実施の形態１とほぼ同様に、多孔質状のセラミックス材料からなる複合触媒５０を採用している。図６は、本実施の形態による複合触媒を拡大した拡大断面図を示し、図７は、図６中の一部分を更に拡大した部分拡大断面図を示している。
【００５３】
これらの図に示すように、複合触媒５０はハニカム構造体５２を備えており、このハニカム構造体５２には、排気ガスの流れ方向に沿って互いに並列に延びた複数のガス通路５４が設けられている。しかし、各ガス通路５４は、排気ガスの流れ方向の両側が開口しており、これらの開口部はそれぞれ排気ガスの流入口５６、流出口５８となっている。
【００５４】
そして、各ガス通路５４の上流側部位にはＡｇ触媒３２が設けられ、各ガス通路５４の下流側部位には三元触媒３４が設けられている。これらの触媒３２，３４は、実施の形態１と同様の方法によりガス通路５４の周壁（ハニカム構造体５２）に固着されている。また、上記説明における「上流側部位」とは、流入口５６と流出口５８の中間位置よりも流入口５６寄りの部位であり、「下流側部位」とは、前記中間位置よりも流出口５８寄りの部位であるものとする。
【００５５】
このように構成される本実施の形態でも、前記実施の形態１とほぼ同様の作用効果を得ることができる。特に、本実施の形態では、ガス通路５４の両側が開口しているので、ハニカム構造体５２の通路構造を簡略化することができ、また複合触媒５０の通気抵抗を減少させることができる。
【００５６】
実施の形態３．
次に、図８乃至図１０を参照して、本発明の実施の形態３について説明する。本実施の形態は、前記実施の形態１とほぼ同様のシステム構成（図１）を採用している。しかし、本実施の形態は、下流側浄化材としてＰＭフィルタ（ＤＰＦ）を用いており、この点で実施の形態１と異なるものである。なお、本実施の形態では、実施の形態１と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。
【００５７】
［実施の形態３の特徴］
図８は、本発明の実施の形態３において、複合触媒を示す拡大断面図である。また、図９は、図８中の一部分を更に拡大して示す部分拡大断面図である。これらの図に示すように、複合触媒６０は、ウォールフロー型のＤＰＦ６２と、後述のＡｇ触媒７６とを一体化することにより構成されている。また、ＤＰＦ６２は、実施の形態１のハニカム構造体１８とほぼ同様に、多孔質状のセラミックス材料等により形成されている。このセラミックス材料としては、例えばコージェライト、ＳiＣ、アルミナ（Ａl2Ｏ3）、ＴiＯ2、Ｆｅ，Ｃｒ、シリカ、セリア・ジルコニア（ＣeＯ2−ＺrＯ2）等が用いられる。そして、ＤＰＦ６２は、上流ガス通路６４、下流ガス通路６６、流入口６８、詰栓７０、流出口７２、隔壁７４等を備えている。
【００５８】
このように構成されるＤＰＦ６２において、排気ガスは、流入口６８から上流ガス通路６４内に流入し、隔壁７４を通過して下流ガス通路６６に流入した後に、流出口７２から外部に流出する。このとき、排気ガス中の粒子状物質（ＰＭ）を隔壁７４の孔内に捕集される。捕集したＰＭは、後述のようにオゾンを用いて酸化することができる。従って、ＤＰＦ６２によれば、排気ガス中のＰＭを浄化することができる。
【００５９】
一方、Ａｇ触媒７６は、実施の形態１と同様の触媒により構成されており、図９に示すように、ＤＰＦ６２の上流ガス通路６４にのみ設けられている。即ち、ＤＰＦ６２は、Ａｇ触媒７６の下流側に配置されている。このため、複合触媒６０の上流側にオゾンが供給されると、このオゾンは、最初にＡｇ触媒７６の位置に到達し、ＣＯの酸化処理に寄与する。そして、この処理に寄与しなかったオゾンは、ＤＰＦ６２の隔壁７４内に流入し、捕集されていたＰＭを酸化する。
【００６０】
かくして、このように構成される本実施の形態でも、実施の形態１とほぼ同様の作用効果を得ることができる。即ち、冷間始動時のような低温状態でも、Ａｇ触媒７６によりＣＯを効率よく浄化することができ、排気エミッションを改善することができる。そして、特に本実施の形態では、複合触媒６０としてＤＰＦ６２とＡｇ触媒７６とを組合わせた上で、Ａｇ触媒７６をＤＰＦ６２の上流ガス通路６４にのみ配置する構成としたので、以下に述べる効果を得ることができる。
【００６１】
