排気ガス浄化装置
【課題】 排気ガス浄化装置において、ＳＯxの吸収を抑制しかつＮＯxの吸収を向上させる。
【解決手段】 流入する排気ガスの空燃比がリーンのときはＮＯxを吸収し、流入する排気ガスの空燃比がリッチもしくはストイキのときは吸収したＮＯxを放出するＮＯx吸収剤を含む触媒層を担体基材上に備えたＮＯx触媒を内燃機関の排気ガス流路に配置し、このＮＯx触媒に磁場を発生させることができる磁場発生器をＮＯx触媒の周囲に配置してなる排気ガス浄化装置。
【解決手段】 流入する排気ガスの空燃比がリーンのときはＮＯxを吸収し、流入する排気ガスの空燃比がリッチもしくはストイキのときは吸収したＮＯxを放出するＮＯx吸収剤を含む触媒層を担体基材上に備えたＮＯx触媒を内燃機関の排気ガス流路に配置し、このＮＯx触媒に磁場を発生させることができる磁場発生器をＮＯx触媒の周囲に配置してなる排気ガス浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車等の内燃機関から排出される排気ガスから窒素酸化物（ＮＯx)を浄化することができる排気ガス浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、自動車の排気ガス浄化用触媒として、排気ガス中のＣＯ及びＨＣの酸化とＮＯxの還元を同時に行って浄化する三元触媒が用いられている。このような三元触媒としては、例えばコージェライト等の担体基材にγ−アルミナからなる担持層を形成し、この担持層に白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、ロジウム（Ｒｈ）等の貴金属触媒を担持させたものが広く知られている。
【０００３】
一方、近年、地球環境保護の観点から、自動車等の内燃機関から排出される排気ガス中の二酸化炭素（ＣＯ2)が問題とされ、その解決策として酸素過剰雰囲気において燃料を希薄燃焼させる、いわゆるリーンバーンが提案されている。このリーンバーンにおいては、燃費が向上するために燃料の使用量が低減され、その結果、燃焼排気ガスであるＣＯ2の発生を抑制することができる。
【０００４】
ところが従来の三元触媒は、空燃比（Ａ／Ｆ）が理論空燃比（ストイキ）において排気ガス中のＣＯ、ＨＣ、ＮＯxを同時に酸化・還元し、浄化するものであって、リーンバーン時の排気ガスの酸素過剰雰囲気においてはＣＯ及びＨＣを浄化する酸化反応が活発である反面、ＮＯxを浄化する還元反応は不活発となり、ＮＯxを浄化することができない。
【０００５】
そこで希薄燃焼可能な内燃機関より排出される排気ガスからＮＯxを浄化する排気浄化装置として、ＮＯx吸収剤を用いた吸蔵還元型ＮＯx触媒が開発された。この吸蔵還元型ＮＯx触媒は、流入排気ガスの空燃比がリーン（即ち、酸素過剰雰囲気下）のときにＮＯxを吸収し、流入排気ガスの酸素濃度が低下し、空燃比がストイキ（理論空燃比）もしくはリッチとなったときに吸収したＮＯxを放出しＮ2に還元する触媒である。
【０００６】
この吸蔵還元型ＮＯx触媒（以下、単に触媒あるいはＮＯx触媒ということもある）を希薄燃焼可能な内燃機関の排気通路に配置すると、リーン空燃比の排気ガスが流れたときには排気ガス中のＮＯxが触媒に吸収され、ストイキあるいはリッチ空燃比の排気ガスが流れたときに触媒に吸収されていたＮＯxがＮＯ2として放出され、さらに排気ガス中のＨＣやＣＯなどの還元成分によってＮ2に還元され、即ちＮＯxが浄化される。
【０００７】
ところで、一般に、内燃機関の燃料には硫黄分が含まれており、内燃機関で燃料を燃焼すると、燃料中の硫黄分が燃焼してＳＯ2やＳＯ3などの硫黄酸化物（ＳＯx）が発生する。前記吸蔵還元型ＮＯx触媒は、ＮＯxの吸収作用を行うのと同じメカニズムで排気ガス中のＳＯxの吸収を行うので、内燃機関の排気通路にこのＮＯx触媒を配置すると、このＮＯx触媒にはＮＯxのみならずＳＯxも吸収される。
【０００８】
ところが、前記ＮＯx触媒に吸収されたＳＯxは時間経過とともに安定な硫酸塩を形成するため、前記ＮＯx触媒からＮＯxの放出・還元を行うのと同じ条件下では、分解、放出されにくく触媒内に蓄積され易い傾向がある。ＮＯx触媒内のＳＯx蓄積量が増大すると、触媒のＮＯx吸収容量が減少して排気ガス中のＮＯxの除去を十分に行うことができなくなりＮＯx浄化効率が低下する。これがいわゆる硫黄被毒である。
【０００９】
そこで、吸蔵還元型ＮＯx触媒のＮＯx浄化能を長期に亘って高く維持するために、ＮＯx触媒よりも上流に、排気ガス中のＳＯxを主に吸収するＳＯx吸収剤を配置し、ＮＯx触媒にＳＯxが流れ込まないようにして硫黄被毒の防止を図った排気ガス浄化装置が開発されている（例えば、特許文献１参照）。
【００１０】
【特許文献１】特開２０００−１７９３２７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
上記の排気ガス浄化装置では、ＳＯx吸収剤からＳＯxを放出させたときに、放出されたＳＯxが下流に配置されているＮＯx触媒に吸収されるのを防止するために、ＳＯx吸収剤とＮＯx触媒とを接続する排気管から分岐してＮＯx触媒を迂回するバイパス通路を設けるとともに、排気ガスをＮＯx触媒とバイパス通路のいずれに流すか選択的に切り替える排気切替弁を設け、ＳＯx吸収剤からＳＯxを放出させる再生処理実行中は排気切替弁により排気ガスをバイパス通路に流れるようにしてＮＯx触媒には流れないようにし、再生処理を実行していない時には排気切替弁により排気ガスをＮＯx触媒に流れるようにしてバイパス通路には流れないようにしている。このようにすると、再生処理実行中においては、ＳＯx吸収剤から放出されたＳＯxがＮＯx触媒に流れ込まなくなるので、ＮＯx触媒が硫黄被毒するのを阻止することができるが、排気ガス浄化装置の構造が複雑化するという問題がある。
