(57)【要約】【課題】本発明は、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒を備える内燃機関の排気浄化装置において、排気中のＮＯｘの浄化能力が低減することなく、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に吸蔵されたＳＯｘをより速やかに離脱させて、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の触媒機能の早期回復を図る。【解決手段】内燃機関１の排気通路３に設けられた吸蔵還元型ＮＯｘ触媒であって、排気中のＳＯｘも吸蔵する排気浄化触媒５を備える内燃機関の排気浄化装置において、前記排気浄化触媒５は、触媒基材にＮＯｘ吸蔵材が担持されることで形成され、前記触媒基材の中心部分５ｂに担持された中心部ＮＯｘ吸蔵材のＳＯｘ離脱温度は、該触媒基材の外周部分５ｃに担持された外周部ＮＯｘ吸蔵材のＳＯｘ離脱温度より高いか、または前記触媒基材の中心部分５ｂにＮＯｘ吸蔵材を担持し、該触媒基材の外周部分５ｃにはＮＯｘ吸蔵材を担持しない。【選択図】  図１
2005090440.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路に設けられた吸蔵還元型ＮＯｘ触媒であって、排気中のＳＯｘも吸蔵する排気浄化触媒を備える内燃機関の排気浄化装置において、
前記排気浄化触媒は、触媒基材にＮＯｘ吸蔵材が担持されることで形成され、
前記触媒基材の中心部分に担持された中心部ＮＯｘ吸蔵材のＳＯｘ離脱温度は、該触媒基材の外周部分に担持された外周部ＮＯｘ吸蔵材のＳＯｘ離脱温度より高いか、または前記触媒基材の中心部分にＮＯｘ吸蔵材を担持し、該触媒基材の外周部分にはＮＯｘ吸蔵材を担持しないことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】
前記排気浄化触媒において、更に前記触媒基材の下流側部分に担持された下流側ＮＯｘ吸蔵材のＳＯｘ離脱温度は、該触媒基材の上流側部分に担持された上流側ＮＯｘ吸蔵材のＳＯｘ離脱温度より高いか、または、前記触媒基材の下流側部分にＮＯｘ吸蔵材を担持し、該触媒基材の上流側部分にはＮＯｘ吸蔵材を担持しないことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項３】
前記中心部ＮＯｘ吸蔵材は、リチウムを除くアルカリ金属、またはアルカリ土類金属を構成成分として含有することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項４】
前記下流側ＮＯｘ吸蔵材は、リチウムを除くアルカリ金属、またはアルカリ土類金属を構成成分として含有することを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項５】
前記周辺部ＮＯｘ吸蔵材は、リチウムを構成成分として含有する吸蔵材であることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項６】
前記上流側ＮＯｘ吸蔵材は、リチウムを構成成分として含有する吸蔵材であることを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項７】
内燃機関の排気通路に設けられ、酸化能を有する前段排気浄化触媒と、
前記前段排気浄化触媒の下流の排気通路に設けられた吸蔵還元型ＮＯｘ触媒であって、排気中のＳＯｘも吸蔵する後段排気浄化触媒と、を備える内燃機関の排気浄化装置において、
前記前段排気浄化触媒の触媒基材の熱伝導率は、前記後段排気浄化触媒の触媒基材の熱伝導率より高いことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項８】
前記後段排気浄化触媒の中心部触媒基材の熱伝導率は、該後段排気浄化触媒の外周部触媒基材の熱伝導率より高いことを特徴とする請求項７に記載の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、内燃機関の排気浄化を行う排気浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
希薄燃焼を行う内燃機関においては、排気中のＮＯｘを吸蔵、還元することでＮＯｘの浄化を行う吸蔵還元型ＮＯｘ触媒が用いられる。しかし、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒には、ＮＯｘと同様に排気中のＳＯｘも吸蔵する性質があり、更に吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に吸蔵されるＳＯｘ量が増加すると、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の排気浄化機能が低下し、排気中のＮＯｘの浄化を効率的に行うのが困難となる。
