(57)【要約】【課題】選択還元型ＮＯｘ浄化触媒を用いたディーゼル機関において、広範な温度領域に亘り少量のＨＣで効果的にＮＯｘを浄化させることができるディーゼル機関の排気浄化装置を提供する。【解決手段】選択還元型ＮＯｘ浄化触媒（４０）は、第一所定温度近傍で酸化性能が高くかつ第一所定温度よりも低温側で還元性能のピークを有する貴金属を適用させた低温型ＮＯｘ浄化触媒（４２）と、低温型ＮＯｘ浄化触媒の貴金属に比して第一所定温度で酸化性能が低い一方、第一所定温度よりも高温の第二所定温度近傍で酸化性能が高くかつ第二所定温度よりも低温側であって第一所定温度よりも高温側で還元性能のピークを有する貴金属を適用させた中温型ＮＯｘ浄化触媒（４１）とから構成され、中温型ＮＯｘ浄化触媒（４１）は、低温型ＮＯｘ浄化触媒（４２）の上流側に直列に配置される。【選択図】      図１
2004293398.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
リーン空燃比運転時に触媒表面に接触するＮＯｘを選択的に捉えて還元させる選択還元型ＮＯｘ浄化触媒を機関の排気管に配設させたディーゼル機関の排気浄化装置において、
前記選択還元型ＮＯｘ浄化触媒は、第一所定温度近傍で酸化性能が高くかつ該第一所定温度よりも低温側で還元性能のピークを有する貴金属を適用させた低温型ＮＯｘ浄化触媒と、該低温型ＮＯｘ浄化触媒の貴金属に比して前記第一所定温度で酸化性能が低い一方、前記第一所定温度よりも高温の第二所定温度近傍で酸化性能が高くかつ該第二所定温度よりも低温側であって前記第一所定温度よりも高温側で還元性能のピークを有する貴金属を適用させた中温型ＮＯｘ浄化触媒とから構成され、
該中温型ＮＯｘ浄化触媒は、前記低温型ＮＯｘ浄化触媒の上流側に直列に配置されることを特徴とするディーゼル機関の排気浄化装置。
【請求項２】
リーン空燃比運転時に触媒表面に接触するＮＯｘを選択的に捉えて還元させる選択還元型ＮＯｘ浄化触媒を機関の排気管に配設させたディーゼル機関の排気浄化装置において、
前記選択還元型ＮＯｘ浄化触媒は、所定温度近傍で酸化性能が高くかつ該所定温度よりも低温側で還元性能のピークを有する貴金属を適用させた中低温型ＮＯｘ浄化触媒と、該貴金属に比して前記所定温度で酸化性能が低くかつ該所定温度よりも高温側で還元性能のピークを有する遷移金属を適用させた高温型ＮＯｘ浄化触媒とから構成され、
該高温型ＮＯｘ浄化触媒は、前記中低温型ＮＯｘ浄化触媒の上流側に直列に配置されることを特徴とするディーゼル機関の排気浄化装置。
【請求項３】
前記中低温型ＮＯｘ浄化触媒は、前記所定温度のうち第一所定温度近傍で酸化性能が高くかつ該第一所定温度よりも低温側で還元性能のピークを有する貴金属を適用させた低温型ＮＯｘ浄化触媒と、該低温型ＮＯｘ浄化触媒の貴金属に比して前記第一所定温度で酸化性能が低い一方、前記所定温度のうち前記第一所定温度よりも高温の第二所定温度近傍で酸化性能が高くかつ該第二所定温度よりも低温側であって前記第一所定温度よりも高温側で還元性能のピークを有する貴金属を適用させた中温型ＮＯｘ浄化触媒とから構成され、
該中温型ＮＯｘ浄化触媒は、前記低温型ＮＯｘ浄化触媒の上流側に直列に配置されることを特徴とする請求項２記載のディーゼル機関の排気浄化装置。
【請求項４】
リーン空燃比運転時に触媒表面に接触するＮＯｘを選択的に捉えて還元させる選択還元型ＮＯｘ浄化触媒を機関の排気管に配設させたディーゼル機関の排気浄化装置において、
前記選択還元型ＮＯｘ浄化触媒は、所定温度近傍で酸化性能が高くかつ該所定温度よりも低温側で還元性能のピークを有する貴金属を適用させた低温型ＮＯｘ浄化触媒と、該貴金属に比して前記所定温度で酸化性能が低くかつ該所定温度よりも高温側で還元性能のピークを有する遷移金属を適用させた高温型ＮＯｘ浄化触媒とから構成され、
該高温型ＮＯｘ浄化触媒は、前記低温型ＮＯｘ浄化触媒の上流側に直列に配置されることを特徴とするディーゼル機関の排気浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ディーゼル機関の排気浄化装置に係り、詳しくは、広範な温度領域にてＮＯｘを選択的に還元浄化させるディーゼル機関の排気浄化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＮＯｘ（窒素酸化物）の低減技術は、リーン空燃比運転時の排ガス中に生ずるＮＯｘの低減を図るものであり、このＮＯｘの低減には、リーンＮＯｘ触媒を用いることが一般に知られている。
