内燃機関の排気浄化装置
【課題】排気中のＣＯ抑制とＮＯ２抑制の両立を図る内燃機関の排気浄化装置を提供する。
【解決手段】内燃機関の排気通路に設けられた酸化触媒と、酸化触媒の下流側の排気通路に設けられ排気中の粒子状物質を捕集するフィルタであって、酸化能を有する触媒が担持されているフィルタと、酸化触媒の上流側で、該酸化触媒に流れ込む排気に還元剤を供給する還元剤供給手段と、を備える内燃機関の排気浄化装置において、酸化触媒は、該酸化触媒の本体の外周近傍部分に、該酸化触媒の上流側と下流側のそれぞれの排気通路に開口し該酸化触媒の軸方向に延在する貫通流路が一又は複数設けられる。そして、その貫通流路においては、その内部表面は酸化能を有しないように形成されるとともに、還元剤供給手段から供給される還元剤を吸着、放出可能とするように形成される。
【解決手段】内燃機関の排気通路に設けられた酸化触媒と、酸化触媒の下流側の排気通路に設けられ排気中の粒子状物質を捕集するフィルタであって、酸化能を有する触媒が担持されているフィルタと、酸化触媒の上流側で、該酸化触媒に流れ込む排気に還元剤を供給する還元剤供給手段と、を備える内燃機関の排気浄化装置において、酸化触媒は、該酸化触媒の本体の外周近傍部分に、該酸化触媒の上流側と下流側のそれぞれの排気通路に開口し該酸化触媒の軸方向に延在する貫通流路が一又は複数設けられる。そして、その貫通流路においては、その内部表面は酸化能を有しないように形成されるとともに、還元剤供給手段から供給される還元剤を吸着、放出可能とするように形成される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の排気浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関からの排気に含まれるＮＯｘを浄化するために、排気通路に、酸化触媒、フィルタ、ＮＯｘ触媒を上流側から順に設け、さらにフィルタとＮＯｘ触媒に還元剤を排気に添加する添加装置を設けることで形成される排気浄化装置が開示されている（例えば、特許文献１を参照）。当該技術では、酸化触媒によりＮＯがＮＯ２に酸化され、そのＮＯ２によってフィルタ上の粒子状物質を酸化除去するとともに、余剰となったＮＯ２は下流にあるＮＯｘ触媒および添加装置からの還元剤により除去される。
【０００３】
また、排気通路に設けられた酸化触媒、還元剤としての燃料を添加する燃料添加弁、触媒担持されたフィルタからなる排気浄化装置において、酸化触媒で生成されたＮＯ２を利用してフィルタ上の粒子状物質の酸化除去を行うとともに、フィルタ上で添加された燃料によるＮＯｘの還元除去が行われる（例えば、特許文献２を参照）。一方で、排気通路に酸化触媒と排気浄化触媒とを配置して形成される排気浄化装置において、酸化触媒の上流側に還元剤である燃料を添加する燃料添加弁を設けると共に、添加された燃料の一部が酸化触媒によって酸化されずに排気浄化触媒に届くように酸化触媒に貫通流路を設ける技術が開示されている（例えば、特許文献３を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−１９９４２３号公報
【特許文献２】特開２００１−２６３０４６号公報
【特許文献３】特開２００９−１５６１６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
排気通路の酸化触媒と酸化能を有する触媒が担持されたフィルタを配置して構成される排気浄化装置において、供給装置を酸化触媒の上流側に設け排気に還元剤を供給する場合、排気中のＮＯ２が酸素より酸化力が強いため、酸化触媒において供給された燃料がＮＯ２によって酸化されて消費されてしまい、下流側のフィルタに十分な還元剤としての燃料が供給されない可能性がある。その場合、排気中のＮＯ２がフィルタ側で十分に浄化されないだけでなく、排気中のＮＯが酸化されてＮＯ２となるため、結果として、排気中のＮＯ２の占める割合が上昇してしまう。ＮＯ２は光化学スモッグの主原因とされ、その割合が増加するのは好ましくない。
【０００６】
一方で、排気中のＣＯを低減させるために、上流側に配置されている酸化触媒には比較的高い酸化能力が求められる。しかし、酸化触媒の酸化能力が上昇すると、ＮＯ２による酸化触媒での供給燃料の消費（酸化）が促進されるため、フィルタに届けられる還元剤としての燃料量が低下し、上記の通り排気中のＮＯ２の占める割合が上昇する結果となる。すなわち、従来技術では、排気中のＣＯ抑制とＮＯ２抑制は相反するものであり、その両立は困難とされてきた。
【０００７】
本発明は、上記した問題点に鑑みてなされたものであり、排気中のＣＯ抑制とＮＯ２抑制の両立を図る内燃機関の排気浄化装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明において、上記課題を解決するために、上流側に設けられる酸化触媒と、下流側に設けられる酸化能を有する触媒が担持されたフィルタとで排気浄化装置を形成するとともに、酸化触媒側に、その上流で排気に供給された還元剤を下流側に酸化することなく供給することを可能とする構造を採用することとした。当該構造の採用により、酸化触媒での排気中のＣＯの酸化を好適に維持しながら、排気浄化装置全体としてＮＯｘの量を低減し、特にＮＯ２が占める割合が増加するのを抑制することを可能とした。
【０００９】
そこで、詳細には、本発明は、内燃機関の排気通路に設けられた酸化触媒と、前記酸化触媒の下流側の排気通路に設けられ排気中の粒子状物質を捕集するフィルタであって、酸化能を有する触媒が担持されているフィルタと、前記酸化触媒の上流側で、該酸化触媒に流れ込む排気に還元剤を供給する還元剤供給手段と、を備える内燃機関の排気浄化装置である。そして、前記酸化触媒は、該酸化触媒の本体の外周近傍部分に、該酸化触媒の上流側と下流側のそれぞれの排気通路に開口し該酸化触媒の軸方向に延在する貫通流路が一又は複数設けられ、前記一又は複数の貫通流路においては、その内部表面は酸化能を有しないように形成されるとともに、前記還元剤供給手段から供給される還元剤を吸着、放出可能とするように形成される。
【００１０】
本発明に係る内燃機関の排気浄化装置において、排気通路の上流側に設けられる酸化触媒によって、排気に含まれるＣＯがＣＯ２に酸化されて、外気に放出されるのが抑制される。また、下流側に設けられたフィルタには酸化能を有する触媒が担持されており、還元剤供給手段によって排気に供給された還元剤の作用によって、排気中の粒子状物質が捕集、酸化除去されるとともにＮＯｘ除去も行われ得る。フィルタに担持される酸化能を有する触媒としては、排気中のＮＯｘ除去を考慮して該触媒が吸蔵還元型ＮＯｘ触媒や選択還元型ＮＯｘ触媒、三元触媒として機能し得る触媒であるのが好ましい。
【００１１】
ここで、酸化触媒よりも上流側に位置する還元剤供給手段によって排気に供給された還元剤としては、内燃機関の燃料（ＨＣ）や尿素等が挙げられるが、フィルタ側でのＮＯｘ浄化に供される前に酸化触媒を通されることになる。ここで、酸化触媒により、排気中に含まれていたＮＯ２や該酸化触媒でＮＯから生成されたＮＯ２が、排気に供給された還元剤との反応に供されることになり、その結果、ＮＯ２が還元され一部にＮＯが生成されるとともに、還元剤が消費されることになる。一方で、酸化触媒の下流側には酸化能を有する触媒が担持されたフィルタが配置されているため、還元生成されたＮＯが再びＮＯ２に酸化され、また、酸化触媒において還元剤が消費されてしまいフィルタ側には十分に供給できないと、フィルタ側でのＮＯ２の還元浄化が十分でなくなり、外部へのＮＯ２放出量が増加するおそれがある。
【００１２】