【００１２】
本発明はこのような従来の技術の問題点に鑑みてなされたものであり、本発明が解決しようとする課題は、より簡易な構造によりＮＯxの吸収を促進しかつ硫黄被毒を阻止することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題を解決するために１番目の発明によれば、流入する排気ガスの空燃比がリーンのときはＮＯxを吸収し、流入する排気ガスの空燃比がリッチもしくはストイキのときは吸収したＮＯxを放出するＮＯx吸収剤を含む触媒層を担体基材上に備えたＮＯx触媒を内燃機関の排気ガス流路に配置し、このＮＯx触媒に磁場を発生させることができる磁場発生器をＮＯx触媒の周囲に配置してなる排気ガス浄化装置が提供される。
【００１４】
上記課題を解決するために２番目の発明によれば、１番目の発明において、流入する排気ガスの空燃比がリーンのときは前記ＮＯx触媒内の排気ガス流路から触媒層に向かう方向に磁場を発生させ、流入する排気ガスの空燃比がリッチもしくはストイキのときは磁場を発生させないか又は前記ＮＯx触媒内の触媒層から排気ガス流路に向かう方向に磁場を発生させるように前記磁場発生器を制御する。
【００１５】
上記課題を解決するために３番目の発明によれば、内燃機関の排気ガス流路の上流側に、流入する排気ガスの空燃比がリーンのときはＳＯxを吸収し、流入する排気ガスの空燃比がリッチもしくはストイキのときは吸収したＳＯxを放出するＳＯx吸収剤を担体基材上に備えたＳＯxトラップを配置し、排気ガス流路の下流側に、流入する排気ガスの空燃比がリーンのときはＮＯxを吸収し、流入する排気ガスの空燃比がリッチもしくはストイキのときは吸収したＮＯxを放出するＮＯx吸収剤を含む触媒層を担体基材上に備えたＮＯx触媒を配置し、このＳＯxトラップ及びＮＯx触媒に磁場を発生させることができる磁場発生器をＳＯxトラップ及びＮＯx触媒の周囲に独立に配置してなる排気ガス浄化装置が提供される。
【００１６】
上記課題を解決するために４番目の発明によれば、３番目の発明において、前記ＳＯxトラップにおいて、ＳＯx吸収を促進しようとするときは磁場を発生させないか又は前記ＳＯxトラップ内のＳＯx吸収剤から排気ガス流路に向かう方向に磁場を生じさせ、ＳＯxの脱離を促進しようとするときは前記ＳＯxトラップの排気ガス流路からＳＯx吸収剤に向かう方向に磁場を生じさせるようにＳＯxトラップの周囲に配置した磁場発生器を制御し、前記ＮＯx触媒において、ＮＯx吸収を促進しようとするときは前記ＮＯx触媒内の排気ガス流路から触媒層に向かう方向に磁場を発生させ、ＮＯx放出を促進しようとするときは磁場を発生させないか又は前記ＮＯx触媒内の触媒層から排気ガス流路に向かう方向に磁場を発生させるようにＮＯx触媒の周囲に配置した磁場発生器を制御する。
【００１７】
上記課題を解決するために５番目の発明によれば、４番目の発明において、前記ＳＯxトラップにおいてＳＯxの放出を促進するときは前記ＮＯx触媒においてＮＯxの吸収を促進するように磁場発生器を制御する。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、磁場発生器の制御によりＮＯx吸収性能の向上及び硫黄被毒の抑制を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
図１は、本発明の排気ガス浄化装置の概略構成を示す図である。この排気ガス浄化装置１において、排気ガス流路２にＮＯx触媒３が配置され、ＮＯx触媒３の周囲に磁場発生器４が配置され、さらに排気ガス流路２のＮＯｘ触媒３の入り口近傍には酸素濃度センサー（Ａ／Ｆセンサー）５が配置されている。
【００２０】
ＮＯx触媒３は、担体基材上に、流入する排気ガスの空燃比がリーンのときはＮＯxを吸収し、流入する排気ガスの空燃比がリッチもしくはストイキのときは吸収したＮＯxを放出するＮＯx吸収剤を含む触媒層を備えている。担体基材としては、排気ガス浄化用触媒に用いられている公知の基材を用いることができ、例えば、コージェライト、アルミナ、ジルコニア、炭化ケイ素等の、耐熱性を有するセラミックス材料や、ステンレス鋼等の金属箔からなるハニカム基材を用いることが好ましく、優れた耐熱性と低い熱膨張率を有するコージェライト製ハニカムを用いることが特に好ましい。このハニカム基材は、両端が開口した多数のセルを有するものが好ましい。この場合、ハニカム基材のセル密度は、特に制限されないが、２００セル／平方インチ程度のいわゆる中密度のハニカム、又は１０００セル／平方インチ以上のいわゆる高密度のハニカム基材を用いることが好ましい。
【００２１】
この基材上にウォッシュコート法等の従来の方法によってアルミナ等の金属酸化物からなるコート層を形成し、このコート層にＮＯx吸収剤及び貴金属触媒を担持させて触媒層を形成する。ＮＯx吸収剤は上記のように、流入する排気ガスの空燃比がリーンのときはＮＯxを吸収し、流入する排気ガスの空燃比がリッチもしくはストイキのときは吸収したＮＯxを放出するものであり、カリウム、ナトリウム、リチウム、セシウム等のアルカリ金属、バリウム、カルシウム等のアルカリ土類金属、ランタン、イットリウム等の希土類元素から選ばれる少なくとも１種が例示される。また、貴金属触媒としては、白金、パラジウム、ロジウム、イリジウム等が例示される。
