JPH09173782A - 排気浄化方法及び排気浄化装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 排気中のＨＣ、ＣＯ、ＮＯ_X 及びＮＨ₃ 成分
を高効率で浄化する。 【解決手段】 理論空燃比近傍で運転される機関１の排
気通路２に三元触媒３、マフラ５、二次空気供給装置９
を配置し、その下流側に、酸化雰囲気の所定の温度領域
では排気中のＮＨ₃ 浄化し、この温度領域より高い温度
ではＮＨ₃ をＮＯ _X に転換し、上記所定の温度領域より
低い温度では排気中のＮＨ₃ を通過させるアンモニア分
解触媒７を配置する。機関からの排気中のＨＣ、ＣＯ、
ＮＯ_X 成分は三元触媒で浄化され、ＮＯ_X の一部が転換
されて生じたＮＨ₃ を含む排気は、マフラを通過するこ
とにより所定の温度範囲内に冷却されるとともに、二次
空気供給装置により空気が供給されて酸化雰囲気になっ
た状態でアンモニア分解触媒に流入する。これにより排
気中のＮＨ₃ がアンモニア分解触媒により浄化される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は燃焼排気の浄化方法
と、それに使用する装置に関し、詳細には排気中のＨ
Ｃ、ＣＯ、ＮＯ_X 成分とアンモニア成分とを高い効率で
浄化することが可能な排気浄化方法及び排気浄化装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】排気中の炭化水素（ＨＣ）、一酸化炭素
（ＣＯ）、窒素酸化物（ＮＯ_X ）の３成分を浄化するこ
とを目的とした排気浄化方法としては従来、例えば特開
昭５３−８６９１７号公報に記載されたものがある。同
公報の排気浄化方法では、内燃機関からの排気を、空燃
比が理論空燃比より低い空燃比（リッチ空燃比）の還元
雰囲気ガス状態にして三元触媒を通過させ、次いで排気
に空気を添加することにより、排気を、空燃比が理論空
燃比より高い空燃比（リーン空燃比）の酸化雰囲気ガス
状態にして酸化触媒に通過させるようにしている。

【０００３】周知のように、三元触媒は排気の空燃比が
理論空燃比近傍の狭い最適空燃比領域にある場合には排
気中のＨＣ、ＣＯ、ＮＯ_X の３成分を同時に高い効率で
浄化することができるが、排気の空燃比が上記最適空燃
比領域よりリーンとなる領域ではＮＯ_X 成分の浄化効率
が急激に低下し、逆に排気空燃比が上記最適空燃比領域
よりリッチ側になるとＨＣ、ＣＯ成分の浄化率が低下す
る特性を有する。

【０００４】このため、三元触媒のみを用いて内燃機関
の排気中の上記３成分を同時に浄化するためには内燃機
関の運転空燃比を正確に制御して、排気空燃比が常に上
記の狭い最適空燃比領域内になるようにする必要があ
る。ところが、実際には全ての運転条件において内燃機
関の排気空燃比を上記最適空燃比領域内に正確に制御す
ることは困難な場合があり、運転中に排気空燃比が上記
最適空燃比から外れることにより排気性状が悪化する問
題が生じる。

【０００５】上記公報の排気浄化方法は、この問題を解
決することを目的としており、上記公報の方法では、内
燃機関は理論空燃比よりリッチ側の空燃比で運転され、
排気は運転条件の変動にかかわらずリッチ空燃比に維持
される。この排気は、まず三元触媒と接触するが、三元
触媒はリッチ空燃比側では高いＮＯ_X 浄化効率を有する
ため、排気中のＮＯ_X は三元触媒により最終所要浄化率
まで浄化され、更に排気中のＨＣ、ＣＯ成分の一部が三
元触媒により浄化される。

【０００６】次いで、この排気には二次空気が供給され
排気空燃比は理論空燃比よりリーン側に調整される。こ
のリーン空燃比の排気は、その後酸化触媒と接触し、排
気中の未浄化のＨＣ、ＣＯ成分が酸化触媒により浄化さ
れる。すなわち、上記公報の方法は、排気を先ず還元雰
囲気下で三元触媒と接触させて排気中のＮＯ_X を浄化
し、その後排気を酸化雰囲気下で酸化触媒と接触させて
排気中のＨＣ、ＣＯ成分を浄化することにより、機関運
転条件にかかわらず排気中のＨＣ、ＣＯ、ＮＯ_X の３成
分の浄化効率を同時に向上させようとしたものである。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記特開昭
５３−８６９１７号公報の方法のように、三元触媒と酸
化触媒とを用いて排気中のＨＣ、ＣＯ、ＮＯ_X の３成分
を同時に浄化しようとすると問題が生じる場合がある。
前述のように、三元触媒は排気空燃比が理論空燃比より
リッチ空燃比側、すなわち排気空燃比がリッチ空燃比領
域にある場合には極めて高いＮＯ_X の浄化効率を示す
が、リッチ空燃比領域では、同時にＮＯ_X の一部をアン
モニア（ＮＨ₃ ）に転換してしまう問題がある。ところ
が、上記公報の方法では、排気空燃比を理論空燃比より
リッチ側の還元雰囲気ガス状態で三元触媒を通過させて
いるため、三元触媒出口の排気は三元触媒により生成さ
れたＮＨ₃ 成分を含むことになる。この排気は、次いで
二次空気により酸化雰囲気とされて酸化触媒に接触する
ため、排気中のＮＨ₃ は酸化触媒により酸化されてしま
い、再度ＮＯ_X が生成されてしまう。

【０００８】従って、上記公報の方法では、酸化触媒通
過後の排気に、酸化触媒により生成されたＮＯ_X 成分が
含まれるようになり最終的に排気中のＮＯ_X を所要浄化
率まで浄化することが困難になる問題が生じるのであ
る。本発明は上記問題に鑑み、排気中のＮＨ₃ の酸化に
よるＮＯ_X の生成を防止しながら排気中のＮＯ_X を完全
に浄化することが可能な排気浄化方法、及びそれに使用
する装置を提供することを目的としている。

【０００９】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明に
よれば、アンモニアを含有する燃焼排気中のアンモニア
を浄化する排気浄化方法であって、 酸化雰囲気におい
て、所定の温度領域では排気中のアンモニアを浄化し、
前記所定の温度領域より高い温度領域では排気中のアン
モニアを窒素酸化物に転換し、前記所定の温度領域より
低い温度領域では排気中のアンモニアを通過させるアン
モニア分解触媒を排気通路に配置し、燃焼排気を前記所
定温度領域内の温度で、酸化雰囲気下で前記アンモニア
分解触媒に接触させる排気浄化方法が提供される。

【００１０】請求項２に記載の発明によれば、内燃機関
の排気浄化方法であって、還元雰囲気において排気中の
窒素酸化物をアンモニアに転換するアンモニア生成触媒
と、酸化雰囲気において、所定の温度領域では排気中の
アンモニアを浄化し、前記所定の温度領域より高い温度
領域では排気中のアンモニアを窒素酸化物に転換し、前
記所定の温度領域より低い温度領域では排気中のアンモ
ニアを通過させるアンモニア分解触媒と、を機関排気通
路に配置し、前記機関からの排気を、還元雰囲気下で前
記アンモニア生成触媒と接触させ、次いで、アンモニア
生成触媒と接触後の排気を前記所定温度領域の酸化雰囲
気として前記アンモニア分解触媒と接触させる排気浄化
方法が提供される。

【００１１】請求項３に記載の発明によれば、前記内燃
機関を理論空燃比近傍の空燃比で運転し、前記アンモニ
ア生成触媒として三元触媒を使用する請求項２に記載の
排気浄化方法が提供される。請求項４に記載の発明によ
れば、前記内燃機関を理論空燃比以下の空燃比で運転
し、前記アンモニア生成触媒として三元触媒を使用する
請求項２に記載の排気浄化方法が提供される。

【００１２】請求項５に記載の発明によれば、前記アン
モニア生成触媒と前記アンモニア分解触媒との間に、酸
化雰囲気下で排気中の窒素酸化物を吸収するＮＯ_X 吸収
剤を配置し、前記アンモニア生成触媒と接触した後の排
気を、まず前記ＮＯ_X 吸収剤に接触させ、次いで前記ア
ンモニア分解触媒に接触させる請求項２に記載の排気浄
化方法が提供される。

【００１３】請求項６に記載の発明によれば、前記アン
モニア生成触媒と前記アンモニア分解触媒との間に、酸
化雰囲気下で排気中の窒素酸化物を選択的に還元するＮ
Ｏ_X還元触媒を配置し、前記アンモニア生成触媒と接触
した後の排気を、まず前記ＮＯ_X 還元触媒に接触させ、
次いで前記アンモニア分解触媒に接触させる請求項２に
記載の排気浄化方法が提供される。

【００１４】請求項７に記載の発明によれば、アンモニ
アを含有する内燃機関の排気中のアンモニアを浄化する
排気浄化装置であって、機関排気通路に配置され、酸化
雰囲気において、所定の温度領域では排気中のアンモニ
アを浄化し、前記所定の温度領域より高い温度領域では
排気中のアンモニアを窒素酸化物に転換し、前記所定の
温度領域より低い温度領域では排気中のアンモニアを通
過させるアンモニア分解触媒と、前記内燃機関からの排
気に酸素を供給し、前記アンモニア分解触媒に流入する
排気を酸化雰囲気とする酸素供給手段と、前記内燃機関
の排気温度変動にかかわらず、前記アンモニア分解触媒
に流入する排気温度を前記所定温度領域内に維持する温
度維持手段と、を備えた排気浄化装置が提供される。

【００１５】請求項８に記載の発明によれば、更に、前
記アンモニア分解触媒下流側の排気通路に配置され、酸
化雰囲気下で排気中の窒素酸化物を吸収するＮＯ_X 吸収
剤を備えた請求項７に記載の排気浄化装置が提供され
る。請求項９に記載の発明によれば、更に、前記アンモ
ニア分解触媒下流側の排気通路に配置され、酸化雰囲気
下で排気中の窒素酸化物を選択的に還元するＮＯ_X還元
触媒を備えた請求項７に記載の排気浄化装置が提供され
る。

【００１６】請求項１０に記載の発明によれば、アンモ
ニアを含有する内燃機関の排気中のアンモニアを浄化す
る排気浄化装置であって、 機関排気通路に直列に配置
された、酸化雰囲気において、所定の温度領域では排気
中のアンモニアを浄化し、前記所定の温度領域より高い
温度領域では排気中のアンモニアを窒素酸化物に転換
し、前記所定の温度領域より低い温度領域では排気中の
アンモニアを通過させる複数のアンモニア分解触媒と、
前記それぞれのアンモニア分解触媒入口の排気通路に配
置され、それぞれのアンモニア分解触媒に流入する排気
に酸素を供給する酸素供給手段と、前記それぞれのアン
モニア分解触媒の温度を検出する温度検出手段と、機関
運転中に、前記複数のアンモニア分解触媒のうち、前記
所定の温度領域にあるアンモニア分解触媒入口の酸素供
給手段を作動させて、該アンモニア分解触媒に流入する
排気を酸化雰囲気とする選択手段と、を備えた排気浄化
装置が提供される。

【００１７】請求項１１に記載の発明によれば、窒素酸
化物を含有する燃焼排気中の窒素酸化物を浄化する排気
浄化方法であって、酸化雰囲気において、所定の温度領
域では排気中の窒素酸化物を消費してアンモニアを浄化
し、前記所定の温度領域より高い温度領域では排気中の
アンモニアを窒素酸化物に転換し、前記所定の温度領域
より低い温度領域では排気中のアンモニアを通過させる
アンモニア分解触媒を排気通路に配置し、燃焼排気にア
ンモニアを供給し、次いで、アンモニア供給後の前記燃
焼排気を、前記所定温度領域内の温度で、酸化雰囲気下
で前記アンモニア分解触媒に接触させる排気浄化方法が
提供される。