リーンＮＯｘ触媒には、吸蔵型ＮＯｘ浄化触媒と選択還元型ＮＯｘ浄化触媒とがある。吸蔵型ＮＯｘ浄化触媒とは、酸化雰囲気においてＮＯｘを一旦吸蔵させ、ＨＣ（炭化水素）、ＣＯ（一酸化炭素）の存在する還元雰囲気においてＮＯｘをＮ２（窒素）等に還元させる機能を有するものである。これに対し、選択還元型ＮＯｘ浄化触媒とは、ＨＣ、ＣＯの存在する酸化雰囲気において触媒表面に接触したＮＯｘを選択的に捉えてＮ２等に還元させる機能を有するものである。
【０００３】
ここで、選択還元型ＮＯｘ浄化触媒を用いて機関の広い温度領域に亘ってＮＯｘを低減させる排ガス浄化装置の技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
当該装置では、酸化触媒体と、該酸化触媒体の下流側の還元触媒体と、酸化触媒体と還元触媒体との間に備えられたＨＣ供給手段とが機関の排気管にそれぞれ設けられ、還元触媒体に対してＨＣを供給し、酸化触媒体で転化されたＮＯ２を還元触媒体でＮ２に転化させる。これにより、ＮＯｘの低減を図ることができる。
【０００４】
また、選択還元型ＮＯｘ浄化触媒にてＮＯｘを低減させる技術の他の一例として、排気浄化用触媒システムの技術が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
当該システムでは、貴金属系触媒と、該貴金属系触媒の下流側の遷移金属系触媒とから構成され、貴金属系触媒ではＣＯ、ＨＣが浄化されるとともにＮＯがＮＯ２に転化され、遷移金属系触媒でＮＯに還元される。これにより、ＮＯｘのうちＮＯ２を優先的に規制することができる。
【０００５】
【特許文献１】
特開平１０−１１８４５４号公報（段落番号０００６〜００１６、図２等）
【特許文献２】
特許第３３１１３７０号公報（段落番号０００７〜００１１、図１等）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、ディーゼル機関は、ガソリン機関とは異なり、空気のみを気筒内に吸入させて圧縮した高温空気中の燃料噴射で自己着火させることから、殆どの運転領域がリーン空燃比で行われる。つまり、ディーゼル機関では、ガソリン機関のようにリッチ空燃比で運転させるには、複雑な制御が必要となって容易ではない。
【０００７】
よって、このディーゼル機関の排気管において上流側に貴金属系の酸化触媒体を配置し、この酸化触媒体の下流側に遷移金属系の還元触媒体を配置させると、下流側の還元触媒体にてＮＯｘを浄化させるのに必要なＨＣが上流側の酸化触媒体で既に酸化され、このままでは還元触媒体でＮＯｘを浄化させることができないとの問題がある。また、この場合に既に酸化されてしまったＨＣを補うべくＨＣを別途供給させると、燃費の悪化が生じてしまうとの問題がある。
【０００８】
このように、上記従来の排気浄化用触媒システムの技術の如く、貴金属系触媒の下流側に遷移金属系触媒を配置させる構成では、貴金属系触媒が遷移金属系触媒によるＮＯｘ浄化作用を妨害してしまい、また、上記従来の排ガス浄化装置の技術の如く、還元触媒体の上流側にＨＣ供給手段を備える構成では、燃費の悪化が生じてしまい、上記従来の技術は、いずれも少量のＨＣでＮＯｘを浄化させる点については依然として課題が残されている。
【０００９】
本発明は、このような課題に鑑みてなされたもので、選択還元型ＮＯｘ浄化触媒を用いたディーゼル機関において、広範な温度領域に亘り少量のＨＣで効果的にＮＯｘを浄化させることができるディーゼル機関の排気浄化装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するべく、請求項１記載のディーゼル機関の排気浄化装置は、リーン空燃比運転時に触媒表面に接触するＮＯｘを選択的に捉えて還元させる選択還元型ＮＯｘ浄化触媒を機関の排気管に配設させたディーゼル機関の排気浄化装置であって、選択還元型ＮＯｘ浄化触媒は、第一所定温度近傍で酸化性能が高くかつ第一所定温度よりも低温側で還元性能のピークを有する貴金属を適用させた低温型ＮＯｘ浄化触媒と、低温型ＮＯｘ浄化触媒の貴金属に比して第一所定温度で酸化性能が低い一方、第一所定温度よりも高温の第二所定温度近傍で酸化性能が高くかつ第二所定温度よりも低温側であって第一所定温度よりも高温側で還元性能のピークを有する貴金属を適用させた中温型ＮＯｘ浄化触媒とから構成され、中温型ＮＯｘ浄化触媒は、低温型ＮＯｘ浄化触媒の上流側に直列に配置されることを特徴としている。
