JP5018631B2

JP5018631B2 - 内燃機関の排気浄化装置

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Publication number: JP5018631B2
Application number: JP2008129876A
Authority: JP
Inventors: 健一辻本
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2008-05-16
Filing date: 2008-05-16
Publication date: 2012-09-05
Anticipated expiration: 2028-05-16
Also published as: JP2009275668A

Description

本発明は内燃機関の排気浄化装置に関する。

アンモニアの存在下で排気ガス中のＮＯ_xを還元しうるＮＯ_x選択還元触媒を用いた場合には排気ガス中に含まれるＮＯとＮＯ₂との比率が１：１のときにＮＯ_x浄化率が最も高くなる。しかしながら機関から排出される排気ガス中のＮＯ_xの大部分はＮＯであってＮＯ₂の量は極めて少ない。そこで排気ガス中に含まれるＮＯをＮＯ₂に変換することによりＮＯ₂を生成しうるＮＯ₂生成触媒をＮＯ_x選択還元触媒の上流に配置し、ＮＯ_x選択還元触媒に流入する排気ガス中のＮＯとＮＯ₂との比率をできるだけ１：１に近ずけるようにした内燃機関が公知である（例えば特許文献１を参照）。
特開２００６−５１２５２９号公報

ところでこのような内燃機関において例えばＮＯ_x選択還元触媒を昇温させるためにＮＯ₂生成触媒の上流に炭化水素からなる燃料を供給すると運転状態によっては多量の炭化水素がＮＯ₂生成触媒に付着することがある。しかしながらこのように多量の炭化水素がＮＯ₂生成触媒に付着すると付着した炭化水素周りの空燃比がリッチとなるためにＮＯ₂生成触媒内においてＮＯ₂がＮＯに還元されてしまい、斯くしてＮＯ₂生成触媒がその機能を果さなくなるという問題がある。

上記問題を解決するために本発明によれば、機関排気通路内にＮＯ₂の増大により浄化性能の高められる排気浄化触媒を配置し、排気浄化触媒上流の機関排気通路内にＮＯ₂生成用のＮＯ₂生成触媒を配置した内燃機関において、ＮＯ₂生成触媒上流の排気管内に小型アンモニア生成触媒を配置し、小型アンモニア生成触媒上流の排気管内に小型アンモニア生成触媒へ炭化水素からなる燃料を供給するための燃料供給弁を配置し、小型アンモニア生成触媒は排気管の断面よりも小さな断面を有していて排気管内を流れる排気ガスの一部が小型アンモニア生成触媒を流れると共に残りの排気ガスが小型アンモニア生成触媒の周りを流れ、小型アンモニア生成触媒内を流れる排気ガスの空燃比が小型アンモニア生成触媒内においてＮＯ_xをアンモニアまで還元させることのできるリッチ度合のリッチ空燃比となりかつ小型アンモニア生成触媒周りの排気管内を流れる排気ガスの空燃比およびＮＯ₂生成触媒に流入する排気ガスの空燃比が共にリーン空燃比となるのに必要な量の燃料を燃料供給弁から供給し、小型アンモニア生成触媒において生成されたアンモニアをＮＯ₂生成触媒内に流入させ、ＮＯ₂生成触媒において排気ガス中に含まれるＮＯをＮＯ₂に酸化するようにしている。

ＮＯ₂生成触媒には少くとも重質の炭化水素が流入することがないのでＮＯ_x生成触媒に炭化水素が付着することがない。従ってＮＯ₂生成触媒内を流れる排気ガスの空燃比は局所的にリッチになることはなく、全体的にリーンとなるのでＮＯはＮＯ₂に良好に酸化されることになる。

図１に圧縮着火式内燃機関の全体図を示す。
図１を参照すると、１は機関本体、２は各気筒の燃焼室、３は各燃焼室２内に夫々燃料を噴射するための電子制御式燃料噴射弁、４は吸気マニホルド、５は排気マニホルドを夫々示す。吸気マニホルド４は吸気ダクト６を介して排気ターボチャージャ７のコンプレッサ７ａの出口に連結され、コンプレッサ７ａの入口は吸入空気量検出器８を介してエアクリーナ９に連結される。吸気ダクト６内にはステップモータにより駆動されるスロットル弁１０が配置され、更に吸気ダクト６周りには吸気ダクト６内を流れる吸入空気を冷却するための冷却装置１１が配置される。図１に示される実施例では機関冷却水が冷却装置１１内に導かれ、機関冷却水によって吸入空気が冷却される。