まず、ＤＰＦ６２を構成するセラミックス製の基材は、オゾンと接触することによりこれを分解する性質を有している。図１０は、オゾンの分解率とセラミックス材料の有無との関係を示す特性線図である。オゾンと接触させる基材（セラミックス材料）の例としては、図１０(a)に示すセリア・ジルコニア（ＣeＯ2−ＺrＯ2）と、図１０(b)に示すアルミナ（Ａl2Ｏ3）を用いている。図１０に示すように、オゾンが基材と接触した場合（実線）には、基材との接触がない場合（点線）と比較して分解率が上昇していることが判る。
【００６２】
このような基材の性質を踏まえて、本実施の形態では、Ａｇ触媒７６の下流側にＤＰＦ６２を配置する構成としている。これにより、上流側から供給されるオゾンを、ＤＰＦ６２の基材よりも先にＡｇ触媒７６に接触させることができる。即ち、オゾンが基材との接触により分解される前に、これをＡｇ触媒７６に効率よく供給することができる。従って、Ａｇ触媒７６とＤＰＦ６２とを組合わせる場合において、Ａｇ触媒７６に対するオゾンの供給量が基材の影響で減少するのを回避し、オゾンを有効に活用することができる。
【００６３】
また、本実施の形態の更なる効果としては、Ａｇ触媒７６と反応しなかったオゾンをＤＰＦ６２に供給することができる。これにより、ＤＰＦ６２の隔壁７４内に捕集されていたＰＭをオゾンにより酸化することができる。従って、単一のオゾン発生器３６により、ＣＯの浄化処理とＤＰＦ６２の再生処理とを行うことができ、オゾンを有効に活用することができる。
【００６４】
実施の形態４．
次に、図１１及び図１２を参照して、本発明の実施の形態４について説明する。本実施の形態は、前記実施の形態１とほぼ同様のシステム構成（図１）を採用している。しかし、本実施の形態は、ストレートフロー型と呼ばれる基材の上流側部位にのみメイン触媒を配置する構成としており、この点で実施の形態１と異なるものである。なお、本実施の形態では、実施の形態１と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。
【００６５】
［実施の形態４の特徴］
図１１は、本発明の実施の形態４において、触媒装置を示す拡大断面図である。また、図１２は、図１１中の一部分を更に拡大して示す部分拡大断面図である。これらの図に示すように、触媒装置８０は、ストレートフロー型と呼ばれる形状の基材８２を備えている。この場合、基材８２には、複数のガス通路８４が設けられており、これらのガス通路８４は、排気ガスの流れ方向に沿って延びると共に、流れ方向の両側が開口している。また、基材８２は、例えばセリア・ジルコニア（ＣeＯ2−ＺrＯ2）、アルミナ（Ａl2Ｏ3）、コージェライト、シリカ等のセラミックス材料により形成されている。
【００６６】
また、触媒装置８０は、基材８２に配置されたＡｇ触媒８６を備えている。Ａｇ触媒８６は、実施の形態１と同様の触媒により構成されており、図１２に示すように、基材８２のうち排気ガスの流れ方向の上流側となる部位にのみ設けられている。
【００６７】
かくして、このように構成される本実施の形態でも、実施の形態３とほぼ同様の作用効果を得ることができる。即ち、本実施の形態では、Ａｇ触媒８６を、オゾン分解性を有する基材８２の上流側部位にのみ配置している。従って、オゾンが基材８２との接触により分解される前に、オゾンをＡｇ触媒８６に効率よく供給することができる。
【００６８】
なお、前記実施の形態では、Ａｇ触媒３２と三元触媒３４とを、所謂ウォールフロー型の複合触媒１６として一体化する場合を例に挙げて説明した。しかし、本発明は、Ａｇ触媒（メイン触媒）と下流側浄化材とを必ずしも一体化する必要はない。即ち、本発明では、例えばメイン触媒と下流側浄化材とをそれぞれ別個の浄化装置として形成し、これらの浄化装置を互いに近接させた状態で配置する構成としてもよい。この場合、浄化装置の基材（ハニカム構造体等）は、メイン触媒から下流側浄化材（触媒）への熱伝達に関与しなくなるが、この熱伝達は排気ガスによっても行われるので、前記実施の形態とほぼ同様の作用効果を得ることができる。
【００６９】
また、実施の形態１では、複合触媒１６（ハニカム構造体１８）の隔壁３０に排気ガスを流通させる構成とした。この場合、複合触媒１６は、排気ガス中の粒子状物質（ＰＭ）を隔壁３０により捕捉するディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）として構成してもよい。捕捉・収集したＰＭは、オゾンにより焼却することができる。
【００７０】
