(57)【要約】【課題】少なくとも２つの選択還元型ＮＯｘ触媒を直列に排気通路に配置して構成される排気浄化装置において、ＮＯｘ触媒の温度環境にかかわらず好適なＮＯｘ浄化能力を発揮し得る排気浄化装置を提供する。【解決手段】酸化能力を発揮する所定の第一金属成分を含んで形成される選択還元型の上流側ＮＯｘ触媒と、排気通路において上流側ＮＯｘ触媒の下流側に設けられ、酸化能力を発揮する所定の第二金属成分を含んで形成される選択還元型の下流側ＮＯｘ触媒と、上流側ＮＯｘ触媒よりも上流側で、該触媒に流れ込む排気中にアンモニア又はアンモニアの前駆体を供給する還元剤供給部と、を備える、排気浄化装置である。そして、同一の温度条件下での所定の第一金属成分による上流側ＮＯｘ触媒での酸化能力が、所定の第二金属成分による下流側ＮＯｘ触媒での酸化能力より低くなるように設定される。【選択図】図１
2015078629.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路に排気の流れに沿って設けられ、アンモニアを還元剤としてＮＯｘを還元浄化する選択還元型ＮＯｘ触媒であって、酸化能力を発揮する所定の第一金属成分を含んで形成される上流側ＮＯｘ触媒と、
前記排気通路において前記上流側ＮＯｘ触媒の下流側に設けられ、アンモニアを還元剤としてＮＯｘを還元浄化する選択還元型ＮＯｘ触媒であって、酸化能力を発揮する所定の第二金属成分を含んで形成される下流側ＮＯｘ触媒と、
前記上流側ＮＯｘ触媒よりも上流側で、該触媒に流れ込む排気中にアンモニア又はアンモニアの前駆体を供給する還元剤供給部と、
を備える、排気浄化装置であって、
同一の温度条件下での前記所定の第一金属成分による前記上流側ＮＯｘ触媒での酸化能力が、前記所定の第二金属成分による前記下流側ＮＯｘ触媒での酸化能力より低くなるように設定される、
内燃機関の排気浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願発明は、内燃機関の排気浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関から排出される排気に含まれるＮＯｘを、アンモニアを還元剤として使用して浄化する選択還元型ＮＯｘ触媒（以下、単に「ＮＯｘ触媒」という。）を有する排気浄化装置が知られている。当該排気浄化装置には、ＮＯｘ触媒でのアンモニア吸着量がＮＯｘ浄化のために適切な状態となるように、ＮＯｘ触媒の上流側において、排気中に、アンモニア又はアンモニアの前駆体を供給する供給弁等が設置される。そして、例えば特許文献１には、排気通路に直列に並べられた二つのＮＯｘ触媒による排気浄化装置の構成が開示されており、当該構成では特に下流側のＮＯｘ触媒は、上流側のＮＯｘ触媒でのＮＯｘ還元浄化に使用されずにスリップしてきたアンモニアを浄化するためにも利用される。
【０００３】
また、上記ＮＯｘ触媒は、アンモニアを利用してＮＯｘを還元する還元触媒であるが、その中に酸化能力を有する所定の金属成分が含まれる場合がある。このようなＮＯｘ触媒では、その触媒温度が上昇すると含有される所定の金属成分の酸化能力が大きくなるため、ＮＯｘ触媒としての還元浄化能力を低下させてしまう場合がある。例えば、特許文献２には、ＮＯｘ触媒の温度上昇とともにそこに含まれる金属成分の酸化能力により、ＮＯｘ触媒での還元反応のために供されたアンモニアが酸化されてＮＯｘになってしまう点について言及がされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１３−７３７１号公報
【特許文献２】特開２０１３−３６３４５号公報
【特許文献３】特開２００５−２９６８号公報