【００２２】
磁場発生器４は、磁場を発生させることができるものであればよく、例えば永久磁石、電磁石等を用いることができる。
【００２３】
一般に常磁性体は磁場にひきつけられ、磁場方向に向かって流れる。ところで、窒素酸化物であるＮＯ、ＮＯ2等のＮＯx、及びＯ2は常磁性体であり、一方硫黄酸化物であるＳＯ2等のＳＯx、ＣＯ、ＣＯ2、及びＨ2は反磁性体である。従って、これらのガスを含む排気ガスが流れているＮＯx触媒に磁場を生じさせると、常磁性体は磁場の方向に向かって流れ、一方反磁性体の磁場の方向とは反対の方向に向かって流れる。
【００２４】
図２はＮＯx触媒におけるＮＯxの吸収・放出を示す略図であり、６は基材を、７は触媒層を、そして８は排気ガス流路を示す。ＮＯx触媒に流入する排気ガスの空燃比は図１における酸素濃度センサー５によって検知され、この空燃比がリーンのときは、図２(a)に示すように、ＮＯx触媒内の排気ガス流路８から触媒層７に向かう方向に磁場を発生させるよう磁場発生器４を制御する。すると、この磁場の方向に向かって常磁性体であるＮＯxは流れ、ＮＯx吸収剤への吸収が促進される。一方、反磁性体であるＳＯxは磁場の方向とは反対の方向に流れ、ＮＯx吸収剤の硫黄被毒が抑制される。
【００２５】
ＮＯx吸収剤がＮＯxで飽和するとこれ以上ＮＯxが吸収されず放出されるため、飽和する前にＮＯx触媒に流入する排気ガスの空燃比がリッチもしくはストイキに切り替えられる。この際、磁場発生器を停止させて磁場を停止させるか、又は図２(b)に示すように、ＮＯx触媒内の触媒層７から排ガス流路８に向かって磁場を発生させるよう磁場発生器４を制御する。すると、ＮＯx吸収剤に吸収されていたＮＯxの放出が促進され、触媒層の表面においてＮＯxが還元される。
【００２６】
以上の磁場発生制御のフローチャートを図３に示す。すなわち、内燃機関を始動させて運転状態を検出し、Ａ／Ｆがリーンのときは、磁場発生制御１を実施し、ＮＯx触媒内の排気ガス流路から触媒層に向かう方向に磁場を発生させる。Ａ／Ｆがリッチもしくはストイキのときは、磁場発生制御２を実施し、ＮＯx触媒内の触媒層から排気ガス流路に向かう方向に磁場を発生させるか又は磁場発生装置を停止させる。
【００２７】
ＮＯx吸収剤からＮＯxを放出させる場合、図２(b)に示すように、触媒層から排気ガス流路に向かう方向に磁場を発生させるが、この場合ＳＯxは反磁性体であるため、触媒層へ移動しやすくなる。しかしながら、このＮＯxを放出させるのは排気ガスがリッチもしくはストイキの場合であり、このような場合にはＳＯxによる被毒はほとんど受けないため問題ないと考えられる。しかしながら、ＮＯx吸収剤へのＳＯxの吸収をさらに防ぐため、ＮＯx触媒の上流側にＳＯxトラップを配置することが好ましい。
【００２８】
ところで、ＳＯx吸収剤からのＳＯxの放出と、ＮＯx吸収剤からのＮＯxの放出はいずれもリッチもしくはストイキ時であるため、ＮＯx吸収剤へのＳＯxの吸収をさらに抑制するために、本発明ではＳＯx吸収剤を含むＳＯxトラップの周囲にも磁場発生器を配置する。図４にこの排気ガス浄化装置の構成を示す。この排気ガス浄化装置１’は、排気ガス流路２の上流側にＳＯxトラップ９を、下流側にＮＯx触媒３を配置し、ＳＯxトラップの周囲に磁場発生器４’を、ＮＯx触媒の周囲に磁場発生器４をそれぞれ独立に配置している。
【００２９】
このＳＯxトラップ９は、流入する排気ガスの空燃比がリーンのときはＳＯxを吸収し、流入する排気ガスの空燃比がリッチもしくはストイキのときは吸収したＳＯxを放出するＳＯx吸収剤を含み、例えば、アルミナを担体とし、この担体上に銅、鉄、マンガン、ニッケル等の遷移金属を担持させたものが例示される。また、ＳＯxを硫酸イオンの形でＳＯx吸収剤に吸収されやすくするため、担体上に白金、パラジウム、ロジウム等を担持させることが好ましい。
【００３０】
ＳＯxトラップの周囲に配置する磁場発生器４’は、ＮＯx触媒の周囲に配置する磁場発生器４と同一であってよい。
【００３１】
図５はＳＯxトラップ及びＮＯx触媒におけるＮＯx及びＳＯxの吸収・放出を示す略図であり、６は基材を、７は触媒層を、そして１０はＳＯx吸収剤を示す。ＳＯxトラップに流入する排気ガスの空燃比は図４における酸素濃度センサー５によって検知される。この空燃比がリーンでなく、ＳＯxを放出しようとするときは、図５(a)に示すように、ＳＯxトラップ内の排気ガス流路からＳＯx吸収剤に向かう方向に磁場を発生させ、かつＮＯx触媒内の排気ガス流路から触媒層７に向かう方向に磁場を発生させるよう、各々の磁場発生器４’及び４を制御する。すると、この磁場の方向に反してＳＯxは流れ、ＳＯx吸収剤からＳＯxが放出され、ＮＯx吸収剤へのＳＯxの吸収が抑制される。
【００３２】
通常のリーン運転時では、ＳＯxトラップにおいて、磁場発生器４’を停止させて磁場を停止させるか、又は図５(b)に示すように、ＳＯx吸収剤から排気ガス流路に向かって磁場を発生させるよう磁場発生器４’を制御し、ＮＯx触媒においては、排気ガス流路から触媒層７に向かう方向に磁場を発生させるよう磁場発生器４を制御する。すると、ＳＯxトラップにおいてはＳＯxの吸収が促進され、ＮＯx吸収剤においてはＮＯxの吸収が促進され、同時にＳＯxの吸収が抑制される。
