JP2001241321A - 内燃機関の排気浄化装置および排気浄化方法 - Google Patents
内燃機関の排気浄化装置および排気浄化方法Info
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-
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- F01N3/08—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
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- F01N3/0821—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by using absorbents or adsorbents combined with particulate filters
Abstract
(57)【要約】
【課題】 ディーゼル機関の酸素過剰雰囲気下で、ＮＯ
ｘの処理を効率良く行うとともに、ＰＭ（パティキュレ
ート）の除去を行う。 【解決手段】 上流のケーシング２ａ内に酸化触媒４が
配置され、下流のケーシング２ｂ内に、ＰＭ捕集用の一
端が閉塞した中空円筒形状のＤＰＦ５０が配置される。
酸化触媒４はＨＣ吸着触媒付きであり、ＮＯを酸化して
ＮＯ2を生成する機能を有し、ＨＣの吸着性能を持つ。
ＤＰＦ５０は、内層部５１と外層部５２とから構成さ
れ、内層部５１は、ＨＣ吸着触媒付きであり、外層部５
２は、還元成分濃度変動型ＮＯｘ触媒付きである。運転
中の温度変化に伴い、酸化触媒により生成されるＮＯ2
によってＤＰＦ５０のＰＭは除去され、ＨＣ濃度変動に
より外層部５２のＮＯｘが放出還元浄化される。
ｘの処理を効率良く行うとともに、ＰＭ（パティキュレ
ート）の除去を行う。 【解決手段】 上流のケーシング２ａ内に酸化触媒４が
配置され、下流のケーシング２ｂ内に、ＰＭ捕集用の一
端が閉塞した中空円筒形状のＤＰＦ５０が配置される。
酸化触媒４はＨＣ吸着触媒付きであり、ＮＯを酸化して
ＮＯ2を生成する機能を有し、ＨＣの吸着性能を持つ。
ＤＰＦ５０は、内層部５１と外層部５２とから構成さ
れ、内層部５１は、ＨＣ吸着触媒付きであり、外層部５
２は、還元成分濃度変動型ＮＯｘ触媒付きである。運転
中の温度変化に伴い、酸化触媒により生成されるＮＯ2
によってＤＰＦ５０のＰＭは除去され、ＨＣ濃度変動に
より外層部５２のＮＯｘが放出還元浄化される。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、内燃機関から排出さ
れた排気を浄化するための排気浄化装置および排気浄化
方法に関し、特に、酸素を過剰に含むリーンバーン排気
中の窒素酸化物（ＮＯｘ）およびパティキュレート（排
気微粒子）を浄化するための装置および方法に関する。
れた排気を浄化するための排気浄化装置および排気浄化
方法に関し、特に、酸素を過剰に含むリーンバーン排気
中の窒素酸化物（ＮＯｘ）およびパティキュレート（排
気微粒子）を浄化するための装置および方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の自動車用ガソリン機関のように酸
化成分と還元成分がほぼ等しく含まれている排気を浄化
するためには、触媒として、三元触媒が広く用いられて
いる。これは、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、ロ
ジウム（Ｒｈ）等の貴金属成分およびセリア（Ｃｅ）成
分をはじめとする各種成分を担持した活性アルミナを主
成分とする触媒であり、排気中の有害成分であるＨＣ
（炭化水素）、ＣＯ（一酸化炭素）およびＮＯｘ（窒素
酸化物）を高い効率で浄化できる。
化成分と還元成分がほぼ等しく含まれている排気を浄化
するためには、触媒として、三元触媒が広く用いられて
いる。これは、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、ロ
ジウム（Ｒｈ）等の貴金属成分およびセリア（Ｃｅ）成
分をはじめとする各種成分を担持した活性アルミナを主
成分とする触媒であり、排気中の有害成分であるＨＣ
（炭化水素）、ＣＯ（一酸化炭素）およびＮＯｘ（窒素
酸化物）を高い効率で浄化できる。
【０００３】一方、近年、燃費の向上、ＣＯ2（二酸化
炭素）の排出量の削減といった観点から、理論空燃比よ
り希薄な空燃比でも運転するいわゆるリーンバーンエン
ジンが注目されている。この種のエンジンの希薄燃焼時
の排気は、理論空燃比近傍で運転される従来のエンジン
の排気に比較して、酸素含有率が高く、上記の三元触媒
では、ＮＯｘの浄化が不十分となる。そこで、リーンバ
ーンエンジンにおける希薄燃焼時の排気中のＮＯｘを高
効率で除去できる新たな触媒が望まれていた。
炭素）の排出量の削減といった観点から、理論空燃比よ
り希薄な空燃比でも運転するいわゆるリーンバーンエン
ジンが注目されている。この種のエンジンの希薄燃焼時
の排気は、理論空燃比近傍で運転される従来のエンジン
の排気に比較して、酸素含有率が高く、上記の三元触媒
では、ＮＯｘの浄化が不十分となる。そこで、リーンバ
ーンエンジンにおける希薄燃焼時の排気中のＮＯｘを高
効率で除去できる新たな触媒が望まれていた。
【０００４】その一つとして、特許第２６００４９２号
公報では、流入する排気の空燃比がリーンであるときに
ＮＯｘを吸収し、流入する排気の酸素濃度を低下させる
とＮＯｘを放出するＮＯｘ吸収材を使った装置が提案さ
れている。
公報では、流入する排気の空燃比がリーンであるときに
ＮＯｘを吸収し、流入する排気の酸素濃度を低下させる
とＮＯｘを放出するＮＯｘ吸収材を使った装置が提案さ
れている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながらこの装置
では、ある一定以上の高酸素濃度範囲においては、空燃
比のリーン度合を下げることにより酸素濃度を低下させ
てＮＯｘを放出させる制御を行っても、ＮＯｘの放出量
が極端に減少してしまい、ＮＯｘ吸収−放出浄化サイク
ルが得られなくなる、という問題があった。
では、ある一定以上の高酸素濃度範囲においては、空燃
比のリーン度合を下げることにより酸素濃度を低下させ
てＮＯｘを放出させる制御を行っても、ＮＯｘの放出量
が極端に減少してしまい、ＮＯｘ吸収−放出浄化サイク
ルが得られなくなる、という問題があった。
【０００６】このため、実際の内燃機関の排気ガスで使
用する場合には、有効なＮＯｘの吸収−放出サイクルを
得ようとすると、酸素濃度が０％に近い理論空燃比もし
くはリッチな空燃比で内燃機関を運転したり、ＨＣや燃
料を排気通路内に二次的に供給したりすることが必要と
なり、そのため内燃機関の燃費が犠牲になってしまう。
用する場合には、有効なＮＯｘの吸収−放出サイクルを
得ようとすると、酸素濃度が０％に近い理論空燃比もし
くはリッチな空燃比で内燃機関を運転したり、ＨＣや燃
料を排気通路内に二次的に供給したりすることが必要と
なり、そのため内燃機関の燃費が犠牲になってしまう。
【０００７】さらに、圧縮着火を行うディーゼル機関に
おいては、常に空気過剰な条件の下で燃焼が行われ、理
論空燃比もしくはリッチ状態での運転が通常は不可能で
あるが、ＮＯｘ吸収触媒上で該ＮＯｘ吸収触媒から放出
されたＮＯｘを還元浄化するためにも、ＮＯｘ吸収触媒
からＮＯｘを放出すべきときには、流入排気ガスの空燃
比が理論空燃比もしくはリッチ状態でなければならない
ので、例えば、排気通路内へ気体状の還元剤を供給し、
この還元剤によって触媒に蓄積されたＮＯｘを還元す
る、といった複雑な装置が必要となる。そして、この還
元剤の供給により、燃費の大きな犠牲を伴う。
おいては、常に空気過剰な条件の下で燃焼が行われ、理
論空燃比もしくはリッチ状態での運転が通常は不可能で
あるが、ＮＯｘ吸収触媒上で該ＮＯｘ吸収触媒から放出
されたＮＯｘを還元浄化するためにも、ＮＯｘ吸収触媒
からＮＯｘを放出すべきときには、流入排気ガスの空燃
比が理論空燃比もしくはリッチ状態でなければならない
ので、例えば、排気通路内へ気体状の還元剤を供給し、
この還元剤によって触媒に蓄積されたＮＯｘを還元す
る、といった複雑な装置が必要となる。そして、この還
元剤の供給により、燃費の大きな犠牲を伴う。
【０００８】そこで、本出願人は、先に、酸素濃度４．
５％以上の酸素過剰雰囲気下で、流入する排気中の還元
成分濃度が１００ｐｐｍより低いときに排気中のＮＯｘ
をトラップし、かつ流入する排気中の還元成分濃度が２
００ｐｐｍより高いときにＮＯｘを放出還元するＮＯｘ
浄化用触媒を、提案している（特願平１０−３１９６８
９号）。これによれば、ディーゼル機関のような常に酸
素過剰雰囲気下にある場合でも、ＮＯｘのトラップ−放
出浄化サイクルを実現できる。この先に提案した触媒を
以下、還元成分濃度変動型ＮＯｘ触媒という。
５％以上の酸素過剰雰囲気下で、流入する排気中の還元
成分濃度が１００ｐｐｍより低いときに排気中のＮＯｘ
をトラップし、かつ流入する排気中の還元成分濃度が２
００ｐｐｍより高いときにＮＯｘを放出還元するＮＯｘ
浄化用触媒を、提案している（特願平１０−３１９６８
９号）。これによれば、ディーゼル機関のような常に酸
素過剰雰囲気下にある場合でも、ＮＯｘのトラップ−放
出浄化サイクルを実現できる。この先に提案した触媒を
以下、還元成分濃度変動型ＮＯｘ触媒という。
【０００９】一方、触媒では、ＮＯｘは除去できても、
排気中のパティキュレート（以下「ＰＭ」という。特に
煤、すなわちカーボンが主成分のドライスート）は除去
することができない。そこで、排気中のＰＭを捕集する
ディーゼルパーティキュレートフィルタ（以下「ＤＰ
Ｆ」という）を設け、さらにこのＤＰＦの上流に酸化触
媒を配置し、この酸化触媒で排気中のＮＯ（一酸化窒
素）を酸化させてＮＯ2（二酸化窒素）を生成させ（図
４参照）、ＤＰＦに捕集されているＰＭをこの生成され
た高酸化力のあるＮＯ2によって燃焼させて除去するこ
とにより、ＤＰＦを再生するようにしたものがある（特
開平１−３１８７１５号公報参照）。このＰＭ除去装置
を以下、ＣＲＴ（Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｌｙ Ｒｅｇｅ
ｎｅｒａｔｉｎｇ Ｔｒａｐ）という。
排気中のパティキュレート（以下「ＰＭ」という。特に
煤、すなわちカーボンが主成分のドライスート）は除去
することができない。そこで、排気中のＰＭを捕集する
ディーゼルパーティキュレートフィルタ（以下「ＤＰ
Ｆ」という）を設け、さらにこのＤＰＦの上流に酸化触
媒を配置し、この酸化触媒で排気中のＮＯ（一酸化窒
素）を酸化させてＮＯ2（二酸化窒素）を生成させ（図
４参照）、ＤＰＦに捕集されているＰＭをこの生成され
た高酸化力のあるＮＯ2によって燃焼させて除去するこ
とにより、ＤＰＦを再生するようにしたものがある（特
開平１−３１８７１５号公報参照）。このＰＭ除去装置
を以下、ＣＲＴ（Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｌｙ Ｒｅｇｅ
ｎｅｒａｔｉｎｇ Ｔｒａｐ）という。
【００１０】ところで、従来のＣＲＴのＰＭ除去の反応
原理は、「ＮＯ2＋Ｃ→ＮＯ＋ＣＯ」、「２ＮＯ2＋Ｃ→
２ＮＯ＋ＣＯ2」および「２ＮＯ2＋２Ｃ→Ｎ2＋２Ｃ
Ｏ2」であり、エンジンからのＰＭ発生量に見合ったＮ
Ｏ2量が存在すれば、酸化触媒が比較的低温度であって
もＤＰＦに捕集されたＰＭが連続的に除去され、ＤＰＦ
にＰＭが堆積しないため、ＤＰＦを再生させるための特
別な加熱装置等を設ける必要がない。この点は、本出願
人の研究において確認している。
原理は、「ＮＯ2＋Ｃ→ＮＯ＋ＣＯ」、「２ＮＯ2＋Ｃ→
２ＮＯ＋ＣＯ2」および「２ＮＯ2＋２Ｃ→Ｎ2＋２Ｃ
Ｏ2」であり、エンジンからのＰＭ発生量に見合ったＮ
Ｏ2量が存在すれば、酸化触媒が比較的低温度であって
もＤＰＦに捕集されたＰＭが連続的に除去され、ＤＰＦ
にＰＭが堆積しないため、ＤＰＦを再生させるための特
別な加熱装置等を設ける必要がない。この点は、本出願
人の研究において確認している。
【００１１】しかしながら、酸化触媒によるＮＯからＮ
Ｏ2への変換は、図４のように、触媒温度に依存してお
り、ＮＯからＮＯ2への変換は触媒入口の排気温度で約
１５０℃当たりから始まる。また、上記の「ＮＯ2＋Ｃ
→ＮＯ＋ＣＯ」、「２ＮＯ2＋Ｃ→２ＮＯ＋ＣＯ2」およ
び「２ＮＯ2＋２Ｃ→Ｎ2＋２ＣＯ2」の反応もやはり温
度に依存しているが、実用上はディーゼル機関の排気温
度は比較的低い温度であることが多いので、上記の「２
ＮＯ2＋２Ｃ→Ｎ2＋２ＣＯ2」の反応はほとんど発生せ
ず、大部分の反応は「ＮＯ2＋Ｃ→ＮＯ＋ＣＯ」および
「２ＮＯ2＋Ｃ→２ＮＯ＋ＣＯ2」である。このため、従
来のＣＲＴではＤＰＦ上の煤を処理するとＮＯが排気と
ともに大気中に放出してしまうという問題がある。
Ｏ2への変換は、図４のように、触媒温度に依存してお
り、ＮＯからＮＯ2への変換は触媒入口の排気温度で約
１５０℃当たりから始まる。また、上記の「ＮＯ2＋Ｃ
→ＮＯ＋ＣＯ」、「２ＮＯ2＋Ｃ→２ＮＯ＋ＣＯ2」およ
び「２ＮＯ2＋２Ｃ→Ｎ2＋２ＣＯ2」の反応もやはり温
度に依存しているが、実用上はディーゼル機関の排気温
度は比較的低い温度であることが多いので、上記の「２
ＮＯ2＋２Ｃ→Ｎ2＋２ＣＯ2」の反応はほとんど発生せ
ず、大部分の反応は「ＮＯ2＋Ｃ→ＮＯ＋ＣＯ」および
「２ＮＯ2＋Ｃ→２ＮＯ＋ＣＯ2」である。このため、従
来のＣＲＴではＤＰＦ上の煤を処理するとＮＯが排気と
ともに大気中に放出してしまうという問題がある。
【００１２】このため、特開平９−５３４４２号公報で
は、流入する排気の空燃比がリーンであるときにＮＯｘ
を吸収し、流入する排気の酸素濃度を低下させるとＮＯ
ｘを放出する従来のＮＯｘ吸収材（特許第２６００４９
２号公報と同様のもの）をＣＲＴの下流に配置した装置
が提案されている。
は、流入する排気の空燃比がリーンであるときにＮＯｘ
を吸収し、流入する排気の酸素濃度を低下させるとＮＯ
ｘを放出する従来のＮＯｘ吸収材（特許第２６００４９
２号公報と同様のもの）をＣＲＴの下流に配置した装置
が提案されている。
【００１３】この装置では、従来のＮＯｘ吸収材に吸収
されたＮＯｘを放出させ、ＮＯｘ吸収能力を回復させる
（ＮＯｘ吸収材の再生操作と呼ぶ）ため、やはり排気空
燃比を短時間理論空燃比よりリッチ側にする。この従来
のＮＯｘ吸収材の再生操作は、ディーゼル機関の通常の
燃料噴射に加えて、定期的に排気行程中に燃料噴射を行
い、燃料の未燃成分を排気通路に排出することで実現し
ている。つまり排気通路に排出された燃料の未燃成分は
酸化触媒で酸化され、排気中の酸素がほとんど消費され
てディーゼル機関を理論混合比で運転した場合と同程度
まで酸素濃度が減少する。また、排気空燃比がリッチで
あるため、多くの未燃成分、すなわちＨＣ、ＣＯが酸化
されないで従来のＮＯｘ吸収材に流入する。そして従来
のＮＯｘ吸収材からＮＯｘを放出させ、還元成分である
ＨＣ、ＣＯによってＮＯｘが還元浄化される。
されたＮＯｘを放出させ、ＮＯｘ吸収能力を回復させる
（ＮＯｘ吸収材の再生操作と呼ぶ）ため、やはり排気空
燃比を短時間理論空燃比よりリッチ側にする。この従来
のＮＯｘ吸収材の再生操作は、ディーゼル機関の通常の
燃料噴射に加えて、定期的に排気行程中に燃料噴射を行
い、燃料の未燃成分を排気通路に排出することで実現し
ている。つまり排気通路に排出された燃料の未燃成分は
酸化触媒で酸化され、排気中の酸素がほとんど消費され
てディーゼル機関を理論混合比で運転した場合と同程度
まで酸素濃度が減少する。また、排気空燃比がリッチで
あるため、多くの未燃成分、すなわちＨＣ、ＣＯが酸化
されないで従来のＮＯｘ吸収材に流入する。そして従来
のＮＯｘ吸収材からＮＯｘを放出させ、還元成分である
ＨＣ、ＣＯによってＮＯｘが還元浄化される。
【００１４】しかしながらこの装置にあっても、ＮＯｘ
吸収材からＮＯｘを放出して還元浄化すべきときには、
流入排気の空燃比がリッチ状態でなければ上述した反応
が起こらないため、ディーゼル機関へ適用する場合には
燃費の大きな犠牲を伴うという本質的な問題が解消でき
ない。
吸収材からＮＯｘを放出して還元浄化すべきときには、
流入排気の空燃比がリッチ状態でなければ上述した反応
が起こらないため、ディーゼル機関へ適用する場合には
燃費の大きな犠牲を伴うという本質的な問題が解消でき
ない。
【００１５】さらに、コージェライト製のモノリス担体
を用いたＮＯｘ吸収材（特許第２６００４９２号公報と
同様のもの）をＣＲＴの下流に独立して配置するように
しているため、排気浄化装置全体の搭載スペースおよび
重量が増加して搭載性が悪化する。さらに、排気浄化装
置のケース全体の表面積が増加して放熱量が増加するた
め、ＮＯｘ吸収材に到達するまでの排気温度の低下が大
きくなり、ＮＯｘ吸収材の活性が抑制されてしまうとい
う問題点も発生する。このようなことから、設計上の対
策、例えば設計上の搭載スペースの確保、排気系保持強
度の強化、排気系の保温等、も必要となり、コスト増加
に至る。
を用いたＮＯｘ吸収材（特許第２６００４９２号公報と
同様のもの）をＣＲＴの下流に独立して配置するように
しているため、排気浄化装置全体の搭載スペースおよび
重量が増加して搭載性が悪化する。さらに、排気浄化装
置のケース全体の表面積が増加して放熱量が増加するた
め、ＮＯｘ吸収材に到達するまでの排気温度の低下が大
きくなり、ＮＯｘ吸収材の活性が抑制されてしまうとい
う問題点も発生する。このようなことから、設計上の対
策、例えば設計上の搭載スペースの確保、排気系保持強
度の強化、排気系の保温等、も必要となり、コスト増加
に至る。
【００１６】本発明は、上記の種々の問題点を解決し、
