JP2005171805A - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ＮＯ_X触媒の温度がＮＯ酸化開始温度よりも低い場合であっても良好に流入排気ガス中のＮＯ_Xを浄化することができる排気浄化装置を提供する。
【解決手段】 本発明の排気浄化装置においては機関排気通路内にＮＯ_X吸蔵剤５５と貴金属触媒５４とを担持するＮＯ_X吸蔵手段が配置される。ＮＯ_X吸蔵剤は貴金属触媒の温度がＮＯ酸化開始温度以上である場合にＮＯ_X吸蔵放出作用を行う。また、ＮＯ_X吸蔵手段は、少量担持領域５６と多量担持領域５７とを有し、少量担持領域における単位体積当たりの貴金属触媒の担持量は多量担持領域における単位体積当たりの貴金属触媒の担持量よりも少ない。少量担持領域および多量担持領域はＮＯ_X吸蔵手段に流入する排気ガスが少量担持領域上を通過してから多量担持領域領域上を通過するように設けられる。
【選択図】 図４

Description

本発明は、内燃機関の排気浄化装置に関する。

リーン空燃比のもとで燃焼が行われているときに排気ガス中に含まれる窒素酸化物（ＮＯ_X）を浄化するためのものとして、アルミナからなる担体の表面上にアルカリ金属或いはアルカリ土類金属等からなるＮＯ_X吸蔵剤の層を形成し、さらに白金のような貴金属触媒を担体表面上に担持したＮＯ_X触媒が公知である。

ＮＯ_X触媒に担持されている白金がリーン雰囲気の下で一酸化窒素（ＮＯ）を二酸化窒素（ＮＯ₂）に酸化することができる温度（以下、「ＮＯ酸化開始温度」と称す）にＮＯ_X触媒の温度が達している場合、ＮＯ_X触媒に流入する排気ガス（以下、「流入排気ガス」と称す）の空燃比がリーンのときに流入排気ガス中に含まれるＮＯ_XをＮＯ_X吸蔵剤内に吸蔵し、流入排気ガスの空燃比がほぼ理論空燃比またはリッチ（以下、「ストイキ・リッチ」と称す）にされるとＮＯ_X吸蔵剤に吸蔵されていたＮＯ_Xが放出され、流入排気ガス中に存在する還元剤（例えば、未燃の燃料や一酸化炭素（ＣＯ））により還元される（以下、このようなＮＯ_X吸蔵剤の作用を「吸放出作用」と称す）。

ここで、ＮＯ_x吸蔵剤は、リーン雰囲気において排気ガス中の二酸化窒素（ＮＯ₂）を吸蔵し、リッチ雰囲気において吸蔵しているＮＯ₂を放出する。ＮＯ_X触媒に流入する排気ガス中にはＮＯ_XとしてＮＯ₂だけでなくＮＯも含まれるが、ＮＯ_X触媒の温度が白金のＮＯ酸化開始温度以上の場合には白金の酸化作用によりＮＯがＮＯ₂に酸化されるため、結果としてＮＯ_X触媒に流入する排気ガス中に含まれるＮＯもＮＯ_x吸蔵剤に吸蔵される。

ところが、ＮＯ_X触媒の温度が白金のＮＯ酸化開始温度よりも低い場合、白金の酸化作用が低く、ＮＯ_X触媒に流入する排気ガス中のＮＯはＮＯ₂に酸化されない。そこで、ＮＯ_X触媒の排気上流にＮＯ酸化触媒を配置し、ＮＯ_X触媒の温度が白金のＮＯ酸化開始温度よりも低くても、ＮＯ酸化触媒によって予め機関本体から排出された排気ガス中のＮＯをＮＯ₂に酸化しておくことで、ＮＯ_X触媒によるＮＯ_Xの浄化率を高めようとする排気浄化装置が提案されている（特許文献１）。

特開２００２−８９２４６号公報 特開２００１−６２２９４号公報 特開２００３−１３７３２号公報 特許３３７４９９９号公報 特開２００１−２８９０３５号公報 特開２０００−１５７８６７号公報

ところが、ＮＯ_X触媒に担持されている白金は、ＮＯ_X触媒の温度が白金のＮＯ酸化開始温度よりも低い場合には、ＮＯ_X触媒への流入排気ガス中のＮＯをＮＯ₂に酸化できないばかりか、流入排気ガス中のＮＯ₂をＮＯに還元してしまう。このため、特許文献１に開示されているように、ＮＯ_X触媒の排気上流にＮＯ酸化触媒を設けて、ＮＯ_X触媒への流入排気ガス中のＮＯ₂の割合を多くしたとしても、ＮＯ_X触媒においてＮＯ₂がＮＯへ還元されてしまう。その結果、排気ガス中のＮＯ_XはＮＯ_x吸蔵剤へ吸蔵されにくくなり、ＮＯ_X触媒の温度が白金のＮＯ酸化開始温度よりも低い場合におけるＮＯ_X触媒によるＮＯ_X浄化率は低いものとなってしまっていた。

そこで、本発明の目的は、ＮＯ_X触媒の温度が貴金属触媒のＮＯ酸化開始温度よりも低い場合であっても良好に流入排気ガス中のＮＯ_Xを浄化することができる内燃機関の排気浄化装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、第１の発明では、機関排気通路内にＮＯ_X吸蔵剤と貴金属触媒とを担持するＮＯ_X吸蔵手段を具備し、上記ＮＯ_X吸蔵剤は、貴金属触媒の温度がＮＯ酸化開始温度以上である場合にＮＯ_X吸蔵手段に流入する排気ガスの空燃比がリーンであるときには排気ガス中のＮＯ_Xを吸蔵し、ＮＯ_X吸蔵手段に流入する排気ガスの空燃比がほぼ理論空燃比またはリッチのときにはＮＯ_X吸蔵剤に吸蔵されているＮＯ_Xを放出し、上記ＮＯ_X吸蔵手段が、少量担持領域と多量担持領域とを有し、上記少量担持領域における単位体積当たりの貴金属触媒の担持量が上記多量担持領域における単位体積当たりの貴金属触媒の担持量よりも少ない内燃機関の排気浄化装置において、上記少量担持領域および多量担持量域領域は上記ＮＯ_X吸蔵手段に流入する排気ガスが上記少量担持領域上を通過してから上記多量担持領域上を通過するように設けられる。
貴金属触媒の酸化・還元能力が高いと、貴金属触媒の温度がＮＯ酸化開始温度よりも低い場合に、すなわち貴金属触媒を担持しているＮＯ_X吸蔵手段の温度がＮＯ酸化開始温度よりも低い場合に、貴金属触媒によりＮＯ_X吸蔵手段に流入する排気ガス中のＮＯ₂がＮＯに還元されてしまう。ＮＯ_X吸蔵剤はＮＯ₂のみしか吸蔵することができないため、このように還元されたＮＯを吸蔵できず、よってＮＯ_X吸蔵手段のＮＯ_X浄化能力が低下してしまう。第１の発明によれば、単位体積当たりの貴金属触媒の担持量が少ない少量担持領域が設けられる。貴金属触媒の担持量が少ないと、ＮＯ_X吸蔵剤の塩基性が強いことにより貴金属触媒の活性が弱められ、よって酸化・還元能力が低いものとされる。このため少量担持領域では貴金属触媒の温度がＮＯ酸化開始温度よりも低い場合において貴金属触媒によるＮＯ₂からＮＯへの還元が抑制され、ＮＯ_X吸蔵剤へＮＯ₂を吸蔵させることができるため、ＮＯ_X吸蔵手段のＮＯ_X浄化能力の低下を抑制することができる。また、排気ガスは多量担持領域上を通過する前に少量担持領域上を通過するため、排気ガスが少量担持領域上を通過する前に多量担持領域でＮＯ₂がＮＯに還元されてしまうことが防止される。
また、少量担持領域においては、貴金属触媒の温度、すなわちＮＯ_X吸蔵手段の温度がＮＯ酸化開始温度以上であってＮＯ_X吸蔵手段に流入する排気ガスの空燃比がほぼ理論空燃比またはリッチのときに、ＮＯ_X吸蔵剤から放出されるＮＯ_XをＮ₂に還元させる還元能力が高くなく、少量担持領域の排気下流にＮＯ_Xが流れてしまう。しかし、第１の発明によれば、少量担持領域上を通過したＮＯ_Xを含んだ排気ガスは多量担持領域上を通過するため、この多量担持領域において少量担持領域で還元されなかったＮＯ_XをＮ₂に還元することができる。