【特許文献４】特開２０００−２５７４１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記のとおり、ＮＯｘ触媒の温度が上昇することでそれに含まれる金属成分の酸化能力が大きくなる。そのため、内燃機関の排気浄化装置として、排気通路に直列に少なくとも２つのＮＯｘ触媒を配列させる場合、より効率的なＮＯｘの還元浄化が期待できる一方で、ＮＯｘ触媒の温度上昇に伴い、排気浄化装置としてのＮＯｘ浄化能力が低下する可能性がある。
【０００６】
特に、排気通路に直列にＮＯｘ触媒が配置される場合、上流側のＮＯｘ触媒には、内燃機関等から排出された比較的高温の排気が流れ込むことで触媒温度が高くなる傾向があり、一方で下流側のＮＯｘ触媒に対しては、そこに至るまでの排気通路での放熱により比較的低温の排気が流れ込むことで、その触媒温度が上流側のＮＯｘ触媒の温度よりも低温となる傾向がある。そのため、従来のように排気通路での各ＮＯｘ触媒の配置を考慮せずに、ＮＯｘ触媒における金属成分の酸化能力の強さを設定すると、ＮＯｘ触媒が置かれる温度環境によっては、排気浄化装置としてのＮＯｘ浄化能力が大きく低下する恐れがある。
【０００７】
本願発明は、上記した問題点に鑑みてなされたものであり、少なくとも２つの選択還元型ＮＯｘ触媒を直列に排気通路に配置して構成される排気浄化装置において、ＮＯｘ触媒の温度環境に影響されにくい好適なＮＯｘ浄化能力を発揮し得る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】
【０００８】
本願発明において、上記課題を解決するために、排気浄化装置に含まれる上流側のＮＯｘ触媒が、下流側のＮＯｘ触媒と比べて比較的高温の温度環境に置かれることに着目した。このように比較的高温環境に晒される傾向のある上流側のＮＯｘ触媒は、そこに含まれる金属成分による酸化能力が強く発現される可能性があり、その結果、当該ＮＯｘ触媒のＮＯｘ浄化能力が低下し得る。そこで、本願発明者は、上流側のＮＯｘ触媒における、金属成分による酸化能力を、下流側のＮＯｘ触媒と比べて相対的に低く設定することで、排気浄化装置としてのＮＯｘ浄化能力の維持を図ることとした。
【０００９】
具体的には、本願発明は、内燃機関の排気通路に排気の流れに沿って設けられ、アンモニアを還元剤としてＮＯｘを還元浄化する選択還元型ＮＯｘ触媒であって、酸化能力を発揮する所定の第一金属成分を含んで形成される上流側ＮＯｘ触媒と、前記排気通路において前記上流側ＮＯｘ触媒の下流側に設けられ、アンモニアを還元剤としてＮＯｘを還元浄化する選択還元型ＮＯｘ触媒であって、酸化能力を発揮する所定の第二金属成分を含んで形成される下流側ＮＯｘ触媒と、前記上流側ＮＯｘ触媒よりも上流側で、該触媒に流れ込む排気中にアンモニア又はアンモニアの前駆体を供給する還元剤供給部と、を備える、排気浄化装置である。そして、同一の温度条件下での前記所定の第一金属成分による前記上流側ＮＯｘ触媒での酸化能力が、前記所定の第二金属成分による前記下流側ＮＯｘ触媒での酸化能力より低くなるように設定される。
【００１０】
上記排気浄化装置においては、上流側ＮＯｘ触媒と下流側ＮＯｘ触媒が排気通路に直列に配置される。したがって、内燃機関からの排気は、上流側ＮＯｘ触媒、下流側ＮＯｘ触媒の順に流れ込むことになる。ここで、各ＮＯｘ触媒は、排気中のアンモニアを吸着し、それを還元剤としてＮＯｘを選択的に還元する。このＮＯｘ触媒で消費されるアンモニアは、還元剤供給部によって排気に供給されるアンモニア又はアンモニアの前駆体（例えば、尿素等）である。供給されるこれらのアンモニア等は、水溶液の状態で排気に供給されてもよく、また、気体の状態で排気に供給されてもよい。
【００１１】
