(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンから排出される排気ガス中のＮＯｘとパティキュレートの処理が可能な排気ガス浄化システムであって、当該システムの構成要素として、
上記ＮＯｘを一時的にトラップして還元するＬＮＴ触媒と上記排気ガス中のＨＣ、ＣＯ及びＮＯを酸化する酸化触媒とを複合させた複合触媒と、
上記パティキュレートを捕集するフィルタにパティキュレート燃焼用触媒が担持された触媒付フィルタと、
上記ＮＯｘを還元剤の存在下で選択的に還元するＳＣＲ触媒と、
上記ＳＣＲ触媒に上記還元剤を供給するべく該還元剤又は還元剤前駆体を上記エンジンの排気ガス通路に注入する注入手段とを備え、
上記システム構成要素が上記排気ガス通路に、排気ガス流れ方向の上流側から上記複合触媒、上記触媒付フィルタ、上記注入手段及び上記ＳＣＲ触媒の順で配置され、
上記複合触媒の上記ＬＮＴ触媒は、排気ガス中のＮＯを酸化する触媒成分と、排気ガスの空熱比がリーンのときに該排気ガス中のＮＯｘをトラップし、排気ガスの空燃比が理論空燃比ないしリッチになったときに上記トラップされたＮＯｘを放出するアルカリ土類金属の化合物よりなるＮＯｘトラップ材と、該ＮＯｘトラップ材にトラップされて放出されるＮＯｘを還元する触媒成分を含有し、
上記複合触媒の上記酸化触媒は、排気ガス中のＨＣをトラップするゼオライトよりなるＨＣトラップ材と、ＨＣ、ＣＯ及びＮＯを酸化する触媒成分を含有し、
上記複合触媒は、次のＡの構造を備えていることを特徴とする排気ガス浄化システム。
Ａ  ハニカム担体の排気ガスが通る各セルの壁に上記ＬＮＴ触媒を含有する層と上記酸化触媒を含有する層が設けられ、上記酸化触媒を含有する層が上記ＬＮＴ触媒を含有する層よりも当該セルの排気ガスが通る空間側に配置されている。
【請求項２】
請求項１において、
上記還元剤としてのＮＨ３又は上記還元剤前駆体としての尿素が上記注入手段によって上記排気ガス通路に注入され、
当該システム構成要素として、さらにＮＨ３及び／又はその誘導体を酸化するための酸化触媒が上記ＳＣＲ触媒よりも下流側の上記排気ガス通路に配置されていることを特徴とする排気ガス浄化システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はエンジンの排気ガス浄化システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
ディーゼルエンジンやリーンバーンガソリンエンジンから排出される排気ガスにはＮＯｘ（窒素酸化物）とパティキュレートが含まれている。特許文献１には、ＮＯｘとパティキュレートを処理するシステムとして、酸化触媒、パティキュレートフィルタ、還元剤供給源、ＳＣＲ(Selective Catalytic Reduction)触媒、及びＮＨ３酸化触媒の順に排気ガスを通過させるシステムが開示されている。このシステムでは、排気ガス中のＮＯを酸化触媒によって酸化させてＮＯ２を生成し、そのＮＯ２の存在下でフィルタ上のパティキュレートを燃焼させてフィルタを再生する。また、還元剤としてＮＨ３又は尿素が排気ガス通路に供給されて、ＳＣＲ触媒でＮＯｘが選択的に還元浄化される。ＳＣＲ触媒を通過するＮＨ３及び／又はその誘導体はＮＨ３酸化触媒で除去される。
【０００３】
特許文献２には、酸化触媒、パティキュレートフィルタ及びＮＯｘトラップ触媒の順に排気ガスを通過させるシステムが開示されている。このシステムでは、特許文献１と同じく、排気ガス中のＮＯを酸化触媒によって酸化させてＮＯ２を生成し、そのＮＯ２の存在下でフィルタのパティキュレートを燃焼させる。ＮＯ２とパティキュレートの反応で生成するＮＯと、パティキュレートと反応せずにフィルタを通過したＮＯ２はＮＯｘトラップ触媒にトラップされる。トラップされたこれらＮＯｘは、燃料の排気行程噴射によって排気空燃比を定期的にリッチにすることにより放出させて還元浄化される。
【０００４】
特許文献２には、ＮＯｘトラップ触媒に代えてＮＯｘ選択還元触媒を設けたシステムも開示されている。このシステムの場合は、燃料の排気行程噴射によって排気空燃比を定期的にリッチにして排気ガス中のＨＣ（炭化水素）及びＣＯの量を増大させ、このＨＣ等をＮＯｘ選択還元触媒（ＳＣＲ触媒）に蓄積しておき、この蓄積されたＨＣを利用して上記フィルタの下流側においてＮＯやＮＯ２を還元浄化する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１１−８９５２１号公報
