JP3276160B2 - 排気ガス浄化方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、排気ガス中のＮＯｘ
（窒素酸化物）を浄化する排気ガス浄化方法に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】近年、燃料消費率の低いリーンバーンエ
ンジンの開発が進められている。このリーンバーンエン
ジンを搭載した自動車は、エンジン燃焼室を酸素過剰雰
囲気下（リーン）に置いて運転されている。その際、有
毒ガスであるＮＯｘがエンジンから多量に排出されるた
め、このＮＯｘを浄化し大気中への放出を防がねばなら
ない。

【０００３】従来、ＮＯｘを浄化するＮＯｘ浄化触媒と
しては、Ｃｕイオン交換ゼオライト、Ｃｕ担持アルミ
ナ、Ｃｕ担持シリカ−アルミナ、貴金属担持アルミナ等
があるが、エンジンの排気ガス温度と上記ＮＯｘ浄化触
媒がＮＯｘを分解する温度とを考慮すると、遷移金属イ
オン、特にＣｕイオンをゼオライトに担持してなるＣｕ
イオン交換ゼオライトが有効である。このＣｕイオン交
換ゼオライトは、触媒上の活性位置にあるＣｕイオンの
レドックス反応によりＮＯｘを還元分解するが、Ａ／Ｆ
（実際の空燃比）が１４を超えるリーンバーン運転領域
においては、排気ガス中にＨＣが存在しなければ、ＮＯ
ｘを分解することはできない。

【０００４】そこで、排気ガスの排気路の途中に、ＮＯ
ｘ浄化触媒としてＣｕイオン交換ゼオライトを配設し、
このＮＯｘ浄化触媒の上流側からＨＣを添加したガスを
流入させるようにした排気ガス浄化装置が開発され、既
に公知になっている（特開平３−１２４９０９号公報参
照）。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】図１８は、上記従来の
排気ガス浄化装置に対して上流側から排気ガスを流した
ときの、ＮＯｘ浄化触媒の各部位におけるＨＣの分布お
よびＮＯｘ浄化率を示す。

【０００６】ところで、上記従来の排気ガス浄化装置に
対して、ＨＣを添加しないでエンジン室から来たままの
排気ガス（以下、生ガスという）を上流側から流したと
き、ＨＣはＮＯｘ浄化触媒上で燃焼するが、図１８に示
すように、ＮＯｘ浄化触媒の上流側の前部で大半がなく
なり、下流側の後部へは殆ど到達しない。したがって、
ＮＯｘを浄化するのは実質的に触媒前部になっている。

【０００７】また、上記従来の排気ガス浄化装置では、
図１８に示すように、ＨＣを添加してＨＣ濃度を高める
ことによりＮＯｘ浄化率は向上するが、やはり触媒前部
で殆ど燃焼し尽くしてしまい、ＨＣ添加量の割には高い
ＮＯｘ浄化率を得ることができないという問題がある。
逆に、ＨＣを上記ＮＯｘ浄化触媒に多量に添加すると、
ＨＣの燃焼熱によりＮＯｘ浄化触媒が加熱されて、活性
が低下したり、場合によっては、活性種が劣化もしくは
構造破壊を引き起こすという問題もある。

【０００８】さらに、Ｃｕイオン交換ゼオライトに代表
されるＮＯｘ浄化触媒は、排気ガスが高温のとき、排気
ガス中のＯ₂によるＨＣの酸化反応の方が進行してＮＯ
ｘの分解反応が進行しなくなり、活性が低下するという
問題がある。

【０００９】以下、排気ガス中のＨＣ濃度とＮＯｘ浄化
触媒との関係について説明する。

【００１０】図１はある実験に基づくＮＯｘ浄化触媒の
触媒入り口の排気ガス温度とＮＯｘ浄化率との関係を示
し、図２は同じ実験におけるＮＯｘ浄化触媒の温度とＮ
Ｏｘ浄化率との関係を示す。上記の実験は、１．３リッ
トルのエンジンを使用しアイドル時付近の排気ガス組成
で行ったもので、その組成は、Ｏ₂が８％、ＮＯｘが２
０００ppm、ＳＶ（空間速度）が２５０００h^-1であり、
ＨＣ濃度が、生ガス時の２５００ppm．Ｃの場合（破線
で表示）と、ＨＣを添加した６０００ppm．Ｃの場合
（実線で表示）とで実験した。

【００１１】図１に示すように、生ガスの状態では、触
媒入り口の排気ガス温度がおよそ４３０℃付近でＮＯｘ
浄化率が最高値を示し、触媒入り口の排気ガス温度が６
００℃を超えた付近からＮＯｘ浄化率は急に低下する。
また、図２に示すように、ＮＯｘ浄化触媒の触媒温度が
５００℃付近でＮＯｘ浄化率は向上し、上記触媒温度が
６５０℃を超えた付近からＮＯｘ浄化率は低下する。

【００１２】触媒入り口の排気ガス温度を基準にＮＯｘ
浄化率をみると、ＨＣ濃度が高くなるほど、ＮＯｘ浄化
触媒は、ＮＯｘを浄化し始める活性開始温度が低温側へ
シフトするが、その一方、活性の低下が始まる温度は低
くなる。排気ガス中のＯ₂の量が多い場合には、Ｏ₂の量
が少ない場合に比べ、ＮＯｘの活性開始温度は低温側へ
シフトするが、高温時の活性は殆ど変わらない。次に、
触媒温度を基準にＮＯｘ浄化率をみた場合、ＨＣ濃度の
変化およびＯ₂量の変化のどちらの側面からも、活性開
始温度および活性の低下開始温度ともにシフトは殆ど見
られない。