しかし、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置においては、酸化触媒の本体の外周近傍部分に一又は複数の貫通流路が設けられることで、酸化触媒での還元剤の消費を抑制するとともに、フィルタ側への還元剤の供給を円滑に行うことが可能となる。そして、この貫通流路の内部表面は、還元剤が吸着されるように形成されていることから、酸化触媒の一部、すなわち貫通流路は、還元剤のバイパス手段として機能するばかりではなく、還元剤の貯留手段としても機能する。その結果、酸化手段の酸化能によって還元剤が消費されるのを回避し、フィルタに直接的に還元剤を供給し、また貯留手段として吸着した還元剤を遅れて放出することでフィルタに還元剤を供給することが可能となり、以て、フィルタ側でのＮＯｘ浄化、特にＮＯ２の還元浄化を好適に行うことができる。この結果、酸化触媒によるＣＯ放出の抑制と、フィルタ側でのＮＯ２放出の抑制を両立することが可能となる。
【００１３】
なお、酸化触媒における貫通流路での還元剤の吸着、放出は、酸化触媒の温度に応じて
行われるのが好ましい。一般的に、物理的には、酸化触媒の温度が低温であるときは還元剤を吸着し、その温度が高温となると吸着していた還元剤を温度に応じて放出する特性を示す。そこで、還元剤の吸着、放出を可能とする貫通流路が、酸化触媒の本体の外周近傍部分に設けられる。外周近傍分は、酸化触媒の外部への熱の移動が比較的速やかに生じる部分であることから、このように貫通流路を貫通流路近傍に設けることで、その温度変化を大きく発生させることができ、その温度変化を、還元剤の吸着、放出に利用しやすくなる。
【００１４】
そこで、上記内燃機関の排気浄化装置において、前記一又は複数の貫通流路においては、その内部表面には酸化能を有する触媒が担持されていない状態であって、且つ前記還元剤を吸着可能な吸着材が塗布されてもよい。そして、その吸着剤は、その温度が低くなるに従いより多くの還元剤の吸着特性を示し、その温度が高くなるに従い吸着した還元剤の放出量が多くなる放出特性を示す。このような吸着剤を貫通流路の内部表面に塗布することで、貫通流路は、酸化触媒に流れ込む排気温度が比較的低い場合には排気中の還元剤を吸着する特性を示し、酸化触媒に流れ込む排気温度が比較的高い場合には吸着していた還元剤を放出し、下流側に位置するフィルタへ供給する特性を示すことになる。
【００１５】
ここで、上述までの内燃機関の排気浄化装置において、前記酸化触媒は、該酸化触媒の本体がハウジングに収容されることで形成され、前記一又は複数の貫通流路は、前記酸化触媒本体の軸方向に沿って該酸化触媒の本体の側面側にも開口する溝部として形成され、前記酸化触媒の本体が前記ハウジングに収容された状態では、前記溝部の該酸化触媒本体の側面側は該ハウジングにより塞がれた状態となる構成を採用してもよい。すなわち、酸化触媒に設けられた貫通流路は、その開口部が、酸化触媒の上流側と下流側とを連通する形態であって、その内部表面を還元剤が吸着、放出可能となるように形成することができればよい。そのため、貫通流路は、酸化触媒の上流側と下流側とを連通する流路として形成されればよく、より具体的には貫通孔であってもよく、また貫通溝であってもよい。ただし、貫通流路が、貫通溝として形成される場合、一般的には、溝の開口部が、酸化触媒の本体の軸方向に沿って形成されるため、該溝の開口部から還元剤を含む排気が漏れ出てしまい、還元剤の吸着が効率的に行われない可能性がある。そこで、貫通流路を貫通溝の形態で形成する場合には、酸化触媒の本体がハウジングに収容された際に、該ハウジングによって本体の軸方向に沿った貫通溝の開口部が塞がれるようにするのが好ましい。
【００１６】
ここで、上述までの内燃機関の排気浄化装置において、前記酸化触媒の温度に基づいて、該酸化触媒の有する前記一又は複数の貫通流路から放出される還元剤の量を推定する放出還元剤量推定手段を、更に備えてもよい。そして、前記還元剤供給手段は、前記放出還元剤量推定手段によって推定される還元剤量に基づいて、排気へ供給する還元剤量を調整するのが好ましい。放出還元剤量推定手段によって貫通流路に吸着されていた還元剤の放出量を推定し、その推定量に基づいて排気への還元剤供給量が調整されることで、ＣＯ低減、ＮＯｘ低減等の排気浄化を図るにあたり、消費する還元剤量を抑制することが可能となる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、排気中のＣＯ抑制とＮＯ２抑制の両立を図る内燃機関の排気浄化装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施例に係る内燃機関の排気浄化装置の概略構成を示す図である。
【図２】図１に示す排気浄化装置に使用される酸化触媒の具体的な構造を示す第一の図である。
【図３】図１に示す排気浄化装置に使用される酸化触媒の具体的な構造を示す第二の図である。
【図４】図１に示す内燃機関の排気浄化装置において実行される、排気の浄化のための制御のフローチャートである。
【図５】図５に示す排気浄化制御が行われる際の、排気中のＮＯ２比率と、ＨＣ量の推移を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の具体的な実施形態について図面に基づいて説明する。本実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置等は、特に記載がない限りは発明の技術的範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。
【００２０】
＜実施例＞
本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の実施例について、本願明細書に添付された図に基づいて説明する。図１は、本実施例に係る内燃機関の排気系の概略構成を示す図である。内燃機関１は車両駆動用のディーゼルエンジンである。内燃機関１には排気通路２が接続されている。なお、図１においては、内燃機関１の吸気系の記載は省略している。排気通路２には、排気中のＰＭを捕集するパティキュレートフィルタ４（以下、単に「フィルタ」という。）が設けられている。このフィルタ４には、ＮＯｘ浄化のための酸化能を有する触媒が担持されている。本実施例では、フィルタ４には、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒が担持されており、排気中の還元剤との反応によりＮＯｘ浄化を行うことが可能である。
【００２１】
また、排気通路２におけるフィルタ４より上流側には前段触媒として酸化触媒３が設けられている。酸化触媒３は排気中に含まれるＣＯを酸化しＣＯ２とすることが可能であり、これにより有毒なＣＯが外気に放出されるのが抑制される。また、ＣＯ以外の排気に含まれる所定の物質、例えば、ＮＯやＨＣ等も酸化触媒３の酸化能により酸化される。なお、酸化触媒３の具体的な構成については、後述する。
【００２２】
酸化触媒３の上流側に、該酸化触媒３に流れ込む排気に還元剤としての燃料（ＨＣ）を供給するＨＣ供給弁５が設けられている。また、酸化触媒３に流れ込む排気の温度を測定する温度センサ６が、該酸化触媒３の直上流に設けられている。内燃機関１には電子制御ユニット（ＥＣＵ）１０が併設されており、該ＥＣＵ１０は内燃機関１の運転状態等を制御するユニットである。ＥＣＵ１０には、上述したＨＣ供給弁５や温度センサ６の他、エアフローメータ（図示略）、クランクポジションセンサ１１及びアクセル開度センサ１２が電気的に接続されている。したがって、ＨＣ供給弁５は、ＥＣＵ１０からの指示に従い、排気へのＨＣ供給を行う。また、クランクポジションセンサ１１は内燃機関１のクランク角を検出し、アクセル開度センサ１２は内燃機関１を搭載した車両のアクセル開度を検出し、ＥＣＵ１０へと送る。その結果、ＥＣＵ１０は、クランクポジションセンサ１１の検出値に基づいて内燃機関１の機関回転速度を導出し、アクセル開度センサ１２の検出値に基づいて内燃機関１の機関負荷を導出する。また、ＥＣＵ１０は、温度センサ６の検出値に基づいて酸化触媒３の温度を推定する。
【００２３】
