JP2000345832A

JP2000345832A - 内燃機関の排気浄化装置

Info

Publication number: JP2000345832A
Application number: JP11158715A
Authority: JP
Inventors: Kenji Kato; 健治加藤
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1999-06-04
Filing date: 1999-06-04
Publication date: 2000-12-12
Anticipated expiration: 2019-06-04
Also published as: JP3580180B2

Abstract

(57)【要約】【課題】エンジンの冷間始動時などの低温時のＨＣ浄
化率及びＮＯx浄化率を向上させるとともに、ＨＣ被毒
を防止する。【解決手段】エンジン１の排気管９に、その上流側か
ら順に、ＨＣ吸着材２１、ＮＯx吸着材３１、ＮＯx触媒
４１を設ける。ＮＯx触媒４１が活性温度域に達してい
ない低温時には、ＨＣ吸着材２１が排気ガス中のＨＣを
吸着し、ＮＯx吸着材３１が排気ガス中のＮＯxを吸着す
る。ＮＯx触媒４１が活性温度域に達した後は、ＮＯx触
媒４１において排気ガス中のＨＣ及びＮＯxが浄化され
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関から排出
される排気ガスを浄化する排気浄化装置に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】内燃機関から排出される排気ガス中の有
害成分の大気への排出量を低減するための一手段とし
て、触媒の酸化作用あるいは還元作用を利用して有害成
分を浄化するシステムがある。

【０００３】近年の触媒に関する研究開発により触媒の
性能向上は目覚ましいものがあり、小型でも浄化性能が
高い触媒装置の実現が可能になった。その結果、近年、
車両用内燃機関の排気ガスを浄化する排気浄化システム
として、触媒を組み込んだ排気浄化装置が多用されるに
至っている。

【０００４】現在、実用に供されている排気ガス浄化用
の触媒には、酸化触媒、三元触媒、リーンＮＯx触媒な
どがあり、これら触媒を、内燃機関の空燃比や燃焼形
態、あるいは浄化すべき有害物質の種類などに応じて使
い分けている。

【０００５】例えば、リーンＮＯx触媒の一種である吸
蔵還元型ＮＯx触媒は、流入排気ガスの空燃比がリーン
のときにＮＯxを吸収し、流入排気ガス中の酸素濃度が
低下すると吸収したＮＯxを放出しＮ₂に還元するので、
希薄燃焼可能な内燃機関（リーンバーンガソリンエンジ
ンやディーゼルエンジン）から排出される排気ガスの浄
化に好適であり、実用化されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】この吸蔵還元型ＮＯx
触媒には活性温度域があり、この活性温度域（例えば、
２５０〜５００゜Ｃ）においてはＮＯxを高浄化率で浄
化することができるが、前記活性温度域を外れるとＮＯ
xの浄化率が急激に低下し、あるいは殆ど浄化できなく
なる。そのため、内燃機関の冷間始動時などにおいて吸
蔵還元型ＮＯx触媒が活性温度域に達するまでの間は、
ＮＯxが大気に排出される虞れがあり、改良の余地があ
った。

【０００７】また、内燃機関の冷間始動時には未燃のＨ
Ｃが多く生成され、この未燃のＨＣを含む排気ガスが前
記吸蔵還元型ＮＯx触媒に流入すると、吸蔵還元型ＮＯx
触媒がＨＣ被毒を受け、吸蔵還元型ＮＯx触媒のＮＯx浄
化能が低下するという現象が生じる。

【０００８】このＨＣ被毒に対する防止策として、特開
平５−１８７２３０号公報に開示されているように、吸
蔵還元型ＮＯx触媒の上流にＨＣ低減手段を設けること
が考えられた。この公報では、ＨＣ低減手段として三元
触媒や酸化触媒を挙げているが、これら触媒は低温活性
がない。したがって、未燃ＨＣが多く排出される冷間始
動時にＨＣを低減することができない。

【０００９】本発明はこのような従来の技術の問題点に
鑑みてなされたものであり、本発明が解決しようとする
課題は、冷間始動時などの低温時にＨＣ及びＮＯxの大
気排出を低減することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は前記課題を解決
するために、以下の手段を採用した。本発明に係る内燃
機関の排気浄化装置は、（イ）内燃機関の排気通路に設
けられ低温時にＨＣを吸着するＨＣ吸着材と、（ロ）前
記ＨＣ吸着材よりも下流の排気通路に設けられ低温時に
ＮＯxを吸着するＮＯx吸着材と、を備えることを特徴と
する。