第２の発明では、第１の発明において、上記ＮＯ_X吸蔵手段はＮＯ_X吸蔵剤と貴金属触媒とを担持する一つのＮＯ_X触媒を具備し、上記少量担持領域および多量担持領域は上記一つのＮＯ_X触媒内に設けられる。

第３の発明では、第２の発明において、上記少量担持領域が上記ＮＯ_X触媒の上流側部分に設けられ、上記多量担持領域が上記上流側部分よりも排気下流に位置する上記ＮＯ_X触媒の下流側部分に設けられる。

第４の発明では、第２の発明において、上記ＮＯ_X触媒は、排気ガスが流入する流入通路と排気ガスが流出する流出通路とを具備し、これら流入通路と流出通路との間には隔壁が設けられると共に上記流入通路に流入した排気ガスは隔壁を通って上記流出通路へ流れるようになっており、上記少量担持領域は上記隔壁の表面上であって流入通路側に設けられ、上記多量担持領域は上記隔壁の表面上であって流出通路側に設けられる。

第５の発明では、第１の発明において、上記ＮＯ_X吸蔵手段は機関排気通路内に直列的に配置された二つのＮＯ_X触媒を具備し、各ＮＯ_X触媒はＮＯ_X吸蔵剤と貴金属触媒とを担持し、上流側に配置された上記ＮＯ_X触媒に上記少量担持領域が設けられると共に下流側に配置された上記ＮＯ_X触媒に上記多量担持領域が設けられる。

第６の発明では、第１〜第５のいずれか一つの発明において、上記少量担持領域における単位体積当たりの貴金属触媒の担持量が、少なくとも貴金属触媒の温度がＮＯ酸化開始温度以上であるときの貴金属触媒の酸化・還元能力を考慮したときに最適になるように設定される量よりも少ない。

上記課題を解決するために、第７の発明では、貴金属触媒とＮＯ_X吸蔵剤とを具備するＮＯ_X吸蔵手段であって、単位体積当たりの貴金属触媒の担持量が少ない少量担持領域と、単位体積当たりの貴金属触媒の担持量が多い多量担持領域とを有するＮＯ_X吸蔵手段を用いて、排気ガス中に含まれるＮＯ_Xを浄化する内燃機関の排気浄化方法において、貴金属触媒の温度がＮＯ酸化開始温度よりも低い場合には、ＮＯ_X吸蔵手段に流入した排気ガスが上記多量担持領域上を通過する前に上記少量担持領域上を通過するようにし、該少量担持領域のＮＯ_X吸蔵剤にＮＯ₂を吸蔵させる。
第７の発明によれば、少量担持領域では貴金属触媒の温度がＮＯ酸化開始温度よりも低い場合において貴金属触媒によるＮＯ₂からＮＯへの還元が抑制される。このため、貴金属触媒の温度がＮＯ酸化開始温度よりも低い場合にＮＯ₂をＮＯへ還元してしまう多量担持領域上を排気ガスが通過する前に少量担持領域上を通過することにより、少量担持領域のＮＯ_X吸蔵剤にＮＯ₂を吸蔵させることができるため、ＮＯ_X吸蔵手段のＮＯ_X浄化能力の低下を抑制することができる。

第１〜第６の発明によれば、貴金属触媒の温度、すなわちＮＯ_X吸蔵手段の温度がＮＯ酸化開始温度よりも低い場合に少量担持領域で流入排気ガス中のＮＯ₂をＮＯ_X吸蔵剤に吸蔵させることができ且つ貴金属触媒の温度がＮＯ酸化開始温度以上の場合に多量担持領域においてＮＯ_X吸蔵剤から放出されたＮＯ_Xを還元することができるため、ＮＯ_X吸蔵手段の温度が貴金属触媒のＮＯ酸化開始温度以上である場合のＮＯ_X吸蔵手段のＮＯ_X浄化能力を維持しつつ、ＮＯ_X吸蔵手段の温度が貴金属触媒のＮＯ酸化開始温度よりも低い場合であっても良好に流入排気ガス中のＮＯ_Xを浄化することができる。
第７の発明によれば、貴金属触媒の温度がＮＯ酸化開始温度よりも低い場合においてもＮＯ_X吸蔵手段のＮＯ_X浄化能力の低下を抑制することができ、良好に流入排気ガス中のＮＯ_Xを浄化することができる。

図１は本発明を圧縮自着火式内燃機関に適用した場合を示している。なお、本発明は火花点火式内燃機関にも適用することもできる。

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内にそれぞれ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それぞれ示す。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の入口はエアクリーナ８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９が配置され、さらに吸気ダクト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１０が配置される。図１に示した実施例では機関冷却水が冷却装置１０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ＮＯ_X触媒１１を内蔵したケーシング１２に連結される。排気マニホルド５の集合部出口には排気マニホルド５内を流れる排気ガス中に例えば炭化水素からなる還元剤を添加するための還元剤添加弁１３が配置される。