【００３３】
また、リッチスパイク時においては、ＳＯxトラップにおいて、磁場発生器４’を停止させて磁場を停止させるか、又は図５(c)に示すように、ＳＯx吸収剤から排気ガス流路に向かって磁場を発生させるよう磁場発生器４’を制御し、ＮＯx触媒においては、磁場発生器４を停止させて磁場を停止させるか、又は触媒層７から排気ガス流路に向かう方向に磁場を発生させるよう磁場発生器４を制御する。すると、ＳＯxトラップにおいてはＳＯxの吸収が促進され、ＮＯx吸収剤においてはＮＯxの放出が促進される。この際、上流のＳＯxトラップにおいてＳＯxが吸収されているため、ＮＯx触媒にはＳＯxは流入せず、硫黄被毒は抑制される。
【００３４】
以上の磁場発生制御のフローチャートを図６に示す。すなわち、内燃機関を始動させて運転状態を検出し、Ａ／Ｆがリーンではないときは、磁場発生制御１を実施し、ＳＯxトラップの排気ガス流路からＳＯx吸収剤に向かう方向に磁場を発生させ、同時にＮＯx触媒内の排気ガス流路から触媒層に向かう方向に磁場を発生させる。Ａ／Ｆがリーンのときは、磁場発生制御２を実施し、ＳＯxトラップ内のＳＯx吸収剤から排気ガス流路に向かう方向に磁場を発生させるか又は磁場発生器を停止させ、ＮＯx触媒内の排気ガス流路から触媒層に向かう方向に磁場を発生させる。リッチスパイク時には、磁場発生制御３を実施し、ＳＯxトラップ内のＳＯx吸収剤から排気ガス流路に向かう方向に磁場を発生させるか又は磁場発生器を停止させ、ＮＯx触媒内の触媒層から排気ガス流路に向かう方向に磁場を発生させるか又は磁場発生器を停止させる。
【００３５】
以上のように、ＮＯx触媒及びＳＯxトラップに磁場発生器を配置し、磁場の向きによってＮＯx及びＳＯxの流れ方向を制御することで、ＮＯxの吸収及びＳＯxの吸収を制御し、ＮＯx吸収の向上及び硫黄被毒の抑制を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の排気ガス浄化装置の一実施態様を示す模式図である。
【図２】本発明の排気ガス浄化装置におけるＮＯxの吸収を示す模式図である。
【図３】本発明の排気ガス浄化装置における磁場発生制御を示すフローチャートである。
【図４】本発明の排気ガス浄化装置の一実施態様を示す模式図である。
【図５】本発明の排気ガス浄化装置におけるＮＯxの吸収を示す模式図である。
【図６】本発明の排気ガス浄化装置における磁場発生制御を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００３７】
１、１’…排気ガス浄化装置
２…排気ガス流路
３…ＮＯx触媒
４、４’…磁場発生器
５…Ａ／Ｆセンサー
６…基材
７…触媒層
８…排気ガス流路
９…ＳＯxトラップ
１０…ＳＯx吸収剤
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車等の内燃機関から排出される排気ガスから窒素酸化物（ＮＯx)を浄化することができる排気ガス浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、自動車の排気ガス浄化用触媒として、排気ガス中のＣＯ及びＨＣの酸化とＮＯxの還元を同時に行って浄化する三元触媒が用いられている。このような三元触媒としては、例えばコージェライト等の担体基材にγ−アルミナからなる担持層を形成し、この担持層に白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、ロジウム（Ｒｈ）等の貴金属触媒を担持させたものが広く知られている。
【０００３】
一方、近年、地球環境保護の観点から、自動車等の内燃機関から排出される排気ガス中の二酸化炭素（ＣＯ2)が問題とされ、その解決策として酸素過剰雰囲気において燃料を希薄燃焼させる、いわゆるリーンバーンが提案されている。このリーンバーンにおいては、燃費が向上するために燃料の使用量が低減され、その結果、燃焼排気ガスであるＣＯ2の発生を抑制することができる。
【０００４】
ところが従来の三元触媒は、空燃比（Ａ／Ｆ）が理論空燃比（ストイキ）において排気ガス中のＣＯ、ＨＣ、ＮＯxを同時に酸化・還元し、浄化するものであって、リーンバーン時の排気ガスの酸素過剰雰囲気においてはＣＯ及びＨＣを浄化する酸化反応が活発である反面、ＮＯxを浄化する還元反応は不活発となり、ＮＯxを浄化することができない。
【０００５】
そこで希薄燃焼可能な内燃機関より排出される排気ガスからＮＯxを浄化する排気浄化装置として、ＮＯx吸収剤を用いた吸蔵還元型ＮＯx触媒が開発された。この吸蔵還元型ＮＯx触媒は、流入排気ガスの空燃比がリーン（即ち、酸素過剰雰囲気下）のときにＮＯxを吸収し、流入排気ガスの酸素濃度が低下し、空燃比がストイキ（理論空燃比）もしくはリッチとなったときに吸収したＮＯxを放出しＮ2に還元する触媒である。
【０００６】
この吸蔵還元型ＮＯx触媒（以下、単に触媒あるいはＮＯx触媒ということもある）を希薄燃焼可能な内燃機関の排気通路に配置すると、リーン空燃比の排気ガスが流れたときには排気ガス中のＮＯxが触媒に吸収され、ストイキあるいはリッチ空燃比の排気ガスが流れたときに触媒に吸収されていたＮＯxがＮＯ2として放出され、さらに排気ガス中のＨＣやＣＯなどの還元成分によってＮ2に還元され、即ちＮＯxが浄化される。
【０００７】
