(57)【要約】【課題】ＮＯx吸蔵還元触媒の活性温度域に達しないほど排気温度が低い運転状態でもＮＯxの低減化を実現し得る排気浄化装置を提供する。【解決手段】排気ガス８中のＮＯxを酸化して硝酸塩の状態で一時的に吸蔵し且つ排気ガス８中のＯ2濃度の低下時に還元剤の介在によりＮＯxを分解放出するＮＯx吸蔵還元触媒１０を排気管９の途中に介装し、該排気管９のＮＯx吸蔵還元触媒１０より上流側で排気ガス８中に燃料を還元剤として添加するインジェクタ１２（燃料添加手段）を備えた排気浄化装置に関し、ＮＯx吸蔵還元触媒１０の触媒原料の粒子径を少なくとも５０ｎｍ以下の加工可能な範囲に設定して被表面積が１０ｍ2／ｇを上回るように構成し、排気温度が低い運転状態で排気ガス８中のＮＯxがＮＯx吸蔵還元触媒１０の表面への物理的な吸着により低減されるようにする。【選択図】図１
2007296442.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気ガス中のＮＯxを酸化して硝酸塩の状態で一時的に吸蔵し且つ排気ガス中のＯ2濃度の低下時に還元剤の介在によりＮＯxを分解放出するＮＯx吸蔵還元触媒を排気管の途中に介装し、該排気管のＮＯx吸蔵還元触媒より上流側で排気ガス中に燃料を還元剤として添加する燃料添加手段を備えた排気浄化装置において、ＮＯx吸蔵還元触媒の触媒原料の粒子径を少なくとも５０ｎｍ以下の加工可能な範囲に設定して被表面積が１０ｍ2／ｇを上回るように構成したことを特徴とする排気浄化装置。
【請求項２】
排気ガスの温度を上昇させる排気昇温手段を備えたことを特徴とする請求項１に記載の排気浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排気浄化装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、排気管の途中に装備した排気浄化用触媒により排気浄化を図ることが行われており、この種の排気浄化用触媒としては、排気空燃比がリーンの時に排気ガス中のＮＯxを酸化して硝酸塩の状態で一時的に吸蔵し、排気ガス中のＯ2濃度が低下した時に未燃ＨＣやＣＯ等の介在によりＮＯxを分解放出して還元浄化する性質を備えたＮＯx吸蔵還元触媒が知られている。
【０００３】
そして、斯かるＮＯx吸蔵還元触媒においては、ＮＯxの吸蔵量が増大して飽和量に達してしまうと、それ以上のＮＯxを吸蔵できなくなるため、定期的にＮＯx吸蔵還元触媒に流入する排気ガスのＯ2濃度を低下させてＮＯxを分解放出させる必要がある。
【０００４】
例えば、ガソリン機関に使用した場合であれば、機関の運転空燃比を低下（機関をリッチ空燃比で運転）することにより、排気ガス中のＯ2濃度を低下し且つ排気ガス中の未燃ＨＣやＣＯ等の還元成分を増加してＮＯxの分解放出を促すことができるが、ＮＯx吸蔵還元触媒をディーゼル機関の排気浄化装置として使用した場合には機関をリッチ空燃比で運転することが困難である。
【０００５】
このため、ＮＯx吸蔵還元触媒の上流側で排気ガス中に燃料（ＨＣ）を添加する手段を新たに設け、これにより添加された燃料を還元剤としてＮＯx吸蔵還元触媒上でＯ2と反応させ、排気ガス中のＯ2濃度を積極的に低下させてＮＯx吸蔵還元触媒の再生を図る必要がある（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２０００−３５６１２７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、前述の如き従来のＮＯx吸蔵還元触媒においては、必要な触媒活性が得られる活性温度域があり、この活性温度域の下限温度（約２００℃程度）を下まわるような低い排気温度での運転状態（一般的に低負荷運転領域に排気温度が低い領域が拡がっている）が続くと、ＮＯx吸蔵還元触媒によるＮＯx低減効果が殆ど得られないという問題があった。