一方、排気マニホルド５は排気ターボチャージャ７の排気タービン７ｂの入口に連結され、排気タービン７ｂの出口は排気管１２を介してＮＯ₂生成触媒１３に連結される。このＮＯ₂生成触媒１３上流の機関排気通路内には、即ち排気管１２内にはＮＯ₂生成触媒１３よりも体積が小さくかつＮＯ₂生成触媒１３に流入する排気ガスの一部が流通する小型アンモニア生成触媒１４が配置され、この小型アンモニア生成触媒１４上流の機関排気通路内には、即ち排気管１２内には小型アンモニア生成触媒１４に炭化水素からなる燃料を供給するための燃料供給弁１５が配置される。

一方、ＮＯ₂生成触媒１３の出口は排気管１６を介してＮＯ₂の増大により浄化性能の高められる排気浄化触媒１７に連結される。図１に示される実施例ではこの排気浄化触媒１７はＮＯ_x吸蔵触媒からなる。

排気マニホルド５と吸気マニホルド４とは排気ガス再循環（以下、ＥＧＲと称す）通路１８を介して互いに連結され、ＥＧＲ通路１８内には電子制御式ＥＧＲ制御弁１９が配置される。また、ＥＧＲ通路１８周りにはＥＧＲ通路１８内を流れるＥＧＲガスを冷却するための冷却装置２０が配置される。図１に示される実施例では機関冷却水が冷却装置２０内に導かれ、機関冷却水によってＥＧＲガスが冷却される。一方、各燃料噴射弁３は燃料供給管２１を介してコモンレール２２に連結され、このコモンレール２２は電子制御式の吐出量可変な燃料ポンプ２３を介して燃料タンク２４に連結される。燃料タンク２４内に貯蔵されている燃料は燃料ポンプ２３によってコモンレール２２内に供給され、コモンレール２２内に供給された燃料は各燃料供給管２１を介して燃料噴射弁３に供給される。

電子制御ユニット３０はデジタルコンピュータからなり、双方向性バス３１によって互いに接続されたＲＯＭ（リードオンリメモリ）３２、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）３３、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）３４、入力ポート３５および出力ポート３６を具備する。図１に示されるように吸入空気量検出器８の出力信号は対応するＡＤ変換器３７を介して入力ポート３５に入力される。アクセルペダル４０にはアクセルペダル４０の踏込み量Ｌに比例した出力電圧を発生する負荷センサ４１が接続され、負荷センサ４１の出力電圧は対応するＡＤ変換器３７を介して入力ポート３５に入力される。更に入力ポート３５にはクランクシャフトが例えば１５°回転する毎に出力パルスを発生するクランク角センサ４２が接続される。一方、出力ポート３６は対応する駆動回路３８を介して燃料噴射弁３、スロットル弁１０の駆動用ステップモータ、ＥＧＲ制御弁１９および燃料ポンプ２３に接続される。

図２（Ａ）は図１における小型アンモニア生成触媒１４周りの拡大図を示しており、図２（Ｂ）は図２（Ａ）においてＢ−Ｂ線に沿ってみた断面図を示している。図２（Ａ），（Ｂ）に示される実施例ではこの小型アンモニア生成触媒１４は酸化触媒からなる。図２（Ａ），（Ｂ）に示されるようにこの小型アンモニア生成触媒１４は金属薄肉平板と金属薄肉波形板との積層構造からなる基体を有しており、この基体の表面上に例えばアルミナからなる触媒担体の層が形成されていると共にこの触媒担体上には白金Ｐｔ、ロジウムＲｄ、パラジウムＰｄのような貴金属触媒が担持されている。なお、この小型アンモニア生成触媒１４はゼオライトのようなＮＯ_x吸着触媒から形成することもできる。

