JP2006138213A - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ＮＯ_X吸蔵還元触媒のＳ被毒の発生を防止する。
【解決手段】 内燃機関の排気通路５に、触媒コンバータ７を配置する。触媒コンバータ７はケーシング７１内に、排気空燃比がリーンの時に排気中のＳＯ_Xを吸蔵し排気空燃比がリッチ空燃比になったときに吸蔵したＳＯ_Xを放出するＳＯ_Xトラップ７３、排気空燃比がリッチ空燃比のときに排気中のＨＣ、ＣＯ等から水素を生成する水素生成触媒７５、排気空燃比がリーンのときに排気中のＮＯ_Xを吸蔵し排気空燃比がリッチ空燃比になったときに吸蔵したＮＯ_Xを還元浄化するＮＯ_X吸蔵還元触媒７７、を上流側からこの順に配置する。ＳＯ_XトラップとＮＯ_X吸蔵還元触媒との間に水素生成触媒を配置したことにより、Ｓ被毒回復処理時にＳＯ_Xトラップから放出されたＳＯ_XがＮＯ_X吸蔵還元触媒に吸蔵されることが防止されるとともに、ＮＯ_X吸蔵還元触媒からのＳＯ_Xの脱離が促進される。
【選択図】 図２

Description

本発明は、内燃機関の排気浄化装置に関する。

流入する排気の空燃比がリーン空燃比のときに排気中のＮＯ_X成分を吸蔵し、流入する排気の空燃比が理論空燃比またはリッチ空燃比になったときに排気中の還元成分を用いて吸蔵したＮＯ_Xを還元浄化するＮＯ_X吸蔵還元触媒を用いた内燃機関の排気浄化装置が知られている。

ところが、ＮＯ_X吸蔵還元触媒は排気中にＳＯ_X（硫黄酸化物）が存在すると、排気空燃比がリーン空燃比のときにＮＯ_Xと同様にＳＯ_Xを吸蔵してしまう。
しかも、ＳＯ_XはＮＯ_X吸蔵成分との親和力が強く、安定した化合物を生成するため、ＮＯ_X吸蔵還元触媒に一旦ＳＯ_Xが吸蔵されると、単に排気空燃比をリッチ空燃比にした程度ではＮＯ_X吸蔵還元触媒から脱離せず、触媒内にＳＯ_Xが徐々に蓄積されて行くようになる。

すなわち、通常のＮＯ_Xの吸蔵と還元浄化のための処理ではＮＯ_X吸蔵還元触媒に吸蔵されたＳＯ_Xは殆ど脱離することがないため、吸蔵したＳＯ_X量が増大するとＮＯ_X吸蔵還元触媒のＮＯ_X吸蔵能力（ＮＯ_X吸蔵還元触媒が吸蔵可能な最大ＮＯ_X量）は吸蔵したＳＯ_X量に相当する分だけ低下する。このため、ＮＯ_X吸蔵還元触媒に吸蔵されたＳＯ_X量が増大するとＮＯ_X吸蔵還元触媒は排気中のＮＯ_Xを十分に吸蔵することができなくなってしまい、ＮＯ_Xの浄化率が大幅に低下する、いわゆる硫黄被毒（Ｓ被毒）が生じる。

ＮＯ_X吸蔵還元触媒へのＳ被毒を防止するためには、吸蔵ＳＯ_X量が増大する前に吸蔵したＳＯ_XをＮＯ_X吸蔵還元触媒から脱離させＳＯ_Xの吸蔵量を低減する被毒回復処理を行う必要がある。
ところが、前述したように、ＮＯ_X吸蔵還元触媒に吸蔵されたＳＯ_XはＮＯ_Xに較べてはるかに安定化しているため、単にＮＯ_X吸蔵還元触媒に流入する排気の空燃比をリッチ空燃比にしたのみではほとんど触媒から脱離しない。