【特許文献２】特開平０９−５３４４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１，２のシステムによれば、酸化触媒で生成したＮＯ２を利用してパティキュレートを燃焼させるから、フィルタを比較的低い温度で再生することができる。そのため、フィルタ温度を高めるためのポスト噴射（エンジンの燃焼室に膨張行程又は排気行程で燃料を噴射すること。これにより、排気ガス中のＨＣ及びＣＯの量が増大し、酸化触媒でのＨＣ、ＣＯの酸化反応熱で排気ガス温度が上昇する。）の軽減ないし省略が可能になる。
【０００７】
このように、ＮＯ２の利用によって、フィルタの再生のためにエンジンの燃費が悪化することは避けられるものの、フィルタよりも下流側に配置されたＳＣＲ触媒やＮＯｘトラップ触媒によって還元浄化すべきＮＯｘ量が多くなる。そのため、特許文献１のＳＣＲ触媒であれば、該ＳＣＲ触媒に十分な還元剤（ＮＨ３又は尿素）を供給することができるように還元剤タンクの容量を大きくしなければならない。しかし、例えば、小型自動車ではそのような大容量の還元剤タンクの搭載スペースを確保することが難しい。また、還元剤の使用量が多くなると、ＳＣＲ触媒を通過するＮＨ３量が多くなり、ＮＨ３酸化触媒の処理負担が増大する。特許文献２のＨＣを還元剤に利用するＳＣＲ触媒であれば、還元剤タンクは不要であるが、排気空燃比を頻繁にリッチに近い条件にする必要があり、ＮＯｘの還元のために燃費が悪化する。ＳＣＲ触媒に代えてＮＯｘトラップ触媒でＮＯｘを還元するとしても、排気空燃比を頻繁にリッチにする必要があり、同様に燃費が悪化する。
【０００８】
そこで、本発明は、排気ガス中のＮＯｘとパティキュレートを効率良く処理することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、上記課題を解決するために、ＮＯｘトラップ触媒、すなわち、ＬＮＴ(Lean NOx Trap)触媒とＳＣＲ触媒とを併用し、且つＬＮＴ触媒を酸化触媒と複合化したシステム構成とした。
【００１０】
ここに開示する排気ガス浄化システムは、エンジンから排出される排気ガス中のＮＯｘとパティキュレートの処理が可能なシステムであって、当該システムの構成要素として、
上記ＮＯｘを一時的にトラップして還元するＬＮＴ触媒と上記排気ガス中のＨＣ、ＣＯ及びＮＯを酸化する酸化触媒とを複合させた複合触媒と、
上記パティキュレートを捕集するフィルタにパティキュレート燃焼用触媒が担持された触媒付フィルタと、
上記ＮＯｘを還元剤の存在下で選択的に還元するＳＣＲ触媒と、
上記ＳＣＲ触媒に上記還元剤を供給するべく該還元剤又は還元剤前駆体を上記エンジンの排気ガス通路に注入する注入手段とを備え、
上記システム構成要素が上記排気ガス通路に、排気ガス流れ方向の上流側から上記複合触媒、上記触媒付フィルタ、上記注入手段及び上記ＳＣＲ触媒の順で配置され、
上記複合触媒の上記ＬＮＴ触媒は、排気ガス中のＮＯを酸化する触媒成分と、排気ガスの空熱比がリーンのときに該排気ガス中のＮＯｘをトラップし、排気ガスの空燃比が理論空燃比ないしリッチになったときに上記トラップされたＮＯｘを放出するアルカリ土類金属の化合物よりなるＮＯｘトラップ材と、該ＮＯｘトラップ材にトラップされて放出されるＮＯｘを還元する触媒成分を含有し、
上記複合触媒の上記酸化触媒は、排気ガス中のＨＣをトラップするゼオライトよりなるＨＣトラップ材と、ＨＣ、ＣＯ及びＮＯを酸化する触媒成分を含有し、
上記複合触媒は、次のＡの構造を備えていることを特徴とする排気ガス浄化システム。
Ａ  ハニカム担体の排気ガスが通る各セルの壁に上記ＬＮＴ触媒を含有する層と上記酸化触媒を含有する層が設けられ、上記酸化触媒を含有する層が上記ＬＮＴ触媒を含有する層よりも当該セルの排気ガスが通る空間側に配置されている。
【００１１】
従って、排気ガスの空燃比がリーンであるとき、排気ガス中のＮＯｘはＬＮＴ触媒にトラップされる。排気ガス中のＮＯｘのうちの量が多いＮＯはＬＮＴ触媒と複合されている酸化触媒によってＮＯ２に酸化されるため、ＮＯｘがＬＮＴ触媒に効率良くトラップされる。このときはＳＣＲ触媒ではＮＯｘを浄化する必要はないから、還元剤又は還元剤前駆体の注入は不要である。或いはＳＣＲ触媒に達するＮＯｘ量は少ないから、ＳＣＲ触媒でＮＯｘを浄化するとしても、還元剤又は還元剤前駆体の注入量は少なくて済む。