ここで、酸化触媒３の具体的な構成について、図２および図３に基づいて説明する。酸化触媒３は、排気の流れ方向に延在する概ね柱状の（すなわち、排気の流れ方向を軸方向として形成される）触媒本体３３を有する。触媒本体３３は、ハウジングに収容されて酸化触媒３を構成するものであり、図２および図３においては、このハウジングの記載は省略されている。先ず、図２に示す形態では、触媒本体３３の一方の端面３１（図２において左側に位置する端面）は、図１に示す構成における排気の上流側に位置する端面とし、触媒本体３３の他方の端面３２（図２において右側に位置する端面）は、図１に示す構成における排気の下流側に位置する端面とする。ここで、端面３１と端面３２とにそれぞれ開口し、触媒本体３３の軸方向に沿って延在しその内部を貫通する貫通孔３４が、該触媒
本体３３の外周近傍の部分に複数個、同心円状に配置されている。この「触媒本体３３の外周近傍の部分」とは、貫通孔３４がその途中で触媒本体３３の表面に露出しない程度に、触媒本体の３３の外周部分に近い位置の部分をいう。そこで、触媒本体３３の強度に支障がない限りにおいて、貫通孔３４の各端面での開口部が、その端面の縁部分により近くに位置するのが好ましい。触媒本体３３は上記の貫通孔３４の内部表面を除いて酸化能を有する触媒が担持されているが、当該貫通孔３４の内部表面には、当該触媒が存在しないように形成されている。そのため、貫通孔３４の内部表面は、酸化能は有していない。
【００２４】
一方で、貫通孔３４の内部表面には、ＨＣ供給弁５によって排気に供給された還元剤としてのＨＣを吸着する能力を有するＨＣ吸着材が塗布される。このＨＣ吸着剤は、その温度が比較的低い場合には排気中のＨＣを吸着し、その温度が高くなるに従い、吸着していたＨＣを放出する特性を有する。具体的には、ＨＣ吸着剤としては、ゼオライト、活性炭などが挙げられるが、排気系に配設するには、耐熱性が必要であることから、ゼオライトを主成分とするものであることが好ましい。なお、ＨＣ吸着剤がＨＣを放出するＨＣ放出温度は、ＨＣ吸着剤の種類や組み合わせ及び含有量等によって定まる。また、ＨＣ吸着剤としては、上記ゼオライトに加えて、さらに周期表のＩＢ族元素（Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ）のイオンを少なくとも１種類含ませることが、ＨＣ吸着性能向上の観点から好ましい。さらに、上記ＩＢ族元素のイオンに加えて、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｙ、Ｌａ、Ｔｉ、Ｃｅ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｚｎの各種イオンから選択される少なくとも１種のイオンをゼオライト中に含有させると、耐熱性が向上し望ましい。
【００２５】
このように構成される酸化触媒３が、図１に示すように内燃機関１の排気通路２に組み込まれた場合の、排気浄化について説明する。ＨＣ供給弁５によってＨＣが供給された排気は、酸化触媒３に流れ込むことで、排気に含まれるＣＯが酸化されＣＯ２となるとともに、排気中のＮＯ２が排気中のＨＣと反応し、ＨＣを消費しながらＮＯ２がＮＯへと還元される。このとき、排気中のＨＣが全てＮＯ２の還元反応に供されるのではなく、貫通孔３４の内部に流れ込んだ排気に含まれるＨＣについては、ＮＯ２との反応には供されない。一方で、上記のとおり、貫通孔３４の内部表面にはＨＣ吸着材が塗布されているため、触媒本体３３の温度が比較的低い場合には、排気中のＨＣの一部は直接、下流側に位置するフィルタ４に供給されず、一度、貫通孔３４の内部表面に吸着される。そして、触媒本体３３の温度が比較的高温となると、そこに吸着されていたＨＣが放出されて、排気の流れに乗ってフィルタ４へと供給される。
【００２６】
このように、本発明に係る内燃機関１の排気浄化装置においては、ＨＣ供給弁５により排気に供給されたＨＣを貫通孔３４を通してフィルタ４側にバイパスさせる構成となっており、また、貫通孔３４の内部表面でのＨＣの吸着、放出を行うことで、特に排気の高温時にフィルタ４側にＨＣを確実に供給することが可能となる。排気高温時には、一般的には、フィルタ４に担持された酸化能を有する触媒の温度も上がり、その酸化能力が活性化された状態にあること、また、排気温度の上昇により内燃機関から排出された排気におけるＨＣ含有量は比較的低くなりやすいことから、下流側に位置するフィルタ４でのＮＯｘ浄化、特にＮＯ２浄化を確実にするためには、ＨＣ供給弁５からＨＣ供給量を増加しなければならない。この点を踏まえると、排気高温時に貫通孔３４の内部表面から吸着していたＨＣが放出される本発明に係る構成は、排気高温時のＨＣ供給量を抑制しながらも、適切にＮＯｘ浄化を実現することが可能となる。もちろん、酸化触媒３およびフィルタ４の酸化能力により排気中のＣＯはＣＯ２に酸化され、ＣＯとしての放出は抑制される。
【００２７】
次に、図３に基づいて、酸化触媒３の別の具体的な実施例について説明する。図３に示す酸化触媒３も、図２に示す実施例と同様に、排気の流れ方向に延在する概ね柱状の（すなわち、排気の流れ方向を軸方向として形成される）触媒本体３３を有する。そして、端面３１と端面３２とにそれぞれ開口し、触媒本体３３の軸方向に沿って延在し溝状に形成
される貫通溝３５が、該触媒本体３３の外周に複数個、同心円状に配置されている。この貫通溝３５は、触媒本体３３の側方外周面上に、触媒本体３３の軸方向に延在するように開口している。触媒本体３３は上記の貫通溝３５の内部表面を除いて酸化能を有する触媒が担持されているが、当該貫通溝３５の内部表面には、当該触媒が存在しないように形成されている。そのため、貫通溝３５の内部表面は、酸化能は有していない。一方で、貫通溝３５の内部表面には、上述したＨＣ吸着材が塗布される。
【００２８】
このように形成される触媒本体３３は、ハウジングに収容された状態で、図１に示す内燃機関１の排気浄化装置の一部として組み込まれるが、その際は、触媒本体３３の側方外周面上に、触媒本体３３の軸方向に延在するように開口している部分については、ハウジングによって塞がれた状態となる。したがって、内燃機関１から排出された排気は、酸化触媒３に流れ込むにあたり、酸化能を有する部分か、もしくは酸化能を有さずにＨＣ吸着能を有する部分の何れかに流れ込むことになる。そのため、図２に示す酸化触媒を採用する場合と同じように、排気中のＣＯ低減もしくはフィルタ４側へのＨＣの確実な供給によるＮＯｘ低減が行われることになる。
【００２９】
ここで、図２および図３に示す実施例のように貫通孔３４もしくは貫通溝３５（以下、「貫通孔等」という。）を、触媒本体３３の外周近傍部分に設けることで、内燃機関の負荷状態が変動したときの貫通孔等の内部表面の温度変化をより顕著なものとすることができる。触媒本体３３の外周近傍部分は、触媒本体３３が収容されるハウジングを通して外部に熱が逃げやすい位置である。そのため、排気温度が比較的高い場合には、排気温度に応じて貫通孔等の温度も高くなるが、排気温度が低くなるとハウジングを通した放熱により、触媒本体の中央部分と比較して、外周近傍部分は温度は低下しやすくなる。貫通孔等の内部表面に塗布されたＨＣ吸着剤は、物理的な特性として、低温時にはＨＣを吸着しやすく、高温時にはその吸着したＨＣを放出する特性があり、その温度が高くなるに従い、ＨＣ放出量は増加する傾向がある。そこで、上記の通り、貫通孔等を内燃機関の負荷状態に応じて温度変化が大きく現れる触媒本体３３の外周近傍部分に配置することで、貫通孔等によるＨＣの吸着、放出をより好適に利用することができ、フィルタ４側へのＨＣの供給を確実なものとすることができる。
【００３０】
ここで、酸化触媒の貫通孔３４等でのＨＣの吸着および放出を踏まえた排気への燃料供給を行うことで、排気浄化を実現する排気浄化制御について、図４に基づいて説明する。図４は、本実施例に係る排気浄化制御の制御フローを示したフローチャートである。本ルーチンは、内燃機関の稼働に併せて、ＥＣＵ１０により所定の時間毎に繰り返し実行される。このＥＣＵ１０は、実質的にはＣＰＵ、メモリ、ハードディスク等を含むコンピュータに相当し、そこで制御プログラムが実行されることで図４に示すフローチャートに係る処理やその他の処理等が実行される。
【００３１】