【００１８】請求項１２に記載の発明によれば、理論空
燃比より高い空燃比で運転される内燃機関の排気中の窒
素酸化物を浄化する排気浄化装置であって、機関排気通
路に配置され、酸化雰囲気において、所定の温度領域で
は排気中の窒素酸化物を消費してアンモニアを浄化し、
前記所定の温度領域より高い温度領域では排気中のアン
モニアを窒素酸化物に転換し、前記所定の温度領域より
低い温度領域では排気中のアンモニアを通過させるアン
モニア分解触媒と、前記アンモニア分解触媒に流入する
排気にアンモニアを供給するアンモニア供給手段と 前
記内燃機関の排気温度変動にかかわらず、前記アンモニ
ア分解触媒に流入する排気温度を前記所定温度領域内に
維持する温度維持手段と、を備えた排気浄化装置が提供
される。

【００１９】請求項１３に記載の発明によれば、理論空
燃比より高い空燃比で運転される機関の排気中の窒素酸
化物を浄化する排気浄化装置であって、機関排気通路に
直列に配置された、酸化雰囲気において、所定の温度領
域では排気中の窒素酸化物を消費してアンモニアを浄化
し、前記所定の温度領域より高い温度領域では排気中の
アンモニアを窒素酸化物に転換し、前記所定の温度領域
より低い温度領域では排気中のアンモニアを通過させる
複数のアンモニア分解触媒と、前記それぞれのアンモニ
ア分解触媒入口の排気通路に配置され、それぞれのアン
モニア分解触媒に流入する排気にアンモニアを供給する
アンモニア供給手段と、前記それぞれのアンモニア分解
触媒の温度を検出する温度検出手段と、機関運転中に、
前記複数のアンモニア分解触媒のうち、前記所定の温度
領域にあるアンモニア分解触媒入口のアンモニア供給手
段を作動させて、該アンモニア分解触媒に流入する排気
にアンモニアを供給する選択手段と、を備えた排気浄化
装置が提供される。請求項１４に記載の発明によれば、
運転空燃比が理論空燃比よりリッチ側とリーン側とに変
動し、かつ変動する運転空燃比の平均が理論空燃比より
リーン側である内燃機関の排気中の窒素酸化物を浄化す
る排気浄化装置であって、前記機関の排気通路に配置さ
れ、前記機関の運転空燃比が理論空燃比よりリッチ側の
ときに前記機関から排出された排気中の窒素酸化物をア
ンモニアと窒素とに転換するアンモニア生成触媒と、前
記アンモニア生成触媒の下流側の排気通路に配置され、
前記機関の運転空燃比が理論空燃比よりリッチ側のとき
に前記アンモニア生成触媒により生成されるアンモニア
を吸収し、前記機関の運転空燃比が理論空燃比よりリー
ン側のときに前記機関から排出され前記アンモニア生成
触媒を通過する排気中の窒素酸化物を、吸収したアンモ
ニアと反応させることにより還元するアンモニア分解触
媒と、を備えた排気浄化装置が提供される。

【００２０】請求項１５に記載の発明によれば、運転空
燃比が理論空燃比よりリッチ側とリーン側とに変動し、
かつ変動する運転空燃比の平均が理論空燃比よりリーン
側である内燃機関の排気中の窒素酸化物を浄化する排気
浄化装置であって、前記機関の排気通路に配置され，前
記機関の運転空燃比が理論空燃比よりリッチ側のときに
前記機関から排出された排気中の窒素酸化物をアンモニ
アと窒素とに転換するアンモニア生成触媒と、前記アン
モニア生成触媒の下流側の排気通路に配置され、前記機
関の運転空燃比が理論空燃比よりリーン側のときに前記
機関から排出され前記アンモニア生成触媒を通過する排
気中の窒素酸化物を吸収し、前記機関の運転空燃比が理
論空燃比よりリッチ側のときに吸収した窒素酸化物を放
出するＮＯ_X 吸収剤と、前記ＮＯ_X 吸収剤の下流側排気
通路に配置され、前記機関の運転空燃比が理論空燃比よ
りリッチ側のときに前記ＮＯ_X 吸収剤から放出される窒
素酸化物を、前記アンモニア生成触媒により生成される
アンモニアと反応させることにより還元するアンモニア
分解触媒と、を備えた排気浄化装置が提供される。

【００２１】請求項１６に記載の発明によれば、運転空
燃比が理論空燃比よりリッチ側とリーン側とに変動し、
かつ変動する運転空燃比の平均が理論空燃比よりリーン
側である内燃機関の排気中の窒素酸化物を浄化する排気
浄化装置であって、前記機関の排気通路に配置され，前
記機関の運転空燃比が理論空燃比よりリッチ側のときに
前記機関から排出された排気中の窒素酸化物をアンモニ
アと窒素とに転換するアンモニア生成触媒と、前記アン
モニア生成触媒の下流側の排気通路に配置され、前記機
関の運転空燃比が理論空燃比よりリーン側のときに前記
機関から排出され前記アンモニア生成触媒を通過する排
気中の窒素酸化物を吸収するとともに、前記機関の運転
空燃比が理論空燃比よりリッチ側のときに、吸収した前
記窒素酸化物を前記アンモニア生成触媒により生成され
たアンモニアと反応させることにより還元するアンモニ
ア分解触媒と、を備えた排気浄化装置が提供される。

【００２２】請求項１７に記載の発明によれば、前記ア
ンモニア分解触媒は、排気中のアンモニアを吸収するア
ンモニア吸収成分を含む請求項１、２、１１のいずれか
１項に記載の排気浄化方法が提供される。請求項１８に
記載の発明によれば、前記アンモニア分解触媒は、排気
中のアンモニアを吸収するアンモニア吸収成分を含む請
求項７、１０、１２、１３のいずれか１項に記載の排気
浄化装置が提供される。

【００２３】請求項１９に記載の発明によれば、前記ア
ンモニア分解成分は、前記所定の温度領域より低い温度
領域で排気中のアンモニアを吸収する請求項１７に記載
の排気浄化方法が提供される。請求項２０に記載の発明
によれば、前記アンモニア分解成分は、前記所定の温度
領域より低い温度領域で排気中のアンモニアを吸収する
請求項１８に記載の排気浄化装置が提供される。

【００２４】請求項２１に記載の発明によれば、前記ア
ンモニア吸収成分は、酸性を有する無機成分である請求
項１８に記載の排気浄化装置が提供される。請求項２２
に記載の発明によれば、前記アンモニア吸収成分は、ゼ
オライト、シリカ（ＳｉＯ₂ ）、チタニア（Ｔｉ
Ｏ₂ ）、シリカアルミナ（ＳｉＯ₂ ・Ａｌ ₂ Ｏ₃ ）、銅
（Ｃｕ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、鉄
（Ｆｅ）のうち、いずれか１つ以上の成分からなる請求
項１８に記載の排気浄化装置が提供される。

【００２５】以下、各請求項の発明の作用について説明
する。請求項１に記載の発明では、排気は酸化雰囲気下
の所定の温度でアンモニア分解触媒と接触し、排気中の
ＮＨ₃ が分解される。請求項２に記載の発明では、排気
は還元雰囲気下でアンモニア生成触媒に接触し、排気中
のＮＯ_X がＮＨ₃ に転換される。次いで、排気は酸化雰
囲気下の所定温度でアンモニア分解触媒と接触し、上記
により生成された排気中のＮＨ₃ が分解される。

【００２６】請求項３に記載の発明では、請求項２の内
燃機関は理論空燃比近傍の空燃比で運転され、アンモニ
ア生成触媒として三元触媒が使用される。理論空燃比近
傍では排気中のＨＣ、ＣＯ、ＮＯ_X 等の成分は三元触媒
により高い効率で浄化される。また、機関運転条件の変
化により機関の運転空燃比がリッチ側にずれた場合には
三元触媒によりＮＨ₃ が生成されるが、このような場合
でも生成されたＮＨ₃は、アンモニア分解触媒により浄
化される。

【００２７】請求項４に記載の発明では、請求項２の内
燃機関は理論空燃比以下の空燃比で運転され、アンモニ
ア生成触媒としては三元触媒が使用される。理論空燃比
以下では三元触媒のＮＯ_X 浄化効率は極めて高くなる
が、ＮＯ_X から三元触媒により生成されるＮＨ₃ の量が
増大する。この三元触媒により生成されたＮＨ₃ を含む
排気は酸化雰囲気にされた後アンモニア分解触媒と接触
し排気中のＮＨ₃ はアンモニア分解触媒により浄化され
る。

【００２８】請求項５に記載の発明では、請求項２にお
いてアンモニア生成触媒と接触した排気は、まずＮＯ_X
吸収剤に接触してからアンモニア分解触媒と接触する。
このため、何らかの理由でアンモニア生成触媒が酸化雰
囲気となり、排気中のＮＯ_XがＮＨ₃ に転換されずに通
過した場合にはＮＯ_X 吸収剤により排気中のＮＯ_X が吸
収、除去される。従って、ＮＯ_X を含み、しかもＮＨ₃
を含まない排気がアンモニア分解触媒と接触する事態が
生じない。

【００２９】請求項６に記載の発明では、請求項２にお
いてアンモニア生成触媒と接触した排気は、まずＮＯ_X
還元触媒に接触してからアンモニア分解触媒と接触す
る。このため、何らかの理由でアンモニア生成触媒が酸
化雰囲気となり、排気中のＮＯ _X がＮＨ₃ に転換されず
に通過した場合にはＮＯ_X 還元触媒により排気中のＮＯ
_X が還元される。従って、ＮＯ_X を含み、しかもＮＨ₃
を含まない排気がアンモニア分解触媒と接触する事態が
生じない。

【００３０】請求項７に記載の発明では、酸素供給手段
はアンモニア分解触媒に流入する排気を酸化雰囲気に調
整し、温度維持手段は内燃機関の排気温度変動にかかわ
らず、アンモニア分解触媒に流入する排気の温度を所定
の温度領域内に維持する。これにより、アンモニア分解
触媒では排気中のＮＨ₃ が浄化される。請求項８に記載
の発明では、請求項７において更に、アンモニア分解触
媒下流側の排気通路にＮＯ_X 吸収剤が配置される。この
ため、内燃機関の排気温度の変化幅が温度維持手段の能
力を越えてしまい、排気温度が所定温度領域より高くな
った場合にもアンモニア分解触媒で発生したＮＯ_X はＮ
Ｏ_X 吸収剤に吸収され、外部に流出しない。

【００３１】請求項９に記載の発明では、請求項７にお
いて更に、アンモニア分解触媒下流側の排気通路にＮＯ
_X 還元触媒が配置される。このため、内燃機関の排気温
度の変化幅が温度維持手段の能力を越えてしまい、排気
温度が所定温度領域より高くなった場合にもアンモニア
分解触媒で発生したＮＯ_X はＮＯ_X 還元触媒により還元
され、外部に流出しない。

【００３２】請求項１０に記載の発明では、酸素供給手
段とアンモニア分解触媒とは、それぞれ複数が機関排気
通路に直列に配置されている。機関排気温度が変動する
と、各アンモニア分解触媒に流入する排気温度は変動す
るが、選択手段は複数のアンモニア分解触媒のうち所定
の温度領域にある触媒の入口の酸素供給手段を作動させ
る。このため、機関排気温度が変動した場合も所定温度
領域にあるアンモニア分解触媒により排気中のＮＨ₃ が
浄化される。

【００３３】請求項１１に記載の発明では、アンモニア
分解触媒は酸化雰囲気下の所定温度領域で排気中のＮＯ
_X を消費してＮＨ₃ を浄化する。ＮＯ_X を含有する燃焼
排気は、ＮＨ₃ が供給されたアンモニア混合排気とされ
酸化雰囲気下の所定温度領域に調整された後アンモニア
分解触媒に供給される。このため、アンモニア分解触媒
では排気中のＮＨ₃ とＮＯ_X との両方が同時に浄化され
る。

