(57)【要約】【課題】ＮＯX吸蔵還元触媒装置を具備する内燃機関の排気浄化装置において、機関冷間時のＮＯX浄化率を十分に向上させる。【解決手段】第一ＮＯX吸蔵還元触媒装置２と、第一ＮＯX吸蔵還元触媒装置の上流側に配置された第二ＮＯX吸蔵還元触媒装置４とを具備し、第二ＮＯX吸蔵還元触媒装置に担持された第二酸化触媒は、第一ＮＯX吸蔵還元触媒装置に担持された第一酸化触媒より酸化能力が低く、又は、第二ＮＯX吸蔵還元触媒装置には酸化触媒は担持されていない。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一ＮＯX吸蔵還元触媒装置と、前記第一ＮＯX吸蔵還元触媒装置の上流側に配置された第二ＮＯX吸蔵還元触媒装置とを具備し、前記第二ＮＯX吸蔵還元触媒装置に担持された第二酸化触媒は、前記第一ＮＯX吸蔵還元触媒装置に担持された第一酸化触媒より酸化能力が低く、又は、前記第二ＮＯX吸蔵還元触媒装置には酸化触媒は担持されてい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】
前記第二酸化触媒はロジウム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３】
前記第二ＮＯX吸蔵還元触媒装置をバイパスするバイパス通路が設けられていることを特徴とする請求項１又は２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装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ディーゼルエンジンのような希薄燃焼を実施する内燃機関の排気系には、ＮＯX吸蔵還元触媒装置が配置されている。ＮＯX吸蔵還元触媒装置は、排気ガスがリーン空燃比である時、すなわち、排気ガス中の酸素濃度が高い時に、排気ガス中のＮＯXを良好に吸蔵する。一方、再生処理として、排気ガスの空燃比を理論空燃比又はリッチ空燃比とすれば、すなわち、排気ガス中の酸素濃度を低下させれば、吸蔵したＮＯXを放出し、こうして放出させたＮＯXを、排気ガス中の還元物質により還元浄化する。
【０００３】
ところで、機関始動直後の機関冷間時には、ＮＯX吸蔵還元触媒装置に担持されたＮＯX触媒は活性化しておらず、この時には、ＮＯを吸蔵することはできないが、ＮＯ2は吸蔵可能であることが判明した。こうして、ＮＯ2が吸蔵されれば、機関冷間時のＮＯX浄化率を向上させることができる。
【０００４】
ＮＯX吸蔵還元触媒装置の上流側に酸化触媒装置が配置される場合において、機関冷間時に、排気ガスが酸化触媒装置を通過すると、排気ガス中のＮＯが排気ガス中の酸素を使用して酸化されてＮＯ2とされることはなく、排気ガス中のＮＯ2が排気ガス中のＨＣ及びＣＯにより還元されてＮＯとされてしまう。こうして、ＮＯX吸蔵還元触媒装置へは吸蔵可能なＮＯ2が殆ど流入しなくなってしまうために、この時には、排気ガスが酸化触媒装置をバイパスするようにすることが提案されている。（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−１３３６０９
【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、ＮＯX吸蔵還元触媒装置には、一般的に、ＮＯX触媒に加えて、白金等の高い酸化能力を有する酸化触媒を担持しており、このような高酸化触媒は、酸化触媒装置をバイパスさせた排気ガス中のＮＯ2をやはりＨＣ及びＣＯにより還元してＮＯとしてしまう。それにより、ＮＯX吸蔵還元触媒装置には殆どＮＯ2が吸蔵されることはなく、機関冷間時のＮＯX浄化率を意図するように向上させることはできない。