従って、通常、被毒回復処理としては排気の空燃比をリッチ空燃比にするとともに、ＮＯ_X吸蔵還元触媒を高温（例えば約９３０度Ｋ以上）に維持することが行われている。
上記のように、被毒回復処理では排気の空燃比をリッチ空燃比にするとともに、排気温度を上昇させる等によりＮＯ_X吸蔵還元触媒の温度を上昇させる必要があるため、機関に供給する燃料を増大する必要がある。更に、ＳＯ_XはＮＯ_X吸蔵還元触媒から脱離しにくいため、被毒回復処理には比較的長時間を要し、被毒回復処理により機関の燃費が悪化してしまう。また、長時間の被毒回復処理を行うと触媒が高温に曝される時間が増大するため触媒の熱劣化が生じやすくなる問題がある。

被毒回復処理による機関の燃費の悪化を防止するために、ＮＯ_X吸蔵還元触媒からのＳＯ_Xの脱離を促進する試みがなされている。
例えば、上記の被毒回復処理時にＮＯ_X吸蔵還元触媒に流入する排気中に水素を添加するとＮＯ_X吸蔵還元触媒からのＳＯ_Xの脱離速度が増大し、短時間で被毒回復処理を完了することができることが知られている。また、当然ながら通常のＮＯ_X吸蔵還元触媒の吸蔵したＮＯ_Xの還元浄化の際にも排気中に水素を添加するとＮＯ_Xの還元速度が大きくなり効率的にＮＯ_Xの還元浄化を行うことができる。

被毒回復処理時、或いはＮＯ_Xの還元浄化時に排気に水素を添加する手段としては、水素生成触媒を使用することができる。
後述するように、水素生成触媒は触媒に流入する排気空燃比がリッチ空燃比のときに排気中のＨＣ（炭化水素）、ＣＯ（一酸化炭素）等と水分とから水性ガスシフト反応等により水素を生成する触媒である。水素生成触媒をＮＯ_X吸蔵還元触媒の上流側の排気通路に配置することにより、ＮＯ_X還元処理時及び被毒回復処理時のリッチ空燃比の排気中に水素を生成し、ＮＯ_X吸蔵還元触媒に供給することができるためＮＯ_X吸蔵還元触媒のＮＯ_X浄化率を向上し、Ｓ被毒を軽減することができる。

ＮＯ_X吸蔵還元触媒の上流側の排気通路に水素生成触媒を配置し、ＮＯ_Xの還元或いはＳ被毒回復処理時にＮＯ_X吸蔵還元触媒に水素を供給するようにした排気浄化装置は、例えば特許文献１から特許文献４に記載されている。

特許文献１から４の排気浄化装置では、ＮＯ_X吸蔵還元触媒の上流側に配置した水素生成触媒により、被毒回復処理時に水素を発生させ短時間で効率的にＮＯ_X吸蔵還元触媒の吸蔵したＳＯ_Xを脱離させるようにしている。

一方、特許文献５は、ＮＯ_X吸蔵還元触媒の上流側にＳＯ_Xトラップを設けた排気浄化装置を開示している。
ＳＯ_Xトラップは、流入する排気の空燃比がリーンのときに排気中のＳＯ_Xを吸蔵し、流入する排気の空燃比がリッチ空燃比になったときに吸蔵したＳＯ_Xを放出するものである。

ＮＯ_X吸蔵還元触媒上流側にＳＯ_Xトラップを配置した場合には、ＮＯ_X吸蔵還元触媒がＳＯ_Xを吸蔵してしまうリーン空燃比の排気では排気中のＳＯ_Xは上流側のＳＯ_Xトラップに吸収されるため、ＮＯ_X吸蔵還元触媒に到達する排気中のＳＯ_X量は極めて少なくなる。このため、下流側のＮＯ_X吸蔵還元触媒ではＳＯ_Xの吸蔵量の増大速度が極めて小さくなり、Ｓ被毒回復処理を実行すべき頻度を低く抑えることが出来る。