【００１３】また、触媒入り口の排気ガス温度によって
ＮＯｘ浄化率が変化するのは、排気ガスの温度が高温に
なることによりＨＣの燃焼が進行するためと考えられ
る。しかも、現在知られているＮＯｘ浄化触媒のすべて
がＨＣの共存下でしかＮＯｘの浄化性能を発揮しないこ
とを併せて考えると、排気ガス温度によるＮＯｘ浄化率
の変化は上記ＮＯｘ浄化触媒のすべてに共通の現象であ
ると考えられる。

【００１４】したがって、ＮＯｘ浄化触媒は次のような
特性を持つと考えられる。すなわち、ＨＣ濃度が高いほ
ど低温での反応が進行しＮＯｘ浄化率を向上させるが、
ＨＣ燃焼熱により触媒温度が必要以上に高温になり、触
媒上での還元反応が進みにくくなる。また、Ｏ₂濃度が
多いほどＨＣの燃焼が進みやすくなり低温時のＮＯｘ浄
化率を向上させるが、高温ではＨＣの酸化が進んでＮＯ
ｘ浄化率は低下する。これらの諸点において、Ｃｕイオ
ン交換ゼオライトに代表されるＮＯｘ浄化触媒は、従来
のような排気ガス中のＨＣ濃度を高めるだけの方法では
有効ではなく、ＮＯｘ浄化率を向上できない。ＮＯｘ浄
化率を向上させるためには、ＨＣの燃焼による触媒温度
の上昇という現象に着目し、触媒温度をいかに制御する
かということが重要である。

【００１５】本考案はこのような諸点に鑑みてなされた
もので、その目的とするところは、ＮＯｘを有効に浄化
でき、ＮＯｘ浄化率を向上させることができる排気ガス
浄化方法を提供しようとするものである。

【００１６】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、請求項１記載の発明は、酸素過剰雰囲気下で運転さ
れるエンジンを搭載した自動車の排気ガスの排気路に、
メタロシリケートに遷移金属をイオン交換担持してなる
２つのＮＯｘ浄化触媒が排気ガスの流れ方向に並べて配
設され、この上流側ＮＯｘ浄化触媒と下流側ＮＯｘ浄化
触媒とにより排気ガス中のＮＯｘを浄化する排気ガス浄
化方法において、上記上流側ＮＯｘ浄化触媒よりも上流
側の排気路から分岐し、排気ガスを該上流側ＮＯｘ浄化
触媒と上記下流側ＮＯｘ浄化触媒との中間部に供給する
バイパス路を設けるとともに、該バイパス路に排気ガス
制御バルブを設け、 上記上流側ＮＯｘ浄化触媒が最適な
活性温度に至る前において、上記下流側ＮＯｘ浄化触媒
の温度が上記上流側ＮＯｘ浄化触媒の温度に遅れて上昇
しているときに、上記バイパス路による排気ガスのバイ
パス量が徐々に増大していくように上記排気ガス制御バ
ルブを制御することを特徴とするものである。

【００１７】請求項２記載の発明は、酸素過剰雰囲気下
で運転されるエンジンを搭載した自動車の排気ガスの排
気路に、メタロシリケートに遷移金属をイオン交換担持
してなる２つのＮＯｘ浄化触媒が排気ガスの流れ方向に
並べて配設され、この上流側ＮＯｘ浄化触媒と下流側Ｎ
Ｏｘ浄化触媒とにより排気ガス中のＮＯｘを浄化する 排
気ガス浄化方法において、上記上流側ＮＯｘ浄化触媒よ
りも上流側の排気路から分岐し、排気ガスを該上流側Ｎ
Ｏｘ浄化触媒と上記下流側ＮＯｘ浄化触媒との中間部に
供給するバイパス路を設けるとともに、該バイパス路に
排気ガス制御バルブを設け、上記上流側ＮＯｘ浄化触媒
が最適な活性温度に至る前において、上記エンジンのコ
ールドスタートにより上記下流側ＮＯｘ浄化触媒の温度
が上昇しているときに、上記バイパス路による排気ガス
のバイパス量が徐々に増大していくように上記排気ガス
制御バルブを制御することを特徴とするものである。

【００１８】請求項３記載の発明は、上記請求項１又は
請求項２に記載の発明において、上記バイパス路にＨＣ
を導入するＨＣ導入路を設けるとともに、該ＨＣ導入路
にＨＣ制御バルブを設け、上記上流側ＮＯｘ浄化触媒が
最適な活性温度に至る前において、上記ＨＣ制御バルブ
を制御して上記バイパス路にＨＣを導入し、上記バイパ
ス量の増大に伴って該ＨＣの導入量を減らしていくこと
特徴とするものである。

