JP2003278536A

JP2003278536A - 内燃機関の排気浄化装置

Info

Publication number: JP2003278536A
Application number: JP2002076524A
Authority: JP
Inventors: Masaaki Kobayashi; 正明小林; Soichi Matsushita; 宗一松下; Hisashi Oki; 久大木; Kotaro Hayashi; 孝太郎林
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2002-03-19
Filing date: 2002-03-19
Publication date: 2003-10-02
Anticipated expiration: 2022-03-19
Also published as: JP4134581B2

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明は、ＮＯx吸蔵剤が担持されたパティ
キュレートフィルタを備えた内燃機関の排気浄化装置に
おいて、パティキュレートフィルタの浄化能力の低下を
防止することができる技術を提供することを課題とす
る。【解決手段】本発明は、ＮＯx吸蔵剤が担持されたパ
ティキュレートフィルタを備えた内燃機関の排気浄化装
置において、チタニア又はシリカからなる担持層２１１
に酸化触媒２１２が担持された前置触媒をパティキレー
トフィルタの上流に配置し、前置触媒のＳＯx被毒を防
止しつつパティキュレートフィルタの詰まりを防止する
ことを特徴としている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関の排気浄
化技術に関し、特に内燃機関の排気系に配置された触媒
の構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、車両などに搭載される内燃機関に
対して排気エミッションの向上が要求されている。特
に、軽油を燃料とするディーゼル機関では、排気中に含
まれる窒素酸化物（ＮＯ_x）に加え、煤やＳＯＦ（Solub
le Organic Fraction）などの微粒子（ＰＭ：Particula
te Matter）を浄化する技術が要求されている。

【０００３】このような要求に対し、従来では、例え
ば、特開平６−１５９０３７号公報に記載された内燃機
関の排気浄化装置のように、排気の酸素濃度が高い時に
は排気中の窒素酸化物（ＮＯ_x）を吸蔵し、排気の酸素
濃度が低下し且つ還元剤が存在する時には吸蔵していた
窒素酸化物（ＮＯ_x）を放出しつつ還元浄化するＮＯ_x吸
蔵剤が担持されたパティキュレートフィルタを内燃機関
の排気通路に配置する技術が提案されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、前述した従
来の内燃機関の排気浄化装置では、排気中に含まれるＳ
ＯＦがパティキュレートフィルタの上流側端面に捕集さ
れると、前記上流側端面において排気中の煤などがＳＯ
Ｆを介して吸着及び集積されるため、パティキュレート
フィルタの上流側端面に詰まりが発生し易くなる。

【０００５】これに対し、ＮＯ_x吸蔵剤が担持されたパ
ティキュレートフィルタより上流の排気通路にＳＯＦを
浄化可能な触媒（以下、前置触媒と称する）を配置する
ことにより、パティキュレートフィルタの上流側端面に
おける詰まりの発生を抑制する方法が考えられる。

【０００６】しかしながら、上記した方法では、前置触
媒が硫黄酸化物（ＳＯ_x）によって被毒される場合があ
り、そのような場合に前置触媒の被毒解消処理が行われ
ると、前置触媒から放出された硫黄酸化物（ＳＯ_x）に
よってパティキュレートフィルタが不用意に被毒されて
しまう可能性がある。

【０００７】本発明は、上記したような種々の実情に鑑
みてなされたものであり、ＮＯ_x吸蔵剤が担持されたパ
ティキュレートフィルタを備えた内燃機関の排気浄化装
置において、パティキュレートフィルタの浄化能力の低
下を防止することができる技術を提供することを目的と
する。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記したよう
な課題を解決するために以下のような手段を採用した。
すなわち、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置は、内
燃機関の排気通路に設けられ、チタニア又はシリカから
なる担持層に酸化触媒が担持された前置触媒と、前記前
置触媒より下流の排気通路に設けられ、ＮＯ_x吸蔵剤が
担持されたパティキュレートフィルタと、を備えたこと
を特徴としている。

【０００９】この発明は、ＮＯ_x吸蔵剤が担持されたパ
ティキュレートフィルタの上流に酸化機能を有する前置
触媒を配置するとともに、前置触媒の担持層を硫黄酸化
物（ＳＯ_x）が吸蔵され難いチタニア（ＴｉＯ₂）又はシ
リカ（ＳｉＯ₂）で構成したことを最大の特徴としてい
る。

【００１０】かかる内燃機関の排気浄化装置では、前置
触媒において排気中に含まれるＳＯＦが酸化及び浄化さ
れるため、パティキュレートフィルタの上流側端面にＳ
ＯＦが付着することがなくなる。その結果、パティキュ
レートフィルタの上流側端面において、排気中に含まれ
る煤などの微粒子（ＰＭ：Particulate Matter）が集積
することがない。