ＣＲＴ機能（ＰＭを高酸化力のあるＮＯ2によって燃焼
させて除去する機能）によってＤＰＦに捕集されたＰＭ
を処理するとともに、常に酸素過剰な状態においてもＮ
Ｏｘを効率よくトラップ−放出・還元浄化させることが
でき、燃費の大きな犠牲を伴わないで、内燃機関、特に
ディーゼル機関へ適用することができる排気浄化装置を
提供することを目的とする。
ＣＲＴ機能（ＰＭを高酸化力のあるＮＯ2によって燃焼
させて除去する機能）によってＤＰＦに捕集されたＰＭ
を処理するとともに、常に酸素過剰な状態においてもＮ
Ｏｘを効率よくトラップ−放出・還元浄化させることが
でき、燃費の大きな犠牲を伴わないで、内燃機関、特に
ディーゼル機関へ適用することができる排気浄化装置を
提供することを目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】請求項１に係る発明は、
内燃機関の排気通路に配置される排気浄化装置であっ
て、機関排気の一部に対して作用し、少なくともＮＯを
酸化してＮＯ2を生成する酸化触媒と、温度変化により
排気中の還元成分を吸着および脱離する作用を有する還
元成分吸着材と、上記酸化触媒の下流に設けられ、排気
中のパティキュレートを捕集し、捕集したパティキュレ
ートを排気中のＮＯ2と反応させるパティキュレートフ
ィルタと、このパティキュレートフィルタの下流に設け
られ、流入する排気中の還元成分濃度が低いときに排気
中のＮＯｘをトラップし、かつ流入する排気中の還元成
分濃度が高いときにＮＯｘを放出還元する還元成分濃度
変動型ＮＯｘ浄化触媒と、を備え、上記還元成分濃度変
動型ＮＯｘ浄化触媒に上記還元成分吸着材からの脱離還
元成分が作用するように構成されていることを特徴とし
ている。
内燃機関の排気通路に配置される排気浄化装置であっ
て、機関排気の一部に対して作用し、少なくともＮＯを
酸化してＮＯ2を生成する酸化触媒と、温度変化により
排気中の還元成分を吸着および脱離する作用を有する還
元成分吸着材と、上記酸化触媒の下流に設けられ、排気
中のパティキュレートを捕集し、捕集したパティキュレ
ートを排気中のＮＯ2と反応させるパティキュレートフ
ィルタと、このパティキュレートフィルタの下流に設け
られ、流入する排気中の還元成分濃度が低いときに排気
中のＮＯｘをトラップし、かつ流入する排気中の還元成
分濃度が高いときにＮＯｘを放出還元する還元成分濃度
変動型ＮＯｘ浄化触媒と、を備え、上記還元成分濃度変
動型ＮＯｘ浄化触媒に上記還元成分吸着材からの脱離還
元成分が作用するように構成されていることを特徴とし
ている。
【００１８】すなわち、上記還元成分吸着材は、上記還
元成分濃度変動型ＮＯｘ浄化触媒よりも上流側もしくは
少なくとも同位置にある。
元成分濃度変動型ＮＯｘ浄化触媒よりも上流側もしくは
少なくとも同位置にある。
【００１９】この排気浄化装置においては、酸化触媒に
よるＮＯからＮＯ2への酸化と、還元成分吸着触媒によ
る還元成分（ＨＣ）の吸着・脱離との両方を発現させ、
ＮＯ 2によるパティキュレートフィルタの再生を可能に
すると共に、排気空燃比をリッチにすることなく、還元
成分（ＨＣ）の濃度変動でＮＯｘ浄化触媒によりＮＯｘ
の浄化を可能にすることができる。従って、排気空燃比
をリッチにする必要がないため、燃費の大きな犠牲を伴
わないで、ディーゼル機関へ適用することができる。
よるＮＯからＮＯ2への酸化と、還元成分吸着触媒によ
る還元成分（ＨＣ）の吸着・脱離との両方を発現させ、
ＮＯ 2によるパティキュレートフィルタの再生を可能に
すると共に、排気空燃比をリッチにすることなく、還元
成分（ＨＣ）の濃度変動でＮＯｘ浄化触媒によりＮＯｘ
の浄化を可能にすることができる。従って、排気空燃比
をリッチにする必要がないため、燃費の大きな犠牲を伴
わないで、ディーゼル機関へ適用することができる。
【００２０】請求項２のように、上記酸化触媒と上記還
元成分吸着材とは、同一の担体上に設けることができ
る。
元成分吸着材とは、同一の担体上に設けることができ
る。
【００２１】請求項３の発明では、上記パティキュレー
トフィルタの排気流れ方向下流側部分に上記還元成分濃
度変動型ＮＯｘ浄化触媒が担持されている。これによ
り、パティキュレートフィルタが、同時に、ＮＯｘ浄化
触媒として機能する。
トフィルタの排気流れ方向下流側部分に上記還元成分濃
度変動型ＮＯｘ浄化触媒が担持されている。これによ
り、パティキュレートフィルタが、同時に、ＮＯｘ浄化
触媒として機能する。
【００２２】請求項４の発明では、上記パティキュレー
トフィルタの排気流れ方向上流側部分に上記還元成分吸
着材が担持されている。これにより、パティキュレート
フィルタが、同時に還元成分吸着材として機能する。
トフィルタの排気流れ方向上流側部分に上記還元成分吸
着材が担持されている。これにより、パティキュレート
フィルタが、同時に還元成分吸着材として機能する。
【００２３】上記パティキュレートフィルタは、請求項
５のように、一端が閉塞した中空円筒形状の深層濾過方
式のパティキュレートフィルタであることが望ましい。
５のように、一端が閉塞した中空円筒形状の深層濾過方
式のパティキュレートフィルタであることが望ましい。
【００２４】さらに詳しくは、上記パティキュレートフ
ィルタは、例えば請求項６のように、排気流れ方向の上
流側となる内層部と、下流側となる外層部と、から構成
されている。
ィルタは、例えば請求項６のように、排気流れ方向の上
流側となる内層部と、下流側となる外層部と、から構成
されている。
【００２５】請求項７の発明では、上記内層部あるいは
外層部は、多数の開口を有する有底円筒状の芯部材にセ
ラミックファイバーを複数層巻回して構成されている。
このセラミックファイバーは、単位容積当りの繊維表面
積が非常に大きく、一般的な触媒の担体に用いるコージ
ェライト製のモノリス担体の単位容積当りの表面積と比
べて圧倒的に大きな表面積が得られる。そのため、請求
項３，４等のように、触媒化するには好適な材料といえ
る。
外層部は、多数の開口を有する有底円筒状の芯部材にセ
ラミックファイバーを複数層巻回して構成されている。
このセラミックファイバーは、単位容積当りの繊維表面
積が非常に大きく、一般的な触媒の担体に用いるコージ
ェライト製のモノリス担体の単位容積当りの表面積と比
べて圧倒的に大きな表面積が得られる。そのため、請求
項３，４等のように、触媒化するには好適な材料といえ
る。
【００２６】請求項８の発明では、上記パティキュレー
トフィルタの少なくとも内層部および上記酸化触媒に、
上記還元成分吸着材が担持されている。
トフィルタの少なくとも内層部および上記酸化触媒に、
上記還元成分吸着材が担持されている。
【００２７】つまり別個のケーシングを具備することな
く還元成分吸着材が配置され、ここから脱離した還元成
分が還元成分濃度変動型ＮＯｘ浄化触媒に作用する。
く還元成分吸着材が配置され、ここから脱離した還元成
分が還元成分濃度変動型ＮＯｘ浄化触媒に作用する。
【００２８】請求項９の発明では、上記パティキュレー
トフィルタの少なくとも外層部に、上記還元成分濃度変
動型ＮＯｘ浄化触媒が担持されている。つまり別個のケ
ーシングを具備することなく還元成分濃度変動型ＮＯｘ
浄化触媒が配置され、上流側の還元成分吸着材から脱離
した還元成分の濃度変動によってＮＯｘのトラップ−放
出浄化が行われる。
トフィルタの少なくとも外層部に、上記還元成分濃度変
動型ＮＯｘ浄化触媒が担持されている。つまり別個のケ
ーシングを具備することなく還元成分濃度変動型ＮＯｘ
浄化触媒が配置され、上流側の還元成分吸着材から脱離
した還元成分の濃度変動によってＮＯｘのトラップ−放
出浄化が行われる。
【００２９】請求項８に従属する請求項１０の発明で
は、上記酸化触媒の担体に担持された還元成分吸着材
は、他の部位の還元成分吸着材よりも低い温度で還元成
分を脱離する特性を有している。
は、上記酸化触媒の担体に担持された還元成分吸着材
は、他の部位の還元成分吸着材よりも低い温度で還元成
分を脱離する特性を有している。
【００３０】これにより、排気温度が上昇していくと、
酸化触媒の還元成分が先に低い温度で脱離し、過度の酸
化燃焼が回避されるので、全体としての還元成分の濃度
変動が強化される。
酸化触媒の還元成分が先に低い温度で脱離し、過度の酸
化燃焼が回避されるので、全体としての還元成分の濃度
変動が強化される。
【００３１】請求項１１の発明は、上記パティキュレー
トフィルタの少なくとも内層部に、捕集したパティキュ
レートの酸化反応を促進する貴金属成分が担持されてい
ることを特徴としている。
トフィルタの少なくとも内層部に、捕集したパティキュ
レートの酸化反応を促進する貴金属成分が担持されてい
ることを特徴としている。
【００３２】この貴金属成分によりパティキュレートの
酸化反応（燃焼除去）が行われ、パティキュレートフィ
ルタに捕集されたパティキュレートの燃焼除去が強化さ
れる。
酸化反応（燃焼除去）が行われ、パティキュレートフィ
ルタに捕集されたパティキュレートの燃焼除去が強化さ
れる。
【００３３】請求項１２に係る発明は、上記パティキュ
レートフィルタが、内層部と外層部とでパティキュレー
ト捕集性能に傾斜を有し、内層部が外層部よりも高い効
率でパティキュレートを捕集することを特徴とする。
レートフィルタが、内層部と外層部とでパティキュレー
ト捕集性能に傾斜を有し、内層部が外層部よりも高い効
率でパティキュレートを捕集することを特徴とする。
【００３４】例えば、請求項１３のように、上記内層部
を構成するセラミックファイバーの巻回密度あるいは巻
回回数を外層部よりも高めて、捕集効率を異ならせてい
る。
を構成するセラミックファイバーの巻回密度あるいは巻
回回数を外層部よりも高めて、捕集効率を異ならせてい
る。
【００３５】このようにすれば、内層部における低排気
温度条件でのＨＣ中の重質成分（以下ＳＯＦと呼ぶ）の
捕集性能が向上する。また外層部に向かうパティキュレ
ートの量が減少するため、請求項９のように外層部に還
元成分濃度変動型ＮＯｘ浄化触媒を担持させた場合に、
該ＮＯｘ浄化触媒が、パティキュレートでカバーリング
されにくくなる。
温度条件でのＨＣ中の重質成分（以下ＳＯＦと呼ぶ）の
捕集性能が向上する。また外層部に向かうパティキュレ
ートの量が減少するため、請求項９のように外層部に還
元成分濃度変動型ＮＯｘ浄化触媒を担持させた場合に、
該ＮＯｘ浄化触媒が、パティキュレートでカバーリング
されにくくなる。
【００３６】請求項１４の発明では、上記酸化触媒の内
部もしくは外部に、排気を酸化させずに通過させるバイ
パス通路が設けられ、その下流側に、上記パティキュレ
ートフィルタが配置される。
部もしくは外部に、排気を酸化させずに通過させるバイ
パス通路が設けられ、その下流側に、上記パティキュレ
ートフィルタが配置される。
【００３７】これにより、内燃機関から排出された未燃
ＨＣの一部が、酸化されることなく下流の還元成分濃度
変動型ＮＯｘ浄化触媒に確実に作用する。
ＨＣの一部が、酸化されることなく下流の還元成分濃度
変動型ＮＯｘ浄化触媒に確実に作用する。
【００３８】請求項１５の発明では、上記酸化触媒は、
コージェライト製のモノリス担体に、Ｐｔ担持の活性ア
ルミナとＺＳＭ−５型ゼオライトとの混合物をコーティ
ングしてなり、上記パティキュレートフィルタの内層部
は、セラミックファイバーにβゼオライトを担持させて
いる。
コージェライト製のモノリス担体に、Ｐｔ担持の活性ア
ルミナとＺＳＭ−５型ゼオライトとの混合物をコーティ
ングしてなり、上記パティキュレートフィルタの内層部
は、セラミックファイバーにβゼオライトを担持させて
いる。
【００３９】また請求項１６の発明では、上記パティキ
ュレートフィルタの少なくとも内層部の芯部材がヒータ
機能を有する。
ュレートフィルタの少なくとも内層部の芯部材がヒータ
機能を有する。
【００４０】このヒータ機能は、例えば請求項１７のよ
うに、内燃機関の冷間始動時に作動する。
うに、内燃機関の冷間始動時に作動する。
【００４１】これにより、冷間始動時におけるパティキ
ュレートフィルタの昇温が促進され、パティキュレート
の燃焼除去が促進される。また、これに触媒を担持させ
た場合には、その触媒作用が早期に得られる。
ュレートフィルタの昇温が促進され、パティキュレート
の燃焼除去が促進される。また、これに触媒を担持させ
た場合には、その触媒作用が早期に得られる。
【００４２】請求項１８の発明は、排気中の未燃ＨＣを
増加させるために膨張行程ないしは排気行程において燃
料噴射弁から後噴射を行うことを特徴としている。
増加させるために膨張行程ないしは排気行程において燃
料噴射弁から後噴射を行うことを特徴としている。
【００４３】すなわち、通常の運転では、広範囲の負荷
変動があり、排気温度の昇温，降温を繰り返すため、パ
ティキュレートの燃焼除去ならびにＮＯｘ浄化が自然に
行われ得るが、低排気温度あるいは高排気温度で連続し
て長時間運転されたような場合には、還元成分の供給が
必要となる。この後噴射によって未燃ＨＣが増加するの
で、還元成分濃度変動型ＮＯｘ浄化触媒で、トラップし
たＮＯｘの放出浄化が確実に行われる。ここで、還元成
分濃度変動型ＮＯｘ浄化触媒を用いることにより、後噴
射においても、ＨＣ濃度のみを高めれば十分であり、酸
素濃度を低下させる必要はないので、排気空燃比が理論
空燃比あるいはリッチとなるレベルまで多量の後噴射を
行う必要はない。また、上記のような特定の運転を継続
した場合に限って後噴射が必要となるので、その頻度も
非常に少ない。
変動があり、排気温度の昇温，降温を繰り返すため、パ
ティキュレートの燃焼除去ならびにＮＯｘ浄化が自然に
行われ得るが、低排気温度あるいは高排気温度で連続し
て長時間運転されたような場合には、還元成分の供給が
必要となる。この後噴射によって未燃ＨＣが増加するの
で、還元成分濃度変動型ＮＯｘ浄化触媒で、トラップし
たＮＯｘの放出浄化が確実に行われる。ここで、還元成
分濃度変動型ＮＯｘ浄化触媒を用いることにより、後噴
射においても、ＨＣ濃度のみを高めれば十分であり、酸
素濃度を低下させる必要はないので、排気空燃比が理論
空燃比あるいはリッチとなるレベルまで多量の後噴射を
行う必要はない。また、上記のような特定の運転を継続
した場合に限って後噴射が必要となるので、その頻度も
非常に少ない。
【００４４】望ましくは、請求項１９のように、排気温
度が所定温度以上のときに後噴射が実行される。つま
り、未燃ＨＣの増加が有効でない温度条件のときには、
後噴射は行われない。
度が所定温度以上のときに後噴射が実行される。つま
り、未燃ＨＣの増加が有効でない温度条件のときには、
後噴射は行われない。
【００４５】請求項２０の発明は、内燃機関の排気浄化
方法に関するものであって、内燃機関の排気通路に、酸
素過剰雰囲気下で排気中のＮＯｘを酸化吸収する機能を
有し、かつ特定の酸素濃度範囲では酸素濃度変動のみで
吸収可能なＮＯｘ量が変化しない特性のＮＯｘ浄化触媒
と、酸化触媒と、パティキュレートフィルタと、を配置
し、上記ＮＯｘ浄化触媒に流入する排気中の酸素濃度が
上記特定酸素濃度範囲内となる条件で内燃機関を運転し
つつ、上記ＮＯｘ浄化触媒に流入する排気中の還元成分
濃度が低いときにＮＯｘを吸収させ、この吸収したＮＯ
ｘを、上記ＮＯｘ浄化触媒に流入する排気中の酸素濃度
が上記特定酸素濃度範囲内となる条件で内燃機関を運転
しつつ、上記ＮＯｘ浄化触媒に流入する排気中の還元成
分濃度が高いときに放出還元するようにし、かつ上記酸
化触媒によってＮＯをＮＯ2に酸化させるとともに、こ
のＮＯ2によって上記パティキュレートフィルタのパテ
ィキュレートを浄化することを特徴としている。
方法に関するものであって、内燃機関の排気通路に、酸
素過剰雰囲気下で排気中のＮＯｘを酸化吸収する機能を
有し、かつ特定の酸素濃度範囲では酸素濃度変動のみで
吸収可能なＮＯｘ量が変化しない特性のＮＯｘ浄化触媒
と、酸化触媒と、パティキュレートフィルタと、を配置
し、上記ＮＯｘ浄化触媒に流入する排気中の酸素濃度が
上記特定酸素濃度範囲内となる条件で内燃機関を運転し
つつ、上記ＮＯｘ浄化触媒に流入する排気中の還元成分
濃度が低いときにＮＯｘを吸収させ、この吸収したＮＯ
ｘを、上記ＮＯｘ浄化触媒に流入する排気中の酸素濃度
が上記特定酸素濃度範囲内となる条件で内燃機関を運転
しつつ、上記ＮＯｘ浄化触媒に流入する排気中の還元成
分濃度が高いときに放出還元するようにし、かつ上記酸
化触媒によってＮＯをＮＯ2に酸化させるとともに、こ
のＮＯ2によって上記パティキュレートフィルタのパテ
ィキュレートを浄化することを特徴としている。
【００４６】
【発明の効果】本発明に係る内燃機関の排気浄化装置お
よび排気浄化方法によれば、ディーゼル機関のように排
気が常に酸素過剰な状態において、ＮＯｘを効率よくト
ラップ−放出・還元浄化させることが可能となる。ま
た、パティキュレートを高酸化力のあるＮＯ2によって
燃焼させて除去するＣＲＴ機能によってパティキュレー
トフィルタに捕集された煤を処理することが両立でき
る。
よび排気浄化方法によれば、ディーゼル機関のように排
気が常に酸素過剰な状態において、ＮＯｘを効率よくト
ラップ−放出・還元浄化させることが可能となる。ま
た、パティキュレートを高酸化力のあるＮＯ2によって
燃焼させて除去するＣＲＴ機能によってパティキュレー
トフィルタに捕集された煤を処理することが両立でき
る。
【００４７】従って、例えば、コモンレール等の噴射装
置を用いて後噴射する場合でも、排気空燃比をリッチに
する必要がないため、燃費の大きな犠牲を回避すること
が可能となる。
置を用いて後噴射する場合でも、排気空燃比をリッチに
する必要がないため、燃費の大きな犠牲を回避すること
が可能となる。
【００４８】また、酸化触媒あるいはパティキュレート
フィルタに還元成分吸着材や還元成分濃度変動型ＮＯｘ