【０００３】
そこで、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の排気浄化機能を回復させるために、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の温度を上昇させ、且つ吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に流入する排気の空燃比をリッチ空燃比とすることで、吸蔵されたＳＯｘを吸蔵還元型ＮＯｘ触媒から離脱させる。しかし、このとき、離脱したＳＯｘが還元されることで臭気の強い硫化水素が発生する場合がある。
【０００４】
そこで、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に吸蔵されたＳＯｘ量が多くなると、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に流入する排気の空燃比をリッチ側の空燃比とリーン側の空燃比とに交互に切り替えることで、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒からＳＯｘを離脱させるとともに硫化水素の発生を抑制する技術が公開されている（例えば、特許文献１を参照。）。
【特許文献１】特開２００１−８２１３７号公報
【特許文献２】特開２０００−２７４２３２号公報
【特許文献３】特開２００３−１６６４１５号公報
【特許文献４】特開２００３−１６１１３８号公報
【特許文献５】特開２００３−１６１１３９号公報
【特許文献６】特開２００１−２７１６３０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
吸蔵還元型ＮＯｘ触媒によって、内燃機関から排出されるＮＯｘを浄化する場合、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒にＳＯｘが吸蔵されることで触媒機能が低下する。そこで、吸蔵されたＳＯｘを離脱させるために、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒をＳＯｘが離脱し得る温度まで昇温させるとともに、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に流入する排気空燃比をリッチ空燃比とするが、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒内において温度分布が発生し、局所的に高温となる部位が発生する。
【０００６】
特に、内燃機関の機関速度が早くなると、多量の高温の排気が流入するため、当該温度分布における高温部と低温部との間の温度差（以下、「温度分布における温度幅」という）が拡大する。該温度幅が拡大すると、局所的に低温となる部位において吸蔵されたＳＯｘを離脱させるための温度に至らずＳＯｘの十分な離脱が困難となり、該部位において更に温度を上昇させると局所的に高温となる部位において吸蔵還元型ＮＯｘ触媒が溶損する虞がある。即ち、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒が溶損するのを回避するために、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の昇温を連続して行えず間欠的に行う必要がある。その結果、局所的に高温となる
部位に拘束されることとなり、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に吸蔵されたＳＯｘを離脱させるために要する時間が長くなる虞がある。
【０００７】
また、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒が溶損するのを回避するために、吸蔵されたＳＯｘが比較的低温において離脱され得る特性を有する吸蔵還元型ＮＯｘ触媒を使用すると、ＮＯｘの離脱温度特性もＳＯｘの離脱温度特性に準ずるため、排気温度が高温となる内燃機関の運転状態において、排気中のＮＯｘを確実に吸蔵し、浄化することが困難となる虞がある。
【０００８】