ところで、一般に、内燃機関の燃料には硫黄分が含まれており、内燃機関で燃料を燃焼すると、燃料中の硫黄分が燃焼してＳＯ2やＳＯ3などの硫黄酸化物（ＳＯx）が発生する。前記吸蔵還元型ＮＯx触媒は、ＮＯxの吸収作用を行うのと同じメカニズムで排気ガス中のＳＯxの吸収を行うので、内燃機関の排気通路にこのＮＯx触媒を配置すると、このＮＯx触媒にはＮＯxのみならずＳＯxも吸収される。
【０００８】
ところが、前記ＮＯx触媒に吸収されたＳＯxは時間経過とともに安定な硫酸塩を形成するため、前記ＮＯx触媒からＮＯxの放出・還元を行うのと同じ条件下では、分解、放出されにくく触媒内に蓄積され易い傾向がある。ＮＯx触媒内のＳＯx蓄積量が増大すると、触媒のＮＯx吸収容量が減少して排気ガス中のＮＯxの除去を十分に行うことができなくなりＮＯx浄化効率が低下する。これがいわゆる硫黄被毒である。
【０００９】
そこで、吸蔵還元型ＮＯx触媒のＮＯx浄化能を長期に亘って高く維持するために、ＮＯx触媒よりも上流に、排気ガス中のＳＯxを主に吸収するＳＯx吸収剤を配置し、ＮＯx触媒にＳＯxが流れ込まないようにして硫黄被毒の防止を図った排気ガス浄化装置が開発されている（例えば、特許文献１参照）。
【００１０】
【特許文献１】特開２０００−１７９３２７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
上記の排気ガス浄化装置では、ＳＯx吸収剤からＳＯxを放出させたときに、放出されたＳＯxが下流に配置されているＮＯx触媒に吸収されるのを防止するために、ＳＯx吸収剤とＮＯx触媒とを接続する排気管から分岐してＮＯx触媒を迂回するバイパス通路を設けるとともに、排気ガスをＮＯx触媒とバイパス通路のいずれに流すか選択的に切り替える排気切替弁を設け、ＳＯx吸収剤からＳＯxを放出させる再生処理実行中は排気切替弁により排気ガスをバイパス通路に流れるようにしてＮＯx触媒には流れないようにし、再生処理を実行していない時には排気切替弁により排気ガスをＮＯx触媒に流れるようにしてバイパス通路には流れないようにしている。このようにすると、再生処理実行中においては、ＳＯx吸収剤から放出されたＳＯxがＮＯx触媒に流れ込まなくなるので、ＮＯx触媒が硫黄被毒するのを阻止することができるが、排気ガス浄化装置の構造が複雑化するという問題がある。
【００１２】
本発明はこのような従来の技術の問題点に鑑みてなされたものであり、本発明が解決しようとする課題は、より簡易な構造によりＮＯxの吸収を促進しかつ硫黄被毒を阻止することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題を解決するために１番目の発明によれば、流入する排気ガスの空燃比がリーンのときはＮＯxを吸収し、流入する排気ガスの空燃比がリッチもしくはストイキのときは吸収したＮＯxを放出するＮＯx吸収剤を含む触媒層を担体基材上に備えたＮＯx触媒を内燃機関の排気ガス流路に配置し、このＮＯx触媒に磁場を発生させることができる磁場発生器をＮＯx触媒の周囲に配置してなる排気ガス浄化装置が提供される。
【００１４】
上記課題を解決するために２番目の発明によれば、１番目の発明において、流入する排気ガスの空燃比がリーンのときは前記ＮＯx触媒内の排気ガス流路から触媒層に向かう方向に磁場を発生させ、流入する排気ガスの空燃比がリッチもしくはストイキのときは磁場を発生させないか又は前記ＮＯx触媒内の触媒層から排気ガス流路に向かう方向に磁場を発生させるように前記磁場発生器を制御する。
【００１５】
上記課題を解決するために３番目の発明によれば、内燃機関の排気ガス流路の上流側に、流入する排気ガスの空燃比がリーンのときはＳＯxを吸収し、流入する排気ガスの空燃比がリッチもしくはストイキのときは吸収したＳＯxを放出するＳＯx吸収剤を担体基材上に備えたＳＯxトラップを配置し、排気ガス流路の下流側に、流入する排気ガスの空燃比がリーンのときはＮＯxを吸収し、流入する排気ガスの空燃比がリッチもしくはストイキのときは吸収したＮＯxを放出するＮＯx吸収剤を含む触媒層を担体基材上に備えたＮＯx触媒を配置し、このＳＯxトラップ及びＮＯx触媒に磁場を発生させることができる磁場発生器をＳＯxトラップ及びＮＯx触媒の周囲に独立に配置してなる排気ガス浄化装置が提供される。
【００１６】
上記課題を解決するために４番目の発明によれば、３番目の発明において、前記ＳＯxトラップにおいて、ＳＯx吸収を促進しようとするときは磁場を発生させないか又は前記ＳＯxトラップ内のＳＯx吸収剤から排気ガス流路に向かう方向に磁場を生じさせ、ＳＯxの脱離を促進しようとするときは前記ＳＯxトラップの排気ガス流路からＳＯx吸収剤に向かう方向に磁場を生じさせるようにＳＯxトラップの周囲に配置した磁場発生器を制御し、前記ＮＯx触媒において、ＮＯx吸収を促進しようとするときは前記ＮＯx触媒内の排気ガス流路から触媒層に向かう方向に磁場を発生させ、ＮＯx放出を促進しようとするときは磁場を発生させないか又は前記ＮＯx触媒内の触媒層から排気ガス流路に向かう方向に磁場を発生させるようにＮＯx触媒の周囲に配置した磁場発生器を制御する。
【００１７】
上記課題を解決するために５番目の発明によれば、４番目の発明において、前記ＳＯxトラップにおいてＳＯxの放出を促進するときは前記ＮＯx触媒においてＮＯxの吸収を促進するように磁場発生器を制御する。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、磁場発生器の制御によりＮＯx吸収性能の向上及び硫黄被毒の抑制を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