まず、Ｓ１０１では、内燃機関１の運転状態の検出が行われる。具体的には、クランクポジションセンサ１１からの検出値に基づいて算出される内燃機関１の機関回転速度や、アクセル開度センサ１２からの検出値に基づいて算出される内燃機関１の機関負荷等に基づいて、内燃機関１の運転状態が推定される。次にＳ１０２では、酸化触媒３の床温が取得される。具体的には、温度センサ６によって検出される酸化触媒３に流れ込む排気の温度に基づいて、該酸化触媒３の温度が推定される。Ｓ１０２の処理が終了すると、Ｓ１０３へ進む。
【００３２】
Ｓ１０３では、Ｓ１０１で推定された内燃機関１の運転状態とＳ１０２で取得された酸化触媒３の床温に基づいて、酸化触媒３の貫通孔等に吸着されているＨＣ量が推定されている。このＨＣ量は、ＨＣ吸着剤でのＨＣの吸着、放出を随時反映した累積量である。内燃機関の機関負荷が高くなるに従い排気温度が上昇するため排気中に含まれるＨＣ量が低
下し、また、内燃機関の運転状態に応じてＨＣ供給弁５からのＨＣ供給量（後述するＳ１０７の処理で行われるＨＣ供給）が変動する。これらのことを踏まえると、内燃機関の運転状態に応じて、酸化触媒３の貫通孔等のＨＣ吸着剤が晒されるＨＣ雰囲気が異なる。また、当該ＨＣ吸着剤においても、その温度が低いほど排気中のＨＣを吸着しやすく、その温度が高くなるに従い吸着されたＨＣが放出される傾向が強くなる。また、排気流速が高くなるに従い、ＨＣ吸着剤によるＨＣ吸着効率が低下する。これらのことを踏まえると、ＨＣ吸着剤によるＨＣの吸着、放出特性は一定ではない。そこで、Ｓ１０３では、ＨＣ吸着剤によるＨＣ吸着に関する上記のパラメータを考慮して、酸化触媒３に吸着されているＨＣ量が推定される。具体的には、排気中のＨＣ量が多くなるに従い、また酸化触媒３の床温が低くなるに従い、また排気流量が多くなるに従い、ＨＣの吸着量が増加するように推定される。Ｓ１０３の処理が終了すると、Ｓ１０４へ進む。
【００３３】
Ｓ１０４では、Ｓ１０２で取得された酸化触媒３の床温およびＳ１０３で推定されたＨＣの吸着量に基づいて酸化触媒３の貫通孔等から吸着されていたＨＣが放出されているか否かが判定される。具体的には、ある程度の量のＨＣが吸着されている状態で酸化触媒３の床温が予め実験等で決定された所定のＨＣ放出温度より高い場合には、ＨＣを放出中である、すなわち肯定判定する。Ｓ１０４で肯定判定されるとＳ１０５へ進み、否定判定されるとＳ１０６へ進む。
【００３４】
Ｓ１０５では、酸化触媒３の貫通孔等から吸着されていたＨＣが放出されていることを考慮して、ＨＣ供給弁５からのＨＣ供給を中止する。このように放出ＨＣを利用することで、確実なＮＯｘ浄化を、より少量のＨＣ消費量で実現することができる。Ｓ１０５の処理が終了すると、再びＳ１０１以降の処理が繰り返される。また、Ｓ１０６では、酸化触媒３の貫通孔等から吸着されていたＨＣが放出されていないことを考慮して、ＨＣ供給弁５からのＨＣ供給の実行準備が行われる。具体的には、Ｓ１０１で検出された内燃機関１の運転状態に基づいて排気中に含まれるＮＯｘ量を推定し、その推定量に応じたＨＣ供給量が算出される。そして、Ｓ１０７で、その算出量に応じた排気へのＨＣ供給がＨＣ供給弁５によって実行される。Ｓ１０７の処理が終了すると、再びＳ１０１以降の処理が繰り返される。
【００３５】
上述した排気浄化制御によれば、内燃機関１の排気浄化装置においては、酸化触媒３の貫通孔等でのＨＣの吸着、放出を考慮して、ＨＣ供給弁５からのＨＣ供給が制御されることから、還元剤であるＨＣを無駄に消費することなく、確実に排気中のＮＯｘ、特にフィルタ４側でのＮＯ２浄化を実現することができる。図５に示す、排気中のＮＯ２比率の推移と、ＨＣ量の推移を、図１に示す内燃機関１の排気浄化装置との相対的な位置関係に基づいて、上記排気浄化制御の効果を説明する。図５の上段は内燃機関１の排気浄化装置の概略構成を示し、中段は排気中のＮＯ２比率を示し、下段は排気中のＨＣ量を示している。ここで、ＮＯ２比率は、排気に含まれるＮＯｘ量に対するＮＯ２量の割合（＝ＮＯ２／ＮＯｘ）で表わされる。そして、図中の位置Ｘ０は、内燃機関１から排気を排出する位置に対応し、位置Ｘ１は、ＨＣ供給弁５が配置されている位置に対応し、位置Ｘ２は、酸化触媒３の排気流入口の位置に対応し、位置Ｘ３は、該酸化触媒３の排気流出口の位置に対応し、位置Ｘ４は、フィルタ４の排気流入口の位置に対応し、位置Ｘ５は、該フィルタ４の排気流出口の位置に対応している。
【００３６】
そして、ＮＯ２比率の推移およびＨＣ量の推移において、点線（Ｌ２、Ｌ４）が従来技術の排気浄化制御に従ったときの各推移の一例であり、実線（Ｌ１、Ｌ３）が図４に示す排気浄化制御に従ったときの各推移の一例である。図４に示す排気浄化制御に従った場合、酸化触媒３の貫通孔等およびそこに塗布された吸着剤により、酸化触媒３でのＨＣによるＮＯ２の還元反応が回避され、その分、より多くのＨＣがフィルタ４側に供給することができるようになるため、結果的には、供給されたＨＣが効率的にＮＯ２浄化に供される
ことになる。なお、図５には記載してはいないが、酸化触媒３とフィルタ４による酸化能によって、ＣＯの外部放出も適切に抑制され得る。
【００３７】
また、上記の排気浄化制御では、酸化触媒３の貫通孔等からＨＣが放出されているときはＨＣ供給弁５によるＨＣ供給を中止したが、酸化触媒３の貫通孔等からのＨＣ放出量ではＮＯｘ浄化に十分ではない場合もあり得る。そのような場合は、ＨＣ放出中であっても、そのＨＣ放出量を踏まえて排気へのＨＣ供給量を調整してもよい。例えば、仮にＨＣ放出がなかったとしたときにＨＣ供給弁５によって供給すべき供給量からＨＣ放出量を差し引いた量のＨＣをＨＣ供給弁５によって供給するようにしてもよい。これにより、無駄なＨＣ消費を回避しながら、ＮＯｘの適切な浄化を実現することができる。
【符号の説明】
【００３８】
１・・・・内燃機関
２・・・・排気通路
３・・・・酸化触媒
４・・・・フィルタ
５・・・・燃料添加弁
６・・・・温度センサ
１０・・・・ＥＣＵ
１１・・・・クランクポジションセンサ
１２・・・・アクセル開度センサ
３３・・・・触媒本体
３４・・・・貫通孔
３５・・・・貫通溝
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の排気浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関からの排気に含まれるＮＯｘを浄化するために、排気通路に、酸化触媒、フィルタ、ＮＯｘ触媒を上流側から順に設け、さらにフィルタとＮＯｘ触媒に還元剤を排気に添加する添加装置を設けることで形成される排気浄化装置が開示されている（例えば、特許文献１を参照）。当該技術では、酸化触媒によりＮＯがＮＯ２に酸化され、そのＮＯ２によってフィルタ上の粒子状物質を酸化除去するとともに、余剰となったＮＯ２は下流にあるＮＯｘ触媒および添加装置からの還元剤により除去される。
【０００３】
また、排気通路に設けられた酸化触媒、還元剤としての燃料を添加する燃料添加弁、触媒担持されたフィルタからなる排気浄化装置において、酸化触媒で生成されたＮＯ２を利用してフィルタ上の粒子状物質の酸化除去を行うとともに、フィルタ上で添加された燃料によるＮＯｘの還元除去が行われる（例えば、特許文献２を参照）。一方で、排気通路に酸化触媒と排気浄化触媒とを配置して形成される排気浄化装置において、酸化触媒の上流側に還元剤である燃料を添加する燃料添加弁を設けると共に、添加された燃料の一部が酸化触媒によって酸化されずに排気浄化触媒に届くように酸化触媒に貫通流路を設ける技術が開示されている（例えば、特許文献３を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−１９９４２３号公報
【特許文献２】特開２００１−２６３０４６号公報
【特許文献３】特開２００９−１５６１６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
