JP2014070520A - 排気ガス浄化システム及び排気ガス浄化方法 - Google Patents

排気ガス浄化システム及び排気ガス浄化方法 Download PDF

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Abstract

【課題】排気ガス中のＮＯｘの浄化のためにＮＯｘ吸蔵還元型触媒を用いる排気ガス浄化システムにおいて、ＮＯｘ吸蔵還元型触の触媒の組成及び配置を工夫することにより、幅広いＮＯｘ活性温度ウィンドウを持ちながらも、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の脱硫を容易とし、かつ、排気ガス中の炭化水素の部分酸化によりＮＯｘの還元効率を向上させることができる排気ガス浄化システム及び排気ガス浄化方法を提供する。
【解決手段】ＮＯｘ吸蔵還元型触媒を備えた排気ガス浄化システムにおいて、上流側にアルカリ金属からなるＮＯｘ吸蔵材を担持した高温用ＮＯｘ吸蔵還元型触媒２２を、下流側にアルカリ土類金属からなるＮＯｘ吸蔵材を担持した低温用ＮＯｘ吸蔵還元型触媒２３を直列に配置すると共に、前記高温用ＮＯｘ吸蔵還元型触媒２２の上流側に酸化触媒２１を配置する。
【選択図】図１

Description

本発明は、リーンＮＯｘトラップ触媒のひとつであるＮＯｘ吸蔵還元型触媒の脱硫と排気ガス中のＮＯｘ還元を効果的に行うことができる排気ガス浄化システム及び排気ガス浄化方法に関する。
ディーゼルエンジンや一部のガソリンエンジン等の内燃機関や様々な燃焼装置の排気ガスからＮＯｘ（窒素酸化物）を還元除去するためのＮＯｘ触媒について種々の研究や提案がなされてきている。これらのＮＯｘ減少触媒（ｄｅＮＯｘ触媒）には、リーンＮＯｘトラップ触媒（ＬＮＴ触媒）と選択還元型触媒（ＳＣＲ触媒）等があり、このリーンＮＯｘトラップ触媒のひとつにＮＯｘ吸蔵還元型触媒がある。
このＮＯｘ吸蔵還元型触媒は、ＮＯｘを吸蔵するＮＯｘ吸蔵材と、触媒金属を担持した触媒であり、その基本的な構造は、アルミナ等の触媒担体上に、ＮＯｘを吸蔵・放出する機能を有するＮＯｘ吸蔵材（ＮＯｘ吸蔵物質）と酸化・還元反応を促進する触媒金属を担持して形成されている。このＮＯｘ吸蔵材としては、バリウム（Ｂａ）等のアルカリ土類金属やカリウム（Ｋ）等のアルカリ金属等があり、また、触媒金属としては、白金（Ｐｔ），ロジウム（Ｒｈ），パラジウム（Ｐｄ）等の貴金属類がある。
このＮＯｘ吸蔵還元型触媒は、流入する排気ガスの空燃比がリーン（酸素過多）状態であって雰囲気中に酸素（Ｏ2）が存在する場合には、排気ガス中の一酸化窒素（ＮＯ）が金属触媒上で酸化されて二酸化窒素（ＮＯ2）となり、この二酸化窒素はＮＯｘ吸蔵材と結合して硝酸塩（Ｂａ2ＮＯ4）等になり吸蔵される。
また、このＮＯｘ吸蔵還元型触媒に流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比やリッチ（低酸素濃度）状態になって、雰囲気中の酸素濃度が低下すると、バリウム等のＮＯｘ吸蔵材は一酸化炭素（ＣＯ）と結合して、硝酸塩から二酸化窒素を分解放出する。この放出された二酸化窒素は触媒金属の三元機能により排気ガス中に含まれている未燃炭化水素（ＨＣ）や一酸化炭素等で還元されて窒素（Ｎ2）となり、排気ガス中の諸成分は、二酸化炭素（ＣＯ2），水（Ｈ2Ｏ），窒素等の無害な物質として大気中に放出される。
このＮＯｘ吸蔵還元型触媒を備えた排気ガス浄化システムでは、ＮＯｘ吸蔵能力が飽和に近くなると、ＮＯｘ吸蔵能力回復用のリッチ制御（ＮＯｘ再生操作）を行っている。このリッチ制御では、排気ガスの空燃比をリッチにして流入する排気ガスの酸素濃度を低下させることにより、吸蔵したＮＯｘを放出させて、この放出されたＮＯｘを触媒金属により還元している。
しかしながら、このＮＯｘ吸蔵還元型触媒においては、ＮＯｘ吸蔵材の特性により、低温活性が高い低温用ＮＯｘ吸蔵還元型触媒と、高温活性が高い高温用ＮＯｘ吸蔵還元型触媒に分かれる。
この低温用ＮＯｘ吸蔵還元型触媒は、触媒金属の活性を阻害しないバリウム等のアルカリ土類金属を主体にしたＮＯｘ吸蔵材を使用しているため、触媒金属の活性が阻害されないので、低温時のＮＯｘ還元性能に優れているが、このアルカリ土類金属を用いた場合には、高温時にＮＯｘ吸蔵能力が低下するという問題がある。
一方、高温用ＮＯｘ吸蔵還元型触媒は、吸蔵材にバリウム等のアルカリ土類金属とは逆の特性を持つカリウム等のアルカリ金属を使用しており、このアルカリ金属は、高温時のＮＯｘ吸蔵能力は高いが、低温時に貴金属（酸化触媒）の活性を阻害するため、低温域のＮＯｘ還元性能が低下するという問題がある。
また、このＮＯｘ吸蔵還元型触媒においては、熱劣化（主に、シンタリング）によるＮＯｘ浄化率の低下という問題もあり、低温用ＮＯｘ吸蔵還元型触媒においては、熱劣化による低温域（２００℃付近）におけるＮＯｘ浄化率の低下は非常に少ないが、高温域（５００℃付近）においてはＮＯｘ浄化率は徐々に低下している。この理由は、低温域ではＮＯｘ吸着性能を有効に利用しているので、貴金属劣化による「ＮＯ→ＮＯ2」の活性の低下に伴う吸蔵効率の低下の影響を受け難いためと考えられる。 また、高温用ＮＯｘ吸蔵還元型触媒においては、反対に、熱劣化による高温域（５００℃付近）のＮＯｘ浄化率の低下は非常に少ないが、低温域（２００℃付近）のＮＯｘ浄化率は急激に低下している。
これらの熱劣化の特性を考慮しながら、システム全体として、低温域から高温域まで熱劣化の影響が少ない状態でＮＯｘの浄化を効果的に行うことができる排気ガス浄化システムとする必要がある。
これらのことを考慮して、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の温度ウィンドウを広げる試みとして、上流側の高温用ＮＯｘ吸蔵還元型触媒と下流側の低温用ＮＯｘ吸蔵還元型触媒を排気通路に配置した排気ガス浄化システムや排ガス浄化装置が提案されたり、リーン雰囲気でのＮＯｘ活性温度範囲の異なる複数の触媒を直列に近接配置し、ＮＯｘ活性温度範囲の高いものほど、触媒容量の配分を大きく設定し、また、上流側に配置する内燃機関の排気浄化用触媒装置が提案されたりしている（例えば、特許文献１〜３参照）。