図１は、本発明の排気ガス浄化装置の概略構成を示す図である。この排気ガス浄化装置１において、排気ガス流路２にＮＯx触媒３が配置され、ＮＯx触媒３の周囲に磁場発生器４が配置され、さらに排気ガス流路２のＮＯｘ触媒３の入り口近傍には酸素濃度センサー（Ａ／Ｆセンサー）５が配置されている。
【００２０】
ＮＯx触媒３は、担体基材上に、流入する排気ガスの空燃比がリーンのときはＮＯxを吸収し、流入する排気ガスの空燃比がリッチもしくはストイキのときは吸収したＮＯxを放出するＮＯx吸収剤を含む触媒層を備えている。担体基材としては、排気ガス浄化用触媒に用いられている公知の基材を用いることができ、例えば、コージェライト、アルミナ、ジルコニア、炭化ケイ素等の、耐熱性を有するセラミックス材料や、ステンレス鋼等の金属箔からなるハニカム基材を用いることが好ましく、優れた耐熱性と低い熱膨張率を有するコージェライト製ハニカムを用いることが特に好ましい。このハニカム基材は、両端が開口した多数のセルを有するものが好ましい。この場合、ハニカム基材のセル密度は、特に制限されないが、２００セル／平方インチ程度のいわゆる中密度のハニカム、又は１０００セル／平方インチ以上のいわゆる高密度のハニカム基材を用いることが好ましい。
【００２１】
この基材上にウォッシュコート法等の従来の方法によってアルミナ等の金属酸化物からなるコート層を形成し、このコート層にＮＯx吸収剤及び貴金属触媒を担持させて触媒層を形成する。ＮＯx吸収剤は上記のように、流入する排気ガスの空燃比がリーンのときはＮＯxを吸収し、流入する排気ガスの空燃比がリッチもしくはストイキのときは吸収したＮＯxを放出するものであり、カリウム、ナトリウム、リチウム、セシウム等のアルカリ金属、バリウム、カルシウム等のアルカリ土類金属、ランタン、イットリウム等の希土類元素から選ばれる少なくとも１種が例示される。また、貴金属触媒としては、白金、パラジウム、ロジウム、イリジウム等が例示される。
【００２２】
磁場発生器４は、磁場を発生させることができるものであればよく、例えば永久磁石、電磁石等を用いることができる。
【００２３】
一般に常磁性体は磁場にひきつけられ、磁場方向に向かって流れる。ところで、窒素酸化物であるＮＯ、ＮＯ2等のＮＯx、及びＯ2は常磁性体であり、一方硫黄酸化物であるＳＯ2等のＳＯx、ＣＯ、ＣＯ2、及びＨ2は反磁性体である。従って、これらのガスを含む排気ガスが流れているＮＯx触媒に磁場を生じさせると、常磁性体は磁場の方向に向かって流れ、一方反磁性体の磁場の方向とは反対の方向に向かって流れる。
【００２４】
図２はＮＯx触媒におけるＮＯxの吸収・放出を示す略図であり、６は基材を、７は触媒層を、そして８は排気ガス流路を示す。ＮＯx触媒に流入する排気ガスの空燃比は図１における酸素濃度センサー５によって検知され、この空燃比がリーンのときは、図２(a)に示すように、ＮＯx触媒内の排気ガス流路８から触媒層７に向かう方向に磁場を発生させるよう磁場発生器４を制御する。すると、この磁場の方向に向かって常磁性体であるＮＯxは流れ、ＮＯx吸収剤への吸収が促進される。一方、反磁性体であるＳＯxは磁場の方向とは反対の方向に流れ、ＮＯx吸収剤の硫黄被毒が抑制される。
【００２５】
ＮＯx吸収剤がＮＯxで飽和するとこれ以上ＮＯxが吸収されず放出されるため、飽和する前にＮＯx触媒に流入する排気ガスの空燃比がリッチもしくはストイキに切り替えられる。この際、磁場発生器を停止させて磁場を停止させるか、又は図２(b)に示すように、ＮＯx触媒内の触媒層７から排ガス流路８に向かって磁場を発生させるよう磁場発生器４を制御する。すると、ＮＯx吸収剤に吸収されていたＮＯxの放出が促進され、触媒層の表面においてＮＯxが還元される。
【００２６】
以上の磁場発生制御のフローチャートを図３に示す。すなわち、内燃機関を始動させて運転状態を検出し、Ａ／Ｆがリーンのときは、磁場発生制御１を実施し、ＮＯx触媒内の排気ガス流路から触媒層に向かう方向に磁場を発生させる。Ａ／Ｆがリッチもしくはストイキのときは、磁場発生制御２を実施し、ＮＯx触媒内の触媒層から排気ガス流路に向かう方向に磁場を発生させるか又は磁場発生装置を停止させる。
【００２７】
ＮＯx吸収剤からＮＯxを放出させる場合、図２(b)に示すように、触媒層から排気ガス流路に向かう方向に磁場を発生させるが、この場合ＳＯxは反磁性体であるため、触媒層へ移動しやすくなる。しかしながら、このＮＯxを放出させるのは排気ガスがリッチもしくはストイキの場合であり、このような場合にはＳＯxによる被毒はほとんど受けないため問題ないと考えられる。しかしながら、ＮＯx吸収剤へのＳＯxの吸収をさらに防ぐため、ＮＯx触媒の上流側にＳＯxトラップを配置することが好ましい。
【００２８】
ところで、ＳＯx吸収剤からのＳＯxの放出と、ＮＯx吸収剤からのＮＯxの放出はいずれもリッチもしくはストイキ時であるため、ＮＯx吸収剤へのＳＯxの吸収をさらに抑制するために、本発明ではＳＯx吸収剤を含むＳＯxトラップの周囲にも磁場発生器を配置する。図４にこの排気ガス浄化装置の構成を示す。この排気ガス浄化装置１’は、排気ガス流路２の上流側にＳＯxトラップ９を、下流側にＮＯx触媒３を配置し、ＳＯxトラップの周囲に磁場発生器４’を、ＮＯx触媒の周囲に磁場発生器４をそれぞれ独立に配置している。