【００１１】
このように、請求項１記載のディーゼル機関の排気浄化装置では、酸化性能と還元性能とは相反関係がある一方、貴金属は、酸化性能が低くなる条件、すなわち、酸化性能の高い温度域よりも低温側の温度域では、還元性能の高いピークを有するとの性質を備えていることに着目し、ＮＯｘ浄化活性における排ガスの作動温度帯のピークが低温域と中温域とに存在するような異なるＮＯｘ浄化触媒を組み合わせ、つまり、中温型ＮＯｘ浄化触媒は、第一所定温度で低温型ＮＯｘ浄化触媒よりも酸化性能が低いことから、低温型ＮＯｘ浄化触媒よりも上流側に配置させる。これにより、低温型ＮＯｘ浄化触媒によるＮＯｘ浄化作用が妨害されることなく、ディーゼル機関の低温から中温の広範な温度領域において、排ガス中のＮＯｘ浄化効率が少量のＨＣで向上する。
【００１２】
しかも、ディーゼル機関に対してリッチ運転を行うことによる複雑なエンジン制御が不要になるので、現有のディーゼル機関の排ガス後処理システムとして適用可能になる。
なお、低温型ＮＯｘ浄化触媒の貴金属には、Ｐｔ（白金）のみ或いはＰｔ及びＰｄ（パラジウム）を適用することが好ましく、中温型ＮＯｘ浄化触媒の貴金属には、Ｒｈ（ロジウム）のみ或いはＲｈ及びＰｔを適用することが好ましい。
【００１３】
さらに、請求項２記載のディーゼル機関の排気浄化装置では、リーン空燃比運転時に触媒表面に接触するＮＯｘを選択的に捉えて還元させる選択還元型ＮＯｘ浄化触媒を機関の排気管に配設させたディーゼル機関の排気浄化装置であって、選択還元型ＮＯｘ浄化触媒は、所定温度近傍で酸化性能が高くかつ所定温度よりも低温側で還元性能のピークを有する貴金属を適用させた中低温型ＮＯｘ浄化触媒と、貴金属に比して所定温度で酸化性能が低くかつ所定温度よりも高温側で還元性能のピークを有する遷移金属を適用させた高温型ＮＯｘ浄化触媒とから構成され、高温型ＮＯｘ浄化触媒は、中低温型ＮＯｘ浄化触媒の上流側に直列に配置されることを特徴としている。
【００１４】
すなわち、請求項２記載のディーゼル機関の排気浄化装置では、ＮＯｘ浄化活性における作動温度帯のピークが中低温域と高温域とに存在するような異なるＮＯｘ浄化触媒を組み合わせ、つまり、高温型ＮＯｘ浄化触媒は、中低温型ＮＯｘ浄化触媒よりも酸化性能が低いことから、中低温型ＮＯｘ浄化触媒よりも上流側に配置させる。これにより、中低温型ＮＯｘ浄化触媒によるＮＯｘ浄化作用が妨害されることなく、ディーゼル機関の中低温から高温の広範な温度領域において、排ガス中のＮＯｘ浄化効率が少量のＨＣで向上する。
【００１５】
また、この場合にも現有のディーゼル機関の排ガス後処理システムとして適用可能になる。
なお、高温型ＮＯｘ浄化触媒には、Ｃｕ（銅）、Ａｇ（銀）、Ａｕ（金）、Ｉｒ（イリジウム）のうち、少なくともいずれかの遷移金属を適用することが好ましい。
【００１６】
また、請求項３記載の発明では、中低温型ＮＯｘ浄化触媒は、中低温型ＮＯｘ浄化触媒は、所定温度のうち第一所定温度近傍で酸化性能が高くかつ第一所定温度よりも低温側で還元性能のピークを有する貴金属を適用させた低温型ＮＯｘ浄化触媒と、低温型ＮＯｘ浄化触媒の貴金属に比して第一所定温度で酸化性能が低い一方、所定温度のうち第一所定温度よりも高温の第二所定温度近傍で酸化性能が高くかつ第二所定温度よりも低温側であって第一所定温度よりも高温側で還元性能のピークを有する貴金属を適用させた中温型ＮＯｘ浄化触媒とから構成され、中温型ＮＯｘ浄化触媒は、低温型ＮＯｘ浄化触媒の上流側に直列に配置されることを特徴としている。
【００１７】