図２（Ａ），（Ｂ）からわかるようにこの小型アンモニア生成触媒１４はＮＯ_x生成触媒１３に向かう排気ガスの全流路断面よりも小さな断面、即ち排気管１２の断面よりも小さな断面を有していると共に、排気管１２内の中央において排気ガスの流れ方向に延びる筒状をなしている。なお、図２（Ａ），（Ｂ）に示される実施例では小型アンモニア生成触媒１４は円筒状外枠２５内に配置されており、この円筒状外枠２５は複数のステー２６によって排気管１２内に支持されている。

また、ＮＯ₂生成触媒１３は例えば白金Ｐｔのような貴金属触媒を担持した酸化触媒から構成されている。

一方、図１に示されるＮＯ_x吸蔵触媒１７の基体上には例えばアルミナからなる触媒担体が担持されており、図３はこの触媒担体４５の表面部分の断面を図解的に示している。図３に示されるように触媒担体４５の表面上には貴金属触媒４６が分散して担持されており、更に触媒担体４５の表面上にはＮＯ_x吸収剤４７の層が形成されている。

図３に示される例では貴金属触媒４６として白金Ｐｔが用いられており、ＮＯ_x吸収剤４７を構成する成分としては例えばカリウムＫ、ナトリウムＮａ、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が用いられている。

機関吸気通路、燃焼室２およびＮＯ_x吸蔵触媒１７上流の排気通路内に供給された空気および燃料（炭化水素）の比を排気ガスの空燃比と称すると、ＮＯ_x吸収剤４７は排気ガスの空燃比がリーンのときにはＮＯ_xを吸蔵し、排気ガス中の酸素濃度が低下すると吸蔵したＮＯ_xを放出するＮＯ_xの吸放出作用を行う。

即ち、ＮＯ_x吸収剤４７を構成する成分としてバリウムＢａを用いた場合を例にとって説明すると、排気ガスの空燃比がリーンのとき、即ち排気ガス中の酸素濃度が高いときには排気ガス中に含まれるＮＯは図３に示されるように白金Ｐｔ４６上において酸化されてＮＯ₂となり、次いでＮＯ_x吸収剤４７内に吸収されて炭酸バリウムＢａＣＯ₃と結合しながら硝酸イオンＮＯ₃ ^-の形でＮＯ_x吸収剤４７内に拡散する。このようにしてＮＯ_xがＮＯ_x吸収剤４７内に吸蔵される。排気ガス中の酸素濃度が高い限り白金Ｐｔ４６の表面でＮＯ₂が生成され、ＮＯ_x吸収剤４７のＮＯ_x吸収能力が飽和しない限りＮＯ₂がＮＯ_x吸収剤４７内に吸収されて硝酸イオンＮＯ₃ ^-が生成される。

これに対し、排気ガス中のＮＯ₂はＮＯ_x吸収剤４７に直接吸収される。従って排気ガス中のＮＯ₂の量が多いほど排気ガス中のＮＯ_xはＮＯ_x吸蔵触媒１７に吸蔵されやすくなり、斯くしてＮＯ_x浄化率が高められることになる。本発明では図１に示されるようにＮＯ_x吸蔵触媒１７の上流にＮＯ₂生成用のＮＯ₂生成触媒１３が配置されており、斯くして高いＮＯ_x浄化率を得ることができる。

一方、排気ガスの空燃比がリーンからリッチ或いは理論空燃比に切換えられると排気ガス中の酸素濃度が低下するために反応が逆方向（ＮＯ₃ ^-→ＮＯ₂）に進み、斯くしてＮＯ_x吸収剤４７内の硝酸イオンＮＯ₃ ^-がＮＯ₂の形でＮＯ_x吸収剤４７から放出される。次いで放出されたＮＯ_xは排気ガス中に含まれる未燃ＨＣ，ＣＯによって還元される。