更に、幅広いＮＯｘ活性温度ウィンドウを持つＮＯｘ浄化システムを提供する目的で、上流側にアルカリ金属からなるＮＯｘ吸蔵材を担持した高温型ＮＯｘ吸蔵還元触媒を、下流側にアルカリ土類金属からなるＮＯｘ吸蔵材を担持した低温型ＮＯｘ吸蔵還元触媒を直列に配置すると共に、前記高温型ＮＯｘ吸蔵還元触媒が担持するＮＯｘ吸着材の白金とロジウムのモル比を２：１以上で１：２以下の範囲とするＮＯｘ浄化システムも提案されている（例えば、特許文献４参照）。
また、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒には、ＮＯｘ吸蔵材はＮＯｘと同様にＳＯｘ(硫黄酸化物）も吸蔵してしまうので、ＳＯｘ吸蔵量が多くなると、ＮＯｘを吸蔵する能力が低減してＮＯｘ浄化性能が低下するという問題がある。このＳＯｘはＮＯｘよりもＮＯｘ吸蔵材との結合力が強いので、脱硫は容易にはできず、この脱硫時には、触媒周囲の排気ガスを高温かつリッチ雰囲気にする必要がある。この雰囲気の条件は、通常時はリーン燃料を行うディーゼルエンジンの運転条件では実現するのが難しい条件となっている。
そして、単独で配置されたＮＯｘ吸蔵還元型触媒の脱硫制御を行う場合には、排気ガス中に炭化水素（ＨＣ）を供給して、排気ガスの空燃比がストイキとなるように排気ガス量と炭化水素の供給量を制御している。しかし、この高温用と低温用の両方のＮＯｘ吸蔵還元型触媒を設けている排気ガス浄化システムの場合では、上流の高温用ＮＯｘ吸蔵還元型触媒で排気ガス中の炭化水素が燃焼して排気ガス中の酸素を消費するので、下流の低温用ＮＯｘ吸蔵還元型触媒は全体的に脱硫可能なリッチ雰囲気となり、脱硫が促進される。
しかしながら、上流の高温用ＮＯｘ吸蔵還元型触媒に流入する排気ガス中には未だ酸素が残っているので、高温用ＮＯｘ吸蔵還元型触媒、特にその前部においては脱硫が困難であり、ＮＯｘ浄化性能が低下するという問題がある。
また、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒においては、リッチ還元の際に、炭化水素や一酸化炭素を還元剤として供給するが、この炭化水素や一酸化炭素の一部がＮＯｘ吸蔵還元型触媒を通過し、大気中に放出されてしまうＨＣスリップが発生することがあるという問題もある。
特開平１０−４７０４２号公報 特開２０００−１６７３５６号公報 特開平１０−２０５３２６号公報 特開２００６−１５０２５８号公報
本発明は、上記の問題を解決するためになされたものであり、その目的は、排気ガス中のＮＯｘの浄化のためにＮＯｘ吸蔵還元型触媒を用いる排気ガス浄化システムにおいて、ＮＯｘ吸蔵還元型触の触媒の組成及び配置（レイアウト）を工夫することにより、幅広いＮＯｘ活性温度ウィンドウを持ちながらも、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の脱硫を容易とし、かつ、排気ガス中の炭化水素の部分酸化によりＮＯｘの還元効率を向上させることができる排気ガス浄化システム及び排気ガス浄化方法を提供することにある。
上記のような目的を達成するための排気ガス浄化システムは、排気ガスの空燃比が、リーン状態の場合にＮＯｘを吸蔵し、かつ、リッチ状態の場合に吸蔵していたＮＯｘを放出するＮＯｘ吸蔵材と、触媒金属とを有してなるＮＯｘ吸蔵還元型触媒を備えた排気ガス浄化システムにおいて、上流側にアルカリ金属からなるＮＯｘ吸蔵材を担持した高温用ＮＯｘ吸蔵還元型触媒を、下流側にアルカリ土類金属からなるＮＯｘ吸蔵材を担持した低温用ＮＯｘ吸蔵還元型触媒を直列に配置すると共に、前記高温用ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の上流側に酸化触媒を配置して構成される。なお、この酸化触媒（ＤＯＣ）の配置は、酸化触媒インバータを高温用ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の上流側に設置してもよく、触媒層を部位ごとに塗り分けるゾーンコートを施して、酸化触媒を高温用ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の上流側に配置してもよい。
この構成によれば、高温用ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の上流側に酸化触媒を配置することで、この酸化触媒で排気ガス中の酸素を消費できるので、高温用ＮＯｘ吸蔵還元型触媒及び低温用ＮＯｘ吸蔵還元型触媒に流入する排気ガスを全体的に脱硫可能なリッチ雰囲気にすることができる。そのため、高温用ＮＯｘ吸蔵還元型触媒及び低温用ＮＯｘ吸蔵還元型触媒における脱硫を促進することができる。その結果、高温用ＮＯｘ吸蔵還元型触媒と低温用ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の両方の脱硫が容易となり、また、炭化水素の部分酸化、即ち、完全燃焼に必要な理論酸素量よりも低い酸素濃度で不完全燃焼させることにより、還元効率を向上させることができる。
なお、リッチ還元時のことを考えると、炭化水素等の還元剤をＮＯｘ吸蔵還元型触媒に到達させる必要があるので、酸化触媒のＨＣ酸化性能はあまり高くない方が好ましい。上記の構成にすると、酸化触媒に担持させる貴金属も少なくて済むのでコスト的なメリットが生じる。更に、酸化触媒の組成を炭化水素の部分分解に特化させて、よりリッチ還元に適したものとすることにより、特に低温時の還元効率を向上させることができる。
上記の排気ガス浄化システムにおいて、前記低温用ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の下流側に触媒付きＤＰＦを配置して構成すると、この触媒付きＤＰＦ（ＣＳＦ：キャタライズド・スート・フィルタ）は、貴金属によるＨＣ酸化機能とゼオライトやセリア等のＨＣ吸蔵材によるＨＣ吸着機能により、排気ガス中の炭化水素を浄化できる。この機能があるので、排気ガスの空燃比をリッチ状態にした時に大気中に炭化水素が放出されるＨＣスリップを防止することができると共に、この触媒付きＤＰＦに捕集されたＰＭ（微粒子状物質）を燃焼除去するＰＭ再生の時に、炭化水素の酸化熱により十分な昇温を行うことができる。
なお、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の上流に酸化触媒と触媒付きＤＰＦを上流側から順に配置した場合には、触媒付きＤＰＦのＰＭ再生の昇温のために、酸化触媒に十分なＨＣ酸化性能を持たせる必要が生じるが、この構成にすると、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒にとっては、リッチ還元時に還元剤が酸化触媒で消費されてしまうので、ＮＯｘ還元性能が低下してしまう。