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１４を介して互いに連結され、ＥＧＲ通路１４内には電子制御式ＥＧＲ制御弁１５が配置される。また、ＥＧＲ通路１４周りにはＥＧＲ通路１４内を流れるＥＧＲガスを冷却するためのＥＧＲ冷却装置１６が配置される。図１に示した実施例では機関冷却水が冷却装置１６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１７を介して燃料リザーバ、いわゆるコモンレール１８に連結される。このコモンレール１８内へは電子制御式の吐出量可変な燃料ポンプ１９から燃料が供給され、コモンレール１８内に供給された燃料は各燃料供給管１７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。ＮＯ_X触媒１１にはＮＯ_X触媒１１の温度を検出するための温度センサ２０が取付けられ、この温度センサ２０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。また、アクセルペダル４０にはアクセルペダル４０の踏込み量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。さらに入力ポート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９駆動用ステップモータ、還元剤添加弁１３、ＥＧＲ制御弁１５、および燃料ポンプ１９に接続される。

図２（Ａ）および（Ｂ）に図１に示すＮＯ_X触媒１１の構造を示す。なお、図２（Ａ）はＮＯ_X触媒１１の正面図を示しており、図２（Ｂ）はＮＯ_X触媒１１の側面断面図を示している。図２（Ａ）および（Ｂ）に示したようにＮＯ_X触媒１１はハニカム構造をなしており、互いに平行をなして延びる複数個の排気流通路５０を具備し、これら排気流通路５０は隔壁５１により画成されている。

ＮＯ_X触媒１１の隔壁５１の基体５２は例えばコージェライト等から形成され、この基体５２上には例えばアルミナからなる担体５３が設けられる。図３（Ａ）、（Ｂ）はこの担体５３の表面部分の断面を図解的に示している。図３（Ａ）、（Ｂ）に示されるように担体５３の表面上には貴金属触媒５４が分散して担持されており、さらに担体５３の表面上にはＮＯ_X吸蔵剤５５の層が形成されている。

本実施形態では貴金属触媒５４として白金（Ｐｔ）が用いられており、ＮＯ_X吸蔵剤５５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触媒１１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吸蔵剤５５は、貴金属触媒５４の温度が後述するＮＯ酸化開始温度以上であれば、すなわちＮＯ_X触媒１１の温度がＮＯ酸化開始温度以上であればＮＯ_X触媒に流入する排気ガス（以下、「流入排気ガス」と称す）の空燃比がリーンのときにはＮＯ_Xを吸収し、流入排気ガス中の酸素濃度が低下すると吸収したＮＯ_Xを放出するＮＯ_Xの吸放出作用を行う。

ＮＯ_X吸蔵剤５５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、流入排気ガスの空燃比がリーンのとき、すなわち流入排気ガス中の酸素濃度が高いときには白金５４の温度がＮＯ酸化開始温度以上であれば流入排気ガス中に含まれるＮＯは図３（Ａ）に示したように白金５４上において酸化されてＮＯ₂となり、次いでＮＯ_X吸蔵剤５５内に吸収されて酸化バリウム（ＢａＯ）と結合しながら硝酸イオン（ＮＯ₃ ^-）の形でＮＯ_X吸蔵剤５５内に拡散する。このようにしてＮＯ_XがＮＯ_X吸蔵剤５５内に吸収される。流入排気ガス中の酸素濃度が高い限り白金５４の表面でＮＯ₂が生成され、ＮＯ_X吸蔵剤５５のＮＯ₂吸収能力が飽和しない限りＮＯ₂がＮＯ_X吸蔵剤５５内に吸収されて硝酸イオン（ＮＯ₃ ^-）が生成される。

これに対し、燃焼室２内における空燃比をほぼ理論空燃比またはリッチ（以下、「ストイキ・リッチ」と称す）にすることによって、または還元剤供給弁１３から還元剤を供給することによって流入排気ガスの空燃比をストイキ・リッチにすると流入排気ガス中の酸素濃度が低下するため反応が逆方向（ＮＯ₃ ^-→ＮＯ₂）に進み、これによりＮＯ_X吸蔵剤５５内の硝酸イオン（ＮＯ₃ ^-）がＮＯ₂の形でＮＯ_X吸蔵剤５５から放出される。次いで放出されたＮＯ_Xは流入排気ガス中に含まれる未燃ＨＣ、ＣＯによって還元される。なお、上記説明では、ＮＯ_XはＮＯ_X吸蔵剤５５に吸収される（すなわち、硝酸塩等の形で蓄積する）ものとして説明しているが、実際にはＮＯ_Xは吸収されているのか吸着（すなわち、ＮＯ_XをＮＯ₂等の形で表面吸着する）しているのかは必ずしも明確ではなく、これら吸収および吸着の両概念を含む吸蔵という用語を用いる。本明細書では、特に、ＮＯ_X触媒１１の温度がＮＯ酸化開始温度以上であるときに行われる吸蔵を「高温吸蔵」と称する。また、ＮＯ_X吸蔵剤５５からの「放出」という用語についても、「吸収」に対応する「放出」の他、「吸着」に対応する「脱離」の意味も含むものとして用いる。

ところで白金５４によるＮＯからＮＯ₂への酸化能力（以下、「ＮＯ酸化能力」と称す）は温度によって変化し、白金５４の温度が低いとそのＮＯ酸化能力も低い。このため、図３に示したように、ＮＯ_X触媒１１の温度が低下すると、白金５４によるＮＯからＮＯ₂への酸化率（以下、「ＮＯ酸化率」と称す）が低下する。本実施形態では、ＮＯ_X触媒１１の温度がほぼ２５０℃よりも低くなるとＮＯ酸化率は急速に低下し、ＮＯ_X触媒１１の温度がほぼ２００℃になるとＮＯ酸化率がほぼ５０パーセントとなる。本実施形態ではＮＯ酸化率がほぼ５０パーセントになったときのＮＯ_X触媒１１の温度をＮＯ酸化開始温度（ほぼ２００℃（＝Ｔｓ））とする。

さて、流入排気ガス中のＮＯ_Xは一酸化窒素（ＮＯ）の形ではＮＯ_X吸蔵剤５５に吸蔵されず、二酸化窒素（ＮＯ₂）の形であればＮＯ_X吸蔵剤５５に吸蔵される。流入排気ガス中に含まれるＮＯ_Xには通常ＮＯ₂だけでなくＮＯも多く含まれ、このＮＯはＮＯ₂に酸化されないとＮＯ_X吸蔵剤５５に吸収されない。ＮＯ_X触媒１１でＮＯをＮＯ₂に酸化するには貴金属触媒５４の温度がＮＯ酸化開始温度以上となっていることが必要であり、したがってこれまでＮＯ_Xを浄化するためには貴金属触媒５４の温度がＮＯ酸化開始温度以上となっていることが必要であると考えられてきた。

