JP2003236339A - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 冷態時にＨＣ及びＮＯｘの双方を効率よく浄
化可能な内燃機関の排気浄化装置を提供する。 【解決手段】 排気通路(14)に、ＨＣ吸着機能を有する
ＨＣ吸着材（β型ゼオライト）を含む第１触媒層と、該
第１触媒層の表面に形成され且つ白金、ロジウム及びパ
ラジウムからなる群より選択される少なくとも一つの貴
金属とＮＯx吸蔵機能を有するＮＯx吸蔵材（バリウム、
カリウム）とを含む第２触媒層とを備えたＨＣトラップ
(20)を設けた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は内燃機関の排気浄化
装置に係り、詳しくは、冷態時においてＨＣ（炭化水
素）及びＮＯｘ（窒素酸化物）の双方を効率よく浄化可
能な排気浄化装置に関する。

【０００２】

【関連する背景技術】一般に、エンジン（内燃機関）は
排気中の有害物質（ＨＣ、ＣＯ、ＮＯx等）を三元触媒
を用いて浄化する排気浄化装置を備えている。しかしな
がら、当該三元触媒は活性温度に達するまでは浄化性能
を十分に発揮できないので、三元触媒をエンジン本体に
近接配置して早期活性化を図るようにしても、エンジン
の冷態始動時には排出されるＨＣを十分に浄化できない
という問題がある。

【０００３】この問題を解決するため、ＨＣの吸着に有
効なゼオライト層上に触媒層を備えたＨＣ吸着触媒の製
造方法が特開平７−１２４４６８号公報等において提案
されている。また、この種のＨＣ吸着触媒のＨＣ浄化能
をさらに改良するものとして、三元触媒層をコーティン
グした触媒を排気流入側に配置するとともに、活性セリ
アやアルミナを主成分とした粉末に白金、パラジウム、
ロジウムなどの貴金属を含む触媒層をゼオライト層上に
コーティングした吸蔵触媒を排気流出側に配置した構成
の排気浄化装置が例えば特許第３０５２７１０号公報に
開示されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、現在存在し
ているＨＣ吸着触媒（ＨＣトラップ）は、低温域におい
て排気中のＨＣを吸着し、触媒温度が約１００℃以上に
なると吸着したＨＣを脱離するという特性を有したもの
である。従って、このようにＨＣ吸着触媒から脱離した
ＨＣを浄化してやる必要があり、例えばＨＣが脱離した
ときにＨＣ吸着触媒近傍の排気空燃比をリーン空燃比に
制御して排気中に酸素を含ませ、これにより脱離したＨ
Ｃを酸化除去することが考えられている。

【０００５】しかしながら、このようにＨＣ吸着触媒近
傍の排気空燃比をリーン空燃比に制御すると、ＨＣの酸
化に寄与しない余剰酸素によってＮＯxが発生し易いと
いう問題がある。この場合、三元触媒や吸蔵型ＮＯx触
媒等のＮＯx浄化機能を有する触媒によりＮＯxを処理す
ることが考えられるが、一般に三元触媒や吸蔵型ＮＯx
触媒は活性温度が約３００℃程度と高く、上記のように
約１００℃からＨＣの脱離が開始され、ＨＣ吸着触媒近
傍の排気空燃比をリーン空燃比に制御すると、触媒温度
が約１００℃から約３００℃までの間は、ＨＣについて
は良好に酸化除去できるものの、ＮＯxについては十分
に浄化できないという問題もある。

【０００６】本発明はこのような問題点を解決するため
になされたもので、その目的とするところは、冷態時に
ＨＣ及びＮＯｘの双方を効率よく浄化可能な内燃機関の
排気浄化装置を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記した目的を達成する
ために、請求項１の内燃機関の排気浄化装置では、排気
通路に、ＨＣ吸着機能を有するＨＣ吸着材を含む第１触
媒層と、該第１触媒層の表面に形成され且つ白金、ロジ
ウム及びパラジウムからなる群より選択される少なくと
も一つの貴金属とＮＯx吸蔵機能を有するＮＯx吸蔵材と
を含む第２触媒層とを備えたＨＣトラップを設けたこと
を特徴としている。

【０００８】従って、ＨＣトラップ（ＨＣ吸着触媒）
は、ＨＣ吸着材を含む第１触媒層とＮＯx吸蔵材を含む
第２触媒層から一体に構成されて排気通路に設けられて
おり、内燃機関の冷態始動時であっても、第１触媒層の
ＨＣ吸着材の有するＨＣ吸着機能によってＨＣ（主とし
てオレフィン系ＨＣ）が良好に吸着され、一方第２触媒
層のＮＯx吸蔵材の有するＮＯx吸蔵機能によってＮＯx
が良好に吸蔵され、ＨＣ及びＮＯｘの双方が効率よく浄
化可能とされる。

【０００９】好ましくは、当該ＨＣトラップの上流側と
下流側には三元触媒を配設するのがよく、これにより排
気浄化性能が向上する。この場合、上流側の三元触媒に
関しては、早期活性化を実現すべく熱劣化を来さない範
囲で内燃機関本体にできるだけ近接して配設するのがよ
い。また、請求項２の内燃機関の排気浄化装置では、前
記ＨＣ吸着材はβ型ゼオライトであることを特徴として
いる。

【００１０】つまり、ゼオライト等のＨＣ吸着材は温度
上昇に伴ってＨＣを脱離することが知られており、図３
を参照すると、細孔径、即ち各種ゼオライトに応じたＨ
Ｃ脱離開始温度特性（実線●印）及びＨＣ脱離終了温度
特性（実線○印）が比較して示されているが、β型ゼオ
ライトは他のＭＦＩ型ゼオライトやＹ型ゼオライトに比
べて脱離開始温度が高く、また脱離終了温度も高いため
に高温域でのＨＣ脱離割合が高いという特性を有してお
り、故に、ＨＣ吸着材として細孔径の比較的大きなβ型
ゼオライトを使用することで、できるだけ高温域までＨ
Ｃを吸着保持することが可能とされる。

