專利名稱：內(nèi)燃機(jī)的排氣凈化裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種內(nèi)燃機(jī)的排氣凈化裝置，尤其涉及一種設(shè)在排氣凈化手段的上游側(cè)的氧化催化劑的構(gòu)成。

背景技術(shù)：
作為對柴油機(jī)排氣進(jìn)行凈化的裝置(排氣凈化手段)，有在排氣通路上配備NOx(氮氧化物)吸附催化劑的結(jié)構(gòu)。NOx吸附催化劑能夠吸存排氣中的NOx和SOx(硫氧化物)。此外，已知有如下再生方法通過在NOx吸附催化劑的上游側(cè)設(shè)置氧化催化劑，向氧化催化劑的上游側(cè)噴射供給添加劑，通過氧化催化劑發(fā)生氧化反應(yīng)(燃燒)，來產(chǎn)生高溫且少氧的排氣氣氛(濃空燃比氣氛)，將吸存在NOx吸附催化劑上的NOx和SOx等還原去除。尤其當(dāng)向氧化催化劑供給的添加劑為燃料時，從添加劑供給裝置添加的燃料成液滴狀，因此有必要促進(jìn)添加燃料的氣化，將添加燃料中的主要成分HC氧化反應(yīng)而使排氣溫度上升，并通過由該氧化反應(yīng)帶來的排氣中氧氣的消耗和HC的供給，將排氣氣氛的空燃比濃化，在NOx吸附催化劑上實現(xiàn)還原氣氛。
然而，在這種再生方法中，在像例如低溫起動時那樣從發(fā)動機(jī)排出的排氣溫度低時，向排氣通路噴射的燃料保持液滴狀向氧化催化劑添加，或通過氧化催化劑內(nèi)部而氧化反應(yīng)不能高效地進(jìn)行，因此可能向下游排出大量的HC?；蛘?，像例如低溫起動時那樣催化劑的溫度低，且未達(dá)到催化劑的活性溫度(用于將HC充分氧化的必要溫度)時，即使向氧化催化劑供給液滴狀或氣化了的燃料，氧化反應(yīng)也不能充分進(jìn)行，因此可能向下游排出大量的HC。而且，NOx吸附催化劑的催化劑溫度低加上再生不能充分進(jìn)行，未燃的HC可能從NOx吸附催化劑向下游流出。此外，在氧化反應(yīng)沒有充分進(jìn)行的情況下，通過配置在上游側(cè)的氧化催化劑僅對容易氧化的燃料進(jìn)行氧化，難于氧化的燃料作為未燃的HC向下游排出，可能不能高效地使用為了控制NOx吸附催化劑的再生而添加的燃料。
因此，正在開發(fā)在氧化催化劑和NOx吸附催化劑之間設(shè)置可吸附HC的沸石，吸附剩余的HC，防止向下游流出HC的技術(shù)(參考日本特開2006-329020號公報)。
然而，即使按照上述公報公開的那樣構(gòu)成排氣凈化裝置，也存在像低溫起動時那樣氧化催化劑的氧化功能低下、氧氣未充分消耗，或排氣溫度未上升到規(guī)定溫度的情況。這時，不得不向氧化催化劑進(jìn)一步供給添加劑，以實現(xiàn)還原氣氛、或使排氣溫度上升到規(guī)定溫度，從而導(dǎo)致了添加劑消耗量的增大。并且，雖然也考慮到增加氧化催化劑所含有的催化劑貴金屬量等來提高氧化性能的方法，但是也存在成本大幅上升的問題。


發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明鑒于這樣的問題而作成，其目的在于提供一種排氣凈化裝置，其能夠抑制氧化催化劑的產(chǎn)品成本的增加和催化劑的無用消耗，同時提高低溫時的氧化性能，確保必要的排氣凈化性能。