【００１２】
ＬＮＴ触媒にトラップされたＮＯｘは、そのトラップ量が所定値に達したときに、リッチパージによってＬＮＴ触媒から放出させ該ＬＮＴ触媒によって還元浄化することができる。このときも、ＳＣＲ触媒ではＮＯｘを浄化する必要はない。或いはＬＮＴ触媒から放出された一部のＮＯｘが未浄化のまま下流側に流れ、触媒付フィルタを通過してＳＣＲ触媒に達するとしても、そのＮＯｘ量は少ない。従って、ＳＣＲ触媒でＮＯｘを浄化するとしても、還元剤又は還元剤前駆体の注入量は少なくて済む。
【００１３】
一方、ＳＣＲ触媒が活性を呈する温度に達しているときは、排気ガスに還元剤又は還元剤前駆体を注入することによって、排気ガス中のＮＯｘをＳＣＲ触媒で還元浄化することができる。従って、このときは、上流側のＬＮＴ触媒においてＮＯｘトラップ量が所定値に達しているとしても、必ずしも、リッチパージを行なう必要はない。すなわち、ＳＣＲ触媒が活性を呈する温度に達しているときは、このＳＣＲ触媒でＮＯｘを浄化することにより、ＬＮＴ触媒のためのリッチパージのインターバルを長くとって、リッチパージによる燃費の悪化を避けることができる。
【００１４】
このように、本発明のＬＮＴ触媒とＳＣＲ触媒の併用によれば、ＮＯｘ浄化性能を落とすことなく、燃費の悪化を軽減することができる。
【００１５】
排気ガスの空燃比がリーンであるとき、該排気ガス中のパティキュレートは触媒付フィルタで捕集される。パティキュレートの捕集量が所定値に達したときにポスト噴射を実行し、酸化触媒での酸化反応熱を利用して排気ガス温度を上昇させて触媒付フィルタの温度を高めることにより、パティキュレートを燃焼させて除去することができる（フィルタの再生）。このとき、上流側の酸化触媒においてＮＯの酸化によって生成するＮＯ２が酸化剤となってパティキュレートの燃焼が促進される。また、酸化触媒での酸化反応熱によってＬＮＴ触媒の温度が上昇することにより、該ＬＮＴ触媒からＮＯ２が放出されるから、このＮＯ２が酸化剤となってパティキュレートの燃焼が促進される。
【００１６】
このように、酸化触媒で生成するＮＯ２及びＬＮＴ触媒から放出されるＮＯ２がパティキュレートの燃焼に利用されるため、ポスト噴射量を少なくすることができる。従って、燃費の悪化を避けることができる。
【００１７】
しかも、本発明によれば、ＬＮＴ触媒と酸化触媒を一体化させて複合触媒としたことにより、システムの大型化防止に有利になる。また、ＳＣＲ触媒のＮＯｘ浄化負担が軽くなるため、ＳＣＲ触媒の小型化や還元剤又は還元剤前駆体の貯留タンクの小型化が図れる。
【００１８】
また、上記ＬＮＴ触媒によれば、ＮＯを酸化する触媒成分を含有するから、排気ガス中のＮＯがＮＯ２に酸化され、ＮＯｘトラップ材によるＮＯｘのトラップが促進される。また、上記酸化触媒によれば、ＨＣトラップ材を含有するから、排気ガス温度が低いとき（触媒が活性化していないとき）に排気ガス中のＨＣをトラップしておき、排気ガス温度が高くなったとき（触媒が活性を呈するようになったとき）にＨＣトラップ材から放出されるＨＣを酸化浄化することができ、ＨＣが酸化されることなく排出される量を減らすことができる。
【００１９】
構造Ａの場合、ＬＮＴ触媒が下層になり、酸化触媒が上層になっている（ハニカム担体のセルの排気ガスが通る空間側に配置されている）から、上層（酸化触媒）で排気ガス中のＮＯが酸化されてＮＯ２が生成し易くなり、その結果、下層（ＬＮＴ触媒）でＮＯｘ吸蔵反応が進み易くなる。酸化触媒を含有する上層の酸化能力が高いため、触媒付フィルタ再生時のポスト噴射成分（ＨＣ，ＣＯ）の酸化が進み易く、フィルタの昇温に有利になる。また、上層（酸化触媒）でＮＯ２が生成されることにより、触媒付フィルタに流れるＮＯｘのＮＯ２比率が高くなり、フィルタの再生に有利になる。
【００２０】
本発明の好ましい実施態様では、上記還元剤としてのＮＨ３又は上記還元剤前駆体としての尿素が上記注入手段によって上記排気ガス通路に注入される。そして、当該システム構成要素として、さらにＮＨ３及び／又はその誘導体を酸化するための酸化触媒が上記ＳＣＲ触媒よりも下流側の上記排気ガス通路に配置されている。
【００２１】