また、排気空燃比がリッチ空燃比になるとＳＯ_Xトラップから硫黄が脱離するが、この場合空燃比がリッチ空燃比であるためＳＯ_Xトラップから脱離したＳＯ_XはＮＯ_X吸蔵還元触媒に吸蔵されることなくＮＯ_X吸蔵還元触媒を通過するようになる。このため、ＮＯ_X吸蔵還元触媒の上流側にＳＯ_Xトラップを配置することにより、Ｓ被毒回復処理実行頻度を低く抑え、機関燃料消費量の悪化を防止することが可能となる。

特開２００３−１３７２８号公報 特開２００４−６８６２３号公報 特開２００１−３００２６２号公報 特開２００３−１０６４６号公報 特許第３３７４７５９号 特開２００３−２７８５２９号公報

近年、ＮＯ_X吸蔵能力を増大させた高吸蔵タイプのＮＯ_X吸蔵還元触媒が使用されるようになっている。高吸蔵タイプのＮＯ_X吸蔵還元触媒は、ＮＯ_Xと親和力の高い吸収材を使用することにより、単位体積あたりに吸蔵可能なＮＯ_X量を従来に較べて大幅に増大したＮＯ_X吸蔵還元触媒である。
ところが、このような高吸蔵タイプのＮＯ_X吸蔵還元触媒を使用した場合には、上述した従来技術のように水素生成触媒やＳＯ_Xトラップを使用しても短時間で十分にＮＯ_X吸蔵還元触媒からＳＯ_Xを脱離させることができない問題が生じる。

高吸蔵タイプのＮＯ_X吸蔵還元触媒はＮＯ_Xの吸蔵能力が増大している分だけＳＯ_Xの吸蔵能力も増大しており、通常のＮＯ_X吸蔵還元触媒より更にＳＯ_Xが吸蔵されやすく、脱離し難くなっている。このため、被毒回復処理時に排気に水素を添加しても、触媒からのＳＯ_Xの脱離速度は十分に大きくならず、比較的短時間のＳ被毒回復処理ではＮＯ_X吸蔵還元触媒のＮＯ_X吸蔵能力が十分に回復するまでにＳＯ_Xを脱離させることができず、Ｓ被毒が発生する問題が生じるのである。

また、高吸蔵タイプのＮＯ_X吸蔵還元触媒の場合には、ＳＯ_Xトラップを使用した場合にも同様な問題が生じる。
すなわち、高吸蔵タイプのＮＯ_X吸蔵還元触媒は極めてＳＯ_Xを吸蔵しやすいため、Ｓ被毒回復処理時にＳＯ_Xトラップから比較的高濃度のＳＯ_Xが放出されると下流側に位置するＮＯ_X吸蔵還元触媒ではリッチ空燃比雰囲気であってもＳＯ_Xを吸蔵してしまうことが判明している。

このため、ＳＯ_Xトラップを使用した場合にも、高吸蔵タイプのＮＯ_X吸蔵還元触媒ではＳ被毒回復処理時に再吸蔵したＳＯ_Xを短時間でＮＯ_X吸蔵還元触媒から脱離させることはできず、Ｓ被毒が進行する問題が生じるのである。

本発明は、上記従来技術の問題に鑑み、高吸蔵タイプのＮＯ_X吸蔵還元触媒を使用した場合にもＳ被毒が生じることを防止可能な内燃機関の排気浄化装置を提供することを目的としている。

本発明によれば、機関排気通路に配置され、流入する排気空燃比がリーン空燃比のときに排気中のＮＯ_Xを吸収、吸着もしくはその両方により吸蔵し、流入する排気空燃比が理論空燃比またはリッチ空燃比のときに吸蔵したＮＯ_Xを排気中の還元成分を用いて還元浄化するＮＯ_X吸蔵還元触媒を排気通路に備えた内燃機関の排気浄化装置であって、更に、流入する排気空燃比がリーン空燃比のときに排気中のＳＯ_Xを吸蔵し、流入する排気空燃比が理論空燃比またはリッチ空燃比のときに吸蔵したＳＯ_Xを放出するＳＯ_Xトラップを前記ＮＯ_X吸蔵還元触媒上流側の排気通路に、流入する排気空燃比がリッチ空燃比のときに排気中の炭化水素または一酸化炭素と水分とから水素を生成する水素生成触媒を前記ＳＯ_Xトラップの下流側かつ前記ＮＯ_X吸蔵還元触媒の上流側に、それぞれ配置したことを特徴とする、内燃機関の排気浄化装置。