【００１１】更に、前置触媒の担持層は、硫黄酸化物
（ＳＯ_x）が吸蔵され難いチタニア（ＴｉＯ₂）又はシリ
カ（ＳｉＯ₂）で構成されているため、前置触媒が排気
中の硫黄酸化物（ＳＯ_x）によって被毒（ＳＯ_x被毒）さ
れることがなくなる。その結果、前置触媒の被毒解消処
理を行う必要がなくなり、前置触媒の被毒解消処理に起
因したパティキュレートフィルタのＳＯ_x被毒が防止さ
れる。

【００１２】本発明に係る内燃機関の排気浄化装置は、
前置触媒より上流の排気通路内へ還元剤を供給する還元
剤供給手段を更に備えるようにしてもよい。

【００１３】この場合、還元剤供給手段は、例えば、パ
ティキュレートフィルタの被毒を回復させる時に、前置
触媒より上流の排気通路内へ還元剤を供給する。ここで
いうパティキュレートフィルタの被毒としては、硫黄酸
化物（ＳＯ_x）による被毒や微粒子（ＰＭ：Particulate
Matter）による被毒等を例示することができる。

【００１４】還元剤供給手段から排気通路内へ供給され
た還元剤は、排気通路の上流から流れてきた排気ととも
に前置触媒へ流入し、続いてパティキュレートフィルタ
へ流入することになる。

【００１５】還元剤が前置触媒へ流入すると、前置触媒
の熱が還元剤に奪われるため、前置触媒の温度上昇が防
止される。ここで、前置触媒の担持層を構成するチタニ
ア（ＴｉＯ₂）やシリカ（ＳｉＯ₂）は、高温に曝される
と粒成長して酸化触媒のシンタリングを誘発する可能性
があるが、上記したような還元剤の供給により前置触媒
の温度上昇が防止されると、それに応じて酸化触媒のシ
ンタリングが防止されることになる。

【００１６】また、前置触媒に流入した還元剤の一部は
該前置触媒内で反応して気化及び熱分解するため、還元
剤と排気とが均質に混合し易くなる。この結果、前置触
媒から流出する排気、言い換えれば、パティキュレート
フィルタへ流入するガスは、還元剤と排気とが均質に混
合されたガスとなるため、還元剤がパティキュレートフ
ィルタの広い範囲へ均等に行き渡るようになり、以て微
粒子捕集能力の再生、或いはＳＯ_x被毒の解消を好適に
行えるようになる。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る内燃機関の排
気浄化装置の具体的な実施の形態について図面に基づい
て説明する。

【００１８】図１は、本発明を適用する内燃機関とその
吸排気系の概略構成を示す図である。図１に示す内燃機
関１は、軽油を燃料とする水冷式の４ストローク・サイ
クル・ディーゼル機関である。

【００１９】内燃機関１は、１番（＃１）気筒２から４
番（＃４）気筒２までの４つの気筒を具備している。前
記した４つの気筒２の各々には、各気筒２の燃焼室に直
接燃料を噴射する燃料噴射弁３が設けられている。各燃
料噴射弁３は、燃料を所定圧まで蓄圧する蓄圧室（コモ
ンレール）４と接続されている。コモンレール４には、
該コモンレール４内の燃料の圧力に対応した電気信号を
出力するコモンレール圧センサ４ａが取り付けられてい
る。

【００２０】前記コモンレール４は、燃料供給管５を介
して燃料ポンプ６と連通している。燃料ポンプ６は、内
燃機関１の出力軸（クランクシャフト）の回転トルクを
駆動源として作動するポンプであり、該燃料ポンプ６の
入力軸に取り付けられたポンププーリ６ａが内燃機関１
の出力軸（クランクシャフト）に取り付けられたクラン
クプーリ１ａとベルト７を介して連結されている。

【００２１】このように構成された燃料噴射系では、ク
ランクシャフトの回転トルクが燃料ポンプ６の入力軸へ
伝達されると、燃料ポンプ６は、クランクシャフトから
該燃料ポンプ６の入力軸へ伝達されたトルクを駆動源と
して作動し、図示しない燃料タンクから供給される燃料
を所定の圧力で吐出する。

【００２２】前記燃料ポンプ６から吐出された燃料は、
燃料供給管５を介してコモンレール４へ供給され、コモ
ンレール４にて所定圧まで蓄圧されて各気筒２の燃料噴
射弁３へ分配される。そして、燃料噴射弁３に駆動電流
が印加されると、燃料噴射弁３が開弁し、その結果、燃
料噴射弁３から各気筒２の燃焼室へ燃料が噴射される。