浄化触媒を担持させることにより、装置全体の構成が小
型かつ簡素なものとなり、装置全体の搭載スペースが減
少して搭載性が向上するとともに、簡素化によるコスト
低減が可能である。
フィルタに還元成分吸着材や還元成分濃度変動型ＮＯｘ
浄化触媒を担持させることにより、装置全体の構成が小
型かつ簡素なものとなり、装置全体の搭載スペースが減
少して搭載性が向上するとともに、簡素化によるコスト
低減が可能である。
【００４９】
【発明の実施の形態】以下に本発明の好ましい実施の形
態を図面に基づいて説明する。
態を図面に基づいて説明する。
【００５０】先ず本発明の第１の実施形態について図１
により説明する。
により説明する。
【００５１】図１において、１はディーゼル機関（ディ
ーゼルエンジン）の本体、２はその排気通路である。
ーゼルエンジン）の本体、２はその排気通路である。
【００５２】上記排気通路２には、後述する酸化触媒を
内部に備えたケーシング２ａと同じく後述するＤＰＦ
（ディーゼルパーティキュレートフィルタ）を内部に備
えたケーシング２ｂと直列に配置されている。なお、こ
の例では、ケーシング２ａとケーシング２ｂとは、実質
的に一体化されている。
内部に備えたケーシング２ａと同じく後述するＤＰＦ
（ディーゼルパーティキュレートフィルタ）を内部に備
えたケーシング２ｂと直列に配置されている。なお、こ
の例では、ケーシング２ａとケーシング２ｂとは、実質
的に一体化されている。
【００５３】上記ケーシング２ａおよびケーシング２ｂ
の内部構造を図２に示す。
の内部構造を図２に示す。
【００５４】図２に示すように、ケーシング２ａには酸
化触媒４が配置されている。またケーシング２ａの下流
に配置されるケーシング２ｂ内には、一端が閉塞した中
空円筒形状で２層構造をもつ深層濾過方式のＤＰＦ５０
が配置されている。
化触媒４が配置されている。またケーシング２ａの下流
に配置されるケーシング２ｂ内には、一端が閉塞した中
空円筒形状で２層構造をもつ深層濾過方式のＤＰＦ５０
が配置されている。
【００５５】ここで、上記酸化触媒４は還元成分（Ｈ
Ｃ）吸着触媒付きであり、機関排気を酸化しＮＯを酸化
してＮＯ2を生成する機能を有し、かつ同時に、ＨＣの
吸着性能をも併せ持つ。具体的には、例えばコージェラ
イト製のモノリス担体に、貴金属成分を担持させた活性
アルミナと、触媒もしくは排気の温度変化により排気中
のＨＣを吸着および脱離する作用を有するＨＣ吸着触媒
としてのゼオライト成分とを混ぜてコーティングさせた
ものである。なお、それぞれを層別にコーティングして
もよい。
Ｃ）吸着触媒付きであり、機関排気を酸化しＮＯを酸化
してＮＯ2を生成する機能を有し、かつ同時に、ＨＣの
吸着性能をも併せ持つ。具体的には、例えばコージェラ
イト製のモノリス担体に、貴金属成分を担持させた活性
アルミナと、触媒もしくは排気の温度変化により排気中
のＨＣを吸着および脱離する作用を有するＨＣ吸着触媒
としてのゼオライト成分とを混ぜてコーティングさせた
ものである。なお、それぞれを層別にコーティングして
もよい。
【００５６】貴金属成分としてはＰｔ、Ｐｄ等が、ゼオ
ライト成分としてはＺＳＭ−５、β、ＵＳＹ、モルデナ
イト型が知られており、これらを単独で、あるいは組み
合せて用いることが望ましいが、例えば貴金属成分とし
てＰｔが、ゼオライト成分としては比較的ＨＣの吸着力
の弱いゼオライト（例えばＺＳＭ−５）を担持し、酸化
触媒の酸化活性が強くなる温度ではＨＣを脱離させるよ
うにして、触媒で酸化燃焼させないようにするのが望ま
しい。これは、ＨＣの酸化燃焼に伴うＨＣ濃度変動の低
下が生じないようにするためである。
ライト成分としてはＺＳＭ−５、β、ＵＳＹ、モルデナ
イト型が知られており、これらを単独で、あるいは組み
合せて用いることが望ましいが、例えば貴金属成分とし
てＰｔが、ゼオライト成分としては比較的ＨＣの吸着力
の弱いゼオライト（例えばＺＳＭ−５）を担持し、酸化
触媒の酸化活性が強くなる温度ではＨＣを脱離させるよ
うにして、触媒で酸化燃焼させないようにするのが望ま
しい。これは、ＨＣの酸化燃焼に伴うＨＣ濃度変動の低
下が生じないようにするためである。
【００５７】このような構成にすることで、低排気温度
では排気中の未燃成分であるＨＣを吸着するため、低排
気温度でのＨＣの低減率が向上する。また昇温時には排
気中の未燃成分であるＨＣ、ＣＯを高い効率で酸化して
浄化できるとともに、ＮＯ成分を酸化してＮＯ2成分を
生成する。
では排気中の未燃成分であるＨＣを吸着するため、低排
気温度でのＨＣの低減率が向上する。また昇温時には排
気中の未燃成分であるＨＣ、ＣＯを高い効率で酸化して
浄化できるとともに、ＮＯ成分を酸化してＮＯ2成分を
生成する。
【００５８】ＤＰＦ５０は、排気中のＰＭ（パティキュ
レート；特に煤）を捕集し、捕集したＰＭを排気中のＮ
Ｏ2と反応させるＰＭの捕集・処理用のフィルタであ
り、一端が閉塞した中空円筒形状で２層構造をもつ深層
濾過方式のものが用いられている。具体的には、周面部
分に多数の孔を設けた有底円筒状をなす内周側の芯部材
５１ａにセラミックファイバー５１ｂを幾層にも巻き回
して形成される内層部５１と、上記の内周側の芯部材５
１ａに溶接等で固定された外周側の芯部材５２ａに、同
じくセラミックファイバー５２ｂを幾層にも巻き回して
形成される外層部５２とから構成されており、底部とし
て閉塞されている端部が下流側となるように配置され、
芯部材５１ａの他方の開口端から排気が導入されるよう
に取り付けられている。従って、排気は図示の矢印のよ
うに内層部５１から外層部５２へと半径方向外周側へ流
れ、排気中のＰＭがセラミックファイバー５１ｂ，５２
ｂによって捕集される。なおＤＰＦ５０としては、この
タイプのものに限らず、従来より公知のニット状のファ
イバー、もしくはセラミックフォームタイプのもの、あ
るいはこれらを組み合わせて用いてもよい。
レート；特に煤）を捕集し、捕集したＰＭを排気中のＮ
Ｏ2と反応させるＰＭの捕集・処理用のフィルタであ
り、一端が閉塞した中空円筒形状で２層構造をもつ深層
濾過方式のものが用いられている。具体的には、周面部
分に多数の孔を設けた有底円筒状をなす内周側の芯部材
５１ａにセラミックファイバー５１ｂを幾層にも巻き回
して形成される内層部５１と、上記の内周側の芯部材５
１ａに溶接等で固定された外周側の芯部材５２ａに、同
じくセラミックファイバー５２ｂを幾層にも巻き回して
形成される外層部５２とから構成されており、底部とし
て閉塞されている端部が下流側となるように配置され、
芯部材５１ａの他方の開口端から排気が導入されるよう
に取り付けられている。従って、排気は図示の矢印のよ
うに内層部５１から外層部５２へと半径方向外周側へ流
れ、排気中のＰＭがセラミックファイバー５１ｂ，５２
ｂによって捕集される。なおＤＰＦ５０としては、この
タイプのものに限らず、従来より公知のニット状のファ
イバー、もしくはセラミックフォームタイプのもの、あ
るいはこれらを組み合わせて用いてもよい。
【００５９】内層部５１のセラミックファイバー５１ｂ
は、ＨＣ吸着触媒付きであり、ＨＣ吸着触媒としてゼオ
ライト成分が担持されている。ゼオライト成分としては
ＺＳＭ−５、β、ＵＳＹ、モルデナイト型等の中から、
これらを単独で、あるいは組み合せて用いることが望ま
しいが、酸化触媒４に用いるゼオライト（例えばＺＳＭ
−５）に対して、ＨＣの吸着力が強いゼオライト（脱離
温度が比較的高い、例えばβゼオライト）を担持するの
が望ましい。
は、ＨＣ吸着触媒付きであり、ＨＣ吸着触媒としてゼオ
ライト成分が担持されている。ゼオライト成分としては
ＺＳＭ−５、β、ＵＳＹ、モルデナイト型等の中から、
これらを単独で、あるいは組み合せて用いることが望ま
しいが、酸化触媒４に用いるゼオライト（例えばＺＳＭ
−５）に対して、ＨＣの吸着力が強いゼオライト（脱離
温度が比較的高い、例えばβゼオライト）を担持するの
が望ましい。
【００６０】このような構成にすることで、比較的低排
気温度ではＨＣ吸着触媒付き酸化触媒４のＨＣ吸着性能
に、ＤＰＦ内層部５１のＨＣ吸着性能が付加されること
になるため、低排気温度でのＨＣ低減率が向上し、ＨＣ
濃度変動も増幅できる。
気温度ではＨＣ吸着触媒付き酸化触媒４のＨＣ吸着性能
に、ＤＰＦ内層部５１のＨＣ吸着性能が付加されること
になるため、低排気温度でのＨＣ低減率が向上し、ＨＣ
濃度変動も増幅できる。
【００６１】また、上記のようにＨＣ吸着触媒を酸化触
媒４等に加えることで、別個にＨＣ吸着触媒装置を配置
する心要がない。したがって、排気浄化装置全体の搭載
スペースが減少して車両への搭載性が向上するととも
に、簡素化によるコスト削減が行える。
媒４等に加えることで、別個にＨＣ吸着触媒装置を配置
する心要がない。したがって、排気浄化装置全体の搭載
スペースが減少して車両への搭載性が向上するととも
に、簡素化によるコスト削減が行える。
【００６２】ＤＰＦ外層部５２のセラミックファイバー
５２ｂは、前述した還元成分濃度変動型ＮＯｘ浄化触媒
からなるＮＯｘ浄化触媒付きのものであり、流入する還
元成分つまりＨＣ濃度が低いときに排気中のＮＯｘをト
ラップし、かつ、流入するＨＣ濃度が高いときに排気中
のＮＯｘを放出還元するものである。
５２ｂは、前述した還元成分濃度変動型ＮＯｘ浄化触媒
からなるＮＯｘ浄化触媒付きのものであり、流入する還
元成分つまりＨＣ濃度が低いときに排気中のＮＯｘをト
ラップし、かつ、流入するＨＣ濃度が高いときに排気中
のＮＯｘを放出還元するものである。
【００６３】ここで、還元成分濃度変動型ＮＯｘ浄化触
媒について説明する。
媒について説明する。
【００６４】すなわち、本発明で用いる還元成分濃度変
動型ＮＯｘ浄化触媒は、基本的に常に酸素過剰となる排
気通路内に配置されることを前提とし、流入する排気中
の還元成分の濃度が低い状態、好ましくは１００ｐｐｍ
以下にあるときに、ＮＯｘのトラップが行われる。そし
て、流入する排気中の還元成分の濃度を、低い領域から
高い領域に変化させることで、ＮＯｘを放出、還元浄化
する。特に、このＮＯｘのトラップおよび放出還元が、
特定の酸素濃度範囲内で行われる。例えば、酸素濃度
４．５パーセント（ほぼ空燃比１８相当）以上の酸素過
剰雰囲気下でＮＯｘのトラップおよび放出還元が行われ
る。
動型ＮＯｘ浄化触媒は、基本的に常に酸素過剰となる排
気通路内に配置されることを前提とし、流入する排気中
の還元成分の濃度が低い状態、好ましくは１００ｐｐｍ
以下にあるときに、ＮＯｘのトラップが行われる。そし
て、流入する排気中の還元成分の濃度を、低い領域から
高い領域に変化させることで、ＮＯｘを放出、還元浄化
する。特に、このＮＯｘのトラップおよび放出還元が、
特定の酸素濃度範囲内で行われる。例えば、酸素濃度
４．５パーセント（ほぼ空燃比１８相当）以上の酸素過
剰雰囲気下でＮＯｘのトラップおよび放出還元が行われ
る。
【００６５】上記の放出現象を起こすために増加させる
還元成分は、最低２００ｐｐｍ程度あれば十分である。
還元成分は、最低２００ｐｐｍ程度あれば十分である。
【００６６】従来は、例えば還元成分の濃度がおよそ２
００ｐｐｍ程度以上存在する酸素過剰雰囲気下でＮＯｘ
を吸収させていたため、後に還元成分の量を増加させて
も、多量のＮＯｘ放出を起こすことは困難であり、この
吸着ＮＯｘを放出させるためには、理論空燃比もしくは
リッチ空燃比とすることで、排気中の酸素濃度を低下さ
せる必要があった。従って、燃費の悪化を免れない。
００ｐｐｍ程度以上存在する酸素過剰雰囲気下でＮＯｘ
を吸収させていたため、後に還元成分の量を増加させて
も、多量のＮＯｘ放出を起こすことは困難であり、この
吸着ＮＯｘを放出させるためには、理論空燃比もしくは
リッチ空燃比とすることで、排気中の酸素濃度を低下さ
せる必要があった。従って、燃費の悪化を免れない。
【００６７】これに対し、発明者らは、ＮＯｘトラップ
過程における共存還元成分量を少なくし、例えば１００
ｐｐｍ以下とすることで、酸素濃度一定条件下において
も、少量の還元成分によるＮＯｘ放出を可能にすること
を見いだし、さらに、酸素濃度を低下させることなしに
放出させたＮＯｘは、排気雰囲気中の酸素量を低下させ
ることで気相として放出されたＮＯｘと比較して、単位
還元成分量当たりの還元効率が高いことを見いだした。
過程における共存還元成分量を少なくし、例えば１００
ｐｐｍ以下とすることで、酸素濃度一定条件下において
も、少量の還元成分によるＮＯｘ放出を可能にすること
を見いだし、さらに、酸素濃度を低下させることなしに
放出させたＮＯｘは、排気雰囲気中の酸素量を低下させ
ることで気相として放出されたＮＯｘと比較して、単位
還元成分量当たりの還元効率が高いことを見いだした。
【００６８】本発明に係る還元成分濃度変動型ＮＯｘ触
媒におけるＮＯｘのトラップ放出作用は、図１５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。な
お、これは、白金（Ｐｔ）およびマグネシウム（Ｍｇ）
を用いた触媒の例である。
媒におけるＮＯｘのトラップ放出作用は、図１５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。な
お、これは、白金（Ｐｔ）およびマグネシウム（Ｍｇ）
を用いた触媒の例である。
【００６９】すなわち、このメカニズムは、大きく分け
て２つの過程からなっており、図１５の（Ａ）に示すＮ
Ｏｘトラップ過程と、図１５の（Ｂ）に示すＮＯｘ放
出，浄化過程とからなる。どちらの過程においても、酸
素過剰雰囲気下にＮＯｘが存在しているため、Ｐｔによ
るＮＯの酸化反応とＭｇ上でのＮＯ3 -イオン生成反応の
進行によりＮＯｘトラップ反応が起き、斜線で示すＮＯ
3 -（硝酸イオン）が生成して、触媒上にＮＯｘがトラッ
プされる。
て２つの過程からなっており、図１５の（Ａ）に示すＮ
Ｏｘトラップ過程と、図１５の（Ｂ）に示すＮＯｘ放
出，浄化過程とからなる。どちらの過程においても、酸
素過剰雰囲気下にＮＯｘが存在しているため、Ｐｔによ
るＮＯの酸化反応とＭｇ上でのＮＯ3 -イオン生成反応の
進行によりＮＯｘトラップ反応が起き、斜線で示すＮＯ
3 -（硝酸イオン）が生成して、触媒上にＮＯｘがトラッ
プされる。
【００７０】ここで、ＨＣ，ＣＯ等還元成分の存在量の
差により、図１５（Ａ）と図１５（Ｂ）にあるトラップ
ＮＯ3 -イオン量に差が生じる。そのメカニズムを説明す
ると、図１５（Ｂ）に示すとおり、排気雰囲気下に還元
成分が多く存在すると、還元成分の酸化反応が多く進行
するようになり、Ｐｔ上の活性酸素が減少し、図１５
（Ａ）の還元成分が少ない場合と比較して、ＮＯ3 -の生
成可能量が減少する。
差により、図１５（Ａ）と図１５（Ｂ）にあるトラップ
ＮＯ3 -イオン量に差が生じる。そのメカニズムを説明す
ると、図１５（Ｂ）に示すとおり、排気雰囲気下に還元
成分が多く存在すると、還元成分の酸化反応が多く進行
するようになり、Ｐｔ上の活性酸素が減少し、図１５
（Ａ）の還元成分が少ない場合と比較して、ＮＯ3 -の生
成可能量が減少する。
【００７１】トラップ過程から放出還元過程に移行した
場合、還元成分を増加した後の一定時間において、生成
可能量の差から生じる余剰ＮＯ3の触媒上での拡散が起
こり、ＮＯ、Ｏ2へのＮＯｘ分解、および、還元成分に
よるＮＯｘ還元反応へと進む。
場合、還元成分を増加した後の一定時間において、生成
可能量の差から生じる余剰ＮＯ3の触媒上での拡散が起
こり、ＮＯ、Ｏ2へのＮＯｘ分解、および、還元成分に
よるＮＯｘ還元反応へと進む。
【００７２】図１６は、一例として、酸素濃度変動では
ＮＯｘトラップ−放出サイクルが発現することがない酸
素濃度１２．５％一定の条件下において、０．０３ｐｐ
ｍのＣＯを間欠的に添加した場合の実験結果を示してい
る。この図１６に明らかなように、僅かなＣＯ添加によ
り、十分にＮＯｘトラップ−放出サイクルが発現する。
ＮＯｘトラップ−放出サイクルが発現することがない酸
素濃度１２．５％一定の条件下において、０．０３ｐｐ
ｍのＣＯを間欠的に添加した場合の実験結果を示してい
る。この図１６に明らかなように、僅かなＣＯ添加によ
り、十分にＮＯｘトラップ−放出サイクルが発現する。
【００７３】さらに、この還元成分濃度変動型ＮＯｘ浄
化触媒におけるトラップＮＯｘの還元では、通常のＮＯ
ｘ還元反応と比較して、反応効率が上がる。その理由
は、必ずしも明らかではないが、雰囲気中のＯ2の減少
が無く、Ｏ2が多く存在することにより、熱平衡反応に
よるＮＯ3のＮＯ、Ｏ2への分解速度が遅くなることが推
定される。ＮＯ3は、ＮＯ2，ＮＯと比較して、触媒への
吸着力が強く、表面ＮＯ3種として一定時間触媒表面に
存在することとなる。気相分散が抑制されたＮＯ3は、
ＮＯｘ還元反応の反応効率が上がるものと考えられる。
化触媒におけるトラップＮＯｘの還元では、通常のＮＯ
ｘ還元反応と比較して、反応効率が上がる。その理由
は、必ずしも明らかではないが、雰囲気中のＯ2の減少
が無く、Ｏ2が多く存在することにより、熱平衡反応に
よるＮＯ3のＮＯ、Ｏ2への分解速度が遅くなることが推
定される。ＮＯ3は、ＮＯ2，ＮＯと比較して、触媒への
吸着力が強く、表面ＮＯ3種として一定時間触媒表面に
存在することとなる。気相分散が抑制されたＮＯ3は、
ＮＯｘ還元反応の反応効率が上がるものと考えられる。
【００７４】以上のようなトラップ過程と放出還元過程
を繰り返すことにより、酸素過剰の略一定の空燃比の条
件下において、常に高いＮＯｘ除去効率を得ることがで
きる。
を繰り返すことにより、酸素過剰の略一定の空燃比の条
件下において、常に高いＮＯｘ除去効率を得ることがで
きる。
【００７５】なお、ＰｔおよびＭｇを用いたトラップ触
媒を例にして説明したが、主にＮＯの酸化材として作用
するＰｔの代わりに、パラジウム、ロジウム、イリジウ
ムから選ばれた少なくとも一つ、および、トラップ材と