すなわち、本発明の排気浄化装置では、ＳＯ_Xトラップ、水素生成触媒及びＮＯ_X吸蔵還元触媒がこの順に排気通路の上流側から配置されている。
これにより、排気空燃比がリッチ空燃比になりＳＯ_XトラップからＳＯ_Xが放出されるときには、同時に水素生成触媒により生成された水素がＳＯ_XとともにＮＯ_X吸蔵還元触媒に供給されるようになる。

ＮＯ_X吸蔵還元触媒に供給された水素は、高吸蔵タイプのＮＯ_X吸蔵還元触媒においてもＳＯ_Xトラップから放出されたＳＯ_XがＮＯ_X吸蔵還元触媒に再吸蔵されることを防止するため、ＳＯ_Xトラップから放出されたＳＯ_Xは吸蔵されることなくＮＯ_X吸蔵還元触媒を通過するようになり、ＳＯ_Xトラップから放出されたＳＯ_XによりＮＯ_X吸蔵還元触媒にＳ被毒が進行することが防止される。

また、上流側にＳＯ_Xトラップを設けたことにより、排気空燃比がリーンのときには排気中のＳＯ_XのほとんどはＳＯ_Xトラップに吸蔵されるため、高吸蔵タイプのＮＯ_X吸蔵還元触媒を使用していてもＮＯ_X吸蔵還元触媒に吸蔵されるＳＯ_Xの量はわずかになる。
このため、ＮＯ_X吸蔵還元触媒に吸蔵されたＳＯ_Xを脱離させるためのＳ被毒回復処理の実行頻度はかなり低くなる。

しかも、本発明では、水素生成触媒をＳＯ_Xトラップの下流側に配置したことにより、水素生成触媒で生成した水素がＳＯ_Xトラップ上でＳＯ_Xの還元に消費されることなく直接ＮＯ_X吸蔵還元触媒に供給されるようになる。このため、Ｓ被毒回復処理実施時にも比較的多量の水素がＮＯ_X吸蔵還元触媒に供給され、ＮＯ_X吸蔵還元触媒へのＳＯ_Xの再吸蔵が防止されるだけでなくＮＯ_X吸蔵還元触媒からのＳＯ_Xの脱離が促進されるため、元々のＳＯ_X吸蔵量が少ないことと相俟って、ＳＯ_Xの脱離が完全に行われるようになる。

本発明によれば、高吸蔵タイプのＮＯ_X吸蔵還元触媒を用いた場合にもＳ被毒が生じることを効果的に防止することが可能となる効果を奏する。

以下、添付図面を用いて本発明の実施形態について説明する。
図１は、本発明を自動車用内燃機関に適用した実施形態の概略構成を示す図である。

図１において、１は内燃機関全体を示す。本実施形態では、機関１は、リッチ空燃比からリーン空燃比までの広い空燃比範囲での運転が可能であり、運転領域の大部分でリーン空燃比運転を行うリーンバーン機関とされている。
図１において２は機関の吸気通路、５は機関の排気通路を示す。本実施形態では、排気通路５には触媒コンバータ７が設けられている。
後述するように、本実施形態では触媒コンバータ７は、１つのケーシング内にＳＯ_Xトラップ、水素生成触媒、ＮＯ_X吸蔵還元触媒を収納した構成とされている。