すなわち、ＮＯｘ浄化活性における作動温度帯のピークが低温域と中温域と高温域とに存在するような異なるＮＯｘ浄化触媒を組み合わせ、つまり、中温型ＮＯｘ浄化触媒は、第一所定温度で低温型ＮＯｘ浄化触媒よりも酸化性能が低いことから、低温型ＮＯｘ浄化触媒よりも上流側に配置させる。これにより、高温型ＮＯｘ浄化触媒が中温型ＮＯｘ浄化触媒よりも上流側に配置されていることをも加え、中温型ＮＯｘ浄化触媒によるＮＯｘ浄化作用、及び低温型ＮＯｘ浄化触媒によるＮＯｘ浄化作用がいずれも妨害されることなく、ディーゼル機関の低温から高温のより広範な運転領域において、排ガス中のＮＯｘ浄化効率が少量のＨＣで向上する。
【００１８】
さらに、請求項４記載のディーゼル機関の排気浄化装置では、リーン空燃比運転時に触媒表面に接触するＮＯｘを選択的に捉えて還元させる選択還元型ＮＯｘ浄化触媒を機関の排気管に配設させたディーゼル機関の排気浄化装置であって、選択還元型ＮＯｘ浄化触媒は、所定温度近傍で酸化性能が高くかつ所定温度よりも低温側で還元性能のピークを有する貴金属を適用させた低温型ＮＯｘ浄化触媒と、貴金属に比して所定温度で酸化性能が低くかつ所定温度よりも高温側で還元性能のピークを有する遷移金属を適用させた高温型ＮＯｘ浄化触媒とから構成され、高温型ＮＯｘ浄化触媒は、低温型ＮＯｘ浄化触媒の上流側に直列に配置されることを特徴としている。
【００１９】
すなわち、請求項４記載のディーゼル機関の排気浄化装置では、ＮＯｘ浄化活性における作動温度帯のピークが低温域と高温域とに存在するような異なるＮＯｘ浄化触媒を組み合わせ、つまり、高温型ＮＯｘ浄化触媒は、低温型ＮＯｘ浄化触媒よりも酸化性能が低いことから、低温型ＮＯｘ浄化触媒よりも上流側に配置させる。これにより、低温型ＮＯｘ浄化触媒によるＮＯｘ浄化作用が妨害されることなく、ディーゼル機関の低温から高温の広範な温度領域において、排ガス中のＮＯｘ浄化効率が少量のＨＣで向上する。
【００２０】
また、この場合にも現有のディーゼル機関の排ガス後処理システムとして適用可能になる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、図面により本発明の実施形態について説明する。
図１は、本発明の第一の実施形態に係る排気浄化装置に適用される多気筒のディーゼル機関（以下、単にエンジンという）１を備えたシステム構成図を示しており、以下図１に基づき本発明に係るディーゼル機関の排気浄化装置の構成を説明する。
【００２２】
同図に示すように、エンジン１の各気筒２には、例えば、列型、分配型又はコモンレール型の燃料噴射装置を有した燃料供給系１６と、吸気弁６の開弁により燃焼室４に新気を導入させる吸気通路８と、排気弁１８の開弁により燃焼室４からの排ガスを導出させる排気通路２０とが接続されている。
この吸気通路８の上流側には過給機１４が介装され、吸気通路の８の先端部にはエアクリーナ（図示せず）が接続されている。また、吸気通路８には、給気スロットル１０が配設され、さらに、インタークーラ１２が介装されている。
【００２３】
一方、排気通路２０には排気管２２が接続され、排気管２２の下流側には選択還元型ＮＯｘ浄化触媒４０が配設されている。この選択還元型ＮＯｘ浄化触媒４０は、排気空燃比がリーン空燃比である運転中に、ＨＣ等の還元剤を用いて触媒表面に接触したＮＯｘを選択的に捉えてＮ２等に還元させる機能を有するものである。
【００２４】
また、排気通路２０からはＥＧＲ通路２４が分岐して延びており、排ガスの一部（ＥＧＲガス）を吸気通路８内に再循環させる。このＥＧＲ通路２４の先端は、給気スロットル１０の配設位置よりも下流側にて吸気通路８に接続されている。このＥＧＲ通路２４には、ＥＧＲガスの冷却を図るＥＧＲクーラ２６と、電子コントロールユニット（ＥＣＵ）３０に電気的に接続されたＥＧＲバルブ２８とが設けられ、ＥＧＲバルブ２８によってＥＧＲ通路２４の流路面積が調節される。また、給気スロットル１０もＥＣＵ３０に電気的に接続されており、吸気通路８の流路面積が調節される。
【００２５】
エアクリーナからの新気は、過給機１４を介して吸気通路８に入ってインタークーラ１２に達し、給気スロットル１０で調整された後、ＥＧＲガスと合流して各気筒２の燃焼室４内に導かれる。そして、燃料供給系１６から供給される燃料の燃焼により、クランク軸３４及びフライホイール３６を作動させる。燃焼が終了すると、排ガスは排気通路２０及び排気管２２に排出され、選択還元型ＮＯｘ浄化触媒４０に送られる。