為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的排氣凈化裝置包括設(shè)在內(nèi)燃機(jī)的排氣通路上的、凈化排氣氣體的排氣凈化手段；設(shè)在排氣凈化手段的上游側(cè)的排氣通路上的氧化催化劑；設(shè)在氧化催化劑的上游側(cè)的排氣通路上的、向該氧化催化劑供給添加劑的添加劑供給裝置，其特征在于，氧化催化劑由包含催化劑貴金屬的上游側(cè)氧化催化劑；設(shè)在該上游側(cè)氧化催化劑的下游側(cè)的、包含吸附添加劑的添加劑吸附材料和包含催化劑貴金屬的下游側(cè)氧化催化劑構(gòu)成。
由此，在上游側(cè)氧化催化劑處于低溫狀態(tài)而氧化反應(yīng)沒有充分進(jìn)行時，添加劑即使通過也被下游側(cè)氧化催化劑所包含的添加劑吸附材料吸附。因此，不會向排氣凈化手段流入必要以外的添加劑，抑制添加劑向下游流出。
當(dāng)排氣溫度和排氣氣體的氧氣濃度、或催化劑溫度和催化劑附近的氧氣濃度達(dá)到規(guī)定的條件時，吸附在添加劑吸附材料上的添加劑，向添加劑吸附材料的外面釋放。尤其在本發(fā)明中，添加劑吸附材料包含在下游側(cè)氧化催化劑中而形成，因此添加劑從添加劑吸附材料釋放的同時，被釋放的添加劑被下游側(cè)氧化催化劑所包含的催化劑貴金屬氧化，能夠高效地提高排氣溫度和濃化排氣氣氛的空燃比。因此，能夠不浪費地靈活使用向氧化催化劑添加的添加劑，抑制添加劑消耗量的增大。尤其通過提高低溫時的氧化性能，能夠使排氣凈化手段高效地再生，確保排氣凈化性能。此外，通過使用添加劑吸附材料，能夠抑制下游側(cè)氧化催化劑中催化劑貴金屬的用量，能夠抑制氧化催化劑的產(chǎn)品成本增加。
理想的是，上游側(cè)氧化催化劑作為催化劑貴金屬由至少包含銠的一種以上的貴金屬構(gòu)成，下游側(cè)氧化催化劑作為催化劑貴金屬由不包含銠的至少一種以上的貴金屬構(gòu)成。
由此，在下游側(cè)氧化催化劑中沒有使用昂貴的催化劑貴金屬銠，能夠抑制氧化催化劑的成本增加。
在這種情況下，理想的是，上游側(cè)氧化催化劑作為催化劑貴金屬包含鉑、鈀以及銠，下游側(cè)氧化催化劑，作為催化劑貴金屬包含鉑、鈀，并作為添加劑吸附材料包含沸石。
由此，在下游側(cè)氧化催化劑中不使用昂貴的催化劑貴金屬銠也能夠提高氧化性能，因此在充分確保氧化性能的同時，能夠大幅度地抑制氧化催化劑的成本增加。此外通過使用鉑、鈀作為催化劑貴金屬，即使在低溫時也能確保對液滴狀添加劑的充分的氧化性能。



通過后述的詳細(xì)說明以及僅僅用于說明的附圖，本發(fā)明能更好地被理解，但是這并不能限制本發(fā)明。
圖1是本發(fā)明的發(fā)動機(jī)的排氣系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是表示氧化催化劑的構(gòu)成和排氣凈化性能的關(guān)系的圖。
圖3是在各催化劑溫度下對HC凈化效率進(jìn)行比較的圖。

具體實施例方式 下面，根據(jù)附圖，對本發(fā)明的實施形態(tài)進(jìn)行說明。
圖1是本發(fā)明的排氣凈化裝置適用的安裝有渦輪增壓器的柴油發(fā)動機(jī)(以下稱為發(fā)動機(jī)1)的排氣系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