して作用するＭｇの代わりに、カリウム、ナトリウム、
リチウム、セシウムからなるアルカリ金属、バリウム、
カルシウム、ストロンチウムからなるアルカリ土類金
属、ランタン、セリウム、プラセオジウム、ネオジウ
ム、サマリウムからなる希土類、マンガン、鉄、ニッケ
ル、コバルトからなる遷移金属、ジルコニウム、イット
リウムから選ばれた少なくとも一つを用いても、同様な
作用となる。
媒を例にして説明したが、主にＮＯの酸化材として作用
するＰｔの代わりに、パラジウム、ロジウム、イリジウ
ムから選ばれた少なくとも一つ、および、トラップ材と
して作用するＭｇの代わりに、カリウム、ナトリウム、
リチウム、セシウムからなるアルカリ金属、バリウム、
カルシウム、ストロンチウムからなるアルカリ土類金
属、ランタン、セリウム、プラセオジウム、ネオジウ
ム、サマリウムからなる希土類、マンガン、鉄、ニッケ
ル、コバルトからなる遷移金属、ジルコニウム、イット
リウムから選ばれた少なくとも一つを用いても、同様な
作用となる。
【００７６】ここでＰｔ−Ｂａアルミナ担持ハニカム担
体触媒のモデルガス評価による、トラップ過程および放
出還元過程に対する還元成分濃度とＮＯｘ放出率の関係
を、図１７および図１８を用いて説明する。ここで、図
１７は、トラップ過程の還元成分濃度とＮＯｘ放出率の
関係を示し、図１８は、このＮＯｘ放出率の定義を説明
する説明図である。図１８に示すように、上記ＮＯｘ浄
化触媒は、還元成分濃度の増減に伴ってトラップ過程と
放出還元過程とを繰り返すのであるが、図１８に示すよ
うに、初期段階での本来のＮＯｘトラップ量をＡ、還元
成分増加により放出されたＮＯｘ量つまり放出により復
活したＮＯｘトラップ量をＢとすると、ＮＯｘ放出率
（％）は、Ｂ／Ａ×１００（％）として定義される。
体触媒のモデルガス評価による、トラップ過程および放
出還元過程に対する還元成分濃度とＮＯｘ放出率の関係
を、図１７および図１８を用いて説明する。ここで、図
１７は、トラップ過程の還元成分濃度とＮＯｘ放出率の
関係を示し、図１８は、このＮＯｘ放出率の定義を説明
する説明図である。図１８に示すように、上記ＮＯｘ浄
化触媒は、還元成分濃度の増減に伴ってトラップ過程と
放出還元過程とを繰り返すのであるが、図１８に示すよ
うに、初期段階での本来のＮＯｘトラップ量をＡ、還元
成分増加により放出されたＮＯｘ量つまり放出により復
活したＮＯｘトラップ量をＢとすると、ＮＯｘ放出率
（％）は、Ｂ／Ａ×１００（％）として定義される。
【００７７】図１７から明らかなように、トラップ過程
の還元成分濃度の１００ｐｐｍ付近を境に、ＮＯｘ放出
率は大きく変化し、１００ｐｐｍ以下で、明らかにＮＯ
ｘ放出率が向上する。また、トラップ過程の還元成分濃
度が１００ｐｐｍを越える場合には、ＮＯｘ放出率は低
く、放出過程の還元成分濃度を高めても、ＮＯｘ放出率
の向上はほとんど無く、還元成分による放出が起こりに
くくなる。
の還元成分濃度の１００ｐｐｍ付近を境に、ＮＯｘ放出
率は大きく変化し、１００ｐｐｍ以下で、明らかにＮＯ
ｘ放出率が向上する。また、トラップ過程の還元成分濃
度が１００ｐｐｍを越える場合には、ＮＯｘ放出率は低
く、放出過程の還元成分濃度を高めても、ＮＯｘ放出率
の向上はほとんど無く、還元成分による放出が起こりに
くくなる。
【００７８】トラップ過程の還元成分濃度１００ｐｐｍ
を境にＮＯｘ放出率が変化するメカニズムの詳細は明ら
かではない部分もある。しかしながら、主に次のような
メカニズムで行われるものと考えられる。つまり、還元
成分濃度が１００ｐｐｍを越えた場合、図１５（Ｂ）に
示すＰｔ表面酸素による還元成分の酸化反応が、図１５
（Ａ）に示すトラップ過程でも急激に活性化してしま
い、生成されるＮＯ3 -イオン量が減少するため、放出過
程に移行したときに生じる余剰ＮＯ3種が十分生成され
ず、これによって、ＮＯｘ放出率が減少するものと推定
される。
を境にＮＯｘ放出率が変化するメカニズムの詳細は明ら
かではない部分もある。しかしながら、主に次のような
メカニズムで行われるものと考えられる。つまり、還元
成分濃度が１００ｐｐｍを越えた場合、図１５（Ｂ）に
示すＰｔ表面酸素による還元成分の酸化反応が、図１５
（Ａ）に示すトラップ過程でも急激に活性化してしま
い、生成されるＮＯ3 -イオン量が減少するため、放出過
程に移行したときに生じる余剰ＮＯ3種が十分生成され
ず、これによって、ＮＯｘ放出率が減少するものと推定
される。
【００７９】次に、Ｐｔ−Ｂａアルミナ担持ハニカム担
体触媒モデルガス評価により、気相ＮＯｘとトラップＮ
Ｏｘの還元性の違いおよび放出還元過程に対する酸素濃
度の影響を、図１９を用いて説明する。
体触媒モデルガス評価により、気相ＮＯｘとトラップＮ
Ｏｘの還元性の違いおよび放出還元過程に対する酸素濃
度の影響を、図１９を用いて説明する。
【００８０】この図１９は、還元成分濃度が低い状態か
ら還元成分濃度が高い状態（但し酸素濃度は低下してい
ない）に変化したときの触媒出口側のＮＯｘ濃度の変化
を示している。なお、実線ａは、触媒入口側のＮＯｘ濃
度を示している。
ら還元成分濃度が高い状態（但し酸素濃度は低下してい
ない）に変化したときの触媒出口側のＮＯｘ濃度の変化
を示している。なお、実線ａは、触媒入口側のＮＯｘ濃
度を示している。
【００８１】図１９の区間Ｔ３は、還元成分濃度が低
く、ＮＯｘのトラップが行われている区間であり、区間
Ｔ１で、還元成分濃度が高くなることにより、ＮＯｘの
放出，還元が行われる。
く、ＮＯｘのトラップが行われている区間であり、区間
Ｔ１で、還元成分濃度が高くなることにより、ＮＯｘの
放出，還元が行われる。
【００８２】まず、図１９の区間Ｔ２では、ＮＯｘ放出
−浄化反応がほぼ終了しており、入口ＮＯｘに対して得
られるＮＯｘ低減率は２％である。これは、導入気流中
のＮＯｘと還元成分による定常ＮＯｘ還元反応によるも
のである。一方、図１９の区間Ｔ１では、入口側から流
入するＮＯｘ量に加えて、それまでにトラップしていた
ＮＯｘ量が放出されることから、両者の和が、浄化対象
ＮＯｘ量となる。因に、前者の入口側から流入するＮＯ
ｘ量は、図１９の区間Ｔ１内の長方形ｃの面積に相当
し、また後者の放出ＮＯｘ量は、区間Ｔ３でのｂの面積
に相当する。これに対し、触媒を通して出口側へ排出さ
れるＮＯｘ量は、区間Ｔ１内に斜線を施して示すｄの面
積に相当する。従って、実際の放出ＮＯｘを上記の浄化
対象ＮＯｘ量で除してＮＯｘ低減率を求めると、このＴ
１区間でのＮＯｘ低減率は、３５％となる。
−浄化反応がほぼ終了しており、入口ＮＯｘに対して得
られるＮＯｘ低減率は２％である。これは、導入気流中
のＮＯｘと還元成分による定常ＮＯｘ還元反応によるも
のである。一方、図１９の区間Ｔ１では、入口側から流
入するＮＯｘ量に加えて、それまでにトラップしていた
ＮＯｘ量が放出されることから、両者の和が、浄化対象
ＮＯｘ量となる。因に、前者の入口側から流入するＮＯ
ｘ量は、図１９の区間Ｔ１内の長方形ｃの面積に相当
し、また後者の放出ＮＯｘ量は、区間Ｔ３でのｂの面積
に相当する。これに対し、触媒を通して出口側へ排出さ
れるＮＯｘ量は、区間Ｔ１内に斜線を施して示すｄの面
積に相当する。従って、実際の放出ＮＯｘを上記の浄化
対象ＮＯｘ量で除してＮＯｘ低減率を求めると、このＴ
１区間でのＮＯｘ低減率は、３５％となる。
【００８３】つまり、一見してＴ１区間で高い濃度のＮ
Ｏｘが排出されているように見えるが、ＮＯｘ低減率つ
まり浄化効率としては、区間Ｔ２での定常ＮＯｘ低減率
を遥かに上回るものとなる。このように、定常ＮＯｘ還
元反応つまり気相ＮＯｘの還元反応活性に比べ、トラッ
プＮＯｘの放出域における還元反応活性は非常に高いも
のとなり、この区間Ｔ１での高い効率の還元反応を利用
することで、トータルとして、高いレベルのＮＯｘ除去
を実現することができる。
Ｏｘが排出されているように見えるが、ＮＯｘ低減率つ
まり浄化効率としては、区間Ｔ２での定常ＮＯｘ低減率
を遥かに上回るものとなる。このように、定常ＮＯｘ還
元反応つまり気相ＮＯｘの還元反応活性に比べ、トラッ
プＮＯｘの放出域における還元反応活性は非常に高いも
のとなり、この区間Ｔ１での高い効率の還元反応を利用
することで、トータルとして、高いレベルのＮＯｘ除去
を実現することができる。
【００８４】さらに、放出還元過程の雰囲気酸素濃度の
みを変動させた実験結果を図２０に示す。
みを変動させた実験結果を図２０に示す。
【００８５】この図２０から明らかなように、区間Ｔ１
でのＮＯｘ低減率は、酸素濃度の低減により低下する。
また、酸素濃度４．５％までは、ほぼ安定して高い区間
ＮＯｘ低減率を維持することができる。この区間Ｔ１の
ＮＯｘ低減率の低下のメカニズムは、詳細には明らかで
はない。しかしながら、次に示すメカニズムで行われる
ものと考えられる。つまり、雰囲気酸素が特に４．５％
より減少すると、図５（Ｂ）のＮＯｘ分解によるＯ2の
放出が進む結果、ＮＯｘ還元反応に有利な触媒表面ＮＯ
3種が減少し、ＮＯｘ還元反応が減少するためと推定さ
れる。
でのＮＯｘ低減率は、酸素濃度の低減により低下する。
また、酸素濃度４．５％までは、ほぼ安定して高い区間
ＮＯｘ低減率を維持することができる。この区間Ｔ１の
ＮＯｘ低減率の低下のメカニズムは、詳細には明らかで
はない。しかしながら、次に示すメカニズムで行われる
ものと考えられる。つまり、雰囲気酸素が特に４．５％
より減少すると、図５（Ｂ）のＮＯｘ分解によるＯ2の
放出が進む結果、ＮＯｘ還元反応に有利な触媒表面ＮＯ
3種が減少し、ＮＯｘ還元反応が減少するためと推定さ
れる。
【００８６】ＮＯｘトラップ放出還元反応を発揮する還
元成分濃度変動型ＮＯｘ浄化触媒は、以下に示す方法で
作成したが、基本的には、貴金属とＮＯｘトラップ材を
ハニカム担体に担持することで、ＮＯｘトラップ放出還
元反応を有する触媒を得ることができる。
元成分濃度変動型ＮＯｘ浄化触媒は、以下に示す方法で
作成したが、基本的には、貴金属とＮＯｘトラップ材を
ハニカム担体に担持することで、ＮＯｘトラップ放出還
元反応を有する触媒を得ることができる。
【００８７】１％硝酸水溶液９００ｇにベーマイトアル
ミナ１０ｇを混合撹拌して得られたアルミナゾルと、活
性γアルミナ粉末を磁性ボールミルに投入し、粉砕して
アルミナスラリーを得た。このスラリー液をコーディエ
ライト質モノリス担体（１Ｌ、４００セル）に付着さ
せ、４００℃で１時間焼成してコート層重量１００ｇ／
Ｌの担体を得た。得られた担体材料に、酢酸バリウム水
溶液を含浸し、乾燥した後、空気中で４００℃、１時間
の焼成を行った。当該材料中のバリウム含有量は、１
５．０ｇ／Ｌであった。得られた担体材料に、ジニトロ
ジアミン白金の混合水溶液を含浸し乾燥した後、空気中
で４００℃、１時間の焼成を行い、排気ガス浄化用触媒
を得た。この触媒中の白金の含有量は、１．１８ｇ／Ｌ
であった。
ミナ１０ｇを混合撹拌して得られたアルミナゾルと、活
性γアルミナ粉末を磁性ボールミルに投入し、粉砕して
アルミナスラリーを得た。このスラリー液をコーディエ
ライト質モノリス担体（１Ｌ、４００セル）に付着さ
せ、４００℃で１時間焼成してコート層重量１００ｇ／
Ｌの担体を得た。得られた担体材料に、酢酸バリウム水
溶液を含浸し、乾燥した後、空気中で４００℃、１時間
の焼成を行った。当該材料中のバリウム含有量は、１
５．０ｇ／Ｌであった。得られた担体材料に、ジニトロ
ジアミン白金の混合水溶液を含浸し乾燥した後、空気中
で４００℃、１時間の焼成を行い、排気ガス浄化用触媒
を得た。この触媒中の白金の含有量は、１．１８ｇ／Ｌ
であった。
【００８８】また、酢酸バリウム水溶液の代りに、次の
ような化合物を用いて触媒を作成した。
ような化合物を用いて触媒を作成した。
【００８９】 バリウム Ｂａ（ＣＨ3ＣＯＯ）2・Ｈ2Ｏ カリウム ＫＣＨ3ＣＯＯ・２Ｈ2Ｏ ナトリウム ＮａＮＯ3 リチウム ＬｉＮＯ3 セシウム Ｃｓ（ＣＨ3ＣＯＯ） マグネシウム Ｍｇ（ＮＯ3）2・６Ｈ2Ｏ カルシウム Ｃａ（ＮＯ3）3 ストロンチウムＳｒ（ＣＨ3ＣＯＯ） ランタン Ｌａ（ＮＯ3）3 セリウム Ｃｅ（ＣＨ3ＣＯＯ）3 イットリウム Ｙ（ＮＯ3）3・６Ｈ2Ｏ プラセオジウムＰｒ（ＮＯ3）3 ネオジウム Ｎｄ（ＣＨ3ＣＯＯ）3 サマリウム Ｓｍ（ＮＯ3）3・６Ｈ2Ｏ ジルコニウム ＺｒＯ（ＮＯ3）2・２Ｈ2Ｏ マンガン Ｍｎ（ＮＯ3）2 鉄 Ｆｅ（ＮＯ3）3・９Ｈ2Ｏ ニッケル Ｎｉ（ＮＯ3）2・６Ｈ2Ｏ コバルト Ｃｏ（ＮＯ3）2・６Ｈ2Ｏ タングステン （ＮＨ4）10［Ｗ12Ｏ42Ｈ2］１０Ｈ2Ｏ モリブデン （ＮＨ4）6［Ｍｏ7Ｏ24］４Ｈ2Ｏ またさらに、ジニトロジアミン白金水溶液の代りに、硝
酸ロジウム、硝酸パラジウム、硝酸イリジウムを用いて
同様に試作した。
酸ロジウム、硝酸パラジウム、硝酸イリジウムを用いて
同様に試作した。
【００９０】ＰｔおよびＢａをアルミナに担持した後、
ハニカム担体にコーティングしたＰｔ−Ｂａトラップ触
媒に対し、ＮＯの酸化剤である貴金属とトラップ材を、
種々変更した各触媒は、Ｐｔ−Ｂａ触媒と同様、高いＮ
Ｏｘ放出率とトラップＮＯｘの還元性能を有している。
ハニカム担体にコーティングしたＰｔ−Ｂａトラップ触
媒に対し、ＮＯの酸化剤である貴金属とトラップ材を、
種々変更した各触媒は、Ｐｔ−Ｂａ触媒と同様、高いＮ
Ｏｘ放出率とトラップＮＯｘの還元性能を有している。
【００９１】また、上記還元成分濃度変動型ＮＯｘ触媒
は、上記のように、タングステンと、白金、パラジウ
ム、ロジウム、イリジウムからなる群より選ばれる少な
くとも一つを含むことが望ましい。
は、上記のように、タングステンと、白金、パラジウ
ム、ロジウム、イリジウムからなる群より選ばれる少な
くとも一つを含むことが望ましい。
【００９２】この触媒では、ＮＯｘ低減率がさらに向上
する。その理由は、定かではないが、炭化水素の濃度を
低濃度から高濃度へ制御したとき、副反応である炭化水
素と酸素の反応が遅延化され、相対的に炭化水素とＮＯ
ｘの反応が推進されたためと考えられる。また、炭化水
素と酸素との反応が遅延化される理由としては、炭化水
素の濃度を低濃度から高濃度へ制御したとき、炭化水素
と酸素が反応するときに発生する反応熱が触媒にトラッ
プされ、その結果、触媒は加熱されることになる。該触
媒中のタングステンは酸化物と考えられるが、その原子
量が大きく、熱容量が大きいため、触媒への熱のトラッ
プが大きく、触媒の加熱は遅延化されるため、炭化水素
と酸素の反応が遅延化されたと推定される。
する。その理由は、定かではないが、炭化水素の濃度を
低濃度から高濃度へ制御したとき、副反応である炭化水
素と酸素の反応が遅延化され、相対的に炭化水素とＮＯ
ｘの反応が推進されたためと考えられる。また、炭化水
素と酸素との反応が遅延化される理由としては、炭化水
素の濃度を低濃度から高濃度へ制御したとき、炭化水素
と酸素が反応するときに発生する反応熱が触媒にトラッ
プされ、その結果、触媒は加熱されることになる。該触
媒中のタングステンは酸化物と考えられるが、その原子
量が大きく、熱容量が大きいため、触媒への熱のトラッ
プが大きく、触媒の加熱は遅延化されるため、炭化水素
と酸素の反応が遅延化されたと推定される。
【００９３】さらに、上記還元成分濃度変動型ＮＯｘ浄
化触媒として、タングステンとジルコニアが複合化して
なる酸化物と、白金、パラジウム、ロジウム、イリジウ
ムからなる群より選ばれる少なくとも一つを含むものと
することができる。
化触媒として、タングステンとジルコニアが複合化して
なる酸化物と、白金、パラジウム、ロジウム、イリジウ
ムからなる群より選ばれる少なくとも一つを含むものと
することができる。
【００９４】このように、タングステンをジルコニアと
複合させることで、ＮＯｘ低減率がさらに向上する。こ
れは、タングステンとジルコニアを複合化させることで
タングステンの分散性が向上し、該触媒中の貴金属との
接触性が向上した結果、触媒への熱のトラップ効率が改
善され、さらに炭化水素と酸素の反応性が遅延化したた
めと考えられる。
複合させることで、ＮＯｘ低減率がさらに向上する。こ
れは、タングステンとジルコニアを複合化させることで
タングステンの分散性が向上し、該触媒中の貴金属との
接触性が向上した結果、触媒への熱のトラップ効率が改
善され、さらに炭化水素と酸素の反応性が遅延化したた
めと考えられる。
【００９５】また、上記還元成分濃度変動型ＮＯｘ浄化
触媒においては、これに流入するリーン排気ガスの温度
が５０℃〜３００℃の条件で、還元成分濃度を高めて使
用することができる。
触媒においては、これに流入するリーン排気ガスの温度
が５０℃〜３００℃の条件で、還元成分濃度を高めて使
用することができる。
【００９６】すなわち、触媒入口の排気温度が５０℃〜
３００℃の範囲では、還元剤の添加等により還元成分濃
度を高めた状態で高いＮＯｘ低減率が得られ、３００℃
を超える場合は、還元剤を添加せずに還元成分濃度を低
くした状態で高いＮＯｘ低減率が得られた。その理由は
推測の域を出ないが、３００℃以下で加えられた炭化水
素（還元成分）は、触媒に反応がないままトラップさ
れ、入口排気温度が３００℃を超えると、炭化水素が脱
離し、有効に炭化水素をＮＯｘ還元に使用しているもの
と考えられる。
３００℃の範囲では、還元剤の添加等により還元成分濃
度を高めた状態で高いＮＯｘ低減率が得られ、３００℃
を超える場合は、還元剤を添加せずに還元成分濃度を低
くした状態で高いＮＯｘ低減率が得られた。その理由は
推測の域を出ないが、３００℃以下で加えられた炭化水
素（還元成分）は、触媒に反応がないままトラップさ
れ、入口排気温度が３００℃を超えると、炭化水素が脱
離し、有効に炭化水素をＮＯｘ還元に使用しているもの
と考えられる。
【００９７】また、上記還元成分濃度変動型ＮＯｘ浄化
触媒においては、さらに、このＮＯｘ浄化触媒に流入す
るリーン排気ガスの昇温速度が１００℃／ｍｉｎ〜３０