さて、ＮＯ_x吸蔵触媒１７は或る程度温度が高くならないと良好なＮＯ_x浄化率を得ることができない。従ってＮＯ_x吸蔵触媒１７の温度が低いときにはＮＯ_x吸蔵触媒１７を昇温する必要がある。また、排気浄化触媒１７をパティキュレートフィルタから構成し、このパティキュレートフィルタ１７上にＮＯ_x吸蔵触媒を担持させることもできる。この場合にはパティキュレートフィルタ１７上に一定量以上のパティキュレートが堆積した場合には堆積したパティキュレートを燃焼させる必要があり、従ってこの場合にもパティキュレートフィルタ１７を昇温する必要がある。

このように排気浄化触媒１７を昇温すべきときには本発明では図２（Ａ）においてＦで示されるように燃料供給弁１５から小型アンモニア生成触媒１４に向けて炭化水素からなる燃料、即ち軽油が噴射される。このとき小型アンモニア生成触媒１４内を流れる排気ガスの空燃比は１２．０以下のリッチ空燃比となるがＮＯ₂生成触媒１３内に流入する排気ガスの空燃比はリーンとなる量の燃料が燃料供給弁１５から供給される。このとき燃料の一部は小型アンモニア生成触媒１４内において燃焼するために小型アンモニア生成触媒１４の温度は急上昇する。その結果小型アンモニア生成触媒１７から流出する排気ガス温が上昇するために排気浄化触媒１３の温度が上昇せしめられる。

次にこのときの機関排気通路の各位置における排気ガスの空燃比Ａ／Ｆと排気ガス中のＮＯ，ＮＯ₂，ＮＨ₃の量について図４を参照しつつ説明する。前述したように機関から排出されるＮＯ_xの大部分はＮＯであってＮＯ₂の量は極めて少なく、従って図４に示されるように小型アンモニア生成触媒１４上流における排気ガス中のＮＯ₂の量はＮＯの量に比べてかなり少ない。

一方、小型アンモニア生成触媒１４内を流れる排気ガスの空燃比がリッチになると排気ガス中のＮＯ_xおよび小型アンモニア生成触媒１４に吸着しているＮＯ_xは燃料供給弁１５から供給された炭化水素ＨＣによって還元されるようになる。例えばＮＯ₂は還元されてＮＯとなり、ＮＯは還元されてＮ₂となる。一方、この場合、小型アンモニア生成触媒１４内を流れる排気ガスの空燃比のリッチ度合が高くなるとＮＯ_xの還元は更に進み、小型アンモニア生成触媒１４内を流れる排気ガスの空燃比が１２．０以下になるとアンモニアＮＨ₃が生成されるようになる。

そこで本発明では図４においてＸ₁で示されるように小型アンモニア生成触媒１４内を流れる排気ガスの空燃比が１２．０以下のリッチ空燃比となるようにしている。なお、このとき小型アンモニア生成触媒１４の周りの排気管１２内を流れる排気ガスの空燃比は図４においてＸ₂で示されるようにリーンになっている。このように小型アンモニア生成触媒１４内を流れる排気ガスの空燃比が１２．０以下のリッチ空燃比にされるとＮＯおよびＮＯ₂がアンモニアＮＨ₃に還元されるために小型アンモニア生成触媒１４の配置されている領域では図４に示されるようにＮＯおよびＮＯ₂が減少してアンモニアＮＨ₃が増大することになる。

一方、小型アンモニア生成触媒１４の温度が上昇すると燃料供給弁１５から供給された重質の炭化水素ＨＣは小型アンモニア生成触媒１４内において分子量の小さい軽質の炭化水素に分解される。この軽質の炭化水素の一部はＮＯ_xをアンモニアまで還元するために、即ちアンモニアを生成するために使用され、残りの軽質の炭化水素が小型アンモニア生成触媒１４から排出される。従ってＮＯ₂生成触媒１３内にはアンモニアＮＨ₃と軽質の炭化水素ＨＣが流入することになる。