【００１９】

【作用】上記の構成により、請求項１又は請求項２に記
載の発明では、下流側ＮＯｘ浄化触媒の温度が上流側Ｎ
Ｏｘ浄化触媒の温度に遅れて上昇しているときに、又は
エンジンのコールドスタートにより下流側ＮＯｘ浄化触
媒の温度が上昇しているときに、上流側ＮＯｘ浄化触媒
の温度に遅れて上昇しているときに、バイパス路による
排気ガスのバイパス量が徐々に増大していくことによ
り、上流側ＮＯｘ浄化触媒の急激な温度上昇が防止さ
れ、上流側ＮＯｘ浄化触媒で排気ガス中のＨＣが消費さ
れてしまうことの防止、上流側ＮＯｘ浄化触媒の活性が
低下してしまうことの防止、上流側ＮＯｘ浄化触媒の活
性種の劣化や構造破壊の防止に有利になるとともに、Ｈ
Ｃを含有する排気ガスが下流側ＮＯｘ浄化触媒に確実に
供給されるため、下流側ＮＯｘ浄化触媒の早期活性化に
有利になり、該下流側ＮＯｘ浄化触媒においてＮＯｘの
還元反応が効率的に進行し、ＮＯｘ浄化率を向上させる
ことができる。

【００２０】特に、請求項３記載の発明では、ＨＣ導入
路から下流側ＮＯｘ浄化触媒にＨＣが導入されるから、
該下流側ＮＯｘ浄化触媒の早期活性化に有利になり、ま
た、排気ガスの高温化や上流側ＮＯｘ浄化触媒の温度上
昇により該上流側ＮＯｘ浄化触媒で浄化されなかったＮ
Ｏｘが、下流側ＮＯｘ浄化触媒において効率的に還元分
解されるので、ＮＯｘ浄化率を向上させることができる
とともに、上記バイパス量の増大に伴ってＨＣの導入量
を減らしていくから、下流側ＮＯｘ浄化触媒が必要以上
に高温になることはなく、触媒の活性種の劣化および構
造破壊を防止できる。

【００２１】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。

【００２２】図３は本発明の実施例に係る排気ガス浄化
装置を示し、１は排気ガスの排気路、２はこの排気路１
の途中で分岐した排気ガスのバイパス路、３は上記排気
路１の下流側に設けられたＮＯｘ浄化触媒であり、この
ＮＯｘ浄化触媒３は、メタロシリケートの一種であるゼ
オライトに遷移金属をイオン交換してなる触媒であっ
て、排気ガス中のＮＯｘを還元分解するようになってい
る。４は上記バイパス路２の途中に接続されたＨＣ導入
路であって、このＨＣ導入路４は、ＨＣがキャリアエア
とともに流れるようになっており、上記ＮＯｘ浄化触媒
３の中間部付近に至るまでの下流側を上記バイパス路２
と共有している。

【００２３】上記ＮＯｘ浄化触媒３は、上記バイパス路
２が到達している中間部において、上流側の触媒前部５
と下流側の触媒後部６とに分かれている。上記触媒前部
５および触媒後部６には、それぞれ温度センサ７が設け
られており、各温度センサ７は、それぞれ上記触媒前部
５および触媒後部６の温度を検知するようになってい
る。

【００２４】上記排気路１と上記バイパス路２との分岐
点には、上記排気路１を流れる排気ガスを上記バイパス
路２へ切り換える際の切り換え量（以下、バイパス量と
いう）を任意に調整し得る排気ガス制御バルブ８が設け
られている。また、上記ＨＣ導入路４の、上記バイパス
路２と出会う下流端には、上記ＮＯｘ浄化触媒３の触媒
後部６方向へ流れるＨＣの流量を制御するＨＣ制御バル
ブ９が設けられている。上記排気ガス制御バルブ８およ
びＨＣ制御バルブ９は、上記温度センサ７，７に接続さ
れており、この温度センサ７，７が検知した触媒前部５
および触媒後部６の温度に応じて排気ガスまたはＨＣの
流量を制御するようになっている。

【００２５】上記排気路１およびバイパス路２には、上
記ＮＯｘ浄化触媒３の入り口の上流側に、空燃比を測定
するＡ／Ｆセンサ１０と、排気ガスの温度を測定する排
気ガス温度センサ１１とが設けられている。また、排気
路１には、排気ガス分析装置（図示せず）が接続されて
おり、この排気ガス分析装置で排気ガスの流量と組成と
が測定されるようになっている。

【００２６】次に、ＮＯｘ浄化触媒３へのＨＣの導入量
および上記バイパス路２への排気ガスのバイパス量を、
運転条件に応じて制御する際の制御内容について説明す
る。

【００２７】コールドスタート時には、ＮＯｘ浄化触媒
３のＮＯｘ還元開始温度を低くするために、バイパス路
２への排気ガスのバイパス量を増加させる。その際、バ
イパス量は、最初０から始め、その後、ＮＯｘ浄化触媒
３の触媒前部５の温度と、エンジンの燃焼条件から計算
した排出ＨＣ量および排出ＮＯ量に応じて増加させる。

【００２８】ホットスタート時には、ＮＯｘ浄化触媒３
の触媒前部５および触媒後部６の温度はある程度高くな
っているので、触媒前部５および触媒後部６に対して、
それぞれの触媒温度に見合うＨＣ量が送り込まれるよ
う、排気ガス制御バルブ８を制御し、バイパス量を調整
する。