０℃／ｍｉｎの条件で使用することが望ましい。
触媒においては、さらに、このＮＯｘ浄化触媒に流入す
るリーン排気ガスの昇温速度が１００℃／ｍｉｎ〜３０
０℃／ｍｉｎの条件で使用することが望ましい。
【００９８】これは、上記と同様の考えで、吸着した炭
化水素は、入口排気温度の昇温が速い方が脱離速度が増
し、有効にＮＯｘ還元に使用されるものと考えられる。
昇温速度は、１００℃／ｍｉｎ〜３００℃／ｍｉｎの範
囲が望ましい。１００℃／ｍｉｎ以下であると、脱離す
る炭化水素の濃度が低く、ＮＯｘ低減率が低い。一方、
３００℃／ｍｉｎ以上では、炭化水素の脱離時間が短
く、対応するＮＯｘを低減する時間が短くなりすぎて好
ましくない。
化水素は、入口排気温度の昇温が速い方が脱離速度が増
し、有効にＮＯｘ還元に使用されるものと考えられる。
昇温速度は、１００℃／ｍｉｎ〜３００℃／ｍｉｎの範
囲が望ましい。１００℃／ｍｉｎ以下であると、脱離す
る炭化水素の濃度が低く、ＮＯｘ低減率が低い。一方、
３００℃／ｍｉｎ以上では、炭化水素の脱離時間が短
く、対応するＮＯｘを低減する時間が短くなりすぎて好
ましくない。
【００９９】また、上記還元成分濃度変動型ＮＯｘ浄化
触媒としては、カリウム、ナトリウム、リチウム、セシ
ウムからなるアルカリ金属、バリウム、マグネシウム、
カルシウム、ストロンチウムからなるアルカリ土類金
属、ランタン、セリウム、プラセオジウム、ネオジウ
ム、サマリウムからなる希土類、マンガン、鉄、ニッケ
ル、コバルトからなる遷移金属、ジルコニウム、イット
リウムから選ばれた二種の元素と、白金、パラジウム、
ロジウムから選ばれた少なくとも一つとを含むようにす
ることができる。
触媒としては、カリウム、ナトリウム、リチウム、セシ
ウムからなるアルカリ金属、バリウム、マグネシウム、
カルシウム、ストロンチウムからなるアルカリ土類金
属、ランタン、セリウム、プラセオジウム、ネオジウ
ム、サマリウムからなる希土類、マンガン、鉄、ニッケ
ル、コバルトからなる遷移金属、ジルコニウム、イット
リウムから選ばれた二種の元素と、白金、パラジウム、
ロジウムから選ばれた少なくとも一つとを含むようにす
ることができる。
【０１００】このように、トラップ材として、二種の元
素を含むことでさらにＮＯｘ放出率とＮＯｘ低減率とが
向上する。
素を含むことでさらにＮＯｘ放出率とＮＯｘ低減率とが
向上する。
【０１０１】この理由は定かではないが、ＮＯｘ低減率
が向上した理由は次のように考えられる。すなわち、二
種のトラップ材を、それぞれトラップ材Ａ，Ｂとする
と、それぞれの元素が異なる場合には、そのトラップ能
（放出率）やＮＯｘ浄化能が異なるものとなる。図２１
に示すように、トラップ材Ａ，Ｂを用いる場合、貴金属
の近傍に配置されていると考えられており、前述したよ
うに還元成分濃度の高低が生じる条件で、還元成分濃度
が高いときは、トラップ能の低い方（例えばトラップ材
Ｂ）からのＮＯｘ脱離は貴金属から脱離すると考えられ
ている。その際、ＮＯはトラップ能の高い材料（例えば
トラップ材Ａ）との平衡関係が生じ、貴金属上でのＮＯ
の滞留時間が遅延化され、本発明による還元成分ＨＣ，
ＣＯによるＮＯｘ還元が生じ易くなる、と考えられる。
が向上した理由は次のように考えられる。すなわち、二
種のトラップ材を、それぞれトラップ材Ａ，Ｂとする
と、それぞれの元素が異なる場合には、そのトラップ能
（放出率）やＮＯｘ浄化能が異なるものとなる。図２１
に示すように、トラップ材Ａ，Ｂを用いる場合、貴金属
の近傍に配置されていると考えられており、前述したよ
うに還元成分濃度の高低が生じる条件で、還元成分濃度
が高いときは、トラップ能の低い方（例えばトラップ材
Ｂ）からのＮＯｘ脱離は貴金属から脱離すると考えられ
ている。その際、ＮＯはトラップ能の高い材料（例えば
トラップ材Ａ）との平衡関係が生じ、貴金属上でのＮＯ
の滞留時間が遅延化され、本発明による還元成分ＨＣ，
ＣＯによるＮＯｘ還元が生じ易くなる、と考えられる。
【０１０２】一方、ＮＯｘトラップ能（ＮＯｘ放出率）
が向上した理由は次のように考えられる。すなわち、上
記のようにＮＯｘ還元が促進されたために、トラップ材
Ｂ中の残存ＮＯｘ量が減少し、次に前述したように還元
成分濃度が低くなるときに、トラップ材ＢのＮＯｘトラ
ップ能が増幅する、と考えられる。
が向上した理由は次のように考えられる。すなわち、上
記のようにＮＯｘ還元が促進されたために、トラップ材
Ｂ中の残存ＮＯｘ量が減少し、次に前述したように還元
成分濃度が低くなるときに、トラップ材ＢのＮＯｘトラ
ップ能が増幅する、と考えられる。
【０１０３】本発明に係る種々の還元成分濃度変動型Ｎ
Ｏｘ浄化触媒に対し、ＮＯｘトラップ放出還元活性をま
とめた結果を表１〜表８に示す。
Ｏｘ浄化触媒に対し、ＮＯｘトラップ放出還元活性をま
とめた結果を表１〜表８に示す。
【０１０４】
【表１】
【０１０５】
【表２】
【０１０６】
【表３】
【０１０７】
【表４】
【０１０８】
【表５】
【０１０９】
【表６】
【０１１０】
【表７】
【０１１１】
【表８】
【０１１２】なお、表８の実施例１９２〜２２３におい
ては、貴金属がトラップ材としての機能を兼ねている。
ては、貴金属がトラップ材としての機能を兼ねている。
【０１１３】図１、図２の実施態様の説明に戻るが、上
記のような還元成分濃度変動型ＮＯｘ浄化触媒をＤＰＦ
５０の外層部５２のセラミックファイバー５２ｂに設け
た構成にすることで、ＤＰＦ外層部５２にＮＯｘのトラ
ップ放出還元反応が付加されるため、別個にＮＯｘ触媒
装置を配置する必要がない。したがって、排気浄化装置
全体の搭載スペースが減少して車両への搭載性が向上す
るとともに、簡素化によるコスト削減が行える。
記のような還元成分濃度変動型ＮＯｘ浄化触媒をＤＰＦ
５０の外層部５２のセラミックファイバー５２ｂに設け
た構成にすることで、ＤＰＦ外層部５２にＮＯｘのトラ
ップ放出還元反応が付加されるため、別個にＮＯｘ触媒
装置を配置する必要がない。したがって、排気浄化装置
全体の搭載スペースが減少して車両への搭載性が向上す
るとともに、簡素化によるコスト削減が行える。
【０１１４】ここで、ＤＰＦ５０に用いるセラミックフ
ァイバー５１ｂ，５２ｂの性質について述べると、一般
的にセラミックファイバーは、単位容積当りに用いる繊
維表面積が非常に大きい（約１００００ｃｍ2／ｃｃ）
のが一つの特徴である。これは、例えば一般的な触媒の
担体に用いるコージェライト製のモノリス担体の単位容
積当りの表面積（約２０〜３０ｃｍ2／ｃｃ）と比べて
圧倒的に大きく、つまり、少ない容積で大きな表面積が
得られるため、触媒化には好適な材料である。従って、
上述したようにＤＰＦ５０にＨＣ吸着触媒、あるいはＨ
Ｃ濃度変動型ＮＯｘ浄化触媒の性能を付加することが可
能となる。
ァイバー５１ｂ，５２ｂの性質について述べると、一般
的にセラミックファイバーは、単位容積当りに用いる繊
維表面積が非常に大きい（約１００００ｃｍ2／ｃｃ）
のが一つの特徴である。これは、例えば一般的な触媒の
担体に用いるコージェライト製のモノリス担体の単位容
積当りの表面積（約２０〜３０ｃｍ2／ｃｃ）と比べて
圧倒的に大きく、つまり、少ない容積で大きな表面積が
得られるため、触媒化には好適な材料である。従って、
上述したようにＤＰＦ５０にＨＣ吸着触媒、あるいはＨ
Ｃ濃度変動型ＮＯｘ浄化触媒の性能を付加することが可
能となる。
【０１１５】さて、上記のようにＤＰＦ５０の上流側に
ＨＣ吸着触媒付き酸化触媒４を設けた構成では、この酸
化触媒４で排気中のＮＯを酸化させてＮＯ2を生成させ
（ＮＯｘ中のＮＯ2の比率が増加する）、ＤＰＦ５０に
捕集されているＰＭをこの生成させた高酸化力のあるＮ
Ｏ2によって燃焼させて除去することにより、ＤＰＦ５
０を再生するが、ＰＭ除去の反応原理は、「ＮＯ2＋Ｃ
→ＮＯ＋ＣＯ」、「２ＮＯ2＋Ｃ→２ＮＯ＋ＣＯ2」およ
び「２ＮＯ2＋２Ｃ→Ｎ2＋２ＣＯ2」であり、エンジン
からのＰＭ発生量に見合ったＮＯ2量が存在すれば、比
較的低温度であってもＤＰＦ５０に捕集されたＰＭが連
続的に除去され、ＤＰＦ５０にＰＭが堆積しないため、
ＤＰＦ５０を再生させるための特別な加熱装置等を設け
る必要がない。
ＨＣ吸着触媒付き酸化触媒４を設けた構成では、この酸
化触媒４で排気中のＮＯを酸化させてＮＯ2を生成させ
（ＮＯｘ中のＮＯ2の比率が増加する）、ＤＰＦ５０に
捕集されているＰＭをこの生成させた高酸化力のあるＮ
Ｏ2によって燃焼させて除去することにより、ＤＰＦ５
０を再生するが、ＰＭ除去の反応原理は、「ＮＯ2＋Ｃ
→ＮＯ＋ＣＯ」、「２ＮＯ2＋Ｃ→２ＮＯ＋ＣＯ2」およ
び「２ＮＯ2＋２Ｃ→Ｎ2＋２ＣＯ2」であり、エンジン
からのＰＭ発生量に見合ったＮＯ2量が存在すれば、比
較的低温度であってもＤＰＦ５０に捕集されたＰＭが連
続的に除去され、ＤＰＦ５０にＰＭが堆積しないため、
ＤＰＦ５０を再生させるための特別な加熱装置等を設け
る必要がない。
【０１１６】しかしながら、ＨＣ吸着触媒付き酸化触媒
４によるＮＯからＮＯ2への転換は、図４に示すよう
に、触媒に流入する排気温度もしくは触媒自体の温度に
依存している。ＮＯからＮＯ2への転換は、ＨＣ吸着触
媒付き酸化触媒４の入口排気温度で約１５０℃付近から
始まる。また、上記の「ＮＯ2＋Ｃ→ＮＯ＋ＣＯ」、
「２ＮＯ2＋Ｃ→２ＮＯ＋ＣＯ2」および「２ＮＯ2＋２
Ｃ→Ｎ2＋２ＣＯ2」の反応もやはりＨＣ吸着触媒付き酸
化触媒４の温度に依存しているため、実用上は約２５０
〜３００℃以上の温度でないと、ＤＰＦ５０に捕集され
たＰＭが連続的に除去される状況にはならないことが本
出願人の研究において判明した。
４によるＮＯからＮＯ2への転換は、図４に示すよう
に、触媒に流入する排気温度もしくは触媒自体の温度に
依存している。ＮＯからＮＯ2への転換は、ＨＣ吸着触
媒付き酸化触媒４の入口排気温度で約１５０℃付近から
始まる。また、上記の「ＮＯ2＋Ｃ→ＮＯ＋ＣＯ」、
「２ＮＯ2＋Ｃ→２ＮＯ＋ＣＯ2」および「２ＮＯ2＋２
Ｃ→Ｎ2＋２ＣＯ2」の反応もやはりＨＣ吸着触媒付き酸
化触媒４の温度に依存しているため、実用上は約２５０
〜３００℃以上の温度でないと、ＤＰＦ５０に捕集され
たＰＭが連続的に除去される状況にはならないことが本
出願人の研究において判明した。
【０１１７】従って、アイドリング運転の比率が高くな
る渋滞運転時などの排気低温時には徐々にＤＰＦ５０に
ＰＭが堆積していくことになり、渋滞運転が継続される
と、背圧上昇によってエンジンの動力性能が悪化する。
また、ＰＭの燃焼条件に合致したときにＰＭの堆積量が
多いと、ＰＭの燃焼に伴う発熱量が大となり、ＤＰＦ５
０に熱的悪影響を与える可能性が生じるので、これを回
避するために、約２５０〜３００℃以上の排気温度にな
る頻度を高める必要がある。
る渋滞運転時などの排気低温時には徐々にＤＰＦ５０に
ＰＭが堆積していくことになり、渋滞運転が継続される
と、背圧上昇によってエンジンの動力性能が悪化する。
また、ＰＭの燃焼条件に合致したときにＰＭの堆積量が
多いと、ＰＭの燃焼に伴う発熱量が大となり、ＤＰＦ５
０に熱的悪影響を与える可能性が生じるので、これを回
避するために、約２５０〜３００℃以上の排気温度にな
る頻度を高める必要がある。
【０１１８】さて、一般的にディーゼルエンジンは、Ｎ
Ｏｘの排出量に比べてＨＣの排出量が比較的少ない。コ
モンレール式燃料噴射装置等の高圧燃料噴射装置を用い
ているディーゼルエンジンでは、特にこの傾向が顕著で
あり、エンジンの暖機が完了した状態でのＨＣ排出量
は、無負荷条件で約２００ｐｐｍ〜最大負荷条件で約１
００ｐｐｍ程度しかない。
Ｏｘの排出量に比べてＨＣの排出量が比較的少ない。コ
モンレール式燃料噴射装置等の高圧燃料噴射装置を用い
ているディーゼルエンジンでは、特にこの傾向が顕著で
あり、エンジンの暖機が完了した状態でのＨＣ排出量
は、無負荷条件で約２００ｐｐｍ〜最大負荷条件で約１
００ｐｐｍ程度しかない。
【０１１９】上述したように、ＨＣ濃度変動型ＮＯｘ浄
化触媒（ＤＰＦ外層部５２）のＮＯｘの浄化効率を高め
るためには、還元剤として機能するＨＣの濃度変動を必
要とする。
化触媒（ＤＰＦ外層部５２）のＮＯｘの浄化効率を高め
るためには、還元剤として機能するＨＣの濃度変動を必
要とする。
【０１２０】つまり、ＨＣ濃度変動型ＮＯｘ浄化触媒
（ＤＰＦ外層部５２）は、例えば流入する排気中のＨＣ
濃度が１００ｐｐｍより低いときに排気中のＮＯｘをト
ラップし、かつ流入する排気中のＨＣ濃度が２００ｐｐ
ｍより高いときにＮＯｘを放出還元する。
（ＤＰＦ外層部５２）は、例えば流入する排気中のＨＣ
濃度が１００ｐｐｍより低いときに排気中のＮＯｘをト
ラップし、かつ流入する排気中のＨＣ濃度が２００ｐｐ
ｍより高いときにＮＯｘを放出還元する。
【０１２１】このため、例えばコモンレール式の燃料噴
射装置を用いるディーゼルエンジンにあっては、エンジ
ンから排出されるＨＣ濃度を、ＨＣ濃度変動型ＮＯｘ浄
化触媒（ＤＰＦ外層部５２）に流入する時点で約半減す
ることができれば、ＮＯｘトラップ性能を発現すること
ができる。
射装置を用いるディーゼルエンジンにあっては、エンジ
ンから排出されるＨＣ濃度を、ＨＣ濃度変動型ＮＯｘ浄
化触媒（ＤＰＦ外層部５２）に流入する時点で約半減す
ることができれば、ＮＯｘトラップ性能を発現すること
ができる。
【０１２２】しかし、逆に、トラップしたＮＯｘの放出
還元性能を発現させるためには、エンジンから排出され
るＨＣ濃度に対して、ＨＣ濃度変動型ＮＯｘ浄化触媒
（ＤＰＦ外層部５２）に流入する時点で最大１００ｐｐ
ｍ以上の濃度増加が発生できるようにすることが必要で
ある。
還元性能を発現させるためには、エンジンから排出され
るＨＣ濃度に対して、ＨＣ濃度変動型ＮＯｘ浄化触媒
（ＤＰＦ外層部５２）に流入する時点で最大１００ｐｐ
ｍ以上の濃度増加が発生できるようにすることが必要で
ある。
【０１２３】ここで、図５は、コージェライト製のモノ
リス担体に、Ｐｔ担持の活性アルミナと、ゼオライトと
してＺＳＭ−５とをコーティングさせたＨＣ吸着触媒付
き酸化触媒４、およびβゼオライトを担持したＨＣ吸着
触媒付きＤＰＦ（ＤＰＦ内層部５１）の夫々について、
２０℃／ｓｅｃの排気温度変化で、無負荷状態から最大
負荷まで連続昇温し、さらに最大負荷に達した時点から
逆に無負荷まで連続降温したときの、流入排気のＨＣ濃
度に対する触媒出口での低減率の変化を示している。
リス担体に、Ｐｔ担持の活性アルミナと、ゼオライトと
してＺＳＭ−５とをコーティングさせたＨＣ吸着触媒付
き酸化触媒４、およびβゼオライトを担持したＨＣ吸着
触媒付きＤＰＦ（ＤＰＦ内層部５１）の夫々について、
２０℃／ｓｅｃの排気温度変化で、無負荷状態から最大
負荷まで連続昇温し、さらに最大負荷に達した時点から
逆に無負荷まで連続降温したときの、流入排気のＨＣ濃
度に対する触媒出口での低減率の変化を示している。
【０１２４】この図５の特性について説明する。
【０１２５】まずＰｔ系の酸化触媒は、約２００℃以上
にならないと酸化活性が発現しない。従って１００℃で
は触媒の酸化活性が発現しないので、ＳＯＦの吸着とガ
ス状ＨＣのＺＳＭ−５型ゼオライトの細孔での吸着（捕
捉）とによって、６０％程度ＨＣ濃度が減少する。この
状態から負荷上昇に伴い昇温していくと、ＨＣは温度が
上昇するのに伴って気化して分子が微細化して吸着率が
低下するとともに、吸着していたＨＣが脱離するため、
ＨＣ低減率が低下するが、２００℃強程度までは、ＺＳ
Ｍ−５型ゼオライトのＨＣ吸着性能が発現しているた
め、触媒出口ＨＣ濃度が流入排気のＨＣ濃度を上回るこ
とはない。
にならないと酸化活性が発現しない。従って１００℃で
は触媒の酸化活性が発現しないので、ＳＯＦの吸着とガ
ス状ＨＣのＺＳＭ−５型ゼオライトの細孔での吸着（捕
捉）とによって、６０％程度ＨＣ濃度が減少する。この
状態から負荷上昇に伴い昇温していくと、ＨＣは温度が
上昇するのに伴って気化して分子が微細化して吸着率が
低下するとともに、吸着していたＨＣが脱離するため、
ＨＣ低減率が低下するが、２００℃強程度までは、ＺＳ
Ｍ−５型ゼオライトのＨＣ吸着性能が発現しているた
め、触媒出口ＨＣ濃度が流入排気のＨＣ濃度を上回るこ
とはない。
【０１２６】そして約２５０℃でＨＣの脱離ピークとな
り、入口ＨＣ濃度よりも１００％程度出口濃度が高くな
る。さらに昇温していくと、酸化されて減少するＨＣの
量がＨＣの脱離量を上回るため、ＨＣ低減率が増加して
いく。そして約４００℃以上では脱離するＨＣが無くな
るため、酸化触媒本来の酸化活性によって非常に高いＨ
Ｃ低減率が得られる。
り、入口ＨＣ濃度よりも１００％程度出口濃度が高くな
る。さらに昇温していくと、酸化されて減少するＨＣの
量がＨＣの脱離量を上回るため、ＨＣ低減率が増加して
いく。そして約４００℃以上では脱離するＨＣが無くな
るため、酸化触媒本来の酸化活性によって非常に高いＨ
Ｃ低減率が得られる。
【０１２７】最大負荷に達した時点から逆に降温してい
くと、このとき酸化触媒にはＨＣが吸着していないの
で、触媒の高い酸化活性により約３００℃までは高いＨ
Ｃ低減率が得られる。さらに降温すると、酸化活性が弱
くなって徐々にＨＣ低減率が低下する。その後、約２５
０℃で再びＨＣが吸着しはじめるため、約２００℃では
昇温時の性能と同程度になる。
くと、このとき酸化触媒にはＨＣが吸着していないの
で、触媒の高い酸化活性により約３００℃までは高いＨ
Ｃ低減率が得られる。さらに降温すると、酸化活性が弱
くなって徐々にＨＣ低減率が低下する。その後、約２５
０℃で再びＨＣが吸着しはじめるため、約２００℃では
昇温時の性能と同程度になる。
【０１２８】次に、βゼオライトを担持したＨＣ吸着触
媒（ＤＰＦ内層部５１）は、ほどんど酸化活性がない。
また、ガス状の軽質ＨＣがゼオライトの細孔に捕捉され
るため、ＨＣの吸着率が非常に高いという特性を持って
いる。このため１００℃程度の低温度では、ＳＯＦの吸