排気ガス通路に尿素が注入されると、その熱分解や加水分解によって還元剤としてのＮＨ３が生成する。そして、ＳＣＲ触媒でＮＯｘの浄化に使われることなく、未反応のままＳＣＲ触媒を通過したＮＨ３及び／又はその誘導体はＳＣＲ触媒よりも下流側の酸化触媒によって酸化される。よって、ＮＨ３及び／又はその誘導体による異臭の発生が防止される。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、排気ガス流れ方向の上流側から、ＬＮＴ触媒と酸化触媒の複合触媒、触媒付フィルタ、還元剤又はその前駆体の注入手段及びＳＣＲ触媒を順に配置し、ＬＮＴ触媒は、ＮＯを酸化する触媒成分と、排気ガスの空熱比がリーンのときに該排気ガス中のＮＯｘをトラップし、排気ガスの空燃比が理論空燃比ないしリッチになったときに上記トラップされたＮＯｘを放出するアルカリ土類金属の化合物よりなるＮＯｘトラップ材と、該ＮＯｘトラップ材にトラップされて放出されるＮＯｘを還元する触媒成分を含有し、酸化触媒は、ゼオライトからなるＨＣトラップ材と、ＨＣ、ＣＯ及びＮＯを酸化する触媒成分を含有し、ハニカム担体のセル壁に酸化触媒を含有する層とＬＮＴ触媒を含有する層を前者が後者よりも当該セルの排気ガスが通る空間側に配置されるように設けたから、ＮＯｘ浄化性能及びパティキュレート燃焼性能を落とすことなく、還元剤又はその前駆体の注入量、リッチパージ頻度及びポスト噴射量を減らすことができ、還元剤又はその前駆体貯留用タンクの小型化やＳＣＲ触媒の小型化が図れるとともに、燃費の向上に有利になり、さらに、上記ＬＮＴ触媒と酸化触媒の複合化によりシステムの大型化防止に有利になる。さらに、酸化触媒による排気ガス中のＮＯのＮＯ２への酸化により、ＬＮＴ触媒でのＮＯｘ吸蔵反応が進み易くなるとともに、触媒付フィルタに流れるＮＯｘのＮＯ２比率が高くなってフィルタの再生に有利になり、また、酸化触媒によるＨＣ、ＣＯの酸化が進み易くなるから、フィルタの昇温に有利になる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】エンジンの排気ガス浄化システムの構成図。
【図２】複合触媒の好ましい構造の実施例を模式的に示す断面図。
【図３】複合触媒の参考例を模式的に示す断面図。
【図４】ＮＯｘトラップ及びＰＭ捕集に関するブロック説明図。
【図５】ＮＯｘ放出還元及びＰＭ捕集に関するブロック説明図。
【図６】フィルタの再生に関するブロック説明図。
【図７】ＳＣＲ触媒によるＮＯｘの還元に関するブロック説明図。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明を実施するための形態を図面に基いて説明する。以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。
【００２５】
＜システム構成＞
図１に示す排気ガス浄化システムはエンジン１から排出される排気ガス中のＮＯｘとパティキュレート（以下、「ＰＭ」という。）の処理が可能なシステムである。本例のエンジン１はディーゼルエンジンであり、その排気ガス通路２に、複合触媒３、触媒付フィルタ４、還元剤又は還元剤前駆体の注入手段５、ミキサ６、ＳＣＲ触媒７及びＮＨ３酸化触媒８が排気ガス流れ方向の上流側から順に配置されている。本明細書では、「上流側」及び「下流側」は排気ガス流れ方向について使用している。同システムは、還元剤又は還元剤前駆体を貯留するタンク９及び各種センサを備える。それらセンサの信号に基いてエンジン１の燃料噴射制御及び注入手段５の制御がＥＣＵ(Engine Control Unit)１１によって実行される。
【００２６】
複合触媒３は、上記ＮＯｘを一時的にトラップして還元浄化するＬＮＴ触媒と排気ガス中のＨＣ、ＣＯ及びＮＯを酸化する酸化触媒（ＤＯＣ）とを複合させてなる。
【００２７】
ＬＮＴ触媒は、排気ガス中のＮＯを酸化する触媒成分と、排気ガスの空燃比がリーンのときに該排気ガス中のＮＯｘをトラップし、排気ガスの空燃比が理論空燃比ないしリッチになったときにＮＯｘを放出するＮＯｘトラップ材と、該ＮＯｘトラップ材にトラップされたＮＯｘを還元する触媒成分を含有する。例えば、ＮＯ酸化触媒としては、活性アルミナとＯＳＣ（Oxygen Storage capacity）材としてのＣｅ含有酸化物の混合物にＰｔを担持させた触媒を採用し、ＮＯｘトラップ材としてはＢａ等のアルカリ土類金属の化合物を採用し、ＮＯｘ還元触媒としては活性アルミナとＯＳＣ材（Ｃｅ含有酸化物）の混合物にＲｈを担持させた触媒を採用することが好ましい。