【０００７】
従って、本発明の目的は、ＮＯX吸蔵還元触媒装置を具備する内燃機関の排気浄化装置において、機関冷間時のＮＯX浄化率を十分に向上させることである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明による請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置は、第一ＮＯX吸蔵還元触媒装置と、前記第一ＮＯX吸蔵還元触媒装置の上流側に配置された第二ＮＯX吸蔵還元触媒装置とを具備し、前記第二ＮＯX吸蔵還元触媒装置に担持された第二酸化触媒は、前記第一ＮＯX吸蔵還元触媒装置に担持された第一酸化触媒より酸化能力が低く、又は、前記第二ＮＯX吸蔵還元触媒装置には酸化触媒は担持されていないことを特徴とする。
【０００９】
本発明による請求項２に記載の内燃機関の排気浄化装置は、請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記第二酸化触媒はロジウムであることを特徴とする。
【００１０】
本発明による請求項３に記載の内燃機関の排気浄化装置は、請求項１又は２に記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記第二ＮＯX吸蔵還元触媒装置をバイパスするバイパス通路が設けられていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明による請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置によれば、機関冷間時において、ＨＣ及びＣＯやＮＯ2を含む排気ガスが第二ＮＯX吸蔵還元触媒装置へ流入すると、第二ＮＯX吸蔵還元触媒装置には酸化能力の低い第二酸化触媒しか担持されていないために、又は、酸化触媒は担持されていないために、排気ガス中のＮＯ2がＨＣ及びＣＯにより還元されてＮＯとなることはなく、ＮＯ2は良好に第二ＮＯX吸蔵還元触媒装置に吸蔵され、機関冷間時のＮＯX浄化率を十分に向上させることができる。
【００１２】
機関温間時となってＮＯX触媒が活性化しても、第二ＮＯX吸蔵還元触媒装置に酸化触媒が担持されていない場合には、排気ガス中のＮＯをＮＯ2、さらに、ＮＯ3-へ酸化させることができず、ＮＯを吸蔵することができない。しかしながら、第二ＮＯX吸蔵還元触媒装置の下流側には、高い酸化能力を有する第一酸化触媒を担持した第一ＮＯX吸蔵還元触媒装置が配置されており、この第一ＮＯX吸蔵還元触媒装置が良好に排気ガス中のＮＯを吸蔵する。
【００１３】
本発明による請求項２に記載の内燃機関の排気浄化装置によれば、請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置において、第二酸化触媒はロジウムとされ、低い酸化能力しか有さないロジウムは、機関冷間時においてＮＯ2をＨＣ及びＣＯによりＮＯに殆ど還元することはなく、機関温間時となってＮＯX触媒が活性化した時には、排気ガス中のＮＯをある程度はＮＯ2及びＮＯ3-へ酸化して第二ＮＯX吸蔵還元触媒装置においてＮＯを吸蔵させることができ、機関温間時のＮＯX浄化率を高めることができる。
【００１４】
本発明による請求項３に記載の内燃機関の排気浄化装置によれば、請求項１又は２に記載の内燃機関の排気浄化装置において、第二ＮＯX吸蔵還元触媒装置をバイパスするバイパス通路が設けられており、機関冷間時には排気ガスが第二ＮＯX吸蔵還元触媒装置を通過するようにしてＮＯ2を第二ＮＯX吸蔵還元触媒装置に吸蔵させ、機関温間時の第一ＮＯX吸蔵還元触媒装置の再生処理時には排気ガスがバイパス通路を通過するようにすれば、リッチ空燃比の排気ガスが第二ＮＯX吸蔵還元触媒装置を通過することはなく、第二ＮＯX吸蔵還元触媒装置から比較的多量のＮＯ2が還元浄化されずに放出されることはない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
