[发明专利]内燃机的排气净化装置

说明书

技术领域

本发明涉及内燃机的排气净化装置，更详细地说涉及具备作为催化剂成分包含贱金属的NOx净化催化剂的内燃机的排气净化装置。

背景技术

近年来，作为对来自汽油发动机或柴油发动机等内燃机的排气进行净化的技术已知一种使用NOx净化催化剂的技术。但是，对于这样的NOx净化催化剂，作为催化剂成分含有的金属尤其被暴露在氧浓度高的气氛中时，该金属的表面被氧覆盖，即该金属的表面受到所谓氧中毒，其结果存在NOx净化催化剂的NOx净化性能降低的问题。

另一方面，作为NOx净化催化剂的催化剂成分通常采用的铑（Rh）等的铂族元素，随着汽车的废气限制的强化其使用量也在增加，因此担心其资源的枯竭。因此，需要减少铂族元素的使用量，同时需要在将来通过其他的金属等代替该铂族元素的功能。

在日本特开2001－003733号公报中记载了一种排气气体净化装置，其特征为，在通过含有活性金属的NOx催化剂对排气气体进行处理的柴油发动机中，在排气气体处于稀薄状态时，使排气气体中含有的NOx与催化剂中的活性金属反应，由此分解成氮和氧，在判明该状态进行催化剂活性会不适当地变低、或变低了时，通过形成排气气体的浓稠状态，除去NOx催化剂的氧化被膜或有时与其随伴、存在的氧成分及/或硫成分，由此再生NOx催化剂且使其NOx分解活性恢复，其后向上述的稀薄状态下的NOx分解阶段切换，以适当的时间模式组合这些NOx分解阶段和催化剂再生阶段，能够长期以高效率对排气气体进行处理。而且，在日本特开2001－003733号公报中，作为上述的含有活性金属的NOx催化剂，具体公开了使铜（Cu）担持于金属氧化物载体的构成。

另外，在日本特开2006－022754号公报、日本特开2002－303176号公报及日本特开平5－133260号公报等中也记载了一种排气气体净化装置或催化剂的再生方法，通过使流入催化剂的排气气体的空燃比切换成稀、浓，而使该催化剂再生或提高其活性。

在日本专利申请2011－183964号中，记载了一种内燃机的排气净化装置，具有下述基本构造：包含主要将HC部分氧化从而生成CO的第1段贱金属催化剂和将NOx还原净化的第2段贱金属催化剂，作为优选的方式，使与理论空燃比相比燃料稍浓的空燃比的排气气体流入所述第1段贱金属催化剂，在所述基本构造的下游侧还具有对HC和CO进行氧化净化的第3段贱金属催化剂，通过设在所述基本构造和所述第3段贱金属催化剂之间的空气导入单元向流入所述第3段贱金属催化剂的排气气体中导入空气。此外，在日本专利申请2011－183964号中，记载了作为对NOx进行还原净化的第2段贱金属催化剂的催化剂成分能够使用铜（Cu）。另外，在日本专利申请2011－183964号中，记载了根据具有上述构成的排气净化装置，在第2段贱金属催化剂中，通过CO－NO反应促进NOx的还原净化，在第3段贱金属催化剂中，残存于排气气体中的CO和HC被氧化净化。

另外，已知对于流入催化剂的排气气体的空燃比控制，一般使用氧传感器、空燃比传感器等，基于该传感器的输出值进行反馈控制，使得空燃比成为特定的目标值（例如，参照日本特开2008－298044号公报、日本特开2007－077997号公报、日本特开2004－278427号公报及日本特开平8－270479号公报等）。

另外，在日本专利申请2011－274544号中，记载了在利用使贱金属担持于载体而成的贱金属系NOx净化催化剂的排气净化系统中，基于内燃机的吸入空气量（Ga）设定空燃比的目标值，并调整向内燃机的燃料喷射量等以使得该空燃比成为其设定值。

发明内容

通常，Cu等的贱金属在氧过剩的稀气氛、理论空燃比（stoichiometry）附近的气氛下，其还原能力比Rh等的贵金属低，因此，若排气气体的空燃比稀或为理论空燃比，则无法对排气气体中含有的NOx充分还原净化。因此，例如，在将这样的贱金属作为NOx净化催化剂的催化剂金属使用的情况下，通常优选将排气气体的空燃比控制为比理论空燃比浓的空燃比。

另一方面，贱金属与铂族元素相比一般容易被氧化，因此，存在与铂族元素相比更容易发生氧中毒的问题。而且，在贱金属发生氧中毒的情况下，为了消除该状况使NOx净化催化剂从劣化的状态切实地向活性高的状态再生，需要将排气气体的空燃比控制成比通常行驶时的浓空燃比更浓的空燃比。但是，在这样的极端浓的气氛下的NOx净化催化剂的再生操作，会导致燃油效率的大幅恶化因此通常不优选。