【００２８】
ＮＯｘトラップ材の原料としてアルカリ土類金属の酢酸塩を採用し、これを担体に担持して焼成すると、アルカリ土類金属は炭酸塩となる。すなわち、このアルカリ土類金属の炭酸塩がＮＯｘトラップ材となる。
【００２９】
酸化触媒は、排気ガス中のＨＣをトラップするＨＣトラップ材と、該ＨＣトラップ材にトラップされたＨＣ、排気ガス中のＨＣ、ＣＯ、ＮＯを酸化する触媒成分を含有する。例えば、ＨＣトラップ材としてはゼオライトを採用し、酸化触媒成分としては活性アルミナとＯＳＣ材（Ｃｅ含有酸化物）の混合物にＰｔ及び／又はＰｄを担持させた触媒を採用することが好ましい。
【００３０】
複合触媒３は、次のＡの構造を備えた構成とすることができる。
【００３１】
Ａ  図２に示すように、ハニカム担体の排気ガスが通る各セルの壁２７に上記ＬＮＴ触媒２６を含有する層と上記酸化触媒２５を含有する層が設けられ、酸化触媒２５がＬＮＴ触媒２６よりも当該セルの排気ガスが通る空間側に配置されて上層になっている。
【００３２】
図３は参考例であり、ハニカム担体の排気ガスが通る各セルの壁２７に上記ＬＮＴ触媒２６と上記酸化触媒２５が設けられ、酸化触媒２５がＬＮＴ触媒２６よりも当該セルの排気ガス流れ方向の上流側に配置されるように、両触媒２５，２６がセル壁２７に担持されている。
【００３３】
触媒付フィルタ４は、上記ＰＭを捕集するフィルタにＰＭ燃焼用触媒が担持されてなる。触媒としては、例えば、Ｐｔ及びアルカリ土類金属が担持された活性アルミナ、Ｐｔ及びアルカリ土類金属が担持されたＣｅ含有酸化物、並びにＰｔ及びアルカリ土類金属が担持されたＣｅ非含有のＺｒ系複合酸化物を含有することが好ましい。
【００３４】
ＳＣＲ触媒７は、上記ＮＯｘを還元剤の存在下で選択的に還元浄化するものであり、本例では、還元剤となるＮＨ３の前駆体として尿素を採用した尿素−ＳＣＲを採用している。そのため、タンク９には尿素水が貯留される。ＳＣＲ触媒７としては、ＮＨ３をトラップするゼオライトにＮＨ３を還元剤としてＮＯｘを還元する触媒金属を担持させた触媒成分を採用し、該触媒成分をハニカム担体のセル壁に担持させた構成とすることが好ましい。ＮＯｘ還元用の触媒金属としては、Ｆｅ、Ｔｉ、Ｃｅ、Ｗ等が好ましく、ＮＨ３をＮＯｘに酸化し易いＰｔやＰｄの使用は好ましくない。
【００３５】
注入手段５は、タンク９の尿素水を複合触媒３とミキサ６の間の排気ガス通路２に供給する噴射弁によって構成することができる。ミキサ６は、尿素水を排気ガス通路２内において排気ガス中に拡散させるものである。
【００３６】
ＮＨ３酸化触媒８はＮＯｘと反応することなくＳＣＲ触媒７を通過する（スリップする）ＮＨ３及びその誘導体をトラップして酸化するものであり、それらＮＨ３等のスリップを防止する。ＮＨ３酸化触媒８としては、ＮＨ３をトラップするゼオライトにＰｔを担持させたＰｔ担持ゼオライトとＰｔを担持させたＯＳＣ材とをハニカム担体のセル壁に担持させた構成とすることが好ましい。
【００３７】
複合触媒３と触媒付フィルタ４は、１つの触媒容器１２に、前者が排気ガス流れ方向の上流側に配置されるようにタンデムに収容されている。この触媒容器１２はターボ過給機１３の排気ガス出口に直結されて自動車のエンジンルームに配設されている。ターボ過給機１３はエンジン１の排気マニホールドの下流端に直結されている。かかる構成の採用により、複合触媒３と触媒付フィルタ４にはエンジン始動時でも排気ガスが比較的高温の状態で流入するようになっている。なお、図１において、１４はエンジン１の吸入空気通路である。一方、ＳＣＲ触媒７及びＮＨ３酸化触媒８は自動車のフロア下に配設されている。
【００３８】
次に排気ガス通路２に配置されている各種センサについて説明する。複合触媒３よりも上流側には複合触媒３に流入する排気ガス温度を検出する第１温度センサ１５が配置されている。この第１温度センサ１５で検出される排気ガス温度が所定値以上であることと、ＬＮＴ触媒のＮＯｘトラップ量が所定値に達していることが、該ＬＮＴ触媒のＮＯｘを放出させて還元浄化するためのリッチパージ（エンジン空燃比をリーンから一時的にリッチにすること）の条件となる。ＮＯｘトラップ量はエンジンの運転履歴及びリッチパージ履歴に基いて推定される。ここに、リッチパージはエンジン１の燃焼室に圧縮行程で噴射する燃料を増量することにより行ない、これにより、ＬＮＴ触媒に流入する排気ガスの空燃比がリッチになり、ＮＯｘが放出される。