【００２３】次に、内燃機関１には、吸気枝管８が接続
されており、吸気枝管８の各枝管は、各気筒２の燃焼室
と図示しない吸気ポートを介して連通している。

【００２４】前記吸気枝管８は、吸気管９に接続され、
この吸気管９は、エアクリーナボックス１０に接続され
ている。前記エアクリーナボックス１０より下流の吸気
管９には、該吸気管９内を流れる吸気の質量に対応した
電気信号を出力するエアフローメータ１１と、該吸気管
９内を流れる吸気の温度に対応した電気信号を出力する
吸気温度センサ１２とが取り付けられている。

【００２５】前記吸気管９における吸気枝管８の直上流
に位置する部位には、該吸気管９内を流れる吸気の流量
を調節する吸気絞り弁１３が設けられている。吸気絞り
弁１３には、ステッパモータ等で構成されて該吸気絞り
弁１３を開閉駆動する吸気絞り用アクチュエータ１４が
取り付けられている。

【００２６】前記エアフローメータ１１と前記吸気絞り
弁１３との間に位置する吸気管９には、排気の熱エネル
ギを駆動源として作動する遠心過給機（ターボチャージ
ャ）１５のコンプレッサハウジング１５ａが設けられ、
コンプレッサハウジング１５ａより下流の吸気管９に
は、前記コンプレッサハウジング１５ａ内で圧縮されて
高温となった吸気を冷却するためのインタークーラ１６
が設けられている。

【００２７】このように構成された吸気系では、エアク
リーナボックス１０に流入した吸気は、該エアクリーナ
ボックス１０内の図示しないエアフィルタによって吸気
中の塵や埃等が除去された後、吸気管９を介してコンプ
レッサハウジング１５ａに流入する。

【００２８】コンプレッサハウジング１５ａに流入した
吸気は、該コンプレッサハウジング１５ａに内装された
コンプレッサホイールの回転によって圧縮される。前記
コンプレッサハウジング１５ａ内で圧縮されて高温とな
った吸気は、インタークーラ１６にて冷却された後、必
要に応じて吸気絞り弁１３によって流量を調節されて吸
気枝管８に流入する。吸気枝管８に流入した吸気は、各
枝管を介して各気筒２の燃焼室へ分配され、各気筒２の
燃料噴射弁３から噴射された燃料を着火源として燃焼さ
れる。

【００２９】一方、内燃機関１には、排気枝管１８が接
続され、排気枝管１８の各枝管が図示しない排気ポート
を介して各気筒２の燃焼室と連通している。

【００３０】前記排気枝管１８は、前記遠心過給機１５
のタービンハウジング１５ｂと接続されている。前記タ
ービンハウジング１５ｂは排気管１９と接続され、この
排気管１９は下流にて図示しないマフラーに接続されて
いる。

【００３１】前記排気管１９の途中には、排気中の有害
ガス成分を浄化するための排気浄化機構２０が配置さ
れ、この排気浄化機構２０より上流の排気管１９には前
置触媒２１が配置されている。

【００３２】前記排気浄化機構２０は、排気中に含まれ
る煤やＳＯＦ（Soluble Organic Fraction）などの微粒
子（ＰＭ：Particulate Matter）を捕集するパティキュ
レートフィルタと、前記パティキュレートフィルタを収
容するためのケーシングとで構成されている。尚、以下
では、排気浄化機構２０をパティキュレートフィルタ２
０と称するものとする。

【００３３】前記したパティキュレートフィルタ２０
は、例えば、基端が開放され且つ終端が閉塞された第１
排気流路と、基端が閉塞され且つ終端が開放された第２
排気流路とが隔壁を介して交互に且つハニカム状に配置
された、多孔質の基材からなるウォールフロー型のフィ
ルタである。

【００３４】前記した多孔質の基材としては、コージェ
ライト等を例示することができる。この基材の隔壁の表
面及び隔壁の細孔の内壁面には、アルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）
やジルコニア（ＺｒＯ₂）等のコート材からなる担体層
が形成され、前記担体層には、ＮＯ_x吸蔵剤と酸化触媒
が担持されている。

【００３５】前記したＮＯ_x吸蔵剤としては、カリウム
（Ｋ）、ナトリウム（Ｎａ）、リチウム（Ｌｉ）、若し
くはセシウム（Ｃｓ）のようなアルカリ金属と、バリウ
ム（Ｂａ）、カルシウム（Ｃａ）、若しくはストロンチ
ウム（Ｓｒ）のようなアルカリ土類金属と、ランタン
（Ｌａ）やイットリウム（Ｙ）のような希土類との中か
ら選択された少なくとも一つを例示することができる。
前記した酸化触媒としては、白金（Ｐｔ）などの貴金属
を例示することができる。