ここで、選択還元型ＮＯｘ触媒である上流側ＮＯｘ触媒と下流側ＮＯｘ触媒には、触媒構成としてそれぞれ所定の第一金属成分と所定の第二金属成分がイオン交換金属として含まれている。これらの金属成分は酸化能力を有するものの、ＮＯｘ触媒全体としては還元能力が発揮されることで、ＮＯｘの還元浄化が行われることになる。なお、所定の第一金属成分と所定の第二金属成分は、同一の成分であってもよく、又は異なっているものでもよい。また、各金属成分は、複数の金属成分が混合されて形成されるものでもよく、又は単一の金属成分で形成されるものでもよい。すなわち、各金属成分については、排気浄化装置での上流側ＮＯｘ触媒及び下流側ＮＯｘ触媒のＮＯｘ浄化能力等を考慮して、適宜選択すればよい。
【００１２】
このように構成される内燃機関の排気浄化装置では、内燃機関からの排気は先ず上流側ＮＯｘ触媒に流れ込み、その後、下流側ＮＯｘ触媒に流れ込むことになる。そのため、上流側ＮＯｘ触媒の方が、比較的高温の排気に晒される温度環境下にある。特に、上流側ＮＯｘ触媒と下流側ＮＯｘ触媒との間の排気通路の容積が大きくなるほど、そこでの放熱が促進されるため下流側ＮＯｘ触媒の方がより低い温度環境下に置かれ、上流側ＮＯｘ触媒の温度環境と大きな差異が生じる。また、上流側ＮＯｘ触媒の上流側に、例えば、排気中の粒子状物質（ＰＭ）を捕集するためのフィルタが配置される場合、そこで捕集されたＰＭを酸化除去する際に生じる高温の排気が上流側ＮＯｘ触媒に流れ込むことになるため、やはり上流側ＮＯｘ触媒の方が、比較的高温の排気に晒される温度環境にある。このように比較的高い温度環境下に置かれる上流側ＮＯｘ触媒では、結果として触媒温度も比較的
高温となる傾向があり、上流側ＮＯｘ触媒に含まれる所定の第一金属成分による酸化能力がより強く発現されやすくなる。ＮＯｘ触媒において含有する金属成分の酸化能力が強くなることは、排気中のアンモニアを酸化させてＮＯｘ化を促進するため、好ましくない。
【００１３】
そこで、本願発明に係る内燃機関の排気浄化装置では、同一の温度条件下での所定の第一金属成分による上流側ＮＯｘ触媒での酸化能力が、所定の第二金属成分による下流側ＮＯｘ触媒での酸化能力より低くなるように設定される。このように特に上流側ＮＯｘ触媒での金属成分による酸化能力を相対的に低く設定することで、比較的高温の環境下に置かれる傾向のある上流側ＮＯｘ触媒での、触媒温度上昇に起因するアンモニアのＮＯｘ化によるＮＯｘ浄化能力の低下を抑制することができる。また、下流側ＮＯｘ触媒については、所定の第二金属成分による酸化能力は相対的に高く維持されているため、下流側ＮＯｘ触媒において排気中のＮＯをＮＯ２に酸化させる能力が、上流側ＮＯｘ触媒よりも高く維持されていることになる。この結果、ＮＯｘ触媒でのＮＯｘの還元浄化に有用なＮＯ２濃度を好適な状態に近付けやすくなるため、排気浄化装置としてのＮＯｘ浄化能力を向上させることが可能となる。
【発明の効果】
【００１４】
本願発明によれば、少なくとも２つの選択還元型ＮＯｘ触媒を直列に排気通路に配置して構成される排気浄化装置において、ＮＯｘ触媒の温度環境に影響されにくい好適なＮＯｘ浄化能力を発揮することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本願発明に係る内燃機関の排気浄化装置の概略構成を示す図である。
【図２】図１に示す排気浄化装置に設けられた酸化触媒における、触媒温度と該酸化触媒による酸化率との理論上の相関を示す図である。
【図３】図１に示す排気浄化装置に設けられた選択還元型ＮＯｘ触媒（ＮＯｘ触媒）における、触媒温度と該ＮＯｘ触媒によるＮＯｘ浄化率との相関を、該ＮＯｘ触媒に含まれる銅の質量パーセント濃度に対応して示した図である。
【図４】図１に示す排気浄化装置におけるＮＯｘ触媒温度、排気中のＮＯ２比率、ＮＯｘ触媒をスリップしたアンモニア濃度、ＮＯｘ浄化率の推移を示すタイムチャートの一例である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本願発明の具体的な実施形態について図面に基づいて説明する。本実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置等は、特に記載がない限りは発明の技術的範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。