在發(fā)動機(jī)1的排氣管2上，安裝有上游側(cè)催化劑單元3和下游側(cè)催化劑單元4這兩個催化劑單元。
上游側(cè)氧化催化劑單元3靠近渦輪增壓器的渦輪5的下游側(cè)而配置，其內(nèi)部裝有氧化催化劑10。氧化催化劑10通過在形成通道的多孔壁上承載有鉑(Pt)等催化劑貴金屬而形成，能夠?qū)⑴艢庵械腃O和HC氧化而轉(zhuǎn)化成CO2和H2O，并將排氣中的NO氧化而生成NO2。
下游側(cè)催化劑單元4作為地板下催化劑(日床下觸媒)配置在上游側(cè)氧化催化劑單元3的下游側(cè)，其內(nèi)部裝有NOx吸附催化劑11。NOx吸附催化劑11，在包含例如鉑(Pt)、鈀(Pd)等催化劑貴金屬的載體中，承載有鋇(Ba)、鉀(K)等NOx吸存劑，能夠在稀空燃比氣氛(氧化氣氛)下捕捉NOx，另一方面，在高溫的濃空燃比氣氛(還原氣氛)下，將捕捉的NOx釋放，使其與排氣中的HC、CO反應(yīng)而還原。
為了在NOx吸附催化劑11上，實現(xiàn)釋放NOx所需的高溫和還原氣氛，配備有NOx吸附催化劑再生裝置(NOx清除裝置)。NOx清除裝置由作為添加劑供給裝置的排氣管內(nèi)燃料噴射閥12和對其進(jìn)行控制的ECU13構(gòu)成。排氣管內(nèi)燃料噴射閥12配置在氧化催化劑10的上游側(cè)，能夠通過燃料泵從未圖示的燃料箱供給作為添加劑的燃料，將燃料向氧化催化劑10的上游側(cè)的排氣管2內(nèi)噴射。ECU13包括輸入輸出裝置、存儲裝置(ROM、RAM、非易失性RAM等)、中央處理器(CPU)等，根據(jù)來自未圖示的空氣流量傳感器、曲軸轉(zhuǎn)角傳感器、催化劑位置傳感器等各類傳感器的檢測信息、即發(fā)動機(jī)1的運轉(zhuǎn)狀態(tài)對排氣管內(nèi)燃料噴射閥12進(jìn)行控制，向排氣管2內(nèi)噴射燃料。據(jù)此，噴射到排氣管2內(nèi)的燃料的主要成分HC在氧化催化劑10上進(jìn)行氧化反應(yīng)，使通過的排氣升溫，并消耗了排氣中的氧氣，使流入NOx吸附催化劑11的排氣的空燃比濃化。清除NOx時，來自排氣管內(nèi)燃料噴射閥12的燃料噴射間歇進(jìn)行，使排氣的空燃比隨之在稀和濃之間周期性變化。
在本實施形態(tài)中，特別將上游側(cè)氧化催化劑單元3的氧化催化劑10劃分為上游側(cè)氧化催化劑10a和下游側(cè)氧化催化劑10b兩部分。上游側(cè)氧化催化劑10a的催化劑貴金屬由Pt、Pd和銠(Rh)構(gòu)成。下游側(cè)氧化催化劑10b采用Pt、Pd作為催化劑貴金屬，并添加沸石作為添加劑吸附材料。沸石能夠吸附燃料的主成分HC，在與催化劑貴金屬的周圍接觸的狀態(tài)下、或在催化劑貴金屬的極端附近被添加。