【００３４】請求項１２に記載の発明では、内燃機関は
理論空燃比より高い空燃比で運転されるため、機関排気
は酸素含有量が高い酸化雰囲気となっている。この排気
には、更にアンモニア供給手段によりＮＨ₃ が供給さ
れ、かつ温度維持手段により所定温度領域に調整された
あとアンモニア分解触媒に流入する。このため、アンモ
ニア分解触媒では、排気中のＮＨ₃ とＮＯ_X との両方が
同時に浄化される。

【００３５】請求項１３に記載の発明では、内燃機関は
理論空燃比より高い空燃比で運転されるため機関排気は
酸素含有量が高い酸化雰囲気となっている。また、アン
モニア供給手段とアンモニア分解触媒とは、それぞれ複
数が機関排気通路に直列に配置されている。機関排気温
度が変動すると、各アンモニア分解触媒に流入する排気
温度は変動するが、選択手段は複数のアンモニア分解触
媒のうち所定の温度領域にある触媒の入口のアンモニア
供給手段を作動させる。このため、機関排気温度が変動
した場合も所定温度領域にあるアンモニア分解触媒にＮ
Ｏ_X とＮＨ₃ とを含む排気が供給され、アンモニア分解
触媒により排気中のＮＨ₃ とＮＯ_X との両方が同時に浄
化される。請求項１４の装置では、内燃機関は全体とし
て平均するとリーンの空燃比で運転されるが、運転条件
によっては機関運転空燃比が理論空燃比よりリッチ側と
リーン側とに変動する。本請求項のアンモニア分解触媒
はＮＨ₃ の吸蔵機能を有し、機関運転空燃比がリッチ側
に振れたときにアンモニア生成触媒で生成されるＮＨ₃
を吸蔵しておき、次に機関空燃比がリーン側に振れたと
きに、アンモニア生成触媒でＮＨ₃ に転換されずに通過
してくるＮＯ_X を吸蔵したＮＨ₃ と反応させることによ
り還元する。

【００３６】請求項１５の装置では、内燃機関は全体と
して平均するとリーンの空燃比で運転されるが、運転条
件によっては機関運転空燃比が理論空燃比よりリッチ側
とリーン側とに変動する。本請求項の装置では、機関運
転空燃比がリーン側に振れた場合にアンモニア生成触媒
でＮＨ₃ に転換されずに通過してくるＮＯ_X は一旦ＮＯ
_X 吸収剤に吸蔵される。また、機関運転空燃比がリッチ
側に振れた場合にはＮＯ_X 吸収剤からＮＯ_X が放出され
るが、このＮＯ_X はアンモニア生成触媒で生成されるＮ
Ｈ₃ とアンモニア分解触媒上で反応し還元される。

【００３７】請求項１６の装置では、内燃機関は全体と
して平均するとリーンの空燃比で運転されるが、運転条
件によっては機関運転空燃比が理論空燃比よりリッチ側
とリーン側とに変動する。本請求項の装置では、アンモ
ニア分解触媒は請求項１５のＮＯ_X 吸収剤と同様なＮＯ
_X の吸放出機能を備えており、機関空燃比がリーン側に
振れた場合にはアンモニア生成触媒でＮＨ₃ に転換され
ずに通過してくるＮＯ _X を一旦吸蔵しておき、機関運転
空燃比がリッチ側に振れたときにアンモニア生成触媒で
生成されるＮＨ₃ と吸蔵したＮＯ_X とを反応させ、ＮＯ
_X を還元する。

【００３８】請求項１７及び１８に記載の発明では、請
求項１、２、１１、７、１０、１２、１３、１６の発明
のアンモニア分解触媒は、排気中のアンモニアを吸収す
るアンモニア吸収成分を含むため、触媒温度が低下して
アンモニア分解触媒でアンモニアを分解できない場合で
も、排気中のアンモニアはアンモニア分解触媒に吸収さ
れ、アンモニア分解触媒下流側には流出しない。

【００３９】次に、上記各請求項中に記載されたアンモ
ニア生成触媒の作用について説明する。還元雰囲気の排
気、すなわち酸素濃度の低い排気をアンモニア生成触媒
に通過させると、排気中のＨＣ（（ＣＨ₂ ）_m ）、Ｃ
Ｏ、ＮＯ_X （ＮＯ）成分の大部分は、アンモニア生成触
媒上で以下の (1)から (3)の反応により分解される。

【００４０】 (1) （ＣＨ₂ ）_m ＋（３ｍ／２）Ｏ₂ →ｍＣＯ₂ ＋ｍＨ₂ Ｏ (2) ＣＯ ＋（１／２）Ｏ₂ →ＣＯ₂ (3) ＮＯ ＋ ＣＯ →（１／２）Ｎ₂ ＋ＣＯ₂ また、排気中の大部分の有害成分（ＮＯ、ＣＯ、ＨＣ）
は上記 (1)から (3)の反応によりアンモニア生成触媒で
分解されるものの、還元雰囲気では反応に必要な酸素の
量が不足するためＣＯ、ＨＣ成分の一部は上記の反応に
より分解されず、アンモニア生成触媒上で下記 (4)から
(6)の反応を生じる。

【００４１】 (4) （ＣＨ₂ ）_n ＋（ｎ／２）Ｏ₂ →ｎＣＯ＋ｎＨ₂ (5) （ＣＨ₂ ）_n ＋ｎＨ₂ Ｏ →ｎＣＯ＋２ｎＨ₂ (6) ＣＯ ＋Ｈ₂ Ｏ →ＣＯ₂ ＋Ｈ₂ 上記 (4)から (6)の反応は上記 (1)、 (2)の反応と比較
すると遅いため、 (4)から (6)の反応を効果的に生じさ
せるためには、酸素が過度に不足しない条件、すなわち
僅かな酸素不足の条件が成立していることが好ましい。
この条件は、例えば排気の空気過剰率λの値が０．９５
〜１．０、好ましくは０．９８〜１．０の範囲に相当す
る。この条件下では、排気中のＮＯ_X の一部は、アンモ
ニア生成触媒上で上記 (4)から (6)の反応で生成したＨ
₂ と以下の反応 (7)を生じ、微量のＮＨ₃ に転換され
る。

【００４２】 (7) ＮＯ ＋（５／２）Ｈ₂ →ＮＨ₃ ＋Ｈ₂ Ｏ すなわち、アンモニア生成触媒に流入する排気が還元雰
囲気のとき（排気空燃比が理論空燃比より僅かにリッチ
側のとき）、アンモニア生成触媒は排気中のＨＣ、ＣＯ
成分を浄化するのみならず、排気中のＮＯ_X （ＮＯ）成
分をＮＨ₃ とＮ ₂ 成分に転換する。

【００４３】なお、排気の空気過剰率λが、例えば０．
９５以下になると、酸素不足のために上記 (4)から (6)
の反応が生じにくくなるため、ＮＨ₃ 生成触媒では未反
応のＣＯ、ＨＣが排出されるようになる場合が生じる。

【００４４】

【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して本発明
の実施形態を説明するが、各実施形態の説明に入る前
に、まず以下の各実施形態に共通して使用するアンモニ
ア分解触媒について説明する。以下の各実施形態で使用
するアンモニア分解触媒は、担体上に形成したアルミナ
等のウォッシュコート層に、例えば、銅（Ｃｕ）、クロ
ム（Ｃｒ）、ヴァナジウム（Ｖ）、チタン（Ｔｉ）、鉄
（Ｆｅ）、ニッケル（Ｎｉ）、コバルト（Ｃｏ）、白金
（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、ロジウム（Ｒｈ）、イ
リジウム（Ｉｒ）等の元素周期表第４周期または第 VII
I 族に含まれる遷移元素の中から選ばれた１つ以上の物
質を触媒成分として担持させたものが用いられる。

【００４５】このアンモニア分解触媒は、担持した触媒
成分により定まる所定の温度範囲（後述する最適温度範
囲）では、酸化雰囲気の排気中に含まれるＮＨ₃ 成分を
略完全にＮ₂ に転換、浄化する機能を有する。また、こ
の最適温度範囲以上の触媒温度では、アンモニア分解触
媒上で排気中のＮＨ₃ が酸化され、ＮＯ_X が触媒下流側
に流出するようになる。

【００４６】すなわち、最適温度範囲以上の触媒温度領
域ではアンモニア分解触媒上で、 ４ＮＨ₃ ＋７Ｏ₂ →４ＮＯ₂ ＋６Ｈ₂ Ｏ ４ＮＨ₃ ＋５Ｏ₂ →４ＮＯ ＋６Ｈ₂ Ｏ のＮＨ₃ の酸化反応が支配的になり、触媒を通過した排
気中のＮＯ_X （ＮＯ、ＮＯ₂ ）成分が増大する。

【００４７】更に、上記最適温度範囲以下の触媒温度領
域ではアンモニア分解触媒のアンモニア分解反応は低下
し、排気中のＮＨ₃ のうち、触媒を通過して下流側に流
出するＮＨ₃ の量が増大する。図６は、このアンモニア
分解触媒の温度による排気浄化特性の変化を模式的に示
した図である。図６は、アンモニア分解触媒に一定の濃
度のＮＨ₃ を含む酸化雰囲気のガスを供給した場合の触
媒出口に於けるガス中のＮＨ₃ とＮＯ_X との濃度と触媒
温度との関係を示し、横軸は触媒温度、縦軸はガス中の
各成分濃度をそれぞれ示し、図中実線は触媒出口ＮＨ₃
濃度を、点線は触媒出口ＮＯ_X 濃度を示している。

【００４８】図６に示すように、触媒入口のガス中のＮ
Ｈ₃ 濃度を一定に保った場合、触媒温度が低い領域（図
６、区間Ｉ）では、触媒出口のＮＨ₃ 濃度は略入口のＮ
Ｈ₃濃度と等しくなり、逆にＮＯ_X 濃度は略ゼロとなっ
ている。すなわち、ガス中のＮＨ₃ はそのまま触媒を通
過して下流側に流出する。また、区間Ｉより高い温度領
域（図６、区間II）では温度の上昇とともに出口ＮＨ₃
濃度は減少するが、出口ＮＯ_X 濃度は略ゼロのまま変化
しない。すなわち、この領域では温度の上昇とともに、
触媒に流入するＮＨ₃ のうちＮ₂ に転換される割合が増
大する。

【００４９】この状態で、更に温度が上昇すると（図
６、区間 III）、触媒出口ではＮＯ_Xの濃度が略ゼロの
ままＮＨ₃ 濃度が更に減少し、ＮＨ₃ とＮＯ_X との濃度
はともに略ゼロの状態が生じる。すなわち、この温度範
囲では、触媒に流入するＮＨ₃の略全量がＮＯ_X を生成
することなくＮ₂ に転換、浄化される。また、上記区間
IIIより温度が上昇すると、触媒出口でのＮＯ_X 濃度が
温度とともに増大し（図６、区間 IV ）、触媒に流入す
るＮＨ₃ の全量がＮＯ_X に転換されるようになる（図
６、区間 V）。

【００５０】本明細書では、図６、区間 IIIのようにア
ンモニア分解触媒に流入するガス中のＮＨ₃ 成分の略全
量がＮ₂ に転換され、ＮＯ_X を生成しない温度範囲を、
アンモニア分解触媒の最適温度範囲と称している。この
最適温度範囲は、通常の排気浄化触媒の使用温度領域に
較べて比較的低温であり、例えば触媒成分として白金Ｐ
ｔ、パラジウムＰｄ、ロジウムＲｈ等を担持させた場合
には約１００℃〜４００℃の範囲である。（白金Ｐｔで
は、１００℃から３００℃の範囲が更に良好な温度範囲
であり、１００℃から２５０℃の範囲で特に良好な結果
が得られる。またパラジウムＰｄ、ロジウムＲｈの場合
には１５０℃から４００℃が更に良好な温度範囲であ
り、１５０℃から３００℃では特に良好な結果が得られ
る。）また、クロムＣｒ、銅Ｃｕ、鉄Ｆｅ等を担持させ
た場合には最適温度範囲は約１５０℃〜６５０℃の範囲
であり、１５０℃から５００℃の範囲では更に良好な結
果が得られる。