ところが、このＮＯ_X触媒１１について本発明者が研究を重ねた結果、流入排気ガス中に含まれるＮＯは白金５４の温度がＮＯ酸化開始温度以上とならないと、すなわちＮＯ_X触媒１１の温度がＮＯ酸化開始温度以上とならないとＮＯ_X吸蔵剤５５に吸蔵されないが、流入排気ガス中に含まれるＮＯ₂はＮＯ_X触媒１１の温度がＮＯ酸化開始温度以上となっていなくても図３（Ｂ）に示したように例えば亜硝酸（ＮＯ₂ ^-）の形でＮＯ_X吸蔵剤５５に吸蔵されることが判明したのである。なお、この場合も、ＮＯ_X触媒１１の温度がＮＯ酸化開始温度以上となっている場合と同様に、二酸化窒素ＮＯ₂はＮＯ_X吸蔵剤５５に吸着するのか、あるいはＮＯ_X吸蔵剤５５内に吸収されるのかは必ずしも明確ではなく、これら吸着と吸収とを合わせた「吸蔵」という用語を用いる。本明細書では、特に、ＮＯ_X触媒１１の温度がＮＯ酸化開始温度よりも低いときに行われる吸蔵を「低温吸蔵」と称する。

なお、ＮＯ_X触媒１１の温度がＮＯ酸化開始温度よりも低いときにＮＯ_X吸蔵剤５５に亜硝酸（ＮＯ₂ ^-）として吸蔵されたＮＯ₂は、ＮＯ_X触媒１１の温度がＮＯ酸化開始温度以上にまで上昇すると、硝酸イオン（ＮＯ₃ ^-）に変化せしめられ、斯くして硝酸イオン（ＮＯ₃ ^-）の形でＮＯ_X吸蔵剤５５内に吸蔵されることになる。

ところで、白金５４の温度がＮＯ酸化開始温度よりも低い場合、白金の活性が高いと、すなわち白金の酸化・還元能力が高いと、白金５４はＮＯをＮＯ₂に酸化することができないだけでなく、ＮＯ₂をＮＯに還元してしまう。したがって、このような場合にＮＯ_X触媒における白金５４の活性が高いと、ＮＯ_X触媒に流入した排気ガス中のＮＯ₂はＮＯ_X吸蔵剤５５に低温吸蔵される前に白金５４によってＮＯに還元されてしまう。還元されたＮＯは、ＮＯ_X吸蔵剤５５には吸蔵されず、よってＮＯを多量に含む排気ガスがＮＯ_X触媒から流出してしまうこととなる。

そこで、白金５４の温度がＮＯ酸化開始温度よりも低い場合にＮＯ_X吸蔵剤のＮＯ₂の低温吸蔵能力を高めるためには、白金の活性を弱くして、このような場合における白金によるＮＯ₂からＮＯへの還元能力を低くすることが必要である。

一方、従来型のＮＯ_X触媒では、ＮＯ酸化開始温度以上である場合に流入排気ガスの空燃比がリーンであるときに流入排気ガス中のＮＯをＮＯ₂に最適に酸化してＮＯ_X吸蔵剤にＮＯ_Xが吸蔵され易いようにすると共に流入排気ガスの空燃比がストイキ・リッチであるときにＮＯ_X吸蔵剤から放出されたＮＯ_XをＮ₂に還元し易いように、白金の活性の強さ、すなわち白金の酸化・還元能力が設定されている。すなわち、従来型ＮＯ_X触媒では、白金の酸化・還元能力は白金の温度がＮＯ酸化開始温度以上であるときにおいてＮＯ_X触媒への流入排気ガス中のＮＯ_Xを吸蔵・還元するのに最適になるように設定されている。このように白金の酸化・還元能力を設定した場合には、当然、白金５４の温度がＮＯ酸化開始温度よりも低い場合においても白金の酸化・還元能力は高く、ＮＯ_X触媒に流入した排気ガス中のＮＯ₂がＮＯへ還元され、その結果、白金５４の温度がＮＯ酸化開始温度よりも低い場合におけるＮＯ_Xの浄化率は低いものとなってしまっていた。

そこで、本実施形態では、図４に示したように、ＮＯ_X吸蔵剤５５および貴金属触媒５４を担持したＮＯ_X触媒１１の担体５３の下流側部分５７を、上述した従来のＮＯ_X触媒１１と同程度に白金の活性の強い領域、すなわち従来型ＮＯ_X触媒と同程度に白金の酸化・還元能力の高い領域（以下、「高酸化・還元能領域」と称す）とすると同時に、ＮＯ_X吸蔵剤５５および貴金属触媒５４を担持したＮＯ_X触媒１１の担体５３の上流側部分５６を、高酸化・還元能領域よりも白金の活性の弱い領域、すなわち高酸化・還元能領域よりも白金の酸化・還元能力の低い領域（以下、「低酸化・還元能領域」と称す）としている。したがって、上記ＮＯ_X触媒１１に流入する排気ガスは、低酸化・還元能領域５６上を通過してから高酸化・還元能領域５７上を通過することとなる。

ここで、ＮＯ_X吸蔵剤５５は塩基性であり、白金５４に対してその塩基性が強いほど、白金５４の活性が弱められる。逆に言えば、ＮＯ_X吸蔵剤５５の種類および担持量を一定とした場合、単位体積当たりの白金５４の担持量が少ないほど白金５４の活性が弱められる。そこで、本実施形態のＮＯ_X触媒１１では、低酸化・還元能領域５６における単位体積当たりの白金の担持量を、高酸化・還元能領域５７おける単位体積当たりの白金の担持量よりも少ないものとしている。具体的には、高酸化・還元能領域（多量担持領域）５７における単位体積当たりの白金５４の担持量が従来型ＮＯ_X触媒と同様に２ｇ／ｌよりも多いのに対して、低酸化・還元能領域（少量担持領域）５６における単位体積当たりの白金５４の担持量が２ｇ／ｌ以下とされる。

このように形成された低酸化・還元能領域５６では、ＮＯ_X触媒１１の温度がＮＯ酸化開始温度よりも低い場合、白金５４の活性が弱く、白金によるＮＯ₂からＮＯへの還元が行われにくくなるため、低酸化・還元能領域５６を流通する排気ガス中のＮＯ₂はＮＯ_X吸蔵剤５５に確実に吸蔵されるようになる。このため、ＮＯ_X触媒１１の温度がＮＯ酸化開始温度よりも低い場合におけるＮＯ_X触媒１１によるＮＯ_X浄化能力が高められる。

この様子を図５に示す。図５は、ＮＯ_X触媒の温度が１５０℃である場合において、白金５４の担持量が５ｇ／ｌである従来のＮＯ_X触媒（図中の触媒Ａ）のＮＯ_X浄化率（流出排気ガス中のＮＯ_X量／流入排気ガス中のＮＯ_X量）と、本実施形態のＮＯ_X触媒１１（図中の触媒Ｂ）のＮＯ_X浄化率とを比較したものである。図５から分かるように、ＮＯ_X触媒の温度が１５０℃である場合、すなわちＮＯ酸化開始温度よりも低い場合、本実施形態のＮＯ_X触媒１１（触媒Ｂ）のＮＯ_X浄化率は、触媒ＡのＮＯ_X浄化率よりも高い。