【００１１】この排気浄化措置では、内燃機関の冷間始
動時などの低温時には、排気ガス中のＨＣはＨＣ吸着材
に吸着され、ＮＯxはＮＯx吸着材に吸着されるので、低
温時にＨＣやＮＯxが大気に排出されるのを防止するこ
とができる。また、ＮＯx吸着材の上流にＨＣ吸着材を
配置しているので、ＮＯx吸着材がＨＣ被毒するのを防
止することができる。

【００１２】本発明における内燃機関は、通常時ストイ
キで燃焼するガソリンエンジン（以下、ストイキエンジ
ンと称す）や、希薄燃焼可能なガソリンエンジン（所
謂、リーンバーンガソリンエンジン）やディーゼルエン
ジンを例示することができる。

【００１３】本発明において、ＨＣ吸着材としてはゼオ
ライトを例示することができ、ＮＯx吸着材としては、
モルデナイトからなる担体にカルシウム（Ｃａ）あるい
はセリウム（Ｃｅ）あるいは白金（Ｐｔ）を坦持させた
ものや、ジルコニア（ＺｒＯ ₂）からなる担体に白金
（Ｐｔ）を坦持したものなどを例示することができる。

【００１４】本発明に係る内燃機関の排気浄化装置は、
前記ＮＯx吸着材よりも下流の排気通路にリーンＮＯx触
媒を備えることができる。リーンＮＯx触媒が活性温度
に達していない低温時にはリーンＮＯx触媒でＮＯxやＨ
Ｃを浄化することはできない。しかしながら、このとき
にはＨＣ吸着材が排気ガス中のＨＣを吸着し、ＮＯx吸
着材が排気ガス中のＮＯxを吸着するので、低温時のＮ
ＯxやＨＣの大気への排出を防止することができる。そ
して、リーンＮＯx触媒が活性温度に達したときには、
排気ガス中のＮＯxやＨＣはリーンＮＯx触媒によって浄
化され、大気への排出が防止される。また、リーンＮＯ
x触媒が活性温度に達する頃にはＨＣ吸着材及びＮＯx吸
着材もＨＣ脱離温度もしくはＮＯx脱離温度になるため
ＨＣ吸着材からＨＣが脱離しＮＯx吸着材からＮＯxが脱
離する。ＨＣ吸着材から脱離したＨＣ及びＮＯx吸着材
から脱離したＮＯxは、ＨＣ吸着材及びＮＯx吸着材の下
流に配置されているリーンＮＯx触媒によって浄化され
る。

【００１５】ＮＯx吸着材の下流にリーンＮＯx触媒を備
えた排気浄化装置は、リーンバーンガソリンエンジンや
ディーゼルエンジンなど希薄燃焼可能な内燃機関から排
出される排気ガスの浄化に好適である。

【００１６】リーンＮＯx触媒としては、選択還元型Ｎ
Ｏx触媒や吸蔵還元型ＮＯx触媒を例示することができ
る。選択還元型ＮＯx触媒は、酸素過剰の雰囲気でＨＣ
の存在下でＮＯxを還元または分解する触媒をいい、ゼ
オライトにＣｕ等の遷移金属をイオン交換して担持した
触媒、ゼオライトまたはアルミナに貴金属を担持した触
媒、等が含まれる。

【００１７】一方、吸蔵還元型ＮＯx触媒は、流入排気
ガスの空燃比がリーンのときはＮＯxを吸収し、流入排
気ガス中の酸素濃度が低下すると吸収したＮＯxを放出
しＮ₂に還元する触媒をいう。ここで、流入排気ガスの
空燃比とは、機関吸気通路及び吸蔵還元型ＮＯx触媒上
流での排気通路内に供給された空気及び燃料（炭化水
素）の比をいう。

【００１８】吸蔵還元型ＮＯx触媒は、例えばアルミナ
を担体とし、この担体上に例えばカリウムＫ、ナトリウ
ムＮａ、リチウムＬｉ、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と、白金Ｐｔのような貴金属
とが担持されてなる。