【００２９】定常速の運転時には、ＨＣ／ＮＯ比が適切
な値であれば、ＮＯｘ浄化触媒３の触媒前部５および触
媒後部６のそれぞれの温度が過度に上昇して活性低下を
招く温度に至らないよう、高温側の触媒部分の方へ供給
する排気ガス量を抑える。場合によっては、ＮＯｘ浄化
触媒３全体でＮＯｘ浄化量が最も多い条件にコントロー
ルするため、ＨＣ制御バルブ９からキャリアエアのみを
流し、このエアで触媒前部５を冷やすとともに触媒後部
６側に排気ガスを先に送り込んで、その後、排気ガスを
触媒前部５にバイパスさせる等して、触媒前部５と触媒
後部６とを効果的に利用しても良い。この時、触媒前部
５の温度上昇を検知した後、触媒後部６に排気ガスを送
り込むというようなフィードバック制御を行っていたの
では、触媒の好適な条件に対して遅れた反応をすること
になるので、予め触媒前部５の温度上昇を見積ってコン
トロールすることが望ましい。

【００３０】加減速運転時には、ＨＣ／ＮＯ比がアンバ
ランスで、ＮＯｘが排出される際に排気ガス中にＮＯｘ
を還元するに充分なＨＣ量がないことがある。この時
は、ＨＣ制御バルブを開き、ＮＯｘ浄化触媒３が活性低
下を招かない程度にＨＣをＮＯｘ浄化触媒３に加えるよ
うにする。

【００３１】次に、本実施例の作用効果について説明す
る。ＨＣ導入路４からＮＯｘ浄化触媒３の触媒後部６へ
ＨＣが導入されるため、排気ガスの高温化やＮＯｘ浄化
触媒自体の温度上昇によりＮＯｘ浄化触媒３の触媒前部
５で浄化されなかったＮＯｘが触媒後部６において還元
分解され、ＮＯｘが有効に浄化されるので、ＮＯｘ浄化
率を向上させることができる。

【００３２】また、ＮＯｘ浄化触媒３の触媒後部６へＨ
Ｃを含む一部の排気ガスが導入されるため、ＮＯｘ浄化
触媒３の触媒前部５と触媒後部６において同程度のＮＯ
ｘ還元反応が促進され、ＮＯｘを有効に浄化することが
できる。

【００３３】さらに、温度センサ７，７が触媒前部５お
よび触媒後部６の温度を検知して、それに基づきＨＣ制
御バルブ９がＨＣの供給量を制御するので、ＮＯｘ浄化
触媒３が必要以上に高温になることはなく、触媒の活性
の劣化および構造破壊を防止できる。また、温度センサ
７，７の検知に基づき、ＨＣ制御バルブ９が触媒前部５
および触媒後部６の温度を常に活性温度域に保つようＨ
Ｃの流量を制御するので、ＨＣを有効に利用してＮＯｘ
を常に効率よく浄化することができる。

【００３４】なお、上記実施例では、温度センサ７を、
触媒前部５と触媒後部６の両側に設けていたが、触媒前
部５のみに設けるよう構成しても良い。

【００３５】さらに、上記実施例では、排気路１に排気
ガス分析装置を設け、この排気ガス分析装置で排気ガス
の流量と組成とを測定するようになっていたが、排気ガ
スの流量および組成を、エンジンの回転数、負荷、水温
などによりマップ化し、このマップから推定するように
しても良い。