【００２９】
このＳＯxトラップ９は、流入する排気ガスの空燃比がリーンのときはＳＯxを吸収し、流入する排気ガスの空燃比がリッチもしくはストイキのときは吸収したＳＯxを放出するＳＯx吸収剤を含み、例えば、アルミナを担体とし、この担体上に銅、鉄、マンガン、ニッケル等の遷移金属を担持させたものが例示される。また、ＳＯxを硫酸イオンの形でＳＯx吸収剤に吸収されやすくするため、担体上に白金、パラジウム、ロジウム等を担持させることが好ましい。
【００３０】
ＳＯxトラップの周囲に配置する磁場発生器４’は、ＮＯx触媒の周囲に配置する磁場発生器４と同一であってよい。
【００３１】
図５はＳＯxトラップ及びＮＯx触媒におけるＮＯx及びＳＯxの吸収・放出を示す略図であり、６は基材を、７は触媒層を、そして１０はＳＯx吸収剤を示す。ＳＯxトラップに流入する排気ガスの空燃比は図４における酸素濃度センサー５によって検知される。この空燃比がリーンでなく、ＳＯxを放出しようとするときは、図５(a)に示すように、ＳＯxトラップ内の排気ガス流路からＳＯx吸収剤に向かう方向に磁場を発生させ、かつＮＯx触媒内の排気ガス流路から触媒層７に向かう方向に磁場を発生させるよう、各々の磁場発生器４’及び４を制御する。すると、この磁場の方向に反してＳＯxは流れ、ＳＯx吸収剤からＳＯxが放出され、ＮＯx吸収剤へのＳＯxの吸収が抑制される。
【００３２】
通常のリーン運転時では、ＳＯxトラップにおいて、磁場発生器４’を停止させて磁場を停止させるか、又は図５(b)に示すように、ＳＯx吸収剤から排気ガス流路に向かって磁場を発生させるよう磁場発生器４’を制御し、ＮＯx触媒においては、排気ガス流路から触媒層７に向かう方向に磁場を発生させるよう磁場発生器４を制御する。すると、ＳＯxトラップにおいてはＳＯxの吸収が促進され、ＮＯx吸収剤においてはＮＯxの吸収が促進され、同時にＳＯxの吸収が抑制される。
【００３３】
また、リッチスパイク時においては、ＳＯxトラップにおいて、磁場発生器４’を停止させて磁場を停止させるか、又は図５(c)に示すように、ＳＯx吸収剤から排気ガス流路に向かって磁場を発生させるよう磁場発生器４’を制御し、ＮＯx触媒においては、磁場発生器４を停止させて磁場を停止させるか、又は触媒層７から排気ガス流路に向かう方向に磁場を発生させるよう磁場発生器４を制御する。すると、ＳＯxトラップにおいてはＳＯxの吸収が促進され、ＮＯx吸収剤においてはＮＯxの放出が促進される。この際、上流のＳＯxトラップにおいてＳＯxが吸収されているため、ＮＯx触媒にはＳＯxは流入せず、硫黄被毒は抑制される。
【００３４】
以上の磁場発生制御のフローチャートを図６に示す。すなわち、内燃機関を始動させて運転状態を検出し、Ａ／Ｆがリーンではないときは、磁場発生制御１を実施し、ＳＯxトラップの排気ガス流路からＳＯx吸収剤に向かう方向に磁場を発生させ、同時にＮＯx触媒内の排気ガス流路から触媒層に向かう方向に磁場を発生させる。Ａ／Ｆがリーンのときは、磁場発生制御２を実施し、ＳＯxトラップ内のＳＯx吸収剤から排気ガス流路に向かう方向に磁場を発生させるか又は磁場発生器を停止させ、ＮＯx触媒内の排気ガス流路から触媒層に向かう方向に磁場を発生させる。リッチスパイク時には、磁場発生制御３を実施し、ＳＯxトラップ内のＳＯx吸収剤から排気ガス流路に向かう方向に磁場を発生させるか又は磁場発生器を停止させ、ＮＯx触媒内の触媒層から排気ガス流路に向かう方向に磁場を発生させるか又は磁場発生器を停止させる。
【００３５】
以上のように、ＮＯx触媒及びＳＯxトラップに磁場発生器を配置し、磁場の向きによってＮＯx及びＳＯxの流れ方向を制御することで、ＮＯxの吸収及びＳＯxの吸収を制御し、ＮＯx吸収の向上及び硫黄被毒の抑制を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の排気ガス浄化装置の一実施態様を示す模式図である。
【図２】本発明の排気ガス浄化装置におけるＮＯxの吸収を示す模式図である。
【図３】本発明の排気ガス浄化装置における磁場発生制御を示すフローチャートである。
【図４】本発明の排気ガス浄化装置の一実施態様を示す模式図である。
【図５】本発明の排気ガス浄化装置におけるＮＯxの吸収を示す模式図である。
【図６】本発明の排気ガス浄化装置における磁場発生制御を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００３７】
１、１’…排気ガス浄化装置
２…排気ガス流路
３…ＮＯx触媒
４、４’…磁場発生器
５…Ａ／Ｆセンサー
６…基材
７…触媒層
８…排気ガス流路
９…ＳＯxトラップ
１０…ＳＯx吸収剤
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流入する排気ガスの空燃比がリーンのときはＮＯxを吸収し、流入する排気ガスの空燃比がリッチもしくはストイキのときは吸収したＮＯxを放出するＮＯx吸収剤を含む触媒層を担体基材上に備えたＮＯx触媒を内燃機関の排気ガス流路に配置し、このＮＯx触媒に磁場を発生させることができる磁場発生器をＮＯx触媒の周囲に配置してなる排気ガス浄化装置。
【請求項２】