【０００７】
このため、排気管途中にバーナ等を装備して排気温度の低い運転状態で強制的に排気温度を上昇させることも検討されているが、例えば、都市部の路線バス等のように渋滞路ばかりを走行するようなアイドリング主体の運行形態の車両では、排気温度が約１５０℃程度であり、バーナ等による排気温度の強制的な上昇措置を連続的に実施しなければならず、排気温度を上昇させるためのバーナ等での燃料消費分が著しく増加して大幅な燃費悪化を招いてしまうことになる。
【０００８】
本発明は上述の実情に鑑みてなしたもので、ＮＯx吸蔵還元触媒の活性温度域に達しないほど排気温度が低い運転状態でもＮＯxの低減化を実現し得る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】
【０００９】
本発明は、排気ガス中のＮＯxを酸化して硝酸塩の状態で一時的に吸蔵し且つ排気ガス中のＯ2濃度の低下時に還元剤の介在によりＮＯxを分解放出するＮＯx吸蔵還元触媒を排気管の途中に介装し、該排気管のＮＯx吸蔵還元触媒より上流側で排気ガス中に燃料を還元剤として添加する燃料添加手段を備えた排気浄化装置において、ＮＯx吸蔵還元触媒の触媒原料の粒子径を少なくとも５０ｎｍ以下の加工可能な範囲に設定して被表面積が１０ｍ2／ｇを上回るように構成したことを特徴とするものである。
【００１０】
而して、このようにすれば、ＮＯx吸蔵還元触媒の被表面積が１０ｍ2／ｇを上回ることで物理的な吸着能が大幅に高められ、ＮＯx吸蔵還元触媒の活性温度域に達しないほど排気温度が低い温度条件下において、実用的見地からして十分に高いＮＯx吸着率が実現される。
【００１１】
この結果、ＮＯx吸蔵還元触媒の活性温度域に達しないほど排気温度が低い運転状態にあっては、排気ガス中のＮＯxがＮＯx吸蔵還元触媒の表面への物理的な吸着により低減され、バーナ等の排気昇温手段による排気温度の強制的な上昇措置を連続的に実施しなくてもＮＯxの低減化が実現されることになる。
【００１２】
ここで、ＮＯx吸蔵還元触媒のＮＯxに対する吸着能は、所要の放出温度域まで温度上昇することで消失するが、この種の放出温度域は、ＮＯx吸蔵還元触媒の活性温度域の下限温度よりも高い温度帯に存在している。
【００１３】
このため、排気空燃比がリーンの状態でＮＯx吸蔵還元触媒の活性温度域まで排気温度が上昇すれば、排気ガス中のＮＯxや、既に表面に吸着された状態にあるＮＯxがＮＯx吸蔵還元触媒の表面上で酸化されて硝酸塩の状態で一時的に吸蔵されることになり、ＮＯx吸蔵還元触媒の吸着能が消失しても吸蔵によりＮＯxの低減を図ることが可能となる。
【００１４】
そして、適宜なタイミングで燃料添加手段による燃料添加を行えば、その添加燃料が蒸発して生じたＨＣがＮＯx吸蔵還元触媒の表面上で排気ガス中のＯ2と反応（燃焼）し、これにより周囲のＯ2濃度が低下してＮＯxの分解放出が開始され、その分解放出されたＮＯxが直ちにＨＣやＣＯ等と反応して還元浄化されることになる。
【００１５】
また、ここで注目すべきところは、排気温度が低い運転状態におけるＮＯxの吸着時において、ＮＯxだけでなくＨＣも吸着されているという点と、ＮＯx吸蔵還元触媒の活性温度域に達してからも放出温度域まではＨＣの吸着が継続されるという点である。
【００１６】
即ち、このようなＨＣの吸着によれば、ＮＯx吸蔵還元触媒の表面にリッチ雰囲気（Ｏ2濃度が低く且つ還元成分が多い雰囲気）が効率良く形成されるので、排気ガス中のＯ2により無駄に消費されるＨＣが少なくなって燃料の添加量が必要最小限で済み、しかも、ＮＯx吸蔵還元触媒におけるＮＯxの分解放出反応及び還元浄化反応が著しく促進されてＮＯx吸蔵還元触媒の再生効率が大幅に向上されることになる。
【００１７】