図４に示される如く前述したように燃料供給弁１５からの噴射燃料量はＮＯ₂生成触媒１３に流入する排気ガスの空燃比がリーンとなるように定められている。一方、上述したようにＮＯ₂生成触媒１３に流入する炭化水素ＨＣは軽質であるのでＮＯ₂生成触媒１３上には炭化水素ＨＣがほとんど付着しない。従ってＮＯ₂生成触媒１３内に局所的にリッチ空燃比の領域が形成されることがないのでＮＯ₂生成触媒１３内においてＮＯ₂がＮＯに還元されることはない。従って図４に示されるようにＮＯ₂生成触媒１３内において多量のＮＯがＮＯ₂に変換されることになり、斯くしてＮＯ₂生成触媒１３においてＮＯ₂が良好に生成されることになる。

ＮＯ₂生成触媒１３において多量のＮＯがＮＯ₂に変換されると図４に示されるようにＮＯ_x吸蔵触媒１７にＮＯ_xが良好に吸蔵されることになる。このように本発明では、小型アンモニア生成触媒１４内を流れる排気ガスの空燃比が小型アンモニア生成触媒１４内においてＮＯ_xをアンモニアまで還元させることのできるリッチ度合のリッチ空燃比となり、かつＮＯ₂生成触媒１３に流入する排気ガスの空燃比がリーン空燃比となるのに必要な量の燃料を燃料供給弁１５から供給するようにしており、それによりＮＯ₂生成触媒１３においてＮＯ₂が良好に生成されるようにしている。

一方、ＮＯ₂生成触媒１３に流入した軽質の炭化水素ＨＣはＮＯ₂生成触媒１３内において酸化せしめられ、その酸化反応熱によってＮＯ_x吸蔵触媒１７は更に昇温せしめられる。また、図４に示されるように図４に示される例ではアンモニアＮＨ₃がＮＯ₂生成触媒１３およびＮＯ_x吸蔵触媒１７において酸化せしめられるために排気ガス中のアンモニアＮＨ₃はＮＯ₂生成触媒１３およびＮＯ_x吸蔵触媒１７において低下する。しかしながらＮＯ₂生成触媒１３としてアンモニアＮＨ₃を酸化させないＮＯ₂生成触媒を用いることもできる。

ところで前述したように排気ガスの空燃比がリーンであるとき、即ちリーン空燃比のもとで燃焼が行われているときには排気ガス中のＮＯ_xがＮＯ_x吸収剤４７内に吸蔵される。しかしながらリーン空燃比のもとでの燃焼が継続して行われるとその間にＮＯ_x吸収剤４７のＮＯ_x吸収能力が飽和してしまい、斯くしてＮＯ_x吸収剤４７によりＮＯ_xを吸収できなくなってしまう。そこで本発明による実施例ではＮＯ_x吸収剤４７の吸収能力が飽和する前に燃料供給弁１５から燃料を供給することによってＮＯ_x吸蔵触媒１７に流入する排気ガスの空燃比を一時的にリッチにし、それによってＮＯ_x吸収剤４７からＮＯ_xを放出させるようにしている。このときにはＮＯ₂生成触媒１３に流入する排気ガスの空燃比もリッチになる。

一方、排気ガス中にはＳＯ_x、即ちＳＯ₂が含まれており、このＳＯ₂がＮＯ_x吸蔵触媒１７に流入するとこのＳＯ₂は白金Ｐｔ４６において酸化されてＳＯ₃となる。次いでこのＳＯ₃はＮＯ_x吸収剤４７内に吸収されて炭酸バリウムＢａＣＯ₃と結合しながら、硫酸イオンＳＯ₄ ^2-の形でＮＯ_x吸収剤４７内に拡散し、安定した硫酸塩ＢａＳＯ₄を生成する。しかしながらＮＯ_x吸収剤４７が強い塩基性を有するためにこの硫酸塩ＢａＳＯ₄は安定していて分解しづらく、排気ガスの空燃比を単にリッチにしただけでは硫酸塩ＢａＳＯ₄は分解されずにそのまま残る。従ってＮＯ_x吸収剤４７内には時間が経過するにつれて硫酸塩ＢａＳＯ₄が増大することになり、斯くして時間が経過するにつれてＮＯ_x吸収剤４７が吸収しうるＮＯ_x量が低下することになる。即ち、ＮＯ_x吸蔵触媒１７がイオウ被毒を生ずることになる。