流入する排気ガスの空燃比がリーンのときは前記ＮＯx触媒内の排気ガス流路から触媒層に向かう方向に磁場を発生させ、流入する排気ガスの空燃比がリッチもしくはストイキのときは磁場を発生させないか又は前記ＮＯx触媒内の触媒層から排気ガス流路に向かう方向に磁場を発生させるように前記磁場発生器を制御する、請求項１記載の排気ガス浄化装置。
【請求項３】
内燃機関の排気ガス流路の上流側に、流入する排気ガスの空燃比がリーンのときはＳＯxを吸収し、流入する排気ガスの空燃比がリッチもしくはストイキのときは吸収したＳＯxを放出するＳＯx吸収剤を担体基材上に備えたＳＯxトラップを配置し、排気ガス流路の下流側に、流入する排気ガスの空燃比がリーンのときはＮＯxを吸収し、流入する排気ガスの空燃比がリッチもしくはストイキのときは吸収したＮＯxを放出するＮＯx吸収剤を含む触媒層を担体基材上に備えたＮＯx触媒を配置し、このＳＯxトラップ及びＮＯx触媒に磁場を発生させることができる磁場発生器をＳＯxトラップ及びＮＯx触媒の周囲に独立に配置してなる排気ガス浄化装置。
【請求項４】
前記ＳＯxトラップにおいて、ＳＯx吸収を促進しようとするときは磁場を発生させないか又は前記ＳＯxトラップ内のＳＯx吸収剤から排気ガス流路に向かう方向に磁場を生じさせ、ＳＯxの脱離を促進しようとするときは前記ＳＯxトラップの排気ガス流路からＳＯx吸収剤に向かう方向に磁場を生じさせるようにＳＯxトラップの周囲に配置した磁場発生器を制御し、前記ＮＯx触媒において、ＮＯx吸収を促進しようとするときは前記ＮＯx触媒内の排気ガス流路から触媒層に向かう方向に磁場を発生させ、ＮＯx放出を促進しようとするときは磁場を発生させないか又は前記ＮＯx触媒内の触媒層から排気ガス流路に向かう方向に磁場を発生させるようにＮＯx触媒の周囲に配置した磁場発生器を制御する、請求項３記載の排気ガス浄化装置。
【請求項５】
前記ＳＯxトラップにおいてＳＯxの放出を促進するときは前記ＮＯx触媒においてＮＯxの吸収を促進するように磁場発生器を制御する、請求項４記載の排気ガス浄化装置。
【請求項１】
流入する排気ガスの空燃比がリーンのときはＮＯxを吸収し、流入する排気ガスの空燃比がリッチもしくはストイキのときは吸収したＮＯxを放出するＮＯx吸収剤を含む触媒層を担体基材上に備えたＮＯx触媒を内燃機関の排気ガス流路に配置し、このＮＯx触媒に磁場を発生させることができる磁場発生器をＮＯx触媒の周囲に配置してなる排気ガス浄化装置。
【請求項２】
流入する排気ガスの空燃比がリーンのときは前記ＮＯx触媒内の排気ガス流路から触媒層に向かう方向に磁場を発生させ、流入する排気ガスの空燃比がリッチもしくはストイキのときは磁場を発生させないか又は前記ＮＯx触媒内の触媒層から排気ガス流路に向かう方向に磁場を発生させるように前記磁場発生器を制御する、請求項１記載の排気ガス浄化装置。
【請求項３】
内燃機関の排気ガス流路の上流側に、流入する排気ガスの空燃比がリーンのときはＳＯxを吸収し、流入する排気ガスの空燃比がリッチもしくはストイキのときは吸収したＳＯxを放出するＳＯx吸収剤を担体基材上に備えたＳＯxトラップを配置し、排気ガス流路の下流側に、流入する排気ガスの空燃比がリーンのときはＮＯxを吸収し、流入する排気ガスの空燃比がリッチもしくはストイキのときは吸収したＮＯxを放出するＮＯx吸収剤を含む触媒層を担体基材上に備えたＮＯx触媒を配置し、このＳＯxトラップ及びＮＯx触媒に磁場を発生させることができる磁場発生器をＳＯxトラップ及びＮＯx触媒の周囲に独立に配置してなる排気ガス浄化装置。
【請求項４】
前記ＳＯxトラップにおいて、ＳＯx吸収を促進しようとするときは磁場を発生させないか又は前記ＳＯxトラップ内のＳＯx吸収剤から排気ガス流路に向かう方向に磁場を生じさせ、ＳＯxの脱離を促進しようとするときは前記ＳＯxトラップの排気ガス流路からＳＯx吸収剤に向かう方向に磁場を生じさせるようにＳＯxトラップの周囲に配置した磁場発生器を制御し、前記ＮＯx触媒において、ＮＯx吸収を促進しようとするときは前記ＮＯx触媒内の排気ガス流路から触媒層に向かう方向に磁場を発生させ、ＮＯx放出を促進しようとするときは磁場を発生させないか又は前記ＮＯx触媒内の触媒層から排気ガス流路に向かう方向に磁場を発生させるようにＮＯx触媒の周囲に配置した磁場発生器を制御する、請求項３記載の排気ガス浄化装置。
【請求項５】
前記ＳＯxトラップにおいてＳＯxの放出を促進するときは前記ＮＯx触媒においてＮＯxの吸収を促進するように磁場発生器を制御する、請求項４記載の排気ガス浄化装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２００６−２９１３３（Ｐ２００６−２９１３３Ａ）
【公開日】平成１８年２月２日（２００６．２．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−２０５８５４（Ｐ２００４−２０５８５４）
【出願日】平成１６年７月１３日（２００４．７．１３）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年２月２日（２００６．２．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年７月１３日（２００４．７．１３）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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