また、実施の形態では、下流側浄化材を構成する触媒として三元触媒３４を例に挙げて説明した。しかし、本発明における下流側の触媒はこれに限らず、例えばＮＯｘ触媒を用いてもよく、さらに他の触媒を用いる構成としてもよい。
【００７１】
また、実施の形態では、Ａｇ触媒３２，７６，８６を用いる構成としたが、本発明の触媒は、Ａｇ触媒に限定されるものではない。より詳しく述べると、本発明では、少なくともオゾンにより酸化された状態で、触媒活性温度以下のときに酸素を遊離させることが可能であれば（つまり、酸化された状態から酸素が遊離して元の状態に戻り易い材料であれば）、任意の触媒をメイン触媒として用いることができる。従って、本発明のメイン触媒としては、例えばＡｕを触媒成分として含むＡｕ触媒を用いてもよく、更にはＣｕ、Ｐｔ、Ｒｈ等の金属成分、金属錯体、有機触媒等を触媒成分として含む各種の触媒を広く用いることができる。
【００７２】
また、実施の形態では、排気ガス中に添加する活性酸素として、オゾンを例に挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限らず、オゾンに代えて、他の種類の活性酸素（例えば、Ｏ-，Ｏ2-，Ｏ2-，Ｏ3-，Ｏn-等で表される酸素マイナスイオン）を排気ガス中に添加するようにしてもよい。
【００７３】
また、実施の形態では、オゾン発生器３６を排気ガスの流路外に設け、Ａｇ触媒３２とは別個に配置する構成とした。しかし、本発明はこれに限らず、オゾン発生器を排気ガスの流路中に配置したり、メイン触媒の内部に配置する構成としてもよい。そして、このような配置を採用した場合には、例えば排気ガスの流路中や浄化機器の内部で高電圧放電等によりプラズマを発生させ、これにより活性酸素（オゾン等）を生成する構成としてもよい。
【００７４】
さらに、実施の形態では、ディーゼルエンジンからなる内燃機関１０に適用する場合を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限らず、例えばガソリンエンジン等を含めて各種の内燃機関に広く適用し得るものである。
【図面の簡単な説明】
【００７５】
【図１】本発明の実施の形態１によるシステム構成を示す全体構成図である。
【図２】図１中の複合触媒を拡大して示す拡大断面図である。
【図３】図２中の一部分を更に拡大して示す部分拡大断面図である。
【図４】Ａｇ，Ｐｔ，Ｐｄをそれぞれ含む３種類の触媒について、触媒温度とＣＯ浄化率との関係を示す特性線図である。
【図５】Ａｇ，Ｐｔ，Ｐｄをそれぞれ含む３種類の触媒について、触媒に流入する排気ガスの温度と、触媒温度との関係を示す特性線図である。
【図６】本発明の実施の形態２による複合触媒を示す拡大断面図である。
【図７】図６中の一部分を更に拡大して示す部分拡大断面図である。
【図８】本発明の実施の形態３において、ＤＰＦを示す拡大断面図である。
【図９】図８中の一部分を更に拡大して示す部分拡大断面図である。
【図１０】オゾンの分解率とセラミックス材料の有無との関係を示す特性線図である。
【図１１】本発明の実施の形態４において、触媒装置を示す拡大断面図である。
【図１２】図１１中の一部分を更に拡大して示す部分拡大断面図である。
【符号の説明】
【００７６】
１０  内燃機関
１２  吸気通路
１４  排気通路
１６，５０，６０  複合触媒
１８，５２  ハニカム構造体
２０，６４  上流ガス通路
２２，６６  下流ガス通路
２４，５６，６８  流入口
２６，７０  詰栓
２８，５８，７２  流出口
３０，７４  隔壁
３２，７６，８６  Ａｇ触媒（メイン触媒）
３４  三元触媒（下流側浄化材）
３６  オゾン発生器（活性酸素供給装置）
３８  オゾン供給口
４０  ＥＣＵ
５４，８４  ガス通路
６２  ＤＰＦ（下流側浄化材）
８０  触媒装置
８２  基材
【図１】
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【図２】
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【図３】
2010001883.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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