ところでこの場合、ＮＯ_x吸蔵触媒１７の温度を６００℃以上のＳＯ_x放出温度まで上昇させた状態でＮＯ_x吸蔵触媒１７に流入する排気ガスの空燃比をリッチにするとＮＯ_x吸収剤４７からＳＯ_xが放出される。そこで本発明ではＮＯ_x吸蔵触媒１７がイオウ被毒を生じたときには燃料供給弁１５から燃料を供給することによってＮＯ_x吸蔵触媒１７の温度をＳＯ_x放出温度まで上昇させ、ＮＯ_x吸蔵触媒１７に流入する排気ガスの空燃比をリッチにしてＮＯ_x吸蔵触媒１７からＳＯ_xを放出させるようにしている。このとき、即ちＮＯ_x吸蔵触媒１７に流入する排気ガスの空燃比をリッチにしたときにもＮＯ₂生成触媒１３に流入する排気ガスの空燃比はリッチとなる。

図５（Ａ）〜（Ｃ）に小型アンモニア生成触媒１４の配置又は形状に関する種々の変形例を示す。
まず初めに図５（Ａ）から説明するとこの図５（Ａ）に示される変形例では燃料供給弁１５のノズル口が高温の排気ガス流に直接晒されないように排気管１２の内壁面上に形成された凹部内に配置されている。また、図５（Ｂ）に示す変形例では小型アンモニア生成触媒１４の上流側端面上に上流側端面の周縁部から上流に向けて延びるトラフ状の燃料案内部２７が形成されており、燃料供給弁１５から燃料案内部２７に向けて燃料が噴射される。一方、図５（Ｃ）に示される変形例では小型アンモニア生成触媒１４は排気管１２内の周辺部に配置されている。

図６に別の実施例を示す。この実施例では排気浄化触媒１７がアンモニアの存在のもとで排気ガス中のＮＯ_xを還元することのできるＮＯ_x選択還元触媒からなり、このＮＯ_x選択還元触媒１７上流の排気管１６内に尿素水を供給するための尿素水供給弁２８が配置されている。尿素水供給弁２８からは排気ガス中に含まれるＮＯ_xを還元するのに必要な量の尿素水が供給され、排気ガス中のＮＯ_xはＮＯ_x選択還元触媒１７において尿素水から生成されたアンモニアによって還元される。

ところでこのようにＮＯ_x選択還元触媒１７においてアンモニアＮＨ₃により排気ガス中に含まれるＮＯ_xが選択的に還元されるときの最も速度の速い反応式は次式で示される。
ＮＯ＋ＮＯ₂＋２ＮＨ₃→２Ｎ₂＋３Ｈ₂Ｏ
従って上式から、排気ガス中のＮＯとＮＯ₂との比率が１：１のときに反応速度が最も速くなり、斯くしてＮＯ_x浄化率が最も高くなることがわかる。

因みに、排気ガス中のＮＯ₂が過剰の場合には例えばＮＯ₂の過剰分は反応速度の遅い次式に従って反応が行われ、
６ＮＯ₂＋８ＮＨ₃→７Ｎ₂＋１２Ｈ₂Ｏ
排気ガス中のＮＯが過剰の場合には例えばＮＯの過剰分は反応速度の遅い次式に従って反応が行われる。
６ＮＯ＋４ＮＨ₃→５Ｎ₂＋６Ｈ₂Ｏ
このように反応速度が遅くなるとＮＯ_x浄化率が低下する。

図６に示される実施例においても小型アンモニア生成触媒１４内を流れる排気ガスの空燃比が小型アンモニア生成触媒１４内においてＮＯ_xをアンモニアまで還元させることのできるリッチ度合のリッチ空燃比となりかつＮＯ₂生成触媒１３に流入する排気ガスの空燃比がリーン空燃比となるのに必要な量の燃料を燃料供給弁１５から供給するようにしている。しかしながらこの場合、この実施例では更にＮＯ_x選択還元触媒１７に流入する排気ガス中のＮＯをＮＯ₂との比率ができるだけ１：１に近ずくように燃料供給弁１５からの燃料供給量が定められている。