従って、ＮＯｘ浄化性能を高性能に維持するためには、触媒付きＤＰＦをＮＯｘ吸蔵還元型触媒の下流側に配置することが好ましい。この場合は、触媒付きＤＰＦの上流には、酸化触媒とＮＯｘ吸蔵還元型触媒があるので、排気ガスに対してトータルで十分な昇温を行うことができる。
上記の排気ガス浄化システムにおいて、前記高温用ＮＯｘ吸蔵還元型触媒よりも上流側に上流側炭化水素添加手段を配置すると共に、前記低温用炭ＮＯｘ吸蔵還元型触媒よりも下流側に下流側ＮＯｘセンサを配置して構成すると、次のような効果を奏することができる。
この構成によれば、この上流側炭化水素添加手段で、リッチ制御時に炭化水素の還元剤を供給して、各ＮＯｘ吸蔵還元型触媒におけるＮＯｘ還元効率を向上させたり、ＰＭ再生時に炭化水素を供給したりして、この炭化水素の酸化熱により、触媒付きＤＰＦが担持した触媒の温度を昇温してＰＭの燃焼を促進したりすることができる。特に低温域で炭化水素の分解を促進してＮＯｘ還元効率を向上させることが可能となる。なお、この上流側炭化水素添加手段は、炭化水素噴射ノズルや炭化水素添加弁や内燃機関のシリンダ内燃料噴射におけるポスト噴射等で構成することができる。
この炭化水素の添加に際して、炭化水素としての軽油(燃料）を直接排気ガス中に噴射しても、特に低温域（約２３０℃以下）では、軽油の液滴がガス化して、触媒で還元剤として利用され易いＨＣ種に相変化するまでに時間を要する。よって、この二段構えのＮＯｘ吸蔵還元型触媒の配置とすることで、炭化水素が低温用ＮＯｘ吸蔵還元型触媒に到達する前に、酸化触媒と高温用ＮＯｘ吸蔵還元型触媒を通過させることができるので、軽油を含んだ排気ガスが比較的長い時間触媒と接触することになり、軽油がガス化するのに十分な時間を確保できるようになる。
その結果、比較的低温時（約２００℃〜２３０℃）でもＮＯｘを効率よく還元できるようになるので、ＮＯｘ浄化率を向上できるというメリットがある。また、ＮＯｘセンサにより触媒通過後の排気ガス中のＮＯｘ濃度を計測することができるので、このＮＯｘ濃度をリッチ制御や車載診断システム（ＯＢＤ）の診断に利用することができる。
上記の排気ガス浄化システムにおいて、前記高温用ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の上流側に、高温用炭化水素添加手段を、前記高温用ＮＯｘ吸蔵還元型触媒と前記低温用ＮＯｘ吸蔵還元型触媒との間に、低温用炭化水素添加手段をそれぞれ配置し、前記高温用ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の直後に第１ＮＯｘセンサを、前記低温用ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の直後に第２ＮＯｘセンサをそれぞれ設けると共に、前記高温用炭化水素添加手段と前記低温用炭化水素添加手段を制御する炭化水素供給制御手段を備えて構成し、該炭化水素供給制御手段を、前記酸化触媒に流入する排気ガスの温度が第１判定温度未満の時には、前記低温用炭化水素添加手段のみから炭化水素を供給し、この炭化水素の供給量を前記第２ＮＯｘセンサの検出値を用いてフィードバック制御し、前記酸化触媒に流入する排気ガスの温度が前記第１判定温度以上でかつ第２判定温度未満の時には、前記高温用炭化水素添加手段から炭化水素を供給し、この炭化水素の供給量を前記第１ＮＯｘセンサの検出値を用いてフィードバック制御すると共に、前記低温用炭化水素添加手段から炭化水素を供給し、この炭化水素の供給量を前記第２ＮＯｘセンサの検出値を用いてフィードバック制御し、前記酸化触媒に流入する排気ガスの温度が前記第２判定温度以上の時には、前記高温用炭化水素添加手段のみから炭化水素を供給し、この炭化水素の供給量を前記第１ＮＯｘセンサの検出値を用いてフィードバック制御するように構成すると、次のような効果を奏することができる。
この構成によれば、各々のＮＯｘ吸蔵還元型触媒にとって最適の制御が可能となり、各々のＮＯｘ吸蔵還元型触媒に適した温度域で、独立してＮＯｘ還元が行えるので、ＮＯｘ浄化率の向上とＨＣスリップの低減を図ることができる。なお、上流側炭化水素添加手段を高温用炭化水素添加手段の代用としてもよく、また、下流側ＮＯｘセンサを第２ＮＯｘセンサの代用としてもよい。
そして、上記のような目的を達成するための排気ガス浄化方法は、排気ガスの空燃比が、リーン状態の場合にＮＯｘを吸蔵し、かつ、リッチ状態の場合に吸蔵していたＮＯｘを放出するＮＯｘ吸蔵材と、触媒金属とを有して成るＮＯｘ吸蔵還元型触媒を備えたＮＯｘ浄化システムで排気ガスを浄化する排気ガス浄化方法において、排気ガスを酸化触媒を通過させた後に、アルカリ金属からなるＮＯｘ吸蔵材を担持した高温用ＮＯｘ吸蔵還元型触媒を通過させて、その後に、アルカリ土類金属からなるＮＯｘ吸蔵材を担持した低温用ＮＯｘ吸蔵還元型触媒を通過させて、排気ガスを浄化することを特徴とする方法である。
この方法によれば、排気ガスを高温用ＮＯｘ吸蔵還元型触媒を通過させる前に酸化触媒を通過させることで、酸化触媒で排気ガス中の酸素を消費させることができるので、高温用ＮＯｘ吸蔵還元型触媒及び低温用ＮＯｘ吸蔵還元型触媒に流入する排気ガスを全体的に脱硫可能なリッチ雰囲気とすることができる。そのため、高温用ＮＯｘ吸蔵還元型触媒及び低温用ＮＯｘ吸蔵還元型触媒における脱硫を促進することができる。その結果、高温用ＮＯｘ吸蔵還元型触媒と低温用ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の両方の脱硫が容易となり、排気ガス中の炭化水素の部分酸化により還元効率を向上させることができる。
上記の排気ガス浄化方法において、前記低温用ＮＯｘ吸蔵還元型触媒を通過させた後の排気ガスを、触媒付きＤＰＦを通過させて、排気ガスを浄化すると、この触媒付きＤＰＦには排気ガス中の炭化水素を浄化する機能があるので、排気ガスの空燃比がリッチの時に大気中に炭化水素が放出されるＨＣスリップを防止できる。また、この触媒付きＤＰＦのＰＭ再生時に、酸化触媒、高温用ＮＯｘ吸蔵還元型触媒と低温用ＮＯｘ吸蔵還元型触媒を通過して昇温した排気ガスにより、触媒付きＤＰＦを十分に昇温できるので、ＰＭの燃焼除去を効率よく行うことができる。