【００２６】
ＥＣＵ３０の入力側には、クランク角センサ３２等のエンジン１の運転状態を検出する各種センサが電気的に接続されている。これに対してＥＣＵ３０の出力側には、上述の燃料供給系１６、給気スロットル１０及びＥＧＲバルブ２８の各種アクチュエータが電気的に接続されている。
そして、ＥＣＵ３０では、排気空燃比がリーン空燃比に維持されたまま、ＥＧＲバルブ２８及び給気スロットル１０の開度調整によりＥＧＲ率を増加させ、ＨＣたる還元剤を選択還元型ＮＯｘ浄化触媒４０に適宜供給してＮＯｘの浄化を図っている。これは、ＮＯｘとＨＣとのトレードオフの関係により、ＥＧＲを増量することで、ＮＯｘが低減し、かつ、ＨＣが増加することを利用して、ＨＣを供給することができる。
【００２７】
図２は、上記の選択還元型ＮＯｘ浄化触媒４０の構成図である。また、図３は、当該触媒に関わるＨＣ浄化性能を示し、図４は、当該触媒に関わるＮＯｘ浄化性能を示している。
本実施形態の選択還元型ＮＯｘ浄化触媒４０は、中温型ＮＯｘ浄化触媒４１と、低温型ＮＯｘ浄化触媒４２とから構成され、排気管２２において、中温型ＮＯｘ浄化触媒４１は、低温型ＮＯｘ浄化触媒４２の上流側に直列に配置されている。
【００２８】
低温型ＮＯｘ浄化触媒４２は、排ガス温度Ａ（第一所定温度）近傍で酸化性能が高く、かつ、排ガス温度Ａよりも低温側の温度域ａで還元性能のピークを有する貴金属（Ｐｔ（白金）のみ或いはＰｔ及びＰｄ（パラジウム））を適用させたものである。
具体的には、Ｐｔ等の貴金属は、図３に示すように、約２５０℃程度の温度ＡにてＨＣ浄化率が高い性質を有するのに対し、図４に示すように、上記温度Ａよりも低温側の約２００〜２５０℃の温度域ａにおいて、ＮＯｘ浄化率の高いピークを現す性能を有している。つまり、Ｐｔ等の貴金属は、酸化性能が低くなる条件、すなわち、ＨＣ浄化率の高い排ガス温度よりも低温側の温度域でＮＯｘ浄化率の高いピークを有することから、低温域のＮＯｘの浄化に用いられる。なお、低温型ＮＯｘ浄化触媒４２は、ＨＣの保持機能を持たせるためにゼオライトが含まれている。
【００２９】
中温型ＮＯｘ浄化触媒４１は、低温型ＮＯｘ浄化触媒４２に適用されたＰｔ等の貴金属に比して排ガス温度Ａ（第一所定温度）では酸化性能が低い一方、当該排ガス温度Ａよりも高温の排ガス温度Ｂ（第二所定温度）近傍で酸化性能が高く、かつ、排ガス温度Ｂよりも低温側であって排ガス温度Ａよりも高温側の温度域ｂで還元性能のピークを有する貴金属（Ｒｈ（ロジウム）のみ或いはＲｈ及びＰｔ）を適用させたものである。
【００３０】
具体的には、Ｒｈ等の貴金属は、図３に示すように、約２５０℃程度の温度ＡではＰｔ等の貴金属に比してＨＣ浄化率が劣るものの、約３５０℃程度の温度ＢにてＨＣ浄化率が高い性質を有するのに対し、図４に示すように、上記温度Ｂよりも低温側の約２５０〜３５０℃の温度域ｂにおいて、ＮＯｘ浄化率の高いピークを現す性能を有している。つまり、Ｒｈ等の貴金属は、ＨＣ浄化率の高い排ガス温度よりも低温側の温度域でＮＯｘ浄化率の高いピークを有することから、中温域のＮＯｘの浄化に用いられる。なお、中温型ＮＯｘ浄化触媒４１も、ＨＣの保持機能を持たせるためにゼオライトが含まれている。
【００３１】
このように、上記第一の実施形態の選択還元型ＮＯｘ浄化触媒４０では、ＮＯｘ浄化率のピークが約２５０〜３５０℃の中温域ｂに対応する中温型ＮＯｘ浄化触媒４１と、ＮＯｘ浄化率のピークが約２００〜２５０℃の低温域ａに対応する低温型ＮＯｘ浄化触媒４２とを組み合わせてエンジン１の低温から中温の温度領域において連続的にＮＯｘの低減を図るとともに、ＨＣ浄化率が約２５０℃程度の排ガス温度では中程度であるが約３５０℃程度にて高くなる中温型ＮＯｘ浄化触媒４１の下流側に、ＨＣ浄化率が約２５０℃程度にて高くなる低温型ＮＯｘ浄化触媒４２を配置させているので、中温型ＮＯｘ浄化触媒４１は、低温型ＮＯｘ浄化触媒４２にてＮＯｘの浄化に必要なＨＣを浄化せず、低温型ＮＯｘ浄化触媒４２でのＮＯｘ浄化を妨害しない。よって、触媒に対してＨＣを別途供給することなく、少量のＨＣでＮＯｘ浄化効率を向上させることができる。なお、余剰のＨＣは低温型ＮＯｘ浄化触媒４２で確実に浄化される。
【００３２】