なお、このようなＮＯ_x選択還元触媒１７が用いられたときにはできる限り多くのアンモニアＮＨ₃をＮＯ_x選択還元触媒１７に送り込むためにＮＯ₂生成触媒１３としてはアンモニアＮＨ₃を酸化することなくそのまま素通りしうるＮＯ₂生成触媒１３を用いることが好ましい。

圧縮着火式内燃機関の全体図である。図１の小型アンモニア生成触媒周りの拡大図である。ＮＯ_xの吸収作用を説明するための図である。機関排気通路の各位置における排気ガスの空燃比とＮＯ，ＮＯ₂，ＮＨ₃の量の変化を示す図である。種々の変形例を示す図である。別の実施例を示す圧縮着火式内燃機関の全体図である。

符号の説明

４吸気マニホルド
５排気マニホルド
７排気ターボチャージャ
１２，１６排気管
１３ＮＯ₂生成触媒
１４小型アンモニア生成触媒
１５燃料供給弁
１７排気浄化触媒

Claims

機関排気通路内にＮＯ₂の増大により浄化性能の高められる排気浄化触媒を配置し、排気浄化触媒上流の機関排気通路内にＮＯ₂生成用のＮＯ₂生成触媒を配置した内燃機関において、ＮＯ₂生成触媒上流の排気管内に小型アンモニア生成触媒を配置し、小型アンモニア生成触媒上流の排気管内に小型アンモニア生成触媒へ炭化水素からなる燃料を供給するための燃料供給弁を配置し、該小型アンモニア生成触媒は排気管の断面よりも小さな断面を有していて排気管内を流れる排気ガスの一部が小型アンモニア生成触媒を流れると共に残りの排気ガスが小型アンモニア生成触媒の周りを流れ、小型アンモニア生成触媒内を流れる排気ガスの空燃比が小型アンモニア生成触媒内においてＮＯ_xをアンモニアまで還元させることのできるリッチ度合のリッチ空燃比となりかつ小型アンモニア生成触媒周りの排気管内を流れる排気ガスの空燃比およびＮＯ₂生成触媒に流入する排気ガスの空燃比が共にリーン空燃比となるのに必要な量の燃料を燃料供給弁から供給し、小型アンモニア生成触媒において生成されたアンモニアをＮＯ₂生成触媒内に流入させ、ＮＯ₂生成触媒において排気ガス中に含まれるＮＯをＮＯ₂に酸化するようにした内燃機関の排気浄化装置。
小型アンモニア生成触媒内においてＮＯ_xをアンモニアまで還元させることのできるリッチ度合の空燃比が１２．０以下である請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
上記小型アンモニア生成触媒は排気ガスの流れ方向に延びる筒状をなす請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
上記小型アンモニア生成触媒はＮＯ_x生成触媒に向かう排気ガスが流通する排気管内の中央に配置されている請求項３に記載の内燃機関の排気浄化装置。
上記小型アンモニア生成触媒はＮＯ_x生成触媒に向かう排気ガスが流通する排気管内の周辺部に配置されている請求項３に記載の内燃機関の排気浄化装置。
上記小型アンモニア生成触媒の上流側端面上に該上流側端面の周縁部から上流に向けて延びる燃料案内部が形成されており、燃料供給弁から該燃料案内部に向けて燃料が噴射される請求項３に記載の内燃機関の排気浄化装置。
上記小型アンモニア生成触媒が酸化触媒からなる請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
上記小型アンモニア生成触媒がＮＯ_x吸着触媒からなる請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
上記ＮＯ₂生成触媒が酸化触媒からなる請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
上記排気浄化触媒は、流入する排気ガスの空燃比がリーンのときには排気ガス中に含まれるＮＯ_xを吸蔵し流入する排気ガスの空燃比がリッチになると吸蔵したＮＯ_xを放出するＮＯ_x吸蔵触媒から構成されている請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
上記排気浄化触媒がアンモニアの存在のもとで排気ガス中のＮＯ_xを還元することのできるＮＯ_x選択還元触媒から構成されており、該ＮＯ_x選択還元触媒に尿素水を供給するための尿素水供給弁を具備している請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。