着と軽質ＨＣの捕捉により８０％程度の高いＨＣ低減率
が得られる。この状態から昇温していくと、約２００℃
以上でＳＯＦが気化し、２５０℃以上ではＨＣの気化率
が高くなるため、吸着していたＳＯＦと軽質ＨＣが脱離
しはじめ、ＨＣ低減率が急激に低下する。
媒（ＤＰＦ内層部５１）は、ほどんど酸化活性がない。
また、ガス状の軽質ＨＣがゼオライトの細孔に捕捉され
るため、ＨＣの吸着率が非常に高いという特性を持って
いる。このため１００℃程度の低温度では、ＳＯＦの吸
着と軽質ＨＣの捕捉により８０％程度の高いＨＣ低減率
が得られる。この状態から昇温していくと、約２００℃
以上でＳＯＦが気化し、２５０℃以上ではＨＣの気化率
が高くなるため、吸着していたＳＯＦと軽質ＨＣが脱離
しはじめ、ＨＣ低減率が急激に低下する。
【０１２９】そして約４００℃でＨＣの脱離ピークとな
り、入口ＨＣ濃度よりも５００％程度出口濃度が高くな
る。さらに昇温していくと、約５００℃以上では脱離す
るＨＣが少なくなるため、出口濃度の増加は減少する。
り、入口ＨＣ濃度よりも５００％程度出口濃度が高くな
る。さらに昇温していくと、約５００℃以上では脱離す
るＨＣが少なくなるため、出口濃度の増加は減少する。
【０１３０】最大負荷に達した時点では、脱離するＨＣ
がなくなるため、入口ＨＣ濃度に対して出口ＨＣ濃度が
若干低減する。これは、重質のＨＣの吸着、あるいは軽
質ＨＣの酸化と思われる。
がなくなるため、入口ＨＣ濃度に対して出口ＨＣ濃度が
若干低減する。これは、重質のＨＣの吸着、あるいは軽
質ＨＣの酸化と思われる。
【０１３１】この状態から降温していくと、このときＨ
Ｃ吸着触媒（ＤＰＦ内層部５１）にはＨＣが吸着してい
ないので、約４００℃までは低いＨＣ低減率の状態で移
行するが、さらに降温すると、ＨＣの気化率が低下する
のに伴って、約３５０℃で再びＨＣがゼオライトの細孔
に捕捉されてＨＣ低減率が増加しはじめる。そして約２
５０℃で昇温時の性能と同程度になる。
Ｃ吸着触媒（ＤＰＦ内層部５１）にはＨＣが吸着してい
ないので、約４００℃までは低いＨＣ低減率の状態で移
行するが、さらに降温すると、ＨＣの気化率が低下する
のに伴って、約３５０℃で再びＨＣがゼオライトの細孔
に捕捉されてＨＣ低減率が増加しはじめる。そして約２
５０℃で昇温時の性能と同程度になる。
【０１３２】本発明の第１の実施形態では、ＨＣ吸着触
媒付き酸化触媒４とＨＣ吸着触媒付きＤＰＦ５０（ＤＰ
Ｆ内層部５１）とが実質的に一つのケーシング２ａ，２
ｂ内で排気流れ方向に沿って直列に配置されている。例
えば、図６は、上述したのと同様に、２０℃／ｓｅｃの
排気温度変化で、無負荷状態から最大負荷まで連続昇温
し、かつ最大負荷に達した時点から、逆に無負荷まで連
続降温したときの、エンジン１出口のＨＣ濃度に対する
ＤＰＦ外層部５２入口（つまり内層部５１と外層部５２
との境界位置）でのＨＣの増減率変化を示している。
媒付き酸化触媒４とＨＣ吸着触媒付きＤＰＦ５０（ＤＰ
Ｆ内層部５１）とが実質的に一つのケーシング２ａ，２
ｂ内で排気流れ方向に沿って直列に配置されている。例
えば、図６は、上述したのと同様に、２０℃／ｓｅｃの
排気温度変化で、無負荷状態から最大負荷まで連続昇温
し、かつ最大負荷に達した時点から、逆に無負荷まで連
続降温したときの、エンジン１出口のＨＣ濃度に対する
ＤＰＦ外層部５２入口（つまり内層部５１と外層部５２
との境界位置）でのＨＣの増減率変化を示している。
【０１３３】ここでＨＣ吸着触媒付き酸化触媒４は、コ
ージェライト製のモノリス担体に、Ｐｔ担持の活性アル
ミナと、ゼオライトとしてＺＳＭ−５とを混ぜてコーテ
ィングしたものである。また、ＨＣ吸着触媒付きＤＰＦ
（ＤＰＦ内層部５１）は、内層部５１のセラミックファ
イバー５１ａにβゼオライトを担持させている。
ージェライト製のモノリス担体に、Ｐｔ担持の活性アル
ミナと、ゼオライトとしてＺＳＭ−５とを混ぜてコーテ
ィングしたものである。また、ＨＣ吸着触媒付きＤＰＦ
（ＤＰＦ内層部５１）は、内層部５１のセラミックファ
イバー５１ａにβゼオライトを担持させている。
【０１３４】図６に示すように、本発明の第１の実施形
態では、前述したＨＣ吸着触媒付き酸化触媒４の特性と
ＨＣ吸着触媒付ＤＰＦ（ＤＰＦ内層部５１）の特性とが
複合された特性を示す。
態では、前述したＨＣ吸着触媒付き酸化触媒４の特性と
ＨＣ吸着触媒付ＤＰＦ（ＤＰＦ内層部５１）の特性とが
複合された特性を示す。
【０１３５】すなわち、低排気温度ではＨＣ吸着触媒付
き酸化触媒４のＨＣ吸着性能に、ＨＣ吸着触媒付きＤＰ
Ｆ（ＤＰＦ内層部５１）のＨＣ吸着性能が積算されるこ
とになるため、１００℃程度の低排気温度では、エンジ
ン１の出口ＨＣよりも約９０％以上のＨＣが減少する。
この状態から昇温していくと、約４００℃でＨＣの脱離
ピークとなり、エンジン１の出口ＨＣ濃度に対し、４０
０％程度、ＨＣ濃度変動型ＮＯｘ浄化触媒（ＤＰＦ外層
部５２）の入口ＨＣ濃度が高くなる。最大負荷に達した
時点では、ＨＣ吸着触媒付きＤＰＦ（ＤＰＦ内層部５
１）から脱離するＨＣもなく、酸化触媒４の酸化性能の
影響で、エンジン１の出口ＨＣ濃度に対してＨＣ濃度変
動型ＮＯｘ浄化触媒（ＤＰＦ外層部５２）の入口ＨＣ濃
度が約９０％以上減少する。
き酸化触媒４のＨＣ吸着性能に、ＨＣ吸着触媒付きＤＰ
Ｆ（ＤＰＦ内層部５１）のＨＣ吸着性能が積算されるこ
とになるため、１００℃程度の低排気温度では、エンジ
ン１の出口ＨＣよりも約９０％以上のＨＣが減少する。
この状態から昇温していくと、約４００℃でＨＣの脱離
ピークとなり、エンジン１の出口ＨＣ濃度に対し、４０
０％程度、ＨＣ濃度変動型ＮＯｘ浄化触媒（ＤＰＦ外層
部５２）の入口ＨＣ濃度が高くなる。最大負荷に達した
時点では、ＨＣ吸着触媒付きＤＰＦ（ＤＰＦ内層部５
１）から脱離するＨＣもなく、酸化触媒４の酸化性能の
影響で、エンジン１の出口ＨＣ濃度に対してＨＣ濃度変
動型ＮＯｘ浄化触媒（ＤＰＦ外層部５２）の入口ＨＣ濃
度が約９０％以上減少する。
【０１３６】また、図４で説明したように、同時にＨＣ
吸着触媒付き酸化触媒４によってＮＯ2が生成される
（同時にＨＣの吸着脱離、および酸化も発生する）。
吸着触媒付き酸化触媒４によってＮＯ2が生成される
（同時にＨＣの吸着脱離、および酸化も発生する）。
【０１３７】さて、エンジン１の実用運転では、無負荷
から高負荷までの加減速が頻繁に行われるため、排気温
度の昇温と降温も頻繁に発生する。従って、ＨＣ吸着触
媒付き酸化触媒４において生成されたＮＯ2によって、
ＤＰＦ５０に捕集されたＰＭを除去することができ、ま
た同時に、ＨＣ濃度変動型ＮＯｘ浄化触媒（ＤＰＦ外層
部５２）に流入するＨＣに濃度変動が発生し、ＨＣ濃度
変動型ＮＯｘ浄化触媒（ＤＰＦ外層部５２）におけるＮ
Ｏｘのトラップと放出還元のサイクルが効率良く行われ
る。
から高負荷までの加減速が頻繁に行われるため、排気温
度の昇温と降温も頻繁に発生する。従って、ＨＣ吸着触
媒付き酸化触媒４において生成されたＮＯ2によって、
ＤＰＦ５０に捕集されたＰＭを除去することができ、ま
た同時に、ＨＣ濃度変動型ＮＯｘ浄化触媒（ＤＰＦ外層
部５２）に流入するＨＣに濃度変動が発生し、ＨＣ濃度
変動型ＮＯｘ浄化触媒（ＤＰＦ外層部５２）におけるＮ
Ｏｘのトラップと放出還元のサイクルが効率良く行われ
る。
【０１３８】一方、低排気温度あるいは高排気温度で連
続して長時間運転されるような状態も実際にはあり得
る。
続して長時間運転されるような状態も実際にはあり得
る。
【０１３９】例えば、低排気温度で連続して運転される
場合には、ＨＣ吸着触媒付き酸化触媒４とＨＣ吸着触媒
付ＤＰＦ（ＤＰＦ内層部５１）とからＨＣを脱離させる
ための温度上昇が必要である。
場合には、ＨＣ吸着触媒付き酸化触媒４とＨＣ吸着触媒
付ＤＰＦ（ＤＰＦ内層部５１）とからＨＣを脱離させる
ための温度上昇が必要である。
【０１４０】逆に高排気温度で連続して運転される場合
には、ＨＣ濃度変動型ＮＯｘ浄化触媒（ＤＰＦ外層部５
２）において、トラップしたＮＯｘを放出還元浄化させ
るために、還元剤であるＨＣを強制的に増加させる必要
が生じてくる。
には、ＨＣ濃度変動型ＮＯｘ浄化触媒（ＤＰＦ外層部５
２）において、トラップしたＮＯｘを放出還元浄化させ
るために、還元剤であるＨＣを強制的に増加させる必要
が生じてくる。
【０１４１】これには、コモンレール式の燃料噴射装置
を用いて、各気筒の膨張行程もしくは排気行程で少量の
燃料を後噴射し、エンジン出口における未燃ＨＣの増加
と温度上昇とを同時に発生させることが有効である。
を用いて、各気筒の膨張行程もしくは排気行程で少量の
燃料を後噴射し、エンジン出口における未燃ＨＣの増加
と温度上昇とを同時に発生させることが有効である。
【０１４２】ここで、後噴射するタイミングとしては、
圧縮上死点からのクランク角度間隔が大きいほど主噴射
された燃料の燃焼の影響を受けにくく、従って後噴射さ
れた燃料が未燃ＨＣとなって排出される割合が多くな
る。この逆に、後噴射するタイミングの圧縮上死点から
のクランク角度間隔が小さくなるほど主噴射された燃料
の燃焼の影響を受けやすく、従って後噴射された燃料の
うち燃焼する割合が多くなるため、排気温度は上昇する
が未燃ＨＣとなって排出される割合が少なくなる。
圧縮上死点からのクランク角度間隔が大きいほど主噴射
された燃料の燃焼の影響を受けにくく、従って後噴射さ
れた燃料が未燃ＨＣとなって排出される割合が多くな
る。この逆に、後噴射するタイミングの圧縮上死点から
のクランク角度間隔が小さくなるほど主噴射された燃料
の燃焼の影響を受けやすく、従って後噴射された燃料の
うち燃焼する割合が多くなるため、排気温度は上昇する
が未燃ＨＣとなって排出される割合が少なくなる。
【０１４３】このため図７および図８に示すように、低
排気温度の条件では後噴射によって主に温度上昇を発生
させ、高排気温度の条件では主にＨＣの増加を生じさせ
るように、エンジンの負荷、回転数が増大するほど、主
噴射からの遅角間隔を増大するように設定しており、で
きれば膨張行程で後噴射を実施するのが望ましい。さら
に、あまりに低排気温度で後噴射を実行しても、ＨＣ吸
着触媒付き酸化触媒４とＨＣ吸着触媒付ＤＰＦ（ＤＰＦ
内層部５１）とからＨＣが脱離しにくいため、後噴射を
実施する排気温度は、例えば図にａ点として示す２００
℃以上が望ましい。なお、図８の横軸は、例えば図７の
直線ｂに沿った負荷変化あるいは排気温度に相当する。
排気温度の条件では後噴射によって主に温度上昇を発生
させ、高排気温度の条件では主にＨＣの増加を生じさせ
るように、エンジンの負荷、回転数が増大するほど、主
噴射からの遅角間隔を増大するように設定しており、で
きれば膨張行程で後噴射を実施するのが望ましい。さら
に、あまりに低排気温度で後噴射を実行しても、ＨＣ吸
着触媒付き酸化触媒４とＨＣ吸着触媒付ＤＰＦ（ＤＰＦ
内層部５１）とからＨＣが脱離しにくいため、後噴射を
実施する排気温度は、例えば図にａ点として示す２００
℃以上が望ましい。なお、図８の横軸は、例えば図７の
直線ｂに沿った負荷変化あるいは排気温度に相当する。
【０１４４】また、図７のように排気温度はエンジンの
運転条件（負荷、回転数）から定まるので、エンジント
ルクと回転数をパラメータとして設定し、エンジンの暖
機後の定常条件でマッチングしておけばよい。
運転条件（負荷、回転数）から定まるので、エンジント
ルクと回転数をパラメータとして設定し、エンジンの暖
機後の定常条件でマッチングしておけばよい。
【０１４５】なお、触媒の温度を直接検出するセンサを
設けておき、エンジンの負荷と回転数だけでなく、実際
の触媒温度に基づいても判定を行うことが望ましい。
設けておき、エンジンの負荷と回転数だけでなく、実際
の触媒温度に基づいても判定を行うことが望ましい。
【０１４６】次に、後噴射に用いるコモンレール式の燃
料噴射装置を図３に基づいて説明する。なお、このコモ
ンレール式燃料噴射装置は特開平９−１１２２５１号公
報等によって公知のものであるので、その概略のみを説
明する。
料噴射装置を図３に基づいて説明する。なお、このコモ
ンレール式燃料噴射装置は特開平９−１１２２５１号公
報等によって公知のものであるので、その概略のみを説
明する。
【０１４７】この燃料噴射装置１０は、主に、燃料タン
ク１１、低圧燃料供給通路１２、サプライポンプ１４、
高圧燃料供給通路１５、コモンレール（蓄圧室）１６、
気筒毎に設けられる燃料噴射弁１７からなり、サプライ
ポンプ１４により加圧された燃料が高圧燃料供給通路１
５を介してコモンレール１６に一旦蓄えられた後、コモ
ンレール１６の高圧燃料が気筒数分の燃料噴射弁１７に
分配される。
ク１１、低圧燃料供給通路１２、サプライポンプ１４、
高圧燃料供給通路１５、コモンレール（蓄圧室）１６、
気筒毎に設けられる燃料噴射弁１７からなり、サプライ
ポンプ１４により加圧された燃料が高圧燃料供給通路１
５を介してコモンレール１６に一旦蓄えられた後、コモ
ンレール１６の高圧燃料が気筒数分の燃料噴射弁１７に
分配される。
【０１４８】燃料噴射弁１７は、針弁１８、ノズル室１
９、このノズル室１９へ連通する燃料通路２０、リテー
ナ２１、油圧ピストン２２、針弁１８を閉弁方向（図で
下方）に付勢するリターンスプリング２３、油圧ピスト
ン２２基端へ向けて燃料圧力を導く燃料通路２４、この
燃料通路２４に介装される三方弁（電磁弁）２５などか
らなる。なお、２６は逆止弁、２７はオリフィスであ
る。
９、このノズル室１９へ連通する燃料通路２０、リテー
ナ２１、油圧ピストン２２、針弁１８を閉弁方向（図で
下方）に付勢するリターンスプリング２３、油圧ピスト
ン２２基端へ向けて燃料圧力を導く燃料通路２４、この
燃料通路２４に介装される三方弁（電磁弁）２５などか
らなる。なお、２６は逆止弁、２７はオリフィスであ
る。
【０１４９】ここで、三方弁２５のＯＦＦ時（ポートＡ
とＢが連通、ポートＢとＣが遮断する状態）には、バル
ブボディ内の燃料通路２０と燃料通路２４とが連通して
油圧ピストン２２上部とノズル室１９に共に高圧燃料が
導かれるが、油圧ピストン２２の受圧面積が針弁１８の
受圧面積より大きいことから、針弁１８が着座状態にあ
る。
とＢが連通、ポートＢとＣが遮断する状態）には、バル
ブボディ内の燃料通路２０と燃料通路２４とが連通して
油圧ピストン２２上部とノズル室１９に共に高圧燃料が
導かれるが、油圧ピストン２２の受圧面積が針弁１８の
受圧面積より大きいことから、針弁１８が着座状態にあ
る。
【０１５０】これに対し、三方弁２５がＯＮ状態（ポー
トＡとＢが遮断、ポートＢとＣが連通する状熊）になる
と、油圧ピストン２２上部の燃料が戻し通路２８を介し
て燃料タンク１１に戻され、油圧ピストン２２に作用す
る燃料圧力が低下する。これによって針弁１８が上昇し
て燃料噴射弁１７先端の噴孔より燃料が噴射される。
トＡとＢが遮断、ポートＢとＣが連通する状熊）になる
と、油圧ピストン２２上部の燃料が戻し通路２８を介し
て燃料タンク１１に戻され、油圧ピストン２２に作用す
る燃料圧力が低下する。これによって針弁１８が上昇し
て燃料噴射弁１７先端の噴孔より燃料が噴射される。
【０１５１】三方弁２５を再びＯＦＦ状態に戻せば、油
圧ピストン２２上部にコモンレール１６の高圧燃料が導
かれて針弁１８が着座し、燃料噴射が終了する。つま
り、三方弁２５のＯＮ時間により燃料噴射量が調整さ
れ、コモンレール１６の圧力が同じであれば、ＯＮ時間
が長くなるほど燃料噴射量が多くなる。
圧ピストン２２上部にコモンレール１６の高圧燃料が導
かれて針弁１８が着座し、燃料噴射が終了する。つま
り、三方弁２５のＯＮ時間により燃料噴射量が調整さ
れ、コモンレール１６の圧力が同じであれば、ＯＮ時間
が長くなるほど燃料噴射量が多くなる。
【０１５２】この燃料噴射装置１０には、さらに、コモ
ンレール１６内の燃料圧力（コモンレール圧力ＰＣＲ
１）を制御するために、サプライポンプ１４から吐出さ
れた高圧燃料を低圧側へ戻すように、戻し通路１３およ
び圧力制御弁３１が設けられている。
ンレール１６内の燃料圧力（コモンレール圧力ＰＣＲ
１）を制御するために、サプライポンプ１４から吐出さ
れた高圧燃料を低圧側へ戻すように、戻し通路１３およ
び圧力制御弁３１が設けられている。
【０１５３】上記圧力制御弁３１は、電子制御ユニット
４１からのデューティ信号に応じて戻し通路１３の流路
面積を変えるためのもので、コモンレール１６への燃料
吐出量を調整することによりコモンレール圧力ＰＣＲ１
を制御する。コモンレール１６の燃料圧力によっても燃
料噴射量は変化し、三方弁２５のＯＮ時間が同じであれ
ば、コモンレール１６の燃料圧力が高くなるほど燃料噴
射量が多くなる。
４１からのデューティ信号に応じて戻し通路１３の流路
面積を変えるためのもので、コモンレール１６への燃料
吐出量を調整することによりコモンレール圧力ＰＣＲ１
を制御する。コモンレール１６の燃料圧力によっても燃
料噴射量は変化し、三方弁２５のＯＮ時間が同じであれ
ば、コモンレール１６の燃料圧力が高くなるほど燃料噴
射量が多くなる。
【０１５４】電子制御ユニット４１には、コモンレール
圧力ＰＣＲ１を検出するセンサ３２からの信号、およ
び、ＨＣ吸着触媒付き酸化触媒４の入口側の排気温度Ｔ
１を検出するセンサ３７からの信号が、それぞれ入力さ
れ、さらに、アクセル開度センサ３３（アクセルペダル
の踏み込み量に比例した出力Ｌを発生）、クランク角セ
ンサ３４（エンジン回転数Ｎｅとクランク角度を検
出）、気筒判別センサ３５（気筒判別信号Ｃｙｌを発
生）、水温センサ３６からの信号が、それぞれ入力され
ている。
圧力ＰＣＲ１を検出するセンサ３２からの信号、およ
び、ＨＣ吸着触媒付き酸化触媒４の入口側の排気温度Ｔ
１を検出するセンサ３７からの信号が、それぞれ入力さ
れ、さらに、アクセル開度センサ３３（アクセルペダル
の踏み込み量に比例した出力Ｌを発生）、クランク角セ
ンサ３４（エンジン回転数Ｎｅとクランク角度を検