【００３６】このように構成されたパティキュレートフ
ィルタ２０は、以下のようなメカニズムによって排気を
浄化することになる。

【００３７】先ず、パティキュレートフィルタ２０へ流
入する排気の酸素濃度が高い時には、排気中に含まれる
窒素酸化物（ＮＯ_x）がＮＯ_x吸蔵剤によって吸蔵、吸
収、若しくは吸着される（以下、単に「吸蔵」と称す
る）。

【００３８】続いて、パティキュレートフィルタ２０へ
流入する排気の酸素濃度が低下すると、ＮＯ_x吸蔵剤は
吸蔵していた窒素酸化物（ＮＯ_x）を放出することにな
る。その際、炭化水素（ＨＣ）や一酸化炭素（ＣＯ）な
どの還元成分が排気中に存在していれば、酸化触媒が還
元成分と窒素酸化物（ＮＯ_x）との酸化還元反応を促進
することになり、その結果、炭化水素（ＨＣ）や一酸化
炭素（ＣＯ）が水（Ｈ₂Ｏ）や二酸化炭素（ＣＯ₂）へ酸
化されるとともに、窒素酸化物（ＮＯ_x）が窒素（Ｎ₂）
に還元される。

【００３９】尚、ＮＯ_x吸蔵剤のＮＯ_x吸蔵能力には限り
があるため、ＮＯ_x吸蔵剤のＮＯ_x吸蔵能力が飽和する前
にＮＯ_x吸蔵剤のＮＯ_x吸蔵能力を再生させる必要があ
る。ＮＯ_x吸蔵剤のＮＯ_x吸蔵能力を再生させる方法とし
ては、燃料添加弁２５から排気中へ燃料（炭化水素（Ｈ
Ｃ））を添加させることにより、パティキュレートフィ
ルタ２０に流入する排気の酸素濃度を低下させるととも
に排気中に含まれる還元成分量を増加させ、以てＮＯ_x
吸蔵剤のＮＯ_x吸蔵能力を回復させる方法を例示するこ
とができる。

【００４０】一方、パティキュレートフィルタ２０自体
は、第１排気通路内の排気が隔壁の細孔を通じて第２排
気通路内へ移動する際に、排気中に含まれるＰＭを捕集
する。但し、パティキュレートフィルタ２０自体が捕集
可能なＰＭ量には限りがあるため、パティキュレートフ
ィルタ２０に捕集されたＰＭは適宜浄化する必要があ
る。

【００４１】ここで、パティキュレートフィルタ２０に
担持されたＮＯ_x吸蔵剤及び酸化触媒は前述したように
排気中の窒素酸化物（ＮＯ_x）を吸蔵及び還元すること
になるが、窒素酸化物（ＮＯ_x）が還元される際に発生
する反応熱によってＮＯ_x吸蔵剤が昇温されると、ＮＯ_x
吸蔵剤により活性酸素が生成されることになる。

【００４２】このようにして生成される活性酸素は、極
めて高い反応性を有するため、パティキュレートフィル
タ２０内に捕集されているＰＭと速やかに反応してＰＭ
を酸化及び浄化せしめることになる。

【００４３】前記前置触媒２１は、排気中に含まれるＳ
ＯＦ（Soluble Organic Fraction）や未燃燃料成分など
を酸化する酸化触媒と、この酸化触媒を収容するための
ケーシングとで構成されている。この前置触媒２１の具
体的な構成については後述する。

【００４４】このように構成された排気系では、内燃機
関１の各気筒２で燃焼された混合気（既燃ガス）が排気
ポートを介して排気枝管１８へ排出され、次いで排気枝
管１８から遠心過給機１５のタービンハウジング１５ｂ
へ流入する。タービンハウジング１５ｂに流入した排気
は、タービンハウジング１５ｂ内に回転自在に支持され
たタービンホイールを回転させる。その際、タービンホ
イールの回転トルクは、前述したコンプレッサハウジン
グ１５ａのコンプレッサホイールへ伝達されることにな
る。

【００４５】前記タービンハウジング１５ｂから排出さ
れた排気は、排気管１９を介して前置触媒２１へ流入
し、排気中のＳＯＦや未燃燃料成分などが酸化及び浄化
される。前置触媒２１においてＳＯＦや未燃燃料成分な
どを浄化された排気は、パティキュレートフィルタ２０
へ流入し、該排気中に含まれる煤や窒素酸化物（Ｎ
Ｏ_x）などが除去又は浄化される。排気浄化機構２０に
て煤や窒素酸化物（ＮＯ_x）を除去又は浄化された排気
は、排気管１９を通って大気中へ放出される。