図１は本発明による内燃機関の排気浄化装置の実施形態を示す概略図である。同図において、１はディーゼルエンジン等の内燃機関の排気通路である。排気通路１には、第一ＮＯX吸蔵還元触媒装置２が配置されている。また、排気通路１において、第一ＮＯX吸蔵還元触媒装置２の上流側には、第二ＮＯX吸蔵還元触媒装置４が配置されている。また、排気通路１には、第二ＮＯX吸蔵還元触媒装置４をバイパスするバイパス通路３が制御弁３ａを介して接続されている。制御弁３ａは、図１に示すようにバイパス通路３の分岐部に配置しても、バイパス通路３の合流部に配置しても良い。バイパス通路３は省略可能である。
【００１６】
第一ＮＯX吸蔵還元触媒装置２は、白金Ｐｔ等の高い酸化能力を有する酸化触媒と、ＮＯX触媒とを担持しており、これらが活性化していれば、酸化触媒は排気ガス中のＮＯを排気ガス中の酸素を使用して、ＮＯ2からＮＯ3-へ酸化し、硝酸の形でＮＯX触媒に良好に吸蔵することができる。もちろん、酸化触媒とＮＯX触媒とが活性化していなければ、排気ガス中のＮＯを吸蔵することはできない。ＮＯX触媒は、カリウムＫ、ナトリウムＮａ、セシウムＣｓのようなアルカリ金属、バリウムＢａ、カルシウムＣａのようなアルカリ土類、ランタンＬａ、イットリウムＹのような希土類から選ばれた少なくとも一つが用いられている。
【００１７】
ところで、機関始動直後のような機関冷間時において、活性化していなくても、ＮＯX触媒は、排気ガス中のＮＯ2を亜硝酸の形で吸蔵可能であることが判明している。しかしながら、機関冷間時において、活性化していない酸化触媒は、排気ガス中のＮＯをＮＯ2に酸化しないだけでなく、排気ガス中のＮＯ2をＨＣ及びＣＯによって還元してＮＯとしてしまう。こうして、機関冷間時には、吸蔵可能なＮＯ2が吸蔵不可能なＮＯへ還元され、ＮＯX浄化率は非常に低いものであった。
【００１８】
本実施形態の排気浄化装置は、第一ＮＯX吸蔵還元触媒装置２の上流側に第二ＮＯX吸蔵還元触媒装置４が配置されている。第二ＮＯX吸蔵還元触媒装置４は、ＮＯX触媒を担持しているが、第一ＮＯX吸蔵還元触媒装置２のような高い酸化能力を有する酸化触媒を担持してはいない。例えば、ロジウムＲｈのような低い酸化能力しか有さない酸化触媒を担持するか、又は、酸化触媒を全く担持していない。
【００１９】
このような構成により、機関冷間時には、制御弁３ａによって排気ガスが第二ＮＯX吸蔵還元触媒装置４を通過するようにされ、第二ＮＯX吸蔵還元触媒装置４において、排気ガス中のＮＯ2はＮＯに還元されず、良好に第二ＮＯX吸蔵還元触媒装置４に吸蔵され、機関冷間時のＮＯX浄化率を高めることができる。
【００２０】
機関温間時となれば、第一ＮＯX吸蔵還元触媒装置２及び第二ＮＯX吸蔵還元触媒装置４のＮＯX触媒が活性化し、この時に排気ガスが依然として第二ＮＯX吸蔵還元触媒装置４を通過するようにされれば、排気ガス中のＮＯ2は第二ＮＯX吸蔵還元触媒装置４に良好に吸蔵される。また、第二ＮＯX吸蔵還元触媒装置４が低い酸化能力しか有さない酸化触媒を担持している場合には、排気ガス中のＮＯの少なくとも一部をＮＯ2及びＮＯ3-へ酸化させることができ、こうして、排気ガス中のＮＯの一部を第二ＮＯX吸蔵還元触媒装置４に吸蔵することができる。さらに、第一ＮＯX吸蔵還元触媒装置２では、良好に排気ガス中のＮＯを吸蔵するために、十分に高いＮＯX浄化率を実現することができる。