図１に３０で示すのは、機関１の電子制御ユニット（ＥＣＵ）である。
ＥＣＵ３０は機関１の燃料噴射制御などの各種制御を行う他、本実施形態では機関１のリーン空燃比運転中に触媒コンバータ７内のＮＯ_X吸蔵還元触媒に吸蔵されたＮＯ_X量が所定値まで増大する毎に、燃料噴射弁１１からの燃料噴射量を増大して短時間機関１をリッチ空燃比で運転することによりＮＯ_X吸蔵還元触媒に吸蔵されたＮＯ_Xを還元浄化するリッチスパイク操作を行う。

更に、本実施形態ではＥＣＵ３０は、機関１のリーン空燃比運転中に触媒コンバータ内のＮＯ_X吸蔵還元触媒に吸蔵されたＳＯ_X量が所定値以上に増大する毎に、排気温度が上昇する条件下で機関１をリッチ空燃比で運転し、触媒コンバータ７に高温かつリッチ空燃比の排気を供給するＳ被毒回復処理を行う。
Ｓ被毒回復処理では、後述するようにＳＯ_XトラップからＳＯ_Xが放出されるとともに、水素生成触媒により生成された水素がＮＯ_X吸蔵還元触媒に供給され、ＮＯ_X吸蔵還元触媒に吸蔵されたＳＯ_Xが脱離、放出される。

図２は、触媒コンバータ７の詳細を示す図である。
図２に示すように、触媒コンバータ７は、それぞれ排気通路５に接続される排気入口７ａと排気出口７ｂとを有するケーシング７１内に、上流側から（排気入口７ａ側から）ＳＯ_Xトラップ７３、水素生成触媒７５、ＮＯ_X吸蔵還元触媒７７を直列に配置した構成とされている。

ＳＯ_Xトラップ７３は、流入する排気の空燃比がリーンの時に排気中のＳＯ_Xを吸蔵し、流入する排気の空燃比がリッチ空燃比になったときに吸蔵したＳＯ_Xを、例えばＳＯ₂の形で排気中に放出するものである。
ＳＯ_Xトラップ７３としては、例えば、アルミナの担体上にカリウムＫ、ナトリウムＮａ、リチウムＬｉ、セシウムＣｓ等のようなアルカリ金属、カルシウムＣａ等のようなアルカリ土類から選ばれた少なくとも一つと、白金Ｐｔ、パラジウムＰｄ、ロジウムＲｈ、イリジウムＩｒのような貴金属とを担持したものなどが使用される。

ＳＯ_Xトラップ７３は、ＳＯ_Xが排気空燃比がリッチ空燃比になったときに脱離しやすいように、ＳＯ_Xを硫酸イオンＳＯ₄ ^2-の形で、或いは硫酸塩を形成したとしても硫酸塩が安定しない状態でＳＯ_Xトラップ内に保持する。

例えば、担体上に白金ＰｔとカルシウムＣａとを担持させた場合を例に取ると、排気空燃比がリーンのときには、排気中のＳＯ_X（例えばＳＯ₂）が白金Ｐｔの表面で酸化されつつ硫酸イオンＳＯ₄ ^2-の形で酸化カルシウムＣａＯ内に吸収され拡散し、硫酸カルシウムＣａＳＯ₄を形成する。ところが、硫酸カルシウムは比較的安定性が低く、流入する排気の空燃比がリッチ空燃比になり排気中の酸素濃度が低下すると、一定温度以上では容易に分解し（ＣａＳＯ₄→Ｃａ²⁺＋ＳＯ₄ ^2-）、硫酸イオンＳＯ₄ ^2-がＳＯ_X（ＳＯ₂）の形でＳＯ_Xトラップから放出される。

このようなＳＯ_Xトラップ７３を触媒コンバータ７内でＮＯ_X吸蔵還元触媒７７の上流側に配置することにより、排気の空燃比がリーンのときには排気中のＳＯ_XがＳＯ_Xトラップ７３に吸蔵され、下流側のＮＯ_X吸蔵還元触媒７７にはほとんどＳＯ_X成分が到達しなくなる。