【００５１】また、上記アンモニア分解触媒を排気流れ
方向に見て後段に前記白金Ｐｔ等の貴金属系、前段に前
記クロムＣｒ等の卑金属系の触媒成分を担持するタンデ
ム触媒として構成することにより、触媒全体として使用
温度範囲を拡大することが可能となる。アンモニア分解
触媒が上記の限られた温度範囲では、何故ＮＯ_X を発生
することなく流入するガス中のＮＨ₃ を略完全にＮ₂ に
転換し、それ以上の温度範囲ではＮＨ₃ をＮＯ_X に転換
してしまうようになるのかは、現在のところ完全には明
らかになっていない。しかし、この理由はＮＨ₃ 分解触
媒の最適温度範囲では以下の反応が生じるためと考えら
れる。

【００５２】すなわち、触媒温度が最適温度範囲の領域
では、上記ＮＨ₃ の酸化反応 ４ＮＨ₃ ＋７Ｏ₂ →４ＮＯ₂ ＋６Ｈ₂ Ｏ ４ＮＨ₃ ＋５Ｏ₂ →４ＮＯ ＋６Ｈ₂ Ｏ に加えて、 ８ＮＨ₃ ＋６ＮＯ₂ →１２Ｈ₂ Ｏ＋７Ｎ₂ ４ＮＨ₃ ＋４ＮＯ＋Ｏ₂ →６Ｈ₂ Ｏ＋４Ｎ₂ の脱硝反応が生じるようになり、酸化反応で生成された
ＮＯ_X が排気中のＮＨ ₃ と反応し直ちに脱硝反応により
分解される逐次反応が生じるため、結果としてＮＨ₃ の
全量がＮ₂ に転換されるものと思われる。

【００５３】一方、最適温度範囲より高い温度では、酸
化反応が活発となり排気中のＮＨ₃のうちＮＯ_X に転換
されるものの割合が大きくなるため、上記脱硝反応が生
じにくくなる。このため、最適温度範囲より高い温度で
は生成したＮＯ_X が脱硝反応により還元されずにそのま
ま触媒から流出するようになる。また、最適温度範囲よ
り低い温度では酸化反応が不活発になるため、ＮＯ_X の
生成量が減少して脱硝反応が生じにくくなる。このた
め、最適温度より低い温度では脱硝反応によりＮＨ₃ が
消費されることなく触媒から流出するようになると考え
られる。

【００５４】上述のように、アンモニア分解触媒の最適
温度領域は、ＮＨ₃ の酸化反応が脱硝反応とバランスし
て、生成されたＮＯ_X 成分が直ちに逐次反応によりＮＨ
₃ と反応、還元されるような温度領域と考えられる。こ
のため、最適温度領域は触媒の酸化力（及び酸化力の温
度変化特性）により定まることになり、前述のように白
金Ｐｔ等の酸化力の強い触媒を使用した場合には、クロ
ムＣｒ等の比較的酸化力の弱い触媒を使用した場合に較
べて最適温度領域が低温側になる傾向を示すようになっ
たものと考えられる。

【００５５】上述のように、現在のところ理由は完全に
は解明されていないが、実際にアンモニア分解触媒を上
記最適温度で使用すると、酸化雰囲気のガス中のＮＨ₃
が略完全にＮ₂ に転換されることが確認されている。ま
た、これに関連して、上記最適温度範囲でアンモニア分
解触媒を使用した場合に以下のことが確認されている。

【００５６】アンモニア分解触媒に流入する排気は酸
化雰囲気（すなわち、理論空燃比よりリーン）になって
いれば、排気中のＮＨ₃ は完全にＮ₂ に転換され、流入
する排気の空燃比のリーンの程度には影響を受けない。 アンモニア分解触媒に流入する排気中にＮＨ₃ ととも
にＮＯ_X が含まれている場合、アンモニア分解触媒でＮ
Ｈ₃ とともにＮＯ_X も浄化され、触媒出口でのＮＯ_X 濃
度は略ゼロになる。この場合、触媒に流入する排気中の
ＮＨ₃ とＮＯ₂またはＮＯとの量の比は、前述の脱硝反
応における当量比（４：３または１：１）になっている
必要はなく、流入排気中のＮＯ₂ とＮＯとを還元するの
に必要な量よりＮＨ₃ の量が多く含まれていれば、排気
中のＮＯ_X （ＮＯ₂ 、ＮＯ）は完全に浄化される。ま
た、前述のように、排気空燃比がリーンであれば、余剰
のＮＨ₃ はアンモニア分解触媒により完全に浄化される
ため、余剰のＮＨ₃ が触媒下流側に流出することはな
い。

【００５７】ただし、触媒に流入する排気中にＮＨ₃ と
ＮＯ_X との両方が含まれている場合には、図６に示した
触媒出口でのＮＯ_X 濃度が増大する区間（図６、区間 I
V ）は、触媒に流入する排気中にＮＨ₃ のみが含まれて
いる場合に較べてより低温側から開始するようになり、
最適温度範囲は狭くなる。これは、触媒に流入する排気
に既にＮＯ_X が含まれている場合には、高温領域でのＮ
Ｈ₃ の酸化によるＮＯ_X の生成に加えて、排気とともに
触媒に流入するＮＯ_X が存在することになり、ＮＨ₃ の
不足が生じやすくなるためである。従来、排気中のＮＨ
₃ とＮＯ_X とに脱硝反応を生じさせる脱硝触媒としては
酸化バナジウム／チタニア（Ｖ₂ Ｏ₅ ／ＴｉＯ₂ ）系の
触媒などが知られているが、脱硝触媒でＮＨ₃ とＮＯ_X
とを過不足なく反応させ、余剰のＮＨ₃ やＮＯ_X が触媒
下流側に流出しないようにするためには排気中のＮＨ₃
とＮＯ_X との量の比を厳密に脱硝反応における当量比に
調整する必要があった。すなわち、排気中にＮＯ₂ とＮ
Ｏとの両方が含まれる場合、ＮＨ₃ の量は排気中のＮＯ
₂ の４／３倍とＮＯの１倍との合計に厳密に調整する必
要があった。これに対して、上記アンモニア分解触媒で
は、ＮＨ₃ の量が排気中のＮＯ_X （ＮＯ₂ とＮＯ）量に
対して上述の等量比以上であり、かつ流入する排気の空
燃比がリーンであれば、排気中のＮＯ_X とＮＨ₃ との両
方が完全に浄化され、触媒下流側に流出することがない
点が大きく相違している。

【００５８】アンモニア分解触媒に流入する排気中に
ＨＣ、ＣＯ成分が含まれている場合でも、排気空燃比が
リーンであれば排気中のＨＣ、ＣＯ成分はアンモニア分
解触媒により酸化され、触媒下流側には流出しない。と
ころで、上述のようにアンモニア分解触媒は最適温度範
囲ではアンモニアを完全に分解するが、図６で説明した
ように最適温度範囲より低い温度領域では、排気中のＮ
Ｈ₃ が浄化されずに触媒下流側に流出するようになる。

【００５９】一方、酸性無機成分（ゼオライト、シリカ
（ＳｉＯ₂ ）、シリカアルミナ（ＳｉＯ₂ ・Ａｌ
₂ Ｏ₃ ）、チタニア等のブレンステッド酸、及び銅（Ｃ
ｕ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、鉄（Ｆ
ｅ）等の遷移金属の酸化物等のルイス酸を含む）はＮＨ
₃ を吸着し、特に温度が比較的低い領域ではアンモニア
を良く吸着することが知られている。そこで、アンモニ
ア分解触媒に上記の酸性無機成分を担持させるか、或い
は上記酸性無機成分を含む材料で多孔質を形成して担体
自体として使用するようにすると、最適温度範囲より低
い温度領域では流入する排気中のＮＨ₃ の過剰分が触媒
担体に吸着されるため、最適温度範囲より低い温度領域
では触媒下流側に流出する未浄化のＮＨ₃ の量を低減す
ることができる。また、これらの酸性無機成分に吸着さ
れたＮＨ₃ は、排気中のＮＨ₃ 濃度が低下すると放出さ
れ、アンモニア分解触媒により分解されるので、排気温
度が変動するような場合には上記のような酸性の担体を
使用することにより全体としてＮＨ ₃ の浄化効率を向上
させることができる。

【００６０】次に、上記アンモニア分解触媒を用いた本
発明の実施形態について説明する。図１は、本発明を内
燃機関の排気浄化に適用した場合の概略構成を示す全体
図である。図１において、１は内燃機関本体、２は機関
１の排気通路、３は排気通路２に配置された三元触媒、
５は三元触媒３下流側の排気通路に配置されたマフラを
示す。また、７はアンモニア分解触媒、９はマフラ５と
アンモニア分解触媒７との間の排気通路に二次空気を供
給する二次空気供給装置を示している。

【００６１】三元触媒３としては、アルミナ等の担体に
白金Ｐｔ、パラジウムＰｄ、ロジウムＲｈ等の貴金属触
媒成分、セリウムＣｅ等の助触媒成分等を担持させた公
知のものが使用される。三元触媒３は、流入する排気の
空燃比が理論空燃比近傍にあるときには排気中のＨＣ、
ＣＯ、ＮＯ_X の３成分を高効率で浄化する。また、流入
する排気空燃比が理論空燃比よりリッチ側になると、排
気中のＮＯ_X の略全量を還元するが、その際前述した
(4)から (7)の反応によりＮＯ_X の一部をＮＨ₃に転換す
る。すなわち、三元触媒３は理論空燃比よりリッチ側の
空燃比ではアンモニア生成触媒としての機能を有する。

【００６２】マフラ５は、例えば排気ガスを膨張させて
音圧を低下させる拡張型のものが使用される。本実施形
態では、マフラ５は排気ガスの消音とともに排気温度を
低下させるために使用される。また、マフラ５は比較的
熱容量が大きいため、マフラ５を設けることにより、機
関１の運転条件変化による排気温度変動があった場合で
もマフラ出口の排気温度は小さくなる。

【００６３】アンモニア分解触媒７は、前述したように
最適温度範囲で酸性雰囲気の排気中のＮＨ₃ 成分を略完
全に浄化するが最適温度範囲より低い温度領域ではＮＨ
₃ を完全に浄化することはできず、低温領域では触媒７
下流側に未浄化のＮＨ₃ が流出する可能性がある。この
ため、上記最適温度範囲より低い温度領域で未浄化のＮ
Ｈ₃ が触媒７下流側に流出することを防止するため、ア
ンモニア分解触媒７の担持成分として前述の無機酸性成
分を使用したり、アンモニア分解触媒７の担体を上記無
機酸性成分を含む材料で形成するようにしても良い。

【００６４】二次空気供給装置９は、エアポンプ等の加
圧空気源９ａから供給される空気を、遮断弁１１を介し
てアンモニア分解触媒７の上流側排気通路内に噴射する
ノズル１０を有している。また、後述するように遮断弁
１１の代わりに二次空気供給量を調節可能な流量制御弁
を使用するようにしても良い。本実施形態では、機関１
は理論空燃比近傍の空燃比で運転される。前述のよう
に、理論空燃比近傍の空燃比では三元触媒３は排気中の
ＨＣ、ＣＯ、ＮＯ_X 成分を高い浄化効率で浄化するた
め、通常は三元触媒３下流側の排気にはＨＣ、ＣＯ、Ｎ
Ｏ_X 成分は殆ど含まれない。しかし、機関１の空燃比を
理論空燃比近傍に制御していると空燃比が僅かに変動し
て理論空燃比よりリッチ側になったような場合には三元
触媒３で排気中のＮＯ_X の一部がＮＨ₃ に転換され、三
元触媒３下流側に微量のＮＨ₃ が流出する場合がある。