【００１１】従って、内燃機関の冷態始動時であって
も、ＨＣが効率よく浄化可能とされる。なお、ＮＯｘ吸
蔵材（特にカリウム）は、触媒層中を移動して触媒担体
の組成成分と反応して酸化物を形成するが、第１触媒層
中にＨＣ吸着材としてβ型ゼオライトを含むようにする
と、かかるＮＯｘ吸蔵材の移動が抑制され、酸化物形成
によるクラックの発生ひいては触媒の耐久性低下が防止
されるという利点もある。

【００１２】また、請求項３の内燃機関の排気浄化装置
では、前記ＮＯx吸蔵材は、低温活性型のＮＯx吸蔵材で
あることを特徴としている。従って、ＮＯx吸蔵材を低
温活性型のＮＯx吸蔵材とすることにより、比較的低温
からＮＯx吸蔵材のＮＯx吸蔵機能を発揮させることが可
能となり、内燃機関の冷態始動時であっても、ＨＣとと
もにＮＯｘが効率よく浄化可能とされる。

【００１３】また、請求項４の内燃機関の排気浄化装置
では、前記ＮＯx吸蔵材は、高温活性型のＮＯx吸蔵材を
も含むことを特徴としている。従って、ＮＯx吸蔵材を
低温活性型のＮＯx吸蔵材と高温活性型のＮＯx吸蔵材と
で構成することにより、比較的低温域から高温域まで広
範囲に亘りＮＯx吸蔵材のＮＯx吸蔵機能を発揮させるこ
とが可能となり、ＮＯｘがより一層効率よく浄化可能と
される。

【００１４】例えば、図６を参照すると、低温活性型の
ＮＯx吸蔵材（アルカリ土類金属、例えばバリウム主
体）（実線）と高温活性型のＮＯx吸蔵材（アルカリ金
属、例えばカリウム主体）（破線）のそれぞれのＮＯx
吸蔵性能が示されているが、このように低温活性型のＮ
Ｏx吸蔵材と高温活性型のＮＯx吸蔵材とを用いることに
より、ＮＯxを吸蔵可能な温度範囲が拡大する。

【００１５】また、請求項５の内燃機関の排気浄化装置
では、さらに、前記ＨＣトラップの周辺の酸素濃度を制
御する制御手段を備え、前記制御手段は、前記第１触媒
層のＨＣ吸着材に吸着されたＨＣが脱離するとき、前記
ＨＣトラップの周辺の酸素濃度が大きくなるよう制御
し、前記第２触媒層のＮＯx吸蔵材に吸蔵されたＮＯxを
パージする条件が成立したとき、前記ＨＣトラップの周
辺の酸素濃度が小さくなるよう制御することを特徴とし
ている。

【００１６】従って、第１触媒層のＨＣ吸着材に吸着さ
れたＨＣが脱離すると、ＨＣトラップの周辺の酸素濃度
が大きくなるよう制御されて脱離したＨＣが良好に酸化
除去され、この際、余剰酸素によってＮＯxが生成さ
れ、当該ＮＯxは第２触媒層のＮＯx吸蔵材に吸蔵される
が、ＮＯx吸蔵材に吸蔵されたＮＯxをパージする条件が
成立すると、ＨＣトラップの周辺の酸素濃度が小さくな
るよう制御され、ＮＯx吸蔵材に吸蔵されたＮＯxが良好
にパージ（還元除去）される。

【００１７】また、請求項６の内燃機関の排気浄化装置
では、さらに、前記ＨＣトラップの温度相関値を検出す
る温度相関値検出手段を備え、前記制御手段は、前記温
度相関値検出手段により検出される温度相関値が前記第
１触媒層のＨＣ吸着材からＨＣが脱離する所定脱離温度
相関値に達したとき、前記ＨＣトラップの周辺の酸素濃
度が大きくなるよう制御することを特徴としている。

【００１８】即ち、ＨＣ吸着材では、一般に触媒の温度
相関値（触媒温度、排気温度、内燃機関の冷却水温、始
動後経過時間等）がある程度高温域の所定脱離温度相関
値に達するとＨＣが多く脱離することが知られており、
故に、温度相関値検出手段により温度相関値が所定脱離
温度相関値に達したことを検出することで、ＨＣ吸着材
に吸着されたＨＣが脱離していることを容易に検出可能
である。

【００１９】また、請求項７の内燃機関の排気浄化装置
では、前記制御手段は、内燃機関の燃焼空燃比をリーン
空燃比側に設定することで前記ＨＣトラップの周辺の酸
素濃度が大きくなるよう制御するものであり、前記ＮＯ
x吸蔵材は、前記制御手段により前記ＨＣ吸着材に吸着
されたＨＣが脱離して前記内燃機関の燃焼空燃比がリー
ン空燃比側に設定されたことに伴い発生するＮＯxを吸
蔵可能に形成されていることを特徴としている。

【００２０】即ち、制御手段によりＨＣ吸着材に吸着さ
れたＨＣが脱離して内燃機関の燃焼空燃比がリーン空燃
比側に設定されると余剰酸素によりＮＯxが生成される
が、ＮＯx吸蔵材は、このように生成されたＮＯxを吸蔵
可能に形成されている。つまり、ＨＣ吸着材に吸着され
たＨＣの脱離に合わせて燃焼空燃比がリーン空燃比側に
設定されて余剰酸素によりＮＯxが生成されるが、ＮＯx
吸蔵材は、当該ＮＯxの生成されるときからＮＯx吸蔵機
能を発揮可能なように例えば低温活性型のＮＯx吸蔵材
を含んで構成されている。