次に、水素生成触媒７５について説明する。
水素生成触媒７５は、流入する排気の空燃比がリッチ空燃比のときに、水性ガスシフト反応（ＣＯ＋Ｈ₂Ｏ→ＣＯ₂＋Ｈ₂）、或いは水蒸気改質（ＨＣ＋Ｈ₂Ｏ→ＣＯ₂＋Ｈ₂）により、排気中の炭化水素などから水素を生成する触媒である。
水素生成触媒７５としては、例えば酸性質担体またはゼオライト担体上に白金Ｐｔを担持させたものが使用される。

水素生成触媒７５をＮＯ_X吸蔵還元触媒７７の上流側に配置したことにより、ＮＯ_X吸蔵還元触媒７７の吸蔵したＮＯ_Xの還元浄化のためのリッチスパイク操作やＮＯ_X吸蔵還元触媒７７の吸蔵したＳＯ_Xを脱離させるためのＳ被毒回復処理時に排気空燃比がリッチ空燃比にされると、水素生成触媒７７により水素が生成され、ＮＯ_X吸蔵還元触媒７７に供給される。

また、ＮＯ_X吸蔵還元触媒７７は、流入する排気空燃比がリーンのときに排気中のＮＯ_Xを吸蔵し、流入する排気空燃比がリッチ空燃比になったときに吸蔵したＮＯ_Xを排気中のＨＣや還元成分により還元浄化するものである。

ＮＯ_X吸蔵還元触媒７７は、例えばアルミナを担体とし、この担体上に例えばカリウムＫ，ナトリウムＮa , リチウムＬi ，セシウムＣs のようなアルカリ金属、バリウムＢa ，カルシウムＣa のようなアルカリ土類、ランタンＬa ，イットリウムＹのような希土類から選ばれた少なくとも一つと、白金Ｐt 、ロジウムＲｈ等のような貴金属とを担持させたものであり、リーン空燃比雰囲気で排気中のＮＯ_Xを硝酸イオンまたは硝酸塩の形で吸収材（担持したＢａ等の酸化物）に吸蔵する。

近年の研究ではＮＯ_X吸収材として強塩基性のものを使用すると吸収材単位あたりのＮＯ_X吸蔵量を増大させることができることが判明しており、吸収材として上記のアルカリ金属のうちカリウムＫやナトリウムＮａ等の強塩基性の成分を担持させた高吸蔵タイプのＮＯ_X吸蔵還元触媒が実際に使用されるようになっている。

ところが、前述したように高吸蔵タイプのＮＯ_X吸蔵還元触媒は、排気中のＳＯ_Xとの親和力も極めて大きくなっており、通常のＮＯ_X吸蔵還元触媒よりも更にＳＯ_Xが吸蔵されやすく脱離し難くなっている。
このため、前述したように、高吸蔵タイプのＮＯ_X吸蔵還元触媒を使用した場合には、吸蔵したＳＯ_Xを脱離させることが困難であり、ＮＯ_X吸蔵還元触媒がＳ被毒を受けやすくなる問題が生じるのである。

本実施形態では、上記のようにＳＯ_Xトラップ７３をＮＯ_X吸蔵還元触媒７７の上流側に配置し、更に水素生成触媒７５をＳＯ_Xトラップ７３の下流側かつＮＯ_X吸蔵還元触媒７７の上流側に配置したことにより上記問題を解決している。

前述したように、ＳＯ_Xトラップ７３、或いは水素生成触媒７５をＮＯ_X吸蔵還元触媒７７上流側に配置することにより、それぞれ単独でもＮＯ_X吸蔵還元触媒７７のＳ被毒の防止にはある程度の効果を得ることができる。

例えば、ＳＯ_Xトラップ７３をＮＯ_X吸蔵還元触媒７７の上流側に配置することにより、機関のリーン空燃比運転中には、排気中のＳＯ_XがＳＯ_Xトラップ７３に吸蔵されるため、下流側のＮＯ_X吸蔵還元触媒７７に到達する排気中にはほとんどＳＯ_Xが含まれなくなる。