【００１９】本発明に係る内燃機関の排気浄化装置は、
前記ＮＯx吸着材よりも下流の排気通路に三元触媒を備
えることができる。三元触媒が活性温度に達していない
低温時には三元触媒でＮＯxやＨＣを浄化することはで
きない。しかしながら、このときにはＨＣ吸着材が排気
ガス中のＨＣを吸着し、ＮＯx吸着材が排気ガス中のＮ
Ｏxを吸着するので、低温時のＮＯxやＨＣの大気への排
出を防止することができる。そして、三元触媒が活性温
度に達したときには、排気ガス中のＮＯxやＨＣは三元
触媒によって浄化され、大気への排出が防止される。ま
た、三元触媒が活性温度に達する頃にはＨＣ吸着材及び
ＮＯx吸着材もＨＣ脱離温度もしくはＮＯx脱離温度にな
るためＨＣ吸着材からＨＣが脱離しＮＯx吸着材からＮ
Ｏxが脱離する。ＨＣ吸着材から脱離したＨＣ及びＮＯx
吸着材から脱離したＮＯxは、ＨＣ吸着材及びＮＯx吸着
材の下流に配置されている三元触媒によって浄化され
る。

【００２０】ＮＯx吸着材の下流に三元触媒を備えた排
気浄化装置は、ストイキエンジンから排出される排気ガ
スの浄化に好適である。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る内燃機関の排
気浄化装置の実施の形態を図１から図３の図面に基いて
説明する。

【００２２】〔第１の実施の形態〕図１は、本発明に係
る内燃機関の排気浄化装置を、リーン空燃比で燃焼可能
なガソリンエンジン（いわゆるリーンバーンガソリンエ
ンジン）に適用した場合の実施の形態における概略構成
を示す図である。

【００２３】この図において、エンジン１は直列４気筒
であり、吸気管２及び吸気マニホルド３を介して各気筒
に吸気が供給される。吸気管２には、図示しないアクセ
ルペダルと連動して吸気管２内の吸気通路を開閉するス
ロットル弁４が設けられ、このスロットル弁４には、ス
ロットル弁４の開度に対応した出力信号をエンジンコン
トロール用電子制御ユニット（ＥＣＵ）１００に出力す
るスロットルポジションセンサ５が取り付けられてい
る。

【００２４】吸気管２においてスロットル弁４よりも上
流側には、吸気管２内を流れる吸入空気量（吸入空気質
量）Ｑに対応した出力信号をＥＣＵ１００に出力するエ
アフロメータ６が取り付けられている。

【００２５】エンジン１の各気筒に連なる各吸気通路に
は燃料噴射弁７から燃料（ガソリン）が噴射される。燃
料噴射弁７の開弁時期及び開弁期間は、エンジン１の運
転状態に応じてＥＣＵ１００によって制御される。ま
た、エンジン１の各気筒にはそれぞれ図示しない点火栓
が設けられており、各点火栓の点火時期はＥＣＵ１００
によって制御される。

【００２６】エンジン１の各気筒から排出される排気ガ
スは、排気マニホールド８及び排気管（排気通路）９を
通り、図示しないマフラーを介して排気される。排気管
９にはその上流側から順に、ＨＣ吸着材２１を内蔵した
ケーシング２０、ＮＯx吸着材３１を内蔵したケーシン
グ３０、リーンＮＯx触媒としての吸蔵還元型ＮＯx触媒
（以下、ＮＯx触媒と略す）４１を内蔵したケーシング
４０が設置されている。

【００２７】ＨＣ吸着材２１は、該吸着材温度が低温
（例えば、常温から約２００゜Ｃの温度域）の時に炭化
水素（ＨＣ）を吸着し、それよりも高温になると吸着し
たＨＣを放出する。したがって、排気通路にＨＣ吸着材
２１を設けると、エンジン１の冷間始動時に多く排出さ
れる未燃ＨＣはＨＣ吸着材２１に吸着され、時間経過に
伴いＨＣ吸着材２１の温度が上昇してくると、ＨＣ吸着
材２１に吸着されていた未燃ＨＣがＨＣ吸着材２１から
脱離し、下流へと流れることになる。ＨＣ吸着材２１は
例えばゼオライトで構成することができる。

【００２８】ＮＯx吸着材３１は、該吸着材温度が低温
（例えば、約１００〜４００゜Ｃ）の時にＮＯxを吸着
し、それよりも高温になると吸着したＮＯxを放出す
る。したがって、排気通路にＮＯx吸着材３１を設ける
と、エンジン１の冷間始動時及び暖機運転時に、エンジ
ン１から排出される排気ガス中のＮＯxはＮＯx吸着材３
１に吸着され、時間経過に伴いＮＯx吸着材３１の温度
が上昇してくると、ＮＯx吸着材３１に吸着されていた
ＮＯxがＮＯx吸着材３１から離脱し、下流へと流れるこ
とになる。