【００２１】これにより、内燃機関の冷態始動時であっ
ても、ＨＣとともにＮＯｘが効率よく浄化可能とされ
る。また、請求項８の内燃機関の排気浄化装置では、さ
らに、前記第１触媒層からのＨＣの脱離終了時期相関値
を検出する脱離終了時期相関値検出手段を備え、前記制
御手段は、前記脱離終了時期相関値検出手段により前記
第１触媒層のＨＣ吸着材からのＨＣの脱離終了時期相関
値が検出された後に前記第２触媒層のＮＯx吸蔵材に吸
蔵されたＮＯxをパージすべく前記ＨＣトラップの周辺
の酸素濃度が小さくなるよう制御することを特徴として
いる。

【００２２】従って、脱離終了時期相関値検出手段によ
ってＨＣ吸着材からのＨＣの脱離終了時期相関値（脱離
終了時期に相当する触媒温度、排気温度、内燃機関の冷
却水温、始動後経過時間等）が検出された後に第２触媒
層のＮＯx吸蔵材に吸蔵されたＮＯxがパージされること
になり、ＨＣの酸化除去とＮＯxの還元除去とが重複し
て実施されることがなくなり、制御の複雑化が防止され
る。

【００２３】また、請求項９の内燃機関の排気浄化装置
では、前記制御手段は、前記脱離終了時期相関値検出手
段により前記第１触媒層のＨＣ吸着材からのＨＣの脱離
終了時期相関値が検出される前に前記第２触媒層のＮＯ
x吸蔵材に吸蔵されたＮＯxをパージする条件が成立した
ときには、前記脱離終了時期相関値が検出されるまで前
記ＮＯxのパージを禁止すべく前記ＨＣトラップの周辺
の酸素濃度を大きいままに保持することを特徴としてい
る。

【００２４】従って、脱離終了時期相関値検出手段によ
ってＨＣ吸着材からのＨＣの脱離終了時期相関値が検出
されるまではＮＯxのパージが禁止されてＨＣ吸着材か
ら脱離するＨＣの酸化除去が優先実施され、ＨＣの浄化
が緩慢になることが防止される。

【００２５】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る内燃機関の排
気浄化装置の実施形態を添付図面に基づき説明する。図
１を参照すると、車両に搭載された本発明に係る内燃機
関の排気浄化装置の概略構成図が示されており、以下同
図に基づいて本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の構
成を説明する。

【００２６】内燃機関本体（以下、単にエンジンとい
う）１としては、ここでは、吸気行程で燃料噴射を実施
して予混合燃焼（均一燃焼）を行う吸気行程噴射モード
と圧縮行程で燃料噴射を実施して層状燃焼を行う圧縮行
程噴射モードとに切り換えて運転可能な筒内噴射型火花
点火式ガソリンエンジンが採用されている。この筒内噴
射型のエンジン１では、吸気行程噴射モードにおいて、
容易にして理論空燃比（ストイキオ）での運転やリッチ
空燃比での運転の他、リーン空燃比での予混合燃焼運転
を実現可能であり、圧縮行程噴射モードにおいて、リー
ン空燃比或いは超リーン空燃比（例えば、値２５〜値５
０）での層状燃焼運転を実現可能である。

【００２７】図１に示すように、エンジン１のシリンダ
ヘッド２には、各気筒毎に点火プラグ４とともに電磁式
の燃料噴射弁６が取り付けられており、これにより、燃
焼室内に燃料を直接噴射可能である。燃料噴射弁６に
は、燃料パイプを介して燃料タンクを擁した燃料供給装
置（共に図示せず）が接続されている。より詳しくは、
燃料供給装置には、低圧燃料ポンプと高圧燃料ポンプと
が設けられており、これにより、燃料タンク内の燃料を
燃料噴射弁６に対し低燃圧或いは高燃圧で供給し、該燃
料を燃料噴射弁６から燃焼室内に向けて所望の燃圧で噴
射可能である。

【００２８】シリンダヘッド２には、各気筒毎に略直立
方向に吸気ポートが形成されており、各吸気ポートと連
通するようにして吸気マニホールド１０の一端がそれぞ
れ接続されている。吸気マニホールド１０の他端にはス
ロットル弁１１が接続されており、該スロットル弁１１
にはスロットル開度を検出するスロットルポジションセ
ンサ（ＴＰＳ）１１ａが設けられている。

【００２９】また、シリンダヘッド２には、各気筒毎に
略水平方向に排気ポートが形成されており、各排気ポー
トと連通するようにして排気マニホールド１２の一端が
それぞれ接続されている。なお、当該筒内噴射型のエン
ジン１は既に公知のものであり、その本体構造の詳細に
ついてはここでは説明を省略する。

【００３０】排気マニホールド１２には排気管（排気通
路）１４が接続されており、この排気管１４には、前段
触媒（ＦＣＣ）として三元触媒１６が介装され、さらに
床下触媒（ＵＣＣ）としてＨＣトラップ２０が介装され
ている。三元触媒１６は従来公知の如く構成されるもの
であり、ここでは説明を省略する。

【００３１】ＨＣトラップ２０は、多数のセルからなる
多孔質ハニカム（モノリス）型のコージライト担体を有
し、各セルは例えば断面四角形状に形成されている。図
２を参照すると、ＨＣトラップ２０の一つのセルの四半
部が示されており、同図に示すように、コージライト担
体２１は、例えば、アルミナ源の粉末、シリカ源の粉末
及びマグネシア源の粉末をアルミナ、シリカ、マグネシ
アの割合がコージライト組成になるように混合して水に
分散させ、その固形分をハニカム状に成形し、このハニ
カム成形体を焼成して生成されている。