【００３６】以下、上記排気ガス浄化装置Ａの具体例を
比較例とともに列挙し、かつその作用を述べる。なお、
具体例および比較例に使用するＮＯｘ浄化触媒３は次の
ようにして製造した。まず、コーディライト製担体４０
０セル／inch²，１．３リットルに、１００ｇ／リット
ルのＣｕイオン交換ゼオライトを担持してＮＯｘ浄化触
媒３を製造した。このＮＯｘ浄化触媒３を前後に等長に
分割し、分割した触媒前部５と触媒後部６とを、排気路
１中に設けられた容器内に、上流側と下流側とに位置す
るよう配設した。エンジンは、１．６リットル、４バル
ブのものを使用し、Ａ／Ｆに対するＮＯｘ排出量および
ＨＣ排出量は、エンジン回転数１５００rpm時、軸トル
クが１．５kgf・ｍにおいて、図４に示す値であった。
このエンジンを、エンジン回転数を２０００rpm、ブー
ストを−４００mmHgにそれぞれ一定にして実働させた。
この場合、排気ガス温度は、エンジン始動時から一定時
間経過した後、徐々に上昇して行くものとする。 比較例１ Ａ／Ｆを２２とし、ＨＣ量を４０００ppm・Ｃの一定量
にして排気ガスを触媒前部５の上流側から流したとこ
ろ、図５に示すように、排気ガス温度の上昇とともに、
また時間の経過とともに触媒温度が上昇した。ＮＯｘ還
元反応が始まると、ＨＣの燃焼により触媒温度はさらに
上昇し、６００℃を超える付近からＮＯｘ浄化率が低下
した。その後、ＮＯｘ浄化触媒３はＮＯｘ浄化活性を示
さなくなった。ホットスタート時では、触媒温度の上昇
が早く発生し、ＮＯｘ浄化触媒３の活性低下も早く発生
した。 比較例２ 比較例１の排気ガス条件に加えて、触媒前部５の上流側
からＨＣを添加したところ、図６に示すように、比較例
１と同様の挙動を示したが、ＨＣ量が多い分だけ触媒温
度の上昇は早く、ＮＯｘ浄化率も向上した。しかし、触
媒温度の上昇速度が比較例１より速く、ＮＯｘ浄化触媒
３の活性低下もより早い時期に始まった。 具体例１ Ａ／Ｆが理論空燃比よりも低い値の排気ガスを触媒前部
５の上流側から流したところ、図７（ａ）に示すよう
に、触媒前部５が早く活性温度に達し、比較例１と同様
にＮＯｘ浄化率は向上した。この時、触媒後部６は、触
媒前部５に遅れて温度が上昇するが、触媒後部６が活性
温度に達する頃には既に触媒前部５がＨＣのほとんどを
消費してしまっていることになる。そこで、温度センサ
７で触媒前部５の温度を測定しながら、触媒前部５が最
適な活性温度に至る前に、図７（ｂ）に示すように、排
気ガス制御バルブ８のバイパス量を徐々に増やして排気
ガスをバイパス路２へ流して行き、触媒後部６へ排気ガ
スを送った。これにより、触媒前部５の急激な温度上昇
を防止できたことに加え、触媒後部６におけるＮＯｘ還
元反応が効率的に進行した。触媒後部６では、触媒前部
５から流れてくる排気ガスの熱とＮＯｘ還元時の自己反
応熱により、活性低下を招く触媒温度に至る恐れがある
ので、温度センサ７で触媒後部６の温度を測定した値に
基づいて排気ガス制御バルブ８のバイパス量を調整し
た。このように、触媒前部５および触媒後部６の温度を
測定しながら、ＨＣを含む排気ガスをＮＯｘ還元のため
に常に効率的に流すことにより、時間の経過とともに生
じるＮＯｘ浄化触媒の活性低下を防止でき、高いＮＯｘ
浄化率を保持することができた。なお、排気ガス制御バ
ルブ８のバイパス量の判断は、Ａ／Ｆ値、エンジン運転
状況および排気ガス分析装置（図示せず）により測定し
た排気ガス流量に基づいて、触媒前部５および触媒後部
６の温度の昇降を予測することにより行った。 具体例２ Ａ／Ｆ値が２２を超えるリーンな排気ガスを流した。コ
ールドスタート時には、具体例１と同様の操作を行うこ
とにより、同様の作用効果を得た。ホットスタート時に
は、図８(a),(b)に示すように、触媒前部５および触媒
後部６の温度に基づいて排気ガス制御バルブ８を開いて
バイパス量をほぼ５０％にし、排気ガスを触媒前部５お
よび触媒後部６へ流した。その後も触媒前部５および触
媒後部６の温度を測定しながら、排気ガス制御バルブ８
のバイパス量を調整した。これにより、具体例１と同様
の作用効果を得た。 具体例３ 具体例２と同じ条件の排気ガスを流した。その際に、触
媒温度と排気ガス中のＯ₂量とを考慮しながら、ＨＣ／
ＮＯ比をＮＯｘ還元に適切な値にするため、図９（ｂ）
に示すように、ＨＣ制御バルブ９を開いてＨＣを含むガ
スをバイパス路２へ流し、ＨＣを触媒後部６へ添加した
ところ、図９（ａ）に示すように、触媒前部５および触
媒後部６ともに活性温度に早く到達し、初期段階のＮＯ
ｘ浄化率が向上した。その後、排気ガスのバイパス量を
徐々に増やして触媒後部６へ排気ガスを送るとともに触
媒後部６へ送り込むＨＣ添加量を減らしていった。これ
により、触媒前部５および触媒後部６の急激な温度上昇
を防止できたことに加え、ＮＯｘ浄化触媒３全体のＮＯ
ｘ還元反応が効率的に進行した。なお、場合によって
は、ＨＣ制御バルブ９からキャリアエアのみを送ること
により、触媒後部６の温度上昇を抑え、ＮＯｘ浄化に最
適な活性温度を保持するようにしてＮＯｘ浄化率を更に
向上させることもできた。

【００３７】図１０は参考例１に係る排気ガス浄化装置
Ｂを示し、この排気ガス浄化装置Ｂは、上記実施例と同
様、排気ガスの排気路１に、ゼオライトに遷移金属をイ
オン交換してなるＮＯｘ浄化触媒３を備えている。この
ＮＯｘ浄化触媒３は、排気路１の上流側から下流側へ所
定間隔置きに５個３ａ〜３ｅ配設されており、隣り合う
ＮＯｘ浄化触媒同士間には、上流のＨＣ導入路１４から
分岐した分岐路１５が接続されている。

【００３８】上記ＨＣ導入路１４は、軽油，ガソリン等
のＨＣを供給するＨＣ供給路１６、キャリアエアを供給
するエア供給路１７、予混合器１８、コンプレッサ１９
を備えている。上記予混合器１８内では、ＨＣとキャリ
アエアとが混合されて混合気が作られ、この混合気が上
記コンプレッサ１９の圧力により上記各分岐路１５へ送
られるようになっている。