また、ＮＯ_X触媒１１の温度がＮＯ酸化開始温度以上となった場合、流入排気ガスの空燃比がリーンのときには、低酸化・還元能領域５６および高酸化・還元能領域５７のどちらにおいても流入排気ガス中のＮＯ_XをＮＯ_X吸蔵剤５５に吸蔵することができる。高酸化・還元能領域５７においては、白金５４の酸化能力が高いため、排気ガス中のＮＯをＮＯ₂に酸化してＮＯ_X吸蔵剤５５にＮＯ₂を吸蔵させることができ、また、低酸化・還元能領域５６においても排気ガス中のＮＯの多くをＮＯ₂に酸化するのに十分な白金５４の酸化能力が発揮されるため、全ての領域が高酸化・還元能領域５７となっている従来型ＮＯ_X触媒と同様に、流入排気ガス中のＮＯ_XをＮＯ_X吸蔵剤５５に吸蔵することが可能である。

この様子を図６に示す。図６は、ＮＯ_X触媒の温度が３００℃である場合において、図５に示した触媒ＡのＮＯ_X浄化率と、本実施形態のＮＯ_X触媒１１（図５に示した触媒Ｂと同じ）のＮＯ_X浄化率とを比較したものである。図６から分かるように、ＮＯ_X触媒の温度が３００℃である場合、すなわちＮＯ_X触媒の温度がＮＯ酸化開始温度以上である場合においても、本実施形態のＮＯ_X触媒１１（触媒Ｂ）のＮＯ_X浄化率は、従来型ＮＯ_X触媒（触媒Ａ）のＮＯ_X浄化率と同程度であることが分かる。

一方、ＮＯ_X触媒１１の温度がＮＯ酸化開始温度以上となった場合、流入排気ガスの空燃比がストイキ・リッチとされると、ＮＯ_X吸蔵剤５５に吸蔵されているＮＯ₂がＮＯ_X吸蔵剤５５から放出される。低酸化・還元能領域５６では、上述したように高酸化・還元能領域５７よりも白金５４の活性が弱く、ＮＯ_X吸蔵剤５５から放出されるＮＯ_XをＮ₂に還元する還元能力は高くない。このため、上述したように流入排気ガスの空燃比がストイキ・リッチとされると、多少のＮＯを含んだ排気ガスがＮＯ_X触媒１１の低酸化・還元能領域５６から排気下流へ流れてしまう。

しかしながら、本実施形態のＮＯ_X触媒１１では、低酸化・還元能領域５６の排気下流に高酸化・還元能領域５７が設けられている。このため、ＮＯ_X触媒１１の温度がＮＯ酸化開始温度以上となっている場合、流入排気ガスの空燃比がストイキ・リッチとされると、ＮＯ_X触媒１１の低酸化・還元能領域５６上を通過したＮＯを含んだ排気ガスは高酸化・還元能領域５７上を通過する。ＮＯ_X触媒１１の温度がＮＯ酸化開始温度以上となっている場合、高酸化・還元能領域５７におけるＮＯ_XからＮ₂への還元能力は高く、よって低酸化・還元能領域５６上から高酸化・還元能領域５７上へと流れる排気ガス中に含まれるＮＯ_XはＮ₂へ還元される。したがって、本実施形態によれば、ＮＯ_X触媒１１の温度がＮＯ酸化開始温度以上となっている場合、流入排気ガスの空燃比がストイキ・リッチとされると、低酸化・還元能領域５６および高酸化・還元能領域５７におけるＮＯ_X吸蔵剤５５からＮＯ_Xが放出され、放出されたＮＯ_Xは良好にＮ₂に還元、浄化される。

このように、本発明のＮＯ_X触媒１１によれば、ＮＯ_X触媒１１の温度が貴金属触媒５４のＮＯ酸化開始温度以上である場合におけるＮＯ_Xの浄化能力を維持しつつ、ＮＯ_X触媒１１の温度が貴金属触媒５４のＮＯ酸化開始温度よりも低い場合におけるＮＯ_Xの浄化能力を高めることができる。

なお、上記実施形態では、低酸化・還元能領域５６における単位体積当たりの白金５４の担持量を、高酸化・還元能領域５７おける単位体積当たりの白金５４の担持量よりも少なくすることで、低酸化・還元能領域５６における白金５４の酸化・還元能力を低くすることとしているが、ＮＯ_X吸蔵剤５５の塩基性を強くすることによって白金５４の酸化・還元能力を低くしてもよい。ＮＯ_X吸蔵剤５５の塩基性を強めるには、単位体積当たりの担体５３へのＮＯ_X吸蔵剤５５の担持量を多くすること、およびＮＯ_X吸蔵剤５５として用いられる物質により塩基性の強い物質、例えばセシウム（Ｃｓ）、カリウム（Ｋ）やナトリウム（Ｎａ）等のアルカリ金属等を用いることが挙げられる。

ところで、ＮＯ_X触媒１１の温度がＮＯ酸化開始温度よりも低い状態、またはＮＯ_X触媒１１の温度がＮＯ酸化開始温度以上であって流入排気ガスの空燃比がリーンの状態が継続すると、その間にＮＯ_X吸蔵剤５５のＮＯ_X吸蔵容量が飽和してしまい、それ以上ＮＯ_X吸蔵剤５５によってＮＯ_Xを吸蔵することができなくなってしまう。そこで本実施形態では、ＮＯ_X吸蔵剤５５のＮＯ_X吸蔵容量が飽和する前に、還元剤添加弁１３から還元剤を添加することによって流入排気ガスの空燃比を一時的にストイキ・リッチにし、それによってＮＯ_X吸蔵剤５５からＮＯ_Xを放出させるようにしている（ＮＯ_X放出処理）。

より詳細には、本実施形態では、ＮＯ_X触媒１１のＮＯ_X吸蔵剤５５に吸蔵されている吸蔵ＮＯ_X量ΣＮＯＸが算出され、算出された吸蔵ＮＯ_X量ΣＮＯＸが予め定められた許容値ＮＸを越えているときであって、ＮＯ_X触媒１１の温度がＮＯ酸化開始温度以上となっているときに流入排気ガスの空燃比がリーンからストイキ・リッチに切換えられ、それによってＮＯ_X吸蔵剤５５からＮＯ_Xが放出される。

単位時間当りに機関本体１から排出されるＮＯ_X量は燃料噴射量Ｑと機関回転数Ｎの関数であり、従って単位時間当りにＮＯ_X触媒への流入排気ガス中の流入ＮＯ_X量ＮＯＸＡは燃料噴射量Ｑと機関回転数Ｎの関数となる。本実施例では燃料噴射量Ｑと機関回転数Ｎに応じた単位時間当りの流入ＮＯ_X量ＮＯＸＡが予め実験により求められ、この流入ＮＯ_X量ＮＯＸＡが燃料噴射量Ｑと機関回転数Ｎの関数としてマップの形で予めＲＯＭ３２内に記憶されている。