【００３２】そして、コージライト担体２１には、下層
（第１触媒層）２３と上層（第２触媒層）２４とからな
る２層の触媒層２２が形成されている。本実施形態で
は、下層２３はＨＣ吸着材としてβ型ゼオライトを含ん
で構成されている。β型ゼオライトは、ＨＣ、特にオレ
フィン系ＨＣ（不飽和ＨＣ）を吸着し、触媒温度が上昇
して所定温度に達すると当該吸着したＨＣを脱離させる
機能を有している。そして、β型ゼオライトは、上記図
３に示すように、細孔径が７．６〜７．８Åと他のゼオ
ライト（ＭＦＩ型、Ｙ型等）よりも大きく、これより脱
離開始温度が高く、また脱離終了温度も高いために高温
域でのＨＣ脱離割合が高いという特性を有している。つ
まり、ＨＣ吸着材としてβ型ゼオライトを使用すること
で、下層２３はできるだけ高温域までＨＣを吸着保持す
ることが可能である。

【００３３】また、図４を参照すると、β型ゼオライト
からなるＨＣ吸着材のＳｉ／Ａｌ比とＨＣ吸着量との関
係が新品の場合（実線）と耐久品の場合（破線）とで比
較して示されているが、同図によれば、Ｓｉ／Ａｌ比が
小さいと新品のときのＨＣ吸着量は十分大きい一方、耐
久品では急激に減少していることが分かる。また、Ｓｉ
／Ａｌ比は値１０²を越えるとＨＣ吸着量が少なくなる
ことが知られている。従って、ここでは、Ｓｉ／Ａｌ比
は、例えば値１０²前後の好適値に設定されている。

【００３４】また、図５を参照すると、β型ゼオライト
からなるＨＣ吸着材の吸着材担持量とＨＣ吸着割合（吸
着ＨＣ量／排出ＨＣ量）との関係が示されているが、同
図に示すように、吸着材担持量が小さいとＨＣ吸着割合
は低い値を示すことが分かり、ここでは、吸着材担持量
は、例えば１００〜１５０g/Lに設定されている。一
方、上層２４は、貴金属として白金（Ｐｔ）、ロジウム
（Ｒｈ）及びパラジウム（Ｐｄ）の少なくともいずれか
一つを含み、さらに、ＮＯx吸蔵材としてアルカリ金属
（カリウム（Ｋ））及びアルカリ土類金属（バリウム
（Ｂａ））を含んでいる。つまり、上層２４は、ＨＣト
ラップ２０が酸素濃度の高いリーン雰囲気にあるときに
はＮＯxを吸蔵し、酸素濃度の低いリッチ雰囲気にある
ときには当該吸蔵したＮＯxを放出し、白金、ロジウム
及びパラジウムの触媒作用によって還元除去する機能を
備えている。

【００３５】また、上記図６に示すように、アルカリ金
属であるカリウム（Ｋ）は高温活性型のＮＯx吸蔵材と
して機能し（破線）、アルカリ土類金属であるバリウム
（Ｂａ）は低温活性型のＮＯx吸蔵材として機能する
（実線）ので、カリウム（Ｋ）とともにバリウム（Ｂ
ａ）を含むことで、上層２４は低温域から高温域に亘り
広い温度範囲でＮＯxを良好に吸蔵可能である。

【００３６】詳しくは、ここでは、上層２４は触媒温度
が例えば２３０℃〜４００℃の範囲でＮＯxを十分に吸
蔵可能なよう、バリウム（Ｂａ）の含有量は例えば１０
〜４０g/Lに設定され、一方、カリウム（Ｋ）の含有量
は、１５g/Lを越えるとＨＣの浄化性能を著しく低下さ
せるという問題があることが分かっており、例えば５〜
１５g/Lに設定されている。

【００３７】製造方法について述べると、触媒層２２
は、先ず、ゼオライトを主成分とするスラリーを調製し
てコージライト担体２１を当該スラリー中に浸漬し、こ
れを乾燥後に焼成することでコージライト担体２１の表
面に下層２３を形成し、次いで、白金、ロジウム、パラ
ジウム、バリウム及びカリウムを主成分とするスラリー
を調製して上記コージライト担体２１を浸漬し、これを
乾燥後に焼成することで下層２３の表面に上層２４を形
成して生成される。

【００３８】このように、ＨＣトラップ２０は、ＨＣ吸
着機能とＮＯx吸蔵機能の双方の機能を合わせ持ちなが
ら簡単な構造で構成されている。図１に戻り、排気管１
４には、ＨＣトラップ２０に流入する排ガスに含まれる
酸素濃度を検出するＯ₂センサ（酸素センサ、λセン
サ）１８が設けられており、ＨＣトラップ２０にはＨＣ
トラップ２０の温度（温度相関値）を検出する温度セン
サ２８が設けられている（温度相関値検出手段、脱離終
了時期相関値検出手段）。

【００３９】さらに、入出力装置、記憶装置（ＲＯＭ、
ＲＡＭ、不揮発性ＲＡＭ等）、中央処理装置（ＣＰ
Ｕ）、タイマカウンタ等を備えたＥＣＵ（電子コントロ
ールユニット）４０が設置されており、このＥＣＵ４０
により、エンジン１や本発明に係る内燃機関の排気浄化
装置の総合的な制御が行われる。ＥＣＵ４０の入力側に
は、上述したＴＰＳ１１ａ、Ｏ₂センサ１８、温度セン
サ２８等の各種センサ類が接続されており、これらセン
サ類からの検出情報が入力する。