出）、気筒判別センサ３５（気筒判別信号Ｃｙｌを発
生）、水温センサ３６からの信号が、それぞれ入力され
ている。
【０１５５】電子制御ユニット４１では、エンジン回転
数Ｎｅとエンジン負荷（アクセル開度）Ｌに応じて主噴
射量の目標燃料噴射量とコモンレール１６の目標圧力を
演算し、圧力センサ３２により検出されるコモンレール
圧力ＰＣＲ１がこの目標圧力と一致するように、圧力制
御弁３１を介してコモンレール１６の燃料圧力をフィー
ドバック制御する。また、演算した主噴射の目標燃料噴
射量に対応して三方弁２５のＯＮ時間を制御するほか、
必要に応じて主噴射とは別に各気筒の膨張行程で前述し
た後噴射を行なって、温度上昇と未燃ＨＣの増加とを発
生させる。
数Ｎｅとエンジン負荷（アクセル開度）Ｌに応じて主噴
射量の目標燃料噴射量とコモンレール１６の目標圧力を
演算し、圧力センサ３２により検出されるコモンレール
圧力ＰＣＲ１がこの目標圧力と一致するように、圧力制
御弁３１を介してコモンレール１６の燃料圧力をフィー
ドバック制御する。また、演算した主噴射の目標燃料噴
射量に対応して三方弁２５のＯＮ時間を制御するほか、
必要に応じて主噴射とは別に各気筒の膨張行程で前述し
た後噴射を行なって、温度上昇と未燃ＨＣの増加とを発
生させる。
【０１５６】電子制御ユニット４１で行われるこれらの
制御を図１０〜図１３のフローチャートに基づいて説明
する。図１０は燃料噴射制御のメインルーチン、図１
１、図１２、図１３はメインルーチンの一部の詳細を示
すサブルーチンである。
制御を図１０〜図１３のフローチャートに基づいて説明
する。図１０は燃料噴射制御のメインルーチン、図１
１、図１２、図１３はメインルーチンの一部の詳細を示
すサブルーチンである。
【０１５７】図１０のメインルーチンにおいて、ステッ
プ１００では、コモンレール圧力ＰＣＲ１、エンジン回
転数Ｎｅ、気筒判別信号Ｃｙｌ、エンジン負荷Ｌ、およ
び排気温度Ｔ１を読み込み、ステップ２００，３００，
４００では、コモンレール圧力制御、エンジンの出力制
御のための主噴射制御、温度上昇と未燃ＨＣの増加を発
生させるための排気後処理制御（後噴射制御）を夫々実
行する。
プ１００では、コモンレール圧力ＰＣＲ１、エンジン回
転数Ｎｅ、気筒判別信号Ｃｙｌ、エンジン負荷Ｌ、およ
び排気温度Ｔ１を読み込み、ステップ２００，３００，
４００では、コモンレール圧力制御、エンジンの出力制
御のための主噴射制御、温度上昇と未燃ＨＣの増加を発
生させるための排気後処理制御（後噴射制御）を夫々実
行する。
【０１５８】図１１のサブルーチンは、ステップ２００
のコモンレール圧力制御を行なうためのものである。
のコモンレール圧力制御を行なうためのものである。
【０１５９】ステップ２０１、２０２では、エンジン回
転数Ｎｅとエンジン負荷Ｌとから所定のマップを検索し
て、コモンレール１６の目標基準圧力ＰＣＲ０と、この
目標基準圧力ＰＣＲ０を得るための圧力制御弁３１の基
準デューティ比（基準制御信号）Ｄｕｔｙ０と、を求め
る。これらのマップは、エンジン回転数Ｎｅとエンジン
負荷Ｌとをパラメータとして電子制御ユニット４１のＲ
ＯＭに予め記億しているものである。
転数Ｎｅとエンジン負荷Ｌとから所定のマップを検索し
て、コモンレール１６の目標基準圧力ＰＣＲ０と、この
目標基準圧力ＰＣＲ０を得るための圧力制御弁３１の基
準デューティ比（基準制御信号）Ｄｕｔｙ０と、を求め
る。これらのマップは、エンジン回転数Ｎｅとエンジン
負荷Ｌとをパラメータとして電子制御ユニット４１のＲ
ＯＭに予め記億しているものである。
【０１６０】ステップ２０３では、目標基準圧力ＰＣＲ
０と実際のコモンレール圧力ＰＣＲ１との差の絶対値｜
ＰＣＲ０−ＰＣＲ１｜を求め、これを目標基準圧力ＰＣ
Ｒ０に対して予め設定された許容圧力差ΔＰＣＲ０と比
較する。
０と実際のコモンレール圧力ＰＣＲ１との差の絶対値｜
ＰＣＲ０−ＰＣＲ１｜を求め、これを目標基準圧力ＰＣ
Ｒ０に対して予め設定された許容圧力差ΔＰＣＲ０と比
較する。
【０１６１】圧力差｜ＰＣＲ０−ＰＣＲ１｜が許容範囲
内であれば、ステップ２０６に進んで基準デューティ比
Ｄｕｔｙ０を開弁デューティ比Ｄｕｔｙとすることによ
って同じデューティ比を維持し、ステップ２０７におい
てこのデューティ比Ｄｕｔｙからデューティ信号を作っ
て、圧力制御弁３１を駆動する。
内であれば、ステップ２０６に進んで基準デューティ比
Ｄｕｔｙ０を開弁デューティ比Ｄｕｔｙとすることによ
って同じデューティ比を維持し、ステップ２０７におい
てこのデューティ比Ｄｕｔｙからデューティ信号を作っ
て、圧力制御弁３１を駆動する。
【０１６２】一方、圧力差｜ＰＣＲ０−ＰＣＲ１｜が許
容範囲内にない場合は、ステップ２０３からステップ２
０４に進んで、圧力差「ＰＣＲ０−ＰＣＲ１」（＝Δ
Ｐ）に対応して予め設定されているＲＯＭのテーブルを
検索してデューティ比の補正係数ＫＤｕｔｙを求める。
たとえばΔＰがマイナス（つまりＰＣＲ０＜ＰＣＲ１）
の場合は、ＫＤｕｔｙが１よりも小さい値に、この逆に
ΔＰがプラス（つまりＰＣＲ０＞ＰＣＲ１）の場合はＫ
Ｄｕｔｙが１よりも大きい値になる。具体的には、圧力
制御弁３１の特性に合わせてデューティ比補正係数ＫＤ
ｕｔｙのテーブルデータを設定する。
容範囲内にない場合は、ステップ２０３からステップ２
０４に進んで、圧力差「ＰＣＲ０−ＰＣＲ１」（＝Δ
Ｐ）に対応して予め設定されているＲＯＭのテーブルを
検索してデューティ比の補正係数ＫＤｕｔｙを求める。
たとえばΔＰがマイナス（つまりＰＣＲ０＜ＰＣＲ１）
の場合は、ＫＤｕｔｙが１よりも小さい値に、この逆に
ΔＰがプラス（つまりＰＣＲ０＞ＰＣＲ１）の場合はＫ
Ｄｕｔｙが１よりも大きい値になる。具体的には、圧力
制御弁３１の特性に合わせてデューティ比補正係数ＫＤ
ｕｔｙのテーブルデータを設定する。
【０１６３】そして、ステップ２０５では、基準デュー
ティ比Ｄｕｔｙ０をこの補正係数ＫＤｕｔｙにより補正
した値（Ｄｕｔｙ０×Ｋ Ｄｕｔｙ）を開弁デューティ
比Ｄｕｔｙとした後、ステップ２０７の操作を実行す
る。
ティ比Ｄｕｔｙ０をこの補正係数ＫＤｕｔｙにより補正
した値（Ｄｕｔｙ０×Ｋ Ｄｕｔｙ）を開弁デューティ
比Ｄｕｔｙとした後、ステップ２０７の操作を実行す
る。
【０１６４】図１２のサブルーチンは、ステップ３００
の主噴射制御を行なうためのものである。
の主噴射制御を行なうためのものである。
【０１６５】ステップ３０１では、エンジン回転数Ｎｅ
とエンジン負荷Ｌとから所定のマップを検索して、主噴
射量Ｑｍａｉｎを検索を求める。
とエンジン負荷Ｌとから所定のマップを検索して、主噴
射量Ｑｍａｉｎを検索を求める。
【０１６６】ステップ３０２では、この主噴射量Ｑｍａ
ｉｎとコモンレール圧力ＰＣＲ１とから所定のマップを
検索して、主噴射期間Ｍｐｅｒｉｏｄを求める。
ｉｎとコモンレール圧力ＰＣＲ１とから所定のマップを
検索して、主噴射期間Ｍｐｅｒｉｏｄを求める。
【０１６７】ここで主噴射期間Ｍｐｅｒｉｏｄは、ｍｓ
ｅｃ（ミリ秒）で設定され、図９に示したように主噴射
量Ｑｍａｉｎが同じならばコモンレール圧力ＰＣＲ１が
高いほど主噴射期間Ｍｐｅｒｉｏｄが短くなり、コモン
レール圧力ＰＣＲ１が同じなら主噴射量Ｑｍａｉｎが多
いほど主噴射期間Ｍｐｅｒｉｏｄが長くなる。
ｅｃ（ミリ秒）で設定され、図９に示したように主噴射
量Ｑｍａｉｎが同じならばコモンレール圧力ＰＣＲ１が
高いほど主噴射期間Ｍｐｅｒｉｏｄが短くなり、コモン
レール圧力ＰＣＲ１が同じなら主噴射量Ｑｍａｉｎが多
いほど主噴射期間Ｍｐｅｒｉｏｄが長くなる。
【０１６８】ステップ３０３では，エンジン回転数Ｎｅ
とエンジン負荷Ｌとから所定のマップを検索して、主噴
射開始時期Ｍｓｔａｒｔを求める。
とエンジン負荷Ｌとから所定のマップを検索して、主噴
射開始時期Ｍｓｔａｒｔを求める。
【０１６９】ステップ３０４では、主噴射量Ｑｍａｉｎ
が供給されるように、噴射開始時期ＭｓｔａｒｔよりＭ
ｐｅｒｉｏｄの期間、主噴射すべき気筒の燃料噴射弁１
７を、クランク角センサ３４および気筒判別センサ３５
の信号に基づいて、開弁駆動する。
が供給されるように、噴射開始時期ＭｓｔａｒｔよりＭ
ｐｅｒｉｏｄの期間、主噴射すべき気筒の燃料噴射弁１
７を、クランク角センサ３４および気筒判別センサ３５
の信号に基づいて、開弁駆動する。
【０１７０】図１３のサブルーチンはステップ４００に
対応し、本実施形態における温度上昇と未燃ＨＣの増加
を発生させるための排気後処理制御（後噴射制御）を行
うルーチンである。
対応し、本実施形態における温度上昇と未燃ＨＣの増加
を発生させるための排気後処理制御（後噴射制御）を行
うルーチンである。
【０１７１】先ずステップ４０１では、ＨＣ吸着触媒付
き酸化触媒４およびＨＣ吸着触媒付きＤＰＦ内層部５１
の入口側の排気温度Ｔ１が、後噴射を行って、これらか
らＨＣを脱離させるのに適した温度、あるいはＨＣ濃度
変動型ＮＯｘ浄化触媒（ＤＰＦ外層部５２）にＨＣを増
加供給するのに適した温度条件（所定温度ａ）以上、例
えば２００℃以上であるか否かを判定する。
き酸化触媒４およびＨＣ吸着触媒付きＤＰＦ内層部５１
の入口側の排気温度Ｔ１が、後噴射を行って、これらか
らＨＣを脱離させるのに適した温度、あるいはＨＣ濃度
変動型ＮＯｘ浄化触媒（ＤＰＦ外層部５２）にＨＣを増
加供給するのに適した温度条件（所定温度ａ）以上、例
えば２００℃以上であるか否かを判定する。
【０１７２】２００℃未満であれば、後噴射に適してい
ないため、ステップ４０７に進み、後噴射を停止する。
ないため、ステップ４０７に進み、後噴射を停止する。
【０１７３】２００℃以上であれば、後噴射の効果が期
待できるため、ステップ４０２に進み、２００℃以上で
の継続運転時間ΔＴｉｍｅを計算する（なお、計算途中
で２００℃未満になれば時間は０リセットされる）。そ
してステップ４０３で、２００℃以上での継続運転時間
ΔＴｉｍｅが、後噴射を実行すべき時間に到達したか、
例えば１０ｓｅｃ経過したか否かを判定する。
待できるため、ステップ４０２に進み、２００℃以上で
の継続運転時間ΔＴｉｍｅを計算する（なお、計算途中
で２００℃未満になれば時間は０リセットされる）。そ
してステップ４０３で、２００℃以上での継続運転時間
ΔＴｉｍｅが、後噴射を実行すべき時間に到達したか、
例えば１０ｓｅｃ経過したか否かを判定する。
【０１７４】後噴射を実行すべき時間に到達していない
場合は、ステップ４０７に進み、後噴射を停止する。
場合は、ステップ４０７に進み、後噴射を停止する。
【０１７５】後噴射を実行すべき時間に到達した場合
は、主噴射制御の場合と同様に、ステップ４０４で、エ
ンジン回転数Ｎｅと負荷Ｌに対応して、予めＲＯＭに記
億されているマップから、後噴射条件、すなわち、後噴
射量Ｑａｆｔおよびコモンレール圧力ＰＣＲ１に対応す
る後噴射期間Ａｐｅｒｉｏｄと、後噴射開始時期Ａｓｔ
ａｒｔとを求め（図８参照）、ステップ４０５で後噴射
を実行する。
は、主噴射制御の場合と同様に、ステップ４０４で、エ
ンジン回転数Ｎｅと負荷Ｌに対応して、予めＲＯＭに記
億されているマップから、後噴射条件、すなわち、後噴
射量Ｑａｆｔおよびコモンレール圧力ＰＣＲ１に対応す
る後噴射期間Ａｐｅｒｉｏｄと、後噴射開始時期Ａｓｔ
ａｒｔとを求め（図８参照）、ステップ４０５で後噴射
を実行する。
【０１７６】そしてステップ４０６で、所定時間、後噴
射が繰り返し実行されたか否かを判定し、所定時間、後
噴射が実行されていなければ、ステップ４０４に戻っ
て、順次各気筒での後噴射を繰り返し、また所定時間の
間、後噴射が実行された場合は、ステップ４０７で、後
噴射を停止する。
射が繰り返し実行されたか否かを判定し、所定時間、後
噴射が実行されていなければ、ステップ４０４に戻っ
て、順次各気筒での後噴射を繰り返し、また所定時間の
間、後噴射が実行された場合は、ステップ４０７で、後
噴射を停止する。
【０１７７】ここで、膨張行程での後噴射は、燃焼室気
筒壁に到達してオイル膜を希釈し、長時間の走行では潤
滑性を損ねるのでエンジン摩耗の点では好ましくない。
筒壁に到達してオイル膜を希釈し、長時間の走行では潤
滑性を損ねるのでエンジン摩耗の点では好ましくない。
【０１７８】このため、１回に噴射する後噴射燃料量
は、主噴射燃料に対して最大でも約１０％程度が望まし
く、平均的には最大でも燃費換算で２％を上限に噴射回
数を設定することが望ましい。例えば、最大でも、１回
当たり主噴射燃料の１０％を後噴射する場合、１０ｓｅ
ｃ毎に２ｓｅｃの間だけ後噴射を実行することが望まし
い。つまり、この場合、上記ステップ４０６の所定時間
は２ｓｅｃとなる。
は、主噴射燃料に対して最大でも約１０％程度が望まし
く、平均的には最大でも燃費換算で２％を上限に噴射回
数を設定することが望ましい。例えば、最大でも、１回
当たり主噴射燃料の１０％を後噴射する場合、１０ｓｅ
ｃ毎に２ｓｅｃの間だけ後噴射を実行することが望まし
い。つまり、この場合、上記ステップ４０６の所定時間
は２ｓｅｃとなる。
【０１７９】次に、図１４は、この発明の第２の実施形
態を示す。なお第１の実施形態と同一の部分には同じ符
号を付して説明を省略する。
態を示す。なお第１の実施形態と同一の部分には同じ符
号を付して説明を省略する。
【０１８０】この実施例においては、上流側のケーシン
グ２ａ内には、ＨＣ吸着触媒付き酸化触媒４Ａのみが配
置されているが、このＨＣ吸着触媒付き酸化触媒４Ａに
は、軸方向に沿って内部バイパス通路４５が設けられて
おり、排気の一部（例えば約半分）をＨＣ吸着触媒付き
酸化触媒４Ａ内部に実質的に流通させることなく（つま
り処理しないで）、後方に通過させる構成となってい
る。
グ２ａ内には、ＨＣ吸着触媒付き酸化触媒４Ａのみが配
置されているが、このＨＣ吸着触媒付き酸化触媒４Ａに
は、軸方向に沿って内部バイパス通路４５が設けられて
おり、排気の一部（例えば約半分）をＨＣ吸着触媒付き
酸化触媒４Ａ内部に実質的に流通させることなく（つま
り処理しないで）、後方に通過させる構成となってい
る。
【０１８１】ケーシング２ａの下流に配置されるケーシ
ング２ｂ内には、一端が閉塞した中空円筒形状で２層構
造をもつ深層濾過方式のＤＰＦ５０が配置されている。
ング２ｂ内には、一端が閉塞した中空円筒形状で２層構
造をもつ深層濾過方式のＤＰＦ５０が配置されている。
【０１８２】このＤＰＦ５０は、第１実施形態と同じも
ので、排気中のＰＭ（パティキュレート：特に煤）を捕
集し、捕集したＰＭを排気中のＮＯ2と反応させるＰＭ
の捕集・処理用のフィルタであり、一端が閉塞した中空
円筒形状をなし、内層部５１と外層部５２からなる２層
構造をもつ深層濾過方式のものである。前述したよう
に、内層部５１のセラミックファイバー５１ｂはＨＣ吸
着触媒付きであり、ＨＣ吸着触媒としてβゼオライト成
分が担持されている。また、外層部５２のセラミックフ
ァイバー５２ｂはＨＣ濃度変動型ＮＯｘ触媒付きであ
り、流入するＨＣ濃度が低いときに排気中のＮＯｘをト
ラップし、かつ流入するＨＣ濃度が高いときに排気中の
ＮＯｘを放出還元するものである。
ので、排気中のＰＭ（パティキュレート：特に煤）を捕
集し、捕集したＰＭを排気中のＮＯ2と反応させるＰＭ
の捕集・処理用のフィルタであり、一端が閉塞した中空
円筒形状をなし、内層部５１と外層部５２からなる２層
構造をもつ深層濾過方式のものである。前述したよう
に、内層部５１のセラミックファイバー５１ｂはＨＣ吸
着触媒付きであり、ＨＣ吸着触媒としてβゼオライト成
分が担持されている。また、外層部５２のセラミックフ
ァイバー５２ｂはＨＣ濃度変動型ＮＯｘ触媒付きであ
り、流入するＨＣ濃度が低いときに排気中のＮＯｘをト
ラップし、かつ流入するＨＣ濃度が高いときに排気中の
ＮＯｘを放出還元するものである。
【０１８３】なお、図示例では、単一の内部バイパス通
路４５がＨＣ吸着触媒付き酸化触媒４Ａの中心に形成さ
れており、ＤＰＦ５０の中心の入口開口部に対向してい
る。
路４５がＨＣ吸着触媒付き酸化触媒４Ａの中心に形成さ
れており、ＤＰＦ５０の中心の入口開口部に対向してい
る。
【０１８４】このようにＨＣ吸着付き酸化触媒４Ａに内
部バイパス通路４５を設けることにより、エンジン出口
の未燃ＨＣの一部が確実にＤＰＦ５０（ＨＣ吸着触媒付
きのＤＰＦ内層部５１、およびＨＣ濃度変動型ＮＯｘ触
媒付きＤＰＦ外層部５２）に到達する。しかも、図示例
では、内部バイパス通路４５の出口がＤＰＦ５０の中心
の入口開口部に対向しているので、未燃ＨＣがより確実
にＤＰＦ５０に到達する。
部バイパス通路４５を設けることにより、エンジン出口
の未燃ＨＣの一部が確実にＤＰＦ５０（ＨＣ吸着触媒付
きのＤＰＦ内層部５１、およびＨＣ濃度変動型ＮＯｘ触
媒付きＤＰＦ外層部５２）に到達する。しかも、図示例
では、内部バイパス通路４５の出口がＤＰＦ５０の中心
の入口開口部に対向しているので、未燃ＨＣがより確実
にＤＰＦ５０に到達する。
【０１８５】これは特に、高排気温度で連続して運転さ
れる場合に、ＨＣ濃度変動型ＮＯｘ浄化触媒（ＤＰＦ外
層部５２）のトラップしたＮＯｘを放出還元浄化させる
ために、コモンレール式の燃料噴射装置を用いて、各気
筒の膨張行程もしくは排気行程で少量の燃料を後噴射
し、還元剤であるＨＣを強制的に増加させるときに効果
的である。
れる場合に、ＨＣ濃度変動型ＮＯｘ浄化触媒（ＤＰＦ外
層部５２）のトラップしたＮＯｘを放出還元浄化させる
ために、コモンレール式の燃料噴射装置を用いて、各気
筒の膨張行程もしくは排気行程で少量の燃料を後噴射
し、還元剤であるＨＣを強制的に増加させるときに効果
的である。
【０１８６】このため、無負荷から高負荷までの加減速
が頻繁におこなわれる実用運転では、ＨＣ吸着触媒付き
酸化触媒４Ａによって生成されたＮＯ2によってＤＰＦ
５０に捕集されたＰＭも除去できるし、ＨＣ濃度変動型
ＮＯｘ浄化触媒（ＤＰＦ外層部５２）に流入するＨＣの
濃度変動がさらに増幅され、ＨＣ濃度変動型ＮＯｘ浄化