上記の排気ガス浄化方法において、前記高温用ＮＯｘ吸蔵還元型触媒よりも上流側に配置した上流側炭化水素添加手段から炭化水素を供給する際に、前記低温用ＮＯｘ吸蔵還元型触媒よりも下流側に配置した下流側ＮＯｘセンサの検出値を用いて、炭化水素の供給量を制御しながら供給すると、次のような効果を奏することができる。
この方法によれば、ＨＣ添加弁や内燃機関のシリンダ内燃料噴射におけるポスト噴射等の上流側炭化水素添加手段から、ＰＭ再生時に炭化水素を供給して、担持した触媒の温度を昇温できるので、特に低温域で炭化水素の分解を促進して還元効率を向上できる。また炭化水素が低温用ＮＯｘ吸蔵還元型触媒に到達する前に、酸化触媒と高温用ＮＯｘ吸蔵還元型触媒を通過するので、排気ガスが比較的長い時間触媒と接触することになり、排気ガス中に添加された炭化水素がガス化するのに十分な時間を確保できる。
その結果、比較的低温時（約２００℃〜２３０℃）でもＮＯｘを還元できるようになるので、ＮＯｘ浄化率が向上するというメリットがある。また、ＮＯｘセンサは触媒システムの後のＮＯｘ濃度を計測することができるので、このＮＯｘ濃度をリッチ制御やＯＢＤ（車搭載診断システム）の診断に利用することができる。
上記の排気ガス浄化方法において、前記酸化触媒に流入する排気ガスの温度が第１判定温度未満の時には、前記高温用ＮＯｘ吸蔵還元型触媒と前記低温用ＮＯｘ吸蔵還元型触媒との間に配置された低温用炭化水素添加手段からのみ炭化水素を供給し、この炭化水素の供給量を前記低温用ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の下流のＮＯｘ濃度を用いてフィードバック制御し、前記酸化触媒に流入する排気ガスの温度が前記第１判定温度以上でかつ第２判定温度未満の時には、前記高温用ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の上流側に設けた高温用炭化水素添加手段から炭化水素を供給し、この炭化水素の供給量を前記高温用ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の下流のＮＯｘ濃度を用いてフィードバック制御すると共に、前記低温用炭化水素添加手段から炭化水素を供給し、この炭化水素の供給量を前記低温用ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の下流のＮＯｘ濃度を用いてフィードバック制御し、前記酸化触媒に流入する排気ガスの温度が前記第２判定温度以上の時には、前記高温用炭化水素添加手段からのみに炭化水素を供給し、この炭化水素の供給量を前記高温用ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の下流のＮＯｘ濃度を用いてフィードバック制御すると、次のような効果を奏することができる。
つまり、各々のＮＯｘ吸蔵還元型触媒にとって最適の制御が可能となり、各々のＮＯｘ吸蔵還元型触媒に適した温度域で独立してＮＯｘ還元が行えるので、ＮＯｘ浄化率の向上とＨＣスリップの低減を図ることができる。なお、上流側炭化水素添加手段を高温用炭化水素添加手段の代用としてもよく、また、下流側ＮＯｘセンサを第２ＮＯｘセンサの代用としてもよい。
本発明に係る排気ガス浄化システム及び排気ガス浄化方法によれば、前段（上流）の高温用ＮＯｘ吸蔵還元型触媒における排気ガス温度の昇温により、後段（下流）の低温用ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の温度が昇温して浄化性能が向上するので、幅広いＮＯｘ活性温度ウィンドウを持ちながらも、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の脱硫が容易となると共に、排気ガス中の炭化水素の部分酸化によりＮＯｘ還元効率が向上して、高いＮＯｘ浄化性能を得ることができる。
更に、低温用ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の下流側に触媒付きＤＰＦを配置することで、排気ガスの空燃比をリッチ状態にした場合に、炭化水素が大気中に放出されるＨＣスリップを防止でき、また、ＰＭ再生時に排気ガス及び触媒付きＤＰＦの十分な昇温を行うことができ、ＰＭの燃焼除去を促進できる。
また、上流側炭化水素供給手段を設けることで、特に排気ガスの低温域における炭化水素の分解を促進してＮＯｘ還元効率を向上させることができる。
本発明に係る第１の実施の形態の排気ガス浄化システムの構成を示す図である。 本発明に係る第２の実施の形態の排気ガス浄化システムの構成を示す図である。 本発明に係る第２の実施の形態の排気ガス浄化システムの他の構成を示す図である。 高温型触媒の白金の担持量とロジウムの担持量の合計量に占めるロジウムの担持量の割合とＮＯｘ浄化率（％）との関係を示す実験結果の図である。
以下、本発明に係る実施の形態の排気ガス浄化システムと排気ガス浄化方法について、図面を参照しながら説明する。なお、ここでいう排気ガスの空燃比状態とは、必ずしも筒内（シリンダ内）における空燃比の状態を意味するものではなく、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒に流入する排気ガス中に供給した空気量と燃料量（シリンダ内で燃焼した分も含めて）との比のことをいう。
図１に、本発明に係る第１の実施の形態の排気ガス浄化システム１の構成を示す。この排気ガス浄化システム１は、エンジン（内燃機関）１０の排気通路１６に排気ガス浄化装置２０を備えて構成される。
この排気ガス浄化装置２０は、上流側から順に、酸化触媒を担持した酸化触媒ユニット（ＤＯＣ）２１、アルカリ金属からなるＮＯｘ吸蔵材を有する高温用ＮＯｘ吸蔵還元型触媒を担持した高温用触媒ユニット２２、アルカリ土類金属からなるＮＯｘ吸蔵材を有する低温用ＮＯｘ吸蔵還元型触媒を担持した低温用触媒ユニット２３、触媒を担持した触媒付きＤＰＦ（触媒付きディーゼルパティキュレートフィルタ）ユニット２４を直列に配置して構成されている。
なお、この酸化触媒の配置は、図１に示すように、酸化触媒ユニット２１を高温用触媒ユニット２２の上流側に設置する構成にしてもよく、高温用触媒ユニット２２において、触媒層を部位ごとに塗り分けるゾーンコートを施して、酸化触媒を高温用ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の上流側に配置する構成にしてもよい。