采用上述結(jié)構(gòu)，在本實施形態(tài)中，為了清除NOx將燃料從排氣管內(nèi)燃料噴射閥12噴射而流入氧化催化劑10，首先HC在上流側(cè)氧化催化劑10a上進(jìn)行氧化反應(yīng)，使排氣升溫并使空燃比降低。然而，像例如發(fā)動機(jī)剛起動后那樣氧化催化劑10處于低溫狀態(tài)時，流入氧化催化劑10的燃料沒有充分氧化，可能有大量的HC通過氧化催化劑10。在本實施形態(tài)中，在下游側(cè)氧化催化劑10b中添加了沸石，通過上游側(cè)氧化催化劑10a的HC被吸附在該沸石上，因此能夠防止向催化劑單元3的下游排出大量的HC。此外，一旦吸附在下游側(cè)氧化催化劑中的沸石上的HC，由于運轉(zhuǎn)條件，從下游側(cè)氧化催化劑10b所包含的沸石中釋放，立刻依次被下游側(cè)氧化催化劑10b所包含的Pt等催化劑貴金屬氧化。特別地，添加在下游側(cè)氧化催化劑10b中的沸石，在與下游側(cè)氧化催化劑10b所包含的催化劑貴金屬的周圍接觸的狀態(tài)下、或在催化劑貴金屬的極端附近被配置，因此在下游側(cè)氧化催化劑10b上，從沸石釋放的HC能夠被催化劑貴金屬立刻高效地氧化，結(jié)果提高了氧化催化劑10整體的氧化功能。這樣一來，從排氣管內(nèi)燃料噴射閥12噴射的燃料能夠高效地用于將排氣升溫到規(guī)定的溫度并降低空燃比實現(xiàn)還原氣氛，因而能夠?qū)⑷剂系奶砑恿恳种频奖匾淖钚×?，能夠進(jìn)一步提高燃料利用效率。
圖2是表示氧化催化劑的構(gòu)成和排氣凈化性能的關(guān)系的圖。在該圖中，作為排氣凈化性能，根據(jù)具有二律背反關(guān)系的HC通過量和NOx通過量，對本實施形態(tài)(圖中A)和現(xiàn)有技術(shù)(圖中B、C)進(jìn)行了比較。圖中表示位置越靠近左下方，HC通過量和NOx通過量變得越小，排氣凈化性能變得越好。在本實施形態(tài)即(A)中，在上游側(cè)氧化催化劑10a中采用Pt、Pd、Rh作為催化劑貴金屬，在下游側(cè)氧化催化劑10b中采用Pt、Pd作為催化劑貴金屬，并使用沸石作為添加劑吸附材料。在現(xiàn)有技術(shù)(B)中，在上游側(cè)氧化催化劑10a中采用Pt、Pd、Rh作為催化劑貴金屬，在下游側(cè)氧化催化劑10b中采用Pt、Pd作為催化劑貴金屬。而且，在現(xiàn)有技術(shù)(C)中，在上游側(cè)氧化催化劑10a中采用Pt、Pd、Rh作為催化劑貴金屬，在下游側(cè)氧化催化劑10b中采用Pt、Pd、Rh作為催化劑貴金屬。
如圖2所示，可以看出，圖中(A)所示的本實施形態(tài)與未使用沸石的(B)相比，提高了排氣凈化性能。而且，本實施形態(tài)(A)與在下游側(cè)氧化催化劑10b中也采用Rh的現(xiàn)有技術(shù)(C)相比，也提高了排氣凈化性能。
催化劑貴金屬之一的銠(Rh)，從低溫區(qū)域開始氧化作用增大，并且在濃空燃比氣氛下顯示出高氧化作用，因此已知有采用銠來提高排氣凈化性能的方法，但存在比其它催化劑貴金屬昂貴的問題。在本實施形態(tài)中，在上游側(cè)氧化催化劑10a中使用銠作為催化劑貴金屬之一，但通過在下游側(cè)氧化催化劑10b中添加沸石作為添加劑吸附材料，即使不使用銠也能夠提供具有規(guī)定氧化性能的氧化催化劑，能夠節(jié)約產(chǎn)品成本。此外，如上所述，通過在下游側(cè)氧化催化劑10b中添加沸石作為添加劑吸附材料，與現(xiàn)有技術(shù)采用銠的氧化催化劑相比，反而更能提高氧化性能。
圖3是表示各催化劑溫度下的排氣凈化性能指標(biāo)之一的HC凈化效率(氧化效率)的圖，對具有上述(A)構(gòu)成的本實施形態(tài)和具有(B)構(gòu)成的現(xiàn)有技術(shù)進(jìn)行比較。