【実施例１】
【００１７】
本願発明に係る内燃機関の排気浄化装置の実施例について、本願明細書に添付された図に基づいて説明する。図１は、本実施例に係る内燃機関の排気系に設けられた排気浄化装置の概略構成を示す図である。内燃機関１は車両駆動用のディーゼルエンジンである。ただし、本願発明に係る内燃機関は、ディーゼルエンジンに限られるものではなく、ガソリンエンジン等であってもよい。
【００１８】
図１に示す内燃機関１には排気通路２が接続されている。排気通路２には、排気中のＮＯｘをアンモニアを還元剤として選択還元する２つの選択還元型ＮＯｘ触媒（以下、単に「ＮＯｘ触媒」という）が、排気通路２に沿って直列に配置されている。具体的には、排気の流れに沿って上流側に上流側ＮＯｘ触媒５が配置され、更にその下流側に下流側ＮＯｘ触媒６が配置されている。両触媒の間には、上流側ＮＯｘ触媒５から流出した排気が放熱して下流側ＮＯｘ触媒６に流れ込む程度の空間が形成されている。すなわち、上流側Ｎ
Ｏｘ触媒５と下流側ＮＯｘ触媒６は、それぞれ個別に形成されたＮＯｘ触媒であって、アンモニアによるＮＯｘ還元浄化能を有するものである。そして、各ＮＯｘ触媒５、６において還元剤として作用するアンモニアを生成するために、尿素タンク８に貯留されている、アンモニアの前駆体である尿素水が、上流側ＮＯｘ触媒５の上流側に位置する供給弁７によって排気中に供給される。供給弁７から供給された尿素水が排気の熱で加水分解されて、アンモニアが生成され、当該アンモニアが順次、上流側ＮＯｘ触媒５、下流側ＮＯｘ触媒６に流れ込み、各ＮＯｘ触媒に吸着することで、アンモニアと排気中のＮＯｘとの還元反応が生じ、ＮＯｘの浄化が行われる。本実施例では、上記の通り供給弁７から尿素水が供給されるが、それに代えて、アンモニア又はアンモニア水を直接排気に供給してもよい。なお、図１には示されていないが、下流側ＮＯｘ触媒６の下流側に、そこからスリップしてくるアンモニアを酸化するための酸化触媒（以下、「ＡＳＣ触媒」）が設けられてもよい。
【００１９】
更に、上流側ＮＯｘ触媒５および供給弁７の上流側に、酸化機能を有する酸化触媒３および排気中の粒子状物質を捕集するフィルタ４が設けられている。酸化触媒３は、排気中に含まれる燃料成分を酸化し排気温度を上昇させ、その昇温された排気が流れ込むことで、フィルタ４に捕集された粒子状物質を酸化除去することが可能である。なお、酸化触媒３による排気昇温は、内燃機関１における燃焼条件を制御することで排気中の燃料成分（未燃成分）を調整し、酸化触媒３による燃料成分の酸化を促すことで行われる。また、これに代えて、酸化触媒３の上流側に、排気を介して酸化触媒３に内燃機関１の燃料を供給可能な燃料供給弁を配置してもよい。
【００２０】
また、上流側ＮＯｘ触媒５の上流側には、上流側ＮＯｘ触媒５に流れ込む排気中のＮＯｘを検出するＮＯｘセンサ１０が設けられ、上流側ＮＯｘ触媒５と下流側ＮＯｘ触媒６の間の空間であって上流側ＮＯｘ触媒５の下流側には、当該空間の排気中のＮＯｘを検出するＮＯｘセンサ１２が設けられ、下流側ＮＯｘ触媒６の下流側には、そこから流れ出る排気中のＮＯｘを検出するＮＯｘセンサ１１が設けられている。そして、内燃機関１には電子制御ユニット（ＥＣＵ）２０が併設されており、該ＥＣＵ２０は内燃機関１の運転状態や排気浄化装置等を制御するユニットである。ＥＣＵ２０には、上述したＮＯｘセンサ１０、１１、１２の他、クランクポジションセンサ２１及びアクセル開度センサ２２が電気的に接続され、各センサの検出値がＥＣＵ２０に渡される。したがって、ＥＣＵ２０は、排気通路２の各部位を流れる排気中のＮＯｘ濃度や、クランクポジションセンサ２１の検出に基づく機関回転数や、アクセル開度センサ２２の検出に基づく機関負荷等の内燃機関１の運転状態を把握可能である。