【００２９】ＮＯx吸着材３１としては、モルデナイト
からなる担体にカルシウム（Ｃａ）あるいはセリウム
（Ｃｅ）あるいは白金（Ｐｔ）を坦持させたものや、ジ
ルコニア（ＺｒＯ₂）からなる担体に白金（Ｐｔ）を坦
持したものなどを例示することができる。ＮＯx触媒４
１については後で詳述する。

【００３０】ＥＣＵ１００はデジタルコンピュータから
なり、双方向バスによって相互に接続されたＲＯＭ（リ
ードオンリーメモリ）、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモ
リ）、ＣＰＵ（セントラルプロセッサユニット）、入力
ポート、出力ポートを具備し、エンジン１の空燃比制御
等の基本制御等を行う。

【００３１】これら制御のために、ＥＣＵ１００の入力
ポートには、前記エアフロメータ６からの入力信号、回
転数センサ１４からの入力信号が入力される。回転数セ
ンサ１４はエンジン１の回転数に応じた出力信号をＥＣ
Ｕ１００に出力し、この出力信号からＥＣＵ１００はエ
ンジン回転数Ｎを演算する。また、ＥＣＵ１００はエア
フロメータ６の出力信号から吸入空気量Ｑを演算し、エ
ンジン負荷Ｑ／Ｎ（吸入空気量Ｑ／エンジン回転数Ｎ）
を演算する。そして、ＥＣＵ１００は、エンジン回転数
Ｎとエンジン負荷Ｑ／Ｎからエンジン１の運転状態を判
定し、その運転状態に応じて燃料噴射弁から噴射する燃
料量を制御することにより空燃比制御を行う。

【００３２】尚、この実施の形態のエンジン１では、機
関低中負荷運転領域ではリーン空燃比制御が実行され、
機関高負荷運転領域並びにエンジン始動時の暖機運転時
や加速時や高速の定速運転時では理論空燃比制御が実行
され、機関全負荷運転領域ではリッチ空燃比制御が実行
される。

【００３３】図２はエンジン１の燃焼室から排出される
排気ガス中の代表的な成分の濃度を概略的に示してい
る。この図からわかるように、燃焼室から排出される排
気ガス中の未燃ＨＣ，ＣＯの濃度は燃焼室内に供給され
る混合気の空燃比がリッチになるほど増大し、燃焼室か
ら排出される排気ガス中の酸素Ｏ₂の濃度は燃焼室内に
供給される混合気の空燃比がリーンになるほど増大す
る。

【００３４】ケーシング４０内に収容されているＮＯx
触媒４１は、例えばアルミナを担体とし、この担体上に
例えばカリウムＫ、ナトリウムＮａ、リチウムＬｉ、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
と、白金Ｐｔのような貴金属とが担持されてなる。機関
吸気通路およびＮＯx触媒４１より上流の排気通路内に
供給された空気および燃料（炭化水素）の比をＮＯx触
媒４１への流入排気ガスの空燃比と称する（以下、排気
空燃比と略称する）と、このＮＯx触媒４１は、排気空
燃比がリーンのときにはＮＯxを吸収し、流入排気ガス
の酸素濃度が低下すると吸収したＮＯxを放出するＮＯx
の吸放出作用を行う。

【００３５】なお、ＮＯx触媒４１より上流の排気通路
内に燃料（炭化水素）あるいは空気が供給されない場合
には、排気空燃比はエンジンの燃焼室内に供給される混
合気の空燃比に一致し、したがってこの場合には、ＮＯ
x触媒４１は燃焼室内に供給される混合気の空燃比がリ
ーンのときにはＮＯxを吸収し、燃焼室内に供給される
混合気の酸素濃度が低下すると吸収したＮＯxを放出す
ることになる。

【００３６】ＮＯx触媒４１によるＮＯxの吸放出作用は
図３に示すようなメカニズムで行われているものと考え
られる。以下、このメカニズムについて担体上に白金Ｐ
ｔおよびバリウムＢａを担持させた場合を例にとって説
明するが、他の貴金属，アルカリ金属，アルカリ土類，
希土類を用いても同様なメカニズムとなる。