一方、ＮＯ_X吸蔵剤５５へのＮＯ_X吸蔵率ＫＮはＮＯ_X触媒１１の温度Ｔｃに応じて変わる。そこで本実施形態では、ＮＯ_X吸蔵率ＫＮとＮＯ_X触媒の温度Ｔｃとの関係が予め実験により求められ、マップとして予めＲＯＭ３２内に記憶されている。ＮＯ_X吸蔵剤５５への単位時間当たりのＮＯ_X吸蔵量はＮＯＸＡとＫＮとの積で表わされる。

一方、ＮＯ_X触媒１１の温度ＴｃがＮＯ酸化開始温度よりも低い場合、上述したように流入排気ガス中のＮＯ₂のみがＮＯ_X吸蔵剤に吸蔵される。このため、このような場合には、流入排気ガス中のＮＯ_XのうちＮＯの割合を減らすと共に、ＮＯ₂の割合を増大することが好ましい。そこで、本実施形態ではＮＯ_X触媒１１の温度ＴｃがＮＯ酸化開始温度よりも低い場合には、リーン空燃比のもとで燃焼を行ったときに発生するＮＯに対するＮＯ₂の割合を、ＮＯ_X触媒１１の温度ＴｃがＮＯ酸化開始温度以上である場合において同一の機関運転状態、即ち同一回転数、同一トルクにあるときのＮＯ₂の割合（＝ＮＯ₂の量／ＮＯの量）に比べて増大させるようにしている（ＮＯ₂割合増大処理）。

このＮＯ₂の割合は、緩慢な燃焼を行わせると増大することが判明しており、例えば燃料噴射時期を遅角するか、ＥＧＲガス量を増大するか、パイロット噴射を行うか、又は予混合気燃焼を行うかの少なくともいずれか一つを行うと燃焼が緩慢となる。そこで本実施形態では、ＮＯ_X触媒１１の温度がＮＯ酸化開始温度よりも低いときにはＮＯ₂割合増大処理として同一の機関運転状態における他の温度領域に比べて緩慢な燃焼を行わせるようにしている。

また、ＮＯ_X触媒１１の温度ＴｃがＮＯ酸化開始温度よりも低い場合でも、ＮＯ₂がＮＯ_X吸蔵剤５５に吸蔵されるため、ＮＯ_X触媒５０のＮＯ_X吸蔵量が増大する。この場合、単位時間当たりのＮＯ_X吸蔵量は機関本体１から排出される排気ガス中のＮＯ₂量に応じて変わる。機関本体１から排出される排気ガス中のＮＯ₂量は燃料噴射量Ｑおよび機関回転数Ｎに加えてＥＧＲ率（吸入ガス中に占めるＥＧＲガスの割合）や噴射時期の遅角量等の関数である。本実施形態では、これらパラメータに応じた単位時間当りのＮＯ₂吸蔵量ＮＯ２Ａが予め実験により求められ、マップの形で予めＲＯＭ３２内に記憶されている。そして、ＮＯ_X触媒１１の温度ＴｃがＮＯ酸化開始温度よりも低いときには、上述した単位時間当たりのＮＯ_X吸蔵量ＮＯＸＡ・ＫＮの代わりに単位時間当たりのＮＯ₂吸蔵量ＮＯ２Ａが吸蔵ＮＯ_X量ΣＮＯＸに加算される。

図７は、ＮＯ_X触媒１１のＮＯ_X浄化能力を最適に維持するための制御ルーチンを示しており、このルーチンは一定時間毎の割り込みによって実行される。

図７を参照すると、まずステップ１０１ではＮＯ_X放出フラグＸＮがセットされているか否かが判定される。このＮＯ_X放出フラグＸＮはＮＯ_X放出処理を実行すべきときにセットされ（ＸＮ＝１）、それ以外はセットされない（ＸＮ＝０）フラグである。ＮＯ_X放出フラグＸＮがセットされていないと判定されたときにはステップ１０２へと進み、温度センサ２０によってＮＯ_X触媒１１の温度Ｔｃが検出される。次いで、ステップ１０３において、ステップ１０２で検出されたＮＯ_X触媒１１の温度ＴｃがＮＯ酸化開始温度Ｔｓよりも低いか否かが判定される。ステップ１０３において、ＮＯ_X触媒１１の温度ＴｃがＮＯ酸化開始温度Ｔｓよりも低い（Ｔｃ＜Ｔｓ）と判定された場合には、ステップ１０４へと進む。

ステップ１０４では、ＮＯ₂割合増大処理が実行され、例えば燃料噴射時期を遅角するか、ＥＧＲガス量を増大するか、パイロット噴射を行うか、又は予混合気燃焼を行うかの少なくともいずれか一つが行われる。次いでステップ１０５では、上述したマップにより単位時間当たりのＮＯ₂吸蔵量ＮＯ２Ａが算出される。ステップ１０６では、ステップ１０５で算出された単位時間当たりのＮＯ₂吸蔵量ＮＯ２ＡがΣＮＯＸに加算され、ＮＯ_X吸蔵量の積算値ΣＮＯＸが算出される。

一方、ステップ１０３において、ＮＯ_X触媒１１の温度ＴｃがＮＯ酸化開始温度Ｔｓ以上である（Ｔｃ≧Ｔｓ）と判定された場合には、ステップ１０７へと進む。ステップ１０７では、上述したマップからそれぞれ単位時間当たりの流入ＮＯ_X量ＮＯＸＡおよびＮＯ_X吸蔵率ＫＮが算出される。次いで、ステップ１０８では、ステップ１０７で算出された単位時間当たりのＮＯ_X吸蔵量ＮＯＸＡ・ＫＮをΣＮＯＸに加算することによってＮＯ_X吸蔵量の積算値ΣＮＯＸが算出される。次いでステップ１０９ではＮＯ_X吸収量の積算値ΣＮＯＸが許容値ＮＸを越えたか否かが判定される。ΣＮＯＸ≦ＮＸのときには制御ルーチンが終了せしめられる。一方、ΣＮＯＸ＞ＮＸのときにはステップ１１０においてＮＯ_XフラグＸＮがセットせしめられる（ＸＮ＝１）。ＮＯ_X放出フラグＸＮがセットされると次回のルーチン実行時においてステップ１０１からステップ１１１へと進み、ＮＯ_X放出処理が実行せしめられる。

図８は、図７のステップ１１１で行われるＮＯ_X放出処理の処理ルーチンを示している。

図８を参照すると、まず初めにステップ１２１において流入排気ガスの空燃比を例えば１３程度のリッチ空燃比とするのに必要な還元剤の供給量が算出される。次いでステップ１２２では還元剤の供給時間が算出される。この還元剤の供給時間は通常１０秒以下である。次いでステップ１２３では還元剤供給弁１３からの還元剤の供給が開始される。次いでステップ１２４ではステップ１２２において算出された還元剤の供給時間が経過したか否かが判定される。還元剤の供給時間が経過していないときにはステップ１２４が繰り返される。このとき還元剤の供給が続行され、流入排気ガスの空燃比が１３程度のリッチ空燃比に維持される。これに対し、還元剤の供給時間が経過したとき、すなわちＮＯ_X吸蔵剤５５からのＮＯ_X放出作用が完了したときにはステップ１２５に進んで還元剤の供給が停止され、次いでステップ１２６に進んでΣＮＯＸがクリアされ、ステップ１２７でＮＯ_X放出フラグＸＮがリセットされる（ＸＮ＝０）。