【００２１】
なお、本実施例では、上流側ＮＯｘ触媒５に流れ込む排気中のＮＯｘ濃度はＮＯｘセンサ１０によって検出可能であるが、その態様に代えて、内燃機関１から排出される排気（上流側ＮＯｘ触媒５によって浄化される前の排気）に含まれるＮＯｘ濃度は、内燃機関の運転状態と関連性を有することから、上記内燃機関１の運転状態、例えば、図示しない吸気通路に設けられたエアフローメータによって検出される吸入空気量や内燃機関１での燃料噴射量等に基づいて当該ＮＯｘ濃度を推定することで、ＮＯｘセンサ１０の設置を省略することもできる。
【００２２】
そして、内燃機関１が運転状態にある場合には、ＮＯｘセンサ１０によって検出される排気中のＮＯｘ濃度に応じて、ＥＣＵ２０は供給弁７に指示を出し、ＮＯｘの還元浄化に必要な量の尿素水が排気中に供給される。詳細には、以下の式１で決定される上流側ＮＯｘ触媒５および下流側ＮＯｘ触媒６による全体のＮＯｘ浄化率が、所定の範囲（例えば、エミッションにおけるＮＯｘ濃度が既定の規制値以下となる浄化率の範囲）に収まるように、供給弁７からの尿素水供給が制御される。
全体のＮＯｘ浄化率  ＝  １−（ＮＯｘセンサ１１の検出値）／（ＮＯｘセンサ１０の
検出値）  ・・・（式１）
なお、各ＮＯｘ触媒５、６が活性された状態にない場合には、供給された尿素水を用いてのＮＯｘ浄化を効果的に行えないことから、供給弁７からの尿素水供給は、推定される各ＮＯｘ触媒４の温度が、該触媒が活性状態にある所定温度以上となっている場合に行われる。
【００２３】
ここで、選択還元型ＮＯｘ触媒であるＮＯｘ触媒５、６においては、一般には、アンモニア等の還元剤が存在する環境下では、触媒の還元作用により排気中のＮＯｘが還元浄化され、その還元反応として以下の３つの反応式が挙げられる。
４ＮＯ＋４ＮＨ３＋Ｏ２→４Ｎ２＋６Ｈ２Ｏ・・・（式２）
２ＮＨ３＋２ＮＯ２→Ｎ２＋ＮＨ４ＮＯ３＋Ｈ２Ｏ・・・（式３）
ＮＯ＋ＮＯ２＋２ＮＨ３→２Ｎ２＋３Ｈ２Ｏ・・・（式４）
これらのＮＯｘの還元反応の中で、ＮＯｘ触媒５、６の触媒温度が好適な活性状態にある場合には、式４で示す還元反応が支配的に行われる。式４で示される反応によれば、理論的にはＮＯとＮＯ２とが等しい量だけ還元される。つまり、式４で示す反応では、ＮＯとＮＯ２との比が１対１のとき、すなわちＮＯ２比率（本出願においては、排気中のＮＯｘにおいてＮＯ２が占める割合）が５０％のときに、ＮＯｘ触媒５、６によるＮＯｘの還元効率が最大となる。
【００２４】
ここで、上流側ＮＯｘ触媒５および下流側ＮＯｘ触媒６は、それらに流れ込む排気の温度に影響されてその触媒温度が推移する。図１に示す排気系の構成では、内燃機関１からの排気は、まず上流側ＮＯｘ触媒５に流れ込んだ後に下流側ＮＯｘ触媒６に流れ込み、また、上流側ＮＯｘ触媒５と下流側ＮＯｘ触媒６との間には、排気からの放熱が促進される程度の空間が形成されている。その結果、上流側ＮＯｘ触媒５の触媒温度は、下流側ＮＯｘ触媒６の触媒温度より高くなる傾向がある。例えば、フィルタ４に捕集された粒子状物質を酸化除去するために、排気を介して内燃機関１から酸化触媒３に燃料成分が供給されると、そこで昇温された排気はフィルタ４に流れ込み、粒子状物質を酸化させた後に、上流側ＮＯｘ触媒５に流れ込む。そのため、上流側ＮＯｘ触媒５は、比較的高温の温度環境に晒される環境下にある。一方で、そのような高温の排気が上流側ＮＯｘ触媒５に流れ込んでいる場合であっても、ＮＯｘ触媒５、６間の空間において排気からの放熱が促進されるため、下流側ＮＯｘ触媒６が置かれる温度環境は、上流側ＮＯｘ触媒５の温度環境よりも低温側のものとなる。
【００２５】