如圖3所示，可以看出，本實施形態(tài)(A)與沒有沸石的現(xiàn)有技術(shù)(B)相比尤其提高了低溫區(qū)域的HC凈化效率。因此，在本實施形態(tài)中，在低溫時也能再生NOx吸附催化劑11，能夠充分確保排氣凈化性能。
在本實施形態(tài)中，在下游側(cè)氧化催化劑10b中使用了沸石，但不限于此，只要是具有吸附添加劑功能的材料就可以。特別地，最好是在與催化劑貴金屬接觸的狀態(tài)下被添加的材料。
而且，在本實施形態(tài)中，通過提高氧化催化劑10的氧化功能，能夠在NOx吸附催化劑11上高效率地再生NOx吸附催化劑，并維持排氣凈化性能，但本發(fā)明不限于此，例如也能夠在NOx吸附催化劑11上高效率地進(jìn)行S(硫)的脫離控制(S再生控制、S清除控制)。而且，當(dāng)在氧化催化劑10的下游設(shè)有DPF(柴油顆粒物過濾器)時，也能夠有助于提高DPF的再生效率。
權(quán)利要求
1.一種內(nèi)燃機(jī)的排氣凈化裝置，包括
設(shè)在內(nèi)燃機(jī)(1)的排氣通路(2)上的、凈化排氣氣體的排氣凈化手段(11)；
設(shè)在所述排氣凈化手段的上游側(cè)的排氣通路上的氧化催化劑(10)；
設(shè)在所述氧化催化劑的上游側(cè)的排氣通路上的、向該氧化催化劑供給添加劑的添加劑供給裝置(12)，其特征在于，
所述氧化催化劑(10)包括包含催化劑貴金屬的上游側(cè)氧化催化劑(10a)；設(shè)在該上游側(cè)氧化催化劑的下游側(cè)的、包含吸附添加劑的添加劑吸附材料和催化劑貴金屬的下游側(cè)氧化催化劑(10b)。
2.如權(quán)利要求1所述的內(nèi)燃機(jī)的排氣凈化裝置，其特征在于，
所述上游側(cè)氧化催化劑(10a)，作為所述催化劑貴金屬由至少包含銠的一種以上的貴金屬構(gòu)成；
所述下游側(cè)氧化催化劑(10b)，作為所述催化劑貴金屬由不包含銠的一種以上的貴金屬構(gòu)成。
3.如權(quán)利要求2所述的內(nèi)燃機(jī)的排氣凈化裝置，其特征在于，
所述上游側(cè)氧化催化劑(10a)，作為所述催化劑貴金屬包含鉑、鈀以及銠；
所述下游側(cè)氧化催化劑(10b)，作為所述催化劑貴金屬包含鉑、鈀，并作為所述添加劑吸附材料包含沸石。
全文摘要
一種內(nèi)燃機(jī)的排氣凈化裝置，在NOx吸附催化劑(11)的上游側(cè)設(shè)有氧化催化劑(10)，具有將流入NOx吸附催化劑的排氣濃化并將吸存在NOx吸附催化劑上的NOx還原去除的NOx清除裝置，氧化催化劑由包含Pt等催化劑貴金屬的上游側(cè)氧化催化劑(10a)，和設(shè)在該上游側(cè)氧化催化劑的下游側(cè)的、包含吸附添加劑的沸石以及Pt等催化劑貴金屬的下游側(cè)氧化催化劑(10b)構(gòu)成。
文檔編號F01N3/24GK101614147SQ20091014159
公開日2009年12月30日 申請日期2009年6月1日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月27日
發(fā)明者恒川希代香, 岡田公二郎, 信原惠, 畠道博, 川島一仁, 田代圭介, 菊池誠二 申請人:三菱自動車工業(yè)株式會社