【００４６】次に、内燃機関１の排気枝管１８と吸気枝
管８とは、排気枝管１８内を流れる排気の一部を吸気枝
管８へ再循環させる排気再循環通路（ＥＧＲ通路）２２
を介して連通されている。

【００４７】前記ＥＧＲ通路２２の途中には、電磁弁な
どで構成され、印加電力の大きさに応じて前記ＥＧＲ通
路２２内を流れる排気（以下、ＥＧＲガスと称する）の
流量を変更する流量調整弁（以下、ＥＧＲ弁と称する）
２３が設けられている。

【００４８】前記ＥＧＲ通路２２においてＥＧＲ弁２３
より上流の部位には、該ＥＧＲ通路２２内を流れるＥＧ
Ｒガスを冷却するＥＧＲクーラ２４が設けられている。

【００４９】このように構成された排気再循環機構で
は、ＥＧＲ弁２３が開弁されると、ＥＧＲ通路２２が導
通状態となり、排気枝管１８内を流れる排気の一部が前
記ＥＧＲ通路２２へ流入し、ＥＧＲクーラ２４を経て吸
気枝管８へ導かれる。

【００５０】その際、ＥＧＲクーラ２４では、ＥＧＲ通
路２２内を流れるＥＧＲガスと所定の冷媒との間で熱交
換が行われ、ＥＧＲガスが冷却されることになる。

【００５１】ＥＧＲ通路２２を介して排気枝管１８から
吸気枝管８へ還流されたＥＧＲガスは、吸気枝管８の上
流から流れてきた新気と混ざり合いつつ各気筒２の燃焼
室へ導かれ、燃料噴射弁３から噴射される燃料を着火源
として燃焼される。

【００５２】ここで、ＥＧＲガスには水（Ｈ₂Ｏ）や二
酸化炭素（ＣＯ₂）などの不活性ガス成分が含まれてい
るため、ＥＧＲガスが混合気中に含有されると、混合気
の燃焼温度が低められ、以て窒素酸化物（ＮＯ_x）の発
生量が抑制される。

【００５３】更に、ＥＧＲクーラ２４においてＥＧＲガ
スが冷却されると、ＥＧＲガス自体の温度が低下すると
ともにＥＧＲガスの体積が縮小されるため、ＥＧＲガス
が燃焼室内に供給されたときに該燃焼室内の雰囲気温度
が不要に上昇することがなくなるとともに、燃焼室内に
供給される新気の量（新気の体積）が不要に減少するこ
ともない。

【００５４】また、内燃機関１には、排気中に燃料を添
加するための燃料添加機構が設けられている。この燃料
添加機構は、駆動電力が印加された時に開弁して１番
（＃１）気筒２の排気ポート内から排気枝管１８内へ向
けて燃料を噴射する燃料添加弁２５と、燃料ポンプ６か
ら吐出された燃料の一部を前記燃料添加弁２５へ供給す
る燃料供給路２６とを備えている。

【００５５】このように構成された還元剤供給機構で
は、燃料ポンプ６から吐出された燃料の一部が燃料供給
路２６を介して燃料添加弁２５へ供給される。燃料添加
弁２５は、駆動電力が印加されたときに開弁し、排気枝
管１８内へ向けて燃料を噴射する。

【００５６】燃料添加弁２５から排気枝管１８内へ噴射
された燃料は、排気枝管１８の上流から流れてきた排気
とともにタービンハウジング１５ｂ及び排気管１９を経
て前置触媒２１へ流入し、次いで前置触媒２１からパテ
ィキュレートフィルタ２０へ流入することになる。

【００５７】その際、パティキュレートフィルタ２０の
ＮＯ_x吸蔵剤に窒素酸化物（ＮＯ_x）が吸蔵されていれ
ば、その窒素酸化物（ＮＯ_x）が前記したガス中の燃料
を還元剤として還元及び浄化される。

【００５８】また、パティキュレートフィルタ２０に
は、酸化触媒としての白金（Ｐｔ）が担持されているた
め、前記したガス中に含まれる酸素と燃料とが酸化触媒
によって酸化反応を発生し、パティキュレートフィルタ
２０内の温度が上昇する。このようにしてパティキュレ
ートフィルタ２０内の温度が高められると、ＮＯ_x吸蔵
剤による活性酸素の生成が促されるため、パティキュレ
ートフィルタ２０に捕集されていたＰＭを酸化及び浄化
することも可能となる。