このように排気通路２において直列に配置されたＮＯｘ触媒５、６を有する排気浄化装置においては、各ＮＯｘ触媒が置かれる温度環境が異なっている。ここで、各ＮＯｘ触媒５、６はゼオライトを含み、ゼオライトの一部が銅や鉄等の金属とイオン交換されて形成されている。これらのイオン交換金属自体は酸化能力を有しており、その酸化能力により排気中のＮＯをＮＯ２に変換し、排気中のＮＯ２比率を高め、上記式４に従った還元反応を促進させることが可能となる。一方で、ＮＯｘ触媒の触媒温度が、上記式４による還元反応が好適に行われる温度範囲を超えて上昇していくと、ＮＯｘ触媒による還元作用が低下し、且つ、上記イオン交換金属による酸化能力が顕著になっていく。このため、ＮＯｘ触媒においてＮＯｘ還元のために供給されたアンモニアが、その顕著となった酸化能力により酸化されてＮＯｘが生成されることになり、結果として、ＮＯｘ触媒によるＮＯｘ浄化率が低下してしまう。
【００２６】
このようなＮＯｘ触媒５、６における温度依存の特性を踏まえ、本願発明に係る内燃機関１の排気浄化装置では、上流側ＮＯｘ触媒５と下流側ＮＯｘ触媒６にそれぞれ含有されているイオン交換金属による、各ＮＯｘ触媒での酸化能力が異なるように設計されている。具体的には、比較的高温の温度環境下に置かれる上流側ＮＯｘ触媒５でのイオン交換金属による酸化能力が、下流側ＮＯｘ触媒６でのイオン交換金属による酸化能力よりも低く
なるように、各ＮＯｘ触媒のイオン交換金属の量やイオン交換金属の種類が調整される。なお、ＮＯｘ触媒での酸化能力は、その触媒温度の影響を強く受けることを踏まえ、上記比較は、上流側ＮＯｘ触媒５と下流側ＮＯｘ触媒６の触媒温度が同一の温度環境に置かれた場合を想定したものである。そして、より具体的な酸化能力の調整としては、例えば、上流側ＮＯｘ触媒５におけるイオン交換金属（例えば、銅）の含有量を、下流側ＮＯｘ触媒６におけるイオン交換金属（例えば、同じく銅）の含有量よりも少なく調整してもよい。また、別法として、上流側ＮＯｘ触媒５におけるイオン交換金属を銅より酸化能力の低い鉄とし、下流側ＮＯｘ触媒６におけるイオン交換金属を銅とし、各触媒でのイオン交換金属の含有量を同程度としてもよい。また、イオン交換金属として、銅より酸化能力が高いマンガンを下流側ＮＯｘ触媒６に採用することもでき、この場合、上流側ＮＯｘ触媒５には、鉄又は銅をイオン交換金属として採用し得る。また、両ＮＯｘ触媒においてイオン交換金属の種類およびその含有量を調整することで、各ＮＯｘ触媒での酸化能力を調整してもよい。また、各ＮＯｘ触媒に含有されるイオン交換金属の種類は複数であってもよい。
【００２７】
このように、排気通路２に直列に配置される上流側ＮＯｘ触媒５と下流側ＮＯｘ触媒６において含有されるイオン交換金属による各ＮＯｘ触媒での酸化能力に違いを設けることで、比較的高温の温度環境に置かれる上流側ＮＯｘ触媒５において発現する酸化能力を低く抑えることが可能となり、以て、当該酸化能力によるアンモニアのＮＯｘ化を抑制することができる。一方で、下流側ＮＯｘ触媒６におけるイオン交換金属によるＮＯｘ触媒としての酸化能力は、相対的に高く維持されているため、上述したＮＯからＮＯ２への置換能力は下流側ＮＯｘ触媒６で確保されており、上記式４に従ったＮＯｘの還元反応は維持されることになる。
【００２８】
ここで、以上のように上流側ＮＯｘ触媒５の酸化能力が相対的に低く調整された本願発明に係る排気浄化装置における、向上されたＮＯｘ浄化能力について、図２〜図４に基づいて詳細に説明する。図２は、酸化触媒３における触媒温度とその酸化能力である酸化率（本実施例では、排気中のＮＯをＮＯ２に酸化する比率である）との相関を示す図である。このように酸化触媒３による酸化率は、その触媒温度に大きく依存し、触媒温度が２００度近傍の場合には酸化率が概ね１００％に近くなるが、フィルタ４に捕集された粒子状物質の酸化除去を行うフィルタ再生時のように触媒温度が高温となる場合（例えば、５００度を超える場合）、その酸化率が大きく低下する。