排気通路の酸化触媒と酸化能を有する触媒が担持されたフィルタを配置して構成される排気浄化装置において、供給装置を酸化触媒の上流側に設け排気に還元剤を供給する場合、排気中のＮＯ２が酸素より酸化力が強いため、酸化触媒において供給された燃料がＮＯ２によって酸化されて消費されてしまい、下流側のフィルタに十分な還元剤としての燃料が供給されない可能性がある。その場合、排気中のＮＯ２がフィルタ側で十分に浄化されないだけでなく、排気中のＮＯが酸化されてＮＯ２となるため、結果として、排気中のＮＯ２の占める割合が上昇してしまう。ＮＯ２は光化学スモッグの主原因とされ、その割合が増加するのは好ましくない。
【０００６】
一方で、排気中のＣＯを低減させるために、上流側に配置されている酸化触媒には比較的高い酸化能力が求められる。しかし、酸化触媒の酸化能力が上昇すると、ＮＯ２による酸化触媒での供給燃料の消費（酸化）が促進されるため、フィルタに届けられる還元剤としての燃料量が低下し、上記の通り排気中のＮＯ２の占める割合が上昇する結果となる。すなわち、従来技術では、排気中のＣＯ抑制とＮＯ２抑制は相反するものであり、その両立は困難とされてきた。
【０００７】
本発明は、上記した問題点に鑑みてなされたものであり、排気中のＣＯ抑制とＮＯ２抑制の両立を図る内燃機関の排気浄化装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明において、上記課題を解決するために、上流側に設けられる酸化触媒と、下流側に設けられる酸化能を有する触媒が担持されたフィルタとで排気浄化装置を形成するとともに、酸化触媒側に、その上流で排気に供給された還元剤を下流側に酸化することなく供給することを可能とする構造を採用することとした。当該構造の採用により、酸化触媒での排気中のＣＯの酸化を好適に維持しながら、排気浄化装置全体としてＮＯｘの量を低減し、特にＮＯ２が占める割合が増加するのを抑制することを可能とした。
【０００９】
そこで、詳細には、本発明は、内燃機関の排気通路に設けられた酸化触媒と、前記酸化触媒の下流側の排気通路に設けられ排気中の粒子状物質を捕集するフィルタであって、酸化能を有する触媒が担持されているフィルタと、前記酸化触媒の上流側で、該酸化触媒に流れ込む排気に還元剤を供給する還元剤供給手段と、を備える内燃機関の排気浄化装置である。そして、前記酸化触媒は、該酸化触媒の本体の外周近傍部分に、該酸化触媒の上流側と下流側のそれぞれの排気通路に開口し該酸化触媒の軸方向に延在する貫通流路が一又は複数設けられ、前記一又は複数の貫通流路においては、その内部表面は酸化能を有しないように形成されるとともに、前記還元剤供給手段から供給される還元剤を吸着、放出可能とするように形成される。
【００１０】
本発明に係る内燃機関の排気浄化装置において、排気通路の上流側に設けられる酸化触媒によって、排気に含まれるＣＯがＣＯ２に酸化されて、外気に放出されるのが抑制される。また、下流側に設けられたフィルタには酸化能を有する触媒が担持されており、還元剤供給手段によって排気に供給された還元剤の作用によって、排気中の粒子状物質が捕集、酸化除去されるとともにＮＯｘ除去も行われ得る。フィルタに担持される酸化能を有する触媒としては、排気中のＮＯｘ除去を考慮して該触媒が吸蔵還元型ＮＯｘ触媒や選択還元型ＮＯｘ触媒、三元触媒として機能し得る触媒であるのが好ましい。
【００１１】
ここで、酸化触媒よりも上流側に位置する還元剤供給手段によって排気に供給された還元剤としては、内燃機関の燃料（ＨＣ）や尿素等が挙げられるが、フィルタ側でのＮＯｘ浄化に供される前に酸化触媒を通されることになる。ここで、酸化触媒により、排気中に含まれていたＮＯ２や該酸化触媒でＮＯから生成されたＮＯ２が、排気に供給された還元剤との反応に供されることになり、その結果、ＮＯ２が還元され一部にＮＯが生成されるとともに、還元剤が消費されることになる。一方で、酸化触媒の下流側には酸化能を有する触媒が担持されたフィルタが配置されているため、還元生成されたＮＯが再びＮＯ２に酸化され、また、酸化触媒において還元剤が消費されてしまいフィルタ側には十分に供給できないと、フィルタ側でのＮＯ２の還元浄化が十分でなくなり、外部へのＮＯ２放出量が増加するおそれがある。
【００１２】
しかし、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置においては、酸化触媒の本体の外周近傍部分に一又は複数の貫通流路が設けられることで、酸化触媒での還元剤の消費を抑制するとともに、フィルタ側への還元剤の供給を円滑に行うことが可能となる。そして、この貫通流路の内部表面は、還元剤が吸着されるように形成されていることから、酸化触媒の一部、すなわち貫通流路は、還元剤のバイパス手段として機能するばかりではなく、還元剤の貯留手段としても機能する。その結果、酸化手段の酸化能によって還元剤が消費されるのを回避し、フィルタに直接的に還元剤を供給し、また貯留手段として吸着した還元剤を遅れて放出することでフィルタに還元剤を供給することが可能となり、以て、フィルタ側でのＮＯｘ浄化、特にＮＯ２の還元浄化を好適に行うことができる。この結果、酸化触媒によるＣＯ放出の抑制と、フィルタ側でのＮＯ２放出の抑制を両立することが可能となる。
【００１３】
なお、酸化触媒における貫通流路での還元剤の吸着、放出は、酸化触媒の温度に応じて
行われるのが好ましい。一般的に、物理的には、酸化触媒の温度が低温であるときは還元剤を吸着し、その温度が高温となると吸着していた還元剤を温度に応じて放出する特性を示す。そこで、還元剤の吸着、放出を可能とする貫通流路が、酸化触媒の本体の外周近傍部分に設けられる。外周近傍分は、酸化触媒の外部への熱の移動が比較的速やかに生じる部分であることから、このように貫通流路を貫通流路近傍に設けることで、その温度変化を大きく発生させることができ、その温度変化を、還元剤の吸着、放出に利用しやすくなる。
【００１４】
そこで、上記内燃機関の排気浄化装置において、前記一又は複数の貫通流路においては、その内部表面には酸化能を有する触媒が担持されていない状態であって、且つ前記還元剤を吸着可能な吸着材が塗布されてもよい。そして、その吸着剤は、その温度が低くなるに従いより多くの還元剤の吸着特性を示し、その温度が高くなるに従い吸着した還元剤の放出量が多くなる放出特性を示す。このような吸着剤を貫通流路の内部表面に塗布することで、貫通流路は、酸化触媒に流れ込む排気温度が比較的低い場合には排気中の還元剤を吸着する特性を示し、酸化触媒に流れ込む排気温度が比較的高い場合には吸着していた還元剤を放出し、下流側に位置するフィルタへ供給する特性を示すことになる。
【００１５】
ここで、上述までの内燃機関の排気浄化装置において、前記酸化触媒は、該酸化触媒の本体がハウジングに収容されることで形成され、前記一又は複数の貫通流路は、前記酸化触媒本体の軸方向に沿って該酸化触媒の本体の側面側にも開口する溝部として形成され、前記酸化触媒の本体が前記ハウジングに収容された状態では、前記溝部の該酸化触媒本体の側面側は該ハウジングにより塞がれた状態となる構成を採用してもよい。すなわち、酸化触媒に設けられた貫通流路は、その開口部が、酸化触媒の上流側と下流側とを連通する形態であって、その内部表面を還元剤が吸着、放出可能となるように形成することができればよい。そのため、貫通流路は、酸化触媒の上流側と下流側とを連通する流路として形成されればよく、より具体的には貫通孔であってもよく、また貫通溝であってもよい。ただし、貫通流路が、貫通溝として形成される場合、一般的には、溝の開口部が、酸化触媒の本体の軸方向に沿って形成されるため、該溝の開口部から還元剤を含む排気が漏れ出てしまい、還元剤の吸着が効率的に行われない可能性がある。そこで、貫通流路を貫通溝の形態で形成する場合には、酸化触媒の本体がハウジングに収容された際に、該ハウジングによって本体の軸方向に沿った貫通溝の開口部が塞がれるようにするのが好ましい。
【００１６】