本発明では、上記した問題に鑑み、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒を備える内燃機関の排気浄化装置において、排気中のＮＯｘの浄化能力が低減することなく、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に吸蔵されたＳＯｘをより速やかに離脱させて、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の触媒機能の早期回復を図ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、上記した課題を解決するために、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒を形成するＮＯｘ吸蔵材のＳＯｘ離脱温度と吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に生じる温度分布に着目した。ここで、ＳＯｘ離脱温度とは、リッチ空燃比の雰囲気に置かれた吸蔵還元型ＮＯｘ触媒において、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒のＮＯｘ吸蔵材に吸蔵されているＳＯｘが所定量離脱されるときの吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の温度である。このＳＯｘ離脱温度は、ＮＯｘ吸蔵材に含まれるアルカリ金属やアルカリ土類金属等の構成成分に依存する。そこで、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒におけるＮＯｘ吸蔵材を、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒において発生する温度分布に対応させることで、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の各部位におけるＳＯｘの離脱をより効率的に行うことが可能となる。
【００１０】
そこで、本発明は、内燃機関の排気通路に設けられた吸蔵還元型ＮＯｘ触媒であって、排気中のＳＯｘも吸蔵する排気浄化触媒を備える内燃機関の排気浄化装置において、前記排気浄化触媒は、触媒基材にＮＯｘ吸蔵材が担持されることで形成され、前記触媒基材の中心部分に担持された中心部ＮＯｘ吸蔵材のＳＯｘ離脱温度は、該触媒基材の外周部分に担持された外周部ＮＯｘ吸蔵材のＳＯｘ離脱温度より高いか、または前記触媒基材の中心部分にＮＯｘ吸蔵材を担持し、該触媒基材の外周部分にはＮＯｘ吸蔵材を担持しないとする。
【００１１】
吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に吸蔵されているＳＯｘを離脱させるために、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒を昇温させる必要があるのは先述の通りである。ここで、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の昇温は、燃料の主噴射時期を遅角側に移行することで該触媒に流入する排気の温度を上昇させるとともに、主噴射より後の時期に再度燃料噴射を行う副噴射や、排気通路を流れる排気への燃料添加等によって吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に燃料成分を供給し、該触媒の有する酸化能によって燃料を酸化することで得られる酸化熱をもって行われる。
【００１２】
このとき、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒への排気の流入や、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒が収納されている収納ケースへの熱移動によって、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒における温度分布において、該触媒の中心部の温度は周辺部と比べて高温となる。
【００１３】
そこで、触媒基材の中心部分に担持されるＮＯｘ吸蔵材のＳＯｘ離脱温度を、外周部分に担持されるＮＯｘ吸蔵材のＳＯｘ離脱温度より高くすることで、該中心部分においては比較的高温状態においてＳＯｘが離脱し、該外周部分においては比較的低温状態においてＳＯｘが離脱する。換言すると、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に燃料成分を供給して該触媒の昇温を行う際に、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に生じる温度分布に対応した部位に、ＳＯｘ離脱温度が異なるＮＯｘ吸蔵材が担持されているため、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒において局所的に高温となる部位に拘束されず、該触媒の全体からＳＯｘをより効率的に離脱させることが