【００５９】更に、パティキュレートフィルタ２０に担
持されたＮＯ_x吸蔵剤は、窒素酸化物（ＮＯ_x）と同様の
メカニズムによって排気中の硫黄酸化物（ＳＯ_x）を吸
蔵するため、上記したような燃料の添加によってパティ
キュレートフィルタ２０内の温度が高められるとともに
パティキュレートフィルタ２０内の酸素濃度がストイキ
雰囲気若しくはリッチ雰囲気になると、ＮＯ_x吸蔵剤に
吸収されていた硫黄酸化物（ＳＯ_x）がＳＯ_3-やＳＯ_4-
に熱分解され、次いでＳＯ_3-やＳＯ_4-が排気中の炭化水
素（ＨＣ）や一酸化炭素（ＣＯ）と反応して気体状のＳ
Ｏ_2-に還元されることとなる。

【００６０】以上述べたように構成された内燃機関１に
は、該内燃機関１を制御するための電子制御ユニット
（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）２７が併設され
ている。

【００６１】このＥＣＵ２７には、前述したコモンレー
ル圧センサ４ａ、エアフローメータ１１、吸気温度セン
サ１２、及び吸気管圧力センサ１７に加え、内燃機関１
に取り付けられたクランクポジションセンサ２８や水温
センサ２９、更に図しないアクセルペダルの操作量に対
応した電気信号を出力するアクセル開度センサ３０など
の各種センサが電気配線を介して接続され、これら各種
センサの出力信号がＥＣＵ２７に入力されるようになっ
ている。

【００６２】ＥＣＵ３５には、前記した各種センサに加
え、燃料噴射弁３、吸気絞り用アクチュエータ１４、Ｅ
ＧＲ弁２３、燃料添加弁２５等が電気配線を介して接続
され、ＥＣＵ３５が前記した各種センサの出力信号に応
じて燃料噴射弁３、吸気絞り用アクチュエータ１４、Ｅ
ＧＲ弁２３、或いは燃料添加弁２５を制御することが可
能となっている。

【００６３】次に、本実施の形態における前置触媒２１
の具体的な構成について述べる。

【００６４】前置触媒２１は、図２に示すように、複数
の排気流路がハニカム状に配置された担体基材２１０を
備えている。この担体基材２１０は、例えば、コージェ
ライト等のような多孔質の焼結金属で構成されている。

【００６５】前記した担体基材２１０の表面は、図３に
示すように、担持層２１１によって被覆されており、そ
の担持層２１１には白金（Ｐｔ）に代表される酸化触媒
２１２が担持されている。

【００６６】前記した担持層としてはアルミナ（Ａｌ₂
Ｏ₃）からなるコート層が一般的であるが、アルミナ
（Ａｌ₂Ｏ₃）は、高温域で白金（Ｐｔ）のシンタリング
を誘発し難いものの、排気中の硫黄酸化物（ＳＯ_x）を
吸蔵し易いという特性を有している。

【００６７】このため、担持層としてアルミナ（Ａｌ₂
Ｏ₃）からなるコート層が用いられた触媒は、排気中の
硫黄酸化物（ＳＯ_x）を不要に吸蔵してしまい、それに
よって触媒の浄化能力が低下する、所謂ＳＯ_x被毒を発
生し易くなる。

【００６８】触媒のＳＯ_x被毒が発生した場合には、触
媒の温度を５００℃〜７００℃まで高めるとともに、触
媒に流入する排気の酸素濃度をリッチ雰囲気な酸素濃度
（すなわち、リッチ空燃比で運転されている内燃機関か
ら排出される排気の酸素濃度）とするための処理（以
下、ＳＯ_x被毒解消処理と称する）を行う必要がある。

【００６９】ところで、前記したようなＳＯ_x被毒解消
処理が実行されると、触媒に吸蔵されていた硫黄酸化物
（ＳＯ_x）が排気中へ放出されるため、その硫黄酸化物
（ＳＯ_x）がパティキュレートフィルタ２０によって再
度吸蔵され、以てパティキュレートフィルタ２０のＳＯ
_x被毒が不要に促進されてしまうという問題がある。

【００７０】そこで、本実施の形態に係る内燃機関の排
気浄化装置では、前置触媒２１の担持層２１１として、
硫黄酸化物（ＳＯ_x）が吸蔵され難くいチタニア（Ｔｉ
Ｏ₂）若しくはシリカ（ＳｉＯ₂）からなるコート層を用
いるようにした。

【００７１】このように構成された前置触媒２１が前述
したパティキュレートフィルタ２０の上流に配置される
と、内燃機関１から排出された排気が先ず前置触媒２１
に流入するため、排気中のＳＯＦが前置触媒２１におい
て酸化及び浄化されることとなる。

【００７２】前置触媒２１において排気中のＳＯＦが酸
化及び浄化されると、パティキュレートフィルタ２０に
排気が流入した際に、パティキュレートフィルタ２０の
上流側端面にＳＯＦが付着することがなくなる。