なお、ＮＯ_X放出処理においては、還元剤供給弁１３から還元剤を供給することによって流入排気ガスの空燃比を一時的にストイキ・リッチにすると説明したが、本実施形態のように圧縮自着火式内燃機関を用いた場合、通常、機関本体１から排出される排気ガスの空燃比のリーン度合は非常に大きく、したがって流入排気ガスの空燃比をストイキ・リッチにするためには多量の還元剤を還元剤供給弁１３から供給しなければならない。そこで、本実施形態では、例えば、多量のＥＧＲガスを燃焼室２に導入することや、ポスト噴射を行うことで、機関本体１から排出される排気ガスの空燃比のリーン度合を比較的小さくし、これに還元剤添加弁１３から還元剤を添加している。

次に図１に示したＮＯ_X触媒１１がパティキュレートフィルタ（以下、「フィルタ」と称す）からなる第二実施形態について説明する。

図９（Ａ）および（Ｂ）にこのフィルタ１１の構造を示す。なお、図９（Ａ）はフィルタ１１の正面図を示しており、図９（Ｂ）はフィルタ１１の側面断面図を示している。図９（Ａ）および（Ｂ）に示されるようにフィルタ１１はハニカム構造をなしており、互いに平行をなして延びる複数個の排気流通路６０、６１を具備する。これら排気流通路は下流端が栓６２により閉塞された排気ガス流入通路６０と、上流端が栓６３により閉塞された排気ガス流出通路６１とにより構成される。なお、図９（Ａ）においてハッチングを付した部分は栓６３を示している。したがって排気ガス流入通路６０および排気ガス流出通路６１は薄肉の隔壁６４を介して交互に配置される。

フィルタ１１の隔壁６４の基体６５は例えばコージェライトのような多孔質材料から形成されており、したがって排気ガス流入通路６０内に流入した排気ガスは図９（Ｂ）において矢印で示したように周囲の隔壁６４内を通って隣接する排気ガス流出通路６１内に流出する。

このようにＮＯ_X触媒１１をパティキュレートフィルタから構成した場合には、各排気ガス流入通路６０および各排気ガス流出通路６１の周壁面、すなわち各隔壁６４の基体６５の両側表面上にはアルミナからなる担体６６、６７の層が形成されており、図３（Ａ）、（Ｂ）に示したようにこの担体６６、６７上には貴金属触媒５４とＮＯ_X吸蔵剤５５とが担持されている。なお、この場合も貴金属触媒５４として白金が用いられている。

図１０は、図９（Ｂ）内の点線Ｘに囲われた部分を図解的に示す図である。図１０から分かるように、排気ガス流入通路６０の周壁面上の担体６６、すなわち排気ガス流入通路６０に面する隔壁６４の基体６５上の担体６６を低酸化・還元能領域とし、排気ガス流出通路６１の周壁面の担体６７、すなわち排気ガス流出通路に面する隔壁６４の基体６４上の担体６８を高酸化・還元能領域としている。具体的には、本実施形態では、排気ガス流入通路６０の周壁面上の担体６６に担持される白金５４の単位体積当たりの担持量を、排気ガス流出通路６１の周壁面上の担体６７に担持される白金５４の単位体積当たりの担持量よりも少ないものとしているが、担体６６に担持されるＮＯ_X吸蔵剤５５の塩基性を担体６７に担持されるＮＯ_X吸蔵剤５５の塩基性よりも強いもとするようにしてもよい。

上述したように、排気ガス流入通路６０内に流入した排気ガスは図１０において矢印で示したように周囲の隔壁６４内を通って隣接する排気ガス流出通路６１内に流出するため、フィルタ１１に流入した排気ガスは排気ガス流入通路６０の周壁面上に設けられた低酸化・還元能領域６６上を通過した後に排気ガス流出通路６１の周壁面上に設けられた高酸化・還元能領域６７上を通過する。したがって、第一実施形態の排気浄化装置と同様に、フィルタ１１の温度がＮＯ酸化開始温度以上である場合には、流入排気ガスの空燃比がリーンのときに流入排気ガス中のＮＯ_Xが低酸化・還元能領域６６および高酸化・還元能領域６７にあるＮＯ_X吸蔵剤に吸蔵されると共に流入排気ガスの空燃比がストイキ・リッチのときに低酸化・還元能領域６６および高酸化・還元能領域６７にあるＮＯ_X吸蔵剤からＮＯ_Xが放出され、これら両領域、特に高酸化・還元能領域６７に存在する白金５４により放出されたＮＯ_XがＮ₂に還元される。一方、フィルタ１１の温度がＮＯ酸化開始温度よりも低い場合には、主に低酸化・還元能領域６６において流入排気ガス中のＮＯ₂がＮＯ_X吸蔵剤５５に吸蔵される。なお、この場合にも図７および図８に示すＮＯ_X触媒１１のＮＯ_X浄化能力維持制御と同様のＮＯ_X浄化能力維持制御が行われる。

また、ＮＯ_X触媒１１をパティキュレートフィルタから構成した場合には、流入排気ガス中に含まれる粒子状物質がフィルタ１１内に捕獲され、捕獲された粒子状物質は排気ガス熱によって順次燃焼せしめられる。多量の粒子状物質がフィルタ１１上に推積した場合には、機関本体１から排出される排気ガスの温度を高くしたり、還元剤供給弁１３から還元剤を供給してフィルタ１１で燃焼させたりして、フィルタ１１を昇温することで、推積したパティキュレートが着火燃焼せしめられる。

図１１は、本発明の第三実施形態の排気浄化装置を示す。図１１に示したように、第三実施形態においては、ＮＯ_X吸蔵手段として機関排気通路上に二つのＮＯ_X触媒７０、７２が設けられている。すなわち、排気タービン７ｂの出口が上流側ＮＯ_X触媒７０を内蔵したケーシング７１に連結され、上流側ＮＯ_X触媒７０の排気下流には下流側ＮＯ_X触媒７２を内蔵したケーシング７３が連結される。いずれのＮＯ_X触媒７０、７２も、第一実施形態のＮＯ_X触媒１１と同様に、基体５２上にアルミナ等の担体５３が設けられ、担体５３の表面上には貴金属触媒５４およびＮＯ_X吸蔵剤５５が担持されている。