可能となる。一方で、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒ではＮＯｘの離脱温度はＳＯｘの離脱温度に準ずるため、排気の温度が比較的広い温度幅において、ＮＯｘ浄化が可能となる。その結果、排気中のＮＯｘの浄化能力が低減することなく、吸蔵されたＳＯｘをより速やかに離脱させて、以て吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の触媒機能の早期回復を図ることが可能となる。
【００１４】
また、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒において温度が比較的低くなる外周部分においては触媒基材にＮＯｘ吸蔵材を担持しないことで、もとより吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の外周部においてＳＯｘの吸蔵が行われないようにする。その結果、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の中心部分においてＳＯｘが吸蔵されることになり、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に温度分布が生じた場合でも、ＳＯｘが吸蔵されている吸蔵還元型ＮＯｘ触媒における温度分布における温度幅は小さい。そのため、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒において局所的に高温となる部位に拘束されず、該触媒の中心部分からＳＯｘをより効率的に離脱させることが可能となる。その結果、吸蔵されたＳＯｘをより速やかに離脱させて、以て吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の触媒機能の早期回復を図ることが可能となる。
【００１５】
また、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒における燃料成分の酸化反応や排気の流れによって、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒における温度分布においては、該触媒から排気が流出する側にあたる下流側の該触媒の温度は、該触媒へ排気が流入する側にあたる上流側の該触媒の温度と比べて高温となる。そこで、前記排気浄化触媒において、更に前記触媒基材の下流側部分に担持された下流側ＮＯｘ吸蔵材のＳＯｘ離脱温度は、該触媒基材の上流側部分に担持された上流側ＮＯｘ吸蔵材のＳＯｘ離脱温度より高いか、または、前記触媒基材の下流側部分にＮＯｘ吸蔵材を担持し、該触媒基材の上流側部分にはＮＯｘ吸蔵材を担持しないとする。
【００１６】
これにより、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒における温度分布に対応した部位にＳＯｘ離脱温度の異なる吸蔵材を担持することで、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒において局所的に高温となる部位に拘束されず、該触媒の全体からＳＯｘをより効率的に離脱させることが可能となる。その結果、排気中のＮＯｘの浄化能力が低減することなく、吸蔵されたＳＯｘをより速やかに離脱させて、以て吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の触媒機能の早期回復を図ることが可能となる。
【００１７】
ここで、中心部ＮＯｘ吸蔵材、下流側ＮＯｘ吸蔵材としては、リチウムを除くアルカリ金属またはアルカリ土類金属を構成成分とするＮＯｘ吸蔵材を用いることで、それぞれのＮＯｘ吸蔵材のＳＯｘ離脱温度を比較的高くすることが可能となる。また、外周部ＮＯｘ吸蔵材、上流側ＮＯｘ吸蔵材としては、リチウムを構成成分とするＮＯｘ吸蔵材を用いることで、それぞれのＮＯｘ吸蔵材のＳＯｘ離脱温度を比較的低くすることが可能となる。
【００１８】
次に、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒における温度分布をより均一にすることで、局所的に突出して高温となることを回避して、より効率的なＳＯｘの離脱を行うべく、以下に示す構成が有用である。即ち、内燃機関の排気通路に設けられ、酸化能を有する前段排気浄化触媒と、前記前段排気浄化触媒の下流の排気通路に設けられた吸蔵還元型ＮＯｘ触媒であって、排気中のＳＯｘも吸蔵する後段排気浄化触媒と、を備える内燃機関の排気浄化装置において、前記前段排気浄化触媒の触媒基材の熱伝導率を、前記後段排気浄化触媒の触媒基材の熱伝導率より高くする。
【００１９】