【００４０】一方、ＥＣＵ４０の出力側には、点火コイ
ル５を介して上述した点火プラグ４や燃料噴射弁６等が
接続されており、これら点火コイル５、燃料噴射弁６等
には、各種センサ類からの検出情報に基づき演算された
燃料噴射量、燃料噴射時期や点火時期、スロットル開度
等の最適値がそれぞれ出力される。これにより、燃料噴
射弁６から適正量の燃料が適正なタイミングで噴射さ
れ、点火プラグ４によって適正なタイミングで点火が実
施され、スロットル弁１１が適正に開閉制御される。詳
しくは、ＥＣＵ４０では各種センサ類の情報に基づいて
目標燃焼空燃比（目標Ａ／Ｆ）が設定され、燃料噴射量
やスロットル開度は当該目標Ａ／Ｆに応じて設定される
（制御手段）。

【００４１】以下、上記構成の排気浄化装置の作用を説
明する。図７を参照すると、ＥＣＵ４０によるＨＣトラ
ップ制御の制御ルーチンがフローチャートで示されてお
り、また図８を参照すると、ＨＣトラップ制御を実施し
た場合の制御結果がタイムチャートで示されており、以
下図８を参照しながらフローチャートに沿い説明する。

【００４２】なお、図８（ａ）ではＦＣＣ１６の触媒温
度（一点鎖線）及びＨＣトラップ２０の触媒温度（実
線）を示し、図８（ｂ）では排気中の酸素量を示し、図
８（ｃ）ではＨＣトラップ２０下流のＮＯx量を示し、
図８（ｄ）ではＨＣトラップ２０上流のＨＣ量（一点鎖
線）及びＨＣトラップ２０下流のＨＣ量（実線）を示
し、図８（ｅ）では燃焼空燃比、即ちＡ／Ｆを示してい
る。

【００４３】ステップＳ１０では、エンジン１が冷態始
動状態にあるか否かを判別する。判別結果が真（Ｙｅ
ｓ）で、エンジン１が冷態始動状態にあると判定された
場合にはステップＳ１２に進む。ステップＳ１２では、
点火時期のリタード（遅角）を行う。つまり、点火時期
をリタードさせて燃焼を緩慢とし、排気温度を上昇させ
て三元触媒１６やＨＣトラップ２０の早期活性化を図
る。

【００４４】ステップＳ１４では、ＨＣトラップ２０に
おいて、ＨＣ脱離開始条件が成立したか否かを判別す
る。つまり、エンジン１の始動直後は、排気中のＨＣは
下層２３のＨＣ吸着材であるβ型ゼオライトに良好に吸
着されるが、ここでは、触媒温度が上昇し、当該吸着し
たＨＣが脱離しているか否かを判別する。詳しくは、上
記図３に示したように、β型ゼオライトでは高温域（例
えば、２３０℃以上）でのＨＣ脱離割合が高くなってお
り、ここでは、温度センサ２８により検出される触媒温
度がＨＣが脱離して酸化可能となる所定温度（所定脱離
温度相関値）に達したか否かを判別する。なお、触媒温
度以外に排気温度、内燃機関の冷却水温、始動後経過時
間等（所定脱離温度相関値）に基づいて所定温度を求め
ることも可能である。

【００４５】ステップＳ１４の判別結果が真（Ｙｅｓ）
で、ＨＣ脱離開始条件が成立したと判定された場合に
は、ステップＳ１６に進み、目標Ａ／Ｆをリーン空燃比
としてＡ／Ｆのリーン化を図る。このようにＡ／Ｆをリ
ーン化すると、排気中の酸素量が増加し、ＨＣ吸着材で
あるβ型ゼオライトから脱離するＨＣが良好に酸化除去
され、三元触媒１６が未だ不活性状態にあってもＨＣの
大気中への排出量が大幅に低減される。即ち、図８
（ｄ）には、Ａ／Ｆのリーン化を行わない場合の排出Ｈ
Ｃ量（破線）が併せて示されているが、Ａ／Ｆのリーン
化を行うことで排出ＨＣ量が大幅に低減される（実
線）。

【００４６】また、上述したように、ＮＯx吸蔵材は例
えば２３０℃〜４００℃の範囲でＮＯxを十分に吸蔵可
能なように調製されているため、Ａ／Ｆのリーン化で余
剰となった酸素によってＮＯxが生成されても、当該Ｎ
ＯxはＮＯx吸蔵材によって良好に吸蔵され、ＮＯxの大
気中への排出量も大幅に低減される。即ち、図８（ｃ）
には、ＨＣトラップ２０がＮＯx吸蔵機能を有さない場
合（破線）が併せて示されているが、ＨＣトラップ２０
に上記のように調製されたＮＯx吸蔵材を備えることで
排出ＮＯx量がほぼ値０となるまで大幅に低減される
（実線）。

【００４７】つまり、本発明では、ＨＣ脱離開始条件の
成立時期、即ちリーン化開始時期とＮＯx吸蔵材のＮＯx
吸蔵可能時期とが略一致するようにＨＣ吸着材とＮＯx
吸蔵材とを形成しＨＣトラップ２０を構成するようにし
ており、これにより、エンジン１の冷態始動時におい
て、ＨＣ及びＮＯｘの双方を効率よく浄化することがで
きる。