【００２９】
したがって、フィルタ再生時のように酸化触媒３の触媒温度が高温となる場合には、酸化触媒３によるＮＯ２への変換効率が大きく低下するため、排気中のＮＯ２比率が式４に従う最適値（５０％）に到達するのが困難となる。また、上流側ＮＯｘ触媒５では、フィルタ再生時には比較的高温の排気が流れ込むため、その触媒温度が上昇してくる。しかし、上記のとおり、上流側ＮＯｘ触媒５でのイオン交換金属による酸化能力は相対的に小さくなるように設計されるため、上流側ＮＯｘ触媒５においても排気中のＮＯ２比率を効率的に上昇させることは困難な状態にある。
【００３０】
一方で、下流側ＮＯｘ触媒６にはイオン交換金属による酸化能力が相対的に大きくなるように設計されるため、下流側ＮＯｘ触媒６においては、排気中のＮＯ２比率を効率的に上昇させることが可能である。特に、酸化触媒３および上流側ＮＯｘ触媒５でのＮＯ２比率上昇が難しい状況下においては、式４に従うＮＯｘの還元反応が進行すると、常にＮＯ２が理論値（すなわち、式４の還元反応を維持するために必要な値）に対して不足している状態となる。そのため、イオン交換金属による酸化能力が相対的に大きく維持されている下流側ＮＯｘ触媒６では、排気中のＮＯの酸化が促進され、ＮＯ２比率が上昇し、結果としてＮＯｘ浄化率が好適に維持されることになる。
【００３１】
ここで、図３に、ＮＯｘ触媒６の触媒温度とＮＯｘ浄化率の相関を、ＮＯｘ触媒６に含有されるイオン交換金属である銅の質量パーセント濃度（ｗｔ％）ごとに示す。具体的には、線Ｌ１は銅が０ｗｔ％のときの相関を示し、線Ｌ２は銅が２．５ｗｔ％のときの相関を示し、線Ｌ３は銅が３．５ｗｔ％のときの相関を示し、線Ｌ４は銅が５．５ｗｔ％のときの相関を示している。このようにＮＯｘ触媒６中の銅の質量パーセント濃度が０ｗｔ％であれば、触媒温度にかかわらず十分なＮＯｘ浄化は困難であるが、例えば２．５ｗｔ％以上の銅がＮＯｘ触媒６に含有されていれば、フィルタ再生時において想定される下流側ＮＯｘ触媒６の触媒温度（例えば、３００〜４００度）では好適なＮＯｘ浄化率を確保することが可能となる。
【００３２】
次に、図４に、図１に示す排気浄化装置において内燃機関１が一例としての所定の運転を行った時の、（ａ）触媒温度の推移、（ｂ）ＮＯ２比率の推移、（ｃ）スリップアンモニア濃度の推移、（ｄ）ＮＯｘ浄化率の推移を示す。より具体的には、図４（ａ）では、線Ｌａ１は上流側ＮＯｘ触媒５の触媒温度を表し、線Ｌａ２は下流側ＮＯｘ触媒６の触媒温度を表し、線Ｌａ３は酸化触媒３の触媒温度を表している。また、図４（ｂ）では、線Ｌｂ１は上流側ＮＯｘ触媒５から流出する排気中のＮＯ２比率を表し、線Ｌｂ２は酸化触媒３から流出する排気中のＮＯ２比率を表している。また、図４（ｃ）では、線Ｌｃ１は、本願発明のようにイオン交換金属による酸化能力が相対的に低く設定された場合の、上流側ＮＯｘ触媒５をスリップしたアンモニア濃度を表し、線Ｌｃ２は、従来技術のようにイオン交換金属による酸化能力を上流側ＮＯｘ触媒５と下流側ＮＯｘ触媒６で同等とした場合の、上流側ＮＯｘ触媒５をスリップしたアンモニア濃度を表し、線Ｌｃ３は、下流側ＮＯｘ触媒６をスリップしたアンモニア濃度を表している。また、図４（ｄ）では、線Ｌｄ１、Ｌｄ３、Ｌｄ５は、それぞれ、本願発明のようにイオン交換金属による酸化能力が相対的に低く設定された場合の、上流側ＮＯｘ触媒５によるＮＯｘ浄化率、下流側ＮＯｘ触媒６によるＮＯｘ浄化率、両ＮＯｘ触媒５、６による合計のＮＯｘ浄化率を表しており、線Ｌｄ２、Ｌｄ４、Ｌｄ６は、それぞれ、従来技術のようにイオン交換金属による酸化能力を上流側ＮＯｘ触媒５と下流側ＮＯｘ触媒６で同等とした場合の、上流側ＮＯｘ触媒５によるＮＯｘ浄化率、下流側ＮＯｘ触媒６によるＮＯｘ浄化率、両ＮＯｘ触媒５、６による合計のＮＯｘ浄化率を表している。