また、高温用触媒ユニット２２と低温用触媒ユニット２３は、当接した状態で配置しても、間に間隔を設けた状態で配置してもよいが、間隔が大きすぎると、この間で排気ガスが冷却されるので好ましくない。一方、低温用触媒ユニット２３への排気ガスの均等流入という面からは多少間隔を開けることが好ましい。
この高温用触媒ユニット２２は、モノリス触媒（ハニカム触媒）で形成され、高温用ＮＯｘ吸蔵還元型触媒は、酸化アルミニウム（アルミナ）、酸化チタン（チタニア）、ゼオライト等の担持体に触媒コート層を設け、この触媒コート層に、排気ガスの空燃比が、リーン状態の場合にＮＯｘを吸蔵し、かつ、リッチ状態の場合に吸蔵していたＮＯｘを放出する吸蔵材と、触媒金属とを担持させて形成する。
このＮＯｘ吸蔵材（ＮＯｘ吸蔵物質）としては、高温時にＮＯｘ吸蔵能力が低下しない、カリウム（Ｋ）、ナトリウム（Ｎａ）、リチウム（Ｌｉ）、ルビジウム（Ｒｂ）、セシウム（Ｃｓ）、フランシウム（Ｆｒ）等のアルカリ金属を用いる。ＮＯｘの吸着量は、モル当たりで分子量の多い方が多くなるが、重量が大きくなるので、重量当たりに換算すると少なくなる。モル当たり、重量当たりのバランスを勘案すると、分子量がアルカリ金属の中で中位であるカリウムを用いるのが好ましい。
また、触媒金属としては、通常は、白金（Ｐｔ）、ロジウム（Ｒｈ）、パラジウム（Ｐｄ）、イリジウム（Ｉｒ）等の白金族元素（その酸化物を含む）を使用するが、本発明では、白金とロジウムを使用し、「ｇ／Ｌ」単位で、カリウムの量を白金の量に対して４倍から１２倍の範囲とし、かつ、この担持する白金とロジウムのモル比を２０：１以上で１：２以下の範囲とする。
図４は、高温用触媒ユニット２２に関しての白金とロジウムの担持割合を変化させた時のＮＯｘ浄化率の変化を示す実験結果（排気ガス温度２００℃）の図である。なお、この実験では「ｇ／Ｌ」単位で、カリウム量を白金の６倍としている。
即ち、カリウムの量と白金の量のバランスを取った上で、図４に示すように、白金とロジウムの担持割合を、ＮＯｘ浄化率が高い最適な範囲Ｒ１（モル比が１／２０〜２／１）とする。これにより、吸蔵材に使用されているカリウムあるいは他のアルカリ金属によって、ＮＯｘ浄化活性が抑制される白金の担持量を、抑制する側のカリウムの担持量に合わせて設定し、更に、白金の担持量とロジウムの担持量を調整して設定する。この触媒の組成により、コストが高くなるロジウムの量を減少しつつ、高いＮＯｘ浄化性能を得ることができる。
なお、白金とロジウムの担持割合を変化させた時のＮＯｘ浄化率の変化を示す図４の実験結果から、ロジウムの担持割合が小さく、白金の占める割合が大きい領域Ｒ２（モル比が１／２０未満）では、白金のカリウム被毒の影響により高温用ＮＯｘ吸蔵還元型触媒はＮＯｘ活性が低くなる。また、ロジウムの担持割合が大きく、白金の占める割合が小さい領域Ｒ３（モル比が２／１より大）では、ロジウムは低温活性が低いので、白金が少ないとＮＯｘ活性が低くなる。
更に、この高温用触媒２の白金の担持量とロジウムの担持量の和を０．０５ｇ／Ｌ以上で５．０ｇ／Ｌ以下とすると共に、白金の担持量を０．１ｇ／Ｌ以上で３．０ｇ／Ｌ以下とする。
白金の担持量とロジウムの担持量の和が、０．０５ｇ／Ｌより小さいと浄化活性が不足し、５．０ｇ／Ｌより大きいと効果が飽和し、効果の割にコスト高となる。また、白金の担持量が、０．１ｇ／Ｌより小さいと浄化活性が不足し、３．０ｇ／Ｌを超えると効果の割にコスト高となる。
更に、高温用触媒２にセリウム（Ｃｅ）を担持させると共に、このセリウムの担持量を０．１ｇ／Ｌ以上で２．０ｇ／Ｌ以下とする。これは、セリウムの担持量が、０．１ｇ／Ｌより小さいと、酸素の吸蔵・放出効果が少なく、２．０ｇ／Ｌを超えると、リッチ深さが阻害されるからである。
このセリウムを担持する構成により、酸素を吸蔵及び放出できるようになるので、リーン状態とストイキ又はリッチ状態との間の酸素濃度差が縮小し、三元活性が発現し易くなり浄化性能が向上する。なお、実験で、セリウムを担持した場合は、担持しない場合よりも、ＮＯｘ浄化率が高くなることが分かっている。
次に、低温用触媒ユニット２３について説明する。この低温用触媒ユニット２３は、高温用触媒２と同様に、触媒モノリス触媒で形成され、低温用ＮＯｘ吸蔵還元型触媒を担持する。この低温用ＮＯｘ吸蔵還元型触媒は、酸化アルミニウム、酸化チタン等の担持体に触媒コート層を設け、この触媒コート層に、ＮＯｘ吸蔵材と、触媒金属を担持させて形成する。
このＮＯｘ吸蔵材（ＮＯｘ吸蔵物質）としては、高温用ＮＯｘ吸蔵還元型触媒とは異なり、低温時にＮＯｘ吸蔵能力が低下しないバリウム（Ｂａ）、ベリリウム（Ｂｅ）、マグネシウム（Ｍｇ）、カルシウム（Ｃａ）、ストロンチウム（Ｓｒ）等のアルカリ土類金属を用いる。また、触媒金属としても、高温用ＮＯｘ吸蔵還元型触媒と異なり、アルカリ金属によって、ＮＯｘ浄化活性が抑制されることが無いので、白金（Ｐｔ）、ロジウム（Ｒｈ）、パラジウム（Ｐｄ）、イリジウム（Ｉｒ）等の白金族元素（その酸化物を含む）を使用する。
そして、このエンジン１０は、エンジン本体１１とこのエンジン本体１１の吸気マニホールド１１ａに接続される吸気通路１２と排気マニホールド１１ｂに接続される排気通路１６とＥＧＲ通路１８を有して構成されている。
この吸気Ａが通過する吸気通路１２には、上流側から順に、吸気量センサ（ＭＡＦ）１３、ターボ式過給器１７のコンプレッサ１７ａ、インタークーラ１４、吸気弁１５等が配設されており、また、排気ガスＧが通過する排気通路１６には、ターボ式過給器１７のタービン１７ｂ、ＨＣ噴射ノズル（上流側炭化水素添加手段）２５ａ、排気ガス浄化装置２０が配設されている。更に、ＥＧＲガスＧｅが通過するＥＧＲ通路１８には、ＥＧＲクーラー１８ａとＥＧＲ弁１８ｂが配設されている。
更に、図１の排気ガス浄化システム１においては、高温用触媒ユニット２２よりも上流側に炭化水素噴射ノズル（上流側炭化水素添加手段）２５ａを備えると共に、排気ガス浄化装置２０の後部に下流側ＮＯｘセンサ３１ａを設けて構成する。
また、酸化触媒ユニット２１の上流に第１温度センサ３２ａを、酸化触媒ユニット２１と高温用触媒ユニット２２との間に、第２温度センサ３２ｂを、高温用触媒ユニット２２と低温用触媒ユニット２３との間に、第３温度センサ３２ｃを、低温用触媒ユニット２３と触媒付きＤＰＦユニット２４との間に、第４温度センサ３２ｄを、触媒付きＤＰＦユニット２４の下流に第５温度センサ３２ｅを、それぞれ配置する。