更に、本発明においては、排気ガスの温度を上昇させる排気昇温手段を備えるようにしても良く、このようにすれば、ＮＯx吸蔵還元触媒の活性温度域に達しないほど排気温度が低い運転状態において、排気昇温手段により排気ガスの温度を一時的にＮＯx吸蔵還元触媒の活性温度域まで上昇させて吸着済みＮＯxをＮＯx吸蔵還元触媒に硝酸塩の状態で吸蔵させることが可能となる。
【００１８】
即ち、ＮＯx吸蔵還元触媒にＮＯxを物理的に吸着できる容量の限界は自ずから決まっているため、その限界に達する前に硝酸塩の状態で吸蔵させるようにすれば、ＮＯx吸蔵還元触媒を再びＮＯxを多く吸着できる状態に戻すことが可能となり、ＮＯx吸蔵還元触媒によるＮＯxの吸着を長時間に亘り継続させることが可能となる。
【発明の効果】
【００１９】
上記した本発明の排気浄化装置によれば、下記の如き種々の優れた効果を奏し得る。
【００２０】
（Ｉ）ＮＯx吸蔵還元触媒の活性温度域に達しないほど排気温度が低い運転状態でも、排気ガス中のＮＯxをＮＯx吸蔵還元触媒の表面への物理的な吸着により低減することができるので、バーナ等の排気昇温手段による排気温度の強制的な上昇措置を連続的に実施しなくてもＮＯxの低減化を実現することができる。
【００２１】
（ＩＩ）燃料添加手段による必要最小限の燃料の添加でＮＯx吸蔵還元触媒の表面に効率良くリッチ雰囲気を形成させることができるので、燃費の悪化を極力回避しつつＮＯx吸蔵還元触媒の再生効率を大幅に向上することができ、ＮＯx吸蔵還元触媒の活性温度域におけるＮＯx低減性能を従来よりも高めることができる。
【００２２】
（ＩＩＩ）排気ガスの温度を上昇させる排気昇温手段を備えた構成を採用すれば、この排気昇温手段により排気ガスの温度を一時的にＮＯx吸蔵還元触媒の活性温度域まで上昇させて吸着済みＮＯxをＮＯx吸蔵還元触媒に硝酸塩の状態で吸蔵させることができるので、ＮＯx吸蔵還元触媒で物理的に吸着できるＮＯxの容量が限界に達する前にＮＯx吸蔵還元触媒を再びＮＯxを多く吸着できる状態に戻すことができ、ＮＯx吸蔵還元触媒によるＮＯxの吸着を長時間に亘り継続させることができる（例えば、渋滞の多い都市内での徐行運転等のように低負荷で排気温度が低い運転状態が継続され易い運転条件下であっても、車外に排出される排気ガス中に含まれるＮＯxを確実に低減することができる）。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。
【００２４】
図１〜図３は本発明を実施する形態の一例を示すもので、図１中における符号の１はターボチャージャ２を搭載したディーゼルエンジンを示しており、エアクリーナ３から導いた吸気４を吸気管５を通し前記ターボチャージャ２のコンプレッサ２ａへ導いて加圧し、その加圧された吸気４をインタークーラ６を介しディーゼルエンジン１の各気筒に分配して導入するようにしてある。
【００２５】
また、このディーゼルエンジン１の各気筒から排気マニホールド７を介し排出された排気ガス８を排気管９を通して前記ターボチャージャ２のタービン２ｂへ送り、該タービン２ｂを駆動した排気ガス８をＮＯx吸蔵還元触媒１０を通してＮＯxを低減化した上で車外へ排出するようにしてある。
【００２６】
更に、排気管９の途中における適宜位置、即ち、ここに図示している例でＬ字状に曲がっている排気管９の屈曲部に対し、燃料噴射方向が排気ガス８の流れ方向に沿うように昇温手段を成すバーナ１１が貫通装着されており、このバーナ１１の傍らには、やはり燃料噴射方向が排気ガス８の流れ方向に沿うようにしたインジェクタ１２が燃料添加手段として貫通装着されている。
【００２７】
ここで、前記インジェクタ１２は、ディーゼルエンジン１の気筒内噴射に用いられるインジェクタのように高圧雰囲気に燃料噴射を行うものではないので、大気圧に近い排気圧力に抗して燃料を噴射できる程度のインジェクタであれば良く、例えば、ガソリンエンジンの気筒内噴射に用いられているインジェクタをそのまま流用することも可能である。