【００３７】まず、流入排気ガスの空燃比がかなりリー
ンになると流入排気ガスの酸素濃度が大巾に増大し、図
３（Ａ）に示されるように酸素Ｏ₂がＯ₂ ^-又はＯ^2-の形
で白金Ｐｔの表面に付着する。一方、流入排気ガスに含
まれるＮＯは、白金Ｐｔの表面上でＯ₂ ^-又はＯ^2-と反応
し、ＮＯ₂となる（２ＮＯ＋Ｏ₂→２ＮＯ₂）。

【００３８】次いで、生成されたＮＯ₂の一部は、白金
Ｐｔ上で酸化されつつＮＯx触媒４１内に吸収されて酸
化バリウムＢａＯと結合しながら、図３（Ａ）に示され
るように硝酸イオンＮＯ₃ ^-の形でＮＯx触媒４１内に拡
散する。このようにしてＮＯxがＮＯx触媒４１内に吸収
される。

【００３９】流入排気ガスの酸素濃度が高い限り白金Ｐ
ｔの表面でＮＯ₂が生成され、ＮＯx触媒４１のＮＯx 吸
収能力が飽和しない限り、ＮＯ₂がＮＯx触媒４１内に吸
収されて硝酸イオンＮＯ₃ ^-が生成される。

【００４０】これに対して、流入排気ガスの酸素濃度が
低下してＮＯ₂の生成量が低下すると反応が逆方向（Ｎ
Ｏ₃ ^-→ＮＯ₂）に進み、ＮＯx触媒４１内の硝酸イオンＮ
Ｏ₃ ^-がＮＯ₂またはＮＯの形でＮＯx触媒４１から放出さ
れる。即ち、流入排気ガス中の酸素濃度が低下すると、
ＮＯx触媒４１からＮＯxが放出されることになる。図２
に示されるように、流入排気ガスのリーンの度合いが低
くなれば流入排気ガスの酸素濃度が低下し、したがって
流入排気ガスのリーンの度合いを低くすればＮＯx触媒
４１からＮＯxが放出されることとなる。

【００４１】一方、このとき、燃焼室内に供給される混
合気がストイキまたはリッチにされて排気空燃比が理論
空燃比またはリッチ空燃比になると、図２に示されるよ
うに機関からは多量の未燃ＨＣ，ＣＯが排出され、これ
ら未燃ＨＣ，ＣＯは、白金Ｐｔ上の酸素Ｏ₂ ^-又はＯ^2-と
反応して酸化せしめられる。

【００４２】また、排気空燃比が理論空燃比またはリッ
チ空燃比になると流入排気ガスの酸素濃度が極度に低下
するためにＮＯx触媒４１からＮＯ₂またはＮＯが放出さ
れ、このＮＯ₂またはＮＯは、図３（Ｂ）に示されるよ
うに未燃ＨＣ、ＣＯと反応して還元せしめられてＮ₂と
なる。

【００４３】即ち、流入排気ガス中のＨＣ，ＣＯは、ま
ず白金Ｐｔ上の酸素Ｏ₂ ^-又はＯ^2-とただちに反応して酸
化せしめられ、次いで白金Ｐｔ上の酸素Ｏ₂ ^-又はＯ^2-が
消費されてもまだＨＣ，ＣＯが残っていれば、このＨ
Ｃ，ＣＯによってＮＯx触媒から放出されたＮＯxおよび
エンジンから排出されたＮＯxがＮ₂に還元せしめられ
る。

【００４４】このようにして白金Ｐｔの表面上にＮＯ₂
またはＮＯが存在しなくなると、ＮＯx触媒４１から次
から次へとＮＯ₂またはＮＯが放出され、さらにＮ₂に還
元せしめられる。したがって、排気空燃比を理論空燃比
またはリッチ空燃比にすると短時間の内にＮＯx触媒４
１からＮＯxが放出されることになる。

【００４５】このように、排気空燃比がリーンになると
ＮＯxがＮＯx触媒４１に吸収され、排気空燃比を理論空
燃比あるいはリッチ空燃比にするとＮＯxがＮＯx触媒４
１から短時間のうちに放出され、Ｎ₂に還元される。し
たがって、大気中へのＮＯxの排出を阻止することがで
きる。