そして、高温用触媒ユニット２２よりも上流側に備えた炭化水素噴射ノズル２５ａから炭化水素を供給する際に、低温用触媒ユニット２３よりも下流側に配置した下流側ＮＯｘセンサ３１ａの検出値を用いて、炭化水素の供給量を制御する炭化水素供給制御装置（炭化水素供給制御手段）４０ａを備えて構成する。通常、この炭化水素供給制御装置４０ａはエンジン全般の制御を行うエンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）と呼ばれる制御装置４０に組み込まれる。
上記の構成により、高温用触媒ユニット２２において、吸蔵材にアルカリ金属を使用して、高温活性を向上させると共に、このアルカリ金属によってＮＯｘ浄化活性が抑制される白金の担持量を減らして、ロジウムを担持し、白金とロジウムの担持割合を最適な範囲としたので、高いＮＯｘ浄化性能を得ることができる。
更に、この前段（上流側）の高温用触媒ユニット２２では、酸化活性が高いロジウムのため、低温での一酸化窒素から二酸化窒素への反応に対する活性が促進され、吸蔵能力が向上する。また、酸化活性が高いロジウムのため、極低温時でも炭化水素の部分酸化が促進され、この部分酸化で発生した良好なＮＯｘ浄化用還元剤となる部分酸化物により、後段(下流側）の低温用触媒ユニット２３の極低温性能が大きく向上する。更に、前段の高温用触媒ユニット２２における排気ガス温度の昇温により後段の低温用触媒ユニット２３の温度が昇温するので、浄化性能が向上する。
従って、本発明の高温用ＮＯｘ吸蔵還元型触媒（高温用触媒ユニット２２）を前段に、低温用ＮＯｘ吸蔵還元型触媒（低温用触媒ユニット２３）を後段に配置した排気ガス浄化システム１は、１５０℃の低温域でも浄化率が向上していて、幅広いＮＯｘ活性温度ウィンドウを持つ排気ガス浄化システムとなる。
この低温時における浄化性能向上の理由としては、前段の高温用ＮＯｘ吸蔵還元型触媒による低温での「ＮＯ→ＮＯ2」反応の活性の促進による吸蔵能力の向上、前段の高温用ＮＯｘ吸蔵還元型触媒による低温での「ＨＣ→ＣＯ」反応による還元剤の部分酸化効果による還元性能の向上、前段の高温用ＮＯｘ吸蔵還元型触媒における排気ガス温度の昇温により後段の低温用ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の温度が昇温することによる浄化性能の向上等による、後段の低温用ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の性能向上の促進が考えられる。
また、実験で、高温域では、略前段の高温型触媒２の機能だけで排気ガスが浄化されることが、この高温型触媒２の後のＮＯｘセンサの検出値で確認されている。そのため、高温域では、特に、前段の高温型触媒２の特性が重要となる。
ちなみに、本発明の配置を入れ替えて、前段に低温用ＮＯｘ吸蔵還元型触媒、後段に高温用ＮＯｘ吸蔵還元型触媒を配置すると、低高温における性能が低下する。その理由は、低温域では、上記した低温用ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の上流側の効果が無くなり、高温域では、前段の低温用ＮＯｘ吸蔵還元型触媒により還元剤が消費されてしまうため、後段の高温用ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の還元機能が低下し、また、排気ガス温度が上昇して後段の高温用ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の吸蔵機能が低下するためと推測される。
図１の排気ガス浄化システム１の構成によれば、高温用ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の高温用触媒ユニット２２の上流側に酸化触媒（ＤＯＣ）ユニット２１を配置することで、排気ガスＧを酸化触媒ユニット２１の酸化触媒を通過させた後に、高温用触媒ユニット２２のアルカリ金属からなるＮＯｘ吸蔵材を担持した高温用ＮＯｘ吸蔵還元型触媒と通過させて、その後に、低温用触媒ユニット２３のアルカリ土類金属からなるＮＯｘ吸蔵材を担持した低温用ＮＯｘ吸蔵還元型触媒を通過させて、排気ガスＧを浄化することができる。
この排気ガス浄化システム１及び排気ガス浄化方法によれば、この酸化触媒ユニット２１で排気ガスＧ中の酸素を消費できるので、高温用触媒ユニット２２及び低温用触媒ユニット２３に流入する排気ガスＧを全体的に脱硫可能なリッチ雰囲気にすることができる。そのため、高温用触媒ユニット２２及び低温用触媒ユニット２３において脱硫が促進され、その結果、高温用触媒ユニット２２媒と低温用触媒ユニット２３の両方の脱硫が容易となり、また、炭化水素の部分酸化により、ＮＯｘ還元効率を向上させることができる。
なお、リッチ還元時のことを考えると、炭化水素等の還元剤を高温用触媒ユニット２２と低温用触媒ユニット２３に到達させる必要があるので、酸化触媒ユニット２１の酸化触媒のＨＣ酸化性能はあまり高くない方が好ましい。この図１の配置の構成にすると、酸化触媒ユニット２１に担持させる貴金属も少なくて済むのでコスト的なメリットが生じる。更に、酸化触媒ユニット２１に担持させる酸化触媒の組成を炭化水素の部分酸化に特化させて、よりリッチ還元に適したものとすることにより、特に低温時の還元効率を向上させることができる。
また、図１の排気ガス浄化システム１の構成では、低温用触媒ユニット２３の下流側に触媒付きＤＰＦユニット２４を配置して構成しているので、低温用触媒ユニット２３の低温用ＮＯｘ吸蔵還元型触媒を通過させた後の排気ガスＧを、触媒付きＤＰＦユニット２４を通過させることができるので、この排気ガス浄化システム１及び排気ガス浄化方法によれば、次のような効果を奏することができる。
この触媒付きＤＰＦユニット２４は、貴金属によるＨＣ酸化機能とゼオライトやセリア等のＨＣ吸蔵材によるＨＣ吸着機能により、排気ガスＧ中の炭化水素を浄化する機能があるので、排気ガスＧの空燃比をリッチ状態にした時に、大気中に炭化水素が放出されるＨＣスリップを防止することができる。それと共に、触媒付きＤＰＦユニット２４の上流には、酸化触媒ユニット２２とＮＯｘ吸蔵還元型触媒の高温用触媒ユニット２２と低温用触媒ユニット２３があるので、これらの触媒で発生する熱により、排気ガスＧに対してトータルで十分な昇温を行うことができる。その結果、この触媒付きＤＰＦユニット２４に捕集されたＰＭ（微粒子状物質）を燃焼除去するＰＭ再生の時に炭化水素の酸化熱により十分な昇温を行うことができる。