【００７３】この結果、パティキュレートフィルタ２０
の上流側端面において、排気中の煤等の微粒子がＳＯＦ
によって吸着及び集積されることがなく、以てパティキ
ュレートフィルタ２０の上流側端面における詰まりの発
生が防止されることとなる。

【００７４】また、前置触媒２１の担持層２１１は、硫
黄酸化物（ＳＯ_x）を吸蔵し難いチタニア（ＴｉＯ₂）若
しくはシリカ（ＳｉＯ₂）からなるコート層で構成され
ているため、排気中の硫黄酸化物（ＳＯ_x）が前置触媒
２１に吸蔵され難くなり、前置触媒２１のＳＯ_x被毒が
防止される。

【００７５】このように前置触媒２１のＳＯ_x被毒が防
止されると、前置触媒２１に対してＳＯ_x被毒解消処理
を行う必要がなくなるため、前置触媒２１に対するＳＯ
_x被毒解消処理の実行に起因してパティキュレートフィ
ルタ２０のＳＯ_x被毒が促進されることがなくなる。

【００７６】但し、パティキュレートフィルタ２０のＮ
Ｏ_x吸蔵剤は、窒素酸化物（ＮＯ_x）と同様のメカニズム
によって硫黄酸化物（ＳＯ_x）を吸蔵するため、パティ
キュレートフィルタ２０が独自にＳＯ_x被毒する場合が
ある。

【００７７】このため、パティキュレートフィルタ２０
のＳＯ_x被毒が発生した場合には、パティキュレートフ
ィルタ２０に対してＳＯ_x被毒解消処理を行う必要があ
る。

【００７８】パティキュレートフィルタ２０に対するＳ
Ｏ_x被毒解消処理を実行する方法としては、燃料添加弁
２５から排気中へ燃料を添加する方法を例示することが
できる。燃料添加弁２５から排気中へ燃料が添加される
と、添加燃料の一部がパティキュレートフィルタ２０に
おいて酸化（燃焼）することによってパティキュレート
フィルタ２０内の温度が上昇するとともに、残りの添加
燃料が硫黄酸化物（ＳＯ_x）の還元剤として作用するこ
とになる。

【００７９】その際、前置触媒２１も酸化機能を有して
いるため、燃料添加弁２５から排気中へ添加された燃料
のうちの極少量が前置触媒２１において酸化（燃焼）さ
れるものの、その際に発生する熱が前記した添加燃料の
気化に消費されるため、前置触媒２１の過剰な温度上昇
が抑制されることになる。

【００８０】ここで、前置触媒２１の担持層２１１を形
成するチタニア（ＴｉＯ₂）やシリカ（ＳｉＯ₂）は、高
温に曝されると粒成長して酸化触媒２１２のシンタリン
グを誘発する可能性があるが、パティキュレートフィル
タ２０のＳＯ_x被毒解消処理が実行された場合であって
も、燃料添加弁２５から前置触媒２１上流の排気中へ燃
料を添加させることにより前置触媒２１の過剰な昇温が
防止されるため、酸化触媒２１２のシンタリングが防止
されることになる。

【００８１】また、前述したように前置触媒２１におい
て添加燃料が気化およびまたは熱分解されると、添加燃
料と排気とが均質に混合し易くなるため、前置触媒２１
から排出されるガス、言い換えれば、パティキュレート
フィルタ２０に流入するガスは、添加燃料と排気とが均
質に混合したガスとなる。

【００８２】この結果、パティキュレートフィルタ２０
の上流側端面に液状の燃料が付着及び集積することがな
くなるとともに、添加燃料がパティキュレートフィルタ
２０の広い範囲に均等に行き渡るようになる。

【００８３】従って、本実施の形態における内燃機関の
排気浄化装置では、チタニア（ＴｉＯ₂）又はシリカ
（ＳｉＯ₂）からなる担持層２１１を有する前置触媒２
１がパティキュレートフィルタ２０の上流に配置される
ことにより、パティキュレートフィルタ２０の過剰なＳ
Ｏ_x被毒を防止しつつパティキュレートフィルタ２０の
上流側端面における詰まりの発生を防止することができ
る。

【００８４】この結果、本実施の形態における内燃機関
の排気浄化装置によれば、パティキュレートフィルタ２
０の浄化能力を有効に活用することが可能となり、以て
内燃機関１のエミッションを向上させることが可能とな
る。