【００４６】ところで、この実施の形態では前述したよ
うに、全負荷運転時には燃焼室内に供給される混合気が
リッチ空燃比とされ、また高負荷運転時、エンジン始動
時の暖機運転時、加速時、高速の定速運転時には混合気
が理論空燃比とされ、低中負荷運転時には混合気がリー
ン空燃比とされるので、低中負荷運転時に排気ガス中の
ＮＯxがＮＯx触媒４１に吸収され、全負荷運転時及び高
負荷運転時等においてＮＯx触媒４１からＮＯxが放出さ
れ還元されることになる。しかしながら、全負荷運転あ
るいは高負荷運転等の頻度が少なく、低中負荷運転の頻
度が多くその運転時間が長ければ、ＮＯxの放出・還元
が間に合わなくなり、ＮＯx触媒４１のＮＯxの吸収能力
が飽和してＮＯxを吸収できなくなってしまう。

【００４７】一般に、内燃機関では通常、低中負荷運転
される頻度が最も高く、したがって運転期間中の大部分
においてリーン混合気が燃焼せしめられることになる。
そこで、この実施の形態では、リーン混合気の燃焼が行
われている場合、即ち中低負荷運転を行っているときに
は、比較的に短い周期でスパイク的（短時間）にストイ
キまたはリッチ混合気の燃焼が行われるように混合気の
空燃比を制御し、短周期的にＮＯxの放出・還元を行っ
ている。このようにＮＯxの吸放出のために、排気空燃
比（この実施の形態では混合気の空燃比）が比較的に短
い周期で「リーン空燃比」と「スパイク的な理論空燃比
またはリッチ空燃比」を交互に繰り返されるように制御
することを、リーン・リッチスパイク制御と称してい
る。

【００４８】次に、この実施の形態における排気浄化装
置の作用を説明する。まず、エンジン１の冷間始動時や
暖機運転時には、ＮＯx触媒４１がまだその活性温度域
（例えば、約２５０〜５００゜Ｃ）に達していないの
で、ＮＯx触媒４１で排気ガス中のＮＯxやＨＣを浄化す
ることはできない。しかしながら、ＨＣ吸着材２１のＨ
Ｃ吸着温度（例えば、常温から約２００゜Ｃ）はＮＯx
触媒４１の活性温度域よりも低いので、ＮＯx触媒４１
が活性化されていないときにも、排気ガス中のＨＣを吸
着することができる。したがって、エンジンの冷間始動
時や暖機運転中、排気ガス中のＨＣはＨＣ吸着材２１に
吸着され、ＨＣを除去された排気ガスが下流のＮＯx吸
着材３１及びＮＯx触媒４１に流れる。

【００４９】また、ＮＯx吸着材３１のＮＯx吸着温度
は、例えば約１００〜４００゜Ｃであり、ＮＯx触媒４
１が活性温度域に達していない低温時にも、排気ガス中
のＮＯxを吸着することができる。したがって、エンジ
ンの暖機運転中などの低温時には、排気ガス中のＮＯx
はＮＯx吸着材３１に吸着され、ＮＯxを除去された排気
ガスが下流のＮＯx触媒４１に流れる

【００５０】したがって、ＨＣ吸着材２１とＮＯx吸着
材３１を設けたことにより、エンジン始動時などの低温
時にＨＣやＮＯxが大気に排出されるのを防止すること
ができる。また、ＨＣ吸着材２１がＮＯx吸着材３１及
びＮＯx触媒４１よりも上流に配置されていることによ
り、低温時にはＨＣ吸着材２１によってＨＣを除去され
た排気ガスがＮＯx吸着材３１及びＮＯx触媒４１に流れ
るので、ＮＯx吸着材３１及びＮＯx触媒４１がＨＣ被毒
するのを防止することができる。

【００５１】そして、エンジン始動後の時間経過に伴
い、ＨＣ吸着材２１、ＮＯx吸着材３１、ＮＯx触媒４１
の温度が徐々に上昇する。ＨＣ吸着材２１の温度がＨＣ
吸着温度を越えると、ＨＣ吸着材２１に吸着されていた
ＨＣはＨＣ吸着材２１から脱離し、下流のＮＯx吸着材
３１及びＮＯx触媒４１へと流れる。また、ＮＯx吸着材
３１の温度がＮＯx吸着温度を越えると、ＮＯx吸着材３
１に吸着されていたＮＯxはＮＯx吸着材３１から脱離
し、下流のＮＯx触媒４１へと流れる。