【００３３】
内燃機関１が所定の運転を行ったとき、排気が酸化触媒３、上流側ＮＯｘ触媒５、下流側ＮＯｘ触媒６と順次流れ込むことで、図４（ａ）に示すように各触媒とも触媒温度は上昇していくが、排気が流れ込む順等の理由により、同時期の触媒温度は、酸化触媒３、上流側ＮＯｘ触媒５、下流側ＮＯｘ触媒６の順で高くなっている。ここで、図２に示す酸化触媒３の温度特性により、線Ｌｂ２で示すように、酸化触媒３から流出する排気中のＮＯ２比率は、酸化触媒３の触媒温度が所定温度を過ぎると次第に低下していく。この結果、排気中のＮＯ２は、上流側ＮＯｘ触媒５での式４に従った還元反応で消費されてしまい、線Ｌｂ１で示すように、上流側ＮＯｘ触媒５から流出する排気中のＮＯ２比率は極めて低いままである。
【００３４】
このように触媒温度および排気中のＮＯ２比率が推移する場合の、各触媒によるＮＯｘ浄化率の推移が図４（ｄ）に示される。比較的高温の温度環境に置かれる上流側ＮＯｘ触媒５においては、線Ｌｄ１および線Ｌｄ２を比較すると理解できるように、イオン交換金属による酸化能力を相対的に低く設定することで、アンモニアのＮＯｘ化が抑制され、上流側ＮＯｘ触媒５としてのＮＯｘ浄化率を向上させることができる。また、比較的低温の温度環境に置かれる下流側ＮＯｘ触媒６においては、線Ｌｄ３および線Ｌｄ４を比較すると理解できるように、線Ｌｂ１に示す上流側からのＮＯ２の供給量低下の影響を受けて下流側ＮＯｘ触媒６としてのＮＯｘ浄化率が低下する（線Ｌｄ３を参照）。しかし、上記のとおり、下流側ＮＯｘ触媒６でのイオン交換金属による酸化能力は維持されているため、そこでのＮＯ２生成が促進され、下流側ＮＯｘ触媒６としてのＮＯｘ浄化率の低下量は小
さく抑えられている。なお、下流側ＮＯｘ触媒６は比較的低温の温度環境に置かれるため、上流側ＮＯｘ触媒５の触媒温度が比較的高温となる時期では、下流側ＮＯｘ触媒６のＮＯｘ浄化率は、低下しながらも上流側ＮＯｘ触媒５のＮＯｘ浄化率よりは高い状態となる。
【００３５】
以上より、線Ｌｄ５および線Ｌｄ６を比較すると理解できるように、本発明に係る構成、すなわち上流側ＮＯｘ触媒５でのイオン交換金属による酸化能力を相対的に低く設定する構成を採用することで、上流側ＮＯｘ触媒５と下流側ＮＯｘ触媒６とを含めた排気浄化装置としての全体のＮＯｘ浄化率は向上することになる（線Ｌｄ５を参照）。
【００３６】
なお、各ＮＯｘ触媒をスリップしたアンモニアについては、図４（ｃ）の線Ｌｃ１と線Ｌｃ２を比べると理解できるように、上流側ＮＯｘ触媒５の触媒温度が比較的高温となっている場合には、本発明に係る上流側ＮＯｘ触媒５をスリップしたアンモニア濃度の方が相対的に高くなっている。これは、当該上流側ＮＯｘ触媒５では、イオン交換金属による酸化能力が低く設定されているため、アンモニアのＮＯｘ化が阻害され、その結果、アンモニアのスリップ量が多くなっていることによる。なお、上流側ＮＯｘ触媒５でのイオン交換金属による酸化能力が低くされていても、下流側ＮＯｘ触媒６でのイオン交換金属による酸化能力は高く維持されているため、線Ｌｃ３に示すように、最終的に下流側ＮＯｘ触媒６をスリップしたアンモニア濃度は低く維持される。
【符号の説明】
【００３７】
１    内燃機関
２    排気通路
３    酸化触媒
４    フィルタ
５    上流側ＮＯｘ触媒
６    下流側ＮＯｘ触媒
７    供給弁
１０、１１、１２  ＮＯｘセンサ
２０  ＥＣＵ
２１  クランクポジションセンサ
２２  アクセル開度センサ
【図１】
2015078629.tif 000003
【図２】
2015078629.tif 000004
【図３】
2015078629.tif 000005
【図４】
2015078629.tif 000006