図５は、本発明の第二の実施形態に係る排気浄化装置の触媒の構成図であり、触媒の構成を除き、他の構成は上記第一の実施形態と同様であることから、以下、触媒の構成について詳述する。
本実施形態の選択還元型ＮＯｘ浄化触媒４３は、高温型ＮＯｘ浄化触媒４４と、中低温型ＮＯｘ浄化触媒４５とから構成され、排気管２２において、高温型ＮＯｘ浄化触媒４４は、中低温型ＮＯｘ浄化触媒４５の上流側に直列に配置されている。
【００３３】
高温型ＮＯｘ浄化触媒４４は、貴金属に比して排ガス温度Ａ及びＢ（所定温度）で酸化性能が低く、かつ、排ガス温度Ａ及びＢよりも高温側の温度域ｃで還元性能のピークを有する遷移金属（Ｃｕ（銅）、Ａｇ（銀）、Ａｕ（金）、Ｉｒ（イリジウム）の少なくとも１種）を適用させたものである。
具体的には、Ｉｒ等の遷移金属は、図３に示すように、約２５０℃程度の温度Ａ及び約３５０℃程度の温度Ｂでは、いずれも上記貴金属に比してＨＣ浄化率が低いものの、約４００℃程度の温度ＣにてＨＣ浄化率が高くなる性質を有するのに対し、図４に示すように、上記温度Ｃよりも低温側の約３５０〜４００℃の温度域ｃにおいて、ＮＯｘ浄化率の高いピークを現す性能を有している。つまり、Ｉｒ等の遷移金属は、貴金属での温度域よりも高温側の温度域でＮＯｘ浄化率の高いピークを有することから、高温域のＮＯｘの浄化に用いられる。なお、高温型ＮＯｘ浄化触媒４４は、ＨＣの保持機能を持たせるためにゼオライトが含まれている。
【００３４】
中低温型ＮＯｘ浄化触媒４５は、上記遷移金属に比して排ガス温度Ａ及びＢ（所定温度）で酸化性能が極めて高く、かつ、各排ガス温度Ａ及びＢよりも低温側の温度域ａ及びｂで還元性能のピークを有する貴金属（Ｒｈ及びＰｔ）を適用させたものである。このＲｈ及びＰｔの貴金属は、ＨＣ浄化率の高い温度域よりも低温側の温度域でＮＯｘ浄化率の高いピークを有することから、中低温域のＮＯｘの浄化に用いられる。なお、中低温型ＮＯｘ浄化触媒４５もまた、ＨＣの保持機能を持たせるためにゼオライトが含まれている。
【００３５】
このように、上記第二の実施形態の選択還元型ＮＯｘ浄化触媒４３では、ＮＯｘ浄化率のピークが約３５０〜４００℃の高温域ｃに対応する高温型ＮＯｘ浄化触媒４４と、ＮＯｘ浄化率のピークが約２００〜３５０℃の中低温域ａ及びｂに対応する中低温型ＮＯｘ浄化触媒４５とを組み合わせてエンジン１の中低温から高温の温度領域において連続的にＮＯｘの低減を図るとともに、ＨＣ浄化率が約２５０〜３５０℃程度の排ガス温度では低い一方、約４００℃程度にて高くなる高温型ＮＯｘ浄化触媒４４の下流側に、ＨＣ浄化率が約２５０〜３５０℃程度にて高くなる中低温型ＮＯｘ浄化触媒４５を配置させているので、高温型ＮＯｘ浄化触媒４４は、中低温型ＮＯｘ浄化触媒４５でのＮＯｘ浄化を妨害しない。よって、触媒に対してＨＣを別途供給することなく、少量のＨＣでＮＯｘ浄化効率を向上させることができる。なお、余剰のＨＣは中低温型ＮＯｘ浄化触媒４５で確実に浄化される。
【００３６】
図６は、本発明の第三の実施形態に係る排気浄化装置の触媒の構成図であり、触媒の構成を除き、他の構成は上記第一及び第二の実施形態と同様であることから、以下、触媒の構成について詳述する。
本実施形態の選択還元型ＮＯｘ浄化触媒４６は、上記第二の実施形態における中低温型ＮＯｘ浄化触媒４５を中温型と低温型とにさらに分けたものに相当し、高温型ＮＯｘ浄化触媒４７と、中温型ＮＯｘ浄化触媒４８と、低温型ＮＯｘ浄化触媒４９とから構成され、排気管２２において、高温型ＮＯｘ浄化触媒４７は、中温型ＮＯｘ浄化触媒４８の上流側に直列に配置され、中温型ＮＯｘ浄化触媒４８は、低温型ＮＯｘ浄化触媒４９の上流側に直列に配置されている。
【００３７】
低温型ＮＯｘ浄化触媒４９は、排ガス温度Ａ（第一所定温度）近傍で酸化性能が高く、かつ、排ガス温度Ａよりも低温側の温度域ａで還元性能のピークを有する貴金属（Ｐｔのみ或いはＰｔ及びＰｄ）を適用させたものである。このＰｔ等の貴金属は、ＨＣ浄化率の高い温度域よりも低温側の温度域でＮＯｘ浄化率の高いピークを有することから、低温域のＮＯｘの浄化に用いられる（図３及び図４参照）。なお、低温型ＮＯｘ浄化触媒４９は、ＨＣの保持機能を持たせるためにゼオライトが含まれている。
【００３８】