ここで、上述までの内燃機関の排気浄化装置において、前記酸化触媒の温度に基づいて、該酸化触媒の有する前記一又は複数の貫通流路から放出される還元剤の量を推定する放出還元剤量推定手段を、更に備えてもよい。そして、前記還元剤供給手段は、前記放出還元剤量推定手段によって推定される還元剤量に基づいて、排気へ供給する還元剤量を調整するのが好ましい。放出還元剤量推定手段によって貫通流路に吸着されていた還元剤の放出量を推定し、その推定量に基づいて排気への還元剤供給量が調整されることで、ＣＯ低減、ＮＯｘ低減等の排気浄化を図るにあたり、消費する還元剤量を抑制することが可能となる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、排気中のＣＯ抑制とＮＯ２抑制の両立を図る内燃機関の排気浄化装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施例に係る内燃機関の排気浄化装置の概略構成を示す図である。
【図２】図１に示す排気浄化装置に使用される酸化触媒の具体的な構造を示す第一の図である。
【図３】図１に示す排気浄化装置に使用される酸化触媒の具体的な構造を示す第二の図である。
【図４】図１に示す内燃機関の排気浄化装置において実行される、排気の浄化のための制御のフローチャートである。
【図５】図５に示す排気浄化制御が行われる際の、排気中のＮＯ２比率と、ＨＣ量の推移を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の具体的な実施形態について図面に基づいて説明する。本実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置等は、特に記載がない限りは発明の技術的範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。
【００２０】
＜実施例＞
本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の実施例について、本願明細書に添付された図に基づいて説明する。図１は、本実施例に係る内燃機関の排気系の概略構成を示す図である。内燃機関１は車両駆動用のディーゼルエンジンである。内燃機関１には排気通路２が接続されている。なお、図１においては、内燃機関１の吸気系の記載は省略している。排気通路２には、排気中のＰＭを捕集するパティキュレートフィルタ４（以下、単に「フィルタ」という。）が設けられている。このフィルタ４には、ＮＯｘ浄化のための酸化能を有する触媒が担持されている。本実施例では、フィルタ４には、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒が担持されており、排気中の還元剤との反応によりＮＯｘ浄化を行うことが可能である。
【００２１】
また、排気通路２におけるフィルタ４より上流側には前段触媒として酸化触媒３が設けられている。酸化触媒３は排気中に含まれるＣＯを酸化しＣＯ２とすることが可能であり、これにより有毒なＣＯが外気に放出されるのが抑制される。また、ＣＯ以外の排気に含まれる所定の物質、例えば、ＮＯやＨＣ等も酸化触媒３の酸化能により酸化される。なお、酸化触媒３の具体的な構成については、後述する。
【００２２】
酸化触媒３の上流側に、該酸化触媒３に流れ込む排気に還元剤としての燃料（ＨＣ）を供給するＨＣ供給弁５が設けられている。また、酸化触媒３に流れ込む排気の温度を測定する温度センサ６が、該酸化触媒３の直上流に設けられている。内燃機関１には電子制御ユニット（ＥＣＵ）１０が併設されており、該ＥＣＵ１０は内燃機関１の運転状態等を制御するユニットである。ＥＣＵ１０には、上述したＨＣ供給弁５や温度センサ６の他、エアフローメータ（図示略）、クランクポジションセンサ１１及びアクセル開度センサ１２が電気的に接続されている。したがって、ＨＣ供給弁５は、ＥＣＵ１０からの指示に従い、排気へのＨＣ供給を行う。また、クランクポジションセンサ１１は内燃機関１のクランク角を検出し、アクセル開度センサ１２は内燃機関１を搭載した車両のアクセル開度を検出し、ＥＣＵ１０へと送る。その結果、ＥＣＵ１０は、クランクポジションセンサ１１の検出値に基づいて内燃機関１の機関回転速度を導出し、アクセル開度センサ１２の検出値に基づいて内燃機関１の機関負荷を導出する。また、ＥＣＵ１０は、温度センサ６の検出値に基づいて酸化触媒３の温度を推定する。
【００２３】
ここで、酸化触媒３の具体的な構成について、図２および図３に基づいて説明する。酸化触媒３は、排気の流れ方向に延在する概ね柱状の（すなわち、排気の流れ方向を軸方向として形成される）触媒本体３３を有する。触媒本体３３は、ハウジングに収容されて酸化触媒３を構成するものであり、図２および図３においては、このハウジングの記載は省略されている。先ず、図２に示す形態では、触媒本体３３の一方の端面３１（図２において左側に位置する端面）は、図１に示す構成における排気の上流側に位置する端面とし、触媒本体３３の他方の端面３２（図２において右側に位置する端面）は、図１に示す構成における排気の下流側に位置する端面とする。ここで、端面３１と端面３２とにそれぞれ開口し、触媒本体３３の軸方向に沿って延在しその内部を貫通する貫通孔３４が、該触媒
本体３３の外周近傍の部分に複数個、同心円状に配置されている。この「触媒本体３３の外周近傍の部分」とは、貫通孔３４がその途中で触媒本体３３の表面に露出しない程度に、触媒本体の３３の外周部分に近い位置の部分をいう。そこで、触媒本体３３の強度に支障がない限りにおいて、貫通孔３４の各端面での開口部が、その端面の縁部分により近くに位置するのが好ましい。触媒本体３３は上記の貫通孔３４の内部表面を除いて酸化能を有する触媒が担持されているが、当該貫通孔３４の内部表面には、当該触媒が存在しないように形成されている。そのため、貫通孔３４の内部表面は、酸化能は有していない。
【００２４】
一方で、貫通孔３４の内部表面には、ＨＣ供給弁５によって排気に供給された還元剤としてのＨＣを吸着する能力を有するＨＣ吸着材が塗布される。このＨＣ吸着剤は、その温度が比較的低い場合には排気中のＨＣを吸着し、その温度が高くなるに従い、吸着していたＨＣを放出する特性を有する。具体的には、ＨＣ吸着剤としては、ゼオライト、活性炭などが挙げられるが、排気系に配設するには、耐熱性が必要であることから、ゼオライトを主成分とするものであることが好ましい。なお、ＨＣ吸着剤がＨＣを放出するＨＣ放出温度は、ＨＣ吸着剤の種類や組み合わせ及び含有量等によって定まる。また、ＨＣ吸着剤としては、上記ゼオライトに加えて、さらに周期表のＩＢ族元素（Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ）のイオンを少なくとも１種類含ませることが、ＨＣ吸着性能向上の観点から好ましい。さらに、上記ＩＢ族元素のイオンに加えて、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｙ、Ｌａ、Ｔｉ、Ｃｅ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｚｎの各種イオンから選択される少なくとも１種のイオンをゼオライト中に含有させると、耐熱性が向上し望ましい。
【００２５】
このように構成される酸化触媒３が、図１に示すように内燃機関１の排気通路２に組み込まれた場合の、排気浄化について説明する。ＨＣ供給弁５によってＨＣが供給された排気は、酸化触媒３に流れ込むことで、排気に含まれるＣＯが酸化されＣＯ２となるとともに、排気中のＮＯ２が排気中のＨＣと反応し、ＨＣを消費しながらＮＯ２がＮＯへと還元される。このとき、排気中のＨＣが全てＮＯ２の還元反応に供されるのではなく、貫通孔３４の内部に流れ込んだ排気に含まれるＨＣについては、ＮＯ２との反応には供されない。一方で、上記のとおり、貫通孔３４の内部表面にはＨＣ吸着材が塗布されているため、触媒本体３３の温度が比較的低い場合には、排気中のＨＣの一部は直接、下流側に位置するフィルタ４に供給されず、一度、貫通孔３４の内部表面に吸着される。そして、触媒本体３３の温度が比較的高温となると、そこに吸着されていたＨＣが放出されて、排気の流れに乗ってフィルタ４へと供給される。
【００２６】