【００６５】本実施形態では、上記により生成されたＮ
Ｈ₃ を下流側のアンモニア分解触媒７を用いて浄化する
ようにしている。三元触媒３を出た排気は、マフラ５を
通過後、二次空気供給装置９により二次空気を供給され
た状態でアンモニア分解触媒７に流入する。通常、機関
１出口の排気温度はアンモニア分解触媒の最適温度範囲
より高い温度となっているが、排気通路２の壁面からの
熱放散とマフラ５による冷却効果とにより、排気は温度
が低下した状態でアンモニア分解触媒７に到達する。本
実施形態では、機関１の排気温度が最大になる条件下で
もアンモニア分解触媒７に到達する排気の温度がアンモ
ニア分解触媒７の最適温度範囲内になるように、機関１
からアンモニア分解触媒７までの排気通路長さとマフラ
５のサイズとを決定している。

【００６６】これにより、触媒７に流入する排気温度は
機関運転条件の変動にかかわらず最適温度範囲内に維持
される。また、本実施形態では機関１は理論空燃比近傍
で運転されるため、三元触媒３出口の排気空燃比も理論
空燃比近傍となる。このため、本実施形態では二次空気
供給装置９によりアンモニア分解触媒７に流入する排気
に二次空気を供給し、排気空燃比をリーン（酸化雰囲
気）としている。前述のように、アンモニア分解触媒７
は流入する排気の空燃比がリーンであれば、リーンの程
度（空燃比）にかかわらず排気中のＮＨ₃ を浄化するこ
とができる。そこで、本実施形態では二次空気供給装置
から供給する二次空気の量は、機関空燃比がリッチ側に
変動した場合でもアンモニア分解触媒７に流入する排気
の空燃比を充分にリーン側に維持できるような量に設定
すれば良く、二次空気の量を厳密に制御する必要はな
い。

【００６７】これにより、アンモニア分解触媒７には、
常に最適温度範囲でリーン空燃比の排気が供給されるこ
とになるため、三元触媒３でＮＨ₃ が生成された場合で
も排気中のＮＨ₃ は完全に除去され、外部に放出される
ことがない。また、機関空燃比がリッチ側に変動すると
三元触媒３でのＨＣ、ＣＯ成分の浄化率が低下するが、
三元触媒３下流側に流出した排気中のＨＣ、ＣＯ成分も
アンモニア分解触媒７により浄化されるため、機関空燃
比がリッチ側に変動した場合の排気性状の悪化が防止さ
れる。

【００６８】なお、本実施形態では排気通路２壁面から
の放熱とマフラ５とにより触媒７に流入する排気の温度
を最適温度範囲内になるように低下させているが、マフ
ラ５に代えて、或いはマフラ５に加えて排気通路（排気
管）外壁に放熱フィンを設けたり、排気通路外壁に冷却
水通路を設けて冷却効果を高めるようにしても良い。ま
た、二次空気供給装置９の遮断弁１１の代わりに二次空
気供給量を調節可能な流量制御弁を用いて、機関排気温
度に応じて二次空気量を調節することによりアンモニア
分解触媒７に流入する排気温度を調整するようにしても
良い。

【００６９】更に、アンモニア分解触媒入口の排気温度
を検出する温度センサ、またはアンモニア分解触媒７の
触媒床温度を検出する温度センサを設け、触媒入口排気
温度または触媒床温度に基づいて触媒温度が最適温度範
囲内になるように二次空気量や排気通路冷却用の冷却水
量を制御するようにしても良い。次に、図７を用いて本
発明の別の実施形態について説明する。

【００７０】前述の実施形態では、機関１は理論空燃比
近傍で運転されているため、機関１の運転空燃比が外乱
等により理論空燃比よりリーン側になる場合が生じる。
このような場合には、前述の (4)から (6)の反応が生じ
ないため、三元触媒３ではＮＨ₃ が生成されなくなる。
また、排気空燃比が理論空燃比よりリーン側になると前
述の (3)の反応が生じにくくなるため三元触媒の排気中
のＮＯ_X の浄化率も低下する。このため、アンモニア分
解触媒にはＮＯ_X を含みＮＨ₃ を含まない排気が流入す
るようになる。このような場合にはアンモニア分解触媒
ではＮＯ_X が浄化されずにそのまま下流側に流出するよ
うになるおそれがある。本実施形態では、上記の問題を
解決するために三元触媒とアンモニア分解三元触媒との
間の排気通路にリーン雰囲気で排気中のＮＯ_X を吸収す
るＮＯ_X 吸収剤、またはリーン雰囲気下で排気中のＮＯ
_X を還元浄化可能なＮＯ_X 選択還元触媒を設けている。

【００７１】図７は、本実施形態を説明する図１と同様
な図である。図７において、図１と同じ参照符号を付し
たものは図１と同様な要素を示している。図７におい
て、参照符号８で示すのは、三元触媒３とアンモニア分
解触媒７との間の排気通路２に配置されたＮＯ_X 吸収剤
又はＮＯ_X 選択還元触媒である。なお、図７では、ＮＯ
_X 吸収剤８（又はＮＯ_X 選択還元触媒８）は三元触媒３
とマフラ５との間にの排気通路上に配置されているが、
ＮＯ_X 吸収剤８（又はＮＯ_X選択還元触媒８）はマフラ
５とアンモニア分解触媒７との間に配置しても良い。

【００７２】後に詳述するように、ＮＯ_X 吸収剤は排気
空燃比が理論空燃比よりリーンであるときに通過する排
気中のＮＯ_X を吸収し、排気空燃比が理論空燃比よりリ
ッチになったときに吸収したＮＯ_X を放出するＮＯ_X の
吸放出作用を行う。また、ＮＯ_X 選択還元触媒は、排気
空燃比が理論空燃比よりリーンであっても排気中のＮＯ
_X を選択的に還元するＮＯ_X の選択還元作用を有してい
る。このため、本実施形態では、運転条件の変化や外乱
により機関１の運転空燃比がリーン側になった場合で
も、三元触媒３でＮＨ₃ に転換されずに下流側に流出す
るＮＯ_X はＮＯ_X吸収剤８で吸収され、またはＮＯ_X 選
択還元触媒８で選択的に還元されるため、アンモニア分
解触媒７に流入する排気にはＮＯ_X が含まれなくなる。
従って、機関１の運転空燃比が理論空燃比よりリーンに
なった場合であっても、ＮＯ_X を含みＮＨ₃ を含まない
排気がアンモニア分解触媒７に流入することがないた
め、ＮＯ_X が大気に放出されることがない。

【００７３】なお、ＮＯ_X 吸収剤に吸収されたＮＯ
_X は、機関１の運転空燃比が理論空燃比よりリッチ側に
なったときに放出されるが、機関１の運転空燃比がリッ
チ側になると三元触媒３ではＮＨ₃ が生成されるように
なるため、アンモニア分解触媒７にはＮＨ₃ とＮＯ_X と
の両方を含む排気が流入するようになり、アンモニア分
解触媒７上でＮＨ₃ とＮＯ_X との両方が分解されるよう
になる。

【００７４】また、後述するようにＮＯ_X 選択還元触媒
８は、排気空燃比がリーンであるときに排気中のＮＯ_X
をＮＨ₃ 、ＨＣ、ＣＯ成分と反応させて還元する。この
ため、ＮＯ_X 選択還元触媒８がＮＯ_X を還元するために
は、ＮＨ₃ 、ＨＣ、ＣＯ等の成分が必要となる。ＮＯ_X
選択還元触媒８は、機関１の運転空燃比が理論空燃比よ
りリッチ側になったときに、機関から排出されるＨＣ、
ＣＯ及び三元触媒３で生成されるＮＨ₃ を吸蔵してお
き、機関の運転空燃比が理論空燃比よりリーンになった
ときにこれら吸蔵した成分を用いてＮＯ_X を選択的に還
元する。

【００７５】なお、本実施形態では機関１は理論空燃比
近傍で運転されていたが、図７と同一の構成を用いて、
理論空燃比近傍以外で運転される機関の排気を浄化する
ことができる。例えば、機関運転空燃比が理論空燃比よ
りリッチ側とリーン側とに変動する場合であって、運転
空燃比の全体としての平均が理論空燃比よりリーン側に
なるような場合にも上記と同一の作用で排気中のＮＯ_X
の浄化を行うことができる。すなわち、この場合も、機
関がリーン空燃比で運転されるときには、排気中のＮＯ
_X をＮＯ_X 吸収剤８またはＮＯ_X 選択還元触媒８を用い
て排気から除去し、機関がリッチ空燃比で運転されると
きにＮＯ_X 吸収剤８から放出されるＮＯ _X をアンモニア
分解触媒７上でＮＨ₃ と反応させて還元させ、またはＮ
Ｏ_X 選択還元触媒８にＮＨ₃ 、ＨＣ、ＣＯ成分を供給す
ることになる。

【００７６】また、図７の実施形態ではＮＯ_X 吸収材８
はアンモニア分解触媒７とは別個に排気通路２上に配置
しているが、後述するようにアンモニア分解触媒７にＮ
Ｏ_Xの吸放出作用を行わせることも可能である。すなわ
ち、後述するＮＯ_X 吸収成分（アルカリ土類、アルカリ
金属等）をアンモニア分解触媒７の担体にアンモニア分
解触媒成分とともに担持させるようにすることにより、
アンモニア分解触媒７自体に図７のＮＯ_X 吸収剤８の機
能を付与し、図７の場合と同様な排気浄化を行うことが
できる。この場合の排気浄化装置構成は図１のものと同
一（但し、この場合には図１のアンモニア分解触媒７に
ＮＯ_X 吸収剤成分が担持される）であるため、この実施
形態の図示は省略する。

【００７７】なお、ＮＯ_X 吸収剤、ＮＯ_X 選択還元触媒
については後に詳述する。次に、本発明の別の実施形態
について説明する。図１の実施形態では、機関１は理論
空燃比近傍で運転されていたが、本実施形態では機関１
を理論空燃比よりややリッチ側の空燃比（例えば空気過
剰率λで０．９５から０．９８程度の空燃比）で運転す
る点が図１の実施形態と相違する。なお、本実施形態の
構成自体は図１と同一であるので、以下に本実施形態に
ついて図１を参照して説明する。

【００７８】図１の実施形態では、機関空燃比を理論空
燃比近傍に制御しているため、運転条件の変動により機
関空燃比がリッチ側に変動する場合のみならず、一時的
にリーン側に変動する場合も生じる。機関空燃比がリー
ン側に変動すると三元触媒３ではＮＯ_X 成分の浄化率が
低下するため、三元触媒３下流側にはＮＯ_X 成分を含む
排気が流出する。また、排気空燃比が理論空燃比よりリ
ーン側では三元触媒３は殆どＮＨ₃ を生成しないため、
アンモニア分解触媒７では排気中のＮＯ_X を浄化するこ
とができなくなる。

【００７９】本実施形態では、この事態を防止するた
め、機関１の運転空燃比を理論空燃比よりややリッチ側
に制御し、空燃比が多少変動した場合でも機関１が理論
空燃比よりリーン側で運転されることがないようにして
いる。このため、本実施形態では通常の運転中も三元触
媒３によりＮＨ₃ が生成され、また三元触媒３を通過す
る未浄化のＨＣ、ＣＯ成分が増大することになるが、上
述した実施形態と同様に三元触媒３で生成されたＮＨ₃
と未浄化のＨＣ、ＣＯ成分はＮＨ₃ 分解触媒７で完全に
浄化されるので、これらの成分が外部に放出されること
が防止される。このため、本実施形態によれば機関１の
排気性状を常に良好に保つことが可能となる。