中温型ＮＯｘ浄化触媒４８は、低温型ＮＯｘ浄化触媒４９のＰｔ等の貴金属に比して排ガス温度Ａ（第一所定温度）では酸化性能が低い一方、当該排ガス温度Ａよりも高温の排ガス温度Ｂ（第二所定温度）近傍で酸化性能が高く、かつ、排ガス温度Ｂよりも低温側であって排ガス温度Ａよりも高温側の温度域ｂで還元性能のピークを有する貴金属（Ｒｈのみ或いはＲｈ及びＰｔ）を適用させたものである。このＲｈ等の貴金属は、ＨＣ浄化率の高い温度域よりも低温側の温度域でＮＯｘ浄化率の高いピークを有することから、中温域のＮＯｘの浄化に用いられる（図３及び図４参照）。なお、中温型ＮＯｘ浄化触媒４８も、ＨＣの保持機能を持たせるためにゼオライトが含まれている。
【００３９】
高温型ＮＯｘ浄化触媒４７は、貴金属に比して排ガス温度Ａ及びＢ（所定温度）で酸化性能が低く、かつ、排ガス温度Ａ及びＢよりも高温側の温度域ｃで還元性能のピークを有する遷移金属（Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｉｒの少なくとも１種）を適用させたものである。このＩｒ等の遷移金属は、貴金属での温度域よりも高温側の温度域でＮＯｘ浄化率の高いピークを有することから、高温域のＮＯｘの浄化に用いられる（図３及び図４参照）。なお、高温型ＮＯｘ浄化触媒４４もまた、ＨＣの保持機能を持たせるためにゼオライトが含まれている。
【００４０】
このように、上記第三の実施形態の選択還元型ＮＯｘ浄化触媒４６では、ＮＯｘ浄化率のピークが約３５０〜４００℃の高温域ｃに対応する高温型ＮＯｘ浄化触媒４７と、ＮＯｘ浄化率のピークが約２５０〜３５０℃の中温域に対応する中温型ＮＯｘ浄化触媒４８と、ＮＯｘ浄化率のピークが約２００〜２５０℃の低温域ａに対応する低温型ＮＯｘ浄化触媒４９とを組み合わせてエンジン１の低温から高温の温度領域において連続的にＮＯｘの低減を図るとともに、ＨＣ浄化率が約２５０〜３５０℃程度の排ガス温度では低い一方、約４００℃程度にて高くなる高温型ＮＯｘ浄化触媒４７の下流側に、ＨＣ浄化率が約３５０℃程度にて高くなる中温型ＮＯｘ浄化触媒４８を配置させているので、高温型ＮＯｘ浄化触媒４７は、中温型ＮＯｘ浄化触媒４８でのＮＯｘ浄化を妨害しない。しかも、ＨＣ浄化率が約２５０℃程度の排ガス温度では中程度であるが約３５０℃程度にて高くなる中温型ＮＯｘ浄化触媒４８の下流側に、ＨＣ浄化率が約２５０℃程度にて高くなる低温型ＮＯｘ浄化触媒４９を配置させているので、中温型ＮＯｘ浄化触媒４８は、低温型ＮＯｘ浄化触媒４９にてＮＯｘの浄化に必要なＨＣを浄化せず、低温型ＮＯｘ浄化触媒４９でのＮＯｘ浄化を妨害しない。よって、触媒に対してＨＣを別途供給することなく、少量のＨＣでＮＯｘ浄化効率を向上させることができる。なお、余剰のＨＣは中温型ＮＯｘ浄化触媒４８及び低温型ＮＯｘ浄化触媒４９で確実に浄化される。
【００４１】
以上で本発明の各実施形態についての説明を終えるが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更ができるものである。
例えば、上記各実施形態では、ＨＣである還元剤を用いてＮＯｘを浄化する性能（ＨＣ−ｄｅＮＯｘ性能）を向上させるべく、ＨＣの増量はＥＧＲ率の増加によって行われているが、必ずしもこの実施形態に限定されるものではなく、例えば、圧縮上死点よりも十分早い時期に燃料噴射を行う予混合方式、圧縮上死点後に追加の燃料噴射を行うポスト噴射方式、噴射時期リタード方式、排気管噴射方式等を用いることができ、これらの場合にも上記と同様に広範な温度領域においてＮＯｘを連続的に浄化させるとの効果を奏する。
【００４２】
また、上述の各選択還元型ＮＯｘ浄化触媒は、適用車種や運転条件によって最適に組み合わせることが可能である。例えば、上記第二の実施形態に係る排気浄化装置において、中低温型ＮＯｘ浄化触媒４５に代えて上記第一の実施形態における低温型ＮＯｘ浄化触媒４２を用いても良い。すなわち、当該選択還元型ＮＯｘ浄化触媒は、高温型ＮＯｘ浄化触媒と、低温型ＮＯｘ浄化触媒とから構成され、排気管において、高温型ＮＯｘ浄化触媒は、低温型ＮＯｘ浄化触媒の上流側に直列に配置されても良いものである。
【００４３】
【発明の効果】