【００４８】なお、ＨＣトラップ２０の温度に応じてリ
ーン化時のＡ／Ｆを可変制御するようにしてもよく、こ
れによりＨＣ及びＮＯｘの双方をさらに効率よく浄化す
ることができる。ステップＳ１８では、ＨＣ脱離終了条
件が成立したか否かを判別する。即ち、ＨＣ吸着材であ
るβ型ゼオライトからＨＣが完全に脱離し終えたか否か
を判別する。ここでは、上記図３に基づき、温度センサ
２８により検出される触媒温度がＨＣ脱離終了温度（脱
離終了時期相関値）に達したか否かを判別する。なお、
ＨＣ脱離終了時期に相当する排気温度、内燃機関の冷却
水温、始動後経過時間等（脱離終了時期相関値）に基づ
いてＨＣ脱離終了温度を求めることも可能である。

【００４９】ステップＳ１８の判別結果が偽（Ｎｏ）
で、ＨＣ脱離終了条件が未だ成立していないと判定され
た場合には、ステップＳ１６においてＡ／Ｆのリーン化
を継続実施する。一方、ステップＳ１８の判別結果が真
（Ｙｅｓ）で、ＨＣ脱離終了条件が成立したと判定され
た場合には、ステップＳ２０に進む。なお、このとき、
Ａ／Ｆのリーン化については中止しても継続してもよ
い。

【００５０】ステップＳ２０では、ＮＯx吸蔵材に関
し、ＮＯxパージ条件が成立したか否かを判別する。こ
こでは、例えばＮＯx吸蔵時間を積算しておき、ＮＯx吸
蔵時間の積算値が所定時間に達したか否かを判別する。
判別結果が真（Ｙｅｓ）で、ＮＯxパージ条件が成立し
たと判定された場合には、ステップＳ２２に進み、ＮＯ
xパージを行う。即ち、目標Ａ／Ｆをリッチ空燃比とし
てＡ／Ｆのリッチ化を図り、排気中の酸素濃度を小さく
する。

【００５１】これにより、ＮＯx吸蔵材に吸蔵されたＮ
ＯxがＮＯx吸蔵材から放出されるとともに還元除去さ
れ、ＮＯx吸蔵材が再生される。なお、ここでは、ＨＣ
脱離終了条件が成立したか否かを判別した後にＮＯxパ
ージ条件が成立したか否かを判別している。つまり、Ｈ
Ｃ脱離終了条件が成立する前にＮＯxパージ条件が成立
したとしても、ＨＣ吸着材であるβ型ゼオライトからＨ
Ｃが完全に脱離し終えてからＮＯxパージを行うように
している。これにより、ＨＣの酸化除去とＮＯxの還元
除去とが重複して実施されることが無くなり、或いはβ
型ゼオライトからＨＣが脱離して目標Ａ／Ｆをリーン空
燃比としている最中に目標Ａ／Ｆがリッチ空燃比に切り
替わるという事態が回避され、ＨＣの浄化が緩慢になる
ことを防止でき、制御の複雑化を防止することができ
る。

【００５２】なお、エンジン１の暖機が完了し、ステッ
プＳ１０の判別結果が偽（Ｎｏ）でエンジン１が冷態始
動状態にあると判定された場合には、何もせずに当該ル
ーチンを抜けるが、この場合には三元触媒１６は活性化
した状態にあり、以後、ＨＣ、ＮＯx等は当該三元触媒
１６によって良好に浄化される。但し、リーン空燃比域
での運転中は、ＨＣトラップ２０のＮＯx吸蔵材が上記
同様にＮＯx吸蔵機能を十分に発揮することになる。

【００５３】ところで、ＮＯx吸蔵材にカリウム（Ｋ）
を用いる場合、カリウム（Ｋ）がコージライト担体２１
内に浸透すると、該カリウム（Ｋ）は高温の水蒸気存在
下においてコージライトと反応し、コージライトと熱膨
張率を異にするカリウム、アルミニウム及び珪素の酸化
物を形成し、担体にクラックを発生させて触媒の強度低
下を招くが、本実施形態のように下層２３にβ型ゼオラ
イトを含むようにすると、当該β型ゼオライトによりカ
リウム（Ｋ）の移動が抑制され、コージライト担体２１
のクラック発生や上層２４からのカリウムの消失による
ＮＯｘ吸蔵性能の低下が防止されるという利点もある。

【００５４】以上で本発明の実施形態の説明を終える
が、本発明は上記実施形態に限るものではない。例え
ば、上記実施形態では、上層２４に高温活性型のＮＯx
吸蔵材として機能するカリウム（Ｋ）と高温活性型のＮ
Ｏx吸蔵材として機能するバリウム（Ｂａ）とを含むよ
うにしたが、低温活性型のＮＯx吸蔵材として機能する
バリウムのみ含ませるようにしても十分な効果が得られ
る。

【００５５】また、上記実施形態では、コージライト担
体２１としてハニカム型コージライト担体を用いたが、
本発明は、コージライト以外の材料からなる担体を備え
た触媒にも適用可能である。また、ハニカム型コージラ
イト担体を用いる場合、コージライト担体のセルは四角
形状のものに限定されず、例えば三角形状や六角形状の
ものでも良い。

【００５６】さらに、上記実施形態では、最下流にＨＣ
トラップ２０を配置するものとしたが、ＨＣトラップ２
０の下流に床下触媒（ＵＣＣ）として後段の三元触媒を
配設するようにしてもよい。また、上記実施形態では、
本発明を筒内噴射型ガソリンエンジンの排気浄化装置に
適用した場合について説明したが、本発明は吸気管噴射
型ガソリンエンジンやディーゼルエンジンの排気浄化装
置にも適用可能である。