【００８０】次に図２を用いて本発明の他の実施形態を
説明する。図２において図１と同一の参照符号を付した
ものは、図１の実施形態と同様な要素を示している。図
２の実施形態では、アンモニア分解触媒７下流側の排気
通路に、流入する排気の空燃比がリーンのときに排気中
のＮＯ_X 成分を吸収するＮＯ_X 吸収剤８を配置している
点が図１の実施形態と相違している。

【００８１】ＮＯ_X 吸収剤８は例えばアルミナを担体と
し、この担体上に例えばカリウムＫ、ナトリウムＮa 、
リチウムＬi 、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
た少なくとも一つの成分と、白金Ｐｔのような貴金属と
を担持したものである。ＮＯ_X 吸収剤は排気空燃比がリ
ーンのときに、排気中のＮＯ_X （ＮＯ₂ 、ＮＯ）を硝酸
イオンＮＯ₃ ^- の形で吸収する性質を有している。

【００８２】すなわち、担体上に白金Ｐｔ及びバリウム
Ｂａを担持させた場合を例にとって説明すると、流入排
気中の酸素濃度が増大すると（すなわち排気空燃比がリ
ーンになると）、これら酸素が白金Ｐｔ上にＯ₂ ^- また
はＯ^2-の形で付着し、排気中のＮＯは白金Ｐｔ上のＯ₂
^- またはＯ^2-と反応し、ＮＯ₂ となる。また、流入排気
中のＮＯ₂ 及び上記により生成したＮＯ₂ は白金Ｐｔ上
で更に酸化されつつ吸収材中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 ^- の形で吸収剤
内に拡散する。このため、リーン空燃比下で排気中のＮ
Ｏ_X がＮＯ_X 吸収剤８内に吸収されるようになる。

【００８３】また、流入排気中の酸素濃度が大幅に低下
すると（すなわち、排気空燃比がリッチになると）、白
金Ｐｔ上でのＮＯ₂ 生成量が減少するため、反応が逆方
向に進むようになり、吸収剤内の硝酸イオンＮＯ₃ ^- は
ＮＯ₂ の形で吸収剤から放出されるようになる。この場
合、排気中にＮＨ₃ 、ＣＯ等の還元成分やＨＣ、ＣＯ ₂
等の成分が存在すると白金Ｐｔ上でこれらの成分により
ＮＯ₂ が還元される。

【００８４】すなわち、ＮＯ_X 吸収剤８は流入する排気
の空燃比がリーンのときに排気中のＮＯ_X を吸収し、流
入する排気の空燃比がリッチのときに吸収したＮＯ_X を
放出、還元するＮＯ_X の吸放出作用を行う。図６を用い
て説明したように、アンモニア分解触媒７は最適温度範
囲より高い温度領域では流入する排気中のＮＨ₃ をＮＯ
_X に転換するようになる。このため、機関１の排気温度
が極めて高くなり、マフラ５等の温度維持手段ではアン
モニア分解触媒７に流入する排気の温度を充分に低下さ
せることができなくなるような状態が生じると、アンモ
ニア分解触媒７でＮＯ_X が生成され、触媒下流側に流出
するおそれがある。本実施形態では、アンモニア分解触
媒７下流側の排気通路にＮＯ_X 吸収剤８を配置したこと
により、アンモニア分解触媒７でＮＯ_X が生成されたよ
うな場合でも、生成したＮＯ_X はＮＯ_X 吸収剤８に吸収
され、ＮＯ_X が外部に放出されることがない。このた
め、本実施形態によれば機関１が高負荷で運転されるよ
うな場合でもＮＯ_X が外部に放出されることがなく、常
に排気性状を良好に維持することが可能となる。

【００８５】次に、上記実施形態とは別の実施形態につ
いて説明する。本実施形態では、図２のＮＯ_X 吸収剤８
の代わりにアンモニア分解触媒７下流側にＮＯ_X 選択還
元触媒を配置した点が図２の実施形態と相違しており、
他の点は図２の実施形態の構成と同一であるので以下の
説明は図２を参照して行う。ＮＯ_X 選択還元触媒は、例
えばゼオライトＺＳＭ−５にＦｅ、Ｃｕ等の金属をイオ
ン交換して担持させたもの、或いはモルデナイト等のゼ
オライトに白金Ｐｔ等の貴金属を担持させたものが使用
される。このＮＯ_X 選択還元触媒は、排気中のＮＨ₃ 、
ＨＣ、ＣＯ成分等をゼオライトの多孔質細孔内に吸着
し、このＮＨ₃、ＨＣ、ＣＯ成分により酸化雰囲気下で
も排気中のＮＯ_X 成分を選択的に還元浄化することが可
能なＮＯ_X の選択還元作用を有する。

【００８６】すなわち、本実施形態では、図２のアンモ
ニア分解触媒７下流側に配置されたＮＯ_X 選択還元触媒
８は、低温時にアンモニア分解触媒を通過するＮＨ₃ や
排気中のＨＣ、ＣＯ成分を吸着するとともに、高温時に
アンモニア分解触媒で生成されるＮＯ_X を選択的に還元
浄化する。これにより、本実施形態においても上述のＮ
Ｏ_X 吸収剤８を用いた実施形態と同様機関１が高負荷で
運転されるような場合にもＮＯ_X が外部に放出されるこ
とがなく、常に排気性状を良好に維持することが可能と
なる。なお、図２の実施形態ではＮＯ_X 吸収剤８をアン
モニア分解触媒７とは別に排気通路に配置しているが、
アンモニア分解触媒７の担体にアンモニア分解触媒成分
とともにアルカリ土類、アルカリ金属等のＮＯ_X 吸収剤
成分を担持させるようにして、アンモニア分解触媒７自
体にＮＯ_X 吸収剤としての機能を持たせるようにするこ
とも可能である。次に図３を用いて本発明の他の実施形
態について説明する。図３においても、図１と同一の参
照符号は図１のものと同様の要素を表している。

【００８７】本実施形態では、図１の実施形態とは異な
り排気通路２にはマフラ５等の冷却用装置は特に設けら
れていない。また、排気通路２の三元触媒３下流側には
複数のアンモニア分解触媒（図３では３つ）７ａ〜７ｃ
が等位置されており、各アンモニア分解触媒７ａ〜７ｃ
の入口側排気通路には、それぞれのアンモニア分解触媒
に流入する排気に二次空気を供給するために二次空気供
給ノズル１０ａ〜１０ｃが設けられている。

【００８８】また、図３に３０で示すのは機関１の制御
を行う制御回路である。制御回路３０は公知の形式のマ
イクロコンピュータとして構成され、機関への燃料供給
量、点火時期等の基本制御を行う他、本実施形態では後
述するように機関排気温度に応じて、アンモニア分解触
媒に二次空気を供給するノズルを切り換える選択手段と
しての機能を有している。これらの制御のため、制御回
路３０には、機関吸入空気量、回転数等の運転条件デー
タがそれぞれ図示しないセンサから入力されている。ま
た、制御回路３０は遮断弁１１ａ〜１１ｃに接続され、
これらの遮断弁の作動を制御している。

【００８９】機関運転中、機関１からの排気は排気通路
２を流れるにつれて排気通路壁面からの放熱等により温
度が低下する。このため、本実施形態のようにアンモニ
ア分解触媒７ａ〜７ｃを排気通路に直列に配置した場
合、アンモニア分解触媒７ａから７ｃはそれぞれ異なる
温度になる。従って、機関運転中アンモニア分解触媒７
ａから７ｃはそれぞれ異なる温度に維持されることにな
る。本実施形態では、機関１の全部の運転領域におい
て、アンモニア分解触媒７ａから７ｃのいずれか１つ以
上が前述の最適温度範囲になるように、各アンモニア分
解触媒７ａ〜７ｃまでの排気通路長さを設定してある。
すなわち、機関運転中常に、アンモニア分解触媒７ａか
ら７ｃのいずれか１つ以上は最適温度範囲に維持されて
いる。

【００９０】制御回路３０は、機関運転状態からアンモ
ニア分解触媒７ａ〜７ｃのいずれが最適温度範囲になっ
ているかを判定し、最適温度範囲になっているアンモニ
ア分解触媒の入口側排気通路に二次空気を供給するノズ
ルの遮断弁を開弁する。なお、アンモニア分解触媒７ａ
〜７ｂのいずれが最適温度範囲にあるかは、機関排気温
度（機関負荷）、排気流量（機関回転数）に応じて変化
するため、本実施形態では、予め実際の機関を用いて機
関負荷、回転数を変化させて各アンモニア分解触媒７ａ
〜７ｂの温度を計測し、機関負荷、回転数等の各運転条
件の組合せに応じて二次空気を供給するアンモニア分解
触媒（最適温度範囲内になっている触媒）を制御回路３
０に記憶させている。制御回路３０は運転中の機関負荷
（機関１回転当たりの吸入空気量）、回転数に基づいて
上記により記憶したデータから二次空気を供給するノズ
ルを決定し、そのノズルの遮断弁を開弁する。

【００９１】本実施形態によれば、最適温度範囲にある
アンモニア分解触媒を選択してアンモニアの浄化を行う
ようにしたため、機関排気温度の変動にかかわらず常に
排気性状を良好に維持することが可能となる。また、ア
ンモニア分解触媒成分のうち、白金Ｐｔ、ロジウムＲ
ｈ、パラジウムＰｄ等の貴金属は、最適温度より高い温
度領域では三元触媒としての作用をも発揮する。このた
め、上流側のアンモニア分解触媒（例えば７ａ、７ｂ）
にこれらの触媒成分を使用すれば、機関排気温度が高く
上流側のアンモニア分解触媒温度が最適温度より高くな
っている場合には上流側のアンモニア分解触媒を三元触
媒として作用させ三元触媒３の補助触媒として使用し、
最適温度範囲にある下流側のアンモニア分解触媒で排気
中のＮＨ₃、ＮＯ_X 等を浄化するようにすることができ
る。

【００９２】なお、本実施形態では、アンモニア分解触
媒を排気通路に３つ配置した場合について説明したが、
アンモニア分解触媒の数は３つに限定されるわけではな
く、機関の種類、排気系の構成に応じて２つまたはそれ
以上の数とすることができる。また、各アンモニア分解
触媒に使用する触媒成分は全て同一の成分としてもよ
く、各々異なる触媒成分を使用するようにしてもよい。

【００９３】更に、本実施形態においても図１の実施形
態におけるマフラ５、フィン等のような冷却装置を補助
的に使用することもできるのはいうまでもない。また、
本実施形態では、制御回路３０は機関運転状態に基づい
て、最適温度範囲にあるアンモニア分解触媒を選択して
いるが、各アンモニア分解触媒入口、または各アンモニ
ア分解触媒の触媒床に温度センサを設け、検出した温度
に基づいて最適温度範囲にあるアンモニア分解触媒を選
択するようにすることも可能である。

【００９４】次に、図４を用いて本発明の更に別の実施
形態を説明する。上述の実施形態では、いずれも理論空
燃比近傍または理論空燃比以下の空燃比で運転される機
関に本発明を適用した場合について説明したが、図４で
は本発明を理論空燃比以上の空燃比で運転される機関
（リーンバーンエンジン）に適用した場合について説明
する。

【００９５】図４において、４１は理論空燃比以上の空
燃比で運転されるリーンバーンエンジン、４２はエンジ
ン１の排気通路、４５は排気通路４２に配置された、図
１のマフラ５と同様のマフラ４５、４７はアンモニア分
解触媒を示している。また、本実施形態では、図１の二
次空気供給装置９の代わりに、ノズル５０、遮断弁５
１、ＮＨ₃ ボンベ等のＮＨ₃ 供給源４９ａを備えたアン
モニア供給装置４９が設けられている。