【００５２】そして、ＮＯx触媒４１の温度がその活性
温度域に達すると、ＨＣ吸着材２１から脱離したＨＣは
ＮＯx触媒４１において酸化されて浄化され、ＮＯx吸着
材３１から脱離したＮＯxはＮＯx触媒４１により吸・放
出されて還元浄化される。

【００５３】したがって、ＨＣ吸着材２１とＮＯx吸着
材３１とＮＯx触媒４１を備えたこの排気浄化装置で
は、エンジン１の始動直後の冷間時から暖機完了後の温
間時に至るまで広い温度範囲に亙って、エンジン１から
排出される排気ガスのＨＣ及びＮＯxを浄化することが
でき、低温時のＨＣ及びＮＯxの排出を防止することが
できる。また、低温時にＮＯx触媒４１の昇温を早める
ための手段（例えば、電気ヒータ付き触媒）が不要であ
る。

【００５４】尚、この実施の形態では、ＨＣ吸着材２１
とＮＯx吸着材３１をそれぞれ別々のケーシング２０，
３０に収容しているが、両吸着材２１，３１を単一のケ
ーシングに収容することも可能である。即ち、１つのケ
ーシング内において、その上流側にＨＣ吸着材２１を収
容し、下流側にＮＯx吸着材３１を収容するようにして
もよい。

【００５５】〔第２の実施の形態〕上述第１の実施の形
態では、ケーシング４０に収容するリーンＮＯx触媒と
して吸蔵還元型ＮＯx触媒を用いているが、この吸蔵還
元型ＮＯx触媒に代えて選択還元型ＮＯx触媒を用いても
本発明は成立する。選択還元型ＮＯx触媒はリーンＮＯx
触媒の一種であり、酸素過剰の雰囲気でＨＣの存在下で
ＮＯxを還元または分解する触媒である。選択還元型Ｎ
Ｏx触媒には、ゼオライトにＣｕ等の遷移金属をイオン
交換して担持した触媒、ゼオライトまたはアルミナに貴
金属を担持した触媒、等が含まれる。

【００５６】選択還元型ＮＯx触媒にも活性温度域（例
えば、Ｐｔ系の触媒の場合、２３０〜３００゜Ｃ）があ
り、この活性温度域から外れるとＨＣもＮＯxも浄化す
ることができない。選択還元型ＮＯx触媒の上流に、そ
の上流側から順にＨＣ吸着材及びＮＯx吸着材を設ける
と、選択還元型ＮＯx触媒が活性温度域に達しない低温
時には、ＨＣ吸着材により排気ガス中のＨＣを吸着除去
することができ、ＮＯx吸着材によって排気ガス中のＮ
Ｏxを吸着除去することができる。そして、選択還元型
ＮＯx触媒が活性温度域に達したときに、ＨＣ吸着材か
ら脱離したＨＣは選択還元型ＮＯx触媒においてＮＯxを
還元する際に利用されて酸化浄化され、ＮＯx吸着材か
ら脱離したＮＯxは選択還元型ＮＯx触媒で還元浄化され
る。

【００５７】また、ＮＯx吸着材及び選択還元型ＮＯx触
媒の上流にＨＣ吸着材を設けることにより、ＮＯx吸着
材及び選択還元型ＮＯx触媒に対する低温時のＨＣ被毒
を防止することができる。したがって、第２の実施の形
態においても第１の実施の形態と同様の作用効果を奏す
ることができる。

【００５８】〔第３の実施の形態〕上述第１の実施の形
態及び第２の実施の形態は、内燃機関としてのリーンバ
ーンガソリンエンジンに適用した例であるので、ケーシ
ング４０に収容する触媒をリーンＮＯx触媒としている
が、内燃機関としてストイキエンジンを用いる場合に
は、ケーシング４０にはリーンＮＯx触媒の代わりに三
元触媒を収容する。

【００５９】周知のように、三元触媒は理論空燃比近傍
において浄化率が高い触媒であるが、この三元触媒にも
活性温度域（例えば、２５０゜Ｃ以上）があり、この活
性温度域よりも低温ではＨＣもＮＯxも浄化することが
できない。

【００６０】三元触媒の上流に、その上流側から順にＨ
Ｃ吸着材及びＮＯx吸着材を設けると、三元触媒が活性
温度域に達しない低温時に、ＨＣ吸着材によりＨＣを吸
着除去することができ、ＮＯx吸着材によってＮＯxを吸
着除去することができる。そして、三元触媒が活性温度
域に達したときに、ＨＣ吸着材から脱離したＨＣとＮＯ
x吸着材から脱離したＮＯxは三元触媒で浄化される。