【００２８】
そして、本形態例においては、前記ＮＯx吸蔵還元触媒１０を構成するにあたり、該ＮＯx吸蔵還元触媒１０の触媒原料の粒子径を少なくとも５０ｎｍ以下の加工可能な範囲に設定して被表面積が１０ｍ2／ｇを上回るようにしている。
【００２９】
事実、本発明者による検証実験によれば、図２にグラフで示している通り、ＮＯx吸蔵還元触媒１０の触媒原料の粒子径を５０ｎｍ程度まで小さくすれば、その被表面積を約１０ｍ2／ｇまで増加できることが確認されており、また、図３にグラフで示している通り、被表面積が約１０ｍ2／ｇを上回るものとなったＮＯx吸蔵還元触媒１０では、その物理的な吸着能が大幅に高められ、ＮＯx吸蔵還元触媒１０の活性温度域に達しないほど排気温度が低い温度条件下において、実用的見地からして十分に高いＮＯx吸着率が実現されることが確認されている。
【００３０】
尚、物理的な吸着能が大幅に高められたＮＯx吸蔵還元触媒１０では、ＨＣの吸着率も高められることになるので、参考として図３のグラフ中にＨＣの吸着率についても鎖線で併記してある。
【００３１】
また、図１に示している例においては、ＮＯx吸蔵還元触媒１０の後段に、酸化触媒を担持させた触媒再生型のパティキュレートフィルタ１３を装備した場合を例示しており、このパティキュレートフィルタ１３は、排気ガス８中のパティキュレート（Particulate Matter：粒子状物質）を捕集し得るようコージェライト等のセラミックから成る多孔質のハニカム構造として構成されている。
【００３２】
而して、このように排気浄化装置を構成すれば、ＮＯx吸蔵還元触媒１０の被表面積が１０ｍ2／ｇを上回ることで物理的な吸着能が大幅に高められる結果、ＮＯx吸蔵還元触媒１０の活性温度域に達しないほど排気温度が低い運転状態において、排気ガス８中のＮＯxがＮＯx吸蔵還元触媒１０の表面への物理的な吸着により低減され、バーナ１１による排気温度の強制的な上昇措置を連続的に実施しなくてもＮＯxの低減化が実現されることになる。
【００３３】
ここで、ＮＯx吸蔵還元触媒１０のＮＯxに対する吸着能は、所要の放出温度域まで温度上昇することで消失するが、この種の放出温度域は、ＮＯx吸蔵還元触媒１０の活性温度域の下限温度よりも高い温度帯に存在しているため、排気空燃比がリーンの状態でＮＯx吸蔵還元触媒１０の活性温度域まで排気温度が上昇すれば、排気ガス８中のＮＯxや、既に表面に吸着された状態にあるＮＯxがＮＯx吸蔵還元触媒１０の表面上で酸化されて硝酸塩の状態で一時的に吸蔵されることになり、ＮＯx吸蔵還元触媒１０の吸着能が消失しても吸蔵によりＮＯxの低減を図ることが可能となる。
【００３４】
また、特に本形態例においては、排気ガス８の温度を上昇させるための排気昇温手段としてバーナ１１を備えているので、ＮＯx吸蔵還元触媒１０の活性温度域に達しないほど排気温度が低い運転状態において、バーナ１１を添加燃焼させて排気ガス８の温度を一時的にＮＯx吸蔵還元触媒１０の活性温度域まで上昇させ、これにより吸着済みＮＯxをＮＯx吸蔵還元触媒１０に硝酸塩の状態で吸蔵させることも可能である。
【００３５】
即ち、ＮＯx吸蔵還元触媒１０にＮＯxを物理的に吸着できる容量の限界は自ずから決まっているため、その限界に達する前に硝酸塩の状態で吸蔵させるようにすれば、ＮＯx吸蔵還元触媒１０を再びＮＯxを多く吸着できる状態に戻すことが可能となり、ＮＯx吸蔵還元触媒１０によるＮＯxの吸着を長時間に亘り継続させることが可能となる。
【００３６】
そして、適宜なタイミングでインジェクタ１２による燃料添加を行えば、その添加燃料が蒸発して生じたＨＣがＮＯx吸蔵還元触媒１０の表面上で排気ガス８中のＯ2と反応（燃焼）し、これにより周囲のＯ2濃度が低下してＮＯxの分解放出が開始され、その分解放出されたＮＯxが直ちにＨＣやＣＯ等と反応して還元浄化されることになる。