【００５７】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明の請
求項１の内燃機関の排気浄化用触媒によれば、ＨＣ吸着
材を含む第１触媒層とＮＯx吸蔵材を含む第２触媒層と
を一体に形成してＨＣトラップ（ＨＣ吸着触媒）を構成
し排気通路に設けるようにできるとともに、内燃機関の
冷態始動時であっても、第１触媒層のＨＣ吸着材の有す
るＨＣ吸着機能によってＨＣ（主としてオレフィン系Ｈ
Ｃ）を良好に吸着でき、一方第２触媒層のＮＯx吸蔵材
の有するＮＯx吸蔵機能によってＮＯxを良好に吸蔵で
き、ＨＣ及びＮＯｘの双方を効率よく浄化することがで
きる。

【００５８】また、請求項２の内燃機関の排気浄化装置
によれば、ＨＣ吸着材をβ型ゼオライトとすることによ
り、できるだけ高温域までＨＣを吸着保持することが可
能となり、内燃機関の冷態始動時であっても、ＨＣを効
率よく浄化することができる。また、請求項３の内燃機
関の排気浄化装置によれば、ＮＯx吸蔵材を低温活性型
のＮＯx吸蔵材とすることにより、比較的低温からＮＯx
吸蔵材のＮＯx吸蔵機能を発揮させることが可能とな
り、内燃機関の冷態始動時であっても、ＨＣとともにＮ
Ｏｘを効率よく浄化することができる。

【００５９】また、請求項４の内燃機関の排気浄化装置
によれば、ＮＯx吸蔵材を低温活性型のＮＯx吸蔵材と高
温活性型のＮＯx吸蔵材とで構成することにより、比較
的低温域から高温域まで広範囲に亘りＮＯx吸蔵材のＮ
Ｏx吸蔵機能を発揮させることが可能となり、ＮＯｘを
より一層効率よく浄化することができる。また、請求項
５の内燃機関の排気浄化装置によれば、第１触媒層のＨ
Ｃ吸着材に吸着されたＨＣが脱離するときには、ＨＣト
ラップの周辺の酸素濃度が大きくなるよう制御されて脱
離したＨＣを良好に酸化除去でき、一方、このとき余剰
酸素によりＮＯxが生成されて第２触媒層のＮＯx吸蔵材
に吸蔵されるが、ＮＯx吸蔵材に吸蔵されたＮＯxをパー
ジする条件が成立したときには、ＨＣトラップの周辺の
酸素濃度が小さくなるよう制御されて当該ＮＯx吸蔵材
に吸蔵されたＮＯxを良好にパージ（還元除去）するこ
とができる。

【００６０】また、請求項６の内燃機関の排気浄化装置
によれば、温度相関値（触媒温度、排気温度、内燃機関
の冷却水温、始動後経過時間等）が所定脱離温度相関値
に達したことを検出することで、ＨＣ吸着材に吸着され
たＨＣが脱離していることを容易に検出することができ
る。また、請求項７の内燃機関の排気浄化装置によれ
ば、ＨＣ吸着材に吸着されたＨＣの脱離に合わせて燃焼
空燃比がリーン空燃比側に設定されて余剰酸素によりＮ
Ｏxが生成されるが、ＮＯx吸蔵材は、当該ＮＯxの生成
されるときからＮＯx吸蔵機能を発揮可能なように例え
ば低温活性型のＮＯx吸蔵材を含んで構成されているの
で、内燃機関の冷態始動時であっても、ＨＣとともにＮ
Ｏｘを効率よく浄化することができる。

【００６１】また、請求項８の内燃機関の排気浄化装置
によれば、ＨＣ吸着材からのＨＣの脱離終了時期相関値
（脱離終了時期に相当する触媒温度、排気温度、内燃機
関の冷却水温、始動後経過時間等）が検出された後に第
２触媒層のＮＯx吸蔵材に吸蔵されたＮＯxをパージする
ので、ＨＣの酸化除去とＮＯxの還元除去とを重複して
実施しないようにでき、制御の複雑化を防止できる。

【００６２】また、請求項９の内燃機関の排気浄化装置
によれば、ＨＣ吸着材からのＨＣの脱離終了時期相関値
が検出されるまではＮＯxのパージを禁止してＨＣ吸着
材から脱離するＨＣの酸化除去を優先実施するので、Ｈ
Ｃの浄化が緩慢になることを防止できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】車両に搭載された本発明に係る内燃機関の排気
浄化装置の概略構成図である。

【図２】ＨＣトラップの一つのセルの四半部を示す部分
拡大断面図である。

【図３】細孔径、即ち各種ゼオライトに応じたＨＣ脱離
開始温度特性（実線●印）及びＨＣ脱離終了温度特性
（実線○印）を比較して示した図である。

【図４】β型ゼオライトからなるＨＣ吸着材のＳｉ／Ａ
ｌ比とＨＣ吸着量との関係を新品の場合（実線）と耐久
品の場合（破線）とで比較して示した図である。

【図５】β型ゼオライトからなるＨＣ吸着材の吸着材担
持量とＨＣ吸着割合（吸着ＨＣ量／排出ＨＣ量）との関
係を示す図である。

【図６】低温活性型のＮＯx吸蔵材（アルカリ土類金
属、例えばバリウム主体）（実線）と高温活性型のＮＯ
x吸蔵材（アルカリ金属、例えばカリウム主体）（破
線）のそれぞれのＮＯx吸蔵性能を示す図である。

【図７】ＨＣトラップ制御の制御ルーチンを示すフロー
チャートである。

【図８】図７のＨＣトラップ制御を実施した場合の制御
結果を示すタイムチャートである。

【符号の説明】

１ エンジン １４ 排気通路 １６ 三元触媒 ２０ ＨＣトラップ ２１ コージライト担体 ２２ 触媒層 ２３ 下層 ２４ 上層 ２８ 温度センサ ４０ ＥＣＵ（電子コントロールユニット）