更に、この図１の排気ガス浄化システム１において、高温用触媒ユニット２２よりも上流側に炭化水素噴射ノズル（上流側炭化水素添加手段）２５ａを備えると共に、低温用触媒ユニット２３よりも下流側に下流側ＮＯｘセンサ３１ａを配置して構成しているので、高温用触媒ユニット２２よりも上流側に備えた炭化水素噴射ノズル２５ａから炭化水素を供給する際に、低温用触媒ユニット２３よりも下流側に配置した下流側ＮＯｘセンサ３１ａの検出値を用いて、炭化水素の供給量を制御しながら供給すると、次のような効果を奏することができる。
上流側炭化水素噴射ノズル２５ａで、リッチ制御時に炭化水素の還元剤を供給して、高温用触媒ユニット２２と低温用触媒ユニット２３の各々におけるＮＯｘ還元効率を向上させたり、触媒付きＤＰＦユニット２４のＰＭ再生時に炭化水素を供給したりして、この炭化水素の酸化熱により、触媒付きＤＰＦユニット２４で担持している触媒の温度を昇温してＰＭの燃焼を促進したりすることができる。特に低温域で炭化水素の分解を促進して還元効率を向上させることが可能となる。
また、上流側炭化水素噴射ノズル２５ａから炭化水素（軽油：燃料）Ｆの添加に際して、炭化水素Ｆを直接排気ガスＧ中に噴射しても、特に低温域（約２３０℃以下）では炭化水素Ｆの液滴がガス化して触媒で還元剤として利用され易いＨＣ種に相変化するまでに時間を要する。よって、この高温用触媒ユニット２２と低温用触媒ユニット２３の二段構えの配置にすることで、炭化水素Ｆが低温用触媒ユニット２３に到達する前に、酸化触媒ユニット２１と高温用触媒ユニット２２を通過するので、比較的長い時間触媒と接触することになり、炭化水素Ｆがガス化するのに十分な時間を確保できる。
その結果、比較的低温時（約２００℃〜２３０℃）でもＮＯｘを還元できるようになるので、ある程度の浄化率を確保し易いというメリットがある。また、下流側ＮＯｘセンサ３１ａは排気ガス浄化装置（触媒システム）２０の後のＮＯｘ濃度を計測することができるので、このＮＯｘ濃度をリッチ制御や車載診断システム（ＯＢＤ）の診断に利用することができる。
次に、図２及び図３に示す本発明に係る第２実施の形態の排気ガス浄化システム１Ａ及び排気ガス浄化方法について説明する。なお、図２の構成では、酸化触媒ユニット２１を収納するケースと、高温用触媒ユニット２２を収納するケースと、低温用触媒ユニット２３と触媒付きＤＰＦユニット２４を収納するケースとが、それぞれ別体に形成されているのに対して、図３の構成では、４つのユニット２１，２２，２３，２４の全部が同じケースに収納されている。
この第２の実施の形態の排気ガス浄化システム１Ａにおいては、高温用ＮＯｘ吸蔵還元型触媒を担持する高温用触媒ユニット２２の上流側に、高温用炭化水素噴射ノズル（高温用炭化水素添加手段）２５ｂを配置し、高温用触媒ユニット２２と低温用ＮＯｘ吸蔵還元型触媒を担持する低温用触媒ユニット２３との間に、低温用炭化水素噴射ノズル（低温用炭化水素添加手段）２５ｃを配置する。
更に、高温用触媒ユニット２２の直後に第１ＮＯｘセンサ３１ｂを、低温用触媒ユニット２３の直後に第２ＮＯｘセンサ３１ｃを設ける。それと共に、高温用炭化水素噴射ノズル２５ｂと低温用炭化水素噴射ノズル２５ｃを制御する炭化水素供給制御装置（炭化水素供給制御手段）４０ａを備えて構成する。通常この炭化水素供給制御装置４０ａはエンジン全般の制御を行うエンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）と呼ばれる制御装置４０に組み込まれる。この炭化水素供給制御装置４０ａを、次のような炭化水素供給制御を行うように構成する。
つまり、排気ガスＧの温度Ｔｇが第１判定温度Ｔｇ１未満の時には、低温用炭化水素噴射ノズル２５ｃのみから炭化水素Ｆを供給し、この炭化水素Ｆの供給量を第２ＮＯｘセンサ３１ｃの検出値を用いてフィードバック制御する。
また、排気ガスＧの温度Ｔｇが第１判定温度Ｔｇ１以上でかつ第２判定温度Ｔｇ２未満の時には、高温用炭化水素噴射ノズル２５ｂから炭化水素Ｆを供給し、この炭化水素Ｆの供給量を第１ＮＯｘセンサ３１ｂの検出値を用いてフィードバック制御すると共に、低温用炭化水素噴射ノズル２５ｃから炭化水素Ｆを供給し、この炭化水素Ｆの供給量を第２ＮＯｘセンサ３１ｃの検出値を用いてフィードバック制御する。
また、排気ガスＧの温度Ｔｇが第２判定温度Ｔｇ２以上の時には、高温用炭化水素噴射ノズル２５ｂのみから炭化水素Ｆを供給し、この炭化水素Ｆの供給量を第１ＮＯｘセンサ３１ｂの検出値を用いてフィードバック制御する。
この第２の実施の形態の排気ガス浄化システム１Ａと排気ガス浄化方法によれば、第１の実施の形態の排気ガス浄化システム１及び排気ガス浄化方法の効果に加えて、各々のＮＯｘ吸蔵還元型触媒にとって最適の制御が可能となり、各ＮＯｘ吸蔵還元型触媒に適した温度域で、独立してＮＯｘ還元が行えるので、浄化率の更なる向上とＨＣスリップのさらなる低減を図ることができる。
なお、図２及び図３の高温用炭化水素噴射ノズル２５ｂを図１の上流側炭化水素噴射ノズル２５ａで代用してもよく、また、図２及び図３の第２ＮＯｘセンサ３１ｃを図１の下流側ＮＯｘセンサ３１ａで代用してもよい。
本発明の排気ガス浄化システム及び排気ガス浄化方法は、ＮＯｘ吸蔵還元型触の触媒の組成及び配置（レイアウト）を工夫することにより、幅広いＮＯｘ活性温度ウィンドウを持ちながらも、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の脱硫を容易とし、かつ、排気ガス中の炭化水素の部分酸化によりＮＯｘの還元効率を向上させることができるので、自動車搭載のディーゼルエンジン等の内燃機関の排気ガス浄化システム及び排気ガス浄化方法として利用できる。
１、１Ａ 排気ガス浄化システム
１０ エンジン（内燃機関）
１６ 排気通路
２０ 排気ガス浄化装置
２１ 酸化触媒ユニット（酸化触媒：ＤＯＣ）
２２ 高温用触媒ユニット（高温用ＮＯｘ吸蔵還元型触媒）
２３ 低温用触媒ユニット（低温用ＮＯｘ吸蔵還元型触媒）
２４ 触媒付きＤＰＦユニット（触媒付きＤＰＦ）
２５ａ ＨＣ噴射ノズル（上流側炭化水素添加手段）
２５ｂ 高温用ＨＣ噴射ノズル（高温用炭化水素添加手段）
２５ｃ 低温用ＨＣ噴射ノズル（低温用炭化水素添加手段）