以上の説明から理解できるように、請求項１記載の本発明のディーゼル機関の排気浄化装置によれば、酸化性能と還元性能とは相反関係がある一方、貴金属は、酸化性能が低くなる条件、すなわち、酸化性能の高い温度域よりも低温側の温度域では、還元性能の高いピークを有するとの性質を備えていることに着目し、ＮＯｘ浄化活性における排ガスの作動温度帯のピークが低温域と中温域とに存在するような異なるＮＯｘ浄化触媒を組み合わせ、つまり、中温型ＮＯｘ浄化触媒は、第一所定温度で低温型ＮＯｘ浄化触媒よりも酸化性能が低いことから、低温型ＮＯｘ浄化触媒よりも上流側に配置させるようにしたので、低温型ＮＯｘ浄化触媒によるＮＯｘ浄化作用が妨害されることなく、ディーゼル機関の低温から中温の広範な温度領域において、排ガス中のＮＯｘ浄化効率を少量のＨＣで向上させることができる。
【００４４】
しかも、ディーゼル機関に対してリッチ運転を行うことによる複雑なエンジン制御が不要になるので、現有のディーゼル機関の排ガス後処理システムとして適用することができる。
また、請求項２記載の発明によれば、ＮＯｘ浄化活性における作動温度帯のピークが中低温域と高温域とに存在するような異なるＮＯｘ浄化触媒を組み合わせ、つまり、高温型ＮＯｘ浄化触媒は、中低温型ＮＯｘ浄化触媒よりも酸化性能が低いことから、中低温型ＮＯｘ浄化触媒よりも上流側に配置させるようにしたので、中低温型ＮＯｘ浄化触媒によるＮＯｘ浄化作用が妨害されることなく、ディーゼル機関の中低温から高温の広範な温度領域において、排ガス中のＮＯｘ浄化効率を少量のＨＣで向上させることができる。
【００４５】
また、この場合にも現有のディーゼル機関の排ガス後処理システムとして適用可能になる。
さらに、請求項３記載の発明によれば、ＮＯｘ浄化活性における作動温度帯のピークが低温域と中温域と高温域とに存在するような異なるＮＯｘ浄化触媒を組み合わせ、つまり、中温型ＮＯｘ浄化触媒は、第一所定温度で低温型ＮＯｘ浄化触媒よりも酸化性能が低いことから、低温型ＮＯｘ浄化触媒よりも上流側に配置させるようにしたので、高温型ＮＯｘ浄化触媒が中温型ＮＯｘ浄化触媒よりも上流側に配置されていることをも加え、中温型ＮＯｘ浄化触媒によるＮＯｘ浄化作用、及び低温型ＮＯｘ浄化触媒によるＮＯｘ浄化作用がいずれも妨害されることなく、ディーゼル機関の低温から高温のより広範な運転領域において、排ガス中のＮＯｘ浄化効率を少量のＨＣで向上させることができる。
【００４６】
さらにまた、請求項４記載の発明によれば、ＮＯｘ浄化活性における作動温度帯のピークが低温域と高温域とに存在するような異なるＮＯｘ浄化触媒を組み合わせ、つまり、高温型ＮＯｘ浄化触媒は、低温型ＮＯｘ浄化触媒よりも酸化性能が低いことから、低温型ＮＯｘ浄化触媒よりも上流側に配置させるようにしたので、低温型ＮＯｘ浄化触媒によるＮＯｘ浄化作用が妨害されることなく、ディーゼル機関の低温から高温の広範な温度領域において、排ガス中のＮＯｘ浄化効率を少量のＨＣで向上させることができる。
【００４７】
また、この場合にも現有のディーゼル機関の排ガス後処理システムとして適用可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一の実施形態に係るディーゼル機関の排気浄化装置に適用されるエンジンシステム構成図である。
【図２】図１のディーゼル機関の排気浄化装置の触媒の構成図である。
【図３】図１のディーゼル機関の排気浄化装置の触媒におけるＨＣ浄化性能を示す図である。
【図４】図１のディーゼル機関の排気浄化装置の触媒におけるＮＯｘ浄化性能を示す図である。
【図５】本発明の第二の実施形態に係るディーゼル機関の排気浄化装置の触媒の構成図である。
【図６】本発明の第三の実施形態に係るディーゼル機関の排気浄化装置の触媒の構成図である。
【符号の説明】
１  ディーゼル機関
２２  排気管
４０  選択還元型ＮＯｘ浄化触媒
４１  中温型ＮＯｘ浄化触媒
４２  低温型ＮＯｘ浄化触媒
４３  選択還元型ＮＯｘ浄化触媒
４４  高温型ＮＯｘ浄化触媒
４５  中低温型ＮＯｘ浄化触媒
４６  選択還元型ＮＯｘ浄化触媒
４７  高温型ＮＯｘ浄化触媒
４８  中温型ＮＯｘ浄化触媒
４９  低温型ＮＯｘ浄化触媒
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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