───────────────────────────────────────────────────── 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） Ｆ０１Ｎ 3/20 Ｆ０１Ｎ 3/24 Ｅ 3/24 Ｒ 3/28 ３０１Ｃ 3/28 ３０１ Ｆ０２Ｄ 41/06 ３０５ Ｆ０２Ｄ 41/06 ３０５ Ｂ０１Ｄ 53/36 Ｃ (72)発明者 小野寺 孝之 東京都港区芝五丁目33番８号 三菱自動車 工業株式会社内 Ｆターム(参考） 3G091 AA02 AA12 AA17 AA24 AA28 AB03 AB06 AB10 BA03 BA14 BA15 BA19 BA39 CA26 CB02 CB03 DA01 DA02 DA08 DB10 DC01 EA07 EA16 EA17 EA18 EA19 EA30 EA34 FA02 FA04 FA12 FA13 FB02 FB10 FB11 FB12 FC02 FC04 FC07 GA06 GA16 GB01X GB02Y GB03Y GB04Y GB05W GB06W GB07W GB09X GB09Y GB10X GB17X HA03 HA18 HA19 HA36 HA39 3G301 HA01 HA06 HA15 JA25 JA26 KA02 KA05 KA07 KA08 LA02 LB04 MA01 MA11 MA18 NA08 ND01 NE01 NE06 NE13 NE14 NE15 PA11B PA11Z PD02B PD02Z PD12B PD12Z PE01B PE01Z PE08B PE08Z PF16B PF16Z 4D048 AA06 AA13 AA18 AB01 AB02 BA11X BA14Y BA15Y BA30Y BA31Y BA33Y BB02 CC32 CC46 CC48 4G069 AA03 AA11 BA07B BA13B BC03B BC13B BC71B BC72B BC75B CA03 CA09 DA06 EA19 EE06 EE09 ZA19B

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 排気通路に、ＨＣ吸着機能を有するＨＣ
   吸着材を含む第１触媒層と、該第１触媒層の表面に形成
   され且つ白金、ロジウム及びパラジウムからなる群より
   選択される少なくとも一つの貴金属とＮＯx吸蔵機能を
   有するＮＯx吸蔵材とを含む第２触媒層とを備えたＨＣ
   トラップを設けたことを特徴とする内燃機関の排気浄化
   装置。
2. 【請求項２】 前記ＨＣ吸着材はβ型ゼオライトである
   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。
3. 【請求項３】 前記ＮＯx吸蔵材は、低温活性型のＮＯx
   吸蔵材であ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。
4. 【請求項４】 前記ＮＯx吸蔵材は、高温活性型のＮＯx
   吸蔵材をも含むことを特徴とする、請求項３記載の内燃
   機関の排気浄化装置。
5. 【請求項５】 さらに、前記ＨＣトラップの周辺の酸素
   濃度を制御する制御手段を備え、 前記制御手段は、前記第１触媒層のＨＣ吸着材に吸着さ
   れたＨＣが脱離するとき、前記ＨＣトラップの周辺の酸
   素濃度が大きくなるよう制御し、前記第２触媒層のＮＯ
   x吸蔵材に吸蔵されたＮＯxをパージする条件が成立した
   とき、前記ＨＣトラップの周辺の酸素濃度が小さくなる
   よう制御することを特徴とする、請求項１乃至４のいず
   れか記載の内燃機関の排気浄化装置。
6. 【請求項６】 さらに、前記ＨＣトラップの温度相関値
   を検出する温度相関値検出手段を備え、 前記制御手段は、前記温度相関値検出手段により検出さ
   れる温度相関値が前記第１触媒層のＨＣ吸着材からＨＣ
   が脱離する所定脱離温度相関値に達したとき、前記ＨＣ
   トラップの周辺の酸素濃度が大きくなるよう制御するこ
   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。
7. 【請求項７】 前記制御手段は、内燃機関の燃焼空燃比
   をリーン空燃比側に設定することで前記ＨＣトラップの
   周辺の酸素濃度が大きくなるよう制御するものであり、 前記ＮＯx吸蔵材は、前記制御手段により前記ＨＣ吸着
   材に吸着されたＨＣが脱離して前記内燃機関の燃焼空燃
   比がリーン空燃比側に設定されたことに伴い発生するＮ
   Ｏxを吸蔵可能に形成されていることを特徴とする、請
   求項５または６記載の内燃機関の排気浄化装置。
8. 【請求項８】 さらに、前記第１触媒層からのＨＣの脱
   離終了時期相関値を検出する脱離終了時期相関値検出手
   段を備え、 前記制御手段は、前記脱離終了時期相関値検出手段によ
   り前記第１触媒層のＨＣ吸着材からのＨＣの脱離終了時
   期相関値が検出された後に前記第２触媒層のＮＯx吸蔵
   材に吸蔵されたＮＯxをパージすべく前記ＨＣトラップ
   の周辺の酸素濃度が小さくなるよう制御することを特徴
   とする、請求項５乃至７のいずれか記載の内燃機関の排
   気浄化装置。
9. 【請求項９】 前記制御手段は、前記脱離終了時期相関
   値検出手段により前記第１触媒層のＨＣ吸着材からのＨ
   Ｃの脱離終了時期相関値が検出される前に前記第２触媒
   層のＮＯx吸蔵材に吸蔵されたＮＯxをパージする条件が
   成立したときには、前記脱離終了時期相関値が検出され
   るまで前記ＮＯxのパージを禁止すべく前記ＨＣトラッ
   プの周辺の酸素濃度を大きいままに保持することを特徴
   とする、請求項８記載の内燃機関の排気浄化装置。