【００８５】尚、本実施の形態では、前置触媒の担持層
に酸化触媒のみが担持される構成を例に挙げたが、これ
に限られるものではなく、酸化触媒に加えてＮＯ_x吸蔵
剤などが担持された構成であってもよい。要は、前置触
媒２１の担持層が硫黄酸化物（ＳＯ_x）を吸蔵し難い特
性を有し、且つ、その担持層に担持される触媒が排気中
のＳＯＦを酸化及び浄化する特性を有している構成であ
ればよい。

【００８６】また、本実施の形態では、本発明に係る還
元剤として、内燃機関１の燃料である軽油を例に挙げた
が、排気中で炭化水素や一酸化炭素などの還元成分を発
生するものであればよく、例えば、炭化水素、水素、一
酸化炭素等の気体、プロパン、プロピレン、ブタン等の
液体、或いは、ガソリンや灯油などの液体燃料などを例
示することができる。但し、還元剤を貯蔵及び補給する
際の煩雑さを避ける上では、本実施の形態で例示したよ
うな軽油が好ましいと言える。

【００８７】また、本実施の形態では、内燃機関１の排
気管１９において前置触媒２１とパティキュレートフィ
ルタ２０とが別個のケーシングに収容される構成を例に
挙げて説明したが、前置触媒とパティキュレートフィル
タが同一のケーシング内に収容されるようにしてもよ
い。

【００８８】

【発明の効果】本発明に係る内燃機関の排気浄化装置で
は、ＮＯ_x吸蔵剤が担持されたパティキュレートフィル
タの上流に、酸化機能を有する前置触媒が配置されるた
め、パティキュレートフィルタの上流側端面にＳＯＦが
付着することがなくなる。

【００８９】これにより、パティキュレートフィルタの
上流側端面において排気中の煤などがＳＯＦを介して集
積することがなく、以てパティキュレートフィルタの上
流側端面における詰まりが抑制される。

【００９０】更に、本発明に係る内燃機関の排気浄化装
置では、前置触媒がチタニア（ＴｉＯ₂）やシリカ（Ｓ
ｉＯ₂）からなる担持層を有しているため、前置触媒の
ＳＯ_x被毒が防止されることになる。

【００９１】これにより、前置触媒に対してＳＯ_x被毒
解消処理を行う必要がなく、以て前置触媒のＳＯ_x被毒
解消処理に起因したパティキュレートフィルタのＳＯ_x
被毒が防止されることになる。

【００９２】従って、本発明に係る内燃機関の排気浄化
装置によれば、パティキュレートフィルタの浄化能力の
低下を防止することが可能となり、以て内燃機関の排気
エミッションを向上させることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用する内燃機関とその吸排気系の
概略構成を示す図

【図２】前置触媒の担体基材の構造を示す図

【図３】前置触媒の担体基材表面の拡大図

【符号の説明】

１・・・・内燃機関６・・・・燃料ポンプ１８・・・排気枝管１９・・・排気管２０・・・パティキュレートフィルタ２１・・・前置触媒２５・・・燃料添加弁２６・・・燃料供給路２１０・・担体基材２１１・・担持層２１２・・酸化触媒

───────────────────────────────────────────────────── 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 3/24 Ｆ０１Ｎ 3/24 Ｅ 3/36 3/36 ＡＦ０２Ｄ 45/00 ３１０Ｆ０２Ｄ 45/00 ３１０Ｚ (72)発明者大木久愛知県豊田市トヨタ町１番地トヨタ自動車株式会社内 (72)発明者林孝太郎愛知県豊田市トヨタ町１番地トヨタ自動車株式会社内Ｆターム(参考） 3G084 AA01 BA03 BA04 BA05 BA13 BA14 DA10 DA22 FA07 FA10 FA11 FA13 FA18 FA20 FA27 FA33 FA37 FA38 3G090 AA01 AA06 BA01 CB04 EA02 EA05 EA06 3G091 AA02 AA10 AA11 AA18 AA24 AA28 AB02 AB06 AB09 AB13 BA07 BA11 BA14 CA18 CB02 CB07 EA01 EA03 EA05 EA06 EA07 EA08 EA16 FC01 GA06 GB01X GB02Y GB03Y GB04Y GB05W GB06W GB10X HA10 HA15 HB05 HB06

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、チタニ
ア又はシリカからなる担持層に酸化触媒が担持された前
置触媒と、前記前置触媒より下流の排気通路に設けられ、ＮＯ_x吸
蔵剤が担持されたパティキュレートフィルタと、を備え
たことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】前記前置触媒より上流の排気通路内へ還
元剤を供給する還元剤供給手段を更に備えることを特徴
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】前記還元剤供給手段は、前記パティキュ
レートフィルタの被毒を回復させる際に、前記前置触媒
の温度上昇を抑制すべく還元剤供給を行うことを特徴と
する請求項２に記載の内燃機関の排気浄化装置。