【００３７】
また、ここで注目すべきところは、排気温度が低い運転状態におけるＮＯxの吸着時において、ＮＯxだけでなくＨＣも吸着されているという点と、ＮＯx吸蔵還元触媒１０の活性温度域に達してからも放出温度域まではＨＣの吸着が継続されるという点である。
【００３８】
即ち、このようなＨＣの吸着によれば、ＮＯx吸蔵還元触媒１０の表面にリッチ雰囲気（Ｏ2濃度が低く且つ還元成分が多い雰囲気）が効率良く形成されるので、排気ガス８中のＯ2により無駄に消費されるＨＣが少なくなって燃料の添加量が必要最小限で済み、しかも、ＮＯx吸蔵還元触媒１０におけるＮＯxの分解放出反応及び還元浄化反応が著しく促進されてＮＯx吸蔵還元触媒１０の再生効率が大幅に向上されることになる。
【００３９】
従って、上記形態例によれば、ＮＯx吸蔵還元触媒１０の活性温度域に達しないほど排気温度が低い運転状態でも、排気ガス８中のＮＯxをＮＯx吸蔵還元触媒１０の表面への物理的な吸着により低減することができ、バーナ１１の添加燃焼による排気温度の強制的な上昇措置を連続的に実施しなくてもＮＯxの低減化を実現することができる。
【００４０】
また、インジェクタ１２による必要最小限の燃料の添加でＮＯx吸蔵還元触媒１０の表面に効率良くリッチ雰囲気を形成させることができるので、燃費の悪化を極力回避しつつＮＯx吸蔵還元触媒１０の再生効率を大幅に向上することができ、ＮＯx吸蔵還元触媒１０の活性温度域におけるＮＯx低減性能を従来よりも高めることができる。
【００４１】
しかも、バーナ１１の点火燃焼により排気ガス８の温度を一時的にＮＯx吸蔵還元触媒１０の活性温度域まで上昇させて吸着済みＮＯxをＮＯx吸蔵還元触媒１０に硝酸塩の状態で吸蔵させることができるので、ＮＯx吸蔵還元触媒１０で物理的に吸着できるＮＯxの容量が限界に達する前にＮＯx吸蔵還元触媒１０を再びＮＯxを多く吸着できる状態に戻すことができ、ＮＯx吸蔵還元触媒１０によるＮＯxの吸着を長時間に亘り継続させることができる。
【００４２】
例えば、渋滞の多い都市内での徐行運転等のように低負荷で排気温度が低い運転状態が継続され易い運転条件下であっても、車外に排出される排気ガス８中に含まれるＮＯxを確実に低減することができる。
【００４３】
尚、本発明の排気浄化装置は、上述の形態例にのみ限定されるものではなく、形態例における説明では、バーナの燃焼により排気ガスの温度を上昇させるようにした排気昇温手段の場合を例示しているが、エンジンでのメイン噴射の燃料の一部をメイン噴射直後の燃焼可能なタイミングでアフタ噴射として振り分け、出力に転換され難いタイミングで燃焼せしめることによりエンジンの熱効率を下げ、燃料の発熱量のうちの動力に利用されない熱量を増やして排気ガスの温度を積極的に上げるようにしたり、ＮＯx吸蔵還元触媒の前段に酸化触媒を別途装備し且つ該酸化触媒で添加燃料を酸化反応させることで反応熱により排気ガスの温度を積極的に上げるようにしたりしても良いこと、その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明を実施する形態の一例を示す概略図である。
【図２】触媒原料の粒子径と被表面積との関係を示すグラフである。
【図３】ＮＯx吸着率と被表面積との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００４５】
８  排気ガス
９  排気管
１０  ＮＯx吸蔵還元触媒
１１  バーナ（排気昇温手段）
１２  インジェクタ（燃料添加手段）
【図１】
2007296442.tif 000003
【図２】
2007296442.tif 000004
【図３】
2007296442.tif 000005