このため、ＮＯ_X吸蔵還元触媒７７のＳＯ_Xの吸蔵量の増大速度が極めて小さくなり、 Ｓ被毒回復処理の間隔を長くすることができる効果がある。

従って、ＳＯ_Xトラップ７３をＮＯ_X吸蔵還元触媒７７の上流側に配置することにより、ＮＯ_X吸蔵還元触媒７７のＳ被毒回復処理の間隔を長くすることができるため、機関の燃料消費量の増大を抑制することができる。また、これによりＳ被毒回復処理の実行頻度が減少するため、触媒が高温に曝される機会も減少し、触媒の熱劣化が抑制されるようになる。

ところが、実際には高吸蔵タイプのＮＯ_X吸蔵還元触媒をＮＯ_X吸蔵還元触媒７７として使用したような場合には、ＳＯ_Xを吸蔵しやすく脱離し難い特性を有するため、前述のように排気空燃比がリッチ空燃比の場合であってもＳＯ_Xトラップ７３から比較的高濃度のＳＯ_Xが放出されるとＳ被毒による劣化が生じやすくなる問題が生じるのである。

また、前述したように水素生成触媒７５をＮＯ_X吸蔵還元触媒７７の上流側に配置することにより、リッチスパイク操作時にＮＯ_Xの還元浄化を促進するとともに、Ｓ被毒回復処理時にＮＯ_X吸蔵還元触媒７７からのＳＯ_Xの脱離を促進することができる。

ところが、、この場合にもＮＯ_X吸蔵還元触媒７７として高吸蔵タイプのものを使用した場合には、Ｓ被毒回復処理時に水素をＮＯ_X吸蔵還元触媒７７に供給しても、ＳＯ_Xの吸蔵量が大きすぎるため、ＳＯ_Xが脱離しきれずに触媒内に残留してしまいＳ被毒を完全に回復することができない問題が生じる。

本実施形態では、ＳＯ_Xトラップと水素生成触媒との両方を使用し、ＳＯ_Xトラップの下流側に水素生成触媒を配置したことにより上記の問題を解決している。

本実施形態においてＳ被毒回復処理が開始されると、触媒コンバータ７には比較的高温かつリッチ空燃比の排気が流入する。
これにより、最上流側に配置されたＳＯ_Xトラップ７３からはＳＯ_Xが放出され、中段の水素生成触媒７５には比較的多量のＳＯ_Xを含んだリッチ空燃比の排気が流入する。

リッチ空燃比の排気が流入すると、水素生成触媒７５では排気中のＨＣ、ＣＯ等から水素Ｈ₂が生成されるようになり、最下流に位置するＮＯ_X吸蔵還元触媒７７には、リッチ空燃比かつ水素を比較的多量に含む排気が到達するようになる。

前述したように、水素は還元剤として強い還元力を有するためＮＯ_X吸蔵還元触媒７７内に硫酸塩の形で吸蔵されたＳＯ_Xの脱離を促進するとともに、排気中のＳＯ_XがＮＯ_X吸蔵還元触媒７７に再吸蔵されることを防止することができる。
このため、ＮＯ_X吸蔵還元触媒７７として高吸蔵タイプのものを使用した場合であっても、ＳＯ_Xトラップから脱離したＳＯ_XはＮＯ_X吸蔵還元触媒７７に吸蔵されることなく触媒７７を通過するようになる。

すなわち、本実施形態では水素生成触媒７５により生成した水素は、Ｓ被毒回復処理時にＮＯ_X吸蔵還元触媒にＳＯ_Xトラップから放出されたＳＯ_Xが再吸蔵されることを防止する作用と、ＮＯ_X吸蔵還元触媒７７からのＳＯ_Xの脱離を促進する作用との両方を有しているのである。

上記から判るように、本実施形態の構成上の特徴は単にＳＯ_Xトラップ７３と水素生成触媒７５とをＮＯ_X吸蔵還元触媒７７の上流側に配置しただけでなく、この３つの要素を、上流側からＳＯ_Xトラップ７３、水素生成触媒７５、ＮＯ_X吸蔵還元触媒７７の順に配置したことにある。