触媒（ＤＰＦ外層部５２）におけるＮＯｘのトラップと
放出還元が効率良く行われる。
が頻繁におこなわれる実用運転では、ＨＣ吸着触媒付き
酸化触媒４Ａによって生成されたＮＯ2によってＤＰＦ
５０に捕集されたＰＭも除去できるし、ＨＣ濃度変動型
ＮＯｘ浄化触媒（ＤＰＦ外層部５２）に流入するＨＣの
濃度変動がさらに増幅され、ＨＣ濃度変動型ＮＯｘ浄化
触媒（ＤＰＦ外層部５２）におけるＮＯｘのトラップと
放出還元が効率良く行われる。
【０１８７】上記の第１の実施形態および第２の実施形
態では、ＤＰＦ内層部５１のセラミックファイバー５１
ｂをＨＣ吸着触媒付きとするため、ＨＣ吸着触媒として
βゼオライトを担持させたが、酸化活性を持たせてもよ
い。
態では、ＤＰＦ内層部５１のセラミックファイバー５１
ｂをＨＣ吸着触媒付きとするため、ＨＣ吸着触媒として
βゼオライトを担持させたが、酸化活性を持たせてもよ
い。
【０１８８】すなわち、内層部５１のセラミックファイ
バー５１ｂに、貴金属成分を担持させた活性アルミナと
βゼオライトを混ぜてコーティングしてもよい。貴金属
成分としてはＰｔ、Ｐｄ等を単独で、あるいは組み合せ
て用いることが望ましいが、ＨＣの吸着力が強いβゼオ
ライトを担持させているため、ＨＣ脱離ピークが発現す
る温度では触媒の酸化活性が弱くなるように、つまり、
吸着したＨＣを触媒で酸化燃焼させないようにするのが
望ましい。これは、ＨＣ濃度変動を大きく得るためであ
る。このため、貴金属成分量を少なくして担持するか、
あるいは比較的酸化活性の弱い貴金属（例えばＰｄ）等
を用いるのが望ましい。
バー５１ｂに、貴金属成分を担持させた活性アルミナと
βゼオライトを混ぜてコーティングしてもよい。貴金属
成分としてはＰｔ、Ｐｄ等を単独で、あるいは組み合せ
て用いることが望ましいが、ＨＣの吸着力が強いβゼオ
ライトを担持させているため、ＨＣ脱離ピークが発現す
る温度では触媒の酸化活性が弱くなるように、つまり、
吸着したＨＣを触媒で酸化燃焼させないようにするのが
望ましい。これは、ＨＣ濃度変動を大きく得るためであ
る。このため、貴金属成分量を少なくして担持するか、
あるいは比較的酸化活性の弱い貴金属（例えばＰｄ）等
を用いるのが望ましい。
【０１８９】これにより、ＨＣ濃度変動型ＮＯｘ触媒付
きのＤＰＦ外層部５２に流入するＨＣの濃度変動が弱ま
ることはなく、ＨＣ濃度変動型ＮＯｘ浄化触媒（ＤＰＦ
外層部５２）におけるＮＯｘのトラップと放出還元反応
を損なうことがない。また、ＨＣ吸着触媒付き酸化触媒
４Ａによって生成されたＮＯ2によってＤＰＦ５０に捕
集されたＰＭも除去できるし、貴金属成分の酸化活性に
よってＰＭの酸化燃焼を促進させることができるため、
ＤＰＦ５０の再生が促進できる。
きのＤＰＦ外層部５２に流入するＨＣの濃度変動が弱ま
ることはなく、ＨＣ濃度変動型ＮＯｘ浄化触媒（ＤＰＦ
外層部５２）におけるＮＯｘのトラップと放出還元反応
を損なうことがない。また、ＨＣ吸着触媒付き酸化触媒
４Ａによって生成されたＮＯ2によってＤＰＦ５０に捕
集されたＰＭも除去できるし、貴金属成分の酸化活性に
よってＰＭの酸化燃焼を促進させることができるため、
ＤＰＦ５０の再生が促進できる。
【０１９０】また、第１の実施形態および第２の実施形
態のＤＰＦ５０は、好ましくは、ＤＰＦ内層部５１とＤ
ＰＦ外層部５２とでパティキュレート捕集性能に傾斜を
有しており、内層部５１が外層部５２よりも高い効率で
パティキュレートを捕集するものとなっている。これは
ＤＰＦ内層部５１のセラミックファイバー５１ｂを、Ｄ
ＰＦ外層部５２のセラミックファイバー５２ｂに比較し
て、より緊密に巻回し、あるいは巻きまわすセラミック
ファイバーの回数を多くすることで作成できる。
態のＤＰＦ５０は、好ましくは、ＤＰＦ内層部５１とＤ
ＰＦ外層部５２とでパティキュレート捕集性能に傾斜を
有しており、内層部５１が外層部５２よりも高い効率で
パティキュレートを捕集するものとなっている。これは
ＤＰＦ内層部５１のセラミックファイバー５１ｂを、Ｄ
ＰＦ外層部５２のセラミックファイバー５２ｂに比較し
て、より緊密に巻回し、あるいは巻きまわすセラミック
ファイバーの回数を多くすることで作成できる。
【０１９１】これにより、ＤＰＦ外層部５２のセラミッ
クファイバー５２ｂで捕集されるＰＭの量が減じられ
る。つまり堆積したＰＭのカバーリングによってＨＣ濃
度変動型ＮＯｘ触媒反応が弱められるという影響が少な
くなる。
クファイバー５２ｂで捕集されるＰＭの量が減じられ
る。つまり堆積したＰＭのカバーリングによってＨＣ濃
度変動型ＮＯｘ触媒反応が弱められるという影響が少な
くなる。
【０１９２】また、第１の実施形態および第２の実施形
態のＤＰＦ５０は、ＤＰＦ内層部５１とＤＰＦ外層部５
２のそれぞれの芯部材５１ａ，５２ａにヒータ機能を持
たせてもよい。つまり、図２および図１４に示すよう
に、ケーシング２ｂと絶縁された電極６を芯部材５１
ａ，５２ａの後端部に接合し、電子制御ユニット４１で
通電制御するようにしてもよい。
態のＤＰＦ５０は、ＤＰＦ内層部５１とＤＰＦ外層部５
２のそれぞれの芯部材５１ａ，５２ａにヒータ機能を持
たせてもよい。つまり、図２および図１４に示すよう
に、ケーシング２ｂと絶縁された電極６を芯部材５１
ａ，５２ａの後端部に接合し、電子制御ユニット４１で
通電制御するようにしてもよい。
【０１９３】これにより、必要に応じてヒータとなる芯
部材５１ａ，５２ａに通電してＤＰＦ５０の温度を昇温
させることができるので、例えばコールドスタート時の
ＰＭの酸化燃焼を促進させることができ、またＨＣ濃度
変動型ＮＯｘ浄化触媒（ＤＰＦ外層部５２）におけるＮ
Ｏｘのトラップと放出還元を促進することができる。
部材５１ａ，５２ａに通電してＤＰＦ５０の温度を昇温
させることができるので、例えばコールドスタート時の
ＰＭの酸化燃焼を促進させることができ、またＨＣ濃度
変動型ＮＯｘ浄化触媒（ＤＰＦ外層部５２）におけるＮ
Ｏｘのトラップと放出還元を促進することができる。
【図１】第１の実施形態のシステム構成を示す構成説明
図。
図。
【図２】第１の実施形態の排気浄化装置の断面図。
【図３】コモンレール式燃料噴射装置のシステム構成を
示す構成説明図。
示す構成説明図。
【図４】ＣＲＴのＮＯからＮＯ2への転換を示す特性
図。
図。
【図５】ＨＣの吸着、脱離の特性を示す特性図。
【図６】実施形態のＨＣの吸着、脱離の特性を示す特性
図。
図。
【図７】後噴射時期の設定を説明するための特性図。
【図８】後噴射時期の設定を説明するための特性図。
【図９】主噴射と後噴射の燃料噴射期間の特性図。
【図１０】燃料噴射のメインルーチンを説明するための
フローチャート。
フローチャート。
【図１１】コモンレール圧力の制御ルーチンを説明する
ためのフローチャート。
ためのフローチャート。
【図１２】主噴射制御ルーチンを説明するためのフロー
チャート。
チャート。
【図１３】排気後処理制御ルーチンを説明するためのフ
ローチャート
ローチャート
【図１４】第２の実施形態の排気浄化装置の構成説明
図。
図。
【図１５】本発明におけるＮＯｘ浄化触媒のＮＯｘトラ
ップ−放出還元メカニズムを説明するＮＯｘトラップ過
程（Ａ）とＮＯｘ放出，浄化過程（Ｂ）の説明図。
ップ−放出還元メカニズムを説明するＮＯｘトラップ過
程（Ａ）とＮＯｘ放出，浄化過程（Ｂ）の説明図。
【図１６】ＣＯ濃度を増減変化させた場合のＮＯｘトラ
ップ−放出サイクルを示す特性図。
ップ−放出サイクルを示す特性図。
【図１７】トラップ過程の還元成分濃度とＮＯｘ放出率
の関係を示す特性図。
の関係を示す特性図。
【図１８】ＮＯｘ放出率の定義を説明するための説明
図。
図。
【図１９】還元成分濃度が低い状態から還元成分濃度が
高い状態に変化したときの触媒出口側のＮＯｘ濃度の変
化を示す特性図。
高い状態に変化したときの触媒出口側のＮＯｘ濃度の変
化を示す特性図。
【図２０】放出還元過程の雰囲気酸素濃度と区間ＮＯｘ
低減率との関係を示す特性図。
低減率との関係を示す特性図。
【図２１】二種のトラップ材を用いた場合のＮＯｘ放出
還元過程の説明図。
還元過程の説明図。
１…エンジン ２ａ，２ｂ…ケーシング ４…酸化触媒 ５０…ディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ） ５１…内層部 ５２…外層部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｂ０１Ｊ 23/652 Ｂ０１Ｊ 29/46 Ａ 23/656 29/74 Ａ 23/89 29/78 Ａ 29/44 ＺＡＢ 35/02 Ｃ 29/46 Ｅ 29/74 Ｇ 29/78 35/04 ３０１Ｐ 35/02 Ｆ０１Ｎ 3/02 ３２１Ｂ 3/08 Ａ 3/20 Ｋ 35/04 ３０１ 3/28 ３０１Ｅ Ｆ０１Ｎ 3/02 ３２１ Ｂ０１Ｄ 53/36 １０２Ｇ 3/08 １０２Ｈ 3/20 １０４Ｂ 3/28 ３０１ Ｂ０１Ｊ 23/56 ３０１Ａ 23/64 １０３Ａ １０４Ａ (72)発明者 北原 靖久 神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地 日産 自動車株式会社内 Ｆターム(参考） 3G090 AA01 AA03 BA01 CB11 DA01 DA11 DA12 DA18 DA20 EA02 3G091 AA02 AA18 AA28 AB02 AB06 AB10 AB13 BA03 BA14 BA15 BA19 BA39 CA03 CA12 CA13 CA18 CA26 CB02 CB03 DA01 DA02 DA03 DA05 DB10 DC05 EA00 EA01 EA03 EA07 EA16 EA17 EA18 EA30 FA02 FB02 FC07 GA05 GA06 GB01W GB01X GB02W GB03W GB04W GB05W GB06W GB07W GB09W GB09Y GB10X GB16X GB17X HA07 HA10 HA14 HA15 HA16 HA18 HA21 HA22 HA36 HA37 HA38 HA45 HA47 HB03 4D048 AA06 AA13 AA14 AA18 AB01 AB02 AB05 AB06 AB07 AC02 BA01X BA02X BA03X BA06X BA07X BA08X BA11X BA14X BA15X BA18X BA19X BA26X BA27X BA28X BA30X BA31X BA33X BA36X BA37X BA38X BA41X BA42X BB02 BB05 BB06 BB14 BB16 CC32 CC43 CC45 CC46 CC47 CC49 DA01 DA08 EA04 4G069 AA03 AA11 BA01A BA01B BA02A BA02B BA03A BA03B BA04A BA04B BA05A BA05B BA06A BA06B BA07A BA07B BA13A BA13B BB02A BB02B BB04A BB04B BB06A BB06B BC02A BC02B BC03A BC03B BC04A BC04B BC06A BC06B BC09A BC09B BC10A BC10B BC12A BC12B BC13A BC13B BC40A BC40B BC42A BC42B BC43A BC43B BC44A BC44B BC51A BC51B BC59A BC59B BC60A BC60B BC62A BC62B BC66A BC66B BC67A BC67B BC68A BC68B BC71A BC71B BC72A BC72B BC74A BC74B BC75A BC75B
Claims (20)
- 【請求項１】 内燃機関の排気通路に配置される排気浄
化装置であって、 機関排気の一部に対して作用し、少なくともＮＯを酸化
してＮＯ2を生成する酸化触媒と、 温度変化により排気中の還元成分を吸着および脱離する
作用を有する還元成分吸着材と、 上記酸化触媒の下流に設けられ、排気中のパティキュレ
ートを捕集し、捕集したパティキュレートを排気中のＮ
Ｏ2と反応させるパティキュレートフィルタと、 このパティキュレートフィルタの下流に設けられ、流入
する排気中の還元成分濃度が低いときに排気中のＮＯｘ
をトラップし、かつ流入する排気中の還元成分濃度が高
いときにＮＯｘを放出還元する還元成分濃度変動型ＮＯ
ｘ浄化触媒と、 を備え、 上記還元成分濃度変動型ＮＯｘ浄化触媒に上記還元成分
吸着材からの脱離還元成分が作用するように構成されて
いることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。 - 【請求項２】 上記酸化触媒と上記還元成分吸着材と
が、同一の担体上に設けられていることを特徴とする請
求項１記載の内燃機関の排気浄化装置。 - 【請求項３】 上記パティキュレートフィルタの排気流
れ方向下流側部分に上記還元成分濃度変動型ＮＯｘ浄化
触媒が担持されていることを特徴とする請求項１または
２記載の内燃機関の排気浄化装置。 - 【請求項４】 上記パティキュレートフィルタの排気流
れ方向上流側部分に上記還元成分吸着材が担持されてい
ることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の内
燃機関の排気浄化装置。 - 【請求項５】 上記パティキュレートフィルタが、一端
が閉塞した中空円筒形状の深層濾過方式のパティキュレ
ートフィルタであることを特徴とする請求項１〜４のい
ずれかに記載の内燃機関の排気浄化装置。 - 【請求項６】 上記パティキュレートフィルタは、排気
流れ方向の上流側となる内層部と、下流側となる外層部
と、から構成されていることを特徴とする請求項５記載
の内燃機関の排気浄化装置。 - 【請求項７】 上記内層部および外層部の少なくとも一
方は、多数の開口を有する有底円筒状の芯部材にセラミ
ックファイバーを複数層巻回して構成されていることを
特徴とする請求項６記載の内燃機関の排気浄化装置。 - 【請求項８】 上記パティキュレートフィルタの少なく
とも内層部および上記酸化触媒に、上記還元成分吸着材
が担持されていることを特徴とする請求項６または７に
記載の内燃機関の排気浄化装置。 - 【請求項９】 上記パティキュレートフィルタの少なく
とも外層部に、上記還元成分濃度変動型ＮＯｘ浄化触媒
が担持されていることを特徴とする請求項６〜８のいず
れかに記載の内燃機関の排気浄化装置。 - 【請求項１０】 上記酸化触媒の担体に担持された還元
成分吸着材は、他の部位の還元成分吸着材よりも低い温
度で還元成分を脱離する特性を有していることを特徴と
する請求項８に記載の内燃機関の排気浄化装置。 - 【請求項１１】 上記パティキュレートフィルタの少な
くとも内層部に、捕集したパティキュレートの酸化反応
を促進する貴金属成分が担持されていることを特徴とす
る請求項６〜９のいずれかに記載の内燃機関の排気浄化
装置。 - 【請求項１２】 上記パティキュレートフィルタは、内
層部と外層部とでパティキュレート捕集性能に傾斜を有
し、内層部が外層部よりも高い効率でパティキュレート
を捕集することを特徴とする請求項６〜９のいずれかに
記載の内燃機関の排気浄化装置。 - 【請求項１３】 上記内層部を構成するセラミックファ
イバーの巻回密度あるいは巻回回数を外層部よりも高め
てあることを特徴とする請求項１２記載の内燃機関の排
気浄化装置。 - 【請求項１４】 上記酸化触媒の内部もしくは外部に、
排気を酸化させずに通過させるバイパス通路が設けら
れ、その下流側に、上記パティキュレートフィルタが配
置されることを特徴とする請求項５〜請求項１３のいず
れかに記載の内燃機関の排気浄化装置。 - 【請求項１５】 上記酸化触媒は、コージェライト製の
モノリス担体に、Ｐｔ担持の活性アルミナとＺＳＭ−５
型ゼオライトとの混合物をコーティングしてなり、上記
パティキュレートフィルタの内層部は、セラミックファ
イバーにβゼオライトを担持させていることを特徴とす
る請求項８記載の内燃機関の排気浄化装置。 - 【請求項１６】 上記パティキュレートフィルタの少な
くとも内層部の芯部材がヒータ機能を有することを特徴
とする請求項６〜請求項９のいずれかに記載の内燃機関
の排気浄化装置。 - 【請求項１７】 上記ヒータ機能は、内燃機関の冷間始
動時に作動することを特徴とする請求項１６記載の内燃
機関の排気浄化装置。 - 【請求項１８】 排気中の未燃ＨＣを増加させるために
膨張行程ないしは排気行程において燃料噴射弁から後噴
射を行うことを特徴とする請求項１〜１７のいずれかに
記載の内燃機関の排気浄化装置。 - 【請求項１９】 排気温度が所定温度以上のときに後噴
射が実行されることを特徴とする請求項１８記載の内燃
機関の排気浄化装置。 - 【請求項２０】 内燃機関の排気通路に、酸素過剰雰囲
気下で排気中のＮＯｘをトラップする機能を有し、かつ
特定の酸素濃度範囲では酸素濃度変動のみでトラップ可
能なＮＯｘ量が変化しない特性のＮＯｘ浄化触媒と、酸
化触媒と、パティキュレートフィルタと、を配置し、 上記ＮＯｘ浄化触媒に流入する排気中の酸素濃度が上記
特定酸素濃度範囲内となる条件で内燃機関を運転しつ
つ、上記ＮＯｘ浄化触媒に流入する排気中の還元成分濃
度が低いときにＮＯｘをトラップさせ、 このトラップしたＮＯｘを、上記ＮＯｘ浄化触媒に流入
する排気中の酸素濃度が上記特定酸素濃度範囲内となる
条件で内燃機関を運転しつつ、上記ＮＯｘ浄化触媒に流
入する排気中の還元成分濃度が高いときに放出還元する
ようにし、 かつ上記酸化触媒によってＮＯをＮＯ2に酸化させると
ともに、このＮＯ2によって上記パティキュレートフィ
ルタのパティキュレートを浄化することを特徴とする内
燃機関の排気浄化方法。
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