このように、本発明に係る内燃機関１の排気浄化装置においては、ＨＣ供給弁５により排気に供給されたＨＣを貫通孔３４を通してフィルタ４側にバイパスさせる構成となっており、また、貫通孔３４の内部表面でのＨＣの吸着、放出を行うことで、特に排気の高温時にフィルタ４側にＨＣを確実に供給することが可能となる。排気高温時には、一般的には、フィルタ４に担持された酸化能を有する触媒の温度も上がり、その酸化能力が活性化された状態にあること、また、排気温度の上昇により内燃機関から排出された排気におけるＨＣ含有量は比較的低くなりやすいことから、下流側に位置するフィルタ４でのＮＯｘ浄化、特にＮＯ２浄化を確実にするためには、ＨＣ供給弁５からＨＣ供給量を増加しなければならない。この点を踏まえると、排気高温時に貫通孔３４の内部表面から吸着していたＨＣが放出される本発明に係る構成は、排気高温時のＨＣ供給量を抑制しながらも、適切にＮＯｘ浄化を実現することが可能となる。もちろん、酸化触媒３およびフィルタ４の酸化能力により排気中のＣＯはＣＯ２に酸化され、ＣＯとしての放出は抑制される。
【００２７】
次に、図３に基づいて、酸化触媒３の別の具体的な実施例について説明する。図３に示す酸化触媒３も、図２に示す実施例と同様に、排気の流れ方向に延在する概ね柱状の（すなわち、排気の流れ方向を軸方向として形成される）触媒本体３３を有する。そして、端面３１と端面３２とにそれぞれ開口し、触媒本体３３の軸方向に沿って延在し溝状に形成
される貫通溝３５が、該触媒本体３３の外周に複数個、同心円状に配置されている。この貫通溝３５は、触媒本体３３の側方外周面上に、触媒本体３３の軸方向に延在するように開口している。触媒本体３３は上記の貫通溝３５の内部表面を除いて酸化能を有する触媒が担持されているが、当該貫通溝３５の内部表面には、当該触媒が存在しないように形成されている。そのため、貫通溝３５の内部表面は、酸化能は有していない。一方で、貫通溝３５の内部表面には、上述したＨＣ吸着材が塗布される。
【００２８】
このように形成される触媒本体３３は、ハウジングに収容された状態で、図１に示す内燃機関１の排気浄化装置の一部として組み込まれるが、その際は、触媒本体３３の側方外周面上に、触媒本体３３の軸方向に延在するように開口している部分については、ハウジングによって塞がれた状態となる。したがって、内燃機関１から排出された排気は、酸化触媒３に流れ込むにあたり、酸化能を有する部分か、もしくは酸化能を有さずにＨＣ吸着能を有する部分の何れかに流れ込むことになる。そのため、図２に示す酸化触媒を採用する場合と同じように、排気中のＣＯ低減もしくはフィルタ４側へのＨＣの確実な供給によるＮＯｘ低減が行われることになる。
【００２９】
ここで、図２および図３に示す実施例のように貫通孔３４もしくは貫通溝３５（以下、「貫通孔等」という。）を、触媒本体３３の外周近傍部分に設けることで、内燃機関の負荷状態が変動したときの貫通孔等の内部表面の温度変化をより顕著なものとすることができる。触媒本体３３の外周近傍部分は、触媒本体３３が収容されるハウジングを通して外部に熱が逃げやすい位置である。そのため、排気温度が比較的高い場合には、排気温度に応じて貫通孔等の温度も高くなるが、排気温度が低くなるとハウジングを通した放熱により、触媒本体の中央部分と比較して、外周近傍部分は温度は低下しやすくなる。貫通孔等の内部表面に塗布されたＨＣ吸着剤は、物理的な特性として、低温時にはＨＣを吸着しやすく、高温時にはその吸着したＨＣを放出する特性があり、その温度が高くなるに従い、ＨＣ放出量は増加する傾向がある。そこで、上記の通り、貫通孔等を内燃機関の負荷状態に応じて温度変化が大きく現れる触媒本体３３の外周近傍部分に配置することで、貫通孔等によるＨＣの吸着、放出をより好適に利用することができ、フィルタ４側へのＨＣの供給を確実なものとすることができる。
【００３０】
ここで、酸化触媒の貫通孔３４等でのＨＣの吸着および放出を踏まえた排気への燃料供給を行うことで、排気浄化を実現する排気浄化制御について、図４に基づいて説明する。図４は、本実施例に係る排気浄化制御の制御フローを示したフローチャートである。本ルーチンは、内燃機関の稼働に併せて、ＥＣＵ１０により所定の時間毎に繰り返し実行される。このＥＣＵ１０は、実質的にはＣＰＵ、メモリ、ハードディスク等を含むコンピュータに相当し、そこで制御プログラムが実行されることで図４に示すフローチャートに係る処理やその他の処理等が実行される。
【００３１】
まず、Ｓ１０１では、内燃機関１の運転状態の検出が行われる。具体的には、クランクポジションセンサ１１からの検出値に基づいて算出される内燃機関１の機関回転速度や、アクセル開度センサ１２からの検出値に基づいて算出される内燃機関１の機関負荷等に基づいて、内燃機関１の運転状態が推定される。次にＳ１０２では、酸化触媒３の床温が取得される。具体的には、温度センサ６によって検出される酸化触媒３に流れ込む排気の温度に基づいて、該酸化触媒３の温度が推定される。Ｓ１０２の処理が終了すると、Ｓ１０３へ進む。
【００３２】
Ｓ１０３では、Ｓ１０１で推定された内燃機関１の運転状態とＳ１０２で取得された酸化触媒３の床温に基づいて、酸化触媒３の貫通孔等に吸着されているＨＣ量が推定されている。このＨＣ量は、ＨＣ吸着剤でのＨＣの吸着、放出を随時反映した累積量である。内燃機関の機関負荷が高くなるに従い排気温度が上昇するため排気中に含まれるＨＣ量が低
下し、また、内燃機関の運転状態に応じてＨＣ供給弁５からのＨＣ供給量（後述するＳ１０７の処理で行われるＨＣ供給）が変動する。これらのことを踏まえると、内燃機関の運転状態に応じて、酸化触媒３の貫通孔等のＨＣ吸着剤が晒されるＨＣ雰囲気が異なる。また、当該ＨＣ吸着剤においても、その温度が低いほど排気中のＨＣを吸着しやすく、その温度が高くなるに従い吸着されたＨＣが放出される傾向が強くなる。また、排気流速が高くなるに従い、ＨＣ吸着剤によるＨＣ吸着効率が低下する。これらのことを踏まえると、ＨＣ吸着剤によるＨＣの吸着、放出特性は一定ではない。そこで、Ｓ１０３では、ＨＣ吸着剤によるＨＣ吸着に関する上記のパラメータを考慮して、酸化触媒３に吸着されているＨＣ量が推定される。具体的には、排気中のＨＣ量が多くなるに従い、また酸化触媒３の床温が低くなるに従い、また排気流量が多くなるに従い、ＨＣの吸着量が増加するように推定される。Ｓ１０３の処理が終了すると、Ｓ１０４へ進む。
【００３３】
Ｓ１０４では、Ｓ１０２で取得された酸化触媒３の床温およびＳ１０３で推定されたＨＣの吸着量に基づいて酸化触媒３の貫通孔等から吸着されていたＨＣが放出されているか否かが判定される。具体的には、ある程度の量のＨＣが吸着されている状態で酸化触媒３の床温が予め実験等で決定された所定のＨＣ放出温度より高い場合には、ＨＣを放出中である、すなわち肯定判定する。Ｓ１０４で肯定判定されるとＳ１０５へ進み、否定判定されるとＳ１０６へ進む。
【００３４】
Ｓ１０５では、酸化触媒３の貫通孔等から吸着されていたＨＣが放出されていることを考慮して、ＨＣ供給弁５からのＨＣ供給を中止する。このように放出ＨＣを利用することで、確実なＮＯｘ浄化を、より少量のＨＣ消費量で実現することができる。Ｓ１０５の処理が終了すると、再びＳ１０１以降の処理が繰り返される。また、Ｓ１０６では、酸化触媒３の貫通孔等から吸着されていたＨＣが放出されていないことを考慮して、ＨＣ供給弁５からのＨＣ供給の実行準備が行われる。具体的には、Ｓ１０１で検出された内燃機関１の運転状態に基づいて排気中に含まれるＮＯｘ量を推定し、その推定量に応じたＨＣ供給量が算出される。そして、Ｓ１０７で、その算出量に応じた排気へのＨＣ供給がＨＣ供給弁５によって実行される。Ｓ１０７の処理が終了すると、再びＳ１０１以降の処理が繰り返される。
【００３５】