【００３９】上記各分岐路１５には、ＨＣの流量を制御
するＨＣ制御バルブ２０が設けられており、上記各ＮＯ
ｘ浄化触媒３ａ〜３ｅには、それぞれ温度センサ２１が
接続されている。そして、この各温度センサ２１により
検知された各ＮＯｘ浄化触媒３ａ〜３ｅの温度に基づい
て、隣接する上流側のＮＯｘ浄化触媒３ａ〜３ｄとの間
に供給されるＨＣ量が決定されるようになっている。

【００４０】本参考例１の排気ガス浄化装置Ｂにおいて
も、上記実施例と同様に、ＨＣ導入路１４から下流側の
ＮＯｘ浄化触媒３ｂ〜３ｅへＨＣが導入されることによ
り、ＮＯｘが有効に浄化され、触媒全体のＮＯｘ浄化率
を向上させることができる。また、温度センサ２１が触
媒温度を検知し、それに基づいてＨＣ制御バルブ２０に
よりＨＣの供給量が制御されるので、ＮＯｘ浄化触媒３
ａ〜３ｅの活性の劣化および構造破壊を防止できるとと
もに、ＮＯｘ浄化触媒３ａ〜３ｅを常に活性温度域に保
持することができ、ＮＯｘを常に効率よく浄化できる。

【００４１】さらに、本参考例１の排気ガス浄化装置Ｂ
によれば、排気路１に配設された複数個のＮＯｘ浄化触
媒３ａ〜３ｅが、それぞれに導入されたＨＣの働きでＮ
Ｏｘ還元反応を促進させるので、ＮＯｘを極めて有効に
浄化することができる。

【００４２】以下、上記排気ガス浄化装置Ｂの具体例を
比較例とともに例示し、かつその作用を述べる。なお、
下記具体例および比較例に使用するＮＯｘ浄化触媒は上
記具体例１〜３と同じ物を使用した。 比較例３ 図１１に実線で示すように、各ＮＯｘ浄化触媒３ａ〜３
ｅに対してＨＣ量を制御することなく、均等に１５００
ppm・Ｃづつ添加したところ、ＨＣ添加前に比べ、上流
側のＮＯｘ浄化触媒３ａ，３ｂのＮＯｘ浄化率は向上し
たが、ＨＣ燃焼量が増加して、下流側へ向かうにつれて
排気ガスの温度が上昇し、相乗的に下流側のＮＯｘ浄化
触媒３ｃ〜３ｅの温度が活性温度域を超えてしまうとい
う現象が発生した。そのため、下流側のＮＯｘ浄化触媒
３ｃ〜３ｅのＮＯｘ浄化率が上流側のＮＯｘ浄化触媒３
ａ，３ｂに比べて低下し、全体としてのＮＯｘ浄化率は
大きく向上することはなかった。なお、図１１において
触媒位置とは、上流側から下流側へ配設されたＮＯｘ浄
化触媒３ａ〜３ｅの位置を示す。 具体例４ 図１２に示すように、各ＮＯｘ浄化触媒３ａ〜３ｅに適
量のＨＣを添加したところ、各ＮＯｘ浄化触媒３ａ〜３
ｅが活性温度域を超えて活性低下を起こすことを防止で
き、ＮＯｘ浄化触媒全体３が効率よくＮＯｘ浄化性能を
発揮して全体のＮＯｘ浄化率が向上した。なお、図１２
における触媒位置も、図１１と同様、ＮＯｘ浄化触媒３
ａ〜３ｅの位置を示す。

【００４３】図１３および図１４は参考例２に係る排気
ガス浄化装置Ｃを示し、この排気ガス浄化装置Ｃは、上
記参考例１と同様、排気ガスの排気路１に、ゼオライト
に遷移金属をイオン交換してなる５個のＮＯｘ浄化触媒
３ａ〜３ｅを備えている。これらＮＯｘ浄化触媒３ａ〜
３ｅは、２重構造の内外の容器２５，２６のうち内側容
器２５内に収められており、排気路１の上流側から下流
側へ次第にＮＯｘ浄化触媒同士の間隔を広げるようにし
て配設されている。

【００４４】上記内側容器２５と外側容器２６との間は
ＨＣが通過するＨＣ導入路２７に形成されており、この
ＨＣ導入路２７は、上流側でＨＣを含む混合気を供給す
るＨＣ供給路２８と接続されている。このＨＣ供給路２
８には、上記混合気の流量を制御するＨＣ制御バルブ２
９が設けられている。

【００４５】上記内側容器２５には、隣り合うＮＯｘ浄
化触媒同士間を囲む円周上に、上記ＨＣ導入路２７と通
じる複数の開口３０，３０，…が形成されており、これ
ら開口３０，３０，…は、下流側へ向かうにつれてその
径を大きくするよう形成されている。

【００４６】上記各ＮＯｘ浄化触媒３ａ〜３ｅには、温
度センサ３１が接続されている。これら温度センサ３
１，３１，…は、各ＮＯｘ浄化触媒３ａ〜３ｅの温度を
検知し、その検知した温度に基づいて上記ＨＣ制御バル
ブ２９が操作され、上記ＨＣ導入路２７に供給されるＨ
Ｃ量が制御されるようになっている。