【００２１】
第一ＮＯX吸蔵還元触媒装置２に担持されたＮＯX触媒及び酸化触媒がいずれも活性化する機関温間時においては、制御弁３ａにより排気ガスがバイパス通路３を通過するようにしても良い。それにより、第二ＮＯX吸蔵還元触媒装置４のＮＯX吸蔵量を増加させずに、排気ガス中のＮＯ及びＮＯ2等のＮＯXは、第一ＮＯX吸蔵還元触媒装置２に良好に吸蔵される。
【００２２】
ところで、第一ＮＯX吸蔵還元触媒装置２に吸蔵されたＮＯX量を積算する等してＮＯX吸蔵量を推定し、このＮＯX吸蔵量が設定値に達すると、又は、定期的（車両走行時間毎又は車両走行距離毎）に、第一ＮＯX吸蔵還元触媒装置２の再生処理が実施される。再生処理は、第一ＮＯX吸蔵還元触媒装置２へ流入する排気ガスの空燃比をリッチにして実施される。排気ガスの空燃比をリッチにするには、膨張行程又は排気行程において気筒内へ追加燃料を噴射したり、又は、制御弁３ａの上流側において排気通路１へ追加燃料を供給したりする。
【００２３】
この第一ＮＯX吸蔵還元触媒装置２の再生処理時において、制御弁３ａによって排気ガスがバイパス通路３を通過するようにすることが好ましい。もし、第二ＮＯX吸蔵還元触媒装置４へリッチ空燃比の排気ガスが流入すると、これまで吸蔵したＮＯXを放出するが、酸化触媒が担持されていない場合には、放出されたＮＯXを還元浄化することができない。また、担持されている酸化触媒の酸化能力が低い場合には、放出されたＮＯXを十分に還元浄化することができず、いずれにしても、比較的多量のＮＯXが、再生処理を実施しようとしている第一ＮＯX吸蔵還元触媒装置２へ流入することとなる。
【００２４】
第一ＮＯX吸蔵還元触媒装置２では、この流入ＮＯXを良好に吸蔵することができず、また、自身から放出されるＮＯXを還元浄化しなければならず、流入ＮＯXはそのまま通り抜けてしまうことがある。第一ＮＯX吸蔵還元触媒装置２の再生処理時のリッチ空燃比の排気ガスがバイパス通路３を通過するようにすることで、第二ＮＯX吸蔵還元触媒装置４からＮＯXが放出されることはなく、このようなＮＯXの通り抜けを防止することができる。
【００２５】
第二ＮＯX吸蔵還元触媒装置４においても、ＮＯX吸蔵量が推定され、このＮＯX吸蔵量が設定値に達すると、又は、定期的（車両走行距離毎又は車両走行時間毎）に、再生処理を実施しなければならない。第二ＮＯX吸蔵還元触媒装置４の再生処理に際しては、やはり、排気ガスの空燃比をリッチにして、この排気ガスを制御弁３ａにより第二ＮＯX吸蔵還元触媒装置４へ流入させる。
【００２６】
もし、第二ＮＯX吸蔵還元触媒装置４の再生時期と、第一ＮＯX吸蔵還元触媒装置２の再生時期とが重なった時には、リッチ空燃比の排気ガスがバイパス通路３を通過するようにして第一ＮＯX吸蔵還元触媒装置２の再生処理を先に実施する。
【００２７】
こうして、第二ＮＯX吸蔵還元触媒装置４の再生処理時においては、第一ＮＯX吸蔵還元触媒装置２はＮＯXを吸蔵可能としている。それにより、第二ＮＯX吸蔵還元触媒装置４から放出されるＮＯXが還元浄化されずに第一ＮＯX吸蔵還元触媒装置２へ流入しても、第一ＮＯX吸蔵還元触媒装置２において還元浄化されるか又は良好に吸蔵され、第一ＮＯX吸蔵還元触媒装置２を通り抜けるようなことはない。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明による内燃機関の排気浄化装置の概略図である。
【符号の説明】
【００２９】
１    排気通路
２    第一ＮＯX吸蔵還元触媒装置
３    バイパス通路
４    第二ＮＯX吸蔵還元触媒装置
【図１】
2009047096.tif 000003