【００９６】本実施形態では、リーンバーンエンジン４
１からの酸化雰囲気（リーン空燃比）の排気は、図１の
実施形態と同様マフラ４５等により冷却され、前述の最
適温度範囲内になってアンモニア分解触媒４７に流入す
る。また、この排気にはアンモニア分解触媒４７上流側
でアンモニア供給装置４９からＮＨ₃ が供給される。リ
ーンバーンエンジン４１からの排気には比較的多量のＮ
Ｏ_X が含まれているが、本実施形態では上記の構成によ
りアンモニア分解触媒４７に流入する排気は最適温度範
囲の酸化雰囲気に調整され、さらに排気中にはＮＨ₃ が
添加される。前述のように酸化雰囲気下の最適温度範囲
ではアンモニア分解触媒４７は流入する排気中のＮＨ₃
とＮＯ_X との両方を略完全に浄化する。

【００９７】三元触媒のＮＯ_X 浄化率は排気が酸化雰囲
気（リーン空燃比）になると急激に低下するため、リー
ンバーンエンジンの排気中のＮＯ_X を三元触媒を用いて
浄化することはできず、リーンバーンエンジンの排気中
のＮＯ_X を浄化することは従来困難であったが、本実施
形態によれば、リーンバーンエンジンからの排気中のＮ
Ｏ_X を効率的に浄化することが可能となっている。

【００９８】従来、酸化雰囲気の排気中のＮＯ_X を浄化
するために、排気にＮＨ₃ を添加して酸化バナジウム／
チタニア（Ｖ₂ Ｏ₅ ＴｉＯ₂ ）系等の脱硝触媒と接触さ
せ、 ８ＮＨ₃ ＋６ＮＯ₂ →６Ｈ₂ Ｏ＋７Ｎ₂ ４ＮＨ₃ ＋４ＮＯ＋Ｏ₂ →６Ｈ₂ Ｏ＋４Ｎ₂ の脱硝反応によりＮＯ_X とＮＨ₃ とを浄化する方法が知
られているが、上記脱硝触媒を使用して脱硝反応により
ＮＯ_X とＮＨ₃ とを浄化する場合には、ＮＨ₃とＮＯ_X
の量を厳密に当量比（４：３または１：１）に調整する
必要がある。

【００９９】ところが、実際の機関では排気中のＮＯ_X
濃度は機関運転状態に応じて大幅に変動するため、排気
中のＮＯ_X 濃度に応じてＮＨ₃ の量を厳密に調整するこ
とは困難である。このため、上記脱硝触媒を機関排気の
浄化に使用すると、ＮＨ₃ 添加量の不足による未浄化の
ＮＯ_X の流出や、逆に過剰なＮＨ₃ 添加により余剰ＮＨ
₃ が流出したりする場合が生じる。

【０１００】前述のように、最適温度範囲でアンモニア
分解触媒を使用した場合には、触媒に流入する排気の空
燃比がリーン（酸化雰囲気）であればＮＨ₃ は浄化され
るため、本実施形態のＮＨ₃ 添加量は排気空燃比がリー
ンに維持される範囲であれば前述の当量比より多くても
余剰のＮＨ₃ が触媒下流側に流出することはない。この
ため、本実施形態によればＮＨ₃ 添加量を厳密に調整す
る必要がなく、制御が容易であり、かつＮＯ_X とＮＨ₃
との外部への流出を完全に防止できる効果がある。

【０１０１】図５は、図３と同様、複数のアンモニア分
解触媒（４７ａ〜４７ｃ）と、各アンモニア分解触媒入
口の排気にＮＨ₃ を供給するアンモニア供給ノズル（５
０ａ〜５０ｃ）を排気通路４２に設け、機関運転中に最
適温度範囲にあるアンモニア分解触媒にＮＨ₃ を供給す
るようにした例である。本実施形態においても、制御回
路３０は、機関４１の運転状態に基づいて、最適温度範
囲にあるアンモニア分解触媒を選択し、その触媒入口の
アンモニア供給ノズルからＮＨ₃ を供給する。本実施形
態の作用は図３に示したものと略同様であるため、ここ
では詳細な説明は省略する。

【０１０２】

【発明の効果】各請求項に記載の発明によれば、ＮＨ₃
を含む排気を酸化雰囲気下の所定の温度範囲でアンモニ
ア分解触媒に接触させるようにしたことにより、排気中
のＮＨ ₃ を略完全にＮ₂ に転換、浄化し、排気性状を向
上させることができるという共通の効果を奏する。ま
た、上記所定の温度範囲は、従来排気浄化触媒を使用す
る温度領域に比較して低温であるため、触媒の耐久性が
向上するという共通の効果をも得ることができる。

【０１０３】請求項２に記載の発明によれば、内燃機関
の排気中の窒素酸化物を一旦ＮＨ₃に転換し、次いでア
ンモニア分解触媒で処理するようにしたことにより、上
記共通の効果に加えて、内燃機関の排気中の窒素酸化物
を完全に浄化することができるという効果を奏する。請
求項３に記載の発明では、請求項２において内燃機関を
理論空燃比近傍の空燃比で運転するとともにアンモニア
生成触媒として三元触媒を使用するようにしたことによ
り、上記共通の効果に加えて、通常時には三元触媒によ
り良好な排気浄化が得られ、排気空燃比がリッチ空燃比
側に変動した場合でも、三元触媒で生成されたアンモニ
アが外部に流出することを防止できるという効果を奏す
る。

【０１０４】請求項４に記載の発明では、請求項２にお
いて内燃機関を理論空燃比以下の空燃比で運転するとと
もにアンモニア生成触媒として三元触媒を使用するよう
にしたことにより、排気中のＮＯ_X は三元触媒によりＮ
₂ と微量のＮＨ₃ とに転換される。このＮＨ₃ は下流側
のアンモニア分解触媒により浄化されるため、上記共通
の効果に加えて、機関から排出されるＮＯ_X を完全に浄
化することが可能となる効果を奏する。

【０１０５】請求項５と請求項６とに記載の発明では、
請求項２においてアンモニア生成触媒とアンモニア分解
触媒との間にＮＯ_X 吸収剤、或いはＮＯ_X 選択還元触媒
を配置することにより、上記共通の効果に加えて、何ら
かの原因でアンモニア生成触媒に接触する排気が酸化雰
囲気となった場合でもＮＯ_X を含む排気がアンモニア分
解触媒から流出することを防止できるという効果を奏す
る。

【０１０６】請求項７に記載の発明では、アンモニア分
解触媒に流入する排気を酸化雰囲気に調整する酸素供給
手段と、アンモニア分解触媒に流入する排気温度を所定
の温度領域に維持する温度維持手段とを設けたため、上
記共通の効果に加えて機関の運転条件により排気温度が
変動した場合でも排気中のアンモニア分解触媒を完全に
浄化することが可能となる効果を奏する。

【０１０７】請求項８と請求項９とに記載の発明では、
請求項７において、アンモニア分解触媒下流側の排気通
路にＮＯ_X 吸収剤或いはＮＯ_X 選択還元触媒を配置した
ことにより、上記共通の効果に加えて、排気温度の変動
幅が温度維持手段の能力を越えたためにアンモニア分解
触媒に流入する排気温度が所定温度領域より高くなった
ような場合にも、アンモニア分解触媒で生成されたＮＯ
_X が外部に放出されることを防止できるという効果を奏
する。

【０１０８】請求項１０に記載の発明では、排気通路に
複数のアンモニア分解触媒を配置し、機関運転中に所定
の温度領域にあるアンモニア分解触媒を選択して使用す
るようにしたことにより、上記共通の効果に加えて、排
気温度の変動にかかわらず排気中のアンモニアを完全に
浄化することができるという効果を奏する。請求項１１
に記載の発明では、窒素酸化物を含む燃焼排気にアンモ
ニアを添加し、窒素酸化物とアンモニアとをアンモニア
分解触媒で浄化するようにしたことにより、上記共通の
効果に加えて、アンモニア添加量を厳密に制御すること
なく排気中の窒素酸化物を完全に浄化することができる
という効果を奏する。

【０１０９】請求項１２に記載の発明では、理論空燃比
より高い空燃比で運転される内燃機関の排気にアンモニ
アを供給し、所定温度範囲でアンモニア分解触媒に接触
させるようにしたことにより、上記共通の効果に加え
て、従来困難であったリーン空燃比の排気中のＮＯ_X を
完全に浄化することが可能となるという効果を奏する。
請求項１３に記載の発明では、理論空燃比より高い空燃
比で運転される内燃機関の排気通路にアンモニア分解触
媒を直列に複数配置し、所定温度領域にあるアンモニア
分解触媒を選択してアンモニアを供給するようにしたこ
とにより、上記共通の効果に加えて、機関運転状態の変
化による排気温度の変動にかかわらず、リーン空燃比の
排気中のＮＯ_X を完全に浄化することが可能となるとい
う効果を奏する。

【０１１０】請求項１４に記載の発明では、アンモニア
分解触媒にアンモニア吸蔵機能を持たせたことにより、
機関が理論空燃比よりリーン側の運転空燃比で運転され
る場合にも、排気中のＮＯ_X を浄化することが可能とな
るという効果を奏する。請求項１５に記載の発明では、
アンモニア生成触媒とアンモニア分解触媒との間にＮＯ
_X 吸収剤を配置したことにより、機関が理論空燃比より
リーン側の運転空燃比で運転される場合にも、排気中の
ＮＯ_X を浄化することが可能となるという効果を奏す
る。

【０１１１】請求項１６に記載の発明では、アンモニア
分解触媒にＮＯ_X の吸放出機能を持たせたことにより、
機関が理論空燃比よりリーン側の運転空燃比で運転され
る場合にも、排気中のＮＯ_X を浄化することが可能とな
るという効果を奏する。請求項１７から２１に記載の発
明では、アンモニア分解触媒はＮＨ₃ を吸収するアンモ
ニア吸収成分を含むため、上記共通の効果に加えてアン
モニア分解触媒温度が所定温度範囲以下の温度になった
場合でも未浄化のＮＨ₃ が触媒下流側に流出することを
防止することが可能となるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を内燃機関の排気系に適用した実施形態
の概略構成を示す全体図である。

【図２】本発明の図１とは別の実施形態を説明する図で
ある。

【図３】本発明の図１とは別の実施形態を説明する図で
ある。

【図４】本発明の図１とは別の実施形態を説明する図で
ある。

【図５】本発明の図１とは別の実施形態を説明する図で
ある。

【図６】アンモニア分解触媒の温度による特性の変化を
説明する図である。

【図７】本発明の図１とは別の実施形態を説明する図で
ある。

【符号の説明】

１…内燃機関本体 ２…排気通路 ３…三元触媒 ５…マフラ ７、４７…アンモニア分解触媒 ８…ＮＯ_X 吸収剤（又はＮＯ_X 選択還元触媒） ９…二次空気供給装置 ４９…アンモニア供給装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｆ０１Ｎ 3/22 ３０１ Ｆ０１Ｎ 3/24 ＺＡＢＲ 3/24 ＺＡＢ Ｂ０１Ｄ 53/34 １２９Ｂ (72)発明者 高岡 俊文 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内 (72)発明者 五十嵐 幸平 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内 (72)発明者 伊藤 隆晟 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内 (72)発明者 大橋 通宏 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内 (72)発明者 横田 幸治 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番 地の１ 株式会社豊田中央研究所内