前段排気浄化触媒は、後段排気浄化触媒に吸蔵されたＳＯｘを離脱させるべく該後段排気浄化触媒の温度を上昇させるために、先述した副噴射や排気への燃料添加等によって排気中に含まれる燃料を酸化させて、後段排気浄化触媒に流入する排気の温度を上昇させるものである。これにより、後段排気浄化触媒に直接燃料が供給されるより、後段排気浄化触媒の温度が効率的に上昇する。
【００２０】
このとき、前段排気浄化触媒においては、排気中の燃料が酸化されてその酸化熱によって排気温度が上昇するが、前段排気浄化触媒の触媒基材の熱伝導率をより高くすることで、燃料の酸化熱が前段排気浄化触媒においてより広く拡散することとなる。その結果、前段排気浄化触媒において局所的に上昇する部位の最高温度が低下し、かつ全体的に前段排気浄化触媒の温度が上昇する。即ち、前段排気浄化触媒における温度分布における温度幅が小さくなる。
【００２１】
そして、後段排気浄化触媒に流入する排気の温度の推移も、前段排気浄化触媒の温度分布に従い、後段排気浄化触媒での最高温度が低下し、温度分布における温度幅が小さくなる。そのため、局所的に高温となる部位に拘束されにくくなり、後段排気浄化触媒の温度上昇をより連続して行うことが可能となる。その結果、吸蔵されたＳＯｘをより速やかに離脱させて、以て吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の触媒機能の早期回復を図ることが可能となる。
【００２２】
また、前記後段排気浄化触媒の中心部触媒基材の熱伝導率を、該後段排気浄化触媒の外周部触媒基材の熱伝導率より高くする。このように後段排気浄化触媒を形成することで、温度が上昇しやすい中心部分の熱エネルギーを外周部分に拡散させるとともに、外周部分においては熱伝導率を低くすることで後段排気浄化触媒から外部への熱の放出を抑制し、後段排気浄化触媒における温度分布の変動幅をより小さくすることで、後段排気浄化触媒の昇温をより連続して行うことが可能となる。以て、吸蔵されたＳＯｘの離脱をより速やかにすることが可能となる。
【００２３】
尚、上述までの吸蔵還元型ＮＯｘ触媒は、該ＮＯｘ触媒を粒子状物質を捕集することが可能なフィルタ上に担持された状態で、内燃機関の排気通路に設けられてもよい。
【発明の効果】
【００２４】
吸蔵還元型ＮＯｘ触媒を備える内燃機関の排気浄化装置において、排気中のＮＯｘの浄化能力が低減することなく、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に吸蔵されたＳＯｘをより速やかに離脱させて、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の触媒機能の早期回復を図ることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
ここで、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の実施の形態について図面に基づいて説明する。
【実施例１】
【００２６】
図１は、本発明が適用される内燃機関の排気浄化装置の概略構成を表すブロック図である。ここで、内燃機関１は、圧縮着火式の内燃機関である。吸気通路２から内燃機関１に吸入された吸気は、図示されない燃料噴射弁から噴射された燃料と混合気を形成し、燃焼に供される。そして、生成された排気は内燃機関１から排気通路３へと排出される。また、排気通路３には、排気通路を流れる排気に燃料を添加する燃料添加弁４が設けられている。
【００２７】
また燃料添加弁４の下流の排気通路３の途中には、排気中のＮＯｘを浄化するために吸蔵還元型のＮＯｘ触媒５が設けられている。ＮＯｘ触媒５は、ケーシング５ａの中に、触媒本体が格納されている。そして、触媒本体は、触媒基材にＮＯｘ吸蔵材が担持されることで形成されている。本実施例においては、ＮＯｘ触媒５に担持されているＮＯｘ吸蔵材は、部位に応じて異なる。具体的には、触媒基材の中心部分５ｂに担持されているＮＯｘ吸蔵材（以下、「中心部用ＮＯｘ吸蔵材」という）は、アルカリ金属であるバリウムを構成成分として含有している。一方で、触媒基材の外周部分５ｃに担持されているＮＯｘ吸蔵材（以下、「外周部用ＮＯｘ吸蔵材」という）は、アルカリ金属であるリチウムを構成成分として含有している。
【００２８】
ここで、ＮＯｘ吸蔵材の構成成分であるアルカリ金属の種類を相異させることで、中心部用ＮＯｘ吸蔵材が担持された中心部分５ｂの触媒（以下、「中心部分ＮＯｘ触媒」という）と、外周部用ＮＯｘ吸蔵材が担持された外周部分５ｃの触媒（以下、「外周部分ＮＯｘ触媒」という）とにおいて、ＮＯｘ浄化率やＳＯｘ離脱率が異なる。ここで、ＮＯｘ浄化率とは、ＮＯｘ触媒に流入する排気中のＮＯｘ濃度に対する、ＮＯｘ触媒に流入する排気中のＮＯｘ濃度とＮＯｘ触媒から流出する排気中のＮＯｘ濃度との差の比で表される。また、ＳＯｘ離脱率とは、ＮＯｘ触媒に流入する排気がリッチ空燃比である条件下において、ＮＯｘ触媒に吸蔵されているＳＯｘがＮＯｘ触媒から離脱するときの、吸蔵されていた総ＳＯｘ量に対する放出されたＳＯｘ量の比で表される。