上述したように、ＳＯ_Xトラップ７３からはＳ被毒回復処理時に比較的多量のＳＯ_Xが放出される。ＮＯ_X吸蔵還元触媒７７にこの放出されたＳＯ_Xが吸蔵されることを防止するためには、ＳＯ_Xとともに排気中に比較的多量の水素が含まれるようにする必要がある。

ＳＯ_Xトラップ７３と水素生成触媒７５とはＮＯ_X吸蔵還元触媒７７の上流側に配置しなければならないのは当然であるが、ＳＯ_Xトラップ７３と水素生成触媒７５との位置関係を逆にしたのでは上記のように、ＳＯ_Xトラップから放出されたＳＯ_Xと水素生成触媒７５で生成された水素とを同時にＮＯ_X吸蔵還元触媒７７に到達させるようにすることはできない。

すなわち、水素生成触媒７５をＳＯ_Xトラップ７３の上流側に配置したとすると、Ｓ被毒回復処理時に水素生成触媒７５で生成した水素は、ＳＯ_Xトラップ７３からＳＯ_Xを放出（脱離）させるのに消費されてしまい、更に下流側のＮＯ_X吸蔵還元触媒７７にはほとんど到達しなくなってしまう。このため、水素生成触媒７５をＳＯ_Xトラップ７３の上流側に配置したのでは、Ｓ被毒回復処理時にＮＯ_X吸蔵還元触媒７７からのＳＯ_Xの脱離が促進されないだけでなく、ＳＯ_Xトラップ７３から放出されたＳＯ_XがＮＯ_X吸蔵還元触媒７７に再度吸蔵されてしまう。
従って、水素生成触媒７５は必ずＳＯ_Xトラップの下流側に配置する必要があるのである。

なお、図２の実施形態では触媒コンバータ７のケーシング７１内にＳＯ_Xトラップ７３、水素生成触媒７５、ＮＯ_X吸蔵還元触媒７７をこの順に配置、収納しているが、ＳＯ_Xトラップ７３、水素生成触媒７５、ＮＯ_X吸蔵還元触媒７７は同一のケーシング内に収納する必要はなく、上記の順に排気通路５上に直列に配置されていれば、個別のケーシング内に収納されていても良いことは言うまでもない。

本発明を自動車用内燃機関に適用した実施形態の概略構成を説明する図である。 ＳＯ_Xトラップ、水素生成触媒、ＮＯ_X吸蔵還元触媒の配置を示す図である。

符号の説明

１ 機関本体
５ 排気通路
７ 触媒コンバータ
３０ ＥＣＵ（電子制御ユニット）
７３ ＳＯ_Xトラップ
７５ 水素生成触媒
７７ ＮＯ_X吸蔵還元触媒

Claims (1)

1. 機関排気通路に配置され、流入する排気空燃比がリーン空燃比のときに排気中のＮＯ_Xを吸収、吸着もしくはその両方により吸蔵し、流入する排気空燃比が理論空燃比またはリッチ空燃比のときに吸蔵したＮＯ_Xを排気中の還元成分を用いて還元浄化するＮＯ_X吸蔵還元触媒を排気通路に備えた内燃機関の排気浄化装置であって、
   更に、流入する排気空燃比がリーン空燃比のときに排気中のＳＯ_Xを吸蔵し、流入する排気空燃比が理論空燃比またはリッチ空燃比のときに吸蔵したＳＯ_Xを放出するＳＯ_Xトラップを前記ＮＯ_X吸蔵還元触媒上流側の排気通路に、
   流入する排気空燃比がリッチ空燃比のときに排気中の炭化水素または一酸化炭素と水分とから水素を生成する水素生成触媒を前記ＳＯ_Xトラップの下流側かつ前記ＮＯ_X吸蔵還元触媒の上流側に、
   それぞれ配置したことを特徴とする、内燃機関の排気浄化装置。

Images