Claims (22)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 アンモニアを含有する燃焼排気中のアン
   モニアを浄化する排気浄化方法であって、 酸化雰囲気において、所定の温度領域では排気中のアン
   モニアを浄化し、前記所定の温度領域より高い温度領域
   では排気中のアンモニアを窒素酸化物に転換し、前記所
   定の温度領域より低い温度領域では排気中のアンモニア
   を通過させるアンモニア分解触媒を排気通路に配置し、 燃焼排気を前記所定温度領域内の温度で、酸化雰囲気下
   で前記アンモニア分解触媒に接触させる排気浄化方法。
2. 【請求項２】 内燃機関の排気浄化方法であって、 還元雰囲気において排気中の窒素酸化物をアンモニアに
   転換するアンモニア生成触媒と、 酸化雰囲気において、所定の温度領域では排気中のアン
   モニアを浄化し、前記所定の温度領域より高い温度領域
   では排気中のアンモニアを窒素酸化物に転換し、前記所
   定の温度領域より低い温度領域では排気中のアンモニア
   を通過させるアンモニア分解触媒と、を機関排気通路に
   配置し、 前記機関からの排気を、還元雰囲気下で前記アンモニア
   生成触媒と接触させ、 次いで、アンモニア生成触媒と接触後の排気を前記所定
   温度領域の酸化雰囲気として前記アンモニア分解触媒と
   接触させる排気浄化方法。
3. 【請求項３】 前記内燃機関を理論空燃比近傍の空燃比
   で運転し、前記アンモニア生成触媒として三元触媒を使
   用する請求項２に記載の排気浄化方法。
4. 【請求項４】 前記内燃機関を理論空燃比以下の空燃比
   で運転し、前記アンモニア生成触媒として三元触媒を使
   用する請求項２に記載の排気浄化方法。
5. 【請求項５】 前記アンモニア生成触媒と前記アンモニ
   ア分解触媒との間に、酸化雰囲気下で排気中の窒素酸化
   物を吸収するＮＯ_X 吸収剤を配置し、前記アンモニア生
   成触媒と接触した後の排気を、まず前記ＮＯ_X 吸収剤に
   接触させ、次いで前記アンモニア分解触媒に接触させる
   請求項２に記載の排気浄化方法。
6. 【請求項６】 前記アンモニア生成触媒と前記アンモニ
   ア分解触媒との間に、酸化雰囲気下で排気中の窒素酸化
   物を選択的に還元するＮＯ_X 還元触媒を配置し、前記ア
   ンモニア生成触媒と接触した後の排気を、まず前記ＮＯ
   _X 還元触媒に接触させ、次いで前記アンモニア分解触媒
   に接触させる請求項２に記載の排気浄化方法。
7. 【請求項７】 アンモニアを含有する内燃機関の排気中
   のアンモニアを浄化する排気浄化装置であって、 機関排気通路に配置され、酸化雰囲気において、所定の
   温度領域では排気中のアンモニアを浄化し、前記所定の
   温度領域より高い温度領域では排気中のアンモニアを窒
   素酸化物に転換し、前記所定の温度領域より低い温度領
   域では排気中のアンモニアを通過させるアンモニア分解
   触媒と、 前記内燃機関からの排気に酸素を供給し、前記アンモニ
   ア分解触媒に流入する排気を酸化雰囲気とする酸素供給
   手段と、 前記内燃機関の排気温度変動にかかわらず、前記アンモ
   ニア分解触媒に流入する排気温度を前記所定温度領域内
   に維持する温度維持手段と、 を備えた排気浄化装置。
8. 【請求項８】 更に、前記アンモニア分解触媒下流側の
   排気通路に配置され、酸化雰囲気下で排気中の窒素酸化
   物を吸収するＮＯ_X 吸収剤を備えた請求項７に記載の排
   気浄化装置。
9. 【請求項９】 更に、前記アンモニア分解触媒下流側の
   排気通路に配置され、酸化雰囲気下で排気中の窒素酸化
   物を選択的に還元するＮＯ_X 還元触媒を備えた請求項７
   に記載の排気浄化装置。
10. 【請求項１０】 アンモニアを含有する内燃機関の排気
    中のアンモニアを浄化する排気浄化装置であって、 機関排気通路に直列に配置された、酸化雰囲気におい
    て、所定の温度領域では排気中のアンモニアを浄化し、
    前記所定の温度領域より高い温度領域では排気中のアン
    モニアを窒素酸化物に転換し、前記所定の温度領域より
    低い温度領域では排気中のアンモニアを通過させる複数
    のアンモニア分解触媒と、 前記それぞれのアンモニア分解触媒入口の排気通路に配
    置され、それぞれのアンモニア分解触媒に流入する排気
    に酸素を供給する酸素供給手段と、 前記それぞれのアンモニア分解触媒の温度を検出する温
    度検出手段と、 機関運転中に、前記複数のアンモニア分解触媒のうち、
    前記所定の温度領域にあるアンモニア分解触媒入口の酸
    素供給手段を作動させて、該アンモニア分解触媒に流入
    する排気を酸化雰囲気とする選択手段と、 を備えた排気浄化装置。
11. 【請求項１１】 窒素酸化物を含有する燃焼排気中の窒
    素酸化物を浄化する排気浄化方法であって、 酸化雰囲気において、所定の温度領域では排気中の窒素
    酸化物を消費してアンモニアを浄化し、前記所定の温度
    領域より高い温度領域では排気中のアンモニアを窒素酸
    化物に転換し、前記所定の温度領域より低い温度領域で
    は排気中のアンモニアを通過させるアンモニア分解触媒
    を排気通路に配置し、 燃焼排気にアンモニアを供給し、次いで、アンモニア供
    給後の前記燃焼排気を、前記所定温度領域内の温度で、
    酸化雰囲気下で前記アンモニア分解触媒に接触させる排
    気浄化方法。
12. 【請求項１２】 理論空燃比より高い空燃比で運転され
    る内燃機関の排気中の窒素酸化物を浄化する排気浄化装
    置であって、 機関排気通路に配置され、酸化雰囲気において、所定の
    温度領域では排気中の窒素酸化物を消費してアンモニア
    を浄化し、前記所定の温度領域より高い温度領域では排
    気中のアンモニアを窒素酸化物に転換し、前記所定の温
    度領域より低い温度領域では排気中のアンモニアを通過
    させるアンモニア分解触媒と、 前記アンモニア分解触媒に流入する排気にアンモニアを
    供給するアンモニア供給手段と前記内燃機関の排気温度
    変動にかかわらず、前記アンモニア分解触媒に流入する
    排気温度を前記所定温度領域内に維持する温度維持手段
    と、 を備えた排気浄化装置。
13. 【請求項１３】 理論空燃比より高い空燃比で運転され
    る機関の排気中の窒素酸化物を浄化する排気浄化装置で
    あって、 機関排気通路に直列に配置された、酸化雰囲気におい
    て、所定の温度領域では排気中の窒素酸化物を消費して
    アンモニアを浄化し、前記所定の温度領域より高い温度
    領域では排気中のアンモニアを窒素酸化物に転換し、前
    記所定の温度領域より低い温度領域では排気中のアンモ
    ニアを通過させる複数のアンモニア分解触媒と、 前記それぞれのアンモニア分解触媒入口の排気通路に配
    置され、それぞれのアンモニア分解触媒に流入する排気
    にアンモニアを供給するアンモニア供給手段と、 前記それぞれのアンモニア分解触媒の温度を検出する温
    度検出手段と、 機関運転中に、前記複数のアンモニア分解触媒のうち、
    前記所定の温度領域にあるアンモニア分解触媒入口のア
    ンモニア供給手段を作動させて、該アンモニア分解触媒
    に流入する排気にアンモニアを供給する選択手段と、 を備えた排気浄化装置。
14. 【請求項１４】 運転空燃比が理論空燃比よりリッチ側
    とリーン側とに変動し、かつ変動する運転空燃比の平均
    が理論空燃比よりリーン側である内燃機関の排気中の窒
    素酸化物を浄化する排気浄化装置であって、 前記機関の排気通路に配置され、前記機関の運転空燃比
    が理論空燃比よりリッチ側のときに前記機関から排出さ
    れた排気中の窒素酸化物をアンモニアと窒素とに転換す
    るアンモニア生成触媒と、 前記アンモニア生成触媒の下流側の排気通路に配置さ
    れ、前記機関の運転空燃比が理論空燃比よりリッチ側の
    ときに前記アンモニア生成触媒により生成されるアンモ
    ニアを吸収し、前記機関の運転空燃比が理論空燃比より
    リーン側のときに前記機関から排出され前記アンモニア
    生成触媒を通過する排気中の窒素酸化物を、吸収したア
    ンモニアと反応させることにより還元するアンモニア分
    解触媒と、 を備えた排気浄化装置。
15. 【請求項１５】 運転空燃比が理論空燃比よりリッチ側
    とリーン側とに変動し、かつ変動する運転空燃比の平均
    が理論空燃比よりリーン側である内燃機関の排気中の窒
    素酸化物を浄化する排気浄化装置であって、 前記機関の排気通路に配置され，前記機関の運転空燃比
    が理論空燃比よりリッチ側のときに前記機関から排出さ
    れた排気中の窒素酸化物をアンモニアと窒素とに転換す
    るアンモニア生成触媒と、 前記アンモニア生成触媒の下流側の排気通路に配置さ
    れ、前記機関の運転空燃比が理論空燃比よりリーン側の
    ときに前記機関から排出され前記アンモニア生成触媒を
    通過する排気中の窒素酸化物を吸収し、前記機関の運転
    空燃比が理論空燃比よりリッチ側のときに吸収した窒素
    酸化物を放出するＮＯ_X 吸収剤と、 前記ＮＯ_X 吸収剤の下流側排気通路に配置され、前記機
    関の運転空燃比が理論空燃比よりリッチ側のときに前記
    ＮＯ_X 吸収剤から放出される窒素酸化物を、前記アンモ
    ニア生成触媒により生成されるアンモニアと反応させる
    ことにより還元するアンモニア分解触媒と、 を備えた排気浄化装置。
16. 【請求項１６】 運転空燃比が理論空燃比よりリッチ側
    とリーン側とに変動し、かつ変動する運転空燃比の平均
    が理論空燃比よりリーン側である内燃機関の排気中の窒
    素酸化物を浄化する排気浄化装置であって、 前記機関の排気通路に配置され，前記機関の運転空燃比
    が理論空燃比よりリッチ側のときに前記機関から排出さ
    れた排気中の窒素酸化物をアンモニアと窒素とに転換す
    るアンモニア生成触媒と、 前記アンモニア生成触媒の下流側の排気通路に配置さ
    れ、前記機関の運転空燃比が理論空燃比よりリーン側の
    ときに前記機関から排出され前記アンモニア生成触媒を
    通過する排気中の窒素酸化物を吸収するとともに、前記
    機関の運転空燃比が理論空燃比よりリッチ側のときに、
    吸収した前記窒素酸化物を前記アンモニア生成触媒によ
    り生成されたアンモニアと反応させることにより還元す
    るアンモニア分解触媒と、 を備えた排気浄化装置。
17. 【請求項１７】 前記アンモニア分解触媒は、排気中の
    アンモニアを吸収するアンモニア吸収成分を含む請求項
    １、２、１１、のいずれか１項に記載の排気浄化方法。
18. 【請求項１８】 前記アンモニア分解触媒は、排気中の
    アンモニアを吸収するアンモニア吸収成分を含む請求項
    ７、１０、１２、１３、１６のいずれか１項に記載の排
    気浄化装置。
19. 【請求項１９】 前記アンモニア分解成分は、前記所定
    の温度領域より低い温度領域で排気中のアンモニアを吸
    収する請求項１７に記載の排気浄化方法。
20. 【請求項２０】 前記アンモニア分解成分は、前記所定
    の温度領域より低い温度領域で排気中のアンモニアを吸
    収する請求項１８に記載の排気浄化装置。
21. 【請求項２１】 前記アンモニア吸収成分は、酸性を有
    する無機成分である請求項１８に記載の排気浄化装置。
22. 【請求項２２】 前記アンモニア吸収成分は、ゼオライ
    ト、シリカ（ＳｉＯ ₂ ）、チタニア（ＴｉＯ₂ ）、シリ
    カアルミナ（ＳｉＯ₂ ・Ａｌ₂ Ｏ₃ ）、銅（Ｃｕ）、コ
    バルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、鉄（Ｆｅ）のう
    ち、いずれか１つ以上の成分からなる請求項１８に記載
    の排気浄化装置。