【００２９】
そこで、図２および図３に基づいて、中心部分ＮＯｘ触媒と外周部分ＮＯｘ触媒の触媒温度に対するＮＯｘ浄化率およびＳＯｘ離脱率について説明する。図２は、触媒温度に対するＮＯｘ浄化率の推移を示すグラフで、グラフの縦軸がＮＯｘ浄化率を、横軸が触媒温度を表す。また、図３は、触媒温度に対するＳＯｘ離脱率の推移を示すグラフで、グラフの縦軸がＳＯｘ離脱率を、横軸が触媒温度を表す。
【００３０】
図２において、線Ｌ１およびＬ２は、それぞれ外周部分ＮＯｘ触媒および中心部分ＮＯｘ触媒のＮＯｘ浄化率推移を示している。即ち、外周部分ＮＯｘ触媒においては、触媒温度が比較的低温の状態でＮＯｘ浄化率のピークを迎え、中心部分ＮＯｘ触媒においては、触媒温度が比較的高温の状態でＮＯｘ浄化率のピークを迎える。
【００３１】
また、図３において、線Ｌ３およびＬ４は、それぞれ外周部分ＮＯｘ触媒および中心部分ＮＯｘ触媒のＳＯｘ離脱推移を示している。即ち、外周部分ＮＯｘ触媒は、中心部分ＮＯｘ触媒にくらべて、ＳＯｘ離脱率が低温の状態で吸蔵されたＳＯｘが離脱する。ここで、それぞれのＮＯｘ触媒のＳＯｘ離脱率が基準ＳＯｘ離脱率Ｓｒ以上となる触媒の温度をＳＯｘ離脱温度Ｔ１、Ｔ２とする。従って、外周部分ＮＯｘ触媒のＳＯｘ離脱温度Ｔ１は、中心部分ＮＯｘ触媒のＳＯｘ離脱温度Ｔ２より低くなる。
【００３２】
このように構成される内燃機関１の排気浄化装置においては、ＮＯｘ触媒１においてＮＯｘを吸蔵還元することで、排気中のＮＯｘの浄化を行う。ここで、外周部分ＮＯｘ触媒と中心部分ＮＯｘ触媒おいては、それぞれ図２に示すＮＯｘ浄化特性が発揮されることより、広範囲なＮＯｘ触媒５の温度において、換言すると広範囲な排気温度において、比較的高いＮＯｘ浄化率を発揮することが可能となる。
【００３３】
一方で、排気中のＳＯｘもＮＯｘ触媒５に吸蔵される。そこで、燃料添加弁４から排気へ燃料を添加して、ＮＯｘ触媒５に流入する排気の空燃比をリッチ空燃比とするとともに、内燃機関１からの排気温度を上昇させることで、ＮＯｘ触媒５に吸蔵されているＳＯｘをＮＯｘ触媒５から離脱させる必要がある。燃料添加弁４からの燃料添加を開始すると、ＮＯｘ触媒５の有する酸化能によって燃料が酸化され、その酸化熱によってＮＯｘ触媒５の温度が上昇する。ここで、ＮＯｘ触媒５に流入する排気の流速やＮＯｘ触媒本体からケーシング５ａへの放熱によって、触媒基材の中心部分５ｂの温度は触媒基材の外周部分５ｃの温度より高くなる温度分布が形成される。ＮＯｘ触媒５に流入する排気の流速が高くなるに従い、温度分布における温度幅は拡大する。
【００３４】
ここで、中心部分ＮＯｘ触媒および外周部分ＮＯｘ触媒では、それぞれ図３に示すＳＯｘ離脱特性が発揮される。すなわち、ＮＯｘ触媒５に生じる温度分布において比較的低温部であるＮＯｘ触媒５の外周部分には、ＳＯｘ離脱温度がＴ１である外周部分用ＮＯｘ吸蔵材が担持され、ＮＯｘ触媒５に生じる温度分布において比較的高温部であるＮＯｘ触媒５の中心部分には、ＳＯｘ離脱温度がＴ２である中心部分用ＮＯｘ吸蔵材が担持されてい
る。
【００３５】
従って、ＮＯｘ触媒５に生じる温度分布に対応したＳＯｘ離脱温度を有する吸蔵材が、ＮＯｘ触媒５に担持されていることになるため、ＮＯｘ触媒５において局所的に高温となる部位に拘束されずに、燃料添加弁４からの燃料添加によって昇温したＮＯｘ触媒５の全体において、比較的高いＳＯｘ離脱率の下、ＮＯｘ触媒５に吸蔵されたＳＯｘが離脱させて、以て吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の触媒機能の早期回復を図ることが可能となる。
【００３６】
ここで、ＮＯｘ触媒５の本体におけるＮＯｘ吸蔵材の担持を中心部分と外周部分とにおいて分ける担持方法について、図４および図５に基づいて説明する。図４は、ＮＯｘ吸蔵材の第一の担持方法を示す図である。図４に示すように、第一の担持方法においては、ＮＯｘ触媒５を形成する触媒基材の外周部分５ｃと触媒基材の中心部分５ｂとは同質の触媒基材であるが、別々に構成されている。中心部分の触媒基材は円柱形状である。一方で外周部分の触媒基材は、中心部分が円柱状にくり抜かれている円柱形状である。
【００３７】
そして、それぞれの触媒基材において、外周部分用ＮＯｘ吸蔵材と中心部分用ＮＯｘ吸蔵材とを担持させた後に、外周部分の触媒基材のくり抜かれている部分に中心部分の触媒基材を埋め込むことでＮＯｘ触媒５の本体を形成する。
【００３８】