【００４７】図１５は上記排気ガス浄化装置Ｃに対して
上記ＨＣ導入路２７へガスを吹き込んだ場合の、総吹き
込み量に対するＮＯｘ浄化触媒３の各部位に達する流入
量を示す。この図から分かるように、ガスの吹き込み量
を増やすほど上流側のＮＯｘ浄化触媒３ａまでガスが一
様に流入して行く。そこで、温度センサ３１が上流側の
ＮＯｘ浄化触媒３ａに対して活性低下温度に到達するよ
うな高温を検出するとき、ＨＣ制御バルブ２９を操作し
てＨＣ導入路２７へ流入する混合気の吹き込み量を増や
し、上流側のＮＯｘ浄化触媒３ａの温度を低下させると
ともに、上流側のＮＯｘ浄化触媒３ａへＨＣを補給する
ことにより、効率的にＮＯｘを浄化してＮＯｘ浄化率を
向上させることができる。

【００４８】本参考例２の排気ガス浄化装置Ｃにおいて
も、上記参考例１と同様の効果が得られるのは勿論であ
る。

【００４９】図１６は上記排気ガス浄化装置Ｃを用いて
ＮＯｘの浄化を行った結果を示す。この図から分かるよ
うに、ＮＯｘ浄化触媒３に対してＨＣを含む混合気の吹
き込み量を制御することにより、ＮＯｘ浄化触媒３内へ
安定的にＨＣを供給できるとともに、触媒温度の過度の
上昇を抑えることができ、高いＮＯｘ浄化率を安定的に
保持することができた。

【００５０】なお、上記参考例２では、ＨＣ導入路２７
へ導入するガスはＨＣとキャリアエアからなる混合気で
あったが、上流側の排気路を分岐させて一部の排気ガス
をＨＣ導入路２７へ導入する構造であっても良い。

【００５１】また、上記参考例２では、開口３０の形状
は、下流側へ向かうにつれて径を大きくするものであっ
たが、例えば、図１７(a),(b)に示すように、下流側へ
向かうにつれて開口３１，３２を高く盛り上げるよう構
成しても良いし、図１７(c)に示すように、開口３３の
下流端に立上りの板３４を設け、下流側へ向かうにつれ
この板３４の高さを高くしてガスを取り込み易くするよ
う構成しても良い。

【００５２】さらに、上記参考例１，２では、ＮＯｘ浄
化触媒３を複数個に分割して配設していたが、ＮＯｘ浄
化触媒全体を１個で構成しても良い。

【００５３】また、上記参考例１，２では、ＮＯｘの還
元剤として、ＨＣを使用していたが、ＨＣ以外に、Ｈ
２、ＮＨ３、Ｃ、尿素等を使用しても良い。

【００５４】また、上記実施例及び参考例１，２では、
ＮＯｘ浄化触媒として、ゼオライトに遷移金属をイオン
交換担持してなる触媒を使用していたが、ゼオライトの
代りに、他のアルミナシリケートや、Ｓｉ−Ｔｂ−Ｏ，
Ｓｉ−Ｍｎ−Ｏ，Ｓｉ−Ｎｄ−Ｏ等のメタロシリケート
で構成しても良い。

【００５５】

【発明の効果】以上のように、請求項１又は請求項２に
記載の発明によれば、酸素過剰雰囲気下で運転されるエ
ンジンを搭載した自動車の排気ガスの排気路に、上流側
ＮＯｘ浄化触媒と下流側ＮＯｘ浄化触媒とを設けて排気
ガス中のＮＯｘを浄化する排気ガス浄化方法において、
上流側ＮＯｘ浄化触媒をバイパスして排気ガスを下流側
ＮＯｘ浄化触媒に供給するバイパス路を設け、上流側Ｎ
Ｏｘ浄化触媒が最適な活性温度に至る前において、下流
側ＮＯｘ浄化触媒の温度が上流側ＮＯｘ浄化触媒の温度
に遅れて上昇しているときに、又はエンジンのコールド
スタートにより下流側ＮＯｘ浄化触媒の温度が上昇して
いるときに、バイパス路による排気ガスのバイパス量が
徐々に増大していくようにしたから、上流側ＮＯｘ浄化
触媒の急激な温度上昇が防止されるとともに、ＨＣを含
有する排気ガスが下流側ＮＯｘ浄化触媒に確実に供給さ
れて下流側ＮＯｘ浄化触媒の早期活性化が図れ、上流側
ＮＯｘ浄化触媒及び下流側ＮＯｘ浄化触媒をＮＯｘの浄
化に効率的に利用することができる。

【００５６】請求項３記載の発明によれば、上記バイパ
ス路にＨＣを導入するＨＣ導入路を設け、上流側ＮＯｘ
浄化触媒が最適な活性温度に至る前において、上記バイ
パス路にＨＣを導入し、上記バイパス量の増大に伴って
該ＨＣの導入量を減らしていくようにしたから、下流側
ＮＯｘ浄化触媒の早期活性化、並びに下流側ＮＯｘ浄化
触媒でのＮＯｘの還元分解に有利になるとともに、下流
側ＮＯｘ浄化触媒が必要以上に高温になることを防止し
て、触媒の活性種の劣化および構造破壊を防止する上で
有利になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】ＮＯｘ浄化触媒の入り口の排気ガス温度とＮＯ
ｘ浄化率との関係を示すグラフである。