一方、第一実施形態のＮＯ_X触媒１１と異なり、上流側ＮＯ_X触媒７０の担体は全てが低酸化・還元能領域となっており、下流側ＮＯ_X触媒７２の担体は全てが高酸化・還元能領域となっている。本実施形態では、上流側ＮＯ_X触媒７０の担体に担持される貴金属触媒の単位体積当たりの担持量を、下流側ＮＯ_X触媒７２の担体に担持される貴金属触媒の単位体積当たりの担持量よりも少ないものとしているが、上流側ＮＯ_X触媒７０の担体に担持されるＮＯ_X吸蔵剤５５の塩基性を下流側ＮＯ_X触媒７２の担体に担持されるＮＯ_X吸蔵剤５５の塩基性よりも強いもとするようにしてもよい。

機関本体１から排出された排気ガスは、上流側ＮＯ_X触媒７０を通過した後に下流側ＮＯ_X触媒７２に流入する。すなわち、本実施形態では、排気ガスは上流側ＮＯ_X触媒７０に設けられた低酸化・還元能領域上を通過してから下流側ＮＯ_X触媒７２に設けられた高酸化・還元能領域に流入する。したがって、第一実施形態の排気浄化装置と同様に、両ＮＯ_X触媒７０、７２の温度がＮＯ酸化開始温度以上である場合には、上流側ＮＯ_X触媒７０への流入排気ガスの空燃比がリーンのときに排気ガス中のＮＯ_Xが上流側ＮＯ_X触媒７０および下流側ＮＯ_X触媒７２に担持されたＮＯ_X吸蔵剤５５に吸蔵されると共に、上流側ＮＯ_X触媒７０への流入排気ガスの空燃比がストイキ・リッチのときに上流側ＮＯ_X触媒７０および下流側ＮＯ_X触媒７２に設けられたＮＯ_X吸蔵剤からＮＯ_Xが放出され、これら両ＮＯ_X触媒７０、７２、特に下流側ＮＯ_X触媒７２に存在する白金５４により上記放出されたＮＯ_XがＮ₂に還元される。一方、両ＮＯ_X触媒７０、７２の温度がＮＯ酸化開始温度よりも低い場合には、主に上流側ＮＯ_X触媒７０において流入排気ガス中のＮＯ₂がＮＯ_X吸蔵剤５５に吸蔵される。なお、この場合にも図７および図８に示すＮＯ_X触媒１１のＮＯ_X浄化能力維持制御と同様のＮＯ_X浄化能力維持制御が行われる。

内燃機関全体を示す図である。 ＮＯ_X触媒の構成を説明するための図である。 ＮＯ_X触媒によるＮＯ_X浄化作用を示す図である。 図２の破線ＩＶ内を図解的に示す拡大断面図である。 ＮＯ_X触媒の昇温が１５０℃のときにおけるＮＯ_X触媒によるＮＯ_X浄化率の相違を示す図である。 ＮＯ_X触媒の昇温が３００℃のときにおけるＮＯ_X触媒によるＮＯ_X浄化率の相違を示す図である。 ＮＯ_X触媒のＮＯ_X浄化能力維持制御のフローチャートである。 ＮＯ_X放出処理を行うためのフローチャートである。 パティキュレートフィルタの構成を説明するための図である。 図９の破線Ｘ内を図解的に示す拡大断面図である。 本発明の第三実施形態の排気浄化装置を示す。

符号の説明

３…燃料噴射弁
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
１１…ＮＯ_X触媒
１３…還元剤供給弁
２０…温度センサ

Claims (7)

1. 機関排気通路内にＮＯ_X吸蔵剤と貴金属触媒とを担持するＮＯ_X吸蔵手段を具備し、上記ＮＯ_X吸蔵剤は、貴金属触媒の温度がＮＯ酸化開始温度以上である場合にＮＯ_X吸蔵手段に流入する排気ガスの空燃比がリーンであるときには排気ガス中のＮＯ_Xを吸蔵し、ＮＯ_X吸蔵手段に流入する排気ガスの空燃比がほぼ理論空燃比またはリッチのときにはＮＯ_X吸蔵剤に吸蔵されているＮＯ_Xを放出し、上記ＮＯ_X吸蔵手段が、少量担持領域と多量担持領域とを有し、上記少量担持領域における単位体積当たりの貴金属触媒の担持量が上記多量担持領域における単位体積当たりの貴金属触媒の担持量よりも少ない内燃機関の排気浄化装置において、
   上記少量担持領域および多量担持量域領域は上記ＮＯ_X吸蔵手段に流入する排気ガスが上記少量担持領域上を通過してから上記多量担持領域上を通過するように設けられる内燃機関の排気浄化装置。
2. 上記ＮＯ_X吸蔵手段はＮＯ_X吸蔵剤と貴金属触媒とを担持する一つのＮＯ_X触媒を具備し、上記少量担持領域および多量担持領域は上記一つのＮＯ_X触媒内に設けられる請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
3. 上記少量担持領域が上記ＮＯ_X触媒の上流側部分に設けられ、上記多量担持領域が上記上流側部分よりも排気下流に位置する上記ＮＯ_X触媒の下流側部分に設けられる請求項２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
4. 上記ＮＯ_X触媒は、排気ガスが流入する流入通路と排気ガスが流出する流出通路とを具備し、これら流入通路と流出通路との間には隔壁が設けられると共に上記流入通路に流入した排気ガスは隔壁を通って上記流出通路へ流れるようになっており、上記少量担持領域は上記隔壁の表面上であって流入通路側に設けられ、上記多量担持領域は上記隔壁の表面上であって流出通路側に設けられる請求項２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
5. 上記ＮＯ_X吸蔵手段は機関排気通路内に直列的に配置された二つのＮＯ_X触媒を具備し、各ＮＯ_X触媒はＮＯ_X吸蔵剤と貴金属触媒とを担持し、上流側に配置された上記ＮＯ_X触媒に上記少量担持領域が設けられると共に下流側に配置された上記ＮＯ_X触媒に上記多量担持領域が設けられる請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
6. 上記少量担持領域における単位体積当たりの貴金属触媒の担持量が、少なくとも貴金属触媒の温度がＮＯ酸化開始温度以上であるときの貴金属触媒の酸化・還元能力を考慮したときに最適になるように設定される量よりも少ない請求項１〜５のいずれか１項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
7. 貴金属触媒とＮＯ_X吸蔵剤とを具備するＮＯ_X吸蔵手段であって、単位体積当たりの貴金属触媒の担持量が少ない少量担持領域と、単位体積当たりの貴金属触媒の担持量が多い多量担持領域とを有するＮＯ_X吸蔵手段を用いて、排気ガス中に含まれるＮＯ_Xを浄化する内燃機関の排気浄化方法において、
   貴金属触媒の温度がＮＯ酸化開始温度よりも低い場合には、ＮＯ_X吸蔵手段に流入した排気ガスが上記多量担持領域上を通過する前に上記少量担持領域上を通過するようにし、該少量担持領域のＮＯ_X吸蔵剤にＮＯ₂を吸蔵させる内燃機関の排気浄化方法。

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