次に、図５は、ＮＯｘ吸蔵材の第二の担持方法を示す図である。第二の担持方法においては、ＮＯｘ触媒５の触媒基材は、図４に示す場合と異なり一体の構造物である。触媒基材の端面を口径の異なるＯリング１４ａ、１４ｂでシールする。ここで、口径の小さいＯリング１４ａは触媒基材の中心部分に配置し、口径の大きいＯリング１４ｂは触媒基材の外周部分に配置する。また、Ｏリング１４ａから延出し中心部用ＮＯｘ吸蔵材の水溶液を流し込む流路１０、およびＯリング１４ｂから延出し外周部用ＮＯｘ吸蔵材の水溶液を流し込む流路１１を設ける。
【００３９】
そして、中心部用ＮＯｘ吸蔵材の水溶液をノズル８から流路１０に、外周部用ＮＯｘ吸蔵材の水溶液をノズル９から流路１１に流し込み、触媒基材にそれぞれのＮＯｘ吸蔵材の水溶液を吸水させることで、ＮＯｘ吸蔵材の担持を行う。尚、触媒基材に吸水されなかったそれぞれのＮＯｘ吸蔵材の水溶液は、排出路１２、１３を通って排出される。また、ＮＯｘ吸蔵材を担持させた後は、更に触媒本体全体に白金の担持を行うことで、ＮＯｘ触媒５の本体の形成を行う。
【００４０】
次に、本実施例のＮＯｘ触媒に代えて、ＮＯｘ触媒５での温度分布において低温部である外周部分においては、ＮＯｘ吸蔵材の担持を行わないようにしてもよい。このようにすることで、ＮＯｘ触媒５におけるＮＯｘ吸蔵材の割合が減少するため、ＮＯｘ触媒５全体によるＮＯｘ浄化率は低下するが、外周部分においてはＳＯｘが吸蔵されることはない。従って、ＮＯｘ触媒５での温度分布において比較的高温部においてＳＯｘが吸蔵され、吸蔵されたＳＯｘを離脱させるべき部位におけるＮＯｘ触媒５の温度分布における温度幅が小さくなり、局所的に高温となる部位に比較的拘束されずにＮＯｘ触媒５の昇温を行い吸蔵されたＳＯｘをより効率的に離脱させることが可能となる。その結果、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の触媒機能の早期回復を図ることが可能となる。
【００４１】
ここで、ＮＯｘ触媒５に吸蔵されたＳＯｘを離脱させるために、燃料添加弁４によって燃料を添加したときのＮＯｘ触媒５における温度分布は、燃料の酸化の進行方向が排気の流速に影響されることにより、排気が流出する下流側の部位の温度が、排気が流入する上流側の部位と比べ高くなる。
【００４２】
そこで、図６に示すように、ＮＯｘ触媒５において、触媒基材を中心部分５ｂと外周部
分５ｃに加えて上流側部分５ｄに区別し、上流側部分５ｄには、外周部分５ｃに担持されるＮＯｘ吸蔵材と同様に、アルカリ金属であるリチウムを構成成分として含有するＮＯｘ吸蔵材（以下、「上流側用ＮＯｘ吸蔵材」という）を担持してもよい。
【００４３】
このようにすることで、ＮＯｘ触媒５に生じる温度分布に対応したＳＯｘ離脱温度を有する吸蔵材が、ＮＯｘ触媒５に担持されていることになるため、ＮＯｘ触媒５において局所的に高温となる部位に拘束されずに、燃料添加弁４からの燃料添加によって昇温したＮＯｘ触媒５の全体において、比較的高いＳＯｘ離脱率の下、ＮＯｘ触媒５に吸蔵されたＳＯｘが離脱させて、以て吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の触媒機能の早期回復を図ることが可能となる。尚、上流側部分５ｄにおいては、ＮＯｘ吸蔵材の担持を行わないようにしてもよい。
【実施例２】
【００４４】
本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の別の実施の形態について、図７および図８に基づいて説明する。尚、図７は内燃機関の排気浄化装置の概略構成を表すブロック図であり、図１に示す排気浄化装置の構成要素と同一の要素については、同一の参照番号を付して、その説明を省略する。
【００４５】
燃料添加弁４が設けられている部位より下流側の排気通路３には、酸化能を有する前段排気浄化触媒６と、更にその下流に吸蔵還元型ＮＯｘ触媒である後段排気浄化触媒７が設けられている。後段排気浄化触媒７は、ケーシング７ａの中に、触媒本体が格納されている。そして、触媒本体は、触媒基材にＮＯｘ吸蔵材が担持されることで形成されている。本実施例においては触媒基材に担持されているＮＯｘ吸蔵材は、触媒基材の部位によらず同一であるが、触媒基材が部位に応じて異なる。即ち、触媒本体の中心部分７ｂにおける触媒基材は比較的熱伝導率が高いシリコンカーバイト（ＳｉＣ）であり、触媒本体の外周部分７ｃにおける触媒基材は、中心部分７ｂにおける触媒基材より熱伝導率の低い、即ち断熱性の高いコーディライト材である。また、前段排気浄化触媒６の触媒基材は、後段排気浄化触媒７の触媒基材より更に熱伝導性の高い金属担体となっている。
【００４６】
このように構成される内燃機関１の排気浄化装置において、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒である後段排気浄化触媒７に吸蔵されたＳＯｘを離脱させるために、燃料添加弁４からの燃料添加を行うときの、後段排気浄化触媒７の温度の推移について説明する。図８は、燃料添加時における前段排気浄化触媒６および後段排気浄化触媒７の温度推移を示すグラフであり、グラフの横軸は時間を、縦軸は触媒温度を表す。