上述した排気浄化制御によれば、内燃機関１の排気浄化装置においては、酸化触媒３の貫通孔等でのＨＣの吸着、放出を考慮して、ＨＣ供給弁５からのＨＣ供給が制御されることから、還元剤であるＨＣを無駄に消費することなく、確実に排気中のＮＯｘ、特にフィルタ４側でのＮＯ２浄化を実現することができる。図５に示す、排気中のＮＯ２比率の推移と、ＨＣ量の推移を、図１に示す内燃機関１の排気浄化装置との相対的な位置関係に基づいて、上記排気浄化制御の効果を説明する。図５の上段は内燃機関１の排気浄化装置の概略構成を示し、中段は排気中のＮＯ２比率を示し、下段は排気中のＨＣ量を示している。ここで、ＮＯ２比率は、排気に含まれるＮＯｘ量に対するＮＯ２量の割合（＝ＮＯ２／ＮＯｘ）で表わされる。そして、図中の位置Ｘ０は、内燃機関１から排気を排出する位置に対応し、位置Ｘ１は、ＨＣ供給弁５が配置されている位置に対応し、位置Ｘ２は、酸化触媒３の排気流入口の位置に対応し、位置Ｘ３は、該酸化触媒３の排気流出口の位置に対応し、位置Ｘ４は、フィルタ４の排気流入口の位置に対応し、位置Ｘ５は、該フィルタ４の排気流出口の位置に対応している。
【００３６】
そして、ＮＯ２比率の推移およびＨＣ量の推移において、点線（Ｌ２、Ｌ４）が従来技術の排気浄化制御に従ったときの各推移の一例であり、実線（Ｌ１、Ｌ３）が図４に示す排気浄化制御に従ったときの各推移の一例である。図４に示す排気浄化制御に従った場合、酸化触媒３の貫通孔等およびそこに塗布された吸着剤により、酸化触媒３でのＨＣによるＮＯ２の還元反応が回避され、その分、より多くのＨＣがフィルタ４側に供給することができるようになるため、結果的には、供給されたＨＣが効率的にＮＯ２浄化に供される
ことになる。なお、図５には記載してはいないが、酸化触媒３とフィルタ４による酸化能によって、ＣＯの外部放出も適切に抑制され得る。
【００３７】
また、上記の排気浄化制御では、酸化触媒３の貫通孔等からＨＣが放出されているときはＨＣ供給弁５によるＨＣ供給を中止したが、酸化触媒３の貫通孔等からのＨＣ放出量ではＮＯｘ浄化に十分ではない場合もあり得る。そのような場合は、ＨＣ放出中であっても、そのＨＣ放出量を踏まえて排気へのＨＣ供給量を調整してもよい。例えば、仮にＨＣ放出がなかったとしたときにＨＣ供給弁５によって供給すべき供給量からＨＣ放出量を差し引いた量のＨＣをＨＣ供給弁５によって供給するようにしてもよい。これにより、無駄なＨＣ消費を回避しながら、ＮＯｘの適切な浄化を実現することができる。
【符号の説明】
【００３８】
１・・・・内燃機関
２・・・・排気通路
３・・・・酸化触媒
４・・・・フィルタ
５・・・・燃料添加弁
６・・・・温度センサ
１０・・・・ＥＣＵ
１１・・・・クランクポジションセンサ
１２・・・・アクセル開度センサ
３３・・・・触媒本体
３４・・・・貫通孔
３５・・・・貫通溝
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路に設けられた酸化触媒と、
前記酸化触媒の下流側の排気通路に設けられ排気中の粒子状物質を捕集するフィルタであって、酸化能を有する触媒が担持されているフィルタと、
前記酸化触媒の上流側で、該酸化触媒に流れ込む排気に還元剤を供給する還元剤供給手段と、
を備える内燃機関の排気浄化装置であって、
前記酸化触媒は、該酸化触媒の本体の外周近傍部分に、該酸化触媒の上流側と下流側のそれぞれの排気通路に開口し該酸化触媒の軸方向に延在する貫通流路が一又は複数設けられ、
前記一又は複数の貫通流路においては、その内部表面は酸化能を有しないように形成されるとともに、前記還元剤供給手段から供給される還元剤を吸着、放出可能とするように形成される、
内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】
前記一又は複数の貫通流路においては、その内部表面には酸化能を有する触媒が担持されていない状態であって、且つ前記還元剤を吸着可能な吸着材が塗布され、
該吸着剤は、その温度が低くなるに従いより多くの還元剤の吸着特性を示し、その温度が高くなるに従い吸着した還元剤の放出量が多くなる放出特性を示す、
請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項３】
前記酸化触媒は、該酸化触媒の本体がハウジングに収容されることで形成され、
前記一又は複数の貫通流路は、前記酸化触媒本体の軸方向に沿って該酸化触媒の本体の側面側にも開口する溝部として形成され、
前記酸化触媒の本体が前記ハウジングに収容された状態では、前記溝部の該酸化触媒本体の側面側は該ハウジングにより塞がれた状態となる、
請求項１又は請求項２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項４】
前記酸化触媒の温度に基づいて、該酸化触媒の有する前記一又は複数の貫通流路から放出される還元剤の量を推定する放出還元剤量推定手段を、更に備え、
前記還元剤供給手段は、前記放出還元剤量推定手段によって推定される還元剤量に基づいて、排気へ供給する還元剤量を調整する、
請求項１から請求項３の何れか一項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項１】
内燃機関の排気通路に設けられた酸化触媒と、
前記酸化触媒の下流側の排気通路に設けられ排気中の粒子状物質を捕集するフィルタであって、酸化能を有する触媒が担持されているフィルタと、
前記酸化触媒の上流側で、該酸化触媒に流れ込む排気に還元剤を供給する還元剤供給手段と、
を備える内燃機関の排気浄化装置であって、
前記酸化触媒は、該酸化触媒の本体の外周近傍部分に、該酸化触媒の上流側と下流側のそれぞれの排気通路に開口し該酸化触媒の軸方向に延在する貫通流路が一又は複数設けられ、
前記一又は複数の貫通流路においては、その内部表面は酸化能を有しないように形成されるとともに、前記還元剤供給手段から供給される還元剤を吸着、放出可能とするように形成される、
内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】
前記一又は複数の貫通流路においては、その内部表面には酸化能を有する触媒が担持されていない状態であって、且つ前記還元剤を吸着可能な吸着材が塗布され、
該吸着剤は、その温度が低くなるに従いより多くの還元剤の吸着特性を示し、その温度が高くなるに従い吸着した還元剤の放出量が多くなる放出特性を示す、
請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項３】
前記酸化触媒は、該酸化触媒の本体がハウジングに収容されることで形成され、
前記一又は複数の貫通流路は、前記酸化触媒本体の軸方向に沿って該酸化触媒の本体の側面側にも開口する溝部として形成され、
前記酸化触媒の本体が前記ハウジングに収容された状態では、前記溝部の該酸化触媒本体の側面側は該ハウジングにより塞がれた状態となる、
請求項１又は請求項２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項４】
前記酸化触媒の温度に基づいて、該酸化触媒の有する前記一又は複数の貫通流路から放出される還元剤の量を推定する放出還元剤量推定手段を、更に備え、
前記還元剤供給手段は、前記放出還元剤量推定手段によって推定される還元剤量に基づいて、排気へ供給する還元剤量を調整する、
請求項１から請求項３の何れか一項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１２−１９７７３８（Ｐ２０１２−１９７７３８Ａ）
【公開日】平成２４年１０月１８日（２０１２．１０．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−６３１０２（Ｐ２０１１−６３１０２）
【出願日】平成２３年３月２２日（２０１１．３．２２）
【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２４年１０月１８日（２０１２．１０．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月２２日（２０１１．３．２２）
【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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