【００６１】また、ＮＯx吸着材及び三元触媒の上流に
ＨＣ吸着材を設けることにより、ＮＯx吸着材及び三元
触媒に対する低温時のＨＣ被毒を防止することができ
る。したがって、第３の実施の形態においても第１及び
第２の実施の形態と同様の作用効果を奏することができ
る。

【００６２】〔他の実施の形態〕前述した第１及び第２
の実施の形態は、希薄燃焼可能な内燃機関としてリーン
バーンガソリンエンジンに適用した例であるが、ディー
ゼルエンジンに適用することができることは勿論であ
る。ディーゼルエンジンの場合は、燃焼室での燃焼が理
論空燃比よりもはるかにリーン域で行われるので、通常
の機関運転状態ではリーンＮＯx触媒に流入する排気ガ
スの空燃比は非常にリーンであり、ＮＯxの吸収は行わ
れるものの、ＮＯxの放出が行われることは殆どない。

【００６３】また、ガソリンエンジンの場合には、前述
したように燃焼室に供給する混合気を理論空燃比あるい
はリッチ空燃比にすることによりリーンＮＯx触媒に流
入する排気ガスの空燃比を理論空燃比あるいはリッチ空
燃比にし、ＮＯx触媒に吸収されているＮＯxを放出させ
ることができるが、ディーゼルエンジンの場合には、燃
焼室に供給する混合気を理論空燃比あるいはリッチ空燃
比にすると燃焼の際に煤が発生するなどの問題があり採
用することはできない。

【００６４】したがって、本発明をディーゼルエンジン
に適用する場合、流入する排気ガスの空燃比を理論空燃
比あるいはリッチ空燃比にするためには、機関出力を得
るために燃料を燃焼するのとは別に、還元剤（例えば燃
料である軽油）を排気ガス中に供給する必要がある。排
気ガスへの還元剤の供給は、吸気行程や膨張行程や排気
行程において気筒内に燃料を副噴射することによっても
可能であるし、あるいは、リーンＮＯx触媒の上流の排
気通路内に還元剤を供給することによっても可能であ
る。

【００６５】尚、ディーゼルエンジンであっても排気再
循環装置（所謂、ＥＧＲ装置）を備えている場合には、
排気再循環ガスを多量に燃焼室に導入することによっ
て、排気ガスの空燃比を理論空燃比またはリッチ空燃比
にすることが可能である。

【００６６】

【発明の効果】本発明に係る内燃機関の排気浄化装置に
よれば、内燃機関の排気通路に、その上流側から順にＨ
Ｃ吸着材とＮＯx吸着材を備えることにより、内燃機関
の冷間始動時などの低温時に、ＨＣやＮＯxが大気に排
出されるのを防止することができるという優れた効果が
奏される。

【００６７】また、前記ＮＯx吸着材よりも下流の排気
通路にリーンＮＯx触媒を備えた場合には、低温から高
温に至る広い温度範囲において排気ガスの浄化が可能で
あるという効果がある。

【００６８】また、前記ＮＯx吸着材よりも下流の排気
通路に三元触媒を備えた場合にも、低温から高温に至る
広い温度範囲において排気ガスの浄化が可能であるとい
う効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の概略
構成を示す図である。

【図２】機関から排出される排気ガス中の未燃ＨＣ，
ＣＯおよび酸素の濃度を概略的に示す線図である。

【図３】吸蔵還元型ＮＯx触媒のＮＯx吸放出作用を説
明するための図である。

【符号の説明】

１エンジン（リーンバーンガソリンエンジン）７燃料噴射弁９排気管（排気通路）２１ＨＣ吸着材３１ＮＯx吸着材４１吸蔵還元型ＮＯx触媒（リーンＮＯx触媒）

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Claims

【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低温時に
ＨＣを吸着するＨＣ吸着材と、前記ＨＣ吸着材よりも下
流の排気通路に設けられ低温時にＮＯxを吸着するＮＯx
吸着材と、を備える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ＮＯx吸着材よりも下流の排気通路
にリーンＮＯx触媒を備え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ＮＯx吸着材よりも下流の排気通路
に三元触媒を備え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。