【００４７】
ここで、図８中、線Ｌ６および線Ｌ８（図中、点線で示される）は、前段排気浄化触媒６および後段排気浄化触媒７の触媒基材の材質が先述したように相異する本実施例における触媒温度の推移を示し、線Ｌ５および線Ｌ７（図中、実線で示される）は、前段排気浄化触媒６および後段排気浄化触媒７の触媒基材の材質が全てコーディライトで形成されているときの触媒温度の推移を示している。
【００４８】
本実施例に係る内燃機関１の排気浄化装置では、燃料添加弁４から排気へ添加された燃料が前段排気浄化触媒６において酸化されることで発生する酸化熱は、前段排気浄化触媒６の触媒基材が熱伝導性の高い金属担体であるため、前段排気浄化触媒６において広く拡散する。従って、線Ｌ５と線Ｌ６を比べてわかるように、触媒基材がコーディライトのときと比べて、触媒温度の推移においてその最高温度は低下し、且つ前段排気浄化触媒６における温度上昇が緩やかとなる。換言すると、燃料添加時における前段排気浄化触媒６の温度変動の幅が小さくなる。
【００４９】
ここで、前段排気浄化触媒６によって温められた排気が流入する後段排気浄化触媒７の
温度は、前段排気浄化触媒６の温度推移に影響される。従って、線Ｌ７と線Ｌ８を比べてわかるように、本実施例における後段排気浄化触媒７の温度変動の幅ΔＴ４は、前段排気浄化触媒６の触媒基材がコーディライトのときの後段排気浄化触媒７の温度変動の幅ΔＴ３より小さくなる。更に、後段排気浄化触媒７の触媒基材の熱伝導率が、外周部分７ｃに比べて中心部分７ｂの方が高いことにより、中心部分７ｂにおける熱が外周部分７ｃにより速やかに拡散する一方で、外周部分７ｃの熱がケーシング７ａの方へ伝達しにくくなるため、後段排気浄化触媒７における温度はより均一化され、後段排気浄化触媒７における温度分布における温度幅は小さくなる。
【００５０】
その結果、吸蔵されたＳＯｘを離脱させるにあたり、後段排気浄化触媒７において局所的に温度が高温となる部位の温度が低下し、後段排気浄化触媒７全体が温度上昇することになるため、燃料添加弁４から連続して燃料を添加する時間をより長くすることが可能となる。その結果、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の触媒機能の早期回復を図ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の実施の形態に係る内燃機関の排気浄化装置の概略構成を表す第一のブロック図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る内燃機関の排気浄化装置における吸蔵還元型ＮＯｘの、触媒温度に対するＮＯｘ浄化率の推移を示すグラフである。
【図３】本発明の実施の形態に係る内燃機関の排気浄化装置における吸蔵還元型ＮＯｘの、触媒温度に対するＳＯｘ離脱率の推移を示すグラフである。
【図４】本発明の実施の形態に係る内燃機関の排気浄化装置において、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の第一の製造方法を示す図である。
【図５】本発明の実施の形態に係る内燃機関の排気浄化装置において、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の第二の製造方法を示す図である。
【図６】本発明の実施の形態に係る内燃機関の排気浄化装置の概略構成を表す第二のブロック図である。
【図７】本発明の実施の形態に係る内燃機関の排気浄化装置の概略構成を表す第三のブロック図である。
【図８】本発明の実施の形態に係る内燃機関の排気浄化装置において、ＳＯｘ離脱時における排気浄化触媒の温度推移を示すグラフである。
【符号の説明】
【００５２】
１・・・・内燃機関
３・・・・排気通路
４・・・・燃料添加弁
５・・・・ＮＯｘ触媒
５ａ・・・・ケーシング
５ｂ・・・・中心部分
５ｃ・・・・外周部分
５ｄ・・・・上流側部分
６・・・・前段排気浄化触媒
７・・・・後段排気浄化触媒
７ａ・・・・ケーシング
７ｂ・・・・中心部分
７ｃ・・・・外周部分
【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】
2005090440.tif 000007
【図６】
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【図７】
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【図８】
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