【図２】ＮＯｘ浄化触媒の温度とＮＯｘ浄化率との関係
を示すグラフである。

【図３】本発明の実施例に係る排気ガス浄化装置の構成
図である。

【図４】空燃比に対するＮＯｘ排出量およびＨＣ排出量
を示すグラフである。

【図５】比較例１において、エンジン始動時からのＮＯ
ｘ浄化触媒の温度およびＮＯｘ浄化率の各時間的変化を
示すグラフである。

【図６】比較例２における図５相当図である。

【図７】(a) は具体例１における図５相当図、(b) は同
排気ガス制御バルブのバイパス量を示すグラフである。

【図８】具体例２における図７相当図である。

【図９】具体例３における図７相当図である。

【図１０】参考例１に係る排気ガス浄化装置の構成図で
ある。

【図１１】比較例３において、各触媒部分におけるＮＯ
ｘ浄化触媒の温度を示すグラフである。

【図１２】具体例４における図１１相当図である。

【図１３】参考例２に係る排気ガス浄化装置の斜視図で
ある。

【図１４】同部分の断面図である。

【図１５】図１３の排気ガス浄化装置にガスを吹き込ん
だときの各触媒部位に流入するガス量を示すグラフであ
る。

【図１６】参考例２において、ＨＣを含む混合気の総吹
き込み量、ＨＣ濃度、ＮＯｘ浄化触媒の温度およびＮＯ
ｘ浄化率を示すグラフである。

【図１７】開口の様々な形状を示す斜視図である。

【図１８】従来の排気ガス浄化装置におけるＮＯｘ浄化
率とＨＣ分布との関係を示すグラフである。

【符号の説明】 １ 排気路 ２ バイパス路 ３ ＮＯｘ浄化触媒 ４，14，27 ＨＣ導入路 ５ 触媒前部（上流側ＮＯｘ浄化触媒） ６ 触媒後部（下流側ＮＯｘ浄化触媒） ７，21，31 温度センサ ８ 排気ガス制御バルブ ９，20，29 ＨＣ制御バルブ Ａ，Ｂ，Ｃ 排気ガス浄化装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭49−133269（ＪＰ，Ａ) 特開 昭54−51969（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−135437（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−94816（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−181321（ＪＰ，Ａ) 特開 昭50−64159（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−212246（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−330316（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−172527（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B01D 53/94 B01J 21/00 - 38/74 F01N 3/20

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 酸素過剰雰囲気下で運転されるエンジン
   を搭載した自動車の排気ガスの排気路に、メタロシリケ
   ートに遷移金属をイオン交換担持してなる２つのＮＯｘ
   浄化触媒が排気ガスの流れ方向に並べて配設され、この
   上流側ＮＯｘ浄化触媒と下流側ＮＯｘ浄化触媒とにより
   排気ガス中のＮＯｘを浄化する排気ガス浄化方法におい
   て、 上記上流側ＮＯｘ浄化触媒よりも上流側の排気路から分
   岐し、排気ガスを該上流側ＮＯｘ浄化触媒と上記下流側
   ＮＯｘ浄化触媒との中間部に供給するバイパス路を設け
   るとともに、該バイパス路に排気ガス制御バルブを設
   け、 上記上流側ＮＯｘ浄化触媒が最適な活性温度に至る前に
   おいて、 上記下流側ＮＯｘ浄化触媒の温度が上記上流側
   ＮＯｘ浄化触媒の温度に遅れて上昇しているときに、上
   記バイパス路による排気ガスのバイパス量が徐々に増大
   していくように上記排気ガス制御バルブを制御すること
   を特徴とする排気ガス浄化方法。
2. 【請求項２】 酸素過剰雰囲気下で運転されるエンジン
   を搭載した自動車の排気ガスの排気路に、メタロシリケ
   ートに遷移金属をイオン交換担持してなる２つのＮＯｘ
   浄化触媒が排気ガスの流れ方向に並べて配設され、この
   上流側ＮＯｘ浄化触媒と下流側ＮＯｘ浄化触媒とにより
   排気ガス中のＮＯｘを浄化する排気ガス浄化方法におい
   て、 上記上流側ＮＯｘ浄化触媒よりも上流側の排気路から分
   岐し、排気ガスを該上流側ＮＯｘ浄化触媒と上記下流側
   ＮＯｘ浄化触媒との中間部に供給するバイパス路を設け
   るとともに、該バイパス路に排気ガス制御バルブを設
   け、 上記上流側ＮＯｘ浄化触媒が最適な活性温度に至る前に
   おいて、上記エンジンのコールドスタートにより上記下
   流側ＮＯｘ浄化触媒の温度が上昇しているときに、上記
   バイパス路による排気ガスのバイパス量が徐々に増大し
   ていくように上記排気ガス制御バルブを制御することを
   特徴とする排気ガス浄化方法 。
3. 【請求項３】 上記バイパス路にＨＣを導入するＨＣ導
   入路を設けるとともに、該ＨＣ導入路にＨＣ制御バルブ
   を設け、上記上流側ＮＯｘ浄化触媒が最適な活性温度に至る前に
   おいて、上記ＨＣ制御バルブを制御して 上記バイパス路
   にＨＣを導入し、上記バイパス量の増大に伴って該ＨＣ
   の導入量を減らしていくこと特徴とする請求項１又は請
   求項２に記載の排気ガス浄化方法。