JP4134581B2

JP4134581B2 - 内燃機関の排気浄化装置

Info

Publication number: JP4134581B2
Application number: JP2002076524A
Authority: JP
Inventors: 正明小林; 宗一松下; 久大木; 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: 2008-08-20
Anticipated expiration: 2022-03-19
Also published as: JP2003278536A

Description

【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（Soluble Organic Fraction）などの微粒子（ＰＭ：Particulate 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ＳＯＦ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ＳＯＦ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ＳＯＦ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２０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（ＨＣ））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ＳＯＦ（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（ＮＯ_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ＥＧＲ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ＳＯ_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、ＥＧＲ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、ＥＧＲ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（Ａｌ₂Ｏ₃）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（Ａｌ₂Ｏ₃）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（ＴｉＯ₂）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ＳＯ_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２１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ＳＯ_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２０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（ＳｉＯ₂）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

Claims

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、
前記パティキュレートフィルタの被毒が発生した場合に被毒解消処理を行う処理手段と、
を備えたことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
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。
前記処理手段は、前記パティキュレートフィルタの被毒を解消させる際に、前記前置触媒の温度上昇を抑制すべく前記還元剤供給手段による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。