３１ａ 下流側ＮＯｘセンサ
３１ｂ 第１ＮＯｘセンサ
３１ｃ 第２ＮＯｘセンサ
３２ａ〜３２ｅ 温度センサ
４０ 制御装置（ＥＣＵ）
４０ａ 炭化水素供給制御装置（炭化水素供給制御手段）
Ｆ 炭化水素（軽油：燃料）
Ｇ 排気ガス
Ｔｇ 排気ガスの温度
Ｔｇ１ 第１判定温度
Ｔｇ２ 第２判定温度

Claims (8)

  1. 排気ガスの空燃比が、リーン状態の場合にＮＯｘを吸蔵し、かつ、リッチ状態の場合に吸蔵していたＮＯｘを放出するＮＯｘ吸蔵材と、触媒金属とを有してなるＮＯｘ吸蔵還元型触媒を備えた排気ガス浄化システムにおいて、
    上流側にアルカリ金属からなるＮＯｘ吸蔵材を担持した高温用ＮＯｘ吸蔵還元型触媒を、下流側にアルカリ土類金属からなるＮＯｘ吸蔵材を担持した低温用ＮＯｘ吸蔵還元型触媒を直列に配置すると共に、
    前記高温用ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の上流側に酸化触媒を配置することを特徴とする排気ガス浄化システム。
  2. 前記低温用ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の下流側に触媒付きＤＰＦを配置することを特徴とする請求項１に記載の排気ガス浄化システム。
  3. 前記高温用ＮＯｘ吸蔵還元型触媒よりも上流側に上流側炭化水素添加手段を配置すると共に、前記低温用ＮＯｘ吸蔵還元型触媒よりも下流側に下流側ＮＯｘセンサを配置することを特徴とする請求項１又は２に記載の排気ガス浄化システム。
  4. 前記高温用ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の上流側に、高温用炭化水素添加手段を、前記高温用ＮＯｘ吸蔵還元型触媒と前記低温用ＮＯｘ吸蔵還元型触媒との間に、低温用炭化水素添加手段をそれぞれ配置し、前記高温用ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の直後に第１ＮＯｘセンサを、前記低温用ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の直後に第２ＮＯｘセンサをそれぞれ設けると共に、前記高温用炭化水素添加手段と前記低温用炭化水素添加手段を制御する炭化水素供給制御手段を備えて構成し、
    該炭化水素供給制御手段を、
    前記酸化触媒に流入する排気ガスの温度が第１判定温度未満の時には、前記低温用炭化水素添加手段のみから炭化水素を供給し、この炭化水素の供給量を前記第２ＮＯｘセンサの検出値を用いてフィードバック制御し、
    前記酸化触媒に流入する排気ガスの温度が前記第１判定温度以上でかつ第２判定温度未満の時には、前記高温用炭化水素添加手段から炭化水素を供給し、この炭化水素の供給量を前記第１ＮＯｘセンサの検出値を用いてフィードバック制御すると共に、前記低温用炭化水素添加手段から炭化水素を供給し、この炭化水素の供給量を前記第２ＮＯｘセンサの検出値を用いてフィードバック制御し、
    前記酸化触媒に流入する排気ガスの温度が前記第２判定温度以上の時には、前記高温用炭化水素添加手段のみから炭化水素を供給し、この炭化水素の供給量を前記第１ＮＯｘセンサの検出値を用いてフィードバック制御するように構成したことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の排気ガス浄化システム。
  5. 排気ガスの空燃比が、リーン状態の場合にＮＯｘを吸蔵し、かつ、リッチ状態の場合に吸蔵していたＮＯｘを放出するＮＯｘ吸蔵材と、触媒金属とを有してなるＮＯｘ吸蔵還元型触媒を備えたＮＯｘ浄化システムで排気ガスを浄化する排気ガス浄化方法において、
    排気ガスを酸化触媒を通過させた後に、アルカリ金属からなるＮＯｘ吸蔵材を担持した高温用ＮＯｘ吸蔵還元型触媒を通過させて、その後に、アルカリ土類金属からなるＮＯｘ吸蔵材を担持した低温用ＮＯｘ吸蔵還元型触媒を通過させて、排気ガスを浄化することを特徴とする排気ガス浄化方法。
  6. 前記低温用ＮＯｘ吸蔵還元型触媒を通過させた後の排気ガスを、触媒付きＤＰＦを通過させて、排気ガスを浄化することを特徴とする請求項５に記載の排気ガス浄化方法。
  7. 前記高温用ＮＯｘ吸蔵還元型触媒よりも上流側に配置した上流側炭化水素添加手段から炭化水素を供給する際に、前記低温用ＮＯｘ吸蔵還元型触媒よりも下流側に配置した下流側ＮＯｘセンサの検出値を用いて、炭化水素の供給量を制御しながら供給することを特徴とする請求項５又は６に記載の排気ガス浄化方法。
  8. 前記酸化触媒に流入する排気ガスの温度が第１判定温度未満の時には、前記高温用ＮＯｘ吸蔵還元型触媒と前記低温用ＮＯｘ吸蔵還元型触媒との間に配置された低温用炭化水素添加手段からのみ炭化水素を供給し、この炭化水素の供給量を前記低温用ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の下流のＮＯｘ濃度を用いてフィードバック制御し、
    前記酸化触媒に流入する排気ガスの温度が前記第１判定温度以上でかつ第２判定温度未満の時には、前記高温用ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の上流側に設けた高温用炭化水素添加手段から炭化水素を供給し、この炭化水素の供給量を前記高温用ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の下流のＮＯｘ濃度を用いてフィードバック制御すると共に、前記低温用炭化水素添加手段から炭化水素を供給し、この炭化水素の供給量を前記低温用ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の下流のＮＯｘ濃度を用いてフィードバック制御し、
    前記酸化触媒に流入する排気ガスの温度が前記第２判定温度以上の時には、前記高温用炭化水素添加手段からのみに炭化水素を供給し、この炭化水素の供給量を前記高温用ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の下流のＮＯｘ濃度を用いてフィードバック制御することを特徴とする請求項５〜７のいずれか１項に記載の排気ガス浄化方法。
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