【００３９】
複合触媒３と触媒付フィルタ４の間には触媒付フィルタ４に流入する排気ガス温度を検出する第２温度センサ１６が配置されている。この第２温度センサ１６で検出される排気ガス温度に基いて、触媒付フィルタ４を再生するためのポスト噴射量が制御される。すなわち、触媒付フィルタ４の温度を確実にＰＭ着火温度に上昇させるために、当該排気ガス温度が予め設定した温度になるようにポスト噴射量が制御される。
【００４０】
触媒付フィルタ４よりも上流側と下流側には触媒付フィルタ４の上流側と下流側の排気ガスの差圧Δを検出するための圧力センサ１７，１８が配置されている。上流側の圧力センサ１７は、本例では複合触媒３と触媒付フィルタ４の間に配置されている。上記差圧Δに基いて触媒付フィルタ４のＰＭ捕集量が算出され、該捕集量が所定値に達したときにポスト噴射が所定噴射時期に実行される。
【００４１】
触媒付フィルタ４とミキサ６の間にはＳＣＲ触媒７に流入する排気ガスのＮＯｘ濃度を検出する上流側ＮＯｘセンサ１９が配置されている。ＳＣＲ触媒７とＮＨ３酸化触媒８の間にはＳＣＲ触媒７から流出する排気ガスのＮＯｘ濃度を検出する下流側ＮＯｘセンサ２１が配置されている。さらに、ＳＣＲ触媒７の直ぐ上流側にはＳＣＲ触媒７に流入する排気ガス温度を検出する第３温度センサ２２が配置されている。
【００４２】
上流側ＮＯｘセンサ１９で検出されるＮＯｘ濃度が所定値以上であること、並びに第３温度センサ２２で検出される排気ガス温度が所定値以上であることが、ＳＣＲ触媒７でＮＯｘを浄化するための注入手段５による尿素水の注入条件となる。尿素水の注入量は、ＳＣＲ触媒７のゼオライトに吸着されているＮＨ３量及び上流側ＮＯｘセンサ１９で検出されるＮＯｘ濃度に基いて、適切な量になるように制御される。ゼオライトに吸着されているＮＨ３量は、上流側と下流側のＮＯｘセンサ１９，２１で検出されるＮＯｘ濃度及び尿素注入量の履歴に基いて推定される。
【００４３】
そのほかに、排気ガス通路には排気ガスの空燃比を検出するセンサ（図示省略）が設けられている。排気ガスの空燃比はエンジンの運転状態に基いて推定するようにしてもよい。
【００４４】
＜排気ガスの浄化＞
[ＬＮＴ触媒によるＮＯｘトラップ，触媒付フィルタ４によるＰＭ捕集]
排気ガスの空燃比がリーンであるとき、図４に示すように、排気ガス中のＮＯｘ（図４では代表的にＮＯを示している）が複合触媒３のＬＮＴ触媒のＮＯｘトラップ材にトラップされ、ＰＭは触媒付フィルタ４に捕集される。
【００４５】
排気ガス中のＮＯｘのうちの量が多いＮＯは、酸化触媒やＬＮＴ触媒のＮＯ酸化触媒成分の存在下、排気ガス中のＯ２と反応してＮＯ２に酸化される。ＮＯｘトラップ材として例えばＢａ化合物を採用したときは、ＮＯ２は、酸素（1/2Ｏ２）の存在下、ＢａＣＯ３と反応してトラップされる（置換反応）。すなわち、ＮＯ２はＮＯ３−となってＢａに結合することにより、Ｂａ(ＮＯ３)２が生成し、ＢａＣＯ３からＣＯ２が脱離して放出される。
【００４６】
[ＬＮＴ触媒によるＮＯｘ放出還元，触媒付フィルタ４によるＰＭ捕集]
ＮＯｘトラップ材のＮＯｘトラップ量が所定値以上であり、且つ複合触媒３に流入する排気ガス温度が所定値（例えば、２００℃）以上であることを条件として、必要に応じて、リッチパージが実行される。これにより、排気ガスの空燃比が一時的にリッチになり、図５に示すように、ＮＯｘトラップ材からＮＯｘが放出されてＮＯｘ還元触媒により還元浄化される。これにより、ＮＯｘトラップ材のＮＯｘトラップ能が回復する（ＬＮＴ触媒の再生）。このときも、触媒付フィルタ４によるＰＭの捕集は継続される。
【００４７】
ＮＯｘの放出還元について説明する。図５に示すように、Ｂａ(ＮＯ３)２は、排気ガス中の上記リッチパージによって多くなるＣＯとの反応（置換反応）によってＢａＣＯ３となり、その結果、ＮＯ２が脱離して放出される。ＮＯ２は、ＮＯｘ還元触媒の存在下、排気ガス中の還元剤（ＣＯ，ＨＣ，Ｈ２）と反応し、Ｎ２となって排出される。また、この還元反応に伴ってＣＯ２、Ｏ２及びＨ２Ｏが生成して排出される。
【００４８】
[触媒付フィルタ４によるＰＭ燃焼]
排気ガスの空燃比がリーンである状態において、触媒付フィルタ４の上流側と下流側の排気ガスの差圧Δに基いて触媒付フィルタ４のＰＭ捕集量が所定値に達したことが検出されたときに、触媒付フィルタ４に流入する排気ガス温度に基いてポスト噴射が実行される。これにより、触媒付フィルタ４に捕集されているＰＭが燃焼して除去され、該フィルタのＰＭ捕集能が回復する（フィルタの再生）。以下、具体的に説明する。
【００４９】
図６に示すように、ポスト噴射により、エンジン１から排出される排気ガス中のＨＣ及びＣＯが多くなる。そのＨＣ及びＣＯは、複合触媒３の酸化触媒の存在下、排気ガス中の酸素（Ｏ２）と反応し、これにより、ＣＯ２及びＨ２Ｏが生成して排出される。このときに発生する酸化反応熱によって触媒付フィルタ４に流入する排気ガス温度が上昇する。その結果、触媒付フィルタ４の温度が上昇し、ＰＭ燃焼速度が大幅に向上する。
【００５０】
また、複合触媒３の酸化触媒及びＬＮＴ触媒のＮＯ酸化触媒によって、排気ガス中のＮＯが排気ガス中の酸素（Ｏ２）と反応してＮＯ２が生成し、このＮＯ２が排気ガス中の酸素（Ｏ２）と共に酸化剤として触媒付フィルタ４に供給される。或いは上記酸化反応熱によってＬＮＴ触媒の温度が上昇してＮＯｘトラップ材からＮＯ２が放出されて触媒付フィルタ４に供給される。触媒付フィルタ４においては、触媒の存在下、捕集されているＰＭが酸素やＮＯ２と反応（燃焼）し、ＣＯ２となって排出される。また、触媒付フィルタ４からはＮＯ２とＰＭの反応で生成するＮＯ及び未反応のＮＯ２が排出される。
【００５１】
このように、酸化触媒及びＬＮＴ触媒から触媒付フィルタ４に供給されるＮＯ２が酸化剤となってＰＭの燃焼が促進されるため、ＰＭ燃焼のためのポスト噴射量は少なくて済む。
【００５２】
[ＳＣＲ触媒７によるＮＯｘ選択還元]
ＬＮＴ触媒でトラップされなかったＮＯｘ、或いは還元浄化されなかったＮＯｘ、或いは触媒付フィルタ４から排出されるＮＯｘはＳＣＲ触媒７に向かって流れる。ＳＣＲ触媒７に流入する排気ガスのＮＯｘ濃度が所定値以上であること、並びにＳＣＲ触媒７に流入する排気ガス温度が所定値（例えば２００℃）以上であることを条件として、必要に応じて、ＳＣＲ触媒７によるＮＯｘの選択還元が実行される。
【００５３】
従って、例えば、リッチパージによってＬＮＴ触媒からＮＯｘを放出させて還元浄化したときにおいて、放出ＮＯｘの一部が還元浄化されることなく排出されることによって、ＳＣＲ触媒７に流入する排気ガスのＮＯｘ濃度が所定値以上になったときは、ＳＣＲ触媒７に流入する排気ガス温度が所定値以上であることを条件として、ＳＣＲ触媒７によるＮＯｘの選択還元を実行すべく、注入手段８によって尿素水が注入される。
【００５４】
図７に示すように、注入手段５によって尿素水が排気ガス通路２に注入されると、その尿素の熱分解及び加水分解によってＮＨ３（還元剤）が生成し、ＳＣＲ触媒７のゼオライトに吸着される。また、尿素の分解によって生ずるＣＯ２が排出される。ＳＣＲ触媒７に流入するＮＯｘ（ＮＯ，ＮＯ２）は、ゼオライトに吸着されたＮＨ３によってＮ２に還元浄化され、そのときに生成するＨ２Ｏと共に排出される。
【００５５】
ここに、ＮＨ３によるＮＯｘの還元には、次式に示すとおり、排気ガス中のＯ２が関与するケースと関与しないケースがある。
【００５６】
（Ｏ２が関与するケース）
４ＮＯ＋４ＮＨ３＋Ｏ２ → ４Ｎ２＋６Ｈ２Ｏ
２ＮＯ２＋４ＮＨ３＋Ｏ２ → ３Ｎ２＋６Ｈ２Ｏ
（Ｏ２が関与しないケース）
ＮＯ＋ＮＯ２＋２ＮＨ３ → ２Ｎ２＋３Ｈ２Ｏ
６ＮＯ２＋８ＮＨ３ → ７Ｎ２＋１２Ｈ２Ｏ
[ＮＨ３酸化触媒８によるＮＨ３等の酸化]
ＮＯｘと反応することなくＳＣＲ触媒７を通過するＮＨ３及びその誘導体はＮＨ３酸化触媒８のゼオライトにトラップされる。よって、ＮＨ３及びその誘導体が大気中に排出することが防止される。ゼオライトにトラップされたＮＨ３及びその誘導体は、そのトラップ量が所定値に達したときに、ゼオライトから脱離させ、Ｐｔ触媒によって酸化させて排出させる。以下、具体的に説明する。
【００５７】
上記トラップ量は次のようにして求める。すなわち、下流側ＮＯｘセンサ２１の検出値にはＳＣＲ触媒７から流出するＮＯｘだけでなく、ＳＣＲ触媒７から流出するＮＨ３が反映される。このことを利用して、上流側ＮＯｘセンサ１９の検出値（ＳＣＲ触媒７に流入するＮＯｘ量が得られる）、注入手段５による尿素水注入量（ＳＣＲ触媒７に流入するＮＨ３量が得られる）及び下流側ＮＯｘセンサ２１の検出値（ＳＣＲ触媒７から流出するＮＯｘとＮＨ３の合計量が得られる）に基いて、ＳＣＲ触媒７をスリップしてＮＨ３酸化触媒８にトラップされるＮＨ３及びその誘導体の量を求め、これを積算していくことにより、当該トラップ量を求める。
【００５８】
上記トラップ量が所定値に達したときに、ポスト噴射を実行し、それによって排気ガス温度が高くなり、ＮＨ３及びその誘導体がゼオライトから脱離してＰｔ触媒によって酸化される。
【００５９】
ところで、触媒付フィルタ４を再生したときも、排気ガス温度が上昇してＮＨ３及びその誘導体がゼオライトから脱離し、Ｐｔ触媒によって酸化される。また、エンジンの高負荷運転時には排気ガス温度が高くなるから、その場合も、ＮＨ３及びその誘導体がゼオライトから脱離してＰｔ触媒によって酸化されることがある。
【００６０】
しかし、エンジンの高負荷運転は上記トラップ量に応じて行なわれるものではない。また、ＮＨ３酸化触媒８にトラップされているＮＨ３及びその誘導体の酸化除去のために、ポスト噴射を実行したり、触媒付フィルタ４の再生を実行したりすることは燃費の悪化を招く。
【００６１】
従って、好ましい実施態様の一つは、フィルタ再生のインターバル中にＳＣＲ触媒７をスリップすると見込まれる量のＮＨ３及びその誘導体をトラップしたときに、そのトラップ量が飽和に近い状態になるように、ＮＨ３酸化触媒８のトラップ容量（ゼオライトの量）を設定することである。
【００６２】
これによれば、触媒付フィルタ４を再生するときに発生する熱を利用して、ＮＨ３酸化触媒８のＮＨ３及びその誘導体を酸化除去することができ、しかも、ＮＨ３及びその誘導体がＮＨ３酸化触媒８をスリップして大気中に排出されることを防止することができる。
【００６３】
[ＬＮＴ触媒とＳＣＲ触媒７の関係]
複合触媒３のＬＮＴ触媒のＮＯｘトラップ量が未だ少なく、排気ガス中のＮＯｘがＬＮＴ触媒に吸蔵されていくときは、上流側ＮＯｘセンサ１９によって検出されるＮＯｘ濃度は所定値に達していないのが通常である。従って、このときはＳＣＲ触媒７によるＮＯｘの浄化は不要であり、すなわち、注入手段５による尿素水の注入は不要である。或いは、ＳＣＲ触媒７に流入するＮＯｘは少ないため、極少量の尿素水を注入するだけで、ＮＯｘを還元浄化することができる。
【００６４】
ＬＮＴ触媒のＮＯｘトラップ量が多くなってくると、ＬＮＴ触媒によるＮＯｘのトラップが鈍化し、ＳＣＲ触媒７に流入する排気ガスのＮＯｘ濃度が高くなってくる。ＬＮＴ触媒のＮＯｘトラップ量が所定値以上になっており、且つ、ＳＣＲ触媒７に流入する排気ガスのＮＯｘ濃度が所定値以上でその排気ガス温度が所定値以上になっているときは、リッチパージによるＮＯｘトラップ能の回復（ＬＮＴ触媒の再生）と尿素水の注入によるＳＣＲ触媒７でのＮＯｘの選択還元とを選択的に実行することができる。当該ＮＯｘトラップ能の回復とＮＯｘの選択還元と並行して実行することも可能である。
【００６５】
尿素水を注入するときは、それによってＳＣＲ触媒７でＮＯｘが還元浄化されるから、ＬＮＴ触媒のＮＯｘトラップ量が所定値に達しているからといって、必ずしも、リッチパージを行なうことは要しない。例えば、リッチパージのインターバルを長くして、燃料の消費を抑えることができる。一方、リッチパージによってＬＮＴ触媒からＮＯｘが放出されるときは、そのＮＯｘが還元触媒によってＮ２になるため、ＳＣＲ触媒７によるＮＯｘの選択還元は不要であり、或いはＳＣＲ触媒７に流入するＮＯｘは少ないため、尿素水注入量は少なくて済む。或いは、タンク９の尿素水残量が少ないときは、ＳＣＲ触媒によるＮＯｘの還元浄化よりも、リッパージによるＬＮＴ触媒の再生を優先して、ＮＯｘの排出量を抑え、そのことによって、尿素水の消費を抑制することができる。
【符号の説明】
【００６６】
１    エンジン
２    排気ガス通路
３    複合触媒（ＬＮＴ触媒＋酸化触媒）
４    触媒付フィルタ
５    注入手段
６    ミキサ
７    ＳＣＲ触媒
８    ＮＨ３酸化触媒